CN113480359B - 一种蔬菜水培营养液及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蔬菜水培营养液，它包含过氧化脲、尿素和硝酸钾，且过氧化脲、尿素和硝酸钾中氮的质量比为1～3:7～9:10。本发明还公开了上述蔬菜水培营养液的制备方法与应用。该蔬菜水培营养液可显著提高蔬菜产量、提高蔬菜中叶绿素含量、提高蔬菜中VC含量、降低蔬菜中硝酸盐累积量。

Description

一种蔬菜水培营养液及其应用
技术领域
本发明涉及一种植物肥料，具体涉及一种蔬菜水培营养液及其应用。
背景技术
在蔬菜水培营养液配方中，日本园试配方的叶菜类蔬菜产量显著高于Hoagland’s营养液配方[1]，但日本园试配方中硝态氮含量高于Hoagland’s营养液配方。由于蔬菜根系对硝态氮的吸收量大于其体内还原同化量，叶菜类蔬菜极易富集硝酸盐，虽无害于植物本身，却易危害人体健康[2]。现在已有一些关于酰铵态氮进行部分替代硝态氮的研究。任广涛等[3]以不同比例酰铵态氮替代日本园试配方中的无机氮(硝态氮和铵态氮)培养叶用莴苣，随着酰胺态氮浓度的增加，叶用莴苣体内硝酸盐含量有降低的趋势，酰铵态氮占全氮15％处理的莴苣产量最高。尿素作为一种酰铵态氮，不能作为唯一氮源用于水培，尿素用量过大时容易造成铵盐中毒，导致蔬菜生长缓慢。研究表明，用尿素作为唯一氮源的营养液栽培生菜时，生菜叶片在生长后期出现萎蔫，新叶边缘焦枯，根系变黑腐烂[4]。
氧是维持植物正常呼吸的重要因子，作物根系需要充足的氧气供应才能维持正常的新陈代谢，而水中的氧气供给只有空气的十万分之一，在水培中经常由于根际缺氧而使作物生长缓慢，水分及养分吸收能力减弱，从而影响地上部分生长，导致产量下降，造成经济损失[5-6]。因此，供氧状况是水培系统中技术管理的关键[7]。当前水培的增氧措施主要包括营养液流动法、喷雾法、滴灌法、微纳米气泡技术等利用机械和物理的方法增加营养液与空气的接触机会，增加氧在营养液中的扩散能力，从而提高营养液中氧气的含量[8]。研究表明，微纳米气泡的曝气增氧能有效促进水培生菜根系的生长发育，与营养液循环流动处理相比，生菜增产37.3％-45.9％[6]。周云鹏等[9]通过微纳米气泡加氧灌溉对温室水培蔬菜的研究结果表明，微纳米气泡灌溉可以提高水培蔬菜产量及品质，促进根系发育，适宜的加氧灌溉质量浓度为10-20mg/L。目前关于化学增氧的研究报道相对较少。但有研究表明，以过氧化氢为氧气来源的增氧剂对植物生长有促进作用[10]。对水培或淹水木瓜施用过氧化氢或过氧化钙可以缓解低氧胁迫，根部区域的富氧环境促进淹水后木瓜的复苏[11]。目前的增氧剂包括过氧化氢、过氧化钙、过氧化钠、过氧化脲(Urea hydrogen peroxide，UHP)等，由于过氧化氢、过氧化钙及过氧化镁的过氧化物含活性氧量较少、稳定性差[12]，本试验将UHP作为增氧剂。UHP是尿素和过氧化氢所形成的加合物，常温下稳定性好，活性氧含量高、释放可控。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种蔬菜水培营养液配方，以提高蔬菜产量和蔬菜Vc含量并显著降低蔬菜中硝酸盐含量。
本发明还要解决的技术问题是提供上述蔬菜水培营养液配方的应用。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种蔬菜水培营养液，它包含过氧化脲、尿素和硝酸盐，且过氧化脲、尿素和硝酸钾三种物质中氮的质量比为1～3:7～9:10。
优选地，过氧化脲、尿素和硝酸钾三种物质中氮的质量比为2.9～3:7:10。
更优选地，所述蔬菜水培营养液配方为，硝酸钾808mg/L、磷酸二氢铵153mg/L、七水硫酸镁493mg/L、尿素168mg/L、氯化钙444mg/L、过氧化脲110.4mg/L、25mg/L Fe·EDTA、2.86mg/L H2BO3、0.22mg/L ZnSO4·7H2O、0.08mg/L CuSO4·7H2O、2.13mg/L MnSO4·4H2O、0.025mg/L(NH4)6MoO24·4H2O。
其中，所述的蔬菜为青菜。优选地，所述的蔬菜为上海青Brassica campestrisssp.Chinensis(L.)。
