不同有机物配比基质及生活污水灌溉量下生菜的生长与品质差异

李贵春 唐政 包敏辉 黎小椿 黄友雪 苏辉兰 李忠芳

摘要：【目的】研究不同有機物配比基质及生活污水灌溉量下栽培生菜的品质差异，为无土栽培生产蔬菜过程中合理利用生活污水，节约生产成本，实现农业可持续发展提供科学依据。【方法】以甘蔗渣、草炭、蛭石和珍珠岩为原料，按不同体积比（蔗渣∶草炭∶蛭石∶珍珠岩=3∶3∶1∶1，5∶3∶1∶1，7∶3∶1∶1）混合成3种配比的基质，对比分析不同生活污水灌溉量（2.250、3.375和4.500 L）对无土栽培生菜生长效应的影响。【结果】生活污水灌溉量对不同基质栽培的生菜生长及品质有明显影响，中等灌溉量（3.375 L）及中量蔗渣配比（5∶3∶1∶1）下，生菜鲜重和可溶性糖含量显著高于其他处理（P<0.05，下同）。生菜无土栽培的最佳基质配方为甘蔗渣∶草炭∶蛭石∶珍珠岩之比为5∶3∶1∶1，在该基质配方下，生活污水灌溉总量为3.375 L时，生菜的鲜重（19.88 g/株）、可溶性糖含量最高（33.46 mg/kgFW），而当灌溉总量为4.500 L时生菜生长期叶绿素含量最高（0.8547 mg/gFW）。各指标的相关性分析结果表明，生菜鲜重与可溶性糖含量呈显著正相关，叶绿素含量与硝酸盐含量呈极显著正相关（P<0.01），表明关键内含物与生长性状间的协同促进作用。生活污水灌溉会造成植株硝酸盐含量增加，完全污水灌溉无土栽培生菜硝酸盐含量高达2560.73 mg/kgFW。【结论】谨慎使用生活污水灌溉，合理有机物配比下可提高蔬菜产量。生菜的可溶性糖和叶绿素含量是其生长状况的关键指标。

关键词： 生菜;有机物基质;配比;生活污水灌溉;安全生产

中图分类号： S636.2                             文献标志码： A 文章编号：2095-1191（2019）10-2257-06

Differences in growth and quality of lettuce cultivated on varied organic substrate ratios and domestic sewage irrigation amounts

LI Gui-chun1， TANG Zheng2*， BAO Min-hui2，3， LI Xiao-chun2， HUANG You-xue2，

SU Hui-lan2， LI Zhong-fang2*

（1Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing  100081， China; 2College of Food and Bioengineering， Hezhou University， Hezhou， Guangxi&nbsp; 542899， China; 3Agricultural Research Institute of Beihai， Beihai， Guangxi  536000 ，China）

Abstract：【Objective】By studying the differences in the quality of cultivated lettuce under different organic substrate ratios and domestic sewage irrigation amounts， it would provide reference for utilizing domestic sewage， saving production costs during soilless culture and realizing sustainable development of agriculture. 【Method】With bagasse， peat， vermiculite and perlite as raw materials， according to the different volume ratios（bagasse∶peat∶vermiculite∶perlite=3∶3∶1∶1， 5∶3∶1∶1，7∶3∶1∶1）， they were mixed into three kinds of matrixes， the different effects of sewage irrigation amount on soilless cultivation of lettuce growth were studied. 【Result】The amount of domestic sewage irrigation had a significant effect on the growth and quality of lettuce growing on different substrates. The fresh weight and soluble sugar content of vegetables under medium irrigation（3.375 L） and medium bagasse ratio（5∶3∶1∶1） were significantly higher than those under other treatments（P<0.05， the same below）. The analysis showed that the optimal formula for soilless culture of le-ttuce was： The ratio of substrate bagasse∶peat∶vermiculite∶perlite was 5∶3∶1∶1. Under this substrate ratios， when the total amount of domestic sewage irrigation was 3.375 L， the fresh weight（19.88 g/plant） and soluble sugar content（33.46 mg/kgFW） of lettuce were the highest. When the total growth time of lettuce was 4.500 L， the content of chlorophyll（0.8547 mg/gFW） was the highest. Correlation analysis of each index showed that there was a significant positive correlation between fresh weight and soluble sugar， and extremely positive correlation between chlorophyll content and nitrate content in lettuce， indicating synergistic effect between key inclusions and growth traits. Irrigation of domestic sewage would increase the nitrate content of the plant， and the nitrate content of the soilless lettuce in the complete sewage irrigation was as high as 2560.73 mg/kgFW. 【Conclusion】Careful use of domestic sewage irrigation and reasonable biomass carbon ratio can increase vegetable yield. Under the experimental conditions， soluble sugar and chlorophyll contents are key indexes for lettuce growth.

