不同栽培方式对生菜生长和营养品质的影响

胡玥 崔雯 金敏凤 王全喜

摘 要： 在相同的种植环境下，研究了土壤栽培与无土栽培（基质栽培、营养液栽培）对生菜生长及营养品质的影响，并采用隶属函数法对生菜的综合品质进行评价.结果表明：营养液栽培生菜的产量最高，基质栽培次之，土壤栽培产量最低.营养液栽培生菜相比土壤栽培生菜，单株鲜重均值增幅达81.51%.生菜在基质栽培中综合营养品质最高，在营养液栽培中硝酸盐含量较高，而在土壤栽培中各项指标都偏低.

关键词： 无土栽培; 土壤栽培; 生菜; 品质; 生长

中图分类号： S 63  文献标志码： A  文章编号： 1000-5137（2019）05-0566-08

Abstract： This research studied the influences of different cultivation methods，i.c.soil cultivation and soilless cultivation （substrate cultivation and hydroponics），on the growth and nutritional qualities of lettuce.Integrated quality of the lettuce was evaluated based on subordinate function values analysis.The main conclusions were as follows：lettuce produced via hydroponics had the highest yield，while those from soil cultivation had the lowest production.Compared with the soil cultivation，substrate cultivation could achieve higher average weight per plant of lettuce by 81.51%.Lettuce produced from substrate cultivation showed best overall nutritional qualities，and lettuce from hydroponics had highest nitrate contents.While all of the indexes from soil cultivation are lower than from both other cultivations.

Key words： soilless cultivation; soil cultivation; lettuce; quality; growth

0 引 言

近年来，随着可耕地面积的减少，消费者对反季蔬菜的需求增大，对蔬菜安全性的要求提高，蔬菜栽培模式逐步向多元化的方向迅速发展.目前，绿叶菜常用的栽培方式有3种：土壤栽培（土培）、营养液栽培（水培）和基质栽培[1-2].科技的进步不仅提高了蔬菜的供应量，而且丰富了蔬菜的品种，但何种栽培方式能提供品质更高的蔬菜品种仍是農业生产者关注的焦点.

蔬菜本身是一个复杂的反应系统，影响蔬菜生长的因素很多，包括环境（如温度、光照、湿度等）、栽培介质和栽培介质的营养供应等.绿叶蔬菜产量占蔬菜总产量的30%～40%[3]，因其生长周期短、采收便利、栽培广泛等特点，适于作为研究蔬菜生产应用的模式菜类.

生菜是叶用莴苣（Lactuca sativa L.）的俗称，又名鹅仔菜、唛仔菜、莴仔菜，属菊科莴苣属.近10年，生菜的种植面积呈现上升趋势，全球产量可达27 Mt[4]，中国是最大的生菜生产国[5].根据生菜的叶形、大小、质地、茎型等不同属性，可将其分为6个不同品种[5].生菜中含有许多有助于健康的物质，如抗坏血酸、谷胱甘肽、酚类、叶绿素、类胡罗卜素、矿物质等[6].由于生菜常用于生食，如沙拉、卷饼等，相比于其他需烹饪的蔬菜，其营养成分能很好地保留下来，但对硝酸盐含量控制则更严格，是上海市民最喜食的花色绿叶菜[7].本文作者以生菜为实验材料，首次综合分析了不同栽培方式对生菜生长及营养品质的影响，以期在生产实践中对提高绿叶菜品质提供一定的理论参考.

1 材料与方法

1.1 实验材料

生菜品种选用高华生菜，购自香港高华种子有限公司，该品种为全年种植，耐热、耐寒、耐抽薹，菜形美观，品质优良.

1.2 主要仪器与试剂

主要仪器包括：电热鼓风干燥箱（DHG-9070A，上海一恒科学仪器有限公司）;电子天平（BSA224S，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司）;数显恒温水浴锅（HH-2，江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司）;实验室双级反渗透去离子水系统（MU4100UFR，上海穗天环保科技有限公司）;加热板套装（C-MAG HP7 S25型，IKA公司）;消化炉（DKL，VELP Scientific公司）;自动定氮仪（KDN-02，上海新嘉电子有限公司）;紫外分光光度计（BIOMATE 3S，Thermo Scientific公司）;质构仪（TA-XT plus，Stable micro）;数字式折光糖度仪（PAL-3，ATAGO）;移液枪（1 000 μL，5 mL，10 mL，上海泰坦科技股份有限公司）等.