上述蔬菜水培营养液的制备方法，按照如下配方配制水培营养液，硝酸钾808mg/L、磷酸二氢铵153mg/L、七水硫酸镁493mg/L、尿素168mg/L、氯化钙444mg/L、过氧化脲110.4mg/L、25mg/L Fe·EDTA、2.86mg/L H2BO3、0.22mg/L ZnSO4·7H2O、0.08mg/L CuSO4·7H2O、2.13mg/L MnSO4·4H2O、0.025mg/L(NH4)6MoO24·4H2O，再以1mol/L的氢氧化钠溶液调至pH 5.8。
上述蔬菜水培营养液在蔬菜培养中的应用也在本发明的保护范围之内。
上述蔬菜水培营养液在提高蔬菜产量和提高蔬菜品质中的应用也在本发明的保护范围之内。
其中，所述的提高蔬菜品质为提高蔬菜中叶绿素含量、和/或提高蔬菜中VC含量、和/或降低蔬菜中硝酸盐累积量。
其中，所述蔬菜为青菜。优选地，所述的蔬菜为上海青Brassica campestrisssp.Chinensis(L.)。
有益效果：为降低水培上海青Brassica campestris ssp.Chinensis(L.)硝酸盐含量，本发明分别通过部分尿素替代日本园试配方中硝酸盐，以及不同过氧化脲(UHP)与尿素配比的方式，探究减硝增氧对水培叶菜生长及品质的影响。首先以30％、40％、50％、100％尿素替代硝态氮来优化日本园试配方，其中50％尿素替代处理能显著提高叶菜产量，同时对根系有明显促生作用。在此基础上以10％、30％、50％和80％UHP替代改良日本园试配方中的尿素，从而确定UHP、尿素及硝态氮的最佳比例。随着UHP浓度的增加，营养液中溶解氧浓度显著增加，与对照相比，施用UHP的处理溶解氧浓度提高7.63％-39.7％。与对照相比，30％UHP处理增产27.65％，总根长、根表面积、根粗、根体积及根尖数分别增加24.68％、36.92％、16.9％、28.19％和28.89％，但高浓度(50％和80％)UHP处理显著抑制上海青生长。30％UHP处理显著提高上海青叶绿素含量及VC含量，与对照相比，分别增加71.25％和34.91％。随着UHP浓度的增加，上海青叶片硝酸盐含量呈下降趋势，与对照相比，10％、30％、50％和80％UHP处理硝酸盐含量显著降低3.89％、9.69％、22.71％和26.87％。因此，在蔬菜水培栽培管理中，适量增氧减硝能够刺激根系发育，同时有利于提高上海青的产量及品质，其中UHP：尿素：硝酸盐中氮质量比＝2.93:7:10为最佳配比。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1不同UHP与尿素配比营养液溶解氧浓度。
图2不同UHP与尿素配比对上海青(a)产量，(b)根鲜重，(c)根冠比的影响。
图3不同UHP与尿素配比对上海青相对叶绿素含量的影响。
图4不同UHP与尿素配比对上海青(a)硝酸盐含量和(b)VC含量的影响。
具体实施方式
实施例1：
1材料与方法
1.1试验材料
蔬菜品种选用不结球白菜中青菜类的一个品种，上海青Brassica campestrisssp.Chinensis(L.)，购自南京。
1.2试验设计
将上海青种子用1％次氯酸钠表面消毒15min，漂洗后在25℃去离子水中浸泡过夜。播种于蛭石-草炭基质中培养，待长出2-3片真叶后将其转移至装有1/2浓度的日本园试营养液的周转箱中培养，培养9d(每3d更换一次营养液)后将上海青移入尿素替代部分硝态氮的日本园试配方营养液中，试验采用日本园试配方为对照，在总含氮量不变的前提下用尿素代替硝酸钙，设尿素对硝酸盐的代替比例为30％、40％、50％和100％，为了保证所有处理中硝态氮用量一致(氮含量为224mg/L)，以硝酸补充余下的氮(其配方详见表1)。所配营养液以1mol/L的氢氧化钠溶液调至pH 5.8。微量元素采用通用配方，25mg/L Fe·EDTA，2.86mg/L H2BO3，0.22mg/L ZnSO4·7H2O，0.08mg/L CuSO4·7H2O，2.13mg/L MnSO4·4H2O，0.025mg/L(NH4)6MoO24·4H2O。试验设计5个处理，每个处理重复3次，随机排列。每个处理用1L烧杯(烧杯缠上黑色不透光胶带)，每个烧杯定植2株上海青，每3d换一次营养液，无增氧措施。45d收获时测定上海青的产量，从而确定尿素的最佳用量。试验于中国科学院南京土壤研究所中进行，光照培养箱光照时间16h，光强为300μmol/m2/s，白天温度25℃，夜间20℃，相对湿度为67％。
