李貴春 唐政 包敏輝 黎小椿 黃友雪 蘇輝蘭 李忠芳

摘要：【目的】研究不同有機物配比基質(zhì)及生活污水灌溉量下栽培生菜的品質(zhì)差異，為無土栽培生產(chǎn)蔬菜過程中合理利用生活污水，節(jié)約生產(chǎn)成本，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)?！痉椒ā恳愿收嵩?、草炭、蛭石和珍珠巖為原料，按不同體積比（蔗渣∶草炭∶蛭石∶珍珠巖=3∶3∶1∶1，5∶3∶1∶1，7∶3∶1∶1）混合成3種配比的基質(zhì)，對比分析不同生活污水灌溉量（2.250、3.375和4.500 L）對無土栽培生菜生長效應(yīng)的影響。【結(jié)果】生活污水灌溉量對不同基質(zhì)栽培的生菜生長及品質(zhì)有明顯影響，中等灌溉量（3.375 L）及中量蔗渣配比（5∶3∶1∶1）下，生菜鮮重和可溶性糖含量顯著高于其他處理（P<0.05，下同）。生菜無土栽培的最佳基質(zhì)配方為甘蔗渣∶草炭∶蛭石∶珍珠巖之比為5∶3∶1∶1，在該基質(zhì)配方下，生活污水灌溉總量為3.375 L時，生菜的鮮重（19.88 g/株）、可溶性糖含量最高（33.46 mg/kgFW），而當(dāng)灌溉總量為4.500 L時生菜生長期葉綠素含量最高（0.8547 mg/gFW）。各指標(biāo)的相關(guān)性分析結(jié)果表明，生菜鮮重與可溶性糖含量呈顯著正相關(guān)，葉綠素含量與硝酸鹽含量呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），表明關(guān)鍵內(nèi)含物與生長性狀間的協(xié)同促進作用。生活污水灌溉會造成植株硝酸鹽含量增加，完全污水灌溉無土栽培生菜硝酸鹽含量高達2560.73 mg/kgFW?！窘Y(jié)論】謹慎使用生活污水灌溉，合理有機物配比下可提高蔬菜產(chǎn)量。生菜的可溶性糖和葉綠素含量是其生長狀況的關(guān)鍵指標(biāo)。

關(guān)鍵詞： 生菜;有機物基質(zhì);配比;生活污水灌溉;安全生產(chǎn)

中圖分類號： S636.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)志碼： A 文章編號：2095-1191（2019）10-2257-06

Differences in growth and quality of lettuce cultivated on varied organic substrate ratios and domestic sewage irrigation amounts

LI Gui-chun1， TANG Zheng2*， BAO Min-hui2，3， LI Xiao-chun2， HUANG You-xue2，

SU Hui-lan2， LI Zhong-fang2*

（1Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing? 100081， China; 2College of Food and Bioengineering， Hezhou University， Hezhou， Guangxi&nbsp; 542899， China; 3Agricultural Research Institute of Beihai， Beihai， Guangxi? 536000 ，China）

Abstract：【Objective】By studying the differences in the quality of cultivated lettuce under different organic substrate ratios and domestic sewage irrigation amounts， it would provide reference for utilizing domestic sewage， saving production costs during soilless culture and realizing sustainable development of agriculture. 【Method】With bagasse， peat， vermiculite and perlite as raw materials， according to the different volume ratios（bagasse∶peat∶vermiculite∶perlite=3∶3∶1∶1， 5∶3∶1∶1，7∶3∶1∶1）， they were mixed into three kinds of matrixes， the different effects of sewage irrigation amount on soilless cultivation of lettuce growth were studied. 【Result】The amount of domestic sewage irrigation had a significant effect on the growth and quality of lettuce growing on different substrates. The fresh weight and soluble sugar content of vegetables under medium irrigation（3.375 L） and medium bagasse ratio（5∶3∶1∶1） were significantly higher than those under other treatments（P<0.05， the same below）. The analysis showed that the optimal formula for soilless culture of le-ttuce was： The ratio of substrate bagasse∶peat∶vermiculite∶perlite was 5∶3∶1∶1. Under this substrate ratios， when the total amount of domestic sewage irrigation was 3.375 L， the fresh weight（19.88 g/plant） and soluble sugar content（33.46 mg/kgFW） of lettuce were the highest. When the total growth time of lettuce was 4.500 L， the content of chlorophyll（0.8547 mg/gFW） was the highest. Correlation analysis of each index showed that there was a significant positive correlation between fresh weight and soluble sugar， and extremely positive correlation between chlorophyll content and nitrate content in lettuce， indicating synergistic effect between key inclusions and growth traits. Irrigation of domestic sewage would increase the nitrate content of the plant， and the nitrate content of the soilless lettuce in the complete sewage irrigation was as high as 2560.73 mg/kgFW. 【Conclusion】Careful use of domestic sewage irrigation and reasonable biomass carbon ratio can increase vegetable yield. Under the experimental conditions， soluble sugar and chlorophyll contents are key indexes for lettuce growth.

