王瑞++胡笑濤++蘇苑君

摘 要：通過(guò)查閱文獻(xiàn)，從菠菜營(yíng)養(yǎng)液濃度與營(yíng)養(yǎng)元素、品質(zhì)調(diào)控兩大方面的研究對(duì)菠菜產(chǎn)量及品質(zhì)的影響進(jìn)行了綜述。結(jié)果表明，有關(guān)菠菜水培方面的研究現(xiàn)狀主要集中在氮素濃度及其配比、某些單一元素、酶活性等對(duì)菠菜生物量、硝酸鹽累積、VC含量、可溶性蛋白含量等方面的作用及影響，這些研究為開(kāi)展菠菜營(yíng)養(yǎng)液栽培提供一定理論依據(jù)。最后分析了存在的問(wèn)題，突出了未來(lái)菠菜營(yíng)養(yǎng)液栽培需要進(jìn)一步研究的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：營(yíng)養(yǎng)液栽培；硝酸鹽；菠菜；品質(zhì)

近年來(lái)，隨著科技水平和人們生活水平的提高，加之各種食品安全事件的頻頻發(fā)生，僅僅數(shù)量上的充足已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的需要，人們更加注重對(duì)蔬菜品質(zhì)的要求。菠菜是一種富含鈣、鎂、鉀等元素的蔬菜，能夠有效預(yù)防近視，此外，菠菜中的維生素、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、膳食纖維、胡蘿卜素含量也都相對(duì)較高[1]，美國(guó)農(nóng)業(yè)部有研究表明，女性每天食用一定量的新鮮菠菜對(duì)抗衰老很有效果。水培作為無(wú)土栽培的一種，可以通過(guò)控制植物外界因素以及營(yíng)養(yǎng)液環(huán)境使蔬菜處于生長(zhǎng)發(fā)育所需的最佳環(huán)境，完全實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物周年生產(chǎn)，而且可以通過(guò)調(diào)整營(yíng)養(yǎng)液的配方進(jìn)一步調(diào)控蔬菜的品質(zhì)，有著生長(zhǎng)周期短，產(chǎn)量高、品質(zhì)好、商品價(jià)值高，省水、省肥、省工、病蟲(chóng)害少，無(wú)連作障礙，生產(chǎn)過(guò)程可實(shí)現(xiàn)無(wú)公害化等優(yōu)點(diǎn)[2]，已成為國(guó)內(nèi)外園藝發(fā)展的重要技術(shù)[3]。目前無(wú)土栽培有多種形式，有沙培、礫培、蛭石培、水培等[4]，但是不管是哪一種形式，營(yíng)養(yǎng)液都是必不可少的，尤其是水培和霧培，因此，科學(xué)地、因地制宜地配制營(yíng)養(yǎng)液是無(wú)土栽培的核心問(wèn)題。目前，雖然國(guó)內(nèi)外都提出了很多種營(yíng)養(yǎng)液的配方，實(shí)踐證明這些配方都有一定適應(yīng)性，同時(shí)也都研究了各種內(nèi)外環(huán)境對(duì)蔬菜生長(zhǎng)的影響。

1 菠菜營(yíng)養(yǎng)液栽培濃度與營(yíng)養(yǎng)元素的研究

1.1 營(yíng)養(yǎng)液濃度研究

水培不像土壤栽培，沒(méi)有土壤的緩沖及其微生物的作用，營(yíng)養(yǎng)液是植株賴以生存的根系環(huán)境，也是植株的主要營(yíng)養(yǎng)來(lái)源。對(duì)于無(wú)土栽培營(yíng)養(yǎng)液濃度與配方的研究已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史，許多學(xué)者從不同方面研究出了許多種配方。水培作物的生長(zhǎng)必須要有適合的營(yíng)養(yǎng)液濃度，而且上限比下限更加重要[4]。濃度偏低會(huì)使作物營(yíng)養(yǎng)不良而導(dǎo)致生長(zhǎng)緩慢、生物量低，而過(guò)高濃度則會(huì)導(dǎo)致作物中毒甚至死亡。菠菜是一種重要的葉菜，有學(xué)者研究了不同種類營(yíng)養(yǎng)液配方對(duì)葉菜生長(zhǎng)的影響，結(jié)果表明，日本園試配方產(chǎn)量最高，但是品質(zhì)不好；Hoagland配方品質(zhì)好，但是產(chǎn)量較低；而相對(duì)較好的是荷蘭配方，產(chǎn)量和品質(zhì)均較好[5]。目前營(yíng)養(yǎng)液的濃度以總離子濃度表示，劉菊蓮[6]通過(guò)對(duì)葉菜水培營(yíng)養(yǎng)液中某些離子的濃度進(jìn)行綜合研究，得出了適宜基于銀川水質(zhì)葉菜無(wú)土栽培的營(yíng)養(yǎng)液配方。溫清琴[7]研究了不同濃度下園試營(yíng)養(yǎng)液配方對(duì)油麥菜生長(zhǎng)的影響，結(jié)果表明，在標(biāo)準(zhǔn)配方1/8～1/2濃度范圍內(nèi)，隨著營(yíng)養(yǎng)液濃度的升高，油麥菜的各項(xiàng)生物量指標(biāo)均有不同程度的增加。不同營(yíng)養(yǎng)液配方下水培葉菜的間作種植能提高部分葉菜的抗性，同時(shí)含鹽量不同對(duì)葉菜生長(zhǎng)的促進(jìn)是不同的[8]。同一蔬菜在不同生育期吸收不同元素的數(shù)量和所需要的最佳營(yíng)養(yǎng)液濃度是不同的。

