关于植物光照控制的研究论文

摘要：本文综述了蔬菜硝酸盐含量过高对人体的危害，影响蔬菜硝酸盐含量的因素，降低蔬菜硝酸盐含量的措施及其效果，并对今后的研究提出了建议。关键词：蔬菜；硝酸盐；影响因素；栽培措施1前言蔬菜是人们日常生活中不可或缺的食品，但蔬菜又是易于富集硝酸盐的作物，人体吸收的硝酸盐80％ 以上来自于蔬菜[1]。故硝酸盐含量是评价蔬菜品质的重要指标之一。虽然硝酸盐对人体没有直接的毒害作用，但进入人体后，会在微生物的作用下还原为有毒的亚硝酸盐，它可与人体血红蛋白反应，使之失去载氧功能，造成高铁血红蛋白症。长期摄入亚硝酸盐会造成智力迟钝[2]。另一方面。亚硝酸盐还可间接与人类摄取的其它食品、医药品、残留农药等成分中的次级胺反应，在胃腔中(pH＝3)形成强致癌物—— 亚硝胺，从而诱发消化系统癌变[3]。因此，硝酸盐污染问题已引起人们的普遍关注，世界各国学者对蔬菜硝酸盐积累及其控制途径进行了日益广泛和深入的研究。近年来许多研究单位对蔬菜中的硝酸盐污染以及如何控制进行了大量的研究。影响蔬菜硝酸盐积累的因素很多，与蔬菜的种类品种有关，与水分、温度、光照有关，也与施氮量、氮肥种类、施氮方法等因素有关，但施肥是非常重要的因素之一。要减少蔬菜硝酸盐含量，一是要进行合理施肥，控制施肥种类、数量，掌握好施肥方法等。二是调节水、温、光等环境条件，从而达到控制植株根系对NO3-的吸收速率，降低其吸收量，进而加速硝酸盐在植物体内的代谢的目的。2 影响蔬菜硝酸盐含量的因素2．1内部因素影响蔬菜硝酸盐含量的内部因子主要包括：蔬菜种类、品种、部位和生育期，这些因子主要受遗传因子所控制[4]。2．2．1 蔬菜种类不同其硝酸盐含量差异明显。现在研究证实，不同蔬菜种类的硝酸盐含量从大到小的次序为根菜类> 叶菜类> 瓜类> 茄果类。2．2．2 同一种类蔬菜不同品种硝酸盐含量也不相同，如莴苣Bellone品种叶片中硝酸盐含量为2878mg／kg，而Tornade品种硝酸盐含量仅为123mg／kg，2个品种间硝酸盐含量差异十分悬殊。2．2．3 蔬菜不同部位的硝酸盐含量也有很大差异，一般而言，根>茎>叶>果；叶柄>叶片；外叶(下部叶)>内叶(上部叶)。2．2．4 生育期对于菠菜而言，其体内硝酸盐含量随着生育期的延长而降低，这可能是由于随菠菜生育期推进其吸收土壤硝酸盐能力下降，或随植株增大硝酸盐相对量降低造成的。因此菠菜不宜提早收获。2．2外部因素蔬菜积累硝酸盐的过程也受外部其他环境因素如土壤水分、光照、温度、栽培措施等显著影响[5]。2．2．1光 光照对植物体内的硝酸盐代谢起着极为重要的作用，是决定植株硝酸盐含量的主要因素之一。光照强度、光周期和光照持续时间均影响植株硝酸盐含量。在低光照强度下，植株积累大量的硝酸盐， 而在较高的光强下，硝酸盐的积累减少[6]。光照影响植株硝酸盐含量的主要原因是硝酸还原酶活性受光照强度的调节，而且光照正常条件下， 光合作用良好，植株生长量大，吸入的硝酸盐被稀释而不致累积很多，同时光合作用可提供硝酸还原的能量，使之转化为铵态氮，因此也有利于减少硝酸盐的累积[7]。