Key words： lettuce; organic matter matrix; ratio; domestic sewage irrigation; safe production

0 引言

【研究意義】《中國可持續(xù)發(fā)展水資源戰(zhàn)略研究綜合報告》（錢正英，2001）指出，我國水資源的總體戰(zhàn)略必須以水資源的可持續(xù)利用支持經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，建議防洪減災(zāi)、農(nóng)業(yè)用水、生態(tài)環(huán)境建設(shè)等多個方面實行戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)變。近年來，我國工農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，用水量不斷增長，然而淡水資源非常有限，矛盾日益突出，迫切需要尋求開發(fā)新的可利用水源（劉小楠等，2009）。生活污水是人們?nèi)粘Ｉ钪袕淖簟⒐苍O(shè)施等人為活動場所排出的水，常含有泥沙、油脂、皂液、果核、紙屑和食物屑等，其有別于工業(yè)廢水，通常水量大、水質(zhì)水量穩(wěn)定，一般不含有毒物質(zhì)（盧金濤，2012）;生活污水中主要含有總磷（TP）、總氮（TN）、氨態(tài)氮（NH4+_N）和化學(xué)需氧量（COD）等物質(zhì)（劉楠，2010），會引起水體富營養(yǎng)化，其中，氮、磷、鉀和其他多種中微量營養(yǎng)元素及有機質(zhì)經(jīng)處理后可作為一種廉價液體肥料用于農(nóng)業(yè)灌溉。水培系統(tǒng)是一種頗具發(fā)展前景的食品生產(chǎn)和廢水處理生物技術(shù)（Prazeres et al.，2017），通過配套技術(shù)使生活污水轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)業(yè)用水，可減緩用水壓力，提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)?！厩叭搜芯窟M展】有研究認為，合理利用污水對農(nóng)作物進行灌溉，植物可大量吸收其營養(yǎng)元素，從而得到良好的生長，達到增產(chǎn)的同時減少化肥用量（Carvalho et al.，2018），尤其是氮素是提高產(chǎn)量的關(guān)鍵，研究表明栽培液中有機氮的含量與農(nóng)作物產(chǎn)量成正比（Petropoulos et al.，2016）。但也有研究表明長期灌溉會由于硝態(tài)氮（NO3-N）的淋洗、病原菌和重金屬的積累而造成土壤和地下水污染（Yadav et al.，2002）。目前對生活污水的再生利用是開源節(jié)流、減輕水體污染程度、改善生態(tài)環(huán)境及解決淡水資源匱乏的有效途徑之一（劉雅文等，2018）。近20年來，生活污水在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域上的研究利用非?；钴S，且主要集中在農(nóng)田灌溉方面（錢正英，2001;楊華鋒，2005），但對植物生長與作物品質(zhì)的影響結(jié)論不一致，或是易導(dǎo)致硝酸鹽含量過高（夏偉立等，2005），或直接灌溉增產(chǎn)效果欠佳（Emongor and Ramolemama，2004）等問題，其關(guān)鍵在于尋找一種最適宜的栽培模式。【本研究切入點】已有研究鮮見關(guān)于生活污水對果蔬生長效應(yīng)的影響報道。本研究結(jié)合當(dāng)?shù)刭Y源優(yōu)勢，以制糖過程中產(chǎn)生的甘蔗渣為栽培基質(zhì)主成分，利用豐富、廉價且C/N含量高的甘蔗渣，經(jīng)處理后作為蔬菜無土栽培基質(zhì)。【擬解決的關(guān)鍵問題】無土栽培條件下，探討以生活污水作為灌溉水對蔬菜生長的影響，為利用地方特色資源解決栽培基質(zhì)優(yōu)選及成本高的問題，以及為無土栽培生產(chǎn)蔬菜過程中合理利用生活污水，節(jié)約生產(chǎn)成本，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

