海藻渣对菠菜生长和品质的影响

沈虹++王磊++苗艳++尤超++汪亚++刘涛++孙朋朋++孙锦

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2016.10.051

摘要：以不添加海藻渣的成品醋糟基质为对照，将海藻渣和成品醋糟基质按不同体积比混配，设置15个处理，研究海藻渣对菠菜生长和品质的影响。结果表明，随着海藻渣用量的增加，与CK相比，除T2无变化外，各处理的混配基质容重均呈上升趋势；与CK相比，总孔隙度均有增加；通气孔隙呈增加趋势（T1、T5除外）；T1～T7处理的持水孔隙有所增加，而T8～T14的持水孔隙有所下降；此外与CK相比，基质pH值、电导率值、总氮含量均有所增加。与CK相比，菠菜的地上部鲜质量呈先降低（T1～T6）后增加（T7～T11）再降低（T12～14）的趋势；地上部干质量与地上部鲜质量变化趋势相似；根鲜质量和根干质量变化幅度较大。当海藻渣添加量为15%时，菠菜干、鲜质量最大，产量最高；醋糟基质中添加海藻渣可明显降低菠菜中硝态氮和亚硝态氮的含量而且随着海藻渣添加量的增加而降低；添加15%海藻渣混配基质栽培菠菜可显著提高菠菜植株体内的可溶性蛋白和有机酸含量，而对可溶性糖和草酸含量影响不显著。

关键词：海藻渣；菠菜；生长；品质；孔隙度；硝酸盐

中图分类号： S636.104文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）10-0196-04

收稿日期：2015-09-02

基金项目：江苏省宿迁市科技计划（编号：L201309）；江苏省重大创新载体项目（编号：BY2011012）；江苏省前瞻性联合研究项目（编号：BY2013071）；江苏省农业三新工程（编号：SXGC[2014]256、SXGC[2015]270）；江苏省宿迁市科技基础设施建设项目（编号：M201419）。

作者简介：沈虹（1986—），女，江苏宿迁人，硕士，助理研究员，从事蔬菜遗传育种与生物技术研究。E-mail：sh1006604@126.com。

通信作者：孙锦，博士，副教授，主要从事设施园艺及蔬菜生理研究。Tel：（0527）84834100；E-mail：jinsun@njau.edu.cn。海藻渣是指海藻酸钠生产过程中，浸泡后的海带经过碱液消化，粗过滤得到的不溶性组分及胶液经稀释、发泡、漂浮后得到的悬浮性固体组分[1]。作为一种海洋资源利用后的工业废弃产物，海藻渣特有的有效活性成分，含粗蛋白约20%、粗纤维约50%、灰分约3%[2]。方金等研究发现，纯海藻渣营养元素含量高于纯草炭和蛭石[3]。目前有关海藻渣的利用已逐渐引起人们的关注，包括有机肥料生产[2]、育苗基质的制备[3]、岩藻聚糖硫酸酯的提取[4]、乙醇的制备[5-6]、渔用饲料和动物饲料[7]、膳食纤维原料[8]等。张俊杰等就海藻渣在吸附剂、堆肥生产有机肥、膳食纤维原料等方面进行了展望[1]；李悦等研究发现，海藻渣发酵生产的有机肥可明显改善白菜的生长性状[2]；方金等研究发现，特定比例的海藻渣和草炭、蛭石混配应用于黄瓜育苗，有利于黄瓜幼苗的生长和营养品质的提升[3]。这些研究表明，海藻渣富含有机质、水分和营养元素，具有成为育苗及栽培基质的应用潜力。

