沼液浓度对水培生菜营养液特性及产量、品质的影响

杨 鑫， 王文娥， 胡笑涛， 李兴杰， 苏苑君

(西北农林科技大学 旱区农业水土工程教育部重点实验室， 陕西 杨凌 712100)

沼液浓度对水培生菜营养液特性及产量、品质的影响

杨 鑫， 王文娥， 胡笑涛， 李兴杰， 苏苑君

(西北农林科技大学 旱区农业水土工程教育部重点实验室， 陕西 杨凌 712100)

研究有机无机复合营养液对于增加水培蔬菜的产量、改善品质具有重要意义。该试验研究了不同浓度沼液替换山崎营养液对营养液特性及水培生菜产量和品质的影响。结果表明：深液流栽培条件下，由于养分吸收和水分吸收同步，EC值并不会显著下降； 适量的沼液替换比例增加了生菜产量，且在一定范围内，随替换比例增加而增大； 在生长后期，旺盛的地上地下生长加快了水分消耗，浓缩了营养液，EC值增加； 沼液可以缓冲营养液pH值的变化，但产量较高处理的生菜由于根系分泌酸性物质增加，pH值在生长后期显著下降，营养液呈中等酸性； 沼液替换营养液使生菜的可溶性糖、可溶性蛋白含量都有明显提高，生菜的VC和硝酸盐含量都随沼液替换浓度的增大而逐渐减小。研究结果为沼液替换无机营养液水培生菜及营养液科学管理提供了依据。

沼液； 水培生菜； 产量； 品质

植物工厂运用现代技术通过对设施内环境调控使植物栽培不受季节性控制，实现植物全年连续生长，大大提高了蔬菜产量和资源利用效率。水培是利用营养液栽培植物的技术[1]，是目前植物工厂中普遍应用的栽培技术。无机营养液栽培蔬菜普遍具有品质不高的问题，探索有机无机复合营养液对于增加产量、改善品质具有重要意义。沼液作为沼气厌氧发酵的产物，含有大量的蔬菜生长所需的营养元素，对蔬菜的产量和品质都有一定的影响[2-4]，成为现阶段一种重要的有机营养液成分。目前沼液应用于蔬菜栽培的研究很多是关于土培，研究表明沼液的施用不仅可以提高蔬菜的产量，而且可以改善蔬菜的品质，降低蔬菜发病率，节约成本[5-7]。而沼液应用于水培的研究，多以油菜，小白菜的研究为主，生菜较少。乔一飞[8]等以Hogland营养液配方为基础研究了不同浓度沼液对水培油菜产量及品质的影响，发现沼液能够有效提高油菜的产量和品质。沈祥军[9]等以园试通用配方为参照对沼液进行稀释，结果表明沼液稀释12倍最适合番茄幼苗生长。吴冬青[10]以华南农业大学农化室叶菜A改良配方为基础，研究了不同浓度沼液添加量对快菜生长和生理特性的影响，结果表明，沼液可以提高快菜的产量及VC，粗纤维和可溶性糖含量。另外，徐卫红[11]等研究得出施用沼液降低了生菜的可溶性糖含量。但是，沼液在水培方面的研究缺乏以山崎配方为基础的沼液替换研究，且各研究沼液的施用量对营养液特性及生菜产量和品质的影响结果并不一致，本试验就沼液不同浓度替换营养液对营养液特性和水培生菜产量及品质的影响规律进行了研究，确定了沼液的适宜替换浓度，为沼液水培的进一步深入研究管理提供科学的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室人工光植物工厂中进行，供试生菜品种为“香港玻璃脆散叶生菜”。沼液是取自陕西省咸阳市杨凌区西大寨中学“生态校园创新工程” 猪-菜- 沼- 肥四位一体运行正常的沼气池，经测定养分含量为全钾382.50 mg·L-1, 全磷227.16 mg·L-1，全氮219.11 mg·L-1, 钙75.83 mg·L-1, 镁29 mg·L-1, 沼液PH值为7.66。

1.2 试验方法与处理

采用育苗移栽方式，待生菜六叶一心时，移栽于14 cm×33.5 cm的水培槽中，采用深液流栽培技术，水培槽装液深度为10 cm，体积为7 L，每槽定植3株。移栽后生菜生长时间从2015年4月15日到5月25日，生育期共40天，将生菜的生育期分为3个阶段，分别为生长前期(0～20 d)、中期(20～30 d)、后期(30～40 d)。栽培用基础营养液采用日本山崎配方[12]，设置5个沼液浓度替代部分山崎营养液，即以山崎配方为对照，分别设置10%，20%，40%，60%，80%沼液体积替换，共6个处理，每个处理设置6个重复。

1.3 指标测定

营养液的pH值和电导率EC前20 d每隔5 d测定一次，后20 d每隔2 d测定一次，其中营养液的pH值使用精度为0.01的METTLER TOLEDO FE20-FiveEasy PH计测定, 电导率采用精度为0.5%的METTLER TOLEDO FE30- FiveEasy Plus电导率仪测定。

表1 试验处理设置 (mL)