主要试剂包括：二水合草酸、硫酸、盐酸、氢氧化钠、苯酚等，均为分析纯，购自上海润捷化学试剂有限公司;抗坏血酸、碳酸氢钠、五水合硫酸铜（Ⅱ）、硫酸钾、无水乙醇、硼酸、无水碳酸钠、水杨酸、硝酸钾、蔗糖、甲基红、溴甲酚绿等，均为分析纯，购自国药集团化学试剂有限公司;2，6-二氯靛酚钠盐水合物，购自阿法埃莎（上海）化学有限公司.

1.3 实验方法

本实验于2016年4月—2016年6月在上海师范大学奉贤校区金汇港基地（东经121°31′ 9.1″，北纬30°50′ 22.8″）进行.育苗基质均采用V（草炭）  ∶ V（蛭石）  ∶ V（珍珠岩）=1  ∶ 1  ∶ 1的混合基质.育苗期30 d，之后移栽至基质、营养液和土壤3种不同的栽培介质中，每种栽培方式播种80棵，分别于1周、2周、3周、4周进行生长指标测定，并于30 d后进行收获测定.采样时采用S形路线采取具有普遍代表性的植株，测定时采用茎叶比1∶1进行各项品质的测定.

基质栽培使用50 cm×30 cm×8 cm的基质盘，基质配比为：V（草炭）  ∶ V（珍珠岩）  ∶ V（蛭石）=2  ∶ 1  ∶ 1，再与3倍体积的腐熟牛粪相混合.营养液栽培使用横截面积为100 cm×9 cm的圆管水培架装置，栽培孔径（直径）为4.8 cm，使用水泵定时器设备控制整个装置中的营养液循环（每2 h循环一次，每次循环20 min），以此保证栽培作物根系的正常氧气供应.营养液以霍格兰营养液配方为基础进行了一定的改进.土壤栽培使用普通田间土，将土壤装于89 cm×67 cm×61 cm的长方体塑料栽培盆中.3种栽培方式均使用同样的自来水进行浇灌，每2 d浇灌一次，每株浇灌约50 mL.基质和土壤栽培行距为10 cm，株距为10 cm，营养液栽培株距为10 cm.

1.3.1 生长指标测定

样品生长30 d后，统一进行收获测定.每个处理组选取长势均匀的蔬菜20株，测量其各项生长指标[8-11]，并各取平均值.其中：

1）叶片数是测定展开的叶片数;

2）叶宽的测定是用直尺测量法，测量叶片中部的最大宽度;

3）株高的测定是用直尺测量法，测量植株基部到生长点顶端的距离;

4） 根长的测定是用直尺测量法，将根部取出后，除去基质残渣，测量主根顶端至末端距离;根鲜重（质量）是用电子天平直接称量新鲜生菜根部的质量.

1.3.2 品质测定

蔬菜留根采收后，立即移回实验室.用湿纱布擦净叶片及植株上的污物，晾干后根据各待测品质指标的要求进行取样、测定.

1.3.2.1 硝酸盐含量测定

采用水杨酸比色法[12]测定样品中的硝酸盐含量.将样品剪碎混匀，称取2～3 g（m（茎）  ∶ m（叶）=1  ∶ 1），放入试管中，加10 mL纯水，薄膜封口，沸水提取30 min后取出，冷却，过滤.吸取0.1 mL滤液，置于试管中，再加入0.4 mL水杨酸-H2SO4溶液，摇匀，静置20 min，加入9.5 mL质量分数为8%的 NaOH溶液.摇匀，静置20 min.测定波长为410 nm下的吸光度值.根据实验结果绘制标准曲线，并以此计算NO3-N的含量.

