农村户厕三格化粪池出水对水培生菜产量和营养品质的影响

唐 汇， 樊战辉， 郑述东， 杨 琴， 李忠华， 施国中， 熊霞*

(1.四川农业大学， 成都 611130； 2.成都市农林科学院，成都 611130； 3.农业农村部沼气科学研究所， 成都610041； 4.农业农村部农村可再生能源开发利用重点实验室， 成都 610041)

近年来，随着国家大力推进农村厕所革命，三格化粪池因操作简便、无害化效果好和肥效高等优点被大部分地区作为主要推广的厕改类型[1]。与无机肥相比，人粪尿含有大量的有机物及氮、磷、钾等元素更有利于植物的吸收利用，对改善作物的产量和品质有重要影响[2]。生菜(LactucasativaL.)即叶用莴笋，具有生长周期短、营养丰富的特点[3-4]，且在栽培过程中容易获得无公害产品颇受人们喜爱[5]。无土栽培是未来生菜乃至大棚蔬菜重要发展方向之一，水培蔬菜品质的研究主要集中于探索最适合作物生长和提高品质的营养液种类和浓度上[6]。利用三格化粪池出水配制水培营养液不仅可以实现资源的循环利用，还可以最大限度地降低营养液成本，有很大的研究价值和应用前景。已有少量报道畜禽养殖沼液在水培蔬菜上的应用，研究表明沼液处理的比没有施用沼液处理的水培油菜的维生素C和还原糖含量均有所增加，而总酸含量有所降低[7]，但以农村户厕三格化粪池出水为原料配制复合营养液尚且鲜有报道。因此，本试验以生菜作为研究对象，采用营养液膜栽培技术(NFT)水培生菜，分析在不同替换比例农村户厕三格化粪池出水的条件下对生菜的产量和品质的影响，旨在实现三格化粪池出水资源化利用，为农村厕所革命中大量暂存的三格化粪池出水应用于水培蔬菜生产提供科学依据，同时为无土栽培技术的推广和应用提供了良好的理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

生菜品种选用全年耐抽苔生菜王(意大利半结球型生菜)，三格化粪池出水取自于四川省成都市温江区公平街道某户人家户厕三格化粪池第三格，其理化性质见下表1所示。

1.2 试验方法

本试验于2021年3月～2021年5月在成都市农林科学院植物工厂中(东经103°85′7124″，北纬30°70′1212″)进行。育苗期采用标准叶菜营养液进行培养，待幼苗生长到三叶一心后移栽至不同三格化粪池出水替换比下的营养液中进行营养液膜培养。试验设置7个处理组，对照组(CK)使用标准叶菜营养液，各试验组的营养液三格化粪池出水替换比分别为10%，20%，30%，40%，50%和60%，记为T1，T2，T3，T4，T5和T6组(见表2)，每组移栽16棵生菜幼苗，每两天监测一次水深，实时控制生长环境，水培试验期为30 d。水培采用圆管水培架装置，使用水泵定时器设备控制整个装置中营养液的循环(早中晚各循环一次，每次循环1 h)，以保证生菜根系的正常氧气供应。

表2 各处理组营养液配比 (%)

1.3 指标测定

样品生长到30 d时，统一收获，选取具有普遍代表性的生菜，测定生菜的生长指标、光合特性指标和品质指标。在进行生长指标测定时，每个处理组选取长势均匀的生菜，分别利用精度为0.1 cm的直尺进行叶长和根长的测量，利用精度为0.1 g天平进行鲜重和干重的测量。在进行光合特性指标的测定时，则在生菜采收后，立即转移至实验室，并用纱布擦净叶片及植株上的污物和部分水分，初步晾干后采用乙醇提取法[8]进行样品中叶绿素的含量的测定。而对于生菜的品质指标的测定包括可溶性糖，维生素C，可溶性蛋白质和硝态氮，其中可溶性糖含量测定采用蒽酮试剂法[9]，维生素C含量测定采用2，6-二氯酚靛酚滴定法[10]，蛋白质含量测定采用考马斯亮蓝染色法，硝酸盐含量采用水杨酸比色法[11]。

1.4 数据分析

利用Excel，SPSS26.0软件对试验数据进行统计、绘图、分析。

2 结果与分析

2.1 不同三格化粪池出水替换比例对生菜生长性状的影响

各处理组水培生菜采收后，对其鲜重、干重、根长和叶长指标进行测定，结果如表3所示。随着营养液中三格化粪池出水替换比的增加，生菜的鲜重和干重均呈现先增高后降低的趋势，T2(替换比为20%)最高，分别为53.60±0.70 g，18.66±0.25 g，与CK组比较增加了3.23%，3.33%；生菜的根长呈现先降低后增加再降低的趋势，除T5外的试验组根长均低于CK，T2相比于CK缩短了44.43%，差异最为显著，短根可在一定程度上降低堵塞水培管道的概率，有利于水培生菜的生长；生菜的叶长呈现先增加后降低的趋势，但试验组的叶长均低于CK。以上表明，三格化粪池出水能够替换部分标准营养液进行水培生菜生产，且当比例合适时，能够提高生菜产量。