生菜生长指标测定：生菜收获时，测定叶片数、叶长及叶宽，并将生菜分为地上和地下两个部分，分别测其叶片和根的鲜重和干重，鲜重采用精度为0.01的电子天平测定，干重用精度为0.0001电子天平测定。测定叶片叶绿素，采用95%的乙醇提取，含量用紫外分光光度法测定。

生菜品质测定：可溶性蛋白采用考马斯亮蓝G-250染色法[13]测定，可溶性糖采用蒽酮比色法[13]测定，维生素C采用2, 6-二氯酚靛酚钠法[14]测定，硝酸盐采用比色法测定[14]。

1.4 数据分析

试验数据采用Excel软件整理，用SigmaPlot12.5及SPSS17.0软件进行绘图和统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同沼液替换浓度对营养液特性的影响

适宜生菜生长的营养液的值范围为5.5～6.5，浓度太高或太低都不利于生菜的生长[15]。营养液的酸碱度的变化主要与植物根系代谢过程的分泌物、植物对营养液成分的吸收以及营养液中微生物的繁殖有关。营养液的pH值直接影响到营养液中各营养成分的存在形态及有效性，同时pH值的大小直接关系到植物对养分的吸收[16]。图1为生菜整个生育期内不同浓度沼液替换浓度对营养液pH值的影响趋势图，整个生育期内不添加任何pH调节剂。由图1可以看出，在生菜的整个生育期，营养液的pH值总体呈现出先增后降的趋势，生长初期营养液的pH值逐渐升高，且各处理变化规律基本一致，pH值最高达7.56，生长中后期对照处理T1的pH值先下降后上升，而有沼液替换的营养液的pH值呈现出下降趋势，且沼液浓度较低的处理T2，T3，T4的下降幅度较大，最后营养液呈酸性，这可能与植物根系分泌的酸性物质有关[17]。沼液替换部分营养液使营养液的pH值呈现出较为一致的规律性，与纯山崎营养液对照处理相比，替换较多的处理pH值曲线的变化趋势变缓，表明沼液对营养液的pH值有一定的的缓冲作用。

图1 不同浓度沼液替换量对营养液pH值的影响

图2是不同沼液替换浓度对营养液EC的影响曲线，EC值表征的是营养液的离子浓度。由图2可以看出，随着沼液替换比例的增加，营养液的EC值逐渐升高，沼液的使用提高了营养液的EC值，这是由于沼液中含有丰富的营养物质[18-19]，增加了营养液中的营养元素的离子浓度。生菜整个生育期内，6个处理电导率EC的升降幅度较小，变化量在0～0.75之间。另外T1处理的EC值基本呈现出缓慢下降的趋势，而有沼液替换的另外5个处理EC值在末期出现了小幅度增加，与图1中pH值的变化趋势相比，EC曲线上升越多的，对应的pH值下降越多，且EC值越高，pH值变化幅度越小，越稳定。原因是EC值大的营养液各离子浓度较高，根系吸收的部分营养元素对于整个营养液环境来讲，影响比例较小，所以pH值的变化较小。表明以较高的沼液浓度替换营养液可以使营养液的pH值比较稳定，更有利于有机营养液在水培上的大规模应用。生菜蒸腾作用造成营养液浓缩，即使养分离子被吸收，但无法弥补水分散失的速度，是造成EC值不降低甚至在后期叶面积增大之后还升高的原因。

2.2 不同沼液替换浓度对生菜产量的影响

图3为不同浓度沼液替换浓度对生菜产量的影响，由图可知生菜在整个生育阶段生物量的积累都与沼液替换比例有关，且随着沼液替换比例的增加，生菜的叶鲜重呈现出先增加后下降的趋势。且在第1个生育阶段生菜生长比较缓慢，叶鲜重变化不大，原因是生菜根系进入营养液环境要经过一段适应期，且生长初期生菜根系不发达，对养分的吸收较少。第2，3生育阶段的生菜根系逐渐发育，生长速度较快，叶鲜重的增长十分显著。收获期，40%及以下替换比例的生菜产量随比例增加而增大，均显著大于对照，之后下降，40%替换比例产量比对照提高83.38%，而80%的沼液替换比例处理的生菜生长发育不良，叶片数少，植株矮小，且叶片偏黄，单株生物量最低，仅为对照处理的31.42%。统计分析表明, 较低沼液替换浓度更有利于生菜生物量的积累，这也可能是造成pH值下降较大的原因，另外由于光合合成有机物质需求水量增加，造成EC在后期上升。

图2 不同浓度沼液替换量对营养液EC的影响

图3 不同浓度沼液替换量对生菜产量的影响

2.3 不同沼液替换比例对生菜品质的影响

表2是不同沼液替换比例的生菜品质指标，由表可知，生菜的可溶性糖随着沼液替换浓度的增加呈现出先增后降的趋势，且T3处理的生菜可溶性糖含量最高，比对照处理高出426.70%，差异显著，且其余4个处理的生菜可溶性糖含量较对照处理也有明显提高。表明沼液代替部分营养液能够提高生菜的可溶性糖含量，且较低浓度的沼液浓度更易于生菜可溶性糖的积累。