在菠菜生育期中，一般在幼苗期需要養(yǎng)分濃度較低。按照蔬菜不同生育期配制不同營(yíng)養(yǎng)液可以增加產(chǎn)量、優(yōu)化品質(zhì)。采摘前更換營(yíng)養(yǎng)液成分對(duì)苦苣品質(zhì)有較大改變，且以谷氨酸為營(yíng)養(yǎng)液處理得到了較為理想的效果[9]。只有遵守“四大平衡”理論（包括營(yíng)養(yǎng)平衡、酸堿平衡、激素平衡和微生物平衡四個(gè)方面的內(nèi)容）[10]才能保證營(yíng)養(yǎng)液配比達(dá)到較適宜水平。20世紀(jì)30年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)不同蔬菜作物對(duì)礦質(zhì)元素吸收、養(yǎng)分需求規(guī)律、肥料的需求量三要素方面進(jìn)行了大量研究，證明缺鈣引起萵苣緣腐病大量發(fā)生，并且鈣、鎂離子的吸收相互之間有一定的競(jìng)爭(zhēng)作用[11]。相關(guān)專家在探究生菜不同品種礦質(zhì)養(yǎng)分吸收和差異時(shí)，得出生菜品質(zhì)與產(chǎn)量存在一定的矛盾[12]。

1.2 營(yíng)養(yǎng)液營(yíng)養(yǎng)元素研究

不僅營(yíng)養(yǎng)液的總濃度非常重要，各單一元素的含量也會(huì)嚴(yán)重影響蔬菜的生長(zhǎng)與品質(zhì)。無(wú)論是試驗(yàn)研究還是實(shí)際生產(chǎn)大都只注重于大量元素的濃度，對(duì)于微量元素的關(guān)注則微乎其微[13]。N元素是組成核酸和蛋白質(zhì)的主要成分，缺N會(huì)降低植物光合效率，而N素過(guò)量會(huì)導(dǎo)致硝酸鹽含量超標(biāo)。P元素不僅是植物體內(nèi)核酸、蛋白質(zhì)的主要成分，同時(shí)也是某些酶的組成成分，在促進(jìn)新陳代謝方面扮演著重要的角色。在硝態(tài)氮和銨態(tài)氮混合培養(yǎng)的情況下，缺P(pán)會(huì)顯著抑制菠菜對(duì)銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的吸收，而且對(duì)硝態(tài)氮的吸收抑制作用大于銨態(tài)氮[14]。有試驗(yàn)證明P元素在硝態(tài)氮和銨態(tài)氮配比不變的情況下，顯著降低硝酸鹽的含量[14]。K元素的濃度在促進(jìn)生菜生長(zhǎng)以及對(duì)其他養(yǎng)分的吸收方面沒(méi)有N、P兩種元素明顯，生菜對(duì)K元素的需求量也比較低[15]，但作為一種品質(zhì)元素，可以提高抗旱、抗寒、抗病蟲(chóng)害能力等。

Fe雖然是一種微量元素，在人體中主要以鐵蛋白的形式存在，但為人體不可缺少的重要元素，植物缺鐵會(huì)導(dǎo)致生長(zhǎng)不良。汪李平等[16]對(duì)營(yíng)養(yǎng)液中鐵元素最佳濃度進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，以山崎配方為基礎(chǔ)，以Fe-EDTA為鐵源的情況下，只需保持鐵素濃度在1～2 mg/L就可以。Jin等[13]也研究了Fe營(yíng)養(yǎng)的控制對(duì)水培菠菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，結(jié)果同樣表明，輕度Fe不足比零Fe素和Fe充足情況下產(chǎn)量、可溶性糖、可溶性蛋白、抗壞血酸鹽含量更高，且硝酸鹽含量較低。汪李平等[17]在水培生菜鐵營(yíng)養(yǎng)的研究中證明，無(wú)論在何種氮源情況下，鐵元素濃度的增加使得生菜葉片中的硝酸鹽還原酶活性增強(qiáng)，從而硝酸鹽含量降低。