Key words： lettuce; organic matter matrix; ratio; domestic sewage irrigation; safe production

0 引言

【研究意义】《中国可持续发展水资源战略研究综合报告》（钱正英，2001）指出，我国水资源的总体战略必须以水资源的可持续利用支持经济的可持续发展，建议防洪减灾、农业用水、生态环境建设等多个方面实行战略性转变。近年来，我国工农业发展迅速，用水量不断增长，然而淡水资源非常有限，矛盾日益突出，迫切需要寻求开发新的可利用水源（刘小楠等，2009）。生活污水是人们日常生活中从住户、公共设施等人为活动场所排出的水，常含有泥沙、油脂、皂液、果核、纸屑和食物屑等，其有别于工业废水，通常水量大、水质水量稳定，一般不含有毒物质（卢金涛，2012）;生活污水中主要含有总磷（TP）、总氮（TN）、氨态氮（NH4+_N）和化学需氧量（COD）等物质（刘楠，2010），会引起水体富营养化，其中，氮、磷、钾和其他多种中微量营养元素及有机质经处理后可作为一种廉价液体肥料用于农业灌溉。水培系统是一种颇具发展前景的食品生产和废水处理生物技术（Prazeres et al.，2017），通过配套技术使生活污水转变为农业用水，可减缓用水压力，提高农业产品产量和品质。【前人研究进展】有研究认为，合理利用污水对农作物进行灌溉，植物可大量吸收其营养元素，从而得到良好的生长，达到增产的同时减少化肥用量（Carvalho et al.，2018），尤其是氮素是提高产量的关键，研究表明栽培液中有机氮的含量与农作物产量成正比（Petropoulos et al.，2016）。但也有研究表明长期灌溉会由于硝态氮（NO3-N）的淋洗、病原菌和重金属的积累而造成土壤和地下水污染（Yadav et al.，2002）。目前对生活污水的再生利用是开源节流、减轻水体污染程度、改善生态环境及解决淡水资源匮乏的有效途径之一（刘雅文等，2018）。近20年来，生活污水在农业领域上的研究利用非常活跃，且主要集中在农田灌溉方面（钱正英，2001;杨华锋，2005），但对植物生长与作物品质的影响结论不一致，或是易导致硝酸盐含量过高（夏伟立等，2005），或直接灌溉增产效果欠佳（Emongor and Ramolemama，2004）等问题，其关键在于寻找一种最适宜的栽培模式。【本研究切入點】已有研究鲜见关于生活污水对果蔬生长效应的影响报道。本研究结合当地资源优势，以制糖过程中产生的甘蔗渣为栽培基质主成分，利用丰富、廉价且C/N含量高的甘蔗渣，经处理后作为蔬菜无土栽培基质。【拟解决的关键问题】无土栽培条件下，探讨以生活污水作为灌溉水对蔬菜生长的影响，为利用地方特色资源解决栽培基质优选及成本高的问题，以及为无土栽培生产蔬菜过程中合理利用生活污水，节约生产成本，实现农业可持续发展提供科学依据。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