菠菜（Spinacia oleracea L.）是一种重要的经济作物，营养价值极高，被人们誉为“蔬菜之王”。目前，我国蔬菜生产中氮肥施用量过高造成了一些蔬菜，特别是叶菜类蔬菜硝酸盐含量过高。已有研究表明，菠菜是喜硝作物，很容易累积硝酸盐，属于高硝酸盐累积型蔬菜[9]。硝酸盐进入人体后可还原成亚硝态氮，进入血液将血红蛋白中的低铁氧化成高铁，使人患高铁血红蛋白症，并且硝酸盐是致癌物亚硝胺的前体，易诱发人体消化系统癌变[10]。草酸是植物体内普遍存在的一种组分，但在蔬菜作物中积累的草酸却被认为是人体的一种毒素和抗营养因子，人体长期摄入富含草酸的蔬菜可能会引起Ca、Fe、Mg、Cu等矿质元素的缺乏以及一系列疾病[10-11]。菠菜已被证实含有草酸，属于草酸累积型蔬菜[12-13]。因此，降低菠菜中硝酸盐和草酸含量一直是菠菜生产中面临的主要问题。研究表明，海藻提取物具有降低菠菜体内硝酸盐含量的作用[14]，然而，关于海藻渣作为无土栽培基质组分进行蔬菜生产的报道很少。本试验以醋糟基质为主料，按照不同的比例添加海藻渣进行混配，研究海藻渣对菠菜生长和品质的影响，以期筛选出适宜菠菜生长并且能够改善其品质的海藻渣基质配方，为海藻渣在蔬菜作物栽培中的利用提供试验依据。

1材料与方法

1.1试验材料

试验所用发酵腐熟的海藻渣原料由山东洁晶集团股份有限公司提供，成品醋糟基质由镇江培蕾基质科技发展有限公司提供。成品醋糟基质容重为0.29 g/cm3，孔隙度为 61.58%，pH值为6.55，电导率值为2.10 mS/cm，氮含量为6.18 g/kg。海藻渣的容重为0.657 g/cm3，总孔隙度为6751%，水气比为16.06，pH值为7.33，电导率为 17.43 mS/cm，氮为3.06%。试验选用的菠菜品种为全能菠菜，种子购自市场。

1.2试验方法

试验于2014年10月至2015年2月在南京农业大学牌楼试验基地进行。将成品醋糟基质和海藻渣按不同体积比例混配，设置15个处理，即海藻渣添加量分别是0、1%、2%、3%、4%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%，以不添加海藻渣的成品醋糟基质为对照（CK）。

选出饱满、整齐一致的菠菜种子，先在50 ℃温水中浸种2 h，再在室温下浸种22 h，置于铺有2层滤纸的培养皿中，在18 ℃恒温箱中黑暗催芽。采用完全随机区组试验设计方法，选取发芽一致的种子播种于15孔穴盘，每穴1粒，每处理播种1盘，重复3次。每隔2 d于上午浇灌清水1次，以不渗出穴盘为准，整个栽培期间不施用任何肥料。温室内的温度 28～18 ℃、光—暗周期10 h—14 h、白天平均光照强度为 400 μmol/（m2·s）。

1.3测定项目与方法

1.3.1基质理化性质分别在播种前和采收后取各处理混配的基质样品，过2 mm筛，置于阴凉处风干，测定各处理基质的理化性状。参照郭世荣的方法测定基质的容重与孔隙度[15]，采用浸提法测定基质电导率值和pH值[16]，采用凯氏定氮法测定全氮含量[17]。

1.3.2生长指标菠菜植株9张真叶时，每个处理随机取样3株，将植株携带的基质用自来水冲洗2～3次，再用无菌蒸馏水清洗2次，用吸水纸吸干后称量全株鲜质量、地上部鲜质量、地下部鲜质量；105 ℃杀青15 min，75 ℃烘干至恒质量称量全株干质量、地上部干质量、地下部干质量。

1.3.2品质指标随机选取菠菜植株从心叶往下数第4、第5张真叶，洗净并测定品质指标，所有指标均重复测定3次，取其平均值。新鲜叶片剪去主叶脉，其余部分剪碎混合，用于各品质指标的测定。采用水杨酸法测定硝酸盐含量[18]；胺光法测定亚硝酸盐含量[19]；酸碱滴定法测定有机酸含量[18]；考马斯亮蓝染色法测定可溶性蛋白含量[18]；蒽酮比色法测定可溶性糖含量[18]；高效液相色谱法测定草酸含量[20]。

1.4数据分析

采用Microsoft Excel 2007软件进行数据分析、绘图，用SAS软件进行单因素方差分析，并对平均数用Duncans新复极差法（P<0.05）进行多重比较。

