不同栽培方式對生菜生長和營養品質的影響

胡玥 崔雯 金敏鳳 王全喜

摘 要： 在相同的種植環境下，研究了土壤栽培與無土栽培（基質栽培、營養液栽培）對生菜生長及營養品質的影響，并采用隸屬函數法對生菜的綜合品質進行評價.結果表明：營養液栽培生菜的產量最高，基質栽培次之，土壤栽培產量最低.營養液栽培生菜相比土壤栽培生菜，單株鮮重均值增幅達81.51%.生菜在基質栽培中綜合營養品質最高，在營養液栽培中硝酸鹽含量較高，而在土壤栽培中各項指標都偏低.

關鍵詞： 無土栽培; 土壤栽培; 生菜; 品質; 生長

中圖分類號： S 63 ?文獻標志碼： A ?文章編號： 1000-5137（2019）05-0566-08

Abstract： This research studied the influences of different cultivation methods，i.c.soil cultivation and soilless cultivation （substrate cultivation and hydroponics），on the growth and nutritional qualities of lettuce.Integrated quality of the lettuce was evaluated based on subordinate function values analysis.The main conclusions were as follows：lettuce produced via hydroponics had the highest yield，while those from soil cultivation had the lowest production.Compared with the soil cultivation，substrate cultivation could achieve higher average weight per plant of lettuce by 81.51%.Lettuce produced from substrate cultivation showed best overall nutritional qualities，and lettuce from hydroponics had highest nitrate contents.While all of the indexes from soil cultivation are lower than from both other cultivations.

Key words： soilless cultivation; soil cultivation; lettuce; quality; growth

0 引 言

近年來，隨著可耕地面積的減少，消費者對反季蔬菜的需求增大，對蔬菜安全性的要求提高，蔬菜栽培模式逐步向多元化的方向迅速發展.目前，綠葉菜常用的栽培方式有3種：土壤栽培（土培）、營養液栽培（水培）和基質栽培[1-2].科技的進步不僅提高了蔬菜的供應量，而且豐富了蔬菜的品種，但何種栽培方式能提供品質更高的蔬菜品種仍是農業生產者關注的焦點.

蔬菜本身是一個復雜的反應系統，影響蔬菜生長的因素很多，包括環境（如溫度、光照、濕度等）、栽培介質和栽培介質的營養供應等.綠葉蔬菜產量占蔬菜總產量的30%～40%[3]，因其生長周期短、采收便利、栽培廣泛等特點，適于作為研究蔬菜生產應用的模式菜類.

生菜是葉用萵苣（Lactuca sativa L.）的俗稱，又名鵝仔菜、嘜仔菜、萵仔菜，屬菊科萵苣屬.近10年，生菜的種植面積呈現上升趨勢，全球產量可達27 Mt[4]，中國是最大的生菜生產國[5].根據生菜的葉形、大小、質地、莖型等不同屬性，可將其分為6個不同品種[5].生菜中含有許多有助于健康的物質，如抗壞血酸、谷胱甘肽、酚類、葉綠素、類胡羅卜素、礦物質等[6].由于生菜常用于生食，如沙拉、卷餅等，相比于其他需烹飪的蔬菜，其營養成分能很好地保留下來，但對硝酸鹽含量控制則更嚴格，是上海市民最喜食的花色綠葉菜[7].本文作者以生菜為實驗材料，首次綜合分析了不同栽培方式對生菜生長及營養品質的影響，以期在生產實踐中對提高綠葉菜品質提供一定的理論參考.

1 材料與方法

1.1 實驗材料

生菜品種選用高華生菜，購自香港高華種子有限公司，該品種為全年種植，耐熱、耐寒、耐抽薹，菜形美觀，品質優良.

1.2 主要儀器與試劑

主要儀器包括：電熱鼓風干燥箱（DHG-9070A，上海一恒科學儀器有限公司）;電子天平（BSA224S，賽多利斯科學儀器（北京）有限公司）;數顯恒溫水浴鍋（HH-2，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司）;實驗室雙級反滲透去離子水系統（MU4100UFR，上海穗天環保科技有限公司）;加熱板套裝（C-MAG HP7 S25型，IKA公司）;消化爐（DKL，VELP Scientific公司）;自動定氮儀（KDN-02，上海新嘉電子有限公司）;紫外分光光度計（BIOMATE 3S，Thermo Scientific公司）;質構儀（TA-XT plus，Stable micro）;數字式折光糖度儀（PAL-3，ATAGO）;移液槍（1 000 μL，5 mL，10 mL，上海泰坦科技股份有限公司）等.

