三種降低硝酸鹽含量水培技術(shù)對菜心品質(zhì)的影響研究

馮慧珊，余知遠

（1.廣州金河農(nóng)業(yè)有限公司，廣東 廣州 510507；2.北京師范大學 珠海分校，廣東 珠海 519087）

水培蔬菜雖然具有生長速度快、產(chǎn)量高、效益大、病蟲害少、無公害化、避免連作障礙等顯著優(yōu)點，但是由于其營養(yǎng)物質(zhì)主要依靠營養(yǎng)液來供給，而營養(yǎng)液配方里的氮素來源則主要是硝態(tài)氮，而蔬菜喜歡“奢侈吸收”硝酸根中的氮素，即吸收氮素量遠遠超過其生理活動所需的量，因此，水培蔬菜體內(nèi)硝酸鹽含量就很容易超過世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）和糧農(nóng)組織（TheFood and Agriculture Organization of the United Nations，F(xiàn)AO）的容許標準（432 mg/kg，鮮重），從而對人體健康帶來不利的影響。本研究采用酰胺態(tài)氮來全部代替營養(yǎng)液配方中的硝態(tài)氮（替代法）、收獲前直接在營養(yǎng)液中斷硝態(tài)氮供給（中斷法）和將種植方式轉(zhuǎn)為基質(zhì)培（基質(zhì)培法）這三種降低水培蔬菜硝酸鹽含量的方法來進行比較實驗，以篩選出一種既能有效降低水培蔬菜硝酸鹽含量，又能維持蔬菜正常生長和品質(zhì)不變的種植技術(shù)，為進一步提升水培蔬菜的品質(zhì)提供借鑒。

一、材料與方法

（一）試驗材料

試驗地點為廣州金河農(nóng)業(yè)有限公司研發(fā)中心，試驗時間為2018 年12 月至2019 年2 月。菜心品種為廣州乾農(nóng)農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司的“特青遲心4 號菜心”。準備四種肥料，分別為：日本園試配方營養(yǎng)液肥料、酰胺態(tài)氮全部代替硝態(tài)氮的配方營養(yǎng)液配方肥料、不含任何氮素的營養(yǎng)液配方肥料和有機肥料（分別用N0、N1、N2、N3 表示）（見表1）。采用營養(yǎng)液膜水培種植技術(shù)和基質(zhì)培（基質(zhì)由草碳、珍珠巖和蛭石混合而成）無土栽培技術(shù)。生長環(huán)境做到溫度、濕度和光照供給一致。

表1 試驗的肥料種類

（二）方法

1.培養(yǎng)方法

設(shè)立四個實驗區(qū)，分別用A、B、C、D 來表示。A實驗區(qū)采用營養(yǎng)液膜水培種植設(shè)施，以日本園試營養(yǎng)液配方來供給肥料進行種植；B 實驗區(qū)采用營養(yǎng)液膜水培種植設(shè)施，以酰胺態(tài)氮全部代替硝態(tài)氮的配方營養(yǎng)液配方來供給肥料進行種植；C 實驗區(qū)采用營養(yǎng)液膜水培種植設(shè)施，以不含任何氮素的營養(yǎng)液配方來供給肥料進行種植；D 實驗區(qū)采用基質(zhì)培無土栽培種植設(shè)施，以有機肥來供給肥料進行種植。

先將同一時間播種已培育好的“特青遲心四號”菜心秧苗300 株，移苗到A 實驗區(qū)進行種植。當達到采收標準前兩周時，在A 實驗區(qū)隨機選取三組樣株（每組50 株菜心）分別移植到B、C、D 三個實驗區(qū)進行種植。B、C 實驗區(qū)的營養(yǎng)液濃度每天均要補充至電導率2ms/cm。同時，在A 區(qū)隨機選取20 株菜心樣株，檢測葉綠素、硝酸鹽、維生素C、蛋白質(zhì)、含量。在B、C、D 實驗區(qū)種植兩周后，在各區(qū)分別隨機選取20 株樣株，再對樣株分別檢測葉綠素、硝酸鹽、維生素C、蛋白質(zhì)含量。

