專利名稱：：一種快速促進(jìn)無土栽培蔬菜體內(nèi)硝酸鹽同化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及蔬菜無土栽培技術(shù)，特別涉及快速促進(jìn)無土栽培蔬菜體內(nèi)硝酸鹽的同化作用，從而在短期內(nèi)降低無土栽培蔬菜體內(nèi)硝酸鹽含量的方法。
背景技術(shù)：
：設(shè)施栽培是北方反季節(jié)蔬菜生產(chǎn)的重要途徑，對滿足冬春季城鄉(xiāng)居民蔬菜需求起著主導(dǎo)作用。我國設(shè)施蔬菜面積已達(dá)300多萬公頃，居世界首位。然而，設(shè)施土壤栽培連作障礙、資源環(huán)境負(fù)效應(yīng)日益嚴(yán)重，蔬菜品質(zhì)化學(xué)物質(zhì)(農(nóng)藥、硝酸鹽)超標(biāo)率高。蔬菜，尤其是葉菜是喜氮作物，吸氮量大，體內(nèi)硝酸鹽易于在蔬菜體內(nèi)累積，含量經(jīng)常高達(dá)4000mg/kg以上，城鄉(xiāng)居民的日攝入量常超過了世界衛(wèi)生組織(WHO)和聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FA0)的限定值。受覆蓋材料和圍護(hù)結(jié)構(gòu)遮光效應(yīng)的影響，設(shè)施內(nèi)光照強(qiáng)度通常低于室外，蔬菜光合速率低，加劇了蔬菜硝酸鹽的累積程度，在連陰天或大氣透明度低的條件下尤為嚴(yán)重。研究表明，過量攝入硝酸鹽容易導(dǎo)致高鐵血紅蛋白癥，或者與二級胺結(jié)合還能形成強(qiáng)致癌物亞硝胺，誘發(fā)人體消化系統(tǒng)的癌變。由于人體攝入硝酸鹽的80%以上來自蔬菜，蔬菜中超標(biāo)的硝酸鹽含量對人類的飲食健康構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。為此，世界各國制定了蔬菜硝酸鹽的限量標(biāo)準(zhǔn)，以保障蔬菜品質(zhì)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(dá)標(biāo)率是當(dāng)前人們普遍關(guān)心的問題，這不僅關(guān)系到人們的飲食健康，也對國家蔬菜出口貿(mào)易具有直接影響。目前，土壤栽培因土壤內(nèi)養(yǎng)分和水分較難控制，使得設(shè)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(zhì)提升困難。蔬菜設(shè)施無土栽培已經(jīng)成為國際上反季節(jié)蔬菜生產(chǎn)的重要方法，在荷蘭、日本、韓國等國已廣泛應(yīng)用。該方法具有可周年生產(chǎn)，蔬菜生長速率高，產(chǎn)量大，設(shè)施環(huán)境和蔬菜根際環(huán)境易于管理的眾多優(yōu)勢，是設(shè)施蔬菜工廠化栽培，特別是植物工廠蔬菜生產(chǎn)的優(yōu)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(biāo)的難題。況且，營養(yǎng)液中氮素水平和有效性較高更易導(dǎo)致硝酸鹽的奢侈吸收和累積超標(biāo)。在過去30年里，科研人員一直基于無土栽培的優(yōu)勢_營養(yǎng)液組成可調(diào)控性進(jìn)行了研究探索，以求獲得有效降低蔬菜硝酸鹽含量的方法?？偨Y(jié)而言，已報道的幾種降低硝酸鹽的營養(yǎng)液控制方法如下(1)用有機(jī)氮如氨基酸和酰氨部分取代營養(yǎng)液中的硝態(tài)氮；(2)在營養(yǎng)液中加入滲調(diào)離子；(3)降低營養(yǎng)液中的硝酸鹽濃度；(4)根據(jù)光強(qiáng)大小調(diào)整營養(yǎng)液中硝態(tài)氮的供應(yīng)水平。上述方法均是過程控制，操作復(fù)雜，效果不穩(wěn)定，常導(dǎo)致常產(chǎn)量降低的負(fù)效應(yīng)。1996年，Mozafar報道了一種降低無土栽培蔬菜硝酸鹽的方法(PlantFoodsforHumanNutrition，1996，49，155-162)，即在采收前用無氮營養(yǎng)液取代栽培營養(yǎng)液(含15mM硝酸銨)。研究結(jié)果表明，幾天處理后可顯著降低菠菜硝酸鹽的含量并提高Vc含量。但是，該方法由于無氮供應(yīng)，常造成產(chǎn)量下降。董曉英和李式軍開展了在采收前減少小白菜營養(yǎng)液中的氮量或在去除硝態(tài)氮的基礎(chǔ)上加入滲調(diào)離子以試圖降低小白菜的硝酸鹽積累的試驗(yàn)(植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2003,9(4):447-451)。