溫室新廢巖棉、營養液對青菜生長和品質的影響

丁小濤,張帥磊,褚英琪,何立中,王 虹,周 強,余紀柱

(上海市農業科學院,上海市設施園藝技術重點實驗室,上海都市綠色工程有限公司,上海201403)

青菜又稱不結球白菜、小白菜、油菜,屬十字花科蕓苔屬,原產于中國,在中國栽培分布十分普遍,尤其在江南地區和長江流域,生長周期短,供應量大,是廣受大眾喜愛的綠葉蔬菜之一[1]。 近年來,隨著我國設施園藝的發展,現代智能溫室栽培蔬菜因產量高,品質好,電腦智能化控制強,發展越來越迅速[2]?，F代溫室無土栽培以茄果類蔬菜為主,均為水肥一體化灌溉,一般均按照荷蘭種植模式進行生產,營養液要進行超量灌溉,溫室每天的排液量(即廢棄營養液)占總灌溉量的20%—30%[3],溫室廢棄營養液如何循環利用成為亟待解決的問題[4]。 巖棉無土栽培是目前世界流行的栽培方式之一,巖棉方便、易用、具有高保水性和透氣性[5],但是茄果類蔬菜栽培使用過的廢棄巖棉如何處理也是困擾現代溫室蔬菜栽培的重要問題。 據此,本試驗以青菜為材料,開展溫室廢棄營養液和廢棄巖棉循環利用的研究,以期為溫室排液和廢棄巖棉的充分利用,減少環境污染和資源浪費開辟新的途徑和方法。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在上海市崇明區港沿鎮國家設施農業工程技術研究中心崇明基地現代溫室中進行,所用青菜品種‘新夏青5 號’,由上海市農業科學院園藝所提供。 采用進口巖棉(Grodan,由江蘇綠浥農業科技股份有限公司提供)為栽培基質,所用巖棉塞(20 mm×27 mm)分為新巖棉塞和廢棄巖棉塞(育苗黃瓜、番茄等使用過或者個別不出苗剩余);所用巖棉塊(10 cm×10 cm ×6.5 cm)分為新巖棉塊和廢棄巖棉塊(黃瓜、番茄等育苗或者溫室栽培使用過)。 所用營養液分為新配制和溫室廢棄營養液配制,新配制營養液母液參考Ding 等[6]方法,之后將其稀釋為EC 值為1.8 dS∕m、pH 為5.8 的營養液;廢棄營養液為收集的溫室黃瓜、番茄等蔬菜栽培的排液,之后也將其稀釋為EC 值為1.8 dS∕m、pH 為5.8 的營養液。

1.2 試驗設計

試驗設置4 個處理:1)新巖棉新營養液:青菜育苗及栽培基質為新巖棉塞和新巖棉塊且所用營養液為新配制(EC 值為1.8 dS∕m、pH 為5.8);2)新巖棉廢營養液:青菜育苗及栽培基質為新巖棉塞和新巖棉塊且所用營養液為溫室廢棄營養液配制(EC 值為1.8 dS∕m、pH 為5.8);3)廢巖棉新營養液:青菜育苗及栽培栽培基質為廢棄巖棉塞和廢巖棉塊且所用營養液為新配制(EC 值為1.8 dS∕m、pH 為5.8); 4)廢巖棉廢營養液:青菜育苗及栽培基質為廢棄巖棉塞和廢巖棉塊且所用營養液為溫室廢棄營養液配制(EC 值為1.8 dS∕m、pH 為5.8)。