李登超[3]研究了硒對(duì)菠菜水培的影響，營(yíng)養(yǎng)液中加入少量的硒元素（不大于0.1 mg/L）可以達(dá)到增產(chǎn)的目的，但是當(dāng)濃度高于0.5 mg/L的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生毒害，抑制生長(zhǎng)。除此以外，還有一些報(bào)道表明，水培下某些稀土元素可以提高蔬菜生物量，降低硝酸鹽含量。洪法水等[18]通過(guò)水培方法研究了鑭元素與菠菜內(nèi)葉綠素的作用，表明鑭元素能與葉綠素結(jié)合形成稀土葉綠素，增加葉綠素含量，提高光合效率，促進(jìn)菠菜生長(zhǎng)。同時(shí)，鉬元素是硝酸還原酶的組成成分，與硝酸鹽累積也有一定關(guān)系[19]。鎘元素能夠影響營(yíng)養(yǎng)元素從根部到地上部的運(yùn)輸，改變他們?cè)谥仓牦w內(nèi)的分布，從而引起營(yíng)養(yǎng)失調(diào)，對(duì)植株生長(zhǎng)產(chǎn)生影響[20]。有關(guān)微量元素對(duì)菠菜生長(zhǎng)影響的報(bào)道至今還不多，但事實(shí)證明微量元素的使用對(duì)于提高蔬菜的品質(zhì)與產(chǎn)量有較大的影響，因此在這方面應(yīng)該引起廣泛關(guān)注。

2 營(yíng)養(yǎng)液栽培菠菜的品質(zhì)調(diào)控研究

硝酸鹽對(duì)人體的為害是眾所周知的，過(guò)量的硝酸鹽在人體中可以被還原成亞硝酸鹽，亞硝酸鹽既可以導(dǎo)致高鐵血紅蛋白癥，又可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成強(qiáng)致癌物——亞硝銨，誘發(fā)癌癥[21，22]。人體攝入的硝酸鹽60%～80%來(lái)自于蔬菜[23]。菠菜是一種喜硝作物[21，24，25]，容易累積硝酸鹽和草酸[26]。所以嚴(yán)格控制菠菜中硝酸鹽的含量是一個(gè)熱點(diǎn)研究問(wèn)題，而影響硝酸鹽含量的因素有多種，在不同的條件下每一種因子所伴隨的主次也隨之改變。

從生理學(xué)來(lái)看，菠菜中硝酸鹽的累積主要取決于對(duì)硝酸鹽的吸收和同化，可以簡(jiǎn)單地認(rèn)為當(dāng)吸收大于同化就會(huì)累積，反之則不會(huì)。也有人認(rèn)為，植物體內(nèi)硝酸鹽的累積主要取決于硝酸鹽在不同部位的分布不同，比如，在不同供氮水平下葉菜硝酸鹽含量如下，小白菜：葉柄>葉片>根，菠菜：根>葉柄>葉片[27]。硝酸鹽的含量還與植物器官形態(tài)有關(guān)，具有皺葉甘藍(lán)型葉片的菠菜積累過(guò)量硝酸鹽的能力要比葉片光滑而較大的品種強(qiáng)[23]。

關(guān)于營(yíng)養(yǎng)液中的硝態(tài)氮與銨態(tài)氮比對(duì)菠菜硝酸鹽累積的影響研究有很多，研究表明在硝態(tài)氮和銨態(tài)氮配比適宜情況下，既可以提高產(chǎn)量，也可以降低作物可食用部分硝酸鹽含量[14]，這可能是因?yàn)殇@態(tài)氮的同化酶降低了硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白活性或者其合成速率，或者是其存在抑制了體內(nèi)硝酸鹽的同化作用[22]。同時(shí)適當(dāng)增加銨態(tài)氮也可以提高菠菜VC含量[28]。也有試驗(yàn)證明，5-氨基乙酰丙酸（ALA）的外部噴施可以明顯提高菠菜的VC含量并改善品質(zhì)[29]，同時(shí)ALA處理使得菠菜貯存期間葉綠素、可溶性蛋白、VC、可溶性糖的降解速率顯著降低，提高耐貯性，增加商品價(jià)值[30]。硝酸鹽含量與供氮水平有著很大的相關(guān)性，而且相關(guān)系數(shù)r達(dá)0.603～0.999[15]。

雖然菠菜生物量會(huì)隨著供氮水平的增加而增加，但是高氮情況下的氮素利用效率指數(shù)明顯低于低氮水平[31]，且可溶性糖含量則隨著氮素水平提高呈遞減趨勢(shì)[32]。

