關(guān)于無土栽培發(fā)展中若干問題的探討（3）水培蔬菜的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)與安全性

劉士哲+汪曉云+高麗紅

培也叫“水耕”，是無土栽培的主要類型之一。水培是通過特定設(shè)施營(yíng)造相對(duì)封閉，能儲(chǔ)存營(yíng)養(yǎng)液的環(huán)境，并使根部生長(zhǎng)所需的水、肥、氣、熱等條件保持相對(duì)穩(wěn)定，全部或部分根系“浸泡”在營(yíng)養(yǎng)液中的栽培方法。

從嚴(yán)格意義上講，水培是純粹的無土栽培。因?yàn)楦蹬c營(yíng)養(yǎng)液之間沒有任何中間吸附與緩沖的介質(zhì)，是直接“浸泡”式接觸。要使植物健康生長(zhǎng)，首先要確保根系生長(zhǎng)良好，而根系生長(zhǎng)良好與否取決于根際環(huán)境。根際環(huán)境的溫度、氧氣、酸堿度、離子濃度及不同離子之間的比例要合適。并且營(yíng)養(yǎng)液中礦物質(zhì)養(yǎng)分是否齊全，陰陽離子是否平衡，是否含有有毒、有害物質(zhì)，是否含有病源微生物、害蟲等，都會(huì)在根系的外觀上表現(xiàn)出來。根系如果潔白、堅(jiān)挺、有彈性、不扭曲、不變色、不斷裂，證明根系生長(zhǎng)健康。根系生長(zhǎng)健康，植物就能進(jìn)行正常的水肥吸收，植物地上部生長(zhǎng)也就正常了。反之，根系如果表現(xiàn)出根尖發(fā)黑、根系變黃甚至腐爛的現(xiàn)象，植物地上部的莖葉和花果上也會(huì)表現(xiàn)出“不正?！钡陌Y狀。因此，水培技術(shù)是檢驗(yàn)植物營(yíng)養(yǎng)元素是否齊全，根際環(huán)境是否適宜的科學(xué)研究手段之一。

生長(zhǎng)在自然界中的植物，是一種“生長(zhǎng)適應(yīng)”的過程。植物在生長(zhǎng)過程中，除了要經(jīng)歷四季氣候變化，還要面對(duì)干旱、水澇、高溫、大風(fēng)等自然災(zāi)害。此外，植物還可能面對(duì)營(yíng)養(yǎng)虧缺，養(yǎng)分不平衡，物種之間的競(jìng)爭(zhēng)，病蟲害侵染、噬咬等危害。和傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)相比，設(shè)施農(nóng)業(yè)為植物創(chuàng)造了相對(duì)優(yōu)越的生長(zhǎng)條件，規(guī)避了一些氣象災(zāi)害和自然界物種之間的競(jìng)爭(zhēng)、生物對(duì)抗因子等威脅。因此，農(nóng)作物、瓜果蔬菜的生長(zhǎng)情況更為良好。然而某些病害、昆蟲的危害依然存在。土壤是一個(gè)類生物體，是有生命的，它承載著眾多生物種群繁衍，復(fù)雜生化演替，礦物質(zhì)化學(xué)演變等過程。雖然土壤通過人們的改良已經(jīng)成為作物生長(zhǎng)的理想介質(zhì)，但復(fù)雜的“生物群體”，如各種真菌、細(xì)菌、放線菌，各種土居昆蟲、軟體動(dòng)物和病原微生物等，依然對(duì)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生有利或有害的影響。

目前的科學(xué)試驗(yàn)除了研究影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的利弊關(guān)系外，更重要的是探究如何創(chuàng)造更有利于植物生長(zhǎng)發(fā)育的條件，規(guī)避和減少有害因子的干擾，使目標(biāo)作物生長(zhǎng)更好、產(chǎn)量更高、品質(zhì)更優(yōu)。