表1不同尿素及硝态氮配比的营养液配方
Figure BDA0003180118360000041
在上述试验结果的基础上，选取50％尿素替代日本园试配方中的硝酸盐(结果详见表3)。种子萌发处理同上述试验。以日本园试配方为对照，基于等氮量原则(所有处理施氮量一致)，以硝酸钾、尿素和UHP为氮源，UHP设置4个浓度，分别以10％、30％、50％和80％UHP替代尿素(其配方详见表2)，微量元素采用通用配方同上。所配营养液以1mol/L的氢氧化钠溶液调至pH 5.8。试验设计5个处理，每个处理重复3次，随机排列。并设置不种上海青的5个处理，监测3d内不同处理营养液的溶解氧浓度。于收获期(45d)测定上海青产量、根系指标(总根长、根表面积、根体积、根直径、根尖数)、叶绿素含量、品质指标(硝酸盐含量、VC含量)。试验地点及培养条件同上，无其它增氧措施。
表2不同UHP及尿素配比的营养液配方
Figure BDA0003180118360000051
1.3分析测定方法
WinRHIZO(Pro 2012)根系分析系统测定根系指标；丹麦Unisense微电极系统(OX50，
Figure BDA0003180118360000052
μm)测定营养液中溶解氧浓度；叶绿素含量用CCM-200(Opti-Sciences，美国)叶绿素计测定，其数值与叶片中叶绿素含量相关性较高，可用于测定叶绿素[13]；硝酸盐含量采用紫外分光光度法测定(GB 5009.33-2016)；VC含量采用2,6-二氯靛酚滴定法测定(GB/T 5009.86-2016)。
1.4数据处理
使用Excel 2003程序和SPSS statistics 20统计分析软件进行数据处理，Origin2018软件作图。
2.结果与分析
2.1不同尿素及硝态氮配比对水培上海青长势的影响
由表3可以看出，不同处理间叶片数无显著差异。50％尿素处理产量明显高于其它处理，与对照相比，50％尿素处理产量增加5.13％。而100％尿素处理其产量最差，与对照相比，100％尿素处理产量降低12.21％。与对照相比，50％尿素处理的上海青根鲜重显著增加35.95％。我们初步筛选出50％尿素替代部分硝态氮的配比。
表3不同尿素及硝态氮配比对水培上海青生物量的影响
Figure BDA0003180118360000061
2.2不同UHP与尿素配比营养液溶解氧浓度
监测3d内不同处理营养液的溶解氧浓度(图1)，研究表明，添加UHP后营养液中溶解氧浓度始终高于CK处理，且溶解氧浓度随着UHP浓度的增加而增加。UHP在水中缓慢释放氧气，在8h时，溶解氧浓度最高，80％UHP(336.26μmol/L)＞50％UHP(312.71μmol/L)＞30％UHP(288.41μmol/L)＞10％UHP(267.24μmol/L)＞CK，不同处理间差异显著(P＜0.05)。随着时间的推移，溶解氧浓度呈降低趋势。
2.3不同UHP与尿素配比对上海青产量及生长势的影响
由图2a可以看出，30％UHP处理的产量与各处理之间差异达到了显著水平，与CK相比，30％UHP处理增产27.65％。10％UHP和CK处理的产量二者无显著差异。50％UHP和80％UHP处理出现明显减产效应，但二者之间无显著性差异。相对于CK，50％UHP和80％UHP处理显著减产8.45％和15.19％。30％UHP和10％UHP处理的根鲜重显著高于CK，较CK分别增加18.83％和59.26％(图2b)。50％UHP处理与CK处理根鲜重无显著差异，80％UHP处理根鲜重较CK处理显著减少20.14％。与CK相比，30％UHP处理的根冠比显著提高25.15％，其它处理根冠比与CK无显著性差异(图2c)。
2.4不同UHP与尿素配比对上海青根系发育的影响
增氧可以有效促进蔬菜根系发育，其中30％UHP处理显著提高蔬菜根系总根长、根表面积、根粗、根体积及根尖数。与CK相比，30％处理根系总根长增加24.68％、根表面积增加36.92％、根粗增加16.9％、根体积增加28.19％、根尖数增加28.89％。但50％UHP及80％UHP处理显示出对蔬菜根系发育有明显抑制作用(表4)。与CK相比，50％UHP处理根平均直径显著减少10.13％；80％UHP处理根表面积显著减少3.3％、根平均直径减少15.2％、根体积减少13.87％、根尖数减少8.63％(表4)。