2．2．2 温度 温度高低影响植物对硝酸盐的吸收速率。在适温范围内，随温度升高，植物生长速度加快，根系对硝酸盐的吸收也加快，促进植株地上部生长，NRA也随之提高使植株体内硝酸盐积累减少。温度降低，根系吸收硝酸盐能力减弱，同时，NRA也因温度降低而减弱，以致硝酸盐积累增加[8]。2．2．3 水分 硝态氮的吸收、运输与水分运动密切相关。质流是水分驱动的物质运动，而质流对作物吸收硝态氮的贡献率达70％-90％。蒸腾作用的持续进行，使溶解于水中的硝态氮向植物体内各处移动，分布于不同器官的组织内部及外部空间的水分中。另外，硝态氮的代谢也离不开水分[9]。2．2．4 氮肥供应 大部分蔬菜为喜硝态氮作物，于是人们为追求高产而盲目追施硝态氮肥，而NO3-含量却随氮肥用量增加而不断升高，不能及时被还原。另一方面，施肥方法不当，基肥不足，追肥次数偏多，导致硝酸盐积累增加。3 降低硝酸盐含量的控制途径和措施综上所述，有关影响植物体内硝酸盐积累的因素是多方面的，作物之间的差异也十分明显，因此要有效降低硝酸盐的积累首先要分析研究对象所特有的影响因子，针对主要因子通过明确的调控措施，达到降低硝酸盐积累的目的。3．1 施肥措施蔬菜硝酸盐严重超标，除了与蔬菜的种类、品种、遗传特性不同有关外，一个重要影响因素是：施用化肥，超量施肥，重施氮肥，没有均衡的控制和调节土壤肥力。控制蔬菜硝酸盐过量残留的措施是，严格控制氮肥的施用量，少施化学氮肥，应以有机肥为主。因为有机肥矿化速度慢，不会导致硝酸盐在植株体内明显积累，并能提高蔬菜的产品质量和口感度[10]。3．1．1 合理施用氮肥⑴搭配施用不同形态的氮肥邱孝煊等报道，每公顷氮素用量450Kg，空心菜中硝酸盐含量，氯化铵<硫酸铵<尿素<碳酸氢铵<硝酸铵．施氯化铵的空心菜硝酸盐比其它化学氮肥低10％以上，这与氯化铵中的Cl-能抑制硝化作用有关。李海云等报道，铵态氮和硝态氮的比例不同影响硝酸盐的积累量，经多种蔬菜试验表明，NH4+-N所占比例越大，NO3-含量降低越明显。其原因在于NH4＋被植物吸收后立即参加含氮有机物的形成，而NO3-则要先还原，后一过程需消耗额外能量并在相应酶系参与下进行。因此，施铵态氮肥可使蔬菜硝酸盐含量减低。朱祝军等研究的结果是，对不结球生长的营养液中，铵态氮和硝态氮浓度(mmol／L)比例以1：1为最佳。[11]⑵适宜的氮肥施用量氮素是植物生命活动的必需养分，且需要量在各元素中居首位。任祖金等报道，偏施和滥用氮肥，是造成蔬菜硝酸盐积累的重要原因，提出300Kg/hm2为氮肥用量的临界值。在保证产量的同时，适当降低氮肥施用量能降低硝酸盐的富集。⑶严格掌握氮肥的施用方法氮肥要深施、早施。深施可以减少氮素挥发，延长供肥时间，提高氮肥利用率。早施则利于蔬菜植株早发快长，延长肥效，减少硝酸盐积累。还应根据蔬菜种类、栽培条件、气候条件等灵活施肥。无公害蔬菜生产过程中，其硝酸盐含量是不断变化的。据研究，随着氮肥追肥时间的推移，蔬菜体内的硝酸盐含量有逐渐减少的趋势。对蔬菜来讲，追肥的时间应安排在采收前30天，追肥的原则为“少量多次”[12]。