一种快速促进无土栽培蔬菜体内硝酸盐同化的方法

摘要

本发明公开了一种快速促进无土栽培蔬菜体内硝酸盐同化的方法，在蔬菜采收前的2-5天停止供应原栽培营养液，而供给钼酸盐处理液，同时通过自然光照和人为补光使光照强度达到120μmol·m

说明书

技术领域

本发明涉及蔬菜无土栽培技术，特别涉及快速促进无土栽培蔬菜体内硝酸盐的同化作用，从而在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多万公顷，居世界首位。然而，设施土壤栽培连作障碍、资源环境负效应日益严重，蔬菜品质化学物质(农药、硝酸盐)超标率高。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，城乡居民的日摄入量常超过了世界卫生组织(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，在连阴天或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-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 HumanNutrition，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，各环节协同才能稳定地短期内控制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，提供一种能够快速促进无土栽培蔬菜硝酸盐同化的方法，在保证蔬菜产量和质量的前提下降低蔬菜体内硝酸盐含量。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种快速促进无土栽培蔬菜体内硝酸盐同化的方法，在蔬菜采收前的2-5天停止供应原栽培营养液，而供给钼酸盐处理液，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。

高光强条件可显著增加蔬菜的光合作用，为硝酸盐同化利用提供充足的碳架和还原剂等原料，使同化库中硝酸盐得以快速去除，促使储存库中硝酸盐转移到同化库达到降低蔬菜硝酸盐的目的。钼酸根离子可提高硝酸还原酶活性，从酶促环节增加硝酸盐的同化速率。同时，增强的硝酸盐同化所产生的同化产物能满足短期内蔬菜氮营养的需求，因此采用此方法进行短期处理过程中无论蔬菜生育期长短对生物量影响不大。

在本发明的方法中，所述钼酸盐优选为钼酸铵，铵的添加是降低蔬菜体内硝酸盐含量的一种有效辅助方法。试验中钼酸根离子的浓度为5×10^-5mmol/L，该浓度的0.1-10倍都在有效浓度范围内，即适用浓度为5×10^-6～5×10^-4mmol/L。

钼酸盐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。

钼酸盐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。

本发明方法通过补光和自然光使蔬菜的光照强度达到一定的阈值，同时使用钼酸盐处理液进行2-5天的协同培养处理，生产出低硝酸盐含量的高品质蔬菜。本发明采用的钼酸盐处理液在一定的光强协同下，能稳定可控地显著降低蔬菜体内硝酸盐的含量。多次试验结果表明，用该处理液在收获前替代原栽培营养液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)成分简单，浓度低，节省了大量的养分资源，降低了成本和人力物力；(3)废弃处理液环保，不含氮磷污染物，排放无污染；(4)光强的保证可使硝酸盐降低效果可控性显著提高，具有准确的应用效果；(5)广泛适用于设施蔬菜无土栽和植物工厂蔬菜生产。

具体实施方式

下面通过实施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，温室内平均光强小于80μmol·m^-2·s^-1(荷兰产光谱仪测定)。

试验共设3个处理：处理1，全营养液(含4mmol/L硝态氮)；处理2，钼酸铵(50×10^-6mmol/L)；和处理3，蒸馏水。全氮营养液配方：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^-1 MnSO₄；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，处理对生菜的叶绿素含量无影响(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，钼酸铵(50×10^-6mmol/L)处理液显著降低了生菜叶片内的硝酸盐含量，比全营养液降低了35.6％。这表明，低光条件下钼酸铵处理液在降低生菜硝酸盐含量的作用有效，可能与其多种作用机理有关。蒸馏水处理未能显著降低生菜体内的硝酸盐含量，表明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。

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，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：

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。

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50％左右，光强范围60-400μmol·m^-2·s^-1)；每个光照处理下分为2个子处理：处理1，全营养液(含10mmol/L硝态氮)；处理2，钼酸铵，5×10^-5mmol/L；每天光照时间10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AtmanEP-9000气泵通气(创星电器有限公司)。

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，与全营养液相比，处理液对生菜新叶和展开叶SPAD无影响。由于SPAD值与植物叶片全氮含量成正相关，故此本试验结果表明生菜叶片氮营养不受各种处理液的影响。由此，短时间该处理液处理对生菜的营养健康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，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，处理液显著地降低了生菜新叶、展开叶和叶柄各部位的硝酸盐含量。光强高低对处理液降低生菜各部位硝酸盐含量有显著影响。低光强下，处理液对新叶、展开叶和叶柄硝酸盐含量的降低幅度达到65.6％，49.4％和25.5％。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72.9％，81.8％和68.9％。就硝酸盐降幅平均值而言，与低光强条件下相比，高光强条件下生菜的新叶、展开叶和叶柄中硝酸盐含量的降低幅度高出7.3、32.4和43.4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，适宜的光强可提升钼酸盐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，不同小写字母(a和b)表示处理间的差异显著性，p＜0.05。