試驗用栽培植物為生菜種子培育的生菜（var. ramosa Hort.）。無土栽培基質(zhì)原材料及其來源分別為：甘蔗渣取自賀州市某甘蔗加工廠，草炭、蛭石和珍珠巖購于賀州市花卉栽培基地。栽培花盆規(guī)格為口徑×低徑×高度=17.0 cm×12.3 cm×15.3 cm。生活污水采自賀州市周邊污水溝，主要為家庭生活污水。

1. 2 試驗方法

1. 2. 1 生活污水取樣 試驗前對灌溉用生活污水水質(zhì)進行檢測。一次性取回生活污水，取適量檢測污水中TN、TP、COD和pH。采用重鉻酸鉀氧化法測定COD（國家環(huán)保局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會，1989）;用納氏試劑分光光度法測定NH4+_N含量（國家環(huán)境保護總局水和廢水監(jiān)測分析方法編委會，2002）;鉬銻抗分光光度法測定TP含量（趙瓊美，2004）。生活污水中的COD、NH4+_N、TP和pH的檢測結(jié)果分別為132.15 mg/L、13. 896 mg/L、2.45 mg/L和7.86。

1. 2. 2 試驗設(shè)計 無土栽培基質(zhì)的選取和處理方法具體為：將甘蔗渣剪碎，加自來水至70%持水量，再加入EM菌懸液，混勻，裝入塑料袋中密封、發(fā)酵1個月。根據(jù)中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所對有機生態(tài)無土栽培系統(tǒng)基質(zhì)的要求，適宜混合基質(zhì)的標(biāo)準為有機物與無機物之比按體積計最大可至8∶2（Putra and Yuliando，2015），有機質(zhì)占40%～50%，容重0.30～0.65 g/cm3，總空隙度>85%，C/N約30，pH 5.8～6.4，總養(yǎng)分量3～5 kg/m3。參考上述標(biāo)準，將發(fā)酵好的甘蔗渣（V1）、草炭（V2）、珍珠巖（V3）和蛭石（V4）的體積比設(shè)為3個不同配方，由于本研究目的是探討栽培基質(zhì)中有機物料組成差異對作物生長的影響，因此配方中珍珠巖與蛭石的比值不變，其中配方A為3∶3∶1∶1，配方B為5∶3∶1∶1，配方C為7∶3∶1∶1，D為土壤。如表1所示，試驗共設(shè)9個栽培基質(zhì)配比及生活污水灌溉量處理，每處理3次重復(fù)，以土壤栽培無生活污水灌溉作為對照。

選取高度約5 cm，長勢基本相同的健壯生菜幼苗移植到裝有不同基質(zhì)的花盆中，每盆2株，澆少量自來水定根。將移植好生菜的花盆放入溫室內(nèi)，室溫控制在15～17 ℃。生菜生長過程中每隔2 d澆一次生活污水，控制每次每盆澆水總量為300 mL，按試驗方案澆灌生活污水后不足部分補充清水，以消除灌水量不同造成的影響。

1. 2. 3 測定項目及方法 待生菜移植入盆1個月后采收樣品，用蒸餾水清洗干凈后測定生菜的鮮重、高度等生長指標(biāo)，同時測定葉片的葉綠素、硝酸鹽和可溶性糖含量。葉綠素含量用80%丙酮提取，分光光度法測定（王晶英等，2003）;硝酸鹽含量采用水楊酸比色法測定（邵孝侯等，2008）;可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定（王晶英等，2003）。

1. 3 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用DPS 2.0進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2. 1 不同基質(zhì)配比及生活污水灌溉量對生菜鮮重、株高的影響

如表2所示，不同基質(zhì)配比及生活污水灌溉量對生菜鮮重和株高的影響明顯。其中，處理5的生菜鮮重最高，為19.88 g/株，與對照（16.45 g/株）相比差異顯著（P<0.05，下同）;處理3的生菜鮮重最低，僅為13.95 g/株，其次是處理1（14.83 g/株），二者差異不顯著（P>0.05，下同）;整體分析顯示處理1～處理9的生菜鮮重隨生活污水灌溉量的增加先增大后減小。從表2還可知，3種不同配比基質(zhì)條件下，隨著生活污水灌溉總量的增加有利于生菜株高的生長，適量灌溉生活污水（灌溉總量3.375 L）得到的生菜鮮重較高;體積比為甘蔗渣∶草炭∶蛭石∶珍珠巖=5∶3∶1∶1的處理（處理2、處理5、處理8）栽培的生菜，灌溉中低體積（0～4.000 L）的生活污水時其鮮重高于其他兩個配比的基質(zhì)，隨基質(zhì)中甘蔗渣體積比的增大對生菜鮮重的影響呈低—高—低變化趨勢，表明基質(zhì)中甘蔗渣比例過高或過低均不利于生菜的生產(chǎn);由于甘蔗渣中C/N較高，在基質(zhì)中加入適當(dāng)?shù)母收嵩?，可被生活污水中的微生物分解為蔬菜易吸收的營養(yǎng)成分，增加基質(zhì)肥力，而有利于生菜生長。