⑷控制氮肥施用时间研究结果表明，追氮后8天是蔬菜收获上市的安全始期，随着时间延长，硝酸盐累积具有明显下降趋势，至追氮后18天，蔬菜体内硝酸盐分别比始期下降％ ～％ 。因此，得出蔬菜“攻头控尾”的施氮技术模式[13]。3．1．1有机肥无机肥配合施用菜田施用有机肥是一项降低蔬菜硝酸盐积累，提高产品营养价值的有益的农业措施。这是因为生物降解有机质是个渐进过程，养分释放缓慢，适合于蔬菜对养分吸收；土壤中有机质能促进土壤反硝化过程，从而有效降低土壤中硝态氮浓度。和氮肥相比，施有机肥能降低蔬菜50％ 的NO3-的积累量 。据此，要广辟肥料，确保蔬菜生产对有机肥的需求。但有机肥施用量过大，也会引起蔬菜中硝酸盐的大量积累，菜田有机肥施用量最大限量为60t·hm2。化学氮肥与厩肥、土杂肥配合施用，能有效控制和降低蔬菜中的硝酸盐积累。通常无机氮与有机氮的比为l:1；氮、磷、钾三要素的比例，100天以内的短季节蔬菜为l:，长季节蔬菜为l:。[14]3．1．2 推广测土配方施肥、平衡施肥技术测土配方施肥，是控制蔬菜硝酸盐积累的重要措施之一。大量研究结果表明，氮肥施用量与蔬菜体内硝酸盐含量呈正相关，磷、钾肥的施用量则与之呈负相关。这是由于：钾在植物体内能促进蛋白质的合成，钾的浓度越高，促进作用越强，从而提高了氮的利用率，蔬菜中K含量每递增％ ，NO3-量下降％ ；磷是硝酸还原酶和亚硝酸还原酶的重要组成部分，参与NO3-的还原和同化。高祖明等指出，N、K比过大是造成叶菜NO3-积累的重要原因，且缺磷比增氮更易引起叶菜组织内NO3-积累。因此，在蔬菜生产上应大力推广测土配方施肥技术，做到缺什么补什么，缺多少补多少。达到平衡施肥。这样，不仅能降低蔬菜中硝酸盐的含量，而且增产效果十分显著[15]。3．1．4 叶面喷施微肥施用微量元素肥料，对于减少蔬菜中硝酸盐的积累有一定的效果。蔬菜收获前lO天，叶面喷施微肥，能提高产量和品质，收获前1天用草酸、甘氨酸等喷洒，可明显降低蔬菜中的硝酸盐含量。近年来的研究结果表明，叶面喷施钼、锰等微肥，对降低蔬菜硝酸盐积累有良好的效果。这是因为钼和锰元素在植物体内参与硝态氮的还原过程，钼是硝酸还原酶的组成部分，锰是多种代谢酶的活化剂。对蔬菜叶面喷施钼肥和锰肥，能激活蔬菜体内的硝酸还原酶，从而使蔬菜体内硝态氮的还原同化量超过其吸收量，降低蔬菜硝酸盐的含量。叶菜类不能叶面施氮肥。叶面喷施直接与空气接触，铵离子易变成硝酸根离子被叶片吸收，硝酸盐积累增加，又不耐贮存[16]。3．2 改善生态条件3．2．1 改善光照条件，增加光照时间保证正常光照，是硝酸盐在植物体内同化并降低其浓度的决定条件之一。露地和保护地条件下光照强度降低20％ ，蔬菜硝酸盐含量增加150％； 强光照下可使菠菜的硝酸盐含量较之弱光照来得低。正常光照条件下，光合作用良好，植株生长量大，吸入的硝酸盐可被稀释而不致积累太多，同时还促进硝酸还原酶的合成，程高其活性，并为硝酸还原提供能量，因此有利于硝酸盐含量的下降[17]。3．2．