農(nóng)村戶廁三格化糞池出水對(duì)水培生菜產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

唐 匯， 樊戰(zhàn)輝， 鄭述東， 楊 琴， 李忠華， 施國(guó)中， 熊霞*

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)， 成都 611130； 2.成都市農(nóng)林科學(xué)院，成都 611130； 3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部沼氣科學(xué)研究所， 成都610041； 4.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)村可再生能源開(kāi)發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 成都 610041)

近年來(lái)，隨著國(guó)家大力推進(jìn)農(nóng)村廁所革命，三格化糞池因操作簡(jiǎn)便、無(wú)害化效果好和肥效高等優(yōu)點(diǎn)被大部分地區(qū)作為主要推廣的廁改類型[1]。與無(wú)機(jī)肥相比，人糞尿含有大量的有機(jī)物及氮、磷、鉀等元素更有利于植物的吸收利用，對(duì)改善作物的產(chǎn)量和品質(zhì)有重要影響[2]。生菜(LactucasativaL.)即葉用萵筍，具有生長(zhǎng)周期短、營(yíng)養(yǎng)豐富的特點(diǎn)[3-4]，且在栽培過(guò)程中容易獲得無(wú)公害產(chǎn)品頗受人們喜愛(ài)[5]。無(wú)土栽培是未來(lái)生菜乃至大棚蔬菜重要發(fā)展方向之一，水培蔬菜品質(zhì)的研究主要集中于探索最適合作物生長(zhǎng)和提高品質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)液種類和濃度上[6]。利用三格化糞池出水配制水培營(yíng)養(yǎng)液不僅可以實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，還可以最大限度地降低營(yíng)養(yǎng)液成本，有很大的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。已有少量報(bào)道畜禽養(yǎng)殖沼液在水培蔬菜上的應(yīng)用，研究表明沼液處理的比沒(méi)有施用沼液處理的水培油菜的維生素C和還原糖含量均有所增加，而總酸含量有所降低[7]，但以農(nóng)村戶廁三格化糞池出水為原料配制復(fù)合營(yíng)養(yǎng)液尚且鮮有報(bào)道。因此，本試驗(yàn)以生菜作為研究對(duì)象，采用營(yíng)養(yǎng)液膜栽培技術(shù)(NFT)水培生菜，分析在不同替換比例農(nóng)村戶廁三格化糞池出水的條件下對(duì)生菜的產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，旨在實(shí)現(xiàn)三格化糞池出水資源化利用，為農(nóng)村廁所革命中大量暫存的三格化糞池出水應(yīng)用于水培蔬菜生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)為無(wú)土栽培技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供了良好的理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

生菜品種選用全年耐抽苔生菜王(意大利半結(jié)球型生菜)，三格化糞池出水取自于四川省成都市溫江區(qū)公平街道某戶人家戶廁三格化糞池第三格，其理化性質(zhì)見(jiàn)下表1所示。

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)于2021年3月～2021年5月在成都市農(nóng)林科學(xué)院植物工廠中(東經(jīng)103°85′7124″，北緯30°70′1212″)進(jìn)行。育苗期采用標(biāo)準(zhǔn)葉菜營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行培養(yǎng)，待幼苗生長(zhǎng)到三葉一心后移栽至不同三格化糞池出水替換比下的營(yíng)養(yǎng)液中進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)液膜培養(yǎng)。試驗(yàn)設(shè)置7個(gè)處理組，對(duì)照組(CK)使用標(biāo)準(zhǔn)葉菜營(yíng)養(yǎng)液，各試驗(yàn)組的營(yíng)養(yǎng)液三格化糞池出水替換比分別為10%，20%，30%，40%，50%和60%，記為T1，T2，T3，T4，T5和T6組(見(jiàn)表2)，每組移栽16棵生菜幼苗，每?jī)商毂O(jiān)測(cè)一次水深，實(shí)時(shí)控制生長(zhǎng)環(huán)境，水培試驗(yàn)期為30 d。水培采用圓管水培架裝置，使用水泵定時(shí)器設(shè)備控制整個(gè)裝置中營(yíng)養(yǎng)液的循環(huán)(早中晚各循環(huán)一次，每次循環(huán)1 h)，以保證生菜根系的正常氧氣供應(yīng)。

表2 各處理組營(yíng)養(yǎng)液配比 (%)

