水培蔬菜的營養品質與安全性

發布日期: AG亚游集团科技

  關於無土栽培發展中若幹問題的探討(3)水培蔬菜的營養品質與安全性劉士哲1,汪曉雲2,高麗紅3(

  1. 華南農業大學無土栽培技術研究室,廣州 510642;

  2. 北京綠東國創農業科技有限公司,北京 100081;

  3. 中國農業大學蔬菜學係,北京 100193)

  水培也叫 ;水耕 ;是無土栽培的主要類型之一。水培是通過特定設施營造相對封閉,能儲存營養液的環境,並使根部生長所需的水、肥、氣、熱等條件保持相對穩定,全部或部分根係 ;浸泡 ;在營養液中的栽培方法。從嚴格意義上講,水培是純粹的無土栽培。因為根係與營養液之間沒有任何中間吸附與緩衝的介質(起決定作用(role)的物質),是直接 ;浸泡 ;式接觸。要使植物健康(Health)生長,首先要確保根係生長良好,而根係生長良好與否取決於根際環境。根際環境的溫度、氧氣、酸堿(Alkali)(acid-base)度、離子濃度及不同離子之間的比例要合適。並且營養液中礦物質養分是否齊全,陰陽離子是否平衡,是否含有有毒、有害物質,是否含有病源微生物、害蟲等,都會在根係的外觀上表現出來。根係如果潔白、堅挺、有彈性、不扭曲、不變色、不斷裂,證明根係生長健康。根係生長健康,植物就能進行正常的水肥吸收,植物地上部生長也就正常了。反之,根係如果表現出根尖發黑、根係變黃甚至腐爛的現象, 植物地上部的莖葉和花果上也會表現出 ;不正常 ;的症狀。因此,水培技術是檢驗植物營養元素是否齊全,根際環境是否適宜的科學研究手段之一。生長在自然界中的植物,是一種 ;生長適應 ;的過程。植物在生長過程中,除了要經曆四季氣候變化,還要麵對幹旱、水澇、高溫、大風等自然災害。此外,植物還可能麵對營養虧缺,養分不平衡,物種之間的競爭,病蟲害侵染、噬咬等危害。和傳統農業相比,設施農業為植物創造了相對優越的生長條件,規避了一些氣象災害和自然界物種之間的競爭、生物對抗因子等威脅。因此,農作物、瓜果蔬菜的生長情況更為良好。然而某些病害、昆蟲的危害依然存在。土壤是一個類生物體,是有生命的,它承載著眾多生物種群繁衍,複雜生化演替,礦物質化學演變等過程。雖然土壤通過人們的改良已經成為作物生長的理想介質,但複雜的 ;生物群體 ;如各種真菌、細菌、放線菌,各種土居昆蟲、軟體動物和病原微生物等,依然對作物生長產生有利或有害的影響。目前的科學試驗除了研究影響植物生長發育的利弊關係外,更重要的是探究如何創造更有利於植物生長發育的條件,規避和減少有害因子的幹擾,使目標作物生長更好、產量更高、品質更優。比土壤栽培更進一步的栽培模式是基質栽培。基質栽培相對隔離了土壤有害生物的幹擾, 其適宜的物理、化學環境更加適合植物的生長發育。基質所起的作用是固定根係、保持水肥、承載根係的水肥吸收。無土栽培基質中的養分,部分被根係直接吸收, 另一部分被間接吸收。基質的配製目標應當是 ; 優化的土壤 ; 如果配製的基質的理化性狀還不如當地的土壤, 就說明這種基質無土栽培是缺乏進步意義的。雖然和土壤相比, 基質具有一些優點, 例如基質栽培可以排除(Remove)某些土壤有害物質的幹擾。但是基質的本身物理、化學性狀會 ; 緩衝 ; 營養液的化學性狀和功效。所以,相比土壤和基質栽培,水培的水肥吸收較為直接和高效。但由於營養液理化性狀的微小波動都會影響乃至傷害水培作物的正常生長,水培的管理要求也較為嚴格。為進一步搞清水培蔬菜安全、優質生產的科學原理,本文從以下幾個方麵進行論述:

