CN105732164B

CN105732164B - 叶菜水培营养液及其制备方法

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Publication number: CN105732164B
Application number: CN201610325403.2A
Authority: CN
Inventors: 郭敬华; 石琳琪; 董灵迪; 焦永刚; 程立新; 岳晓历; 田玉
Original assignee: INSTITUTE OF CASH CROPS HEBEI ACADEMY OF AGRICULTURE AND FORESTRY SCIENCES
Current assignee: INSTITUTE OF CASH CROPS HEBEI ACADEMY OF AGRICULTURE AND FORESTRY SCIENCES
Priority date: 2016-05-17
Filing date: 2016-05-17
Publication date: 2019-09-03
Anticipated expiration: 2036-05-17
Also published as: CN105732164A

Abstract

本发明属于蔬菜水培营养液，特别是指叶菜水培营养液及其制备方法。采用有效量的硝酸钙、硝酸钾、磷酸二氢钾、硫酸镁、螯合铁、硝酸钠、硼酸、钼酸钠、硫酸锌、硫酸锰、氯化钠溶于水后混配制成。本发明有效解决了现有水培蔬菜生产成本及硝酸盐含量高的问题。具有营养液配置容易，生产成本低，所培养的水培蔬菜各项生物学指标及品质明显优于对照，硝酸盐的含量符合国标及绿色无公害蔬菜的标准等优点。

Description

叶菜水培营养液及其制备方法

技术领域

本发明属于蔬菜水培营养液，特别是指叶菜水培营养液及其制备方法。

背景技术

农业产业结构调整后，设施蔬菜得到长足的发展，成为农民增收的主要渠道。然而设施蔬菜生产仍存在着一些问题，如为了追求高产高效，盲目过量施用化肥，造成水、肥资源浪费及对土壤环境的污染；连续多年种植同种作物，连作障碍严重，造成土壤盐渍化及土传病害发生猖獗等，均不可避免影响了蔬菜产品质量，无土栽培是从根本上解决土壤连作障碍的措施之一。

无土栽培(Soilless Culture)为不用土壤栽培植物的方法。水培是无土栽培中最早应用的技术，即指植物大部分根系直接生长在营养液液层中的无土栽培方式，又称营养液栽培。蔬菜水培由于其根部可精量化调控，可充分发挥其增产潜力，且避免了土传病害，减少农药用量，降低蔬菜产品及环境污染，可生产清洁、高品质蔬菜，且省水、省肥，减少资源浪费，所以对蔬菜水培技术进行研究并开发利用很有必要且前景广阔。欧洲发达国家的无土栽培与研究近年来发展很快，首先开发推广了第三代水培设施NFT和岩棉培技术，对全世界水培生产的发展起到很大的推动作用。尤其是荷兰为欧洲蔬菜花卉主要出口国，水培面积跃居世界第一。我国无土栽培包括水培起步较晚，20世纪80年代无土栽培面积不足10hm²，但随着无土栽培技术研究进展，其在农业生产上面积也迅速增加，到2005年已超过1100hm²，但是由于其设施及设备一次性投资较高，营养液管理需较高技术等因素制约，大面积、集约化生产存在许多问题，如不同地区水质不同，营养液配方及配置难度大，且蔬菜水培没有土壤作物缓冲条件，无土栽培使作物的根际环境由土壤变成水环境或基质环境，营养液成分和浓度必须符合蔬菜吸收和生长，否则会因为溶液和浓度不均衡造成生长不利。另外水培蔬菜控制硝酸盐积累的方法与土壤栽培及基质培有差异,因此，有必要研究水培蔬菜硝酸盐的控制方法。现有的文献报道在蔬菜体内硝酸盐的积累上进行了大量的研究，结果表明不同种类和不同品种的蔬菜硝酸盐积累具有差异。