试验用栽培植物为生菜种子培育的生菜（var. ramosa Hort.）。无土栽培基质原材料及其来源分别为：甘蔗渣取自贺州市某甘蔗加工厂，草炭、蛭石和珍珠岩购于贺州市花卉栽培基地。栽培花盆规格为口径×低径×高度=17.0 cm×12.3 cm×15.3 cm。生活污水采自贺州市周边污水沟，主要为家庭生活污水。

1. 2 试验方法

1. 2. 1 生活污水取样 试验前对灌溉用生活污水水质进行检测。一次性取回生活污水，取适量检测污水中TN、TP、COD和pH。采用重铬酸钾氧化法测定COD（国家环保局《水和废水监测分析方法》编委会，1989）;用纳氏试剂分光光度法测定NH4+_N含量（国家环境保护总局水和废水监测分析方法编委会，2002）;钼锑抗分光光度法测定TP含量（赵琼美，2004）。生活污水中的COD、NH4+_N、TP和pH的检测结果分别为132.15 mg/L、13. 896 mg/L、2.45 mg/L和7.86。

1. 2. 2 试验设计 无土栽培基质的选取和处理方法具体为：将甘蔗渣剪碎，加自来水至70%持水量，再加入EM菌悬液，混匀，装入塑料袋中密封、发酵1个月。根据中国农业科学院蔬菜花卉研究所对有机生态无土栽培系统基质的要求，适宜混合基质的标准为有机物与无机物之比按体积计最大可至8∶2（Putra and Yuliando，2015），有机质占40%～50%，容重0.30～0.65 g/cm3，总空隙度>85%，C/N约30，pH 5.8～6.4，总养分量3～5 kg/m3。参考上述标准，将发酵好的甘蔗渣（V1）、草炭（V2）、珍珠岩（V3）和蛭石（V4）的体积比设为3个不同配方，由于本研究目的是探讨栽培基质中有机物料组成差异对作物生长的影响，因此配方中珍珠岩与蛭石的比值不变，其中配方A为3∶3∶1∶1，配方B为5∶3∶1∶1，配方C为7∶3∶1∶1，D为土壤。如表1所示，试验共设9个栽培基质配比及生活污水灌溉量处理，每处理3次重复，以土壤栽培无生活污水灌溉作为对照。

选取高度约5 cm，长势基本相同的健壮生菜幼苗移植到装有不同基质的花盆中，每盆2株，浇少量自来水定根。将移植好生菜的花盆放入温室内，室温控制在15～17 ℃。生菜生长过程中每隔2 d浇一次生活污水，控制每次每盆浇水总量为300 mL，按试验方案浇灌生活污水后不足部分补充清水，以消除灌水量不同造成的影响。

1. 2. 3 测定项目及方法 待生菜移植入盆1个月后采收样品，用蒸馏水清洗干净后测定生菜的鲜重、高度等生长指标，同时测定叶片的叶绿素、硝酸盐和可溶性糖含量。叶绿素含量用80%丙酮提取，分光光度法测定（王晶英等，2003）;硝酸盐含量采用水杨酸比色法测定（邵孝侯等，2008）;可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定（王晶英等，2003）。

1. 3 统计分析

试验数据采用DPS 2.0进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2. 1 不同基质配比及生活污水灌溉量对生菜鲜重、株高的影响

如表2所示，不同基质配比及生活污水灌溉量对生菜鲜重和株高的影响明显。其中，处理5的生菜鲜重最高，为19.88 g/株，与对照（16.45 g/株）相比差异显著（P<0.05，下同）;处理3的生菜鲜重最低，仅为13.95 g/株，其次是处理1（14.83 g/株），二者差异不显著（P>0.05，下同）;整体分析显示处理1～处理9的生菜鲜重随生活污水灌溉量的增加先增大后减小。从表2还可知，3种不同配比基质条件下，随着生活污水灌溉总量的增加有利于生菜株高的生长，适量灌溉生活污水（灌溉总量3.375 L）得到的生菜鲜重较高;体积比为甘蔗渣∶草炭∶蛭石∶珍珠岩=5∶3∶1∶1的处理（处理2、处理5、处理8）栽培的生菜，灌溉中低体积（0～4.000 L）的生活污水时其鲜重高于其他两个配比的基质，随基质中甘蔗渣体积比的增大对生菜鲜重的影响呈低—高—低变化趋势，表明基质中甘蔗渣比例过高或过低均不利于生菜的生产;由于甘蔗渣中C/N较高，在基质中加入适当的甘蔗渣，可被生活污水中的微生物分解为蔬菜易吸收的营养成分，增加基质肥力，而有利于生菜生长。