2.測定項目

測定項目包括：葉綠素、硝酸鹽、維生素C、蛋白質(zhì)含量（見表2、表3）。

表2 不同營養(yǎng)管理對菜心葉綠素的影響

表3 不同營養(yǎng)管理對菜心營養(yǎng)品質(zhì)的影響

3.測定方法

葉綠素含量測定采用的檢測方法是SN/T 1113-2002/4.2（進出口螺旋藻粉中藻藍蛋白、葉綠素含量的測定辦法）；硝酸鹽含量測定采用的檢測方法是GB 5009.33-2016/第二法（食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測定）；維生素C 含量測定采用的檢測方法是GB 5009.86-2016/第一法（食品中維生素C 的測定）；蛋白質(zhì)含量測定采用的檢測方法是GB 5009.5-2016/第一法（食品中蛋白質(zhì)的測定）。［1］

4.數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用統(tǒng)計分析。

二、結(jié)果與分析

（一）施用不同種類肥料對菜心葉綠素含量的影響

從表2 可以看出，施用不同種類肥料的實驗區(qū)菜心中，B、C、D 實驗區(qū)菜心葉綠素含量與A 實驗區(qū)菜心葉綠素含量比較，B 實驗區(qū)菜心葉綠素含量下降了49%，C 實驗區(qū)菜心葉綠素含量下降62%，而D 實驗區(qū)菜心葉綠素含量則變化不明顯。這說明酰胺態(tài)氮配方營養(yǎng)液和不含任何氮素的營養(yǎng)液影響了菜心葉綠素的合成，而使用有機肥料的栽培方式對葉綠素的合成影響不明顯。結(jié)果表明，施用不同種類肥料對菜心葉綠素含量的影響顯著。氮素作為葉綠素的重要組成部分，對菜心葉綠素的合成有顯著影響，而不同形態(tài)的氮元素來源同樣影響菜心葉綠素的合成，單一的酰胺態(tài)氮導致菜心葉綠素合成顯著下降，而有機肥料提供的氮元素則不影響菜心葉綠素的合成，甚至稍微提高了菜心的葉綠素含量。

（二）施用不同種類肥料對菜心營養(yǎng)品質(zhì)的影響

從表3 可以看出，施用不同種類肥料的實驗區(qū)，菜心維生素C、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成分含量變化明顯。B、C、D 實驗區(qū)菜心營養(yǎng)成分含量與A 實驗區(qū)菜心營養(yǎng)成分含量進行比較，B 實驗區(qū)菜心的蛋白質(zhì)含量下降了33%，維生素含量下降了40%；C 實驗區(qū)菜心的蛋白質(zhì)含量下降了52%，維生素含量下降了59%，而D實驗區(qū)菜心的蛋白質(zhì)含量上升了32%，維生素含量上升了19%。實驗結(jié)果表明，不同種類肥料種植使菜心的營養(yǎng)成分變化顯著。B 實驗區(qū)的酰胺態(tài)氮配方營養(yǎng)液提供給菜心根系吸收的氮元素單一，使合成蛋白質(zhì)和維生素呈下降趨勢，趨勢顯著；C 實驗區(qū)沒有氮元素供給菜心生長，直接導致菜心合成蛋白質(zhì)和維生素受顯著影響，下降趨勢最大；D 實驗區(qū)菜心的蛋白質(zhì)和維生素含量呈現(xiàn)上升趨勢，說明有機肥提供的氮素營養(yǎng)有助于菜心生長和合成營養(yǎng)成分。

（三）施用不同種類肥料對菜心硝酸鹽含量的影響

從表3 可以看出，施用不同種類肥料的實驗區(qū)，菜心的硝酸鹽含量變化顯著。B、C、D 實驗區(qū)菜心硝酸鹽含量和A 實驗區(qū)菜心硝酸鹽含量進行比較，B 實驗區(qū)菜心硝酸鹽含量下降了75%，下降趨勢明顯；C 實驗區(qū)菜心硝酸鹽含量下降了96%，下降趨勢最大。D 實驗區(qū)菜心硝酸鹽含量下降了84%，下降趨勢明顯。實驗結(jié)果表明，施用三種不同種類肥料的種植法均可以較大幅度的降低菜心的硝酸鹽含量，其中C 實驗區(qū)采用不含任何氮素的營養(yǎng)液種植使菜心硝酸鹽下降幅度最大。