結(jié)果表明，在去除營養(yǎng)液中的硝態(tài)氮后，在營養(yǎng)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(yǎng)小白菜硝酸鹽積累的有效措施，3但處理后采收的時間不可推遲太久，只減少營養(yǎng)液中氮肥用量會使產(chǎn)量迅速下降，加入滲調(diào)離子可緩解因去除氮肥引起的小白菜產(chǎn)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(jìn)入同化庫(細(xì)胞質(zhì))，不能從光合層面控制硝酸鹽的同化利用，很可能在實(shí)踐過程中因連陰天等弱光天氣造成處理效果欠佳，達(dá)不到預(yù)期減量目標(biāo)。所以，上述方法只是從單一因子出發(fā)，處理效果不穩(wěn)定且無法控制。硝酸鹽的去除取決于儲存庫減量、同化庫加速和同化酶活性的增加，各環(huán)節(jié)協(xié)同才能穩(wěn)定地短期內(nèi)控制硝酸鹽到理想的水平，而不受天氣情況的左右。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種能夠快速促進(jìn)無土栽培蔬菜硝酸鹽同化的方法，在保證蔬菜產(chǎn)量和質(zhì)量的前提下降低蔬菜體內(nèi)硝酸鹽含量。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案—種快速促進(jìn)無土栽培蔬菜體內(nèi)硝酸鹽同化的方法，在蔬菜采收前的2-5天停止供應(yīng)原栽培營養(yǎng)液，而供給鉬酸鹽處理液，同時通過自然光照和人為補(bǔ)光使光照強(qiáng)度達(dá)到120μmol·m_2·s-1以上，并保證每天光照時間在6-20個小時。高光強(qiáng)條件可顯著增加蔬菜的光合作用，為硝酸鹽同化利用提供充足的碳架和還原劑等原料，使同化庫中硝酸鹽得以快速去除，促使儲存庫中硝酸鹽轉(zhuǎn)移到同化庫達(dá)到降低蔬菜硝酸鹽的目的。鉬酸根離子可提高硝酸還原酶活性，從酶促環(huán)節(jié)增加硝酸鹽的同化速率。同時，增強(qiáng)的硝酸鹽同化所產(chǎn)生的同化產(chǎn)物能滿足短期內(nèi)蔬菜氮營養(yǎng)的需求，因此采用此方法進(jìn)行短期處理過程中無論蔬菜生育期長短對生物量影響不大。在本發(fā)明的方法中，所述鉬酸鹽優(yōu)選為鉬酸銨，銨的添加是降低蔬菜體內(nèi)硝酸鹽含量的一種有效輔助方法。試驗(yàn)中鉬酸根離子的濃度為5X10_5mmol/L，該濃度的0.1_10倍都在有效濃度范圍內(nèi)，即適用濃度為5X10_65X10_4mmol/L。鉬酸鹽處理液可以用自來水、凈化水或蒸餾水來配置，所用的鹽一般要求是化學(xué)純以上級別，避免含有有害元素和干擾元素。鉬酸鹽處理液的供液量為正常營養(yǎng)液量的0.5-1倍的量(按體積計(jì))，以節(jié)省水肥資源。本發(fā)明的方法中，根據(jù)自然光光強(qiáng)進(jìn)行人工補(bǔ)光處理，使光照強(qiáng)度達(dá)到120μmol·πΓ2·S—1以上，最佳為200-800μmol·πΓ2·s"1；處理時間為2-5天，可根據(jù)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(yōu)選為12-20個小時。本發(fā)明方法通過補(bǔ)光和自然光使蔬菜的光照強(qiáng)度達(dá)到一定的閾值，同時使用鉬酸鹽處理液進(jìn)行2-5天的協(xié)同培養(yǎng)處理，生產(chǎn)出低硝酸鹽含量的高品質(zhì)蔬菜。本發(fā)明采用的鉬酸鹽處理液在一定的光強(qiáng)協(xié)同下，能穩(wěn)定可控地顯著降低蔬菜體內(nèi)硝酸鹽的含量。多次試驗(yàn)結(jié)果表明，用該處理液在收獲前替代原栽培營養(yǎng)液可在幾天內(nèi)全面降低蔬菜體內(nèi)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(yōu)點(diǎn)(1)處理時間短，無污染，不降低產(chǎn)量，可全面降低葉片和葉柄內(nèi)硝酸鹽含量；(2)成分簡單，濃度低，節(jié)省了大量的養(yǎng)分資源，降低了成本和人力物力；(3)廢棄處理液環(huán)保，不含氮磷污染物，排放無污染；(4)光強(qiáng)的保證可使硝酸鹽降低效果可控性顯著提高，具有準(zhǔn)確的應(yīng)用效果；(5)廣泛適用于設(shè)施蔬菜無土栽和植物工廠蔬菜生產(chǎn)。具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例進(jìn)一步對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例11.1試驗(yàn)材料、試驗(yàn)設(shè)計(jì)育苗在育苗盤中放入蛭石，播種意大利生菜種子(全年耐抽薹生菜)，澆水育苗。