主要試劑包括：二水合草酸、硫酸、鹽酸、氫氧化鈉、苯酚等，均為分析純，購自上海潤捷化學試劑有限公司;抗壞血酸、碳酸氫鈉、五水合硫酸銅（Ⅱ）、硫酸鉀、無水乙醇、硼酸、無水碳酸鈉、水楊酸、硝酸鉀、蔗糖、甲基紅、溴甲酚綠等，均為分析純，購自國藥集團化學試劑有限公司;2，6-二氯靛酚鈉鹽水合物，購自阿法埃莎（上海）化學有限公司.

1.3 實驗方法

本實驗于2016年4月—2016年6月在上海師范大學奉賢校區金匯港基地（東經121°31′ 9.1″，北緯30°50′ 22.8″）進行.育苗基質均采用V（草炭） ?∶ V（蛭石） ?∶ V（珍珠巖）=1 ?∶ 1 ?∶ 1的混合基質.育苗期30 d，之后移栽至基質、營養液和土壤3種不同的栽培介質中，每種栽培方式播種80棵，分別于1周、2周、3周、4周進行生長指標測定，并于30 d后進行收獲測定.采樣時采用S形路線采取具有普遍代表性的植株，測定時采用莖葉比1∶1進行各項品質的測定.

基質栽培使用50 cm×30 cm×8 cm的基質盤，基質配比為：V（草炭） ?∶ V（珍珠巖） ?∶ V（蛭石）=2 ?∶ 1 ?∶ 1，再與3倍體積的腐熟牛糞相混合.營養液栽培使用橫截面積為100 cm×9 cm的圓管水培架裝置，栽培孔徑（直徑）為4.8 cm，使用水泵定時器設備控制整個裝置中的營養液循環（每2 h循環一次，每次循環20 min），以此保證栽培作物根系的正常氧氣供應.營養液以霍格蘭營養液配方為基礎進行了一定的改進.土壤栽培使用普通田間土，將土壤裝于89 cm×67 cm×61 cm的長方體塑料栽培盆中.3種栽培方式均使用同樣的自來水進行澆灌，每2 d澆灌一次，每株澆灌約50 mL.基質和土壤栽培行距為10 cm，株距為10 cm，營養液栽培株距為10 cm.

1.3.1 生長指標測定

樣品生長30 d后，統一進行收獲測定.每個處理組選取長勢均勻的蔬菜20株，測量其各項生長指標[8-11]，并各取平均值.其中：

1）葉片數是測定展開的葉片數;

2）葉寬的測定是用直尺測量法，測量葉片中部的最大寬度;

3）株高的測定是用直尺測量法，測量植株基部到生長點頂端的距離;

4） 根長的測定是用直尺測量法，將根部取出后，除去基質殘渣，測量主根頂端至末端距離;根鮮重（質量）是用電子天平直接稱量新鮮生菜根部的質量.

1.3.2 品質測定

蔬菜留根采收后，立即移回實驗室.用濕紗布擦凈葉片及植株上的污物，晾干后根據各待測品質指標的要求進行取樣、測定.

1.3.2.1 硝酸鹽含量測定

采用水楊酸比色法[12]測定樣品中的硝酸鹽含量.將樣品剪碎混勻，稱取2～3 g（m（莖） ?∶ m（葉）=1 ?∶ 1），放入試管中，加10 mL純水，薄膜封口，沸水提取30 min后取出，冷卻，過濾.吸取0.1 mL濾液，置于試管中，再加入0.4 mL水楊酸-H2SO4溶液，搖勻，靜置20 min，加入9.5 mL質量分數為8%的 NaOH溶液.搖勻，靜置20 min.測定波長為410 nm下的吸光度值.根據實驗結果繪制標準曲線，并以此計算NO3-N的含量.