播種前分別將不同的巖棉塞(廢棄巖棉塞和新巖棉塞)置于相對應的營養液(新營養液和廢棄營養液,均配制成EC 值為1.8 dS∕m、pH 為5.8)中充分浸泡2—3 h,之后將巖棉塞放置于專用240 孔穴盤(0.41 m×0.6 m)中,2019 年4 月18 日播種青菜種子,每孔播種2 粒,播后覆蓋0.5—1.0 cm 的蛭石,穴盤上再覆蓋塑料薄膜保濕。 出苗后及時將保鮮膜揭開,并進行間苗,保證每個巖棉塞上有一株苗,待子葉完全展開后將所有青菜苗分別移栽到不同處理(新巖棉新營養液、新巖棉廢營養液、廢巖棉新營養液、廢巖棉廢營養液)的巖棉塊中,移栽前將所用的不同的巖棉塊用不同的EC 值為1.8 dS∕m、pH 為5.8 的營養液浸泡1 d(和浸泡巖棉塞相同,新、廢營養液浸泡新、廢巖棉塊)。 每個處理20 株,重復3 次。 不同處理青菜生長期間,通過稱重法進行定期(以巖棉塊重量不低于300 g 為準)澆灌新、廢營養液(EC 值為1.8 dS∕m、pH 為5.8),從而保證營養液供應。

1.3 測定方法

1.3.1 不同處理生長量和生物量的測定

青菜苗移栽到巖棉塊后,每個處理隨機挑選5 株,分別于2020 年5 月11 日、31 日、6 月11 日進行最大葉片葉長(從葉尖至葉柄基部的縱向長度)、最大葉寬(每個葉片最寬處)、株幅的測量。 最后一次測量后進行采收,不同處理青菜采收后,分別用電子秤稱量單株質量,計算平均值,然后根據單位面積種植的株樹計算產量。

1.3.2 不同處理葉綠素、類胡蘿卜素含量的測定

參考Lichtenthaler 等[7]的方法并加以改進,青菜采收前用一定直徑的打孔器取5 個葉圓片置于10 mL 95%(V∕V)乙醇中遮光浸泡提取,直至肉眼觀察葉片完全發白為止,于665 nm、649 nm 和470 nm處測定吸光值。

1.3.3 不同處理氣體交換參數的測定

利用LI-6400 型光合儀(Li-Cor Inc.,Lincoln,NE,美國)在青菜采收前測量不同處理青菜葉片的氣體交換參數,分別選擇新展開的最大功能葉進行測量,氣體交換參數包括凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、胞間二氧化碳濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)進行測量,測量的光照強度設置為600 μmol∕(m2·s),溫度、濕度、CO2濃度依賴于溫室的自然條件。 所有處理重復測定5 次,結果以(平均值±標準差)表示。

1.3.4 不同處理可溶性蛋白、可溶性糖、VC、總酚、類黃酮、硝酸鹽、亞硝酸鹽含量的測量

青菜采收時,將明顯的黃葉去掉后,用全營養破壁料理機(中山市歐麥斯電器有限公司生產)進行多個整株打樣,然后將樣品放置于-80 ℃冷凍保存待測。 不同處理青菜中可溶性蛋白、可溶性糖、VC、總酚、類黃酮含量的測定參考曹建康等[8]方法進行測量。 不同處理硝酸鹽、亞硝酸鹽含量使用蘇州科銘生物技術有限公司提供的試劑盒進行測量。

1.4 統計分析

使用SAS 9.3 對各處理進行統計分析,結果以(平均值±標準差)表示,不同小寫字母表示在5%水平上差異顯著。 使用Origin 7.5 進行數據作圖。

2 結果與分析

2.1 不同處理對青菜株幅、最大葉片長和寬的影響

從圖1 可以看出,5 月21 日各處理青菜最大葉片長差異不顯著,最大葉片寬和株幅以廢巖棉廢營養液處理顯著高于新巖棉廢營養液處理,其他處理間差異不顯著;5 月31 日各處理差異更為明顯,其中廢巖棉廢營養液處理青菜的最大葉片長、最大葉片寬和株幅均顯著高于新巖棉新營養液處理和新巖棉廢營養液處理,新巖棉廢營養液、廢巖棉新營養液、廢巖棉廢營養液處理青菜的最大葉片長、最大葉片寬和株幅分別為新巖棉新營養液處理的97.5%、106.0%、113.5%,95.7%、109.6%、124.8%,98.4%、107.5%、109.6%。 6 月11 日測量青菜最大葉片長、最大葉片寬和株幅也是廢巖棉廢營養液處理最大,但各處理之間差異不顯著。

