CN101849497A - 一种降低无土栽培蔬菜体内硝酸盐含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低无土栽培蔬菜体内硝酸盐含量的方法，在蔬菜采收前的2-5天停止供应原栽培营养液，而供给渗调离子处理液，同时通过自然光照和人为补光使光照强度达到120μmol·m^-2·s^-1以上，并保证每天光照时间在6-20个小时。该方法能稳定可控地显著降低蔬菜体内硝酸盐的含量，生产出低硝酸盐含量的高品质蔬菜，与现有的处理方法相比，具有处理时间短，无污染，不降低产量，可全面降低叶片和叶柄内硝酸盐含量，节省养分资源等优点，广泛适用于设施蔬菜无土栽培模式和植物工厂蔬菜生产。

Description

一种降低无土栽培蔬菜体内硝酸盐含量的方法

技术领域

本发明涉及蔬菜无土栽培技术，特别涉及短期内降低无土栽培蔬菜体内硝酸盐含量的方法。

背景技术

设施栽培是北方反季节蔬菜生产的重要途径，对满足冬春季城乡居民蔬菜需求起着主导作用。我国设施蔬菜面积已达300万公顷以上，居世界第一位。然而，设施土壤栽培连作障碍、资源环境负效应日益严重，蔬菜硝酸盐、农药超标较严重。蔬菜，尤其是叶菜是喜氮作物，吸氮量大，体内硝酸盐易于在蔬菜体内累积，含量经常高达4000mg/kg以上。城乡居民日平均摄入量常超过世界卫生组织(WHO)和联合国粮农组织(FAO)的限定值。受覆盖材料和围护结构遮光效应的影响，设施内光照强度通常低于室外，蔬菜光合速率低，加剧了蔬菜硝酸盐的累积程度，在连阴天和大气透明度低的条件下尤为严重。

研究表明，过量摄入硝酸盐容易导致高铁血红蛋白症，或者与二级胺结合还能形成强致癌物亚硝胺，诱发人体消化系统的癌变。由于人体摄入硝酸盐的80％以上来自蔬菜，蔬菜中超标的硝酸盐含量对人类的饮食健康构成了严重的威胁。为此，世界各国制定了蔬菜硝酸盐的限量标准，以保障蔬菜品质安全和人类健康。如何控制蔬菜中硝酸盐含量，提高蔬菜硝酸盐达标率是当前人们普遍关心的问题，这不仅关系到人们的饮食健康，也对国家蔬菜出口贸易具有直接影响。目前，土壤栽培因土壤内养分和水分较难控制，使得设施土壤栽培蔬菜的硝酸盐含量控制至今缺乏有效的方法，品质提升困难。

蔬菜设施无土栽培已经成为国际上反季节蔬菜生产的重要方法，在荷兰、日本、韩国等国已广泛应用。该方法具有可周年生产，蔬菜生长速率高，产量大，设施环境和蔬菜根际环境易于管理的众多优势，是设施蔬菜工厂化栽培，特别是植物工厂蔬菜生产的优选栽培方法。与土壤栽培相似，无土栽培同样面临着蔬菜硝酸盐累积超标的难题。况且，营养液中氮素水平和有效性较高更易导致硝酸盐的奢侈吸收和累积超标。在过去30年里，科研人员一直基于无土栽培的优势一营养液组成可调控性进行了研究探索，以求获得有效降低蔬菜硝酸盐含量的方法。总结而言，已报道的几种降低硝酸盐的营养液控制方法如下：(1)用有机氮如氨基酸和酰氨部分取代营养液中的硝态氮；(2)在营养液中加入渗调离子；(3)降低营养液中的硝酸盐浓度；(4)根据光强大小调整营养液中硝态氮的供应水平。上述方法均是过程控制，操作复杂，效果不稳定，常导致常产量降低的负效应。1996年，Mozafar报道了一种降低无土栽培蔬菜硝酸盐的方法(Plant Foods for Human Nutrition，1996，49，155-162)，即在采收前用无氮营养液取代栽培营养液(含15mM硝酸铵)。研究结果表明，几天处理后可显著降低菠菜硝酸盐的含量并提高Vc含量。但是，该方法由于无氮供应，常造成产量下降。董晓英和李式军开展了在采收前减少小白菜营养液中的氮量或在去除硝态氮的基础上加入渗调离子以试图降低小白菜的硝酸盐积累的试验(植物营养与肥料学报，2003，9(4)：447-451)。结果表明，在去除营养液中的硝态氮后，在营养液中加入Cl^-、SO₄ ^2-、苹果酸根离子、山梨酸根离子、乙酸根离子是降低溶液培养小白菜硝酸盐积累的有效措施，但处理后采收的时间不可推迟太久，只减少营养液中氮肥用量会使产量迅速下降，加入渗调离子可缓解因去除氮肥引起的小白菜产量的下降。上述方法只是将硝酸盐从储存库(液泡)中替换出进入同化库(细胞质)，不能从光合层面控制硝酸盐的同化利用，很可能在实践过程中因连阴天等弱光天气造成处理效果欠佳，达不到预期减量目标。所以，上述方法只是从单一因子出发，处理效果不稳定且无法控制。硝酸盐的去除取决于储存库减量、同化库加速和同化酶活性的增加，各环节协同才能短期内减量蔬菜中的硝酸盐到理想的水平，而不受天气情况的左右。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种能够在短期内降低无土栽培蔬菜体内硝酸盐含量的方法，并保证蔬菜的产量和营养价值。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种降低无土栽培蔬菜体内硝酸盐含量的方法，在蔬菜采收前的2-5天停止供应原栽培营养液，而供给渗调离子处理液，同时通过自然光照和人为补光使光照强度达到120μmol·m^-2·s^-1以上，并保证每天光照时间在6-20个小时。