比土壤栽培更進(jìn)一步的栽培模式是基質(zhì)栽培?；|(zhì)栽培相對(duì)隔離了土壤有害生物的干擾，其適宜的物理、化學(xué)環(huán)境更加適合植物的生長(zhǎng)發(fā)育。基質(zhì)所起的作用是固定根系、保持水肥、承載根系的水肥吸收。無土栽培基質(zhì)中的養(yǎng)分，部分被根系直接吸收，另一部分被間接吸收。基質(zhì)的配制目標(biāo)應(yīng)當(dāng)是“優(yōu)化的土壤”，如果配制的基質(zhì)的理化性狀還不如當(dāng)?shù)氐耐寥溃驼f明這種基質(zhì)無土栽培是缺乏進(jìn)步意義的。雖然和土壤相比，基質(zhì)具有一些優(yōu)點(diǎn)，例如基質(zhì)栽培可以排除某些土壤有害物質(zhì)的干擾。但是基質(zhì)的本身物理、化學(xué)性狀會(huì)“緩沖”營(yíng)養(yǎng)液的化學(xué)性狀和功效。

所以，相比土壤和基質(zhì)栽培，水培的水肥吸收較為直接和高效。但由于營(yíng)養(yǎng)液理化性狀的微小波動(dòng)都會(huì)影響乃至傷害水培作物的正常生長(zhǎng)，水培的管理要求也較為嚴(yán)格。為進(jìn)一步搞清水培蔬菜安全、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的科學(xué)原理，本文從以下幾個(gè)方面進(jìn)行論述：

水培營(yíng)養(yǎng)液中的礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)

水培營(yíng)養(yǎng)液是根據(jù)蔬菜正常生長(zhǎng)狀態(tài)下對(duì)養(yǎng)分的需求規(guī)律，把土壤中所能提供給蔬菜的各類營(yíng)養(yǎng)元素以更純凈高效的形態(tài)和更合理的配比供應(yīng)給蔬菜。因此，水培提供的養(yǎng)分是“土壤中有效養(yǎng)分的精華”，與土壤里的“有效養(yǎng)分”形態(tài)（離子狀態(tài)）沒有本質(zhì)的區(qū)別。只是土壤中大多數(shù)有機(jī)或難溶性無機(jī)養(yǎng)分必須通過土壤微生物分解，根系自身分泌有機(jī)酸去溶解、螯合，或用其他化學(xué)方式調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化，才能形成離子態(tài)的養(yǎng)分而被蔬菜吸收。所以，蔬菜吸收土壤中養(yǎng)分的過程是要“消耗體能”的。

而水培則是采用人工配制的營(yíng)養(yǎng)液，其本身就是完全溶解的離子態(tài)營(yíng)養(yǎng)，可以直接被蔬菜吸收。此外，水培營(yíng)養(yǎng)液可以排除土壤栽培中其他非蔬菜生長(zhǎng)必需的（包括人體不需要）礦物質(zhì)及各種有毒、有害物質(zhì)，更符合蔬菜生長(zhǎng)的養(yǎng)分需求。水培營(yíng)養(yǎng)液能更精確、更合理、更有效地為蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育提供養(yǎng)分。所以，水培蔬菜很少出現(xiàn)礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)不足或存在有害礦物質(zhì)等問題。

隨著城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的發(fā)展，城市周邊的耕地出現(xiàn)了不同程度的重金屬和其他污染問題。如果在這些受污染的耕地上種植蔬菜，無疑會(huì)造成蔬菜產(chǎn)品中重金屬和其他污染物含量超標(biāo)。這些耕地要種植出無公害、無污染的蔬菜幾乎是不可能的。而水培生產(chǎn)技術(shù)可以從根源上隔絕土壤和灌溉水的污染，采用處理過的水來灌溉，生產(chǎn)出高質(zhì)量的無公害蔬菜。

有些種植方式施用尚未完全處理好的有機(jī)肥，有機(jī)肥中可能帶有致病微生物。如果采用豬糞、雞糞等家畜糞便，就存在感染人畜（禽）共患病的危險(xiǎn)。而水培蔬菜則避免了這種隱患。而且有機(jī)肥本身的養(yǎng)分含量就存在不平衡的問題，例如多數(shù)有機(jī)肥的氮素含量較高，磷、鉀和其他微量元素的含量不足，這對(duì)于正常的蔬菜來說，本身就是一種脅迫。因此，用有機(jī)肥種植的蔬菜的產(chǎn)量、品質(zhì)，甚至是口感并不是最好的。從這點(diǎn)來說，水培蔬菜比有機(jī)肥種植的蔬菜更加安全，蔬菜的產(chǎn)量和質(zhì)量也更高。