三、討論

（一）肥料中氮元素種類和含量的多少對菜心葉綠素的影響

氮作為葉綠素的重要組成成分，若其缺少時，會嚴重影響植物合成葉綠素，導致植株生長會受到顯著抑制，葉色淡綠，嚴重時呈淡黃色，葉片色澤均一。［2］具體而言，就是氮元素被植物吸收后，會形成不穩(wěn)定的化合物而被植物利用。當植物缺氮時，老葉中的葉綠素會分解并輸出氮素，而這些氮素就會轉(zhuǎn)移到其他部位而被再利用，于是葉色就會出現(xiàn)變淡和變黃的現(xiàn)象。［3］

本研究中A 實驗區(qū)的營養(yǎng)液由于采用了硝態(tài)氮作為氮元素的唯一來源，植物即便對于硝態(tài)氮過量吸收也不會對植物本身造成傷害，因此，菜心葉綠素合成處于正常的狀態(tài)，葉綠素含量是較高的，達127 mg/100g，分別比B 實驗區(qū)和C 實驗區(qū)高出49%和62%。B 實驗區(qū)的營養(yǎng)液由于采用尿素作為氮元素唯一來源，其在植物根系分泌的脲酶作用下，會轉(zhuǎn)化為碳酸銨［（NH4）2·CO3］，因此，當植物過量吸收NH4+之后則易出現(xiàn)銨中毒現(xiàn)象，進而影響葉綠素的合成，菜心葉綠素含量就會呈現(xiàn)下降趨勢。C實驗區(qū)的營養(yǎng)液由于完全不含有任何氮元素，新葉無法吸收到氮元素，只能由老葉不斷輸出來進行補充，因此，老葉會出現(xiàn)迅速黃化，嫩葉葉色也逐漸變淡，菜心葉綠素含量下降趨勢最快。D 實驗區(qū)采用有機肥作為氮元素的來源和基質(zhì)培的種植方式。在這種植方式之下，有機肥里含氮元素的有機化合物在基質(zhì)中微生物作用下，經(jīng)過水解、氨化、硝化或反硝化等過程不斷轉(zhuǎn)化為植物可吸收的無機態(tài)氮化合物，如NO3-、NH4+等，氮元素的充足和豐富的種類有利于菜心的葉綠素合成，D 實驗區(qū)的葉綠素含量是四中處理中最高的，達129mg/100g。［4］因此，采用基質(zhì)培的種植方式，由于含氮元素的有機化合物轉(zhuǎn)化過程需要一定時間，而且轉(zhuǎn)化形成的化合物，既有硝態(tài)氮，也有銨態(tài)氮、酰胺態(tài)氮，多種類的氮元素有助于植物的吸收和生長。

實驗結(jié)果表明，氮元素是植物生長的重要營養(yǎng)元素，而且具有種類豐富的氮元素來源的肥料更能促進植物合成葉綠素。因此，采用有機肥種植的方式是科學合理的，其豐富多樣的氮元素可以使植物吸收氮元素過程中，既不易出現(xiàn)過量吸收NH4+呈現(xiàn)銨中毒的現(xiàn)象和過量吸收硝酸鹽的現(xiàn)象，也不會出現(xiàn)缺乏氮元素影響情況，所以采用此種方式種植的菜心的葉綠素含量高。