2.2 不同處理對青菜單株質量和每667 m2 產量的影響

從圖2 可以看出,廢巖棉兩個處理的青菜單株質量及產量顯著高于新巖棉兩個處理,新、廢營養液處理對以上指標無顯著影響。 青菜廢巖棉新營養液處理的每667 m2產量分別為新巖棉新營養液、新巖棉廢營養液處理的13.5% 和20.2%;廢巖棉廢營養液處理為新巖棉新營養液、新巖棉廢營養液處理的14.4%和21.2%。

2.3 不同處理對青菜葉綠素和類胡蘿卜素含量的影響

葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素含量和類胡羅卜素含量均為新巖棉新營養液處理的最低,廢巖棉廢營養液處理四種物質含量最高(圖3),廢巖棉廢營養液處理四種物質含量分別為新巖棉新營養液處理的1.98 倍、2.16 倍、2.03 倍和1.53 倍。 除了廢巖棉新營養液處理葉綠素a 含量也顯著低于廢巖棉廢營養液處理外,新巖棉廢營養液、廢巖棉新營養液和廢巖棉廢營養液處理的葉綠素b、總葉綠素含量和類胡羅卜素含量差異均不顯著。

2.4 不同處理對青菜光合作用的影響

四個處理中廢巖棉廢營養液的凈光合速率最高,顯著高于新巖棉新營養液和新巖棉廢營養液處理4.1%和3.6%,而和廢巖棉新營養液處理的差異不顯著(圖4)。 四個處理的蒸騰速率差異不顯著;氣孔導度和胞間二氧化碳濃度變化趨勢一致,均為廢巖棉新營養液處理最高,新巖棉廢營養液處理最低,但四者差異不明顯。

2.5 不同處理對青菜可溶性蛋白、可溶性糖、VC、總酚、類黃酮含量的影響

從表1 可以看出,新巖棉新營養液和廢巖棉廢營養液處理可溶性蛋白含量顯著高于新巖棉廢營養液和廢巖棉新營養液處理,新巖棉新營養液處理可溶性蛋白含量較新巖棉廢營養液和廢巖棉新營養液處理分別高15.6%和14.8%,廢巖棉廢營養液處理可溶性蛋白較新巖棉廢營養液和廢巖棉新營養液處理分別高12.2%和11.5%。 新巖棉新營養液處理VC 含量最低,新巖棉廢營養液、廢巖棉新營養液、廢巖棉廢營養液處理VC 含量分別為新巖棉新營養液處理的2.53 倍、2.38 倍和1.76 倍。 不同處理的可溶性糖、總酚、類黃酮含量差異不顯著。

表1 不同處理對青菜可溶性蛋白、可溶性糖、VC、總酚、類黃酮含量的影響Table 1 Plant soluble protein,soluble sugar,vitamin C,total phenol,and flavonoid contents of different treatments

2.6 不同處理對青菜硝酸鹽和亞硝酸鹽含量的影響

從圖5 可以看出,廢巖棉新營養液處理的硝酸鹽含量顯著高于新巖棉新營養液、新巖棉廢營養液和廢巖棉廢營養液處理16.2%、16.7%和24.2%,而后三者的差異不顯著。 四個處理的亞硝酸鹽含量以新巖棉新營養液和新巖棉廢營養液處理略高,但四者差異均不顯著。

3 結論與討論

從不同處理青菜生長量和產量可以看出,不論是新營養液,還是廢營養液,廢巖棉中生長的青菜要明顯好于新巖棉處理,這在青菜的快速生長期表現更為明顯,廢巖棉新營養液和廢巖棉廢營養液處理的最大葉片長、寬明顯大于新巖棉新營養液和新巖棉廢營養液處理,這可能和廢巖棉在使用時仍含一定量的營養元素有關,從而使廢巖棉在栽培使用時含有更多的養分來促進青菜生長。 Ding 等[6]研究營養液不同EC 處理對青菜生長表明,EC 值為4.8 dS∕m 處理時青菜的生長量為最大。 何詩行等[9]對巖棉栽培番茄的研究也表明,適當增加營養液的EC 可以有效提高番茄的果實質量和品質。