2. 2 不同基质配比及生活污水灌溉量对生菜叶绿素含量的影响

由图1可看出，处理8的生菜叶绿素含量最高，达0.8547 mg/gFW;处理1的生菜叶绿素含量最低，仅0.3348 mg/gFW，显著低于对照;其他处理生菜叶绿素含量均显著高于对照。图1也表明，随生活污水灌溉量的增加，生菜叶绿素含量呈逐渐增高的趋势，最大量生活污水灌溉下处理8的叶绿素含量最高，其次是处理9，二者间差异显著，但均显著高于对照;此外，基质中甘蔗渣体积比的变化对生菜叶绿素含量也有较明显的影响，随着基质中甘蔗渣体积比的增加，生菜叶绿素含量呈低—高—低的变化趋势，说明基质中甘蔗渣体积比过高或过低均不利于生菜叶绿素的提高，由于基质中甘蔗渣含量的变化会引起基质吸水性变化，从而影响生菜对生活污水的吸收。

2. 3 不同基质配比及生活污水灌溉量对生菜可溶性糖含量的影响

由图2可知，处理5的生菜可溶性糖含量最高，为33.46 mg/kgFW，与对照相比显著提高约2.3倍;处理3的生菜可溶性糖含量最低，仅为10.13 mg/kgFW，其次是处理9，为11.41 mg/kgFW，均顯著低于对照，且二者间差异显著。随着生活污水灌溉量的增加，生菜可溶性糖含量呈低—高—低的变化趋势;同时，基质中甘蔗渣体积比的变化对生菜可溶性糖含量与生活污水用量对生菜可溶性糖含量的影响基本一致，即随着基质中甘蔗渣体积比的增加，生菜可溶性糖含量也呈低—高—低的变化趋势。可见，基质中甘蔗渣体积比过高不利于生菜可溶性糖的提高。

2. 4 不同基质配比及生活污水灌溉量对生菜硝酸盐含量的影响

由图3可知，处理1～处理9的生菜植株硝酸盐含量均显著高于对照，其中，处理9的生菜植株硝酸盐含量最高，达2560.73 mg/kgFW，与对照相比显著提高约2.0倍;随着生活污水灌溉量的增加，生菜植株硝酸盐含量呈显著上升趋势;而不同基质配比对生菜植株硝酸盐含量影响不显著，随基质中甘蔗渣体积比的增大生菜植株硝酸盐含量呈缓慢上升趋势。结果表明，浇灌生活污水对生菜体内硝酸盐的积累有显著促进作用，基质中甘蔗渣体积比的增加也呈促进作用。

2. 5 生菜可溶性糖、硝酸盐、鲜重及叶绿素间的相关分析结果

由表3可知，生菜鲜重与可溶性糖含量呈显著正相关。可溶性糖是蔬菜主要营养物质，糖类作为呼吸基，为植物的各种合成过程及生命活动提供所需能量，生菜生长过程中可溶性糖含量的增加，有利于生菜的生长，增加生菜鲜重。叶绿素与硝酸盐呈极显著正相关（P<0.01）。植物中叶绿素和硝酸盐均与植物对氮元素的吸收有关，蔬菜无土栽培过程中，灌溉富含氮元素的生活污水可提高蔬菜叶绿素含量，对植物生长发育有促进作用。