2 改善土壤水分供应状况研究表明，土壤水分充足时，蔬菜的生长量可提高％～％ ，而硝酸盐含量却降低％～ ％，硝酸盐还原酶活性也明显降低。因此，在蔬菜生产中应注意水分管理，避免由于缺水造成水分胁迫[17]。在干旱情况下，蔬菜的硝酸还原酶的合成受阻，分解加快，硝态氮积累显著增加。因此，在收获前几天进行灌水，可使硝酸盐含量下降。3．3 配合使用氮肥抑制剂为降低和控制蔬菜硝酸盐的含量，目前国外普遍采用氮抑制剂来抑制土壤硝化细菌的活性，从而达到减少土壤和蔬菜中硝酸盐积累的目的。在现有的氮抑制剂中，使用效果较好的首推双氰胺(DCD)。在氮肥中，添加10～20％的双氰胺与单施尿素相比，可使青菜茎叶中的硝酸盐含量降低10～30％。将双氰铵与碳铵一起施用效果更佳，可使叶柄和叶片中的硝酸盐含量减少25～45％。[18] 因此，蔬菜在施用氮肥时，应按纯氮量的10～20％添加双氰胺，与化肥拌匀后施用，控制硝酸盐积累的效果最佳。3．4 选育低富集硝酸盐的品种由于硝酸盐积累存在遗传差异，所以选育低积累的品种被认为是控制蔬菜硝酸盐含量的有效方法之一，低硝酸盐含量已成为育种的1个重要目标。国外有育成硝酸盐富集力弱的菠菜新品种的报道，但国内目前还没有选育成功低积累的蔬菜品种。随着对蔬菜硝酸盐积累的遗传规律的进一步认识，特别是随着现代分子生物技术的发展，利用基因工程选育低富集硝酸盐品种必将成为重要的发展方向。3．5 调整收获时期和时间由于不同生长发育阶段的蔬菜硝酸盐含量不同，一些蔬菜生长前期大于后期，所以，适当晚收有利于降低蔬菜中的硝酸盐，降低幅度可达数倍甚至数十倍。另外，光照、温度等外部因素对蔬菜硝酸盐积累也有明显影响。因此，生产中应根据1d内温度和光照变化的节奏确定适宜的收获时间，同时应根据光、温等条件的季节变化以及蔬菜生长发育进程确定适宜的收获时期。[20]4 存在的问题与展望目前，蔬菜体内硝酸盐的积累问题已引起广大科研工作者的关注，而且在这一领域的研究已取得了一些成果，但是，尚缺乏控制效果好、简单易行的方法。一些控制硝酸盐积累的措施目前还很难用于生产实践，另外一些方法控制效果不太明显，还有一些方法或观点虽在理论上成立，但目前还没有取得应用成果。我国目前蔬菜生产条件及农民的科技水平，特别是目前国内生产者对产量的追求以及消费市场对供应量的要求决定了在短期内难以显著降低氮肥的施用量（氮肥是蔬菜体内硝酸盐的主要来源），因此，不降低氮素投人，如何控制蔬菜硝酸盐积累就成为一个重要研究课题。针对这一研究目标，从营养互作，水氮互作等营养生理以及代谢方面出发进行NO3-的转化的基础研究就显得非常必要。另外，由于蔬菜种类繁多，遗传基础及适宜生长条件、同化利用硝酸盐能力差异较大，所以，无论是关于硝酸盐积累过程的基础研究还是控制措施的探讨均要有明确针对性。5 小结综上所述，通过调整施肥措施、改善生态条件、使用抑制剂、选育低富集硝酸盐的蔬菜品种、调整收获时期和时间等，对减少蔬菜中硝酸盐累积量有很大的作用，应该对菜农加强宣传，采用合理的技术措施来减少蔬菜中硝酸盐累积，既使菜农节约肥料成本、增产增收，又减小对消费者的危害。