一種降低無土栽培蔬菜體內硝酸鹽含量的方法

2023-10-23 19:57:32

專利名稱：一種降低無土栽培蔬菜體內硝酸鹽含量的方法
技術領域：
本發明涉及蔬菜無土栽培技術，特別涉及短期內降低無土栽培蔬菜體內硝酸鹽含 量的方法。
背景技術：
設施栽培是北方反季節蔬菜生產的重要途徑，對滿足冬春季城鄉居民蔬菜需求起 著主導作用。我國設施蔬菜面積已達300萬公頃以上，居世界第一位。然而，設施土壤栽培 連作障礙、資源環境負效應日益嚴重，蔬菜硝酸鹽、農藥超標較嚴重。蔬菜，尤其是葉菜是喜 氮作物，吸氮量大，體內硝酸鹽易於在蔬菜體內累積，含量經常高達4000mg/kg以上。城鄉 居民日平均攝入量常超過世界衛生組織(WHO)和聯合國糧農組織(FA0)的限定值。受覆蓋 材料和圍護結構遮光效應的影響，設施內光照強度通常低於室外，蔬菜光合速率低，加劇了 蔬菜硝酸鹽的累積程度，在連陰天和大氣透明度低的條件下尤為嚴重。研究表明，過量攝入硝酸鹽容易導致高鐵血紅蛋白症，或者與二級胺結合還能形 成強致癌物亞硝胺，誘發人體消化系統的癌變。由於人體攝入硝酸鹽的80%以上來自蔬菜， 蔬菜中超標的硝酸鹽含量對人類的飲食健康構成了嚴重的威脅。為此，世界各國制定了蔬 菜硝酸鹽的限量標準，以保障蔬菜品質安全和人類健康。如何控制蔬菜中硝酸鹽含量，提高 蔬菜硝酸鹽達標率是當前人們普遍關心的問題，這不僅關係到人們的飲食健康，也對國家 蔬菜出口貿易具有直接影響。目前，土壤栽培因土壤內養分和水分較難控制，使得設施土壤 栽培蔬菜的硝酸鹽含量控制至今缺乏有效的方法，品質提升困難。蔬菜設施無土栽培已經成為國際上反季節蔬菜生產的重要方法，在荷蘭、日本、韓 國等國已廣泛應用。該方法具有可周年生產，蔬菜生長速率高，產量大，設施環境和蔬菜根 際環境易於管理的眾多優勢，是設施蔬菜工廠化栽培，特別是植物工廠蔬菜生產的優選栽 培方法。與土壤栽培相似，無土栽培同樣面臨著蔬菜硝酸鹽累積超標的難題。況且，營養液 中氮素水平和有效性較高更易導致硝酸鹽的奢侈吸收和累積超標。在過去30年裡，科研人 員一直基於無土栽培的優勢一營養液組成可調控性進行了研究探索，以求獲得有效降低蔬 菜硝酸鹽含量的方法。總結而言，已報導的幾種降低硝酸鹽的營養液控制方法如下(1)用 有機氮如胺基酸和醯氨部分取代營養液中的硝態氮；(2)在營養液中加入滲調離子；(3)降 低營養液中的硝酸鹽濃度；(4)根據光強大小調整營養液中硝態氮的供應水平。上述方法 均是過程控制，操作複雜，效果不穩定，常導致常產量降低的負效應。1996年，Mozafar報 道了一種降低無土栽培蔬菜硝酸鹽的方法(Plant Foods for Human Nutrition，1996，49， 155-162)，即在採收前用無氮營養液取代栽培營養液(含15mM硝酸銨)。研究結果表明， 幾天處理後可顯著降低菠菜硝酸鹽的含量並提高Vc含量。但是，該方法由於無氮供應，常 造成產量下降。董曉英和李式軍開展了在採收前減少小白菜營養液中的氮量或在去除硝態 氮的基礎上加入滲調離子以試圖降低小白菜的硝酸鹽積累的試驗(植物營養與肥料學報， 2003,9(4) :447-451)。結果表明，在去除營養液中的硝態氮後，在營養液中加入Cl_、S0廣、 蘋果酸根離子、山梨酸根離子、乙酸根離子是降低溶液培養小白菜硝酸鹽積累的有效措施，但處理後採收的時間不可推遲太久，只減少營養液中氮肥用量會使產量迅速下降，加入滲 調離子可緩解因去除氮肥引起的小白菜產量的下降。上述方法只是將硝酸鹽從儲存庫(液 泡)中替換出進入同化庫(細胞質)，不能從光合層面控制硝酸鹽的同化利用，很可能在實 踐過程中因連陰天等弱光天氣造成處理效果欠佳，達不到預期減量目標。所以，上述方法只 是從單一因子出發，處理效果不穩定且無法控制。硝酸鹽的去除取決於儲存庫減量、同化庫 加速和同化酶活性的增加，各環節協同才能短期內減量蔬菜中的硝酸鹽到理想的水平，而 不受天氣情況的左右。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的缺陷，提供一種能夠在短期內降低無土栽培蔬 菜體內硝酸鹽含量的方法，並保證蔬菜的產量和營養價值。