三种降低硝酸盐含量水培技术对菜心品质的影响研究

冯慧珊，余知远

（1.广州金河农业有限公司，广东 广州 510507；2.北京师范大学 珠海分校，广东 珠海 519087）

水培蔬菜虽然具有生长速度快、产量高、效益大、病虫害少、无公害化、避免连作障碍等显著优点，但是由于其营养物质主要依靠营养液来供给，而营养液配方里的氮素来源则主要是硝态氮，而蔬菜喜欢“奢侈吸收”硝酸根中的氮素，即吸收氮素量远远超过其生理活动所需的量，因此，水培蔬菜体内硝酸盐含量就很容易超过世界卫生组织（World Health Organization，WHO）和粮农组织（TheFood and Agriculture Organization of the United Nations，FAO）的容许标准（432 mg/kg，鲜重），从而对人体健康带来不利的影响。本研究采用酰胺态氮来全部代替营养液配方中的硝态氮（替代法）、收获前直接在营养液中断硝态氮供给（中断法）和将种植方式转为基质培（基质培法）这三种降低水培蔬菜硝酸盐含量的方法来进行比较实验，以筛选出一种既能有效降低水培蔬菜硝酸盐含量，又能维持蔬菜正常生长和品质不变的种植技术，为进一步提升水培蔬菜的品质提供借鉴。

一、材料与方法

（一）试验材料

试验地点为广州金河农业有限公司研发中心，试验时间为2018 年12 月至2019 年2 月。菜心品种为广州乾农农业科技发展有限公司的“特青迟心4 号菜心”。准备四种肥料，分别为：日本园试配方营养液肥料、酰胺态氮全部代替硝态氮的配方营养液配方肥料、不含任何氮素的营养液配方肥料和有机肥料（分别用N0、N1、N2、N3 表示）（见表1）。采用营养液膜水培种植技术和基质培（基质由草碳、珍珠岩和蛭石混合而成）无土栽培技术。生长环境做到温度、湿度和光照供给一致。

表1 试验的肥料种类

（二）方法

1.培养方法

设立四个实验区，分别用A、B、C、D 来表示。A实验区采用营养液膜水培种植设施，以日本园试营养液配方来供给肥料进行种植；B 实验区采用营养液膜水培种植设施，以酰胺态氮全部代替硝态氮的配方营养液配方来供给肥料进行种植；C 实验区采用营养液膜水培种植设施，以不含任何氮素的营养液配方来供给肥料进行种植；D 实验区采用基质培无土栽培种植设施，以有机肥来供给肥料进行种植。

先将同一时间播种已培育好的“特青迟心四号”菜心秧苗300 株，移苗到A 实验区进行种植。当达到采收标准前两周时，在A 实验区随机选取三组样株（每组50 株菜心）分别移植到B、C、D 三个实验区进行种植。B、C 实验区的营养液浓度每天均要补充至电导率2ms/cm。同时，在A 区随机选取20 株菜心样株，检测叶绿素、硝酸盐、维生素C、蛋白质、含量。在B、C、D 实验区种植两周后，在各区分别随机选取20 株样株，再对样株分别检测叶绿素、硝酸盐、维生素C、蛋白质含量。

2.测定项目

测定项目包括：叶绿素、硝酸盐、维生素C、蛋白质含量（见表2、表3）。

表2 不同营养管理对菜心叶绿素的影响

表3 不同营养管理对菜心营养品质的影响

3.测定方法

叶绿素含量测定采用的检测方法是SN/T 1113-2002/4.2（进出口螺旋藻粉中藻蓝蛋白、叶绿素含量的测定办法）；硝酸盐含量测定采用的检测方法是GB 5009.33-2016/第二法（食品中亚硝酸盐与硝酸盐的测定）；维生素C 含量测定采用的检测方法是GB 5009.86-2016/第一法（食品中维生素C 的测定）；蛋白质含量测定采用的检测方法是GB 5009.5-2016/第一法（食品中蛋白质的测定）。［1］