1.3 指標(biāo)測(cè)定

樣品生長(zhǎng)到30 d時(shí)，統(tǒng)一收獲，選取具有普遍代表性的生菜，測(cè)定生菜的生長(zhǎng)指標(biāo)、光合特性指標(biāo)和品質(zhì)指標(biāo)。在進(jìn)行生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定時(shí)，每個(gè)處理組選取長(zhǎng)勢(shì)均勻的生菜，分別利用精度為0.1 cm的直尺進(jìn)行葉長(zhǎng)和根長(zhǎng)的測(cè)量，利用精度為0.1 g天平進(jìn)行鮮重和干重的測(cè)量。在進(jìn)行光合特性指標(biāo)的測(cè)定時(shí)，則在生菜采收后，立即轉(zhuǎn)移至實(shí)驗(yàn)室，并用紗布擦凈葉片及植株上的污物和部分水分，初步晾干后采用乙醇提取法[8]進(jìn)行樣品中葉綠素的含量的測(cè)定。而對(duì)于生菜的品質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定包括可溶性糖，維生素C，可溶性蛋白質(zhì)和硝態(tài)氮，其中可溶性糖含量測(cè)定采用蒽酮試劑法[9]，維生素C含量測(cè)定采用2，6-二氯酚靛酚滴定法[10]，蛋白質(zhì)含量測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)染色法，硝酸鹽含量采用水楊酸比色法[11]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Excel，SPSS26.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、繪圖、分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同三格化糞池出水替換比例對(duì)生菜生長(zhǎng)性狀的影響

各處理組水培生菜采收后，對(duì)其鮮重、干重、根長(zhǎng)和葉長(zhǎng)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如表3所示。隨著營(yíng)養(yǎng)液中三格化糞池出水替換比的增加，生菜的鮮重和干重均呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢(shì)，T2(替換比為20%)最高，分別為53.60±0.70 g，18.66±0.25 g，與CK組比較增加了3.23%，3.33%；生菜的根長(zhǎng)呈現(xiàn)先降低后增加再降低的趨勢(shì)，除T5外的試驗(yàn)組根長(zhǎng)均低于CK，T2相比于CK縮短了44.43%，差異最為顯著，短根可在一定程度上降低堵塞水培管道的概率，有利于水培生菜的生長(zhǎng)；生菜的葉長(zhǎng)呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，但試驗(yàn)組的葉長(zhǎng)均低于CK。以上表明，三格化糞池出水能夠替換部分標(biāo)準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行水培生菜生產(chǎn)，且當(dāng)比例合適時(shí)，能夠提高生菜產(chǎn)量。

表3 各處理組水培生菜生長(zhǎng)性狀指標(biāo)

2.2 不同三格化糞池出水替換比例對(duì)生菜光合特性指標(biāo)的影響

葉綠素對(duì)植物的作用就是從光中吸收能量，然后能量被用來(lái)將二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓衔?，是高等植物光合作用的重要基礎(chǔ)，葉綠素a和葉綠素b占了葉綠素很大比例，對(duì)其進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如圖1所示。水培生菜葉綠素含量隨著營(yíng)養(yǎng)液中三格化糞池出水替換比例的增加呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)，T3(替換比為30%)葉綠素a含量為1.578±0.187 mg·g-1，葉綠素b含量為0.749±0.089 mg·g-1，均為最高值，葉綠素a含量的差異性變化比葉綠素b含量差異性變化更顯著。這可能是由于三格化糞池出水中含有礦質(zhì)元素，根系吸收了較多礦質(zhì)元素，促進(jìn)了葉綠素a和葉綠素b的合成。

圖1 各處理組水培生菜葉綠素a，b含量

2.3 不同三格化糞池出水替換比例對(duì)生菜品質(zhì)的影響

本試驗(yàn)測(cè)定的水培生菜主要營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)包括可溶性糖、可溶性蛋白、VC以及硝酸鹽氮。

可溶性糖是干旱脅迫誘導(dǎo)的小分子溶質(zhì)之一，參與滲透調(diào)節(jié)，并有可能在維持植物蛋白穩(wěn)定方面起作用[12]，也是評(píng)價(jià)生菜食用口感的重要生化指標(biāo)[13]，該試驗(yàn)水培生菜可溶性糖含量如圖2所示。水培生菜可溶性糖含量隨著營(yíng)養(yǎng)液中三格化糞池出水替換比例的增加呈現(xiàn)先增加后下降最終又緩慢增加的趨勢(shì)，與楊鑫[14]等人利用沼液對(duì)水培生菜可溶性糖含量的影響變化趨勢(shì)相同。T1和T2生菜的水溶性糖含量均高于CK，分別增加了7.69%和30.77%，而T3至T6生菜的可溶性糖含量均低于CK，這表明以較低比例的三格化糞池出水替換營(yíng)養(yǎng)液，有利于生菜可溶性糖含量的積累。