在本发明的方法中，所述渗调离子处理液是指含有渗调离子的盐的水溶液，其中所述渗调离子例如硫酸根离子(SO₄ ^2-)和氯离子(Cl^-)；所述含有渗调离子的盐通常是这些离子的钾盐、铵盐和钠盐，常用的例如硫酸钾、硫酸铵、氯化钾和氯化铵。

渗调离子处理液可以用自来水、净化水或蒸馏水来配置，所用的盐一般要求是化学纯以上级别，避免含有有害元素和干扰元素。

所述渗调离子处理液不需要添加其他营养元素，而渗调离子的浓度因所使用的盐种类的不同而不同，同时要注意避免对植物造成盐伤害。对于用氯化钾或氯化铵配置的渗调离子处理液，最佳使用浓度为0.1mmol/L，该浓度的0.1-10倍量都适用，即0.01-1mmol/L；对于硫酸钾或硫酸铵，最佳使用浓度为0.75mmol/L，其0.1-10倍量都适用，即0.075-7.5mmol/L。而对于氯化钠而言，由于其容易造成盐伤害，用量以常规培养液中的水平为宜。从资源节约和降低成本的角度，各种调渗离子的浓度一般采用其在常规培养液中的浓度水平，也可以通过平行实验确定一个合适的浓度。渗调离子处理液的供液量为正常营养液量的0.5-1倍的量(按体积计)，以节省水肥资源。

本发明的方法中，根据自然光光强进行人工补光处理，使光照强度达到120μmol·m^-2·s^-1以上，最佳为200-800μmol·m^-2·s^-1；处理时间为2-5天，可根据蔬菜累积硝酸盐含量和天气情况而具体确定；每天光照时间保证在6-20个小时，优选为12-20个小时。

根据本发明的方法，在蔬菜栽培栽培过程使用常规营养液，不限制氮素供应，可促进蔬菜高产，在生产后期(2-5天)，将营养液换成渗调离子处理液进行栽培，同时通过人为补光和自然光结合使蔬菜生长环境光照强度达到一定的阈值，在光照和渗调离子处理液协同作用下显著提高硝酸盐的降低效率。其原理是：在高光照条件下，蔬菜光合作用强，可大量消耗体内同化库中的硝酸盐离子，同时渗调离子可替代储存库中的硝酸根离子，使之进入同化库进行同化利用。高光强可显著增加处理液降低蔬菜硝酸盐含量的效率，保证硝酸盐降低效果，同时，渗调离子从蔬菜体内液泡中取代出的硝酸根离子可在高光强控制下的高光合速率下快速同化，充当氮素营养，因此短期处理过程中无论蔬菜生育期长短对生物量影响不大。