水培蔬菜的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、口感、品質(zhì)

植物礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)研究表明，植物生長(zhǎng)必需的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素是17種[硅（Si）為某些植物的必需元素]，除了碳（C）、氫（H）、氧（O）是從水和空氣中獲得，其余14種礦物質(zhì)：氮（N）、磷（P）、鉀（K）、鈣（Ca）、鎂（Mg）、硫（S）、鐵（Fe）、硼（B）、錳（Mn）、鋅（Zn）、銅（Cu）、鉬（Mo）、氯（Cl）、鎳（Ni）都是從土壤中獲得或需要人工施肥來補(bǔ)充的。水培營(yíng)養(yǎng)液中的礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素是根據(jù)作物不同種類和不同生長(zhǎng)發(fā)育期來調(diào)控養(yǎng)分供給的。由于生長(zhǎng)過程中的養(yǎng)分供給比土壤栽培的充足而及時(shí)，因此水培蔬菜的產(chǎn)量和質(zhì)量要高于土壤栽培。

水培蔬菜生長(zhǎng)速度快是由于養(yǎng)分供給充足而及時(shí)，而且生長(zhǎng)在溫室或大棚等環(huán)境可控的條件下，蔬菜生長(zhǎng)的各種外界環(huán)境條件都達(dá)到或者接近其最適生長(zhǎng)的要求。因此，水培蔬菜的生長(zhǎng)速度要快于土壤栽培。但水培蔬菜并不會(huì)因?yàn)樯L(zhǎng)速度快而造成品質(zhì)下降。恰恰相反，由于其養(yǎng)分供應(yīng)充足且及時(shí)，環(huán)境調(diào)控好，植物光合作用效率高，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)合成量比土壤栽培多且快。因此，水培蔬菜的產(chǎn)量高，內(nèi)在品質(zhì)及口感更好。

土壤栽培存在的干旱、水澇、養(yǎng)分不平衡、昆蟲噬咬、致病微生物侵染等脅迫或者傷害，勢(shì)必會(huì)誘導(dǎo)植物分泌出多酚、醌、倍半萜等許多次生代謝物來抵御這些脅迫。長(zhǎng)此以往，蔬菜內(nèi)就會(huì)累積較多的次生代謝物，而這些次生代謝物大都是有顏色或者有苦澀味的，會(huì)影響蔬菜的外觀和口感。相反，水培蔬菜生長(zhǎng)的各種條件都較適宜或者更接近理想狀態(tài)，植物不會(huì)過多地累積次生代謝物。因此，水培蔬菜的口感會(huì)更好。

水培生產(chǎn)的綠葉蔬菜，如芥菜、蕹菜、小白菜等，由于水分和養(yǎng)分供應(yīng)充足，其生長(zhǎng)速度較快，而粗纖維和木質(zhì)素的累積速度要比其他氨基酸、蛋白質(zhì)等風(fēng)味物質(zhì)的累積速度相對(duì)滯后，因此粗纖維和木質(zhì)素的含量較少，而VC和其他營(yíng)養(yǎng)成分的含量則顯著提高。水培的番茄、黃瓜、厚皮甜瓜等瓜果類作物的外觀整齊、著色均勻，口感適宜，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高。有試驗(yàn)表明，水培番茄的VC含量為154.9 mg/kg，而土壤栽培的為124.2 mg/kg，水培番茄的VC含量比土壤栽培番茄的VC含量高19.8%。水培芥菜粗纖維含量為2.8%，而土壤栽培的為4.6%，水培芥菜粗纖維含量只是土壤栽培芥菜組纖維含量的61%。因此，水培蔬菜的口感優(yōu)于傳統(tǒng)土壤栽培蔬菜，吃起來更加鮮嫩可口，“菜味”更加濃郁而不帶苦澀。因此，水培蔬菜可突顯出蔬菜品種本身的內(nèi)在品質(zhì)。

