利用海水淡化（IMTA）系统的废水优化可食用盐生植物的发芽和栽培过程

《Journal of the Science of Food and Agriculture》：Optimizing germination and cultivation of edible halophytes using effluents from an IMTA system

本研究优化了利用整合多营养水培系统（IMTA）废水灌溉三种盐生植物（Limbarda crithmoides、Suaeda vera、Mesembryanthemum nodiflorum）的发芽和栽培条件，分析了基质、盐度、密度对生长的影响，并评估了生物质营养价值及水质净化效果。发现沙质基质和中等盐度（35.1-40.7 dS·m?1）有利于植物生长，高密度（600 plants·m?2）下L. crithmoides和S. vera产量最高，M. nodiflorum能有效降低废水中的硝酸盐和氨氮含量。所有植物均符合食品安全标准，且富含抗氧化和抗炎成分。

　　在当前的全球背景下，食品短缺和土壤退化问题日益严峻，而盐生植物（Halophytes）作为一种天然解决方案，展现出重要的应用潜力。盐生植物是指能够在高盐环境中生长的植物，它们不仅具有独特的生理适应性，还能通过吸收和转化养分来改善生态环境。将盐生植物整合到多营养级综合水产养殖系统（Integrated Multi-Trophic Aquaculture, IMTA）中，不仅可以促进资源的循环利用，还能为可持续农业提供新的思路。本文的研究旨在优化三种可食用盐生植物——Limbarda crithmoides（金海雾）、Suaeda vera（灌木海雾）和Mesembryanthemum nodiflorum（细叶冰草）的发芽和栽培过程，使用来自IMTA系统的废水进行灌溉。通过探索不同的基质（如珍珠岩、蛭石、椰糠和沙子）和灌溉条件（淡水与盐水），研究发现这些植物在特定的环境条件下表现出良好的生长性能和较高的营养价值。

### 盐生植物的适应性与环境价值

盐生植物在高盐环境中的生存能力，使其成为应对沿海和盐碱地农业挑战的潜在资源。这些植物能够通过多种机制适应盐害，包括渗透调节、离子排除和组织盐分积累等。此外，它们在吸收和转化营养物质方面具有显著优势，尤其适用于处理水产养殖过程中产生的高盐废水。研究中提到的三种盐生植物，均展现出丰富的营养成分和生物活性物质，包括蛋白质、膳食纤维和多种酚类化合物，这使得它们在食品和健康产品领域具有广阔的应用前景。

### 发芽条件的优化

在发芽实验中，研究者通过不同的基质和灌溉条件对三种盐生植物的发芽率和发芽时间进行了评估。结果显示，Limbarda crithmoides在淡水灌溉下，使用蛭石作为基质时发芽率最高，达到61.1%。相比之下，Suaeda vera在沙子、有机椰糠和珍珠岩混合基质中表现最佳，发芽率约为40.0%。而Mesembryanthemum nodiflorum在淡水条件下使用沙子或珍珠岩和蛭石混合基质时，发芽率最低，仅为18.9%。这些发现表明，不同盐生植物对发芽条件的适应性存在差异，因此需要根据具体物种选择合适的基质和灌溉方式。

在盐水灌溉条件下，Limbarda crithmoides的发芽率显著下降，而Suaeda vera虽然在盐水条件下也能发芽，但其发芽率仍然低于15%。这些结果与之前的研究一致，表明大多数盐生植物在淡水条件下具有更高的发芽率。值得注意的是，对Mesembryanthemum nodiflorum进行热休克处理，即在60℃的水中浸泡10分钟，再在常温下浸泡24小时，可以显著提高其发芽率，达到7.8%的提升。这表明热休克可能是一种有效的种子预处理方法，有助于打破种子休眠并提高发芽效率。

### 栽培条件的优化

在栽培实验中，研究者使用来自IMTA系统的废水进行灌溉，并测试了不同盐度和种植密度对植物生长的影响。结果表明，中等盐度（35.1–40.7 dS·m?1）下，Limbarda crithmoides和Suaeda vera表现出较高的存活率和生产力。例如，Suaeda vera在35.1 dS·m?1盐度下的生产力达到了5833.3 g·m?2，这可能是由于其较强的盐分转运能力，能够将盐分从根部转移到地上部分并进行储存。此外，Suaeda vera在中等盐度下表现出较高的叶绿素含量，这可能是其适应盐胁迫的一种表现。

在高密度种植（600 plants·m?2）条件下，Limbarda crithmoides和Suaeda vera的存活率均超过了75%，而Mesembryanthemum nodiflorum在75 plants·m?2的密度下表现出显著的氮素吸收能力，有效降低了灌溉水中的硝酸盐和氨氮含量。这表明在特定的种植密度下，盐生植物不仅能够保持较高的存活率，还能发挥其对水体中污染物的净化功能。

### 植物对水质的影响

研究还评估了盐生植物对灌溉水水质的影响。随着植物生长，灌溉水中的总溶解固体（TDS）和悬浮固体（TSS）含量有所增加，这可能是由于植物根系分泌物、微生物活动以及水分蒸发导致盐分浓缩的结果。同时，硝酸盐和氨氮等污染物的浓度也随着植物生长而降低，这表明盐生植物在水体净化方面具有潜在价值。特别是Mesembryanthemum nodiflorum在低密度种植条件下对氮素的吸收效果更为显著，这可能与其较高的氮素利用效率有关。

### 植物的营养与生物活性成分

从营养角度来看，三种盐生植物均展现出较高的营养价值，其中Suaeda vera在300 plants·m?2的种植密度下，表现出最高的酚类化合物含量，达到1.56 mg·g?1干重（DW），这可能是其作为功能性食品的重要依据。此外，Limbarda crithmoides在低密度种植条件下，其叶绿素a和b含量较高，表明其在高盐环境中仍能维持较高的光合作用效率。这可能与其较强的抗氧化能力有关，从而帮助其适应盐胁迫环境。

### 微生物安全性

在微生物安全方面，研究发现所有三种盐生植物在不同种植密度下均未检测到大肠杆菌或金黄色葡萄球菌，表明其在生产过程中具有较低的微生物污染风险。然而，酵母菌和霉菌的含量在不同种植密度下有所变化，这可能与植物的生长阶段、环境条件以及基质的清洁度有关。研究者指出，这些微生物的含量在一定程度上受种植密度影响，但总体而言，这些植物在生产过程中能够保持良好的微生物安全性。

### 研究意义与应用前景

本研究为盐生植物的可持续栽培提供了重要的实验数据和理论支持。通过优化发芽和栽培条件，研究人员成功地提高了这些植物的生长性能和营养成分，同时展示了其在水体净化方面的潜力。此外，研究还表明，这些植物在不同种植密度下能够维持较高的存活率和生产力，这为其在高密度农业系统中的应用提供了依据。

在当前全球农业和环境保护面临诸多挑战的背景下，将盐生植物纳入IMTA系统不仅有助于解决食品短缺问题，还能有效缓解水产养殖带来的环境污染。此外，随着消费者对健康食品的需求增加，这些植物丰富的营养成分和生物活性物质，使其在食品工业中具有广阔的应用前景。未来的研究可以进一步探索这些植物的生物活性成分及其对健康的影响，从而推动其在食品和医药领域的商业化应用。