本发明能稳定可控地显著降低蔬菜体内硝酸盐的含量，生产出低硝酸盐含量的高品质蔬菜，所使用的渗调离子处理液无环境污染风险。多次试验结果表明，本发明方法可在几天内全面降低蔬菜体内各部位的硝酸盐含量(叶片和叶柄)，与已有的处理方法相比，具有以下优点：(1)处理时间短，无污染，不降低产量，可全面降低叶片和叶柄内硝酸盐含量；(2)节省了大量的养分资源，降低了成本和人力物力；(3)废弃的处理液环保，不含氮磷污染物，排放无污染；(4)广泛适用于设施蔬菜无土栽培模式和植物工厂蔬菜生产。

具体实施方式

下面通过具体实例进一步对本发明进行详细描述，但不以任何方式限制本发明的范围。

实施例1

1.1.试验材料、试验设计：

育苗：在育苗盘中放入蛭石，播种意大利生菜种子(全年耐抽薹生菜)，浇水育苗。出苗后浇营养液，促进生长。在幼苗长至35天后进行移栽处理。将生菜植株移栽到小型无土栽培床上继续培养，采用全营养液进行栽培。小型栽培床容积21升，用Atman EP-9000气泵通气(创星电器有限公司)。培养21天后到移栽到实验系统进行试验，试验盆长×宽×高为30cm×20cm×12cm，体积为7升。试验于2009年4月24日移栽培养，每盘生长4株苗，处理3天，每天光照时间12个小时以上，用Atman EP-9000气泵通气，27日晚上取样测定。处理期间2天为阴天天气，温室内光强小于80μmol·m^-2·s^-1(荷兰产光谱仪测定)。

试验共设4个处理：处理1，全营养液(含4mmol/L硝态氮)；处理2，氯化钾(0.1mmol/L)溶液；处理3，硫酸钾(0.75mmol/L)溶液；处理4，蒸馏水。常规全营养液配方：0.75mmol·L^-1K₂SO₄；0.5mmol·L^-1KH₂PO₄；0.65mmol·L^-1MgSO₄；0.1mmol·L^-1KCl；0.5mmol·L^-1CaCI₂；2.0mmol·L^-1NH₄NO₃；1.0×10^-3mmol·L^-1H₃BO₃；1.0×10^-3mmol·L^-1MnSO₄；1.0×10^-4mmol·L^-1CuSO₄；5.0×10^-6mmol·L^-1(NH₄)₆M_O7O₂₄；1.0×10^-3mmol·L^-1ZnSO₄；0.1mmol·L^-1EDTA-Fe(FeSO₄·7H₂O+EDTA)。营养液的起始pH值为6.0。

1.2.试验结果与分析：

由表1可知，在处理期内较低光照条件下，各处理对生菜的叶绿素含量(SPAD值)无影响(表1)。通常，作物叶片的叶绿素含量与其氮素营养水平呈正相关。可断定生菜的氮素营养未受到处理液的影响。与全营养液处理相比，0.75mmol/L硫酸钾的处理液(处理3)显著降低了生菜叶片内的硝酸盐含量，降低幅度达到25.4％。但是，0.1mmol/L氯化钾(处理2)和蒸馏水处理却没能显著降低生菜叶片内的硝酸盐含量。蒸馏水作为无氮无营养元素的处理液并不能有效降低生菜中的硝酸盐含量。0.1mmol/L氯化钾未能显著降低生菜硝酸盐含量可能与过低的光强有关。处理期内由于2天为阴天天气，光照强度低。本试验结果表明，在较低光强条件下(80μmol·m^-2·s^-1)，渗调离子处理液的有效性和减量生菜体内硝酸盐含量的效果受到限制，降低幅度减小。

表1不同处理液对生菜叶片SPAD和硝酸盐含量的影响

注：表内同一列中，表中不同小写字母(a、b和c)表示处理间的差异显著性，p＜0.05。

实施例2

2.1.试验材料、试验设计：

试验共设两个光照强度：高光照强度(120-800μmol·m^-2·s^-1)和低光照强度(遮阴，光照降低46％左右，光强范围60-400μmol·m^-2·s^-1)；每个光照处理下分为4个子处理：处理1，全营养液(含10mmol/L硝态氮)；处理2，氯化钾(0.1mmol/L)溶液；处理3，氯化钠(10mmol/L)溶液和处理4，硫酸钾(0.75mmol/L)溶液；每天光照时间10个小时以上。