  水培營養液中的礦物質營養水培營養液是根據蔬菜(vegetables)正常生長狀態下對養分的需求規律,把土壤中所能提供給蔬菜的各類營養元素以更純淨高效的形態和更合理的配比供應給蔬菜。因此,水培提供的養分是 ;土壤中有效養分的精華 ;與土壤裏的 ;有效養分 ;形態(離子狀態)沒有本質的區別。隻是土壤中大多數有機或難溶性無機養分必須通過土壤微生物分解,根係自身分泌有機酸去溶解、螯合,或用其他化學方式調節轉化,才能形成離子態的養分而被蔬菜吸收。所以,蔬菜吸收土壤中養分的過程是要 ;消耗體能 ;的。而水培則是采用人工配製的營養液,其本身就是完全溶解的離子態營養,可以直接被蔬菜吸收。此外,水培營養液可以排除土壤栽培中其他非蔬菜生長必需的(包括人體不需要)礦物質及各種有毒、有害物質,更符合蔬菜生長的養分需求。水培營養液能更精確、更合理、更有效地為蔬菜生長發育提供養分。所以,水培蔬菜很少出現礦物質營養不足或存在有害礦物質等問題。隨著城鎮化和工業化的發展,城市周邊的耕地出現了不同程度的重金屬和其他汙染問題。如果在這些受汙染的耕地上種植蔬菜,無疑會造成蔬菜產品中重金屬和其他汙染物含量超標。這些耕地要種植出無公害、無汙染的蔬菜幾乎是不可能的。而水培生產技術可以從根源上隔絕土壤和灌溉水的汙染,采用處理過的水來灌溉,生產出高質量的無公害蔬菜。有些種植方式施用尚未完全處理好的有機肥,有機肥中可能帶有致病微生物。如果采用豬糞、雞糞等家畜糞便,就存在感染人畜(禽)共患病的危險(danger)。而水培蔬菜則避免了這種隱患。而且有機肥本身的養分含量就存在不平衡的問題,例如多數有機肥的氮素含量較高,磷、鉀和其他微量元素(trace element)的含量不足,這對於正常的蔬菜來說,本身就是一種脅迫。因此,用有機肥種植的蔬菜的產量、品質,甚至是口感並不是最好的。從這點來說,水培蔬菜比有機肥種植的蔬菜更加安全,蔬菜的產量和質量也更高。

  水培蔬菜(vegetables)的營養價值、口感、品質植物礦質營養研究表明,植物生長必需的礦質營養元素(nutritive element)是17 種[ 矽(Si) 為某些植物的必需元素], 除了碳(C)(C)、氫(H)、氧(O) 是從水和空氣中獲得, 其餘14 種礦物質: 氮(N)、磷(P)、鉀(K)、鈣(Ca)(Ca)、鎂(Mg)、硫(S)、鐵(Fe)、硼(B)、錳(Mn)、鋅(Zn)、銅(Cu)、鉬(Mo)、氯(Cl)、鎳(Ni)(Ni) 都是從土壤中獲得或需要人工施肥來補充的。無土栽培蔬菜水培是一種新型的室內的植物無土栽培方式,又名營養液培:其核心是將植物根莖固定於定植籃內並使根係自然長入植物營養液中,這種營養液能代替自然土壤向植物體提供水分、養分、溫度等生長因子,使植物能夠正常生長並完成其整個生命周期。水培營養液中的礦物質營養元素是根據作物不同種類和不同生長發育期來調控(釋義:調節、控製)養分供給的。由於生長過程中的養分供給比土壤栽培的充足而及時, 因此水培蔬菜的產量和質量要高於土壤栽培。水培蔬菜生長速度快是由於養分供給充足而及時, 而且生長在溫室或大棚等環境可控的條件下, 蔬菜生長的各種外界環境條件都達到或者接近其最適生長的要求。因此, 水培蔬菜的生長速度要快於土壤栽培。但水培蔬菜並不會因為生長速度快而造成品質下降。恰恰相反,由於其養分供應充足且及時,環境調控好,植物光合作用效率高, 營養物質合成量比土壤栽培多且快。因此, 水培蔬菜的產量高, 內在品質及口感更好。土壤栽培存在的幹旱、水澇、養分不平衡、昆蟲噬咬、致病微生物侵染等脅迫或者傷害,勢必會誘導植物分泌出多酚、醌、倍半萜等許多次生代謝物來抵禦這些脅迫。長此以往, 蔬菜內就會累積較多的次生代謝物, 而這些次生代謝物大都是有顏色或者有苦澀味的, 會影響蔬菜的外觀和口感。相反, 水培蔬菜生長的各種條件都較適宜或者更接近理想狀態, 植物不會過多地累積次生代謝物。因此, 水培蔬菜的口感會更好。水培生產(Produce)的綠葉蔬菜,如芥菜、蕹菜、小白菜等,由於水分和養分供應充足,其生長速度較快, 而粗纖維和木質素的累積速度要比其他氨基酸(amino acid)、蛋白質等風味物質的累積速度相對滯後,因此粗纖維和木質素的含量較少,而VC 和其他營養成分的含量則顯著提高。水培的番茄、黃瓜、厚皮甜瓜等瓜果類作物的外觀整齊、著色均勻,口感適宜,營養價值更高。有試驗表明,水培番茄的VC 含量為154.9 mg/kg,而土壤栽培的為124.2 mg/kg,水培番茄的VC 含量比土壤栽培番茄的VC 含量高19.8%。水培芥菜粗纖維含量為2.8%,而土壤栽培的為4.6%,水培芥菜粗纖維含量隻是土壤栽培芥菜組纖維含量的61%。因此,水培蔬菜的口感優於傳統土壤栽培蔬菜,吃起來更加鮮嫩可口, ;菜味 ;更加濃鬱而不帶苦澀。因此,水培蔬菜可突顯出蔬菜品種本身的內在品質。