葉綠素a、b 和類胡蘿卜素在光合電子傳遞、類囊體膜的穩定性等方面有重要作用,光合作用的大小和葉片中葉綠素含量和類胡蘿卜素含量的多少有明顯的相關性[10]。 本試驗中廢巖棉廢營養液處理的葉綠素a、b 和類胡蘿卜素含量最高,其相應的凈光合速率也最高,這應該也是其產量較高的重要原因之一。

可溶性蛋白可以參與細胞的滲透調節,增強細胞的保水能力,對細胞的生命物質及生物膜起到保護作用[11];本試驗中不同處理可溶性蛋白含量略有差異,但廢巖棉廢營養液處理沒有使青菜的可溶性蛋白含量顯著降低。 VC 是一種水溶性抗氧化劑,可以防止自由基對細胞的傷害,防止細胞變異,預防癌癥、心腦血管疾病等,并參與膠原蛋白合成及治療壞血病等,還可以提高人體的免疫力,它是體現蔬菜品質的重要指標[12];試驗中廢巖棉新營養液和廢巖棉廢營養液處理VC 含量居中,并沒有處于最低水平,反而新巖棉新營養液處理的青菜VC 含量最低,這有可能和不同巖棉不同營養液中的營養元素含量有關,具體原因需要進一步研究。 可溶性糖不僅影響了蔬菜的風味和品質,而且可以作為上游底物和原料參加下游物質代謝與合成,同時也是細胞內的重要信號分子參與調節植物生長[13];蔬菜中大量存在著酚類物質、類黃酮等植物次生代謝產物,黃酮類化合物具有抗氧化、抗衰老、抗腫瘤、降血脂的功效,對減少自由基的產生和清除自由基有一定的作用,即抗氧化作用,酚類物質具有良好的抗氧化、降血脂等作用,酚類物質、類黃酮含量高低是蔬菜的營養價值和醫療保健作用的重要體現[14-15]。 本試驗中,不同處理可溶性糖、總酚、類黃酮含量差異不顯著,說明廢營養液和廢巖棉處理沒有使青菜中可溶性糖、總酚、類黃酮含量降低。 總的來說,廢營養液和廢巖棉處理沒有明顯降低青菜品質指標。

硝酸鹽在自然界中分布十分廣泛,人體攝入的硝酸鹽主要來源于蔬菜,攝入硝酸鹽含量較高的蔬菜會增加人們患腸胃癌、高鐵血紅蛋白癥等疾病的幾率[16]。 雖然硝酸鹽本身對人體毒害性相對較低,但硝酸鹽很容易被還原成亞硝酸鹽,亞硝酸鹽可與食物中或體內的仲胺類物質作用生成亞硝胺,從而誘發消化系統癌變,食入200—500 mg 的亞硝酸鹽即可引起中毒,1 000—2 000 mg 就會引起死亡[17]。 本試驗中,除了廢巖棉新營養液處理的硝酸鹽含量略高外,其他處理差異不顯著,并且不同處理的亞硝酸鹽含量差異均不顯著,說明廢營養液和廢巖棉處理并沒有明顯增加青菜中的硝酸鹽和亞硝酸鹽含量。 無公害蔬菜質量要求葉菜類蔬菜中硝酸鹽含量不高于3 000 mg∕kg,要求蔬菜的亞硝酸鹽含量不高于4 mg∕kg[18-19],本研究中不同處理硝酸鹽和亞硝酸鹽含量均遠低于此閾值。

綜上所述,使用現代溫室廢棄的巖棉和排液栽培青菜,可以促進青菜生長且對青菜的品質沒有明顯的影響,青菜的硝酸鹽和亞硝酸鹽含量均在正常的范圍。 本研究對探索栽培巖棉的循環利用和溫室排液的串級利用,開辟了新的途徑和參考方法。