為實現上述目的，本發明採用如下技術方案—種降低無土栽培蔬菜體內硝酸鹽含量的方法，在蔬菜採收前的2-5天停止供 應原栽培營養液，而供給滲調離子處理液，同時通過自然光照和人為補光使光照強度達到 120 u mol m—2 s—1以上，並保證每天光照時間在6_20個小時。在本發明的方法中，所述滲調離子處理液是指含有滲調離子的鹽的水溶液，其中 所述滲調離子例如硫酸根離子(so42-)和氯離子(cr)；所述含有滲調離子的鹽通常是這些 離子的鉀鹽、銨鹽和鈉鹽，常用的例如硫酸鉀、硫酸銨、氯化鉀和氯化銨。滲調離子處理液可以用自來水、淨化水或蒸餾水來配置，所用的鹽一般要求是化 學純以上級別，避免含有有害元素和幹擾元素。所述滲調離子處理液不需要添加其他營養元素，而滲調離子的濃度因所使用 的鹽種類的不同而不同，同時要注意避免對植物造成鹽傷害。對於用氯化鉀或氯化銨 配置的滲調離子處理液，最佳使用濃度為o. lmmol/L,該濃度的0. 1-10倍量都適用，即 0. 01-lmmol/L ；對於硫酸鉀或硫酸銨，最佳使用濃度為0. 75mmol/L，其0. 1_10倍量都適用， 即0. 075-7. 5mmol/L。而對於氯化鈉而言，由於其容易造成鹽傷害，用量以常規培養液中的 水平為宜。從資源節約和降低成本的角度，各種調滲離子的濃度一般採用其在常規培養液 中的濃度水平，也可以通過平行實驗確定一個合適的濃度。滲調離子處理液的供液量為正 常營養液量的0. 5-1倍的量(按體積計)，以節省水肥資源。本發明的方法中，根據自然光光強進行人工補光處理，使光照強度達到 120 u mol 『 m"2 s"1以上，最佳為200-800 y mol nT2 s"1 ；處理時間為2_5天，可根據蔬菜 累積硝酸鹽含量和天氣情況而具體確定；每天光照時間保證在6-20個小時，優選為12-20 個小時。根據本發明的方法，在蔬菜栽培栽培過程使用常規營養液，不限制氮素供應，可促 進蔬菜高產，在生產後期(2-5天)，將營養液換成滲調離子處理液進行栽培，同時通過人為 補光和自然光結合使蔬菜生長環境光照強度達到一定的閾值，在光照和滲調離子處理液協 同作用下顯著提高硝酸鹽的降低效率。其原理是在高光照條件下，蔬菜光合作用強，可大 量消耗體內同化庫中的硝酸鹽離子，同時滲調離子可替代儲存庫中的硝酸根離子，使之進 入同化庫進行同化利用。高光強可顯著增加處理液降低蔬菜硝酸鹽含量的效率，保證硝酸 鹽降低效果，同時，滲調離子從蔬菜體內液泡中取代出的硝酸根離子可在高光強控制下的高光合速率下快速同化，充當氮素營養，因此短期處理過程中無論蔬菜生育期長短對生物 量影響不大。本發明能穩定可控地顯著降低蔬菜體內硝酸鹽的含量，生產出低硝酸鹽含量的高 品質蔬菜，所使用的滲調離子處理液無環境汙染風險。多次試驗結果表明，本發明方法可在 幾天內全面降低蔬菜體內各部位的硝酸鹽含量(葉片和葉柄)，與已有的處理方法相比，具 有以下優點(1)處理時間短，無汙染，不降低產量，可全面降低葉片和葉柄內硝酸鹽含量； (2)節省了大量的養分資源，降低了成本和人力物力；(3)廢棄的處理液環保，不含氮磷汙 染物，排放無汙染；(4)廣泛適用於設施蔬菜無土栽培模式和植物工廠蔬菜生產。
具體實施例方式下面通過具體實例進一步對本發明進行詳細描述，但不以任何方式限制本發明的 範圍。實施例11. 1.試驗材料、試驗設計育苗在育苗盤中放入蛭石，播種義大利生菜種子(全年耐抽薹生菜)，澆水育苗。 出苗後澆營養液，促進生長。在幼苗長至35天後進行移栽處理。將生菜植株移栽到小型無 土栽培床上繼續培養，採用全營養液進行栽培。小型栽培床容積21升，用Atman EP-9000氣 泵通氣(創星電器有限公司)。培養21天後到移栽到實驗系統進行試驗，試驗盆長X寬X 高為30CmX20CmX12Cm，體積為7升。試驗於2009年4月24日移栽培養，每盤生長4株 苗，處理3天，每天光照時間12個小時以上，用Atman EP-9000氣泵通氣，27日晚上取樣測 定。處理期間2天為陰天天氣，溫室內光強小於80 u mol m_2 s—1 (荷蘭產光譜儀測定)。試驗共設4個處理處理1，全營養液(含4mmol/L硝態氮)；處理2，氯化鉀 (0. lmmol/L)溶液；處理3，硫酸鉀(0. 75mmol/L)溶液；處理4，蒸餾水。常規全營養液 配方0. 75mmol L_1K2S04 ；0. 5mmol 廠袖風；0. 65mmol L_1MgS04 ；0. lmmol L_1KC1 ；