1.3.2.2 叶绿素含量测定

采用丙酮提取法[12]测定样品中的叶绿素含量.取剪碎的叶片约0.2 g，放入研钵，加少量CaCO3粉末和石英砂、80 %（体积分数）丙酮3 mL，研磨2 min成匀浆，再加80%丙酮10 mL继续研磨1 min，静置5 min.过滤（冲洗滤纸至不再变色），定容，摇匀.以提取液为空白对照，测定滤液在663 nm和646 nm处的吸光度值A663，A646.

1.3.2.3 维生素C （Vc）含量测定

采用2，6-二氯靛酚滴定法[13]测定样品中Vc的含量.称取约10 g样品，移入研钵，加10 mL 质量浓度为20 g/L的草酸溶液，迅速研磨5 min成匀浆.用浸提剂将样品移入容量瓶，摇匀过滤.吸取10 mL滤液置于锥形瓶中，用标定过的2，6-二氯靛酚溶液滴定，直至溶液呈粉红色且经过15 s不褪色为止.每个样品滴定2次，3次平行测量，同时做空白对照实验.

1.3.2.4 蛋白质含量测定

采用凯氏定氮法[13]测定样品中的蛋白质含量.称取约3 g样品，移入干燥的消化管中，加入0.2 g CuSO4，6 g K2SO4和20 mL H2SO4，设定消化温度和时间后开始消化.消化结束后取下冷却，加入20 mL水.冷却后将消化液移入容积为100 mL的容量瓶，并用少量水冲洗消化管，洗液并入容量瓶中，定容混匀备用.取约8 mL消化液加入定氮仪的反应管中，按照设定好的程序仪器自动加入40%（质量分数）NaOH溶液和纯水进行蒸馏.向接收瓶内加入20 mL硼酸溶液及2滴混合指示液.蒸馏完毕后，用0.05 mol·L-1的盐酸标准滴定液滴定蒸馏液，滴定终点为指示剂颜色由蓝色变为浅红色，同时做空白对照实验.

1.3.2.5 可溶性糖含量测定

采用苯酚硫酸法[12]测定样品中可溶性糖的含量.称取0.3 g左右叶片放入刻度试管中，加10 mL蒸馏水，在沸水中提取30 min（提取两次），提取液滤入50 mL容量瓶，反复冲洗试管及残渣并定容.吸取0.5 mL滤液置于试管中，加1.5 mL纯水，再分别加入1 mL质量分数为9%的苯酚和5 mL浓硫酸，摇匀，显色并测定吸光度值.每个处理测定3次.由标准线性方程求出可溶性糖含量.

1.3.2.6 總酸含量测定

采用NaOH滴定法[14]测定样品中总酸的含量.称取混合均匀的样品约8 g，研磨5 min至匀浆状态.用超纯水转移到容积为100 mL容量瓶中，定容，摇匀.用干滤纸过滤，吸取10 mL滤液置于锥形瓶中，加入60 mL超纯水（稀释滤液）和两滴酚酞乙醇指示剂，用物质的量浓度为0.1 mol·L-1 的NaOH标准溶液滴定至微红色且经过30 s不褪色为终点.平行实验3次，同时做空白对照试验.

1.3.2.7 可溶性固形物含量测定

采用折光仪法[13]测定样品中可溶性固形物的含量.称取约20 g样品（m（茎）  ∶ m（叶）=1  ∶ 1），研磨7 min至匀浆状态.通过4层纱布过滤，滤液备用.吸取0.3 mL滤液，滴入数字折光仪圆孔中，待仪器和温度达到稳定后，测量并记录设备显示的温度和数值.平行实验3次，每次样品测定3次.

1.3.2.8 叶片硬度测定

使用质构仪[15]测定叶片硬度.选取大小均匀的20片叶片，使用物性测定仪进行测定.采用HDP-0.25S探头，测定条件：测试模式为压缩模式;测试前速度为2 mm·s-1;测试速度为1 mm·s-1;测试后速度为10 mm·s-1;压缩距离为10 cm;负重为5 g.每组样品测定20个，实验结果取平均值.

1.3.2.9 水分含量测定

采用烘干法[12]测量样品中的水分含量，样品采收后，称取6 g左右置于已经恒重的称量瓶中，105 ℃条件下杀青15 min，之后于80 ℃条件下烘至恒重.