蔬菜是一种极易积累硝态氮的植物，尤其是茎叶类蔬菜。这种积累虽无害于植物本身，却严重危害人类健康。据报道，人体摄入的硝酸盐有81.2％来自于蔬菜，不合理施用化肥是造成蔬菜中硝酸盐积累的重要因素。氮素是叶菜类蔬菜产量的重要保证，增施氮肥提高蔬菜产量的同时，也增加了蔬菜的硝酸盐含量。磷素和钾素是蔬菜生产必不可少的，其施用量的高低对蔬菜的产量和品质有明显的影响。由于蔬菜水培的营养液配方中大量使用硝酸盐，导致水培蔬菜产品中的硝酸盐含量偏高，现行国家标准中对于蔬菜中的硝酸盐含量及快速测定进行了限定，如何降低水培蔬菜的硝酸盐含量、降低水培蔬菜的生产成本一直是国际无土栽培领域的研究热点。

营养液配制是水培蔬菜正常生长的核心技术。同时也是无土栽培的基础和关键。水培的成功与否在很大程度上取决于营养液配方、浓度、各种营养元素的比例、酸碱度、液温是否合适，以及植物生长过程中的营养液管理是否能满足各个不同生长阶段的要求。只有采取正确的营养液配方，按适宜的方法配制和管理营养液，使植物在生长发育的任何时期都处于最适宜的营养液环境中，才能获得快速、高产、优质的栽培结果。营养液的组成成分和浓度对于不同作物种类、不同生育时期、不同环境条件和栽培目的等而有所不同。水培花卉对营养液的要求不高，水培蔬菜生长周期短，富含多种人体所必需的维生素和矿物质。水培蔬菜特别是水培叶菜对营养液组成的要求特别高。不同作物对营养液浓度要求不同，这与作物的耐肥性有关。一般情况下，茄果类和瓜类要求的营养液浓度要比叶菜类高。但每一种作物均有适宜的浓度范围，绝大部分作物适宜的营养液浓度范围为0.5-3.0ms/cm，最高不超过4.0ms/cm。

专利号为201210551736.9的文献中提供一种工艺简单，配制方便，能够解决青菜在营养液中易出现烂根的现象的青菜水培营养液。专利号为201310608555.X的文献中提供一种不易烂根、配比均衡、促进生长的生菜水培营养液。专利号为201210551739.2的文献中提供一种工艺简单，原料充足，容易实施的油菜水培营养液，解决用室内水培法培育的油菜会出现叶片枯黄现象的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种价格低廉，工艺简单，配制方便，适合多种叶菜种类的叶菜水培营养液，可有效降低叶菜中的硝酸盐含量。

本发明的整体技术构思是：

叶菜水培营养液，由如下含量的原料组成：

Ca(N0₃)₂·4H₂O：590mg/L～600mg/L；KH₂PO₄：170mg/L～180mg/L；KNO₃：430mg/L～440mg/L；MgSO₄·7H₂O:850mg/L～900mg/L；Fe-EDTA：20mg/L～25mg/L；NaNO₃：3mg/L～5mg/L；H₃BO₃：3mg/L～4mg/L；Na₂MoO₄：0.2mg/L～0.3mg/L；ZnSO₄·7H₂O：0.6mg/L～0.8mg/L；MnSO₄·4H₂O：2mg/L～3mg/L；NaCl：0.8mg/L～0.9mg/L；余量为水；pH＝6.5～6.8；EC＝1.5～3.0ds/m。

更为优选的技术方案是，叶菜水培营养液，由如下含量的原料组成：

Ca(N0₃)₂·4H₂O：597mg/L～600mg/L；KH₂PO₄：177mg/L～180mg/L；KNO₃：438mg/L～440mg/L；MgSO₄·7H₂O：890mg/L～900mg/L；Fe-EDTA：24mg/L～25mg/L；NaNO₃：4.5mg/L～5mg/L；H₃BO₃：3.8mg/L～4mg/L；Na₂MoO₄：0.28mg/L～0.3mg/L；ZnSO₄·7H₂O：0.75mg/L～0.8mg/L；MnSO₄·4H₂O：2.8mg/L～3mg/L；NaCl：0.85mg/L～0.9mg/L；余量为水；pH＝6.6；EC＝1.5～3.0ds/m。

叶菜水培营养液中各营养成分的主要作用如下：

所述的叶菜水培营养液含植物生长所需的大量元素和微量元素，其中大量元素：C、H、O、N、S、P、Ca、Mg、K；微量元素：Fe、Mn、B、Zn、Mo、Na。

四水硝酸钙主要是提供植物生长所需的钙元素和氮元素。向植株提供生长所需的钙离子，提高根系细胞膜的选择吸收能力，增强对环境胁迫的抗逆能力，促进植株正常的生长。同时向植物提供生长所需的氮元素，满足植物生长对氮元素的需求，促进植株叶片的发育。