从表2可以看出T2到T6的5个处理的生菜的可溶性蛋白含量随着沼液替换浓度的增加先升高后降低。T5处理的生菜可溶性蛋白含量高出对照处理83.24%，差异达到显著性水平。T6处理的生菜可溶性蛋白含量较对照处理降低了58.0%，差异显著。其他3个处理与对照无明显差异。

就维生素C而言，T2到T6的5个处理的生菜维生素C含量随沼液浓度的增加逐渐降低，T2处理的维生素C含量最高，比对照处理提高了50%，达到显著性水平，而T4，T5和T6处理的生菜维生素C含量均低于对照处理，表明高的沼液替换浓度不利于生菜维生素C的积累。

随着营养液中沼液替换浓度的增加，生菜的硝酸盐含量逐渐降低，比对照处理分别降低了71.52%，73.15%，74.37%，74.61%，93.42%，且均与对照处理差异显著，表明沼液替换部分营养液可以显著降低生菜中硝酸盐的含量，对改善生菜的品质作用显著。

表2 不同处理的生菜品质指标 (mg·g-1)

注：表中同列数据后不同小写字母表示0.05水平差异显著。

3 讨论与结论

营养液的酸碱度直接关系到生菜根系对养分的吸收，过酸或者过碱环境都不利于生菜的生长发育，沼液替换部分营养液使营养液的pH值呈现出较为规律的变化。研究表明可以通过对营养液的pH值和EC值的控制来管理营养液[20]，本试验采用有机无机复合营养液，进行生菜水培，结果表明较高浓度的沼液替换比例，营养液的EC值高，营养元素丰富，且pH值较稳定，便于营养液的动态管理。

不同沼液替换浓度对生菜的产量的影响规律明显，且40%的沼液替换浓度处理的生菜产量最高，与对照处理差异显著。80%的沼液替换浓度处理的生菜植株矮小，叶片偏黄，这表明过高沼液替换浓度不利于生菜的生长发育，较低的沼液替换浓度更有利于生菜生物量的积累，张玲玲[21]等做了水培芹菜净化不同浓度沼液的试验研究，结果表明沼液浓度过高时芹菜叶片发黄且有烂根现象，较低浓度沼液水培芹菜的产量增加较多，本试验结果与其基本相符。乔一飞[8]等在沼液水培油菜的研究中得出中等添加量的油菜产量最高，高出对照70.8%，本试验生菜产量高出对照83.38%，增产效果比其他蔬菜更显著。

徐卫红[3]等得出沼液可以提高生菜中维生素C的含量，且随着沼液施用量的增加而减小，但硝酸盐效果不明显。吴冬青[10]研究了沼液营养液对快菜生长和生理特性的影响得出快菜中维生素C的含量随沼液添加浓度的增加呈现先增后降的趋势，可溶性糖规律不明显。本试验沼液替换部分营养液可以提高生菜的可溶性糖和可溶性蛋白的含量，且在有沼液替换的条件下都随沼液替换浓度的增加呈现出先增加后降低的趋势，规律性明显，生菜维生素C含量随沼液浓度的增加逐渐降低，且均与对照差异显著。

综上，沼液替换部分营养液水培生菜，对营养液的特性以及生菜的产量和品质都有显著的影响，且规律性明显。以适当浓度沼液替换营养液，可以稳定营养液特性，提高生菜产量，优化生菜品质，达到节能高产优质的目的。

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Effects of Different Concentration of Biogas Slurry on Nutrient Solution Characteristics and Hydroponic Lettuce Yield and Quality /

YANG Xin， WANG Wen-e， HU Xiao-tao， LI Xing-jie， SU Yuan-jun /

(Key Laboratory of Agricultural Soil and Water Engineering in Arid and Semiarid Areas, Ministry of Education, Northwest A & F University, Yangling 712100, China)

The Yamazaki nutrient solution for hydroponic lettuce cultivation were replaced partially by different concentrations of biogas slurry in this study. The result showed that, under the condition of deep fluid cultivation, the EC value of nutrient solution did not significantly declined due to the absorption of nutrients and water were synchronous. Appropriate ratio of biogas slurry replacement could increase the lettuce yield, and within a certain range, the lettuce yield increased with the increase of replacement ratio. During the later growth stage, strong growth of lettuce aboveground and underground accelerated the water consumption, and so concentrated the nutrient solution and increased the EC value. The biogas slurry could also buffer the pH change of nutrient solution, but the pH value decreased significantly for high yeild groups during the late period due to the root secreted more acidic material, and so the nutrient solution showed a moderate acidity. With the increase of slurry replacement, it could also significantly increase the content of soluble sugar and soluble protein of lettuce, while the vitamin C and nitrate content were reduced gradually.

biogas slurry； hydroponic lettuce； yield； quality

2015-11-17

2015-12-03

项目来源： 国家“863”计划课题(2013AA103004)

杨 鑫(1990-)，女，汉，山西人，硕士，主要从事节水灌溉理论与技术研究工作，E-mail：YANGXIN20150303@163.com

王文娥，E-mail：wangwene@nwsuaf.edu.cn

S216.4

B

1000-1166(2016)06-0110-05