1.3.2.2 葉綠素含量測定

采用丙酮提取法[12]測定樣品中的葉綠素含量.取剪碎的葉片約0.2 g，放入研缽，加少量CaCO3粉末和石英砂、80 %（體積分數）丙酮3 mL，研磨2 min成勻漿，再加80%丙酮10 mL繼續研磨1 min，靜置5 min.過濾（沖洗濾紙至不再變色），定容，搖勻.以提取液為空白對照，測定濾液在663 nm和646 nm處的吸光度值A663，A646.

1.3.2.3 維生素C （Vc）含量測定

采用2，6-二氯靛酚滴定法[13]測定樣品中Vc的含量.稱取約10 g樣品，移入研缽，加10 mL 質量濃度為20 g/L的草酸溶液，迅速研磨5 min成勻漿.用浸提劑將樣品移入容量瓶，搖勻過濾.吸取10 mL濾液置于錐形瓶中，用標定過的2，6-二氯靛酚溶液滴定，直至溶液呈粉紅色且經過15 s不褪色為止.每個樣品滴定2次，3次平行測量，同時做空白對照實驗.

1.3.2.4 蛋白質含量測定

采用凱氏定氮法[13]測定樣品中的蛋白質含量.稱取約3 g樣品，移入干燥的消化管中，加入0.2 g CuSO4，6 g K2SO4和20 mL H2SO4，設定消化溫度和時間后開始消化.消化結束后取下冷卻，加入20 mL水.冷卻后將消化液移入容積為100 mL的容量瓶，并用少量水沖洗消化管，洗液并入容量瓶中，定容混勻備用.取約8 mL消化液加入定氮儀的反應管中，按照設定好的程序儀器自動加入40%（質量分數）NaOH溶液和純水進行蒸餾.向接收瓶內加入20 mL硼酸溶液及2滴混合指示液.蒸餾完畢后，用0.05 mol·L-1的鹽酸標準滴定液滴定蒸餾液，滴定終點為指示劑顏色由藍色變為淺紅色，同時做空白對照實驗.

1.3.2.5 可溶性糖含量測定

采用苯酚硫酸法[12]測定樣品中可溶性糖的含量.稱取0.3 g左右葉片放入刻度試管中，加10 mL蒸餾水，在沸水中提取30 min（提取兩次），提取液濾入50 mL容量瓶，反復沖洗試管及殘渣并定容.吸取0.5 mL濾液置于試管中，加1.5 mL純水，再分別加入1 mL質量分數為9%的苯酚和5 mL濃硫酸，搖勻，顯色并測定吸光度值.每個處理測定3次.由標準線性方程求出可溶性糖含量.

1.3.2.6 總酸含量測定

采用NaOH滴定法[14]測定樣品中總酸的含量.稱取混合均勻的樣品約8 g，研磨5 min至勻漿狀態.用超純水轉移到容積為100 mL容量瓶中，定容，搖勻.用干濾紙過濾，吸取10 mL濾液置于錐形瓶中，加入60 mL超純水（稀釋濾液）和兩滴酚酞乙醇指示劑，用物質的量濃度為0.1 mol·L-1 的NaOH標準溶液滴定至微紅色且經過30 s不褪色為終點.平行實驗3次，同時做空白對照試驗.

1.3.2.7 可溶性固形物含量測定

采用折光儀法[13]測定樣品中可溶性固形物的含量.稱取約20 g樣品（m（莖） ?∶ m（葉）=1 ?∶ 1），研磨7 min至勻漿狀態.通過4層紗布過濾，濾液備用.吸取0.3 mL濾液，滴入數字折光儀圓孔中，待儀器和溫度達到穩定后，測量并記錄設備顯示的溫度和數值.平行實驗3次，每次樣品測定3次.

1.3.2.8 葉片硬度測定

使用質構儀[15]測定葉片硬度.選取大小均勻的20片葉片，使用物性測定儀進行測定.采用HDP-0.25S探頭，測定條件：測試模式為壓縮模式;測試前速度為2 mm·s-1;測試速度為1 mm·s-1;測試后速度為10 mm·s-1;壓縮距離為10 cm;負重為5 g.每組樣品測定20個，實驗結果取平均值.

1.3.2.9 水分含量測定

采用烘干法[12]測量樣品中的水分含量，樣品采收后，稱取6 g左右置于已經恒重的稱量瓶中，105 ℃條件下殺青15 min，之后于80 ℃條件下烘至恒重.