2结果与分析

2.1海藻渣混配基质的理化性状

由表1可知，15个处理基质容重在0.29～0.51 g/cm3，总孔隙度在61.58%～71.22%之间。郭世荣等认为，小于 0.25 g/cm3 属于低容重基质，0.25～0.75 g/cm3属于中容重基质，大于0.75 g/cm3属于高容重基质[21]。15个处理基质容重和总孔隙度都在蔬菜无土栽培的理想基质范围内（容重和总孔隙度分别为0.1～0.8 g/cm3和54%～96%）[21]。通过对比栽培前后容重变化情况发现T2、T4～T9、T11处理的容重变化幅度较小，为0～0.02 g/cm3，小于或等于CK的变化值，说明添加海藻渣量为2%～25%之间时基质容重稳定性较好。其中，纯成品醋糟基质（CK）的容重较小，随着基质中海藻渣添加量的增加（CK→T14），与CK相比，各处理的基质容重呈上升趋势（除T2外）。而且随着海藻渣添加量的增加，与CK相比，各处理的基质总孔隙度均有增加，通气孔隙呈增加趋势（T1、T5除外），T1～T7处理的持水孔隙有所增加，而T8～T14的持水孔隙有所下降。

由表2可知，随着海藻渣含量的增加，与CK相比，基质pH值、电导率值、总氮含量均有所增加。pH值栽培前后差异不大，说明混配基质缓冲性较好。

2.2海藻渣混配基质对菠菜生长的影响

由表3可知，随着海藻渣用量的增加，与CK相比，菠菜的地上部鲜质量呈先降低（T1～T6）后增加（T7～T11）再降低（T12～T14）的趋势；与CK相比，地上部干质量也呈类似趋势；根鲜质量和根干质量变化幅度较大。其中，15%海藻渣添加量（T7）的地上部鲜质量和干质量显著高于其他组，与CK相比分别提高77.27%和71.09%；全株鲜质量和干质量与CK相比分别提高 63.42% 和59.30%，而根鲜质量和干质量是10%海藻渣添加量（T6）最大，但与15%海藻渣添加量（T7）差异不显著。可见，T7处理是适宜菠菜生长的基质配比。

2.3海藻渣混配基质对菠菜全氮含量的影响

由表4可见，醋糟基质中添加海藻渣可明显降低菠菜植株中硝态氮和亚硝态氮的含量。随着海藻渣添加量增加硝态氮含量降低至0.95 mg/g。经方差比较分析发现，添加海藻渣后各处理的硝态氮和亚硝态氮含量与CK均存在显著差异（T10和T12的硝态氮含量除外）， 说明在一定范围内添加海藻渣可显著降低菠菜植株的硝态氮、亚硝态氮含量，其中T7处理（海藻渣添加量为15%时）的菠菜植株硝态氮、亚硝态氮含量均表现出低水平。

2.4海藻渣混配基质对菠菜品质的影响

由表5可以看出，添加15%海藻渣混配基质栽培菠菜可显著提高菠菜植株体内的可溶性蛋白和有机酸含量，分别比对照提高99.32%和49.93%，而对可溶性糖和草酸含量没有显著影响。

3结论与讨论

随着无土栽培技术的迅速发展，园艺基质需求激增，因地制宜开采利用当地有机废弃物资源，已经成为我国设施农业发展的迫切需求以及作物栽培介质的重要发展方向[22]。醋糟基质是优质园艺基质，其营养丰富，但是纯醋糟基质酸性强、颗粒粗、通气孔隙度大、保水保肥性差，不宜单独作为基质使用，目前多采用醋糟复配基质生产[23]。海藻渣是一种海洋资源利用后的工业废弃产物，资源丰富，具有较高的营养成分。将海藻渣和醋糟基质混配进行园艺作物育苗及栽培具有广阔的应用前景。

固体基质栽培成功的关键是要具备较好的理化性状，符合作物的生长要求[16]。基质物理性状主要有容重、总孔隙度、通气孔隙和持水孔隙等，这些指标直接反映了基质中水分和空气的含量。本研究结果显示，在醋糟基质中添加一定量的海藻渣基质，使混配基质的容重增加、通气孔隙增加、持水孔隙降低，这可能是因为海藻渣容重较高、颗粒较大，在增加了混配基质通气孔隙度的同时，降低持水孔隙度。可见，适量的海藻渣在一定程度上协调了通气孔隙和持水孔隙的比例。