4.数据分析

数据采用统计分析。

二、结果与分析

（一）施用不同种类肥料对菜心叶绿素含量的影响

从表2 可以看出，施用不同种类肥料的实验区菜心中，B、C、D 实验区菜心叶绿素含量与A 实验区菜心叶绿素含量比较，B 实验区菜心叶绿素含量下降了49%，C 实验区菜心叶绿素含量下降62%，而D 实验区菜心叶绿素含量则变化不明显。这说明酰胺态氮配方营养液和不含任何氮素的营养液影响了菜心叶绿素的合成，而使用有机肥料的栽培方式对叶绿素的合成影响不明显。结果表明，施用不同种类肥料对菜心叶绿素含量的影响显著。氮素作为叶绿素的重要组成部分，对菜心叶绿素的合成有显著影响，而不同形态的氮元素来源同样影响菜心叶绿素的合成，单一的酰胺态氮导致菜心叶绿素合成显著下降，而有机肥料提供的氮元素则不影响菜心叶绿素的合成，甚至稍微提高了菜心的叶绿素含量。

（二）施用不同种类肥料对菜心营养品质的影响

从表3 可以看出，施用不同种类肥料的实验区，菜心维生素C、蛋白质等营养成分含量变化明显。B、C、D 实验区菜心营养成分含量与A 实验区菜心营养成分含量进行比较，B 实验区菜心的蛋白质含量下降了33%，维生素含量下降了40%；C 实验区菜心的蛋白质含量下降了52%，维生素含量下降了59%，而D实验区菜心的蛋白质含量上升了32%，维生素含量上升了19%。实验结果表明，不同种类肥料种植使菜心的营养成分变化显著。B 实验区的酰胺态氮配方营养液提供给菜心根系吸收的氮元素单一，使合成蛋白质和维生素呈下降趋势，趋势显著；C 实验区没有氮元素供给菜心生长，直接导致菜心合成蛋白质和维生素受显著影响，下降趋势最大；D 实验区菜心的蛋白质和维生素含量呈现上升趋势，说明有机肥提供的氮素营养有助于菜心生长和合成营养成分。

（三）施用不同种类肥料对菜心硝酸盐含量的影响

从表3 可以看出，施用不同种类肥料的实验区，菜心的硝酸盐含量变化显著。B、C、D 实验区菜心硝酸盐含量和A 实验区菜心硝酸盐含量进行比较，B 实验区菜心硝酸盐含量下降了75%，下降趋势明显；C 实验区菜心硝酸盐含量下降了96%，下降趋势最大。D 实验区菜心硝酸盐含量下降了84%，下降趋势明显。实验结果表明，施用三种不同种类肥料的种植法均可以较大幅度的降低菜心的硝酸盐含量，其中C 实验区采用不含任何氮素的营养液种植使菜心硝酸盐下降幅度最大。

三、讨论

（一）肥料中氮元素种类和含量的多少对菜心叶绿素的影响

氮作为叶绿素的重要组成成分，若其缺少时，会严重影响植物合成叶绿素，导致植株生长会受到显著抑制，叶色淡绿，严重时呈淡黄色，叶片色泽均一。［2］具体而言，就是氮元素被植物吸收后，会形成不稳定的化合物而被植物利用。当植物缺氮时，老叶中的叶绿素会分解并输出氮素，而这些氮素就会转移到其他部位而被再利用，于是叶色就会出现变淡和变黄的现象。［3］