表3 各处理组水培生菜生长性状指标

2.2 不同三格化粪池出水替换比例对生菜光合特性指标的影响

叶绿素对植物的作用就是从光中吸收能量，然后能量被用来将二氧化碳转变为碳水化合物，是高等植物光合作用的重要基础，叶绿素a和叶绿素b占了叶绿素很大比例，对其进行测定，结果如图1所示。水培生菜叶绿素含量随着营养液中三格化粪池出水替换比例的增加呈现先增加后下降的趋势，T3(替换比为30%)叶绿素a含量为1.578±0.187 mg·g-1，叶绿素b含量为0.749±0.089 mg·g-1，均为最高值，叶绿素a含量的差异性变化比叶绿素b含量差异性变化更显著。这可能是由于三格化粪池出水中含有矿质元素，根系吸收了较多矿质元素，促进了叶绿素a和叶绿素b的合成。

图1 各处理组水培生菜叶绿素a，b含量

2.3 不同三格化粪池出水替换比例对生菜品质的影响

本试验测定的水培生菜主要营养品质指标包括可溶性糖、可溶性蛋白、VC以及硝酸盐氮。

可溶性糖是干旱胁迫诱导的小分子溶质之一，参与渗透调节，并有可能在维持植物蛋白稳定方面起作用[12]，也是评价生菜食用口感的重要生化指标[13]，该试验水培生菜可溶性糖含量如图2所示。水培生菜可溶性糖含量随着营养液中三格化粪池出水替换比例的增加呈现先增加后下降最终又缓慢增加的趋势，与杨鑫[14]等人利用沼液对水培生菜可溶性糖含量的影响变化趋势相同。T1和T2生菜的水溶性糖含量均高于CK，分别增加了7.69%和30.77%，而T3至T6生菜的可溶性糖含量均低于CK，这表明以较低比例的三格化粪池出水替换营养液，有利于生菜可溶性糖含量的积累。

图2 不同三格化粪池出水替换比对生菜可溶性糖含量的影响

维生素C一方面对植物本身起着非常重要的生理功能，如有利于植物细胞生长和分裂、保护植物免受光合作用中有害副作用的侵害以及影响激素生物合成等诸多方面[15]，另一方面具有一定的抗癌作用，无副毒作用，口感好，可作为理想的食物防腐保鲜剂[16]。由图3可知，水培生菜中维生素C含量随着营养液中三格化粪池出水替换比例的增加而呈现整体增加—降低—缓慢增加的趋势。T1和T2水培生菜的维生素C含量均较CK高，分别增加了10.45%和20.52%，差异显著；T3至T6水培生菜维生素C含量均较CK低，T4最低，降低了32.33%。这表明以较低比例的三格化粪池出水替换营养液，可以有效提高水培生菜维生素C的含量。

图3 不同三格化粪池出水替换比对生菜维生素C含量的影响

蛋白质含量是植物新陈代谢水平的重要指标之一，同时也是评价生菜营养品质水平的重要指标之一[13]。由图4可知，三格化粪池出水替换营养液对可溶性蛋白的影响效果显著，各处理组水培生菜可溶性蛋白量随着培养液三格化粪池出水替换比的增加呈先增加后降低的趋势。各试验组可溶性蛋白量均高于CK，T3(替换比为30%)可溶性蛋白含量最高，较CK增加了88.18%，差异最为显著。这表明，三格化粪池出水对于水培生菜可溶性蛋白具有积极的影响，这可能与化粪池出水中含有一定量的钙加强了营养液中的氮的转化有关。

图4 不同三格化粪池出水替换比对生菜可溶性蛋白含量的影响

硝酸盐作为作物有效的氮源，是作物体内最安全并易于转移的氮素储存形态。植物吸收并积累硝酸盐虽有利于植物本身，但对人体健康、环境造成极大的危害，因此对蔬菜硝酸盐累积调控一直是人们关注的重点[16]。由图5可知，各试验组均可以显著降低水培生菜中的硝酸盐含量，水培生菜的硝酸盐含量随着营养液中三格化粪池出水替换比例的增加呈现先降低后增加的趋势，T3(替换比为30%)最低，仅为0.031 mg·g-1，与CK相比降低了76.74%。这表明，三格化粪池出水部分替换营养液有利于降低水培生菜的硝酸盐含量，提高其食用的品质和安全性，可能是由于三格化粪池出水的加入可以适当降低营养液的硝酸盐成分，从而减少生菜对硝酸盐的吸收，降低生菜叶片的硝酸盐含量。

图5 不同三格化粪池出水替换比对生菜硝态氮含量的影响

3 结论与讨论

(1)三格化粪池出水可以替换部分标准营养液进行水培生菜生产，而且达到提质增产。综合考虑，T2(替换比为20%)条件下，效果最优，鲜重和干重相对于CK增加了3.23%和3.33%，可溶性糖、维生素C和蛋白质含量分别增加了30.77%，20.52%和23.86%，硝酸盐氮含量降低了54.08%。

(2)与标准营养液相比，所有以三格化粪池出水替换部分营养液的试验组，可溶性蛋白含量均有所升高、硝态氮含量均有所降低。

综上，农村户厕三格化粪池出水与无机营养液结合配制比例合理的复合型营养液有利于生菜品质的提高，替代传统无机营养液对蔬菜进行无土栽培具有可行性，在降低生产成本的同时，实现废物的资源化利用，改善人居环境。但复合营养液的最优配比、施用时段以及对于不同地区不同品种的蔬菜水培的普遍适用性，仍有待进一步深入研究。