1.4 數據分析

利用Excel，SigmaPlot，SPSS軟件對實驗數據進行統計、繪圖、分析，差異顯著性分析使用AVOVA方法分析，平均值之間的差異使用Duncan多重范圍檢測.采用隸屬函數法[16]對各項營養指標數據進行綜合分析.

2 結果與分析

2.1 不同栽培方式對生菜生長速度的影響

30 d的育苗期過后，將生菜分別移栽至3種不同的栽培介質中，并在其生長期間分別測定其葉長、葉寬、單株葉片數、株高，和株幅的變化情況.測定結果如圖1～5所示，可見采用不同栽培方式的生菜的生長進程不同.

由圖1～5可知：經過4周的生長期，營養液栽培的生菜葉寬最大，單株葉片數最多，株幅最寬，3項指標在整個生長周期內都遠勝于基質栽培和土壤栽培的生菜指標.而土壤栽培生菜的葉長和株高在初期較高，但在4周后基本和營養液栽培和基質栽培生菜的數值保持一致.

在生長速度方面，土壤栽培生菜在前期生長速度較快，但在中后期，生長趨勢逐漸趨于平緩，表明土壤栽培生菜后期生長優勢欠缺.基質栽培和營養液栽培的生菜生長速度較快.營養液栽培移栽時，需要清洗幼苗根部，會對根系造成一定損傷，而基質栽培移栽過程中基本未損傷根部.移栽初期，基質載培的生菜長勢較好;移栽后期，營養液栽培的生菜長勢略顯優勢.在移栽后的整個生長期間，基質栽培生菜各生長指標呈線性增長的趨勢，長勢穩定;營養液栽培的生菜中后期葉寬、單株葉片數、株幅等指標呈現增多的趨勢，但土壤栽培的生菜在第三周后出現生長速度減緩的現象，且葉寬、株幅、株高增長明顯滯緩，可能與后期的土質結板、營養缺乏有關.

此外，移栽第三周后營養液栽培的生菜出現一定的抽薹現象，因此株高增長速率明顯增大，也大大縮短了生菜的成熟采摘周期.

總體而言，無土栽培的生菜較傳統土壤栽培的生長速度更快.其中，移栽前期土壤栽培和基質栽培生菜的生長速度穩定，且長勢較好;移栽中后期土壤栽培生菜的生長速度較慢，至成熟采摘期，土壤栽培生菜幾乎沒有任何生長優勢.因此，在實際生產中應在土壤栽培生長后期及時進行肥料的補充及松土，以保證作物的正常生長.采用不同栽培方式的植物的根系生長環境不同，營養液栽培中植物根系在水環境下更利于養分和水分的吸收，這可能是其生長速度提高的原因，尤其是生長后期該栽培方式優勢明顯，但采摘期縮短.基質栽培中由于有珍珠巖、蛭石等無機基質，提高了介質的透氣性和持水能力，有利于根系的生長，因而促進作物生長.此外，基質中含有有機肥料及礦物質，也有利于作物的養分吸收.

2.2 不同栽培方式對生菜成熟期產量的影響

3種栽培方式生菜經過30 d生長期后采收，并對其鮮重等各項產量指標進行測定，結果如表1所示.3種栽培方式生產的生菜，在鮮重和葉寬上均存在顯著性差異.營養液栽培生菜的單株鮮重最大，均值為57.92 g，產量最高;其次為基質栽培生菜;最低為土壤栽培生菜，單株鮮重均值為31.91 g.營養液栽培生菜單株鮮重均值比土培生菜多81.51%.由采收后的生菜生長形態指標可知：葉長和株高在3種栽培方式生菜中不存在顯著性差異，但土培生菜的單株葉片數顯著低于另兩種栽培方式的生菜，單株葉片少可能是導致其鮮重偏低的原因之一.總之，營養液栽培生菜的產量和各項形態指標都最高，其次是基質栽培生菜，土培生菜最低.

由此可見，營養液栽培和基質栽培可以顯著提高花色綠葉菜的產量.生菜在營養液栽培中單株鮮重最高，產量最大.從生長形態上看，營養液栽培生菜的葉片數最多，這也與周賀芳等[17]的研究結果一致.基質栽培對于生菜的單株鮮重、葉片數、葉寬等具有較好的促進作用，因此整體上提高了生菜的產量.馮曉英等[18]、翟紅梅等[19]和宋小藝等[20]在研究無土栽培與土壤栽培對蔬菜的影響時，都認為無土栽培有助于提高蔬菜產量，與本研究結果一致.總體而言，無論是營養液栽培還是基質栽培，相比土壤栽培都提高了生菜的產量.