  水培蔬菜的亞硝酸鹽含量目前,人們對水培蔬菜食用安全性的擔憂主要來源於水培蔬菜中硝酸鹽和亞硝酸鹽含量是否超標。水培蔬菜是指大部分根係生長在營養液液層層中,隻通過營養液為其提供水分、養分、氧氣的有別於傳統土壤栽培形式下進行栽培的蔬菜。水培蔬菜生長周期短,富含多種人體所必需的維生素和礦物質。實際上,蔬菜中的硝酸鹽和亞硝酸鹽是兩類完全不同的物質。大量研究表明,對人體有害的是亞硝酸鹽而不是硝酸鹽。為此, 中國在2005 年修訂無公害蔬菜農業行業標準時,取消了某些地方標準裏將硝酸鹽含量作為衡量無公害蔬菜的指標之一,而采用亞硝酸鹽含量這一對人體健康有直接影響的指標作為衡量無公害蔬菜的指標之一。蔬菜中的硝酸鹽和亞硝酸鹽含量受很多因素影響。自然界中, 硝酸鹽必須在還原條件下才能通過硝化細菌的硝酸還原酶作用形成亞硝酸鹽。而水培營養液是循環流動的, 營養液中的溶解氧含量始終處於較高的水平, 即營養液中的氧化還原電位較高, 不存在把硝酸鹽還原為亞硝酸鹽的條件。因此, 水培蔬菜中的亞硝酸鹽含量很低。而土壤栽培時,由於局部土壤(如下雨或灌溉造成根區淹水時) 極易產生還原條件。土壤栽培中, 由硝酸鹽還原為亞硝酸鹽的可能性比水培栽培的高, 因此土壤栽培的蔬菜也可能含有很高的硝酸鹽和亞硝酸鹽。而且水培比土壤栽培具有更好的可調控性, 可以通過調節營養液中硝酸鹽的供應量和供應時間來控製蔬菜內硝酸鹽的含量, 這是土壤栽培無法做到的。各地農產品質量安全檢驗監督中心的分析結果也表明, 水培蔬菜的亞硝酸鹽含量大多隻是國家限量標準的幾十分之一。所以說, 水培蔬菜不存在亞硝酸鹽含量過高的問題。

  水培對水分肥料的利用率(availability)傳統土壤栽培中施用肥料的平均利用率約為30%~50%。水培蔬菜水培是無土栽培的一種,分類於無基質栽培,無基質栽培類型是指植物根係生長的環境中沒有基質固定根係,根係生長在營養液或含有營養液的潮濕空氣中,但育苗時可能使用某些基質。氮肥施入土壤中容易被硝化並隨著灌溉水流失, 也會因氨的揮發和反硝化作用產生N2O 和N2 而損失。最終隻有大約50%的氮素可以被植物吸收利用。磷肥施入土壤後,很大一部分會形成硫酸鐵、鋁、鈣等磷酸鹽沉澱而不能被作物吸收利用, 磷肥的利用率大約隻有20%~30%。鉀肥施入土壤後有部分受到灌溉水和表麵徑流的影響而流失, 利用率也不高。而水培是根據作物不同品種和不同的生育期來供應不同營養(nutrition), 並且所有的營養物質均為水溶性, 大約有90%~95% 以上是作物可以吸收利用的, 所以其營養利用效率很高, 而且廢棄的營養液經過處理可以循環利用, 不會對環境造成汙染。由於水培不存在土壤栽培中水分滲漏(seepage)和徑流損失等問題,因此其水分利用效率較高。水培作物的耗水量大約隻有土壤栽培的1/5~1/10, 所以水培適合在幹旱缺水的地方推廣。

  綜上所述,由於水培蔬菜的水肥供應充足、均衡, 再加上大棚、溫室等設施中的環境更適合蔬菜生長所需。因此,與傳統土壤栽培相比,水培蔬菜的產量更高、品質更好,口感更佳,而且安全性更高。