磷酸二氢钾主要是提供植物生长所需的磷元素。

硝酸钾主要是提供植物生长所需的钾元素和氮元素。硝酸钾、磷酸二氢钾主要作用是提供植株生长所需的钾离子，同时，根系吸收钾离子，钾离子的作用改变了根系对外界环境中水分和氧气的吸收，有效调节了根系对外界环境中氧的吸收速率，避免植株在生长过程中根系因缺氧而出现烂根现象。

七水硫酸镁主要是提供植物生长所需的镁元素。通过直接向溶液提供镁离子，达到满足植株对镁离子的需求，促进植物的光合作用以及促进光合作用下蛋白质的合成。

Fe-EDTA主要是提供植物生长所需的铁元素。同时铁钠作为植物生长的调节剂，进一步调节植株生长过程中对外界营养因子的吸收速率。

硼酸主要提供植物生长所需的硼元素，主要作用是促进碳水化合物的正常运转，还能促进生长素的生成，从而促进植株加快生长。

钼酸钠主要是提供植物生长所需的钼元素。

七水硫酸锌主要是提供植物生长所需的锌元素，促进植物体内物质的水解以及光合作用的进行。

硫酸锰主要是提供植物生长所需的锰元素。

氯化钠主要提供植物生长所需的钠元素。

叶菜水培营养液的制备方法，包括如下工艺步骤：

A、将硝酸钙、硝酸钾置于第一贮液罐中混合后溶解，按照叶菜水培营养液的原料含量浓缩倍数加水定容并搅拌均匀制成第一母液；

B、将磷酸二氢钾、硫酸镁、螯合铁、硝酸钠、硼酸、钼酸钠、硫酸锌、硫酸锰、氯化钠置于第二贮液罐中混合溶解，按照叶菜水培营养液的原料含量浓缩倍数加水定容并搅拌均匀制成第二母液；

C、使用时将第一母液与第二母液按照体积比为1:1混合均匀后加水稀释，调解pH及EC值，制成叶菜水培营养液。幼苗期EC值调至1.5-1.6ds/m，成苗期EC值调至1.8-3.0ds/m。

本发明的具体技术构思还有：

优选的技术实现方式是，所述的步骤A按照如下步骤进行：

A1、用温水溶解硝酸钙；

A2、向步骤A1的溶液中加入硝酸钾，加水搅拌至溶解，按照叶菜水培营养液的原料含量浓缩倍数加水定容并搅拌均匀制成第一母液；

优选的技术实现方式是，所述的步骤B中按照如下步骤进行：

B1、将硫酸镁加水溶解；

B2、向步骤B1的溶液中加入磷酸二氢钾，加水搅拌至溶解；

B3、硼酸以温水溶解，加入步骤B2的溶液中；

B4、向步骤B3的溶液中加入螯合铁、硝酸钠、钼酸钠、硫酸锌、硫酸锰、氯化钠，按照叶菜水培营养液的原料含量浓缩倍数加水定容并搅拌均匀制成第二母液。

本发明所取得的实质性特点和显著的技术进步在于：

1、本发明中所涉及的水培营养液各原料成分易得、配制工艺简单。

2、采用本发明中的水培营养液对各类叶菜进行培养后，各项生物学指标明显优于对照。

3、按照现有国标中蔬菜硝酸盐的测定方法，申请人对本发明所提供的叶菜水培营养液培养后的叶菜中的硝酸盐含量进行了测定，硝酸盐含量均符合国标标准(小于500mg/kg)，在绿色无公害蔬菜规定范围之内(绿色无公害叶菜硝酸盐含量<3000mg/kg)。

4、申请人对本发明中的水培营养液应用于各类叶菜进行试验后发现，施用本发明中的叶菜水培营养液后的叶菜效益及产量均有明显的提高，其中效益及产量最高的为美国大速生，产量达1108.4kg/茬.亩，其他品种达800～900kg/茬.亩。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步描述，但不应理解为对本发明的限定，本发明的保护范围以权利要求记载的内容为准，任何依据说明书所做出的等效技术手段替换，均不脱离本发明的保护范围。