出苗后澆營養(yǎng)液，促進(jìn)生長。在幼苗長至35天后進(jìn)行移栽處理。將生菜植株移栽到小型無土栽培床上繼續(xù)培養(yǎng)，采用全營養(yǎng)液進(jìn)行栽培。小型栽培床容積21升，用AtmanEP-9000氣泵通氣(創(chuàng)星電器有限公司)。培養(yǎng)21天后到移栽到實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)盆長X寬X高為30CmX20CmX12Cm，體積為7升。試驗(yàn)于2009年4月24日移栽培養(yǎng)，每盤生長4株苗，處理3天，每天光照時間12個小時以上，用AtmanEP-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(nèi)平均光強(qiáng)小于80μmoli^sl荷蘭產(chǎn)光譜儀測定)。試驗(yàn)共設(shè)3個處理處理1，全營養(yǎng)液(含4mmol/L硝態(tài)氮)；處理2，鉬酸銨(50XlO—mmo1/L)；和處理3，蒸餾水。全氮營養(yǎng)液配方0.75mmol·L^1K2SO4；0.5mmol·IZ1KH2PO4；0.65mmol·IZ1MgSO4；0.Immol·!/1KCl；0.5mmol·IZ1CaCI2；2.Ommol·L-1NH4NO3；1.0Xl(T3mmol·L-1H3BO3；1.0Xl(T3mmol·L-1MnSO4；1.OXl(T4mmol·L-1CuSO4；5.0Xl(T6mmol·I^1(NH4)6M07O24；1.OXl(T3mmol·L-1ZnSO4；0.Immo1·L^1EDTA-Fe(FeSO4·7H20+EDTA)。營養(yǎng)液的起始pH值為6.0。1.2試驗(yàn)結(jié)果與分析由表1可知，在處理期內(nèi)較低光照條件下，處理對生菜的葉綠素含量無影響(表1)。通常，作物葉片的葉綠素含量與其氮素營養(yǎng)水平呈正相關(guān)。可斷定生菜的氮素營養(yǎng)未受到處理液的影響。與全營養(yǎng)液處理相比，鉬酸銨(50X10_6mmol/L)處理液顯著降低了生菜葉片內(nèi)的硝酸鹽含量，比全營養(yǎng)液降低了35.6%。這表明，低光條件下鉬酸銨處理液在降低生菜硝酸鹽含量的作用有效，可能與其多種作用機(jī)理有關(guān)。蒸餾水處理未能顯著降低生菜體內(nèi)的硝酸鹽含量，表明無氮無營養(yǎng)元素的處理液并不能有效降低生菜中的硝酸鹽含量。表1不同處理液對生菜葉片SPAD和硝酸鹽含量的影響葉片硝酸鹽含量^處理葉片SPAD(mg/kg)117.2a103lab215.5a664c315.8a1216a注表內(nèi)同一列中，不同小寫字母(a、b和c)表示處理間的差異顯著性，ρ<0.05。實(shí)施例22.1試驗(yàn)材料、試驗(yàn)設(shè)計(jì)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(biāo)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)。采用光譜儀進(jìn)行光強(qiáng)的測定。試驗(yàn)共設(shè)兩個光照強(qiáng)度高光照強(qiáng)度(120-800μmol·πΓ2-s"1)和低光照強(qiáng)度(遮陰，光照降低50%左右，光強(qiáng)范圍60-400μmol·m_2·s—1)；每個光照處理下分為2個子處理處理1，全營養(yǎng)液(含lOmmol/L硝態(tài)氮)；處理2，鉬酸銨，5X10_5mmol/L；每天光照時間10小時以上。全營養(yǎng)液配方5·Ommol·IZ1Ca(NO3)2；0.75mmol·L-1K2SO4；0.5mmol·L-1KH2PO4；0.Immol·L-1KCl；0.65mmol·L-1MgSO4；1.0Xl(T3mmol·L-1H3BO3；1.0Xl(T3mmol·L-1MnSO4；1.OXl(T4mmol·L-1CuSO4；5.0Xl(T6mmol·I^1(NH4)6M07O24；1.OXl(T3mmol·L-1ZnSO4；0.Immo1·L^1EDTA-Fe(FeSO4·7H20+EDTA)。營養(yǎng)液的起始pH值為6.0。試驗(yàn)蔬菜材料為生菜，品種為意大利生菜，定植后時間2009年11月15日，由栽培床水培，2010年1月21日開始，將收獲前生菜移栽進(jìn)行處理液試驗(yàn)。采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(nèi)裝21升處理液或營養(yǎng)液(各處理見表2)。