2. 2 不同基質(zhì)配比及生活污水灌溉量對生菜葉綠素含量的影響

由圖1可看出，處理8的生菜葉綠素含量最高，達0.8547 mg/gFW;處理1的生菜葉綠素含量最低，僅0.3348 mg/gFW，顯著低于對照;其他處理生菜葉綠素含量均顯著高于對照。圖1也表明，隨生活污水灌溉量的增加，生菜葉綠素含量呈逐漸增高的趨勢，最大量生活污水灌溉下處理8的葉綠素含量最高，其次是處理9，二者間差異顯著，但均顯著高于對照;此外，基質(zhì)中甘蔗渣體積比的變化對生菜葉綠素含量也有較明顯的影響，隨著基質(zhì)中甘蔗渣體積比的增加，生菜葉綠素含量呈低—高—低的變化趨勢，說明基質(zhì)中甘蔗渣體積比過高或過低均不利于生菜葉綠素的提高，由于基質(zhì)中甘蔗渣含量的變化會引起基質(zhì)吸水性變化，從而影響生菜對生活污水的吸收。

2. 3 不同基質(zhì)配比及生活污水灌溉量對生菜可溶性糖含量的影響

由圖2可知，處理5的生菜可溶性糖含量最高，為33.46 mg/kgFW，與對照相比顯著提高約2.3倍;處理3的生菜可溶性糖含量最低，僅為10.13 mg/kgFW，其次是處理9，為11.41 mg/kgFW，均顯著低于對照，且二者間差異顯著。隨著生活污水灌溉量的增加，生菜可溶性糖含量呈低—高—低的變化趨勢;同時，基質(zhì)中甘蔗渣體積比的變化對生菜可溶性糖含量與生活污水用量對生菜可溶性糖含量的影響基本一致，即隨著基質(zhì)中甘蔗渣體積比的增加，生菜可溶性糖含量也呈低—高—低的變化趨勢?？梢?，基質(zhì)中甘蔗渣體積比過高不利于生菜可溶性糖的提高。

2. 4 不同基質(zhì)配比及生活污水灌溉量對生菜硝酸鹽含量的影響

由圖3可知，處理1～處理9的生菜植株硝酸鹽含量均顯著高于對照，其中，處理9的生菜植株硝酸鹽含量最高，達2560.73 mg/kgFW，與對照相比顯著提高約2.0倍;隨著生活污水灌溉量的增加，生菜植株硝酸鹽含量呈顯著上升趨勢;而不同基質(zhì)配比對生菜植株硝酸鹽含量影響不顯著，隨基質(zhì)中甘蔗渣體積比的增大生菜植株硝酸鹽含量呈緩慢上升趨勢。結(jié)果表明，澆灌生活污水對生菜體內(nèi)硝酸鹽的積累有顯著促進作用，基質(zhì)中甘蔗渣體積比的增加也呈促進作用。

2. 5 生菜可溶性糖、硝酸鹽、鮮重及葉綠素間的相關(guān)分析結(jié)果

由表3可知，生菜鮮重與可溶性糖含量呈顯著正相關(guān)。可溶性糖是蔬菜主要營養(yǎng)物質(zhì)，糖類作為呼吸基，為植物的各種合成過程及生命活動提供所需能量，生菜生長過程中可溶性糖含量的增加，有利于生菜的生長，增加生菜鮮重。葉綠素與硝酸鹽呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）。植物中葉綠素和硝酸鹽均與植物對氮元素的吸收有關(guān)，蔬菜無土栽培過程中，灌溉富含氮元素的生活污水可提高蔬菜葉綠素含量，對植物生長發(fā)育有促進作用。