1.4 数据分析

利用Excel，SigmaPlot，SPSS软件对实验数据进行统计、绘图、分析，差异显著性分析使用AVOVA方法分析，平均值之间的差异使用Duncan多重范围检测.采用隶属函数法[16]对各项营养指标数据进行综合分析.

2 结果与分析

2.1 不同栽培方式对生菜生长速度的影响

30 d的育苗期过后，将生菜分别移栽至3种不同的栽培介质中，并在其生长期间分别测定其叶长、叶宽、单株叶片数、株高，和株幅的变化情况.测定结果如图1～5所示，可见采用不同栽培方式的生菜的生长进程不同.

由图1～5可知：经过4周的生长期，营养液栽培的生菜叶宽最大，单株叶片数最多，株幅最宽，3项指标在整个生长周期内都远胜于基质栽培和土壤栽培的生菜指标.而土壤栽培生菜的叶长和株高在初期较高，但在4周后基本和营养液栽培和基质栽培生菜的数值保持一致.

在生长速度方面，土壤栽培生菜在前期生长速度较快，但在中后期，生长趋势逐渐趋于平缓，表明土壤栽培生菜后期生长优势欠缺.基质栽培和营养液栽培的生菜生长速度较快.营养液栽培移栽时，需要清洗幼苗根部，会对根系造成一定损伤，而基质栽培移栽过程中基本未损伤根部.移栽初期，基质载培的生菜长势较好;移栽后期，营养液栽培的生菜长势略显优势.在移栽后的整个生长期间，基质栽培生菜各生长指标呈线性增长的趋势，长势稳定;营养液栽培的生菜中后期叶宽、单株叶片数、株幅等指标呈现增多的趋势，但土壤栽培的生菜在第三周后出现生长速度减缓的现象，且叶宽、株幅、株高增长明显滞缓，可能与后期的土质结板、营养缺乏有关.

此外，移栽第三周后营养液栽培的生菜出现一定的抽薹现象，因此株高增长速率明显增大，也大大缩短了生菜的成熟采摘周期.

总体而言，无土栽培的生菜较传统土壤栽培的生长速度更快.其中，移栽前期土壤栽培和基质栽培生菜的生长速度稳定，且长势较好;移栽中后期土壤栽培生菜的生长速度较慢，至成熟采摘期，土壤栽培生菜几乎没有任何生长优势.因此，在实际生产中应在土壤栽培生长后期及时进行肥料的补充及松土，以保证作物的正常生长.采用不同栽培方式的植物的根系生长环境不同，营养液栽培中植物根系在水环境下更利于养分和水分的吸收，这可能是其生长速度提高的原因，尤其是生长后期该栽培方式优势明显，但采摘期缩短.基质栽培中由于有珍珠岩、蛭石等无机基质，提高了介质的透气性和持水能力，有利于根系的生长，因而促进作物生长.此外，基质中含有有机肥料及矿物质，也有利于作物的养分吸收.

2.2 不同栽培方式对生菜成熟期产量的影响

3种栽培方式生菜经过30 d生长期后采收，并对其鲜重等各项产量指标进行测定，结果如表1所示.3种栽培方式生产的生菜，在鲜重和叶宽上均存在显著性差异.营养液栽培生菜的单株鲜重最大，均值为57.92 g，产量最高;其次为基质栽培生菜;最低为土壤栽培生菜，单株鲜重均值为31.91 g.营养液栽培生菜单株鲜重均值比土培生菜多81.51%.由采收后的生菜生长形态指标可知：叶长和株高在3种栽培方式生菜中不存在显著性差异，但土培生菜的单株叶片数显著低于另两种栽培方式的生菜，单株叶片少可能是导致其鲜重偏低的原因之一.总之，营养液栽培生菜的产量和各项形态指标都最高，其次是基质栽培生菜，土培生菜最低.

由此可见，营养液栽培和基质栽培可以显著提高花色绿叶菜的产量.生菜在营养液栽培中单株鲜重最高，产量最大.从生长形态上看，营养液栽培生菜的叶片数最多，这也与周贺芳等[17]的研究结果一致.基质栽培对于生菜的单株鲜重、叶片数、叶宽等具有较好的促进作用，因此整体上提高了生菜的产量.冯晓英等[18]、翟红梅等[19]和宋小艺等[20]在研究无土栽培与土壤栽培对蔬菜的影响时，都认为无土栽培有助于提高蔬菜产量，与本研究结果一致.总体而言，无论是营养液栽培还是基质栽培，相比土壤栽培都提高了生菜的产量.