長方形小型栽培床長X寬X高為IOOcmX30cmX6cm，容積21升，每盤生長4株生菜，中間為通氣孔，用AtmanEP-9000氣泵通氣(創(chuàng)星電器有限公司)。表2試驗(yàn)各處理營養(yǎng)液或處理液組成及濃度處理液編號處理液組方濃度(mmol/L)全營養(yǎng)液通常濃度2鉬酸銨5X10—52.2試驗(yàn)結(jié)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(yǎng)液相比，處理液對生菜新葉和展開葉SPAD無影響。由于SPAD值與植物葉片全氮含量成正相關(guān)，故此本試驗(yàn)結(jié)果表明生菜葉片氮營養(yǎng)不受各種處理液的影響。由此，短時間該處理液處理對生菜的營養(yǎng)健康和生物量不會產(chǎn)生負(fù)面影響。表3不同處理液處理下生菜新葉和展開葉SPADI低光照高光照處理液種類---展開葉新葉展開葉新葉114.6b14.1b19.6a16.7a218.6a15.8a19.0a17.5a注表內(nèi)同一列中，不同小寫字母(a和b)表示處理間的差異顯著性，ρ<0.05。(2)不同處理液處理后生菜新葉、展開葉和葉柄硝酸鹽含量由表4可知，與全營養(yǎng)液相比，處理液顯著地降低了生菜新葉、展開葉和葉柄各部位的硝酸鹽含量。光強(qiáng)高低對處理液降低生菜各部位硝酸鹽含量有顯著影響。低光強(qiáng)下，處理液對新葉、展開葉和葉柄硝酸鹽含量的降低幅度達(dá)到65.6%，49.4%和25.5%。而在高光強(qiáng)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(dá)到72.9%，81.8%和68.9%。就硝酸鹽降幅平均值而言，與低光強(qiáng)條件下相比，高光強(qiáng)條件下生菜的新葉、展開葉和葉柄中硝酸鹽含量的降低幅度高出7.3、32.4和43.4個百分點(diǎn)。因此，在處理過程中，保證一定的光照強(qiáng)度是非常必要的，適宜的光強(qiáng)可提升鉬酸鹽處理液在降低生菜中硝酸鹽含量的效率。表4不同處理液處理后生菜新葉、展開葉和葉柄硝酸鹽含量<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>注表內(nèi)同一列中，不同小寫字母(a和b)表示處理間的差異顯著性，ρ<0.05。權(quán)利要求一種快速促進(jìn)無土栽培蔬菜體內(nèi)硝酸鹽同化的方法，在蔬菜采收前的2-5天停止供應(yīng)原栽培營養(yǎng)液，而供給鉬酸鹽處理液，同時通過自然光照和人為補(bǔ)光使光照強(qiáng)度達(dá)到120μmol·m-2·s-1以上，并保證每天光照時間在6-20個小時。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鉬酸鹽為鉬酸銨。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鉬酸鹽處理液中鉬酸根離子的濃度為5X1CT65Xl(T4mmol/L。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鉬酸鹽處理液的供液量為栽培營養(yǎng)液供液量的0.5-1倍。5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述光照強(qiáng)度為200-800ymolm_2s—1。6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，每天光照時間為12-20個小時。全文摘要本發(fā)明公開了一種快速促進(jìn)無土栽培蔬菜體內(nèi)硝酸鹽同化的方法，在蔬菜采收前的2-5天停止供應(yīng)原栽培營養(yǎng)液，而供給鉬酸鹽處理液，同時通過自然光照和人為補(bǔ)光使光照強(qiáng)度達(dá)到120μmol·m-2·s-1以上，并保證每天光照時間在6-20個小時。本發(fā)明采用的鉬酸鹽處理液在一定的光強(qiáng)協(xié)同下，能穩(wěn)定可控地顯著降低蔬菜體內(nèi)硝酸鹽的含量，與現(xiàn)有的處理方法相比，具有處理時間短，無污染，不降低產(chǎn)量，可全面降低葉片和葉柄內(nèi)硝酸鹽含量，節(jié)省養(yǎng)分資源等優(yōu)點(diǎn)，廣泛適用于設(shè)施蔬菜無土栽培模式和植物工廠蔬菜生產(chǎn)。文檔編號A01G31/00GK101828508SQ20101016445公開日2010年9月15日申請日期2010年4月30日優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日發(fā)明者劉文科,楊其長申請人:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所