实施例1

1、叶菜水培营养液，由如下含量的原料组成：

Ca(N0₃)₂·4H₂O：592mg/L；KH₂PO₄：172mg/L；KNO₃：433mg/L；MgSO₄·7H₂O:860mg/L；Fe-EDTA：21mg/L；NaNO₃：3.5mg/L；H₃BO₃：3.2mg/L；Na₂MoO₄：0.22mg/L；ZnSO₄·7H₂O：0.65mg/L；MnSO₄·4H₂O：2.2mg/L；NaCl：0.82mg/L；余量为水；pH＝6.5，EC＝1.5～3.0ds/m。。

叶菜水培营养液的制备方法，包括如下工艺步骤：

C、使用时将第一母液与第二母液按照体积比为1:1混合均匀后加水稀释，调节pH及EC值，制成叶菜水培营养液。

所述的步骤A按照如下步骤进行：

A1、用温水溶解硝酸钙；

所述的步骤B中按照如下步骤进行：

B1、将硫酸镁加水溶解；

B2、向步骤B1的溶液中加入磷酸二氢钾，加水搅拌至溶解；

B3、硼酸以温水溶解，加入步骤B2的溶液中；

实施例2

Ca(N0₃)₂·4H₂O：590mg/L；KH₂PO₄：170mg/L；KNO₃：430mg/L；MgSO₄·7H₂O:850mg/L；Fe-EDTA：20mg/L；NaNO₃：3mg/L；H₃BO₃：3mg/L；Na₂MoO₄：0.2mg/L；ZnSO₄·7H₂O：0.6mg/L；MnSO₄·4H₂O：2mg/L；NaCl：0.8mg/L；余量为水；pH＝6.8，EC＝1.5～3.0ds/m。

本实施例中叶菜营养液的制备方法同实施例1。

实施例3

Ca(N0₃)₂·4H₂O：600mg/L；KH₂PO₄：180mg/L；KNO₃：440mg/L；MgSO₄·7H₂O:900mg/L；Fe-EDTA：25mg/L；NaNO₃：5mg/L；H₃BO₃：4mg/L；Na₂MoO₄：0.3mg/L；ZnSO₄·7H₂O：0.8mg/L；MnSO₄·4H₂O：3mg/L；NaCl：0.9mg/L；余量为水；pH＝6.5，EC＝1.5～3.0ds/m。

本实施例中叶菜营养液的制备方法同实施例1。

实施例4

Ca(N0₃)₂·4H₂O：595mg/L；KH₂PO₄：175mg/L；KNO₃：435mg/L；MgSO₄·7H₂O:875mg/L；Fe-EDTA：23mg/L；NaNO₃：4mg/L；H₃BO₃：3.5mg/L；Na₂MoO₄：0.25mg/L；ZnSO₄·7H₂O：0.7mg/L；MnSO₄·4H₂O：2.5mg/L；NaCl：0.85mg/L；余量为水；pH＝6.7，EC＝1.5～3.0ds/m。

本实施例中叶菜营养液的制备方法同实施例1。

实施例5

Ca(N0₃)₂·4H₂O：597mg/L；KH₂PO₄：177mg/L；KNO₃：438mg/L；MgSO₄·7H₂O:890mg/L；Fe-EDTA：24mg/L；NaNO₃：4.5mg/L；H₃BO₃：3.8mg/L；Na₂MoO₄：0.28mg/L；ZnSO₄·7H₂O：0.75mg/L；MnSO₄·4H₂O：2.8mg/L；NaCl：0.85mg/L；余量为水；pH＝6.6，EC＝1.5～3.0ds/m。

本实施例中叶菜营养液的制备方法同实施例1。

为验证上述实施例的效果，申请人进行了如下试验：

一、供试材料与试验设计

实验地点：河北省农林科学院高新技术示范园区连栋温室。

供试材料：美国大速生生菜、罗马生菜、玻璃生菜、奶生一号、橡生一号、紫玉、紫霞、美罗、上海青油菜、八宝菜、鸡毛菜、极香油麦、大橡生2号、细叶苦苣、美国碎叶苦苣等。

水培技术：采用营养液膜栽培技术(NFT)。利用适当的方式将作物的幼苗定植于栽培槽中，营养液在栽培槽的底面作薄层循环流动，使根系既能不断地吸收到养分与水分又保证有充足的氧气供应。因循环流动供应的营养液呈极浅如膜的液流故称作营养液膜栽培。营养液膜栽培即NFT栽培(Nutrient Film Technigue)，是一种新型的无土栽培技术，与传统的无土栽培技术相比具有设备简易，投资小成本低、便于生产上推广应用等优点。