除了物理性状，基质的化学性状也对植物生长起着至关重要的作用。pH值以呈中性或者弱酸性为宜，因在碱性条件下微量元素的有效性降低。本试验添加海藻渣，使得混配基质的pH值增加，因此海藻渣的添加量要适宜，以便把pH值控制在作物需求范围内。电导率值是有机废弃物基质应用于育苗或栽培基质的主要限制因子[24]。电导率值过低，表示水溶离子总浓度过小，不能为作物提供充足的矿质元素；电导率值过高，可能导致植物出现烧根现象，不能保证植物正常生长[25]。刘超杰等根据Abad等测定电导率值的方法[26]，估算基质与水比例1 ∶5（质量 ∶体积）测定时，理想基质的电导率值上限应为6.5 mS/cm[27]。本试验中，添加海藻渣混配基质的电导率值均小于4.3 mS/cm，符合刘超杰等提出的有机基质电导率值质量标准[27]。基质养分供应对作物生长具有举足轻重的作用，直接影响作物的产量和品质，本试验结果表明，醋糟基质中添加海藻渣使混配基质中氮含量增加，但并非氮含量最高的处理组菠菜产量最高。因此，选择调配育苗基质时，要综合考虑基质的各项理化性状，不能单纯通过氮含量或某项指标的高低来衡量。

试验表明基质特性是影响作物生长的制约因素，基质材料的配比不同，幼苗的地上部与地下部的干物质量、光合作用、营养品质等也不相同[28]。本研究结果也表明，不同配比的海藻渣和醋糟混配基质对菠菜生长和品质的影响也不同。已有研究表明，海藻提取物含有丰富的氨基酸、矿物质、多糖、维生素及生物活性物质，具有促进作物生长发育、增强抗逆性、提高产量、改善品质的作用[29-30]。本研究发现添加一定比例的海藻渣可明显促进菠菜的地上部及地下部鲜质量和干质量的增加，提高菠菜的产量。研究表明，海藻提取物能够促进植物生长，这与其含有丰富的生物活性物质、大量元素和微量元素有密不可分的关系[31]。赵鲁等研究发现，海藻提取物可以显著促进生菜对氮、磷、钾的吸收，显著提高茎粗、根长、株高、叶片数、干鲜质量[31]。方金等研究也发现，添加海藻渣的蛭石和草炭混配基质，不仅增加了混配基质中的营养元素含量，也使混配基质的容重、水气比等物理性质得到改善，从而促进黄瓜幼苗的生长[3]。由此可以推断，海藻渣营养元素丰富，含有特有的活性物质，因此添加一定比例海藻渣的醋糟基质能够促进菠菜生长。

硝酸盐及亚硝酸盐对人体的危害已被大量研究所证实[32-33]。菠菜属于喜硝作物，很容易累积硝酸盐及亚硝酸盐[34]。硝酸盐在蔬菜中的累积取决于根、茎、叶对硝酸盐的吸收与输送以及对硝态氮（NO3-N）的同化作用[35]。除了选育低硝酸盐累积品种外，农艺措施在降低蔬菜硝酸盐含量上具有重要的作用[36]。本研究发现，添加海藻渣可显著降低菠菜中硝酸盐及亚硝酸盐的含量。孙锦等研究发现，海藻提取物能显著降低菠菜硝酸盐含量、并且海藻提取物用量与硝酸盐含量呈直线负相关，并认为海藻提取物能降低菠菜硝酸盐含量是因为增强了硝酸还原酶的活性，在硝酸还原酶的作用下，促进菠菜体内积累的硝酸盐转化或代谢[14]。本研究中海藻渣显著降低了硝酸盐、亚硝酸盐含量，是否与之降低硝酸还原酶活性有关，还需要进一步研究。可溶性蛋白、有机酸、可溶性糖、硝酸盐和草酸是反映菠菜营养品质的重要指标，其含量直接决定着菠菜口味，并对后期的贮藏和运输有着重要影响。已有的研究表明海藻提取物对蔬菜具有提早采收、增加产量、改善品质的作用[37-39]。本研究也发现，添加15%海藻渣可显著提高菠菜可溶性蛋白和有机酸的含量，说明海藻渣在一定程度上可改善菠菜的品质。

综上所述，将海藻渣加入醋糟基质中，不仅使混配基质的容重、水气比等物理性质得到改善，还可增加混配基质中的营养元素含量，其中添加15%海藻渣的醋糟混配基质，不仅有效改善了混配基质的容重、孔隙度、pH值、电导率值等理化性质，而且促进菠菜生长，提高产量，并且有效降低了菠菜植株体内的硝酸盐、亚硝酸盐含量，提高了品质，这对解决菠菜生产中硝酸盐、亚硝酸盐积累超标的问题提供了重要依据。

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