全营养液配方：5.0mmol·L^-1Ca(NO₃)₂；0.75mmol·L^-1K₂SO₄；0.5mmol·L^-1KH₂PO₄；0.1mmol·L^-1KCl；0.65mmol·L^-1MgSO₄；1.0×10^-3mmol·L^-1H₃BO₃；1.0×10^-3mmol·L^-1MnSO₄；1.0×10^-4mmol·L^-1CuSO₄；5.0×10^-6mmol·L^-1(NH₄)₆M_O7O₂₄；1.0×10^-3mmol·L^-1ZnSO₄；0.1mmol·L^-1EDTA-Fe(FeSO₄·7H₂O+EDTA)。营养液的起始pH值为6.0。

试验蔬菜材料为生菜，品种为意大利生菜，定植后时间2009年11月15日，由栽培床水培，2010年1月21日开始，将收获前生菜移栽进行处理液试验。采收前处理的生菜生物量平均为28.6克。将生菜移栽到小型栽培床上，内装21升处理液或营养液(各处理见表2)。长方形小型栽培床长×宽×高为100cm×30cm×6cm，容积21升，每盘生长4株生菜，中间为通气孔，用Atman EP-9000气泵通气(创星电器有限公司)。2010年1月21日开始，2010年1月26日取样测定，处理时间为5天。测定指标包括生菜各部位(新叶、展开叶和叶柄)硝酸盐含量，以及新叶和展开叶的叶绿素含量(即SPAD值)。采用光谱仪进行光强的测定。低光照强度处理的遮光率在54％左右。

表2试验各处理营养液或处理液组成及浓度

2.2.试验结果与分析：

(1)不同处理液处理对生菜新叶和展开叶SPAD的影响

由表3可知，与全营养液和无氮营养液相比，不同处理液处理对生菜新叶和展开叶SPAD略有增加或无影响。由于SPAD值与植物叶片全氮含量成正相关，因此结果表明生菜叶片全氮含量不受各种处理液的影响，短时间的处理液处理对生菜的叶绿素含量和氮素营养水平有促进或无影响。由此，短时间处理液处理对生菜的氮营养和生物量不会产生负面影响。

表3不同处理液处理下生菜新叶和展开叶SPAD

注：表内同一列中，表中不同小写字母(a和b)表示处理间的差异显著性，p＜0.05。

(2)不同处理液处理后生菜新叶、展开叶和叶柄硝酸盐含量

由表4可知，与全营养液相比，各处理液均显著地降低了生菜新叶、展开叶和叶柄等各部位的硝酸盐含量。其中，高光照下硫酸钾处理液在降低了展开叶和叶柄内的硝酸盐含量达到了极显著水平。

从降低幅度而言，光强和营养液种类均有显著影响。低光强下三种处理液对新叶、展开叶和叶柄硝酸盐含量的降低幅度达到58.7％-71.8％(平均65.25)，45.7％-57.6％(平均51.65)和21.1％-32.6％(平均26.85)。而在高光强下三种处理液对新叶、展开叶和叶柄硝酸盐含量的降低幅度达到71.9％-85.0％(平均78.45)，66.6％-84.0％(平均75.30)和51.8％-66.6％(平均59.20)。以平均值比较，高光强条件下对生菜各部位硝酸盐的降低幅度均高于低光强条件，新叶、展开叶和叶柄硝酸盐含量的降低幅度高13.2、23.65和32.35个百分点。因此，在处理过程中，保证一定的光照强度是非常必要的，适宜的光强可提升渗调离子处理液在降低生菜中硝酸盐含量的效率。

表4不同处理液处理后生菜新叶、展开叶和叶柄硝酸盐含量

注：表内同一列中，表中不同小写字母(a、b和c)表示处理间的差异显著性，p＜0.05。

Claims (9)

1.一种降低无土栽培蔬菜体内硝酸盐含量的方法，在蔬菜收获前2-5天停止供应原栽培营养液，而供给渗调离子处理液，同时通过自然光照和人为补光使光照强度达到120umol·m^-2·s^-1以上，并保证每天光照时间在6-20个小时。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述渗调离子处理液是指含有渗调离子的盐的水溶液。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述渗调离子为硫酸根离子或氯离子。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述含有渗调离子的盐为硫酸钾、硫酸铵、氯化钾或氯化铵。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述渗调离子处理液为0.01-1mmol/L的氯化钾或氯化铵溶液。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述渗调离子处理液为0.075-7.5mmol/L的硫酸钾或硫酸铵溶液。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述渗调离子处理液的供液量为栽培营养液供液量的0.5-1倍。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光照强度为200-800μmol·m^-2·s^-1。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每天光照时间为12-20个小时。