二、试验设计

采取实施例1-5记载的叶菜水培营养液，分别为1、2、3、4、5。种子经催芽后播于V(棉籽皮)：V(蛭石)＝2:1的72孔穴盘中，待幼苗培养25d后，选取长势一致的秧苗定植与水平水培架上。营养液由水泵供给，根据电脑控制每间隔40min供给营养液60min，每隔2d调节营养液EC值至1.5-2.2ds/m，营养液的EC值用TOACM-40S型电导仪测定。每个营养液配方定植3架，即3次重复，每架220孔(即220株)，植株生长30d后，每种处理随机取15株测定生物学指标和生理指标。

三、测定项目及方法

生物学指标测定包括株高、茎粗、叶片数、根体积、上部及下部干鲜重、叶绿素含量、根冠比、产量等。叶绿素含量用SPAD-502叶绿素仪测定。品质指标包括硝酸盐、可溶性糖、可溶性固形物、可滴定酸、Vc含量等生理指标的测定。硝酸盐测定采用比色法。可溶性糖测定采用蒽酮比色法。Vc测定采用2,6-二氯酚靛酚滴定法。可滴定酸测定采用指示剂滴定法，可溶性固形物含量测定采用手持式糖度计测定。

四、数据统计与分析

试验数据用DPS软件采用邓肯式新复极差法进行方差分析。

五、结果分析

1、不同营养液配方对生菜生物学指标的影响(结果见表1)。

表1不同营养液配方对生菜生物学指标的影响

表1说明：实施例1～实施例5营养液培养的生菜总鲜重和亩产量与对照在5％水平上差异达显著水平，且每茬亩产量相对增产率达4.9％～23.5％。除实施例2上部干、鲜重与对照差异不显著外，其余处理均明显大于对照。5种处理的生菜叶绿素相对含量及根干重均明显大于对照，且差异显著。

2、营养液配方对生菜品质指标的影响(结果见表2)。

表2不同营养液配方对生菜品质的影响

指标

对照

实施例1

实施例2

实施例3

实施例4

实施例5

硝酸盐(mg/kg)

2745.46a

450.36b

442.31bc

489.02b

461.38b

455.08b

可溶性总糖(mg/g)

2.13b

2.95a

2.93a

3.35a

2.35ab

2.99a

可溶性固形物(％)

2.76ab

2.84ab

2.81ab

3.05a

3.85a

2.85ab

可滴定酸(％)

0.139a

0.10ab

0.092ab

0.122a

0.114a

0.057b

Vc(mg/100g)

1.93ab

2.92a

2.89ab

2.91a

2.00ab

3.56a

表2说明：实施例1～实施例5营养液培养的生菜硝酸盐含量明显小于对照，且差异达显著水平。可溶性总糖含量均大于对照，除实施例4与对照无明显差异外，其余均与对照在5％水平上差异显著。可滴定酸含量均小于对照，除实施例5外无显著差异。Vc含量均有所提高。

由表1、表2结果综合分析知，实施例1～实施例5营养液培养的生菜在大大降低硝酸盐基础上改善了生菜产品品质，且产量均有不同幅度的提高。

3、营养液配方的叶菜种类筛选结果

表3-1实施例1中营养液的叶菜种类筛选结果

表3-2实施例2中营养液的叶菜种类筛选结果

表3-3实施例3中营养液的叶菜种类筛选结果

表3-4实施例4中营养液的叶菜种类筛选结果

表3-5实施例5中营养液的叶菜种类筛选结果

从表3-1至3-5可以看出，通过各项生物学指标的测定，除细叶苦苣外，实施例1-实施例5培养的生菜、油麦菜、油菜等叶菜种类均在长势较好、产量较高的基础上达到低硝酸盐含量的目标。