水培蔬菜的亞硝酸鹽含量

目前，人們對(duì)水培蔬菜食用安全性的擔(dān)憂主要來源于水培蔬菜中硝酸鹽和亞硝酸鹽含量是否超標(biāo)。實(shí)際上，蔬菜中的硝酸鹽和亞硝酸鹽是兩類完全不同的物質(zhì)。大量研究表明，對(duì)人體有害的是亞硝酸鹽而不是硝酸鹽。為此，中國在2005年修訂無公害蔬菜農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，取消了某些地方標(biāo)準(zhǔn)里將硝酸鹽含量作為衡量無公害蔬菜的指標(biāo)之一，而采用亞硝酸鹽含量這一對(duì)人體健康有直接影響的指標(biāo)作為衡量無公害蔬菜的指標(biāo)之一。

蔬菜中的硝酸鹽和亞硝酸鹽含量受很多因素影響。自然界中，硝酸鹽必須在還原條件下才能通過硝化細(xì)菌的硝酸還原酶作用形成亞硝酸鹽。而水培營(yíng)養(yǎng)液是循環(huán)流動(dòng)的，營(yíng)養(yǎng)液中的溶解氧含量始終處于較高的水平，即營(yíng)養(yǎng)液中的氧化還原電位較高，不存在把硝酸鹽還原為亞硝酸鹽的條件。因此，水培蔬菜中的亞硝酸鹽含量很低。而土壤栽培時(shí)，由于局部土壤（如下雨或灌溉造成根區(qū)淹水時(shí)）極易產(chǎn)生還原條件。土壤栽培中，由硝酸鹽還原為亞硝酸鹽的可能性比水培栽培的高，因此土壤栽培的蔬菜也可能含有很高的硝酸鹽和亞硝酸鹽。而且水培比土壤栽培具有更好的可調(diào)控性，可以通過調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)液中硝酸鹽的供應(yīng)量和供應(yīng)時(shí)間來控制蔬菜內(nèi)硝酸鹽的含量，這是土壤栽培無法做到的。各地農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢驗(yàn)監(jiān)督中心的分析結(jié)果也表明，水培蔬菜的亞硝酸鹽含量大多只是國家限量標(biāo)準(zhǔn)的幾十分之一。所以說，水培蔬菜不存在亞硝酸鹽含量過高的問題。

水培對(duì)水分肥料的利用率

傳統(tǒng)土壤栽培中施用肥料的平均利用率約為30%～50%。氮肥施入土壤中容易被硝化并隨著灌溉水流失，也會(huì)因氨的揮發(fā)和反硝化作用產(chǎn)生N2O和N2而損失。最終只有大約50%的氮素可以被植物吸收利用。磷肥施入土壤后，很大一部分會(huì)形成硫酸鐵、鋁、鈣等磷酸鹽沉淀而不能被作物吸收利用，磷肥的利用率大約只有20%～30%。鉀肥施入土壤后有部分受到灌溉水和表面徑流的影響而流失，利用率也不高。而水培是根據(jù)作物不同品種和不同的生育期來供應(yīng)不同營(yíng)養(yǎng)，并且所有的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)均為水溶性，大約有90%～95%以上是作物可以吸收利用的，所以其營(yíng)養(yǎng)利用效率很高，而且廢棄的營(yíng)養(yǎng)液經(jīng)過處理可以循環(huán)利用，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

由于水培不存在土壤栽培中水分滲漏和徑流損失等問題，因此其水分利用效率較高。水培作物的耗水量大約只有土壤栽培的1/5～1/10，所以水培適合在干旱缺水的地方推廣。

綜上所述，由于水培蔬菜的水肥供應(yīng)充足、均衡，再加上大棚、溫室等設(shè)施中的環(huán)境更適合蔬菜生長(zhǎng)所需。因此，與傳統(tǒng)土壤栽培相比，水培蔬菜的產(chǎn)量更高、品質(zhì)更好，口感更佳，而且安全性更高。

作者簡(jiǎn)介：劉士哲（1964-），男，福建南安人，教授，長(zhǎng)期從事蔬菜、花卉的無土栽培技術(shù)、新肥料研制以及農(nóng)業(yè)土壤污染控制等方面的研究、教學(xué)和生產(chǎn)推廣工作。