0.5mmol L_1CaCI2 ；2. Ommol L,H4N03 ； 1. 0 X l(T3mmol ！^肌；1. 0 X l(T3mmol L_1MnS04 ；
1.OX l(T4mmol L_1CuS04 ；5. 0X l(T6mmol (NH4)6M07024 ； 1. OX l(T3mmol L_1ZnS04 ；0. lmmo 1 L^EDTA-Fe (FeS04 7H20+EDTA)。營養液的起始 pH 值為 6. 0。1.2.試驗結果與分析由表1可知，在處理期內較低光照條件下，各處理對生菜的葉綠素含量(SPAD值) 無影響(表1)。通常，作物葉片的葉綠素含量與其氮素營養水平呈正相關。可斷定生菜的 氮素營養未受到處理液的影響。與全營養液處理相比，0.75mmol/L硫酸鉀的處理液(處理 3)顯著降低了生菜葉片內的硝酸鹽含量，降低幅度達到25.4%。但是，0. lmmol/L氯化鉀 (處理2)和蒸餾水處理卻沒能顯著降低生菜葉片內的硝酸鹽含量。蒸餾水作為無氮無營養 元素的處理液並不能有效降低生菜中的硝酸鹽含量。0. lmmol/L氯化鉀未能顯著降低生菜 硝酸鹽含量可能與過低的光強有關。處理期內由於2天為陰天天氣，光照強度低。本試驗 結果表明，在較低光強條件下(80 u mol m_2 s—1)，滲調離子處理液的有效性和減量生菜體 內硝酸鹽含量的效果受到限制，降低幅度減小。表1不同處理液對生菜葉片SPAD和硝酸鹽含量的影響
注表內同一列中，表中不同小寫字母(a、b和c)表示處理間的差異顯著性，p < 0. 05。實施例22. 1.試驗材料、試驗設計試驗共設兩個光照強度高光照強度(120-800 u mol m_2 -s"1)和低光照強度(遮 陰，光照降低46%左右，光強範圍60-400 y mol m_2 s—1)；每個光照處理下分為4個子處 理處理1，全營養液(含lOmmol/L硝態氮)；處理2，氯化鉀(0. lmmol/L)溶液；處理3，氯 化鈉(lOmmol/L)溶液和處理4，硫酸鉀(0. 75mmol/L)溶液；每天光照時間10個小時以上。全營養液配方5.Ommol U'Ca (N03) 2 ；0. 75mmol L_1K2S04 ；0. 5mmol L_1KH2P04 ；
0.lmmol L_1KC1 ；0. 65mmol L_1MgS04 ； 1. 0 X l(T3mmol L-1H3B03 ； 1. 0 X l(T3mmol L_1MnS04 ；
1.OX l(T4mmol L_1CuS04 ；5. 0X l(T6mmol (NH4)6M07024 ； 1. OX l(T3mmol L_1ZnS04 ；0. lmmo 1 L^EDTA-Fe (FeS04 7H20+EDTA)。營養液的起始 pH 值為 6. 0。試驗蔬菜材料為生菜，品種為義大利生菜，定植後時間2009年11月15日，由栽培 床水培，2010年1月21日開始，將收穫前生菜移栽進行處理液試驗。採收前處理的生菜生 物量平均為28. 6克。將生菜移栽到小型栽培床上，內裝21升處理液或營養液(各處理見 表2)。長方形小型栽培床長X寬X高為100CmX30CmX6Cm，容積21升，每盤生長4株生 菜，中間為通氣孔，用Atman EP-9000氣泵通氣(創星電器有限公司)。2010年1月21日 開始，2010年1月26日取樣測定，處理時間為5天。測定指標包括生菜各部位(新葉、展開 葉和葉柄)硝酸鹽含量，以及新葉和展開葉的葉綠素含量(即SPAD值)。採用光譜儀進行 光強的測定。低光照強度處理的遮光率在54%左右。表2試驗各處理營養液或處理液組成及濃度 2. 2.試驗結果與分析(1)不同處理液處理對生菜新葉和展開葉SPAD的影響由表3可知，與全營養液和無氮營養液相比，不同處理液處理對生菜新葉和展開葉SPAD略有增加或無影響。由於SPAD值與植物葉片全氮含量成正相關，因此結果表明生 菜葉片全氮含量不受各種處理液的影響，短時間的處理液處理對生菜的葉綠素含量和氮素 營養水平有促進或無影響。由此，短時間處理液處理對生菜的氮營養和生物量不會產生負 面影響。 表3不同處理液處理下生菜新葉和展開葉SPAD