2.3 不同栽培方式對生菜營養品質的影響

采用不同的栽培方式，生菜品質也會出現差異，如表2所示.在3種栽培方式中，基質栽培生菜的Vc含量最高，但3種栽培方式間不存在顯著性差異.SELMA等[21]的研究結果表明，在3種基因型生菜中，僅有一種基因型在基質栽培時的Vc含量顯著高于土壤栽培，其他兩種基因型在基質栽培時Vc含量均略高于土壤栽培，但不存在顯著性差異，與本研究結果基本一致.基質栽培生菜的葉綠素含量、水分、總酸含量同樣在3種栽培方式中最高，且與土培生菜的最低含量有顯著性差異;營養液栽培生菜的蛋白質含量、可溶性固形物含量以及硝酸鹽含量最高.而對于其他兩種栽培方式，土培生菜的可溶性固形物含量比基質栽培更高，與SELMA等[21]的研究結果一致.

土壤栽培生菜的硝酸鹽含量在3種栽培方式中最低，與WANG等[22]的研究結果一致.營養液栽培生菜的硝酸鹽含量已超過國際適宜生食范圍，可能與營養液是流動且直接與根系接觸，氮營養元素供給過快有關[23].土壤栽培生菜中硝酸鹽含量最低，滿足生食標準，但各項營養品質指標相對偏低.總體而言，3種方式培養生菜中的硝酸鹽含量均未超過相關熟食限量標準，處于相對安全范圍，不影響中國居民的烹飪飲食習慣.

采用質構儀對生菜葉片的硬度進行測定，結果顯示土培生菜的葉片硬度相對較高，但與其他兩者間不存在顯著性差異.因不同的品質指標在不同栽培方式中并未出現一致的分布趨勢，采用隸屬函數法對生菜的營養和安全品質進行綜合分析，數值越大，表示樣品的綜合品質越高.結果顯示基質栽培生菜的綜合品質最高.

總體而言，基質栽培生菜的綜合營養品質最高，土壤栽培生菜的各項營養品質參數相對較低.營養液栽培生菜具有較高的蛋白質含量和可溶性固形物含量，但因其硝酸鹽含量最高，因此綜合營養品質降低，不適于生食.比較同樣對比土壤栽培與無土栽培蔬菜品質的文獻[24-26]后發現：隨著基質或營養液配比的改變，蔬菜的各項營養品質也會相應優化.土壤中營養成分相對穩定，需要后期追肥及灌溉以增加土壤養分，從而提高作物品質，但頻繁施肥會導致硝酸鹽積累的情況，需要有所注意.

3 結 論

本文作者研究了在相同的種植環境下，土壤栽培與無土栽培（基質栽培、營養液栽培）對生菜生長及營養品質的影響，并采用隸屬函數法對生菜的綜合品質進行評價.結果表明：不同栽培方式對于生菜的生長過程、產量、生理形態和營養品質影響顯著.營養液栽培的生菜的生長形態和產量最優，基質栽培次之，土培最低.在營養品質指標方面，基質栽培生菜的綜合品質最優，土培最低，營養液栽培生菜中的硝酸鹽含量超過生食適宜標準.綜上，基質栽培是最適宜生菜，尤其是生食生菜種植的栽培方式.

當前我國的設施園藝面積拓展迅速[27]，但設施結構主要以低成本、設施簡易的棚式或溫室為主[28]，設施園藝的栽培方式則以土壤栽培為主.設施栽培對土壤的生態環境造成顯著影響，封閉式的環境使土壤常處于高濕度、高溫度、水分蒸發量高的環境中[29].此外，連續的耕作及施加肥料也會對土壤的生態環境造成破壞.無土栽培作為一種新的栽培方式，其栽培介質的配比可以調整和更換，較好地解決了因土壤連續耕作產生的問題.因此，在設施栽培中提高無土栽培的普及率，改善土壤栽培的弊端，是未來生菜乃至設施蔬菜重要的發展方向之一.

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（責任編輯：顧浩然）