魚池液面栽植技術(shù)研究＊

王川奇，李亞靈，溫祥珍（山西農(nóng)業(yè)大學園藝學院，山西太谷 030801）

中國耕地資源總量較大，但由于人口基數(shù)大，人均占有耕地資源量較小[1]，遠遠低于發(fā)達國家。同時，隨著中國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化地大幅推進，對耕地的占用越來越多，國內(nèi)耕地面積呈逐漸減少的趨勢[2]。國家提出了嚴禁占用耕地，堅決保護18億畝耕地的紅線，同時發(fā)展園藝等設(shè)施不能占用糧食用地。在另一方面，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，土壤污染不斷加劇，對農(nóng)作物生產(chǎn)產(chǎn)生了負面影響，現(xiàn)有的土壤耕作已經(jīng)不足以支撐作物的市場供給，如何在不減產(chǎn)的情況下緩解土地壓力成為現(xiàn)代社會必須思考的重要問題。目前設(shè)施園藝必須在荒山荒坡等非耕地資源上發(fā)展。

中國水面資源比較豐富，領(lǐng)水面積3700萬hm2，是平原面積的3倍多。同時水面具有良好的環(huán)境調(diào)控效果[3]，世界范圍內(nèi)，設(shè)施發(fā)達的區(qū)域往往是近海區(qū)域。水面資源的合理利用，不僅可以增加水面作物產(chǎn)出，提高產(chǎn)量，緩解中國土地資源壓力，還可以起到凈化水體、美化環(huán)境的作用。如何利用現(xiàn)有的水面資源來進行作物生產(chǎn)已成為刻不容緩的問題，發(fā)展液面設(shè)施園藝或?qū)⒊蔀槲磥淼囊环N趨勢。

液面漂浮栽培在液面資源利用上起著重要的作用。漂浮栽培是指運用無土栽培技術(shù)，選擇適宜的漂浮栽培裝置，在水面上種植糧食、蔬菜、花卉等作物的一種栽培方式[4]。漂浮栽培又被稱為“人工生物浮床”“人工浮床”“生態(tài)浮床”“浮床無土栽培”[5-8]等。漂浮栽培的水體中如有養(yǎng)殖的魚類，則在收獲時可以收獲魚和作物兩種經(jīng)濟產(chǎn)物，具有很好的經(jīng)濟效益。

但是隨著漂浮栽培的大量出現(xiàn)，其問題也逐漸凸顯。目前國內(nèi)外對于魚池液面漂浮栽培的研究主要集中在水質(zhì)凈化效果的研究，對蔬菜生長和品質(zhì)影響的研究較少。同時，在種植過程中，植物根系往往懸浮在水體中無法從底泥中獲取足夠的養(yǎng)分而影響植株生長，同時懸浮的根系容易被水體中的魚類或者草食類動物啃食[9]。

本試驗在觀賞魚類的魚池中種植蕹菜、生菜等蔬菜，將基質(zhì)栽培技術(shù)應(yīng)用到液面漂浮栽培中，研究不同栽培方式對蕹菜和生菜生長、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，篩選最優(yōu)的液面漂浮栽植方式，以期構(gòu)建一套經(jīng)濟高效的魚池液面葉菜栽植體系，為其推廣利用提供理論基礎(chǔ)。

材料與方法

試驗材料

供試的生菜品種為‘意大利生菜’、蕹菜品種為‘大葉空心菜’，購自山西省太谷縣種子商店。栽培基質(zhì)選用中國農(nóng)科院蔬菜花卉研究所研制的育苗基質(zhì)。其基本理化性質(zhì)為：容重為0.17 g/cm3，孔隙度為68.70%，pH為5.45，EC為1.37 mS/cm，堿解氮含量336.25 mg/kg，速效磷含量138.20 mg/kg。