處理液種類
低光照
高光照
展開葉
新葉
展開葉
新葉 注表內同一列中，表中不同小寫字母(a和b)表示處理間的差異顯著性，p < 0. 05。(2)不同處理液處理後生菜新葉、展開葉和葉柄硝酸鹽含量由表4可知，與全營養液相比，各處理液均顯著地降低了生菜新葉、展開葉和葉柄 等各部位的硝酸鹽含量。其中，高光照下硫酸鉀處理液在降低了展開葉和葉柄內的硝酸鹽 含量達到了極顯著水平。從降低幅度而言，光強和營養液種類均有顯著影響。低光強下三種處理液對新葉、 展開葉和葉柄硝酸鹽含量的降低幅度達到58. 7% -71.8% (平均65. 25), 45. 7% -57. 6% (平均51.65)和21.1%-32.6% (平均26. 85)。而在高光強下三種處理液對新葉、展開 葉和葉柄硝酸鹽含量的降低幅度達到71.9% -85.0% (平均78. 45), 66. 6% -84. 0% (平 均75. 30)和51. 8% -66.6% (平均59. 20)。以平均值比較，高光強條件下對生菜各部位 硝酸鹽的降低幅度均高於低光強條件，新葉、展開葉和葉柄硝酸鹽含量的降低幅度高13. 2、 23. 65和32. 35個百分點。因此，在處理過程中，保證一定的光照強度是非常必要的，適宜的 光強可提升滲調離子處理液在降低生菜中硝酸鹽含量的效率。表4不同處理液處理後生菜新葉、展開葉和葉柄硝酸鹽含量 注表內同-
-列中，表中不同小寫字母(a、b和c)表示處理間的差異顯著性，p
權利要求
一種降低無土栽培蔬菜體內硝酸鹽含量的方法，在蔬菜收穫前2-5天停止供應原栽培營養液，而供給滲調離子處理液，同時通過自然光照和人為補光使光照強度達到120umol·m-2·s-1以上，並保證每天光照時間在6-20個小時。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述滲調離子處理液是指含有滲調離子的 鹽的水溶液。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述滲調離子為硫酸根離子或氯離子。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述含有滲調離子的鹽為硫酸鉀、硫酸銨、 氯化鉀或氯化銨。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述滲調離子處理液為0.01-lmmol/L的氯 化鉀或氯化銨溶液。
6.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述滲調離子處理液為0.075-7. 5mmol/L的 硫酸鉀或硫酸銨溶液。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述滲調離子處理液的供液量為栽培營養 液供液量的0. 5-1倍。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述光照強度為200-800μ mol · πΓ2 · s—1。
9.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，每天光照時間為12-20個小時。
全文摘要
本發明公開了一種降低無土栽培蔬菜體內硝酸鹽含量的方法，在蔬菜採收前的2-5天停止供應原栽培營養液，而供給滲調離子處理液，同時通過自然光照和人為補光使光照強度達到120μmol·m-2·s-1以上，並保證每天光照時間在6-20個小時。該方法能穩定可控地顯著降低蔬菜體內硝酸鹽的含量，生產出低硝酸鹽含量的高品質蔬菜，與現有的處理方法相比，具有處理時間短，無汙染，不降低產量，可全面降低葉片和葉柄內硝酸鹽含量，節省養分資源等優點，廣泛適用於設施蔬菜無土栽培模式和植物工廠蔬菜生產。
文檔編號A01G31/00GK101849497SQ20101016446
公開日2010年10月6日 申請日期2010年4月30日 優先權日2010年4月30日
發明者劉文科, 楊其長 申請人:中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所