本研究中A 实验区的营养液由于采用了硝态氮作为氮元素的唯一来源，植物即便对于硝态氮过量吸收也不会对植物本身造成伤害，因此，菜心叶绿素合成处于正常的状态，叶绿素含量是较高的，达127 mg/100g，分别比B 实验区和C 实验区高出49%和62%。B 实验区的营养液由于采用尿素作为氮元素唯一来源，其在植物根系分泌的脲酶作用下，会转化为碳酸铵［（NH4）2·CO3］，因此，当植物过量吸收NH4+之后则易出现铵中毒现象，进而影响叶绿素的合成，菜心叶绿素含量就会呈现下降趋势。C实验区的营养液由于完全不含有任何氮元素，新叶无法吸收到氮元素，只能由老叶不断输出来进行补充，因此，老叶会出现迅速黄化，嫩叶叶色也逐渐变淡，菜心叶绿素含量下降趋势最快。D 实验区采用有机肥作为氮元素的来源和基质培的种植方式。在这种植方式之下，有机肥里含氮元素的有机化合物在基质中微生物作用下，经过水解、氨化、硝化或反硝化等过程不断转化为植物可吸收的无机态氮化合物，如NO3-、NH4+等，氮元素的充足和丰富的种类有利于菜心的叶绿素合成，D 实验区的叶绿素含量是四中处理中最高的，达129mg/100g。［4］因此，采用基质培的种植方式，由于含氮元素的有机化合物转化过程需要一定时间，而且转化形成的化合物，既有硝态氮，也有铵态氮、酰胺态氮，多种类的氮元素有助于植物的吸收和生长。

实验结果表明，氮元素是植物生长的重要营养元素，而且具有种类丰富的氮元素来源的肥料更能促进植物合成叶绿素。因此，采用有机肥种植的方式是科学合理的，其丰富多样的氮元素可以使植物吸收氮元素过程中，既不易出现过量吸收NH4+呈现铵中毒的现象和过量吸收硝酸盐的现象，也不会出现缺乏氮元素影响情况，所以采用此种方式种植的菜心的叶绿素含量高。

（二）肥料中氮元素种类和含量的多少对菜心营养品质的影响

植物中氮素的主要作用是合成氨基酸、酰胺、蛋白质、核酸、核苷酸、辅酶等，在植物细胞、组织、器官建成及产量形成过程中起着中心作用。［5］

本研究中A 实验区的菜心由于氮素供应是充足和及时的，因此，维生素C、蛋白质等营养成分含量比较高。B 实验区的菜心由于采用酰胺态氮来全部代替营养液配方中的硝态氮的方法，随着尿素在营养液中含量比例的逐渐增加，植物吸收NH4+之后，根系会分泌出H+，使营养液pH 值会迅速下降，呈现较强的生理酸性，导致蔬菜对部分营养元素的吸收会受到抑制和蔬菜根系的生长受到损害，从而使蔬菜维生素C、蛋白质等营养成分含量有所下降，品质受到影响。C 实验区的菜心采用直接在营养液中断硝态氮供给的方法，这种方法会导致菜心没有氮素供给而无法正常生长。由于氮是蔬菜体内核酸的主要成分，如果蔬菜断氮，那么必然会影响其合成蛋白质和传递遗传信息；氮是蔬菜体内各种酶的组成成分，如果缺少氮元素的供给，那么必然会影响蔬菜合成各种酶，进行影响蔬菜体内的各种代谢过程；同时氮也是维生素B1、B2、B6、生长素、细胞分裂素的组成成分，这些物质对促进植物生长发育有着重要的作用，如果缺氮，那么这些含氮物质就不能形成，导致蔬菜的代谢产生絮乱。因此，菜心的蛋白质和维生素C 含量对比A 试验区分别下降了52%和59%，下降趋势显著，导致菜心的品质出现严重下降。D 实验区采用有机肥种植方法，菜心的蛋白质和维生素C 含量呈上升趋势，生长状况良好。

该研究结果表明，单一的酰胺态氮和缺少氮素的营养供给使菜心的营养成分合成受阻，导致菜心的维生素C 含量和蛋白质含量呈显著下降；而有机肥含有的多种类且丰富的氮元素则有助于植物合成营养物质，有利于植物蛋白质和维生素等营养物质的积累。