圖2 不同三格化糞池出水替換比對(duì)生菜可溶性糖含量的影響

維生素C一方面對(duì)植物本身起著非常重要的生理功能，如有利于植物細(xì)胞生長(zhǎng)和分裂、保護(hù)植物免受光合作用中有害副作用的侵害以及影響激素生物合成等諸多方面[15]，另一方面具有一定的抗癌作用，無(wú)副毒作用，口感好，可作為理想的食物防腐保鮮劑[16]。由圖3可知，水培生菜中維生素C含量隨著營(yíng)養(yǎng)液中三格化糞池出水替換比例的增加而呈現(xiàn)整體增加—降低—緩慢增加的趨勢(shì)。T1和T2水培生菜的維生素C含量均較CK高，分別增加了10.45%和20.52%，差異顯著；T3至T6水培生菜維生素C含量均較CK低，T4最低，降低了32.33%。這表明以較低比例的三格化糞池出水替換營(yíng)養(yǎng)液，可以有效提高水培生菜維生素C的含量。

圖3 不同三格化糞池出水替換比對(duì)生菜維生素C含量的影響

蛋白質(zhì)含量是植物新陳代謝水平的重要指標(biāo)之一，同時(shí)也是評(píng)價(jià)生菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)水平的重要指標(biāo)之一[13]。由圖4可知，三格化糞池出水替換營(yíng)養(yǎng)液對(duì)可溶性蛋白的影響效果顯著，各處理組水培生菜可溶性蛋白量隨著培養(yǎng)液三格化糞池出水替換比的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)。各試驗(yàn)組可溶性蛋白量均高于CK，T3(替換比為30%)可溶性蛋白含量最高，較CK增加了88.18%，差異最為顯著。這表明，三格化糞池出水對(duì)于水培生菜可溶性蛋白具有積極的影響，這可能與化糞池出水中含有一定量的鈣加強(qiáng)了營(yíng)養(yǎng)液中的氮的轉(zhuǎn)化有關(guān)。

圖4 不同三格化糞池出水替換比對(duì)生菜可溶性蛋白含量的影響

硝酸鹽作為作物有效的氮源，是作物體內(nèi)最安全并易于轉(zhuǎn)移的氮素儲(chǔ)存形態(tài)。植物吸收并積累硝酸鹽雖有利于植物本身，但對(duì)人體健康、環(huán)境造成極大的危害，因此對(duì)蔬菜硝酸鹽累積調(diào)控一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)[16]。由圖5可知，各試驗(yàn)組均可以顯著降低水培生菜中的硝酸鹽含量，水培生菜的硝酸鹽含量隨著營(yíng)養(yǎng)液中三格化糞池出水替換比例的增加呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)，T3(替換比為30%)最低，僅為0.031 mg·g-1，與CK相比降低了76.74%。這表明，三格化糞池出水部分替換營(yíng)養(yǎng)液有利于降低水培生菜的硝酸鹽含量，提高其食用的品質(zhì)和安全性，可能是由于三格化糞池出水的加入可以適當(dāng)降低營(yíng)養(yǎng)液的硝酸鹽成分，從而減少生菜對(duì)硝酸鹽的吸收，降低生菜葉片的硝酸鹽含量。

圖5 不同三格化糞池出水替換比對(duì)生菜硝態(tài)氮含量的影響

3 結(jié)論與討論

(1)三格化糞池出水可以替換部分標(biāo)準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行水培生菜生產(chǎn)，而且達(dá)到提質(zhì)增產(chǎn)。綜合考慮，T2(替換比為20%)條件下，效果最優(yōu)，鮮重和干重相對(duì)于CK增加了3.23%和3.33%，可溶性糖、維生素C和蛋白質(zhì)含量分別增加了30.77%，20.52%和23.86%，硝酸鹽氮含量降低了54.08%。

(2)與標(biāo)準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)液相比，所有以三格化糞池出水替換部分營(yíng)養(yǎng)液的試驗(yàn)組，可溶性蛋白含量均有所升高、硝態(tài)氮含量均有所降低。

綜上，農(nóng)村戶廁三格化糞池出水與無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)液結(jié)合配制比例合理的復(fù)合型營(yíng)養(yǎng)液有利于生菜品質(zhì)的提高，替代傳統(tǒng)無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)液對(duì)蔬菜進(jìn)行無(wú)土栽培具有可行性，在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)廢物的資源化利用，改善人居環(huán)境。但復(fù)合營(yíng)養(yǎng)液的最優(yōu)配比、施用時(shí)段以及對(duì)于不同地區(qū)不同品種的蔬菜水培的普遍適用性，仍有待進(jìn)一步深入研究。