關(guān)于菠菜硝酸鹽調(diào)控的研究大部分都是集中在調(diào)控外部因素，對(duì)內(nèi)部因素的研究及對(duì)硝酸鹽含量的調(diào)控僅僅占了2%左右[19]，且研究主要集中在不同品種、基因、酶活性以及硝酸鹽的分布特征等幾個(gè)方面。不同科、屬、種和品種的植物，其營(yíng)養(yǎng)器官和繁殖器官內(nèi)的硝酸鹽含量往往差異甚大[23]。趙清巖等[33]研究不同品種菠菜之間草酸、VC、可溶性糖等營(yíng)養(yǎng)成分的含量，結(jié)果表明在各品種間的差異是顯著的。劉敏娜[34]研究了全國(guó)30多種菠菜基因型氮效率的評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法，試驗(yàn)證明不同基因型在相應(yīng)氮水平下氮素吸收與利用效率存在一定的差異。硝酸鹽的累積在植物生長(zhǎng)過(guò)程中是一個(gè)不斷變化的過(guò)程，通常商品收獲期比生理成熟早的植物品種硝酸鹽含量較高[24]?？刂剖卟酥邢跛猁}含量對(duì)于滿足人們高品質(zhì)的生活是必不可少的。

酶是植物體內(nèi)各種生化反應(yīng)進(jìn)行的催化劑，能夠促進(jìn)反應(yīng)快速達(dá)到平衡，其中硝酸還原酶的活性直接關(guān)系到植株體內(nèi)硝酸鹽的累積量。汪建飛等[20]的研究表明，提高營(yíng)養(yǎng)液中硝態(tài)氮的比例可以顯著提高菠菜莖葉中硝酸還原酶（NR）的活性，同時(shí)降低谷氨酸脫氫酶（GDH）的活性，谷氨酰胺合成酶（GS）活性則呈現(xiàn)先升后降的拋物線狀變化規(guī)律。黃俊等[35]對(duì)弱光下白菜進(jìn)行了相關(guān)研究，試驗(yàn)得到了類似的結(jié)論。

3 菠菜營(yíng)養(yǎng)液栽培研究展望

有關(guān)菠菜水培方面的研究相對(duì)較少，而且大多數(shù)試驗(yàn)都是集中于氮素對(duì)品質(zhì)及產(chǎn)量影響方面或生長(zhǎng)環(huán)境調(diào)控研究。綜合分析，尚存在以下幾點(diǎn)不足：①菠菜固然是一種容易累積硝酸鹽和草酸的蔬菜，但同時(shí)也是富含鐵、鈣等人體所需的某些微量元素的重要載體，但長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)于菠菜品質(zhì)調(diào)控主要關(guān)注的是硝酸鹽，而對(duì)VC等其他品質(zhì)指標(biāo)的研究不多；②營(yíng)養(yǎng)液配方有很多，比如：園試配方、華南農(nóng)大A類和B類配方、霍格蘭配方等，但是專門(mén)針對(duì)菠菜專用營(yíng)養(yǎng)液配方的研究較少；③現(xiàn)在所見(jiàn)的有關(guān)菠菜水培營(yíng)養(yǎng)液濃度大多數(shù)都是基于較為著名的一些配方，對(duì)菠菜進(jìn)行變濃度處理探求最適濃度的研究仍不多見(jiàn)；④對(duì)菠菜產(chǎn)量和品質(zhì)的研究不能僅僅局限于營(yíng)養(yǎng)液配比方面，應(yīng)該注重外部其他因子的作用，比如光、溫度、濕度等多因素調(diào)控；⑤菠菜不同生育期所需營(yíng)養(yǎng)液濃度與最適pH值是隨之變化的，目前基本沒(méi)有關(guān)于菠菜水培中不同生育階段營(yíng)養(yǎng)液養(yǎng)分需求動(dòng)態(tài)變化的研究。

蔬菜的工廠化生產(chǎn)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)集約化發(fā)展的重要途徑。菠菜作為群眾喜歡的主要蔬菜種類，采用工廠化生產(chǎn)可以實(shí)現(xiàn)周年供應(yīng)。營(yíng)養(yǎng)液是植物工廠生產(chǎn)的必要條件，研究菠菜生育期營(yíng)養(yǎng)需求過(guò)程及產(chǎn)量和品質(zhì)變化過(guò)程、分析提出菠菜產(chǎn)量和品質(zhì)最優(yōu)的營(yíng)養(yǎng)液配方及營(yíng)養(yǎng)需求過(guò)程線，合理調(diào)控菠菜營(yíng)養(yǎng)液栽培的生長(zhǎng)環(huán)境，對(duì)于實(shí)現(xiàn)低耗高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培具有重要研究?jī)r(jià)值。

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