（二）肥料中氮元素種類和含量的多少對菜心營養(yǎng)品質(zhì)的影響

植物中氮素的主要作用是合成氨基酸、酰胺、蛋白質(zhì)、核酸、核苷酸、輔酶等，在植物細胞、組織、器官建成及產(chǎn)量形成過程中起著中心作用。［5］

本研究中A 實驗區(qū)的菜心由于氮素供應是充足和及時的，因此，維生素C、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成分含量比較高。B 實驗區(qū)的菜心由于采用酰胺態(tài)氮來全部代替營養(yǎng)液配方中的硝態(tài)氮的方法，隨著尿素在營養(yǎng)液中含量比例的逐漸增加，植物吸收NH4+之后，根系會分泌出H+，使營養(yǎng)液pH 值會迅速下降，呈現(xiàn)較強的生理酸性，導致蔬菜對部分營養(yǎng)元素的吸收會受到抑制和蔬菜根系的生長受到損害，從而使蔬菜維生素C、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成分含量有所下降，品質(zhì)受到影響。C 實驗區(qū)的菜心采用直接在營養(yǎng)液中斷硝態(tài)氮供給的方法，這種方法會導致菜心沒有氮素供給而無法正常生長。由于氮是蔬菜體內(nèi)核酸的主要成分，如果蔬菜斷氮，那么必然會影響其合成蛋白質(zhì)和傳遞遺傳信息；氮是蔬菜體內(nèi)各種酶的組成成分，如果缺少氮元素的供給，那么必然會影響蔬菜合成各種酶，進行影響蔬菜體內(nèi)的各種代謝過程；同時氮也是維生素B1、B2、B6、生長素、細胞分裂素的組成成分，這些物質(zhì)對促進植物生長發(fā)育有著重要的作用，如果缺氮，那么這些含氮物質(zhì)就不能形成，導致蔬菜的代謝產(chǎn)生絮亂。因此，菜心的蛋白質(zhì)和維生素C 含量對比A 試驗區(qū)分別下降了52%和59%，下降趨勢顯著，導致菜心的品質(zhì)出現(xiàn)嚴重下降。D 實驗區(qū)采用有機肥種植方法，菜心的蛋白質(zhì)和維生素C 含量呈上升趨勢，生長狀況良好。

該研究結(jié)果表明，單一的酰胺態(tài)氮和缺少氮素的營養(yǎng)供給使菜心的營養(yǎng)成分合成受阻，導致菜心的維生素C 含量和蛋白質(zhì)含量呈顯著下降；而有機肥含有的多種類且豐富的氮元素則有助于植物合成營養(yǎng)物質(zhì)，有利于植物蛋白質(zhì)和維生素等營養(yǎng)物質(zhì)的積累。

（三）肥料中氮元素種類和含量的多少對菜心硝酸鹽累積的影響

在蔬菜栽培中過量施用氮肥，特別是單施無機肥條件下，會導致蔬菜硝酸鹽含量嚴重超標。［6］

本實驗的A 實驗區(qū)由于采用硝態(tài)氮作為氮素來源，因此，菜心硝酸鹽含量是較高的。B 實驗區(qū)由于采用尿素作為氮素來源，菜心生長過程中，沒有了新的硝酸鹽吸收，只是吸收了酰胺態(tài)氮，而它和菜心體內(nèi)原來累積的硝酸鹽不斷轉(zhuǎn)化為植物營養(yǎng)成分，因此，菜心的硝酸鹽含量下降得較大。C 實驗區(qū)由于肥料中沒有含有任何氮素，菜心生長過程中，同樣沒有任何硝酸鹽可吸收，而體內(nèi)原來累積的硝酸鹽也不斷轉(zhuǎn)化為植物營養(yǎng)成分，因此，菜心的硝酸鹽含量下降得最大。D 實驗區(qū)由于肥料中氮素來源的多樣性，菜心生長過程中，可供吸收的硝酸鹽量并不多，而體內(nèi)原來累積的硝酸鹽轉(zhuǎn)化為植物營養(yǎng)成分的速度遠大于吸收的速度，因此，菜心的硝酸鹽含量下降也較大。

研究結(jié)果表明，肥料中氮元素種類和含量直接影響菜心硝酸鹽的累積含量。采用單一硝態(tài)氮作為菜心生長的氮素來源，菜心的硝酸鹽含量必然高；而采用酰胺態(tài)氮或有機肥作為氮元素的供給則不會累積硝酸鹽，硝酸鹽的下降趨勢皆是呈顯著；如果切斷氮素的供給，則菜心的硝酸鹽含量下降幅度最大。