3 討論

生活污水中富含的氮、磷、鉀可滿足蔬菜生長需要。本研究中，灌溉適量生活污水有利于生菜的生長發(fā)育，同時生活污水灌溉會造成植株硝酸鹽含量增加，全污水灌溉無土栽培生菜硝酸鹽含量高達2560.73 mg/kgFW。不同基質(zhì)條件下，利用生活污水灌溉收獲的生菜，其硝酸鹽含量均高于土壤種植、清水灌溉所收獲的生菜，但低于GB 18406.1—2001《農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量無公害蔬菜安全要求》關(guān)于葉菜類硝酸鹽含量≤3000 mg/kg的標(biāo)準，處于安全食用范圍。由于生活污水中含有氮，基質(zhì)的吸水性越好則吸收的氮越多，與王朝輝等（2001）、邵孝侯等（2008）的研究結(jié)果一致。王朝輝等（2001）研究表明，蔬菜中累積硝酸鹽的主要來源是施入土壤中的氮，氮肥用量是決定蔬菜硝酸鹽累積量的主要因素。基質(zhì)和生活污水的供氮能力直接影響植株對氮的吸收，生活污水和基質(zhì)中均含有硝態(tài)氮。因此，本研究中處理1～處理9的植株硝酸鹽含量均高于對照?；|(zhì)中的水分脅迫促進根系生長，吸收更多硝酸鹽，但蔬菜硝酸鹽吸收與還原轉(zhuǎn)化不平衡及蔬菜吸收和生長的不協(xié)調(diào)也影響硝酸鹽在葉類蔬菜中的積累。

生菜無土栽培過程中，采用不同生活污水灌溉量及不同基質(zhì)組合，對其生長影響存在明顯差異。當(dāng)生活污水灌溉總量為3.375 L，基質(zhì)體積比為甘蔗渣∶草炭∶蛭石∶珍珠巖=5∶3∶1∶1時，生菜鮮重最高，且可溶性糖含量最高;當(dāng)基質(zhì)體積比為甘蔗渣∶草炭∶蛭石∶珍珠巖=5∶3∶1∶1，生活污水灌溉總量為4.5000 L時，生菜葉綠素含量最高（0.8547 mg/gFW）。一般認為，葉綠素含量越高對植物健壯生長的促進作用越大。有研究表明，葉綠素含量與植株的氮含量呈正相關(guān)（李志宏等，2006;朱哲燕等，2006）;當(dāng)?shù)爻渥銜r，植物可合成較多的蛋白質(zhì)，促進細胞的分裂和增長，因此植物葉面積增長快，能有更多的葉面積用來進行光合作用。本研究中無土栽培生菜的產(chǎn)量與大棚蔬菜相比偏低，因此，在實際蔬菜栽培過程中，適當(dāng)添加氮、磷、鉀肥料有助于生菜增產(chǎn)（叢黎明等，2011;張樂森等，2012）。

日常生活中，由于居民的生活習(xí)慣及家庭生活設(shè)施的不同，其生活污水水質(zhì)各異，因此生活污水灌溉無土栽培蔬菜具有一定的地域局限性且存在某些負面影響，可能不利于蔬菜的安全生產(chǎn)，需進一步研究關(guān)鍵指標(biāo)及指標(biāo)間的關(guān)系。同時，為保證食用蔬菜的安全性還須進一步加強食品質(zhì)量的研究和食品安全相關(guān)指標(biāo)的檢測，以確定生活污水灌溉的環(huán)境效應(yīng)，以便更好地利用生活污水。

生菜可溶性糖、硝酸鹽、鮮重及葉綠素間的相關(guān)分析結(jié)果表明，生菜鮮重與可溶性糖呈顯著正相關(guān)，葉綠素含量與硝酸鹽含量呈極顯著正相關(guān)，表明蔬菜內(nèi)含物與生長性狀間的協(xié)同作用，即本研究條件下，生菜的可溶性糖及葉綠素含量為該蔬菜生長狀況的重要指標(biāo)。此外，在使用最佳栽培基質(zhì)，即甘蔗渣∶草炭∶蛭石∶珍珠巖=5∶3∶1∶1時，適量的生活污水灌溉可提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量及保證品質(zhì)，過量使用則易導(dǎo)致蔬菜硝酸鹽含量過高。實際生產(chǎn)中，適當(dāng)添加有機物可提高蔬菜產(chǎn)量;對生活污水化驗分析后，需嚴格監(jiān)控下進行灌溉才能保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，對于緩解當(dāng)前我國水資源緊缺具有重要現(xiàn)實意義。

4 結(jié)論

謹慎使用生活污水灌溉，合理有機物配比下可提高蔬菜產(chǎn)量?？扇苄蕴呛腿~綠素含量是生菜生長狀況的關(guān)鍵指標(biāo)。

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（責(zé)任編輯 鄧慧靈）