（三）肥料中氮元素种类和含量的多少对菜心硝酸盐累积的影响

在蔬菜栽培中过量施用氮肥，特别是单施无机肥条件下，会导致蔬菜硝酸盐含量严重超标。［6］

本实验的A 实验区由于采用硝态氮作为氮素来源，因此，菜心硝酸盐含量是较高的。B 实验区由于采用尿素作为氮素来源，菜心生长过程中，没有了新的硝酸盐吸收，只是吸收了酰胺态氮，而它和菜心体内原来累积的硝酸盐不断转化为植物营养成分，因此，菜心的硝酸盐含量下降得较大。C 实验区由于肥料中没有含有任何氮素，菜心生长过程中，同样没有任何硝酸盐可吸收，而体内原来累积的硝酸盐也不断转化为植物营养成分，因此，菜心的硝酸盐含量下降得最大。D 实验区由于肥料中氮素来源的多样性，菜心生长过程中，可供吸收的硝酸盐量并不多，而体内原来累积的硝酸盐转化为植物营养成分的速度远大于吸收的速度，因此，菜心的硝酸盐含量下降也较大。

研究结果表明，肥料中氮元素种类和含量直接影响菜心硝酸盐的累积含量。采用单一硝态氮作为菜心生长的氮素来源，菜心的硝酸盐含量必然高；而采用酰胺态氮或有机肥作为氮元素的供给则不会累积硝酸盐，硝酸盐的下降趋势皆是呈显著；如果切断氮素的供给，则菜心的硝酸盐含量下降幅度最大。

（四）三种降低水培蔬菜硝酸盐含量技术在生产应用中的优劣势比较

在本次实验中，三种降低水培蔬菜硝酸盐含量的种植方法都能大幅度降低了菜心的硝酸盐含量。第一种方法是替代法，即采用酰胺态氮配方营养液全部代替营养液配方中的硝态氮；第二种方法是中断法，即在营养液中断硝态氮供给，这两种方法皆是为降低适合采收的蔬菜的硝酸盐含量，而全面降硝态氮，结果由于营养供合的不充足性或非全面性，严重影响采收期蔬菜的正常生长，蔬菜的重要营养成分蛋白质和维生素C 都显著下降，从而影响蔬菜的产量和品质。正因为如此，替代法和中断法两种降低蔬菜硝酸盐含量的方法根本不适合生产的实际需要。而第三种方法是基质培法，即采用有机肥种植方法，此法将水培技术和基质培技术有机结合，既能有效降低水培蔬菜硝酸盐含量，又能维持蔬菜正常生长和品质不变。为什么这样呢？笔者分析原因如下：

水培蔬菜在达到采收标准前两周内，从水培种植设施上移栽至采用基质培种植设施中。从水培的种植方式转为基质培方式，使得蔬菜生长所需的营养物质的供应方式不再局限于通过无机营养液来供给，还可以采用有机肥作为氮素给来源方式来供给，从而为下一步采用有机肥进行肥料供给创设了必要的客观条件。

在采用有机肥作为氮素供给来源条件下继续种植两周，其目的有两个：一是通过基质培来种植两周，使蔬菜体内过量硝酸盐在生长过程有效吸收转化而实现降低硝酸盐含量的目的；二是由于采用有机肥作为蔬菜采收前所需的营养物质，特别是氮素的供给来源，不仅客观上实现了终止了单一以硝态氮作为蔬菜生长所需氮素供给来源的目的，从而有效降低蔬菜体内硝酸盐的含量，而且由于营养供给依然是十分充足、全面和均衡，因此，蔬菜的生长和品质仍然得到非常有效的保证。

由上可见，基质培法在降低水培蔬菜硝酸盐含量的同时，还保留了水培蔬菜的优势，不仅充分利用了水培培养种植技术在营养供给、环境控制、病虫害综合防治方面的技术优势，而且有效解决了单纯用土壤种植病虫害多、污染多等问题，真正实现农业生产的现代化和无公害化。

四、结论

本研究结果表明，虽然实验的三种种植方法均能有效降低水培蔬菜硝酸盐含量，但是替代法和中断法均会使蔬菜的维生素C 和蛋白质显著下降，对蔬菜的品质带来较严重的影响，而基质培法既能有效降低水培蔬菜硝酸盐含量，又能促进蔬菜生长并提高其营养成分的含量。因此，采用有机肥种植的基质培法是一种既能有效降低蔬菜硝酸盐含量，又可以保证蔬菜营养品质的方法，在实际生产应用中具有比较优势。