3 讨论

生活污水中富含的氮、磷、钾可满足蔬菜生长需要。本研究中，灌溉适量生活污水有利于生菜的生长发育，同时生活污水灌溉会造成植株硝酸盐含量增加，全污水灌溉无土栽培生菜硝酸盐含量高达2560.73 mg/kgFW。不同基质条件下，利用生活污水灌溉收获的生菜，其硝酸盐含量均高于土壤种植、清水灌溉所收获的生菜，但低于GB 18406.1—2001《农产品安全质量无公害蔬菜安全要求》关于叶菜类硝酸盐含量≤3000 mg/kg的标准，处于安全食用范围。由于生活污水中含有氮，基质的吸水性越好则吸收的氮越多，与王朝辉等（2001）、邵孝侯等（2008）的研究结果一致。王朝辉等（2001）研究表明，蔬菜中累积硝酸盐的主要来源是施入土壤中的氮，氮肥用量是决定蔬菜硝酸盐累积量的主要因素。基质和生活污水的供氮能力直接影响植株对氮的吸收，生活污水和基质中均含有硝态氮。因此，本研究中处理1～处理9的植株硝酸盐含量均高于对照。基质中的水分胁迫促进根系生长，吸收更多硝酸盐，但蔬菜硝酸盐吸收与还原转化不平衡及蔬菜吸收和生长的不协调也影响硝酸盐在叶类蔬菜中的积累。

生菜无土栽培过程中，采用不同生活污水灌溉量及不同基质组合，对其生长影响存在明显差异。当生活污水灌溉总量为3.375 L，基质体积比为甘蔗渣∶草炭∶蛭石∶珍珠岩=5∶3∶1∶1时，生菜鲜重最高，且可溶性糖含量最高;当基质体积比为甘蔗渣∶草炭∶蛭石∶珍珠岩=5∶3∶1∶1，生活污水灌溉总量为4.5000 L时，生菜叶绿素含量最高（0.8547 mg/gFW）。一般认为，叶绿素含量越高对植物健壮生长的促进作用越大。有研究表明，叶绿素含量与植株的氮含量呈正相关（李志宏等，2006;朱哲燕等，2006）;当氮素充足时，植物可合成较多的蛋白质，促进细胞的分裂和增长，因此植物叶面积增长快，能有更多的叶面积用来进行光合作用。本研究中无土栽培生菜的产量与大棚蔬菜相比偏低，因此，在实际蔬菜栽培过程中，适当添加氮、磷、钾肥料有助于生菜增产（丛黎明等，2011;张乐森等，2012）。

日常生活中，由于居民的生活习惯及家庭生活设施的不同，其生活污水水质各异，因此生活污水灌溉无土栽培蔬菜具有一定的地域局限性且存在某些负面影响，可能不利于蔬菜的安全生产，需进一步研究关键指标及指标间的关系。同时，为保证食用蔬菜的安全性还须进一步加强食品质量的研究和食品安全相关指标的检测，以确定生活污水灌溉的环境效应，以便更好地利用生活污水。

生菜可溶性糖、硝酸盐、鲜重及叶绿素间的相关分析结果表明，生菜鲜重与可溶性糖呈显著正相关，叶绿素含量与硝酸盐含量呈极显著正相关，表明蔬菜内含物与生长性状间的协同作用，即本研究条件下，生菜的可溶性糖及叶绿素含量为该蔬菜生长状况的重要指标。此外，在使用最佳栽培基质，即甘蔗渣∶草炭∶蛭石∶珍珠岩=5∶3∶1∶1时，适量的生活污水灌溉可提高农产品产量及保证品质，过量使用则易导致蔬菜硝酸盐含量过高。实际生产中，适当添加有机物可提高蔬菜产量;对生活污水化验分析后，需严格监控下进行灌溉才能保证农产品质量安全，对于缓解当前我国水资源紧缺具有重要现实意义。

4 结论

谨慎使用生活污水灌溉，合理有机物配比下可提高蔬菜产量。可溶性糖和叶绿素含量是生菜生长状况的关键指标。

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（責任编辑 邓慧灵）