4、生菜、油菜每穴最佳株数的确定

表4生菜每穴最佳播种株数的测定

产量/kg.穴	3株	4株	5株	6株	7株	8株
							橡叶绿	0.03375	0.0325	0.05125	0.035	0.06	0.065
玻璃生菜	0.032	0.039	0.045	0.035	0.0375	0.035
							美国大速生生菜	0.035	0.025	0.0475	0.045	0.055	0.045
法国奶生一号	0.035	0.04	0.047917	0.05333	0.055	0.045
							意大利生菜	0.036667	0.04125	0.043333	0.04875	0.047	0.048

从表4可以看出，各品种每穴株数5株产量最高，随着株数的增加产量有所减少，这样不仅在育苗时浪费了种子，增加了成本，而效益反而减少，故大部分生菜品种育苗时每穴播种5粒种子即可。

表5油菜每穴最佳播种株数的测定

鲜重/kg.穴	1株	2株	3株	4株	5株	6株	7株
								青梗菜	0.1328	0.1272	0.1361	0.1317	0.1217	0.1383	0.1611

从表5可以看出，油菜每穴播种1粒种子与其他处理的产量相当，所以在考虑成本、商品性状及产品品质的基础上确定油菜每穴最佳播种数为1粒。每穴最佳播种数跟不同叶菜的品种特性有关，比如叶片的展开度、长宽、薄厚。综合以上结果得知生菜每穴定植株数为5株左右为宜，油菜每穴定植株数为1株为宜。

六、结论

从表1至表5可以看出，综合生物学指标(包括株高、茎粗、干鲜重、根体积、叶绿素含量、产量等)以及品质指标(包括硝酸盐含量、可溶性固形物含量、VC含量、可溶性糖、可滴定酸等)分析得知：

(1)在大量实验基础上筛选出了成本低、配制工艺简单的叶菜水培配方，该水培营养液尤其适合对生菜、油菜、油麦3种叶菜种类培养。

(2)效益及产量最高的为美国大速生生菜，产量达1108.4kg/茬.亩，其他品种达800-900kg/茬.亩，且硝酸盐含量较低，均小于500mg/kg，在绿色无公害蔬菜规定范围之内(绿色无公害叶菜硝酸盐含量<3000mg/kg)。

Claims

1.叶菜水培营养液，其特征在于由如下含量的原料组成：

Ca(N0₃)₂·4H₂O：590mg/L～600mg/L；KH₂PO₄：170mg/L～180mg/L；KNO₃：430mg/L～440mg/L；MgSO₄·7H₂O:850mg/L～900mg/L；Fe-EDTA：20mg/L～25mg/L；NaNO₃：3mg/L～5mg/L；H₃BO₃：3mg/L～4mg/L；Na₂MoO₄：0.2mg/L～0.3mg/L；ZnSO₄·7H₂O：0.6mg/L～0.8mg/L；MnSO₄·4H₂O：2mg/L～3mg/L；NaCl：0.8mg/L～0.9mg/L；余量为水；pH＝6.5～6.8；EC＝1.5～3.0ds/m，幼苗期EC值调至1.5-1.6ds/m，成苗期EC值调至1.8-3.0ds/m。

2.根据权利要求1所述的叶菜水培营养液，其特征在于由如下含量的原料组成：

3.根据权利要求1所述的叶菜水培营养液的制备方法，其特征在于包括如下工艺步骤：

C、使用时将第一母液与第二母液混合后加水稀释，调节pH及EC，制成叶菜水培营养液，幼苗期EC值调至1.5-1.6ds/m，成苗期EC值调至1.8-3.0ds/m。

4.根据权利要求3所述的叶菜水培营养液的制备方法，其特征在于所述的步骤A按照如下步骤进行：

A1、用温水溶解硝酸钙；

A2、向步骤A1的溶液中加入硝酸钾，加水搅拌至溶解，按照叶菜水培营养液的原料含量浓缩倍数加水定容并搅拌均匀制成第一母液。

5.根据权利要求3或4中任一项所述的叶菜水培营养液的制备方法，其特征在于所述的步骤B中按照如下步骤进行：

B1、将硫酸镁加水溶解；

B2、向步骤B1的溶液中加入磷酸二氢钾，加水搅拌至溶解；

B3、硼酸以温水溶解，加入步骤B2的溶液中；