2.3 不同栽培方式对生菜营养品质的影响

采用不同的栽培方式，生菜品质也会出现差异，如表2所示.在3种栽培方式中，基质栽培生菜的Vc含量最高，但3种栽培方式间不存在显著性差异.SELMA等[21]的研究结果表明，在3種基因型生菜中，仅有一种基因型在基质栽培时的Vc含量显著高于土壤栽培，其他两种基因型在基质栽培时Vc含量均略高于土壤栽培，但不存在显著性差异，与本研究结果基本一致.基质栽培生菜的叶绿素含量、水分、总酸含量同样在3种栽培方式中最高，且与土培生菜的最低含量有显著性差异;营养液栽培生菜的蛋白质含量、可溶性固形物含量以及硝酸盐含量最高.而对于其他两种栽培方式，土培生菜的可溶性固形物含量比基质栽培更高，与SELMA等[21]的研究结果一致.

土壤栽培生菜的硝酸盐含量在3种栽培方式中最低，与WANG等[22]的研究结果一致.营养液栽培生菜的硝酸盐含量已超过国际适宜生食范围，可能与营养液是流动且直接与根系接触，氮营养元素供给过快有关[23].土壤栽培生菜中硝酸盐含量最低，满足生食标准，但各项营养品质指标相对偏低.总体而言，3种方式培养生菜中的硝酸盐含量均未超过相关熟食限量标准，处于相对安全范围，不影响中国居民的烹饪饮食习惯.

采用质构仪对生菜叶片的硬度进行测定，结果显示土培生菜的叶片硬度相对较高，但与其他两者间不存在显著性差异.因不同的品质指标在不同栽培方式中并未出现一致的分布趋势，采用隶属函数法对生菜的营养和安全品质进行综合分析，数值越大，表示样品的综合品质越高.结果显示基质栽培生菜的综合品质最高.

总体而言，基质栽培生菜的综合营养品质最高，土壤栽培生菜的各项营养品质参数相对较低.营养液栽培生菜具有较高的蛋白质含量和可溶性固形物含量，但因其硝酸盐含量最高，因此综合营养品质降低，不适于生食.比较同样对比土壤栽培与无土栽培蔬菜品质的文献[24-26]后发现：随着基质或营养液配比的改变，蔬菜的各项营养品质也会相应优化.土壤中营养成分相对稳定，需要后期追肥及灌溉以增加土壤养分，从而提高作物品质，但频繁施肥会导致硝酸盐积累的情况，需要有所注意.

3 结 论

本文作者研究了在相同的种植环境下，土壤栽培与无土栽培（基质栽培、营养液栽培）对生菜生长及营养品质的影响，并采用隶属函数法对生菜的综合品质进行评价.结果表明：不同栽培方式對于生菜的生长过程、产量、生理形态和营养品质影响显著.营养液栽培的生菜的生长形态和产量最优，基质栽培次之，土培最低.在营养品质指标方面，基质栽培生菜的综合品质最优，土培最低，营养液栽培生菜中的硝酸盐含量超过生食适宜标准.综上，基质栽培是最适宜生菜，尤其是生食生菜种植的栽培方式.

当前我国的设施园艺面积拓展迅速[27]，但设施结构主要以低成本、设施简易的棚式或温室为主[28]，设施园艺的栽培方式则以土壤栽培为主.设施栽培对土壤的生态环境造成显著影响，封闭式的环境使土壤常处于高湿度、高温度、水分蒸发量高的环境中[29].此外，连续的耕作及施加肥料也会对土壤的生态环境造成破坏.无土栽培作为一种新的栽培方式，其栽培介质的配比可以调整和更换，较好地解决了因土壤连续耕作产生的问题.因此，在设施栽培中提高无土栽培的普及率，改善土壤栽培的弊端，是未来生菜乃至设施蔬菜重要的发展方向之一.

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（责任编辑：顾浩然）