（四）三種降低水培蔬菜硝酸鹽含量技術(shù)在生產(chǎn)應用中的優(yōu)劣勢比較

在本次實驗中，三種降低水培蔬菜硝酸鹽含量的種植方法都能大幅度降低了菜心的硝酸鹽含量。第一種方法是替代法，即采用酰胺態(tài)氮配方營養(yǎng)液全部代替營養(yǎng)液配方中的硝態(tài)氮；第二種方法是中斷法，即在營養(yǎng)液中斷硝態(tài)氮供給，這兩種方法皆是為降低適合采收的蔬菜的硝酸鹽含量，而全面降硝態(tài)氮，結(jié)果由于營養(yǎng)供合的不充足性或非全面性，嚴重影響采收期蔬菜的正常生長，蔬菜的重要營養(yǎng)成分蛋白質(zhì)和維生素C 都顯著下降，從而影響蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)。正因為如此，替代法和中斷法兩種降低蔬菜硝酸鹽含量的方法根本不適合生產(chǎn)的實際需要。而第三種方法是基質(zhì)培法，即采用有機肥種植方法，此法將水培技術(shù)和基質(zhì)培技術(shù)有機結(jié)合，既能有效降低水培蔬菜硝酸鹽含量，又能維持蔬菜正常生長和品質(zhì)不變。為什么這樣呢？筆者分析原因如下：

水培蔬菜在達到采收標準前兩周內(nèi)，從水培種植設(shè)施上移栽至采用基質(zhì)培種植設(shè)施中。從水培的種植方式轉(zhuǎn)為基質(zhì)培方式，使得蔬菜生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)的供應方式不再局限于通過無機營養(yǎng)液來供給，還可以采用有機肥作為氮素給來源方式來供給，從而為下一步采用有機肥進行肥料供給創(chuàng)設(shè)了必要的客觀條件。

在采用有機肥作為氮素供給來源條件下繼續(xù)種植兩周，其目的有兩個：一是通過基質(zhì)培來種植兩周，使蔬菜體內(nèi)過量硝酸鹽在生長過程有效吸收轉(zhuǎn)化而實現(xiàn)降低硝酸鹽含量的目的；二是由于采用有機肥作為蔬菜采收前所需的營養(yǎng)物質(zhì)，特別是氮素的供給來源，不僅客觀上實現(xiàn)了終止了單一以硝態(tài)氮作為蔬菜生長所需氮素供給來源的目的，從而有效降低蔬菜體內(nèi)硝酸鹽的含量，而且由于營養(yǎng)供給依然是十分充足、全面和均衡，因此，蔬菜的生長和品質(zhì)仍然得到非常有效的保證。

由上可見，基質(zhì)培法在降低水培蔬菜硝酸鹽含量的同時，還保留了水培蔬菜的優(yōu)勢，不僅充分利用了水培培養(yǎng)種植技術(shù)在營養(yǎng)供給、環(huán)境控制、病蟲害綜合防治方面的技術(shù)優(yōu)勢，而且有效解決了單純用土壤種植病蟲害多、污染多等問題，真正實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化和無公害化。

四、結(jié)論

本研究結(jié)果表明，雖然實驗的三種種植方法均能有效降低水培蔬菜硝酸鹽含量，但是替代法和中斷法均會使蔬菜的維生素C 和蛋白質(zhì)顯著下降，對蔬菜的品質(zhì)帶來較嚴重的影響，而基質(zhì)培法既能有效降低水培蔬菜硝酸鹽含量，又能促進蔬菜生長并提高其營養(yǎng)成分的含量。因此，采用有機肥種植的基質(zhì)培法是一種既能有效降低蔬菜硝酸鹽含量，又可以保證蔬菜營養(yǎng)品質(zhì)的方法，在實際生產(chǎn)應用中具有比較優(yōu)勢。