表4不同UHP与尿素配比对上海青根系发育的影响
Figure BDA0003180118360000071
2.5不同UHP与尿素配比对上海青叶片叶绿素指数的影响
从图3可以看出，30％UHP处理的叶绿素含量较其它处理的差异达到了5％的显著水平，其叶绿素含量最高，较CK处理增加71.25％。10％UHP处理和CK的叶绿素含量次之，二者之间无显著差异。50％UHP和80％UHP处理，叶绿素含量开始下降，与CK相比，50％UHP和80％UHP处理叶绿素含量分别减少9.89％和13.57％，其中80％UHP处理与CK处理的叶绿素含量差异达显著水平(P＜0.05)。
2.6不同UHP与尿素配比对上海青品质的影响
随着UHP用量的增加，叶片硝酸盐含量呈现明显降低趋势(图4a)，说明UHP替代硝态氮可明显降低上海青硝酸盐含量，与CK相比，30％、50％和80％UHP处理显著降低上海青硝酸盐含量，分别降低9.69％、22.71％和26.87％。各处理之间的VC含量大小顺序是30％UHP>10％UHP>CK>50％UHP>80％UHP(图4b)，与CK相比，30％UHP处理VC含量显著增加34.91％，50％UHP和80％UHP处理VC含量显著减少8.34％和19.63％，水培营养液配方中适量的UHP含量可以提高蔬菜VC含量。
3结论
尿素可以作为氮源替代水培中部分硝酸盐，尿素浓度过高会抑制蔬菜的生长，以50％尿素替代日本园试配方中的硝态氮提高上海青产量的效果最为显著。UHP作为化学增氧剂可以改善水培的通气环境，溶解氧浓度维持在262.36-288.41μmol/L可以促进根系发育、提高产量及品质，但UHP浓度过高会抑制上海青生长发育，导致减产。在蔬菜水培栽培管理中，适量增氧减硝能够刺激根系发育，提高上海青的产量及品质，UHP：尿素：硝酸盐中氮含量比例＝2.93:7:10为最佳配比，与对照处理，此配比上海青增产27.65％、叶绿素含量及VC含量分别增加71.25％和34.91％，硝酸盐累积量减少9.66％。
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本发明提供了一种蔬菜水培营养液及其应用的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (4)

1.一种蔬菜水培营养液在提高蔬菜产量和提高蔬菜品质中的应用；其中
所述的蔬菜水培营养液，它包含过氧化脲、尿素和硝酸盐，且过氧化脲、尿素和硝酸钾中氮的质量比为2.9~3: 7~9: 10；
所述的提高蔬菜品质为提高蔬菜中叶绿素含量、和/或提高蔬菜中VC含量、和/或降低蔬菜中硝酸盐累积量；
所述蔬菜为青菜。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述蔬菜水培营养液配方为，硝酸钾808mg/L、磷酸二氢铵153 mg/L、七水硫酸镁493 mg/L、尿素168 mg/L、氯化钙444 mg/L、过氧化脲110.4 mg/L、25 mg/L Fe·EDTA、2.86 mg/L H2BO3、0.22 mg/L ZnSO4·7H2O、0.08 mg/LCuSO4·7H2O、2.13 mg/L MnSO4·4H2O、0.025 mg/L (NH4)6MoO24·4H2O。
3.根据权利要求1所述的应用 ，其特征在于，所述的蔬菜为上海青Brassicacampestris ssp. Chinensis（L.）。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，按照如下配方配制水培营养液，硝酸钾808mg/L、磷酸二氢铵153 mg/L、七水硫酸镁493 mg/L、尿素168 mg/L、氯化钙444 mg/L、过氧化脲110.4 mg/L、25 mg/L Fe·EDTA、2.86 mg/L H2BO3、0.22 mg/L ZnSO4·7H2O、0.08 mg/LCuSO4·7H2O、2.13 mg/L MnSO4·4H2O、0.025 mg/L (NH4)6MoO24·4H2O，再以1 mol/L的氢氧化钠溶液调至pH 5.8。
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