試驗設(shè)計

試驗于2018年5～8月在山西農(nóng)業(yè)大學設(shè)施農(nóng)業(yè)工程研究所進行。試驗魚池建在日光溫室中，溫室南北走向、東西延長，總跨度10.5 m，溫室開間6 m，長度72 m，面積756 m2，沒有后墻，溫室下部由角鋼和隔熱的彩鋼板組成高0.75 m的框架，彩鋼板厚度0.10 m。魚池區(qū)域長60 m、寬10.5 m，注水前先將土地平整，鋪設(shè)一層黑心棉的棉墊，再鋪設(shè)黑色防滲膜。注水后液面平均深度40 cm，液面漂浮栽培面積約占總面積的30%。魚池實景如圖1～2。魚池內(nèi)飼養(yǎng)3000尾觀賞魚（主要品種有草魚、紅鯉魚等，魚重10～60 g），池內(nèi)放置增氧泵，提高水體含氧量，保證魚群的正常生長。魚群餌料選用市售蛋白質(zhì)含量30%、含水量10%的漂浮型餌料。試驗過程中未出現(xiàn)魚群死亡的現(xiàn)象。試驗期間未進行換水，僅需補充蒸發(fā)水量。

圖1 魚池實景圖

試驗漂浮栽培裝置分為3種設(shè)計。

（1）裸根水培（S1）：植株采用泡沫板漂浮栽培，漂浮材料為白色聚乙烯泡沫板，每個泡沫板（20 cm×33 cm×1.5 cm）均勻打孔10個，每孔移栽1株植株；

（2）泡沫板基質(zhì)栽培（S2）：植株采用泡沫板漂浮栽培，漂浮材料為白色聚乙烯泡沫板（2 m×1.5 m×3 cm），泡沫板上均勻鋪設(shè)6 cm厚的育苗基質(zhì)，泡沫板底部均勻打孔20個，用海綿固定植株，保證植株正常吸收水分、養(yǎng)分。

（3）浮板營養(yǎng)缽基質(zhì)栽培（S3）：植株采用水上浮板栽培，構(gòu)建4 m×2 m×10 cm的水上漂浮裝置（選用r=5 cm的PVC管），浮板上方鋪設(shè)無紡布，均勻?qū)⒏“宸指畛?部分，每部分上均勻放置24個營養(yǎng)缽（r=5 cm，h=10 cm），營養(yǎng)缽內(nèi)放置6 cm厚的基質(zhì)，每個營養(yǎng)缽種植一株植物。

試驗于5月2日進行播種育苗，待幼苗長到4葉1心時，將幼苗移入營養(yǎng)缽中，緩苗3 天后，進行液面栽培。系統(tǒng)水溫使用多路溫度測定儀測定，測定水下5 cm處的溫度，每隔30 min測定一次，系統(tǒng)水溫24.8～31℃。

圖2 魚池液面栽植實景圖

指標測定

每天9:00使用STARTER便攜式溶解氧測定儀與TRI-METER的pH、EC一體儀測定水體環(huán)境的DO、pH和EC。每個處理選取9棵植株，觀測葉菜葉片數(shù)，用直尺測定其株高、葉長、葉寬。

采收后，將根系清洗干凈，用電子天平分別稱量地上部與地下部鮮重，然后在通風干燥箱中105℃殺青20 min，80℃下烘至恒重，再用電子天平稱量單株干質(zhì)量。葉綠素含量，采用乙醇提取法測定[9]。

采收時，每組處理選擇長勢一致的5株植株進行品質(zhì)測定。硝酸鹽含量，采用水楊酸濃硫酸比色法測定[10]；可溶性蛋白含量，采用考馬斯G-250染色法測定；VC含量，采用2,6-二氯酚靛酚滴定法測定[11]。

基質(zhì)營養(yǎng)元素含量測定時，將風干基質(zhì)粉碎，過0.25～0.50 mm篩，堿解擴散滴定法測堿解氮，鉬銻抗比色法測定速效磷[12]。

數(shù)據(jù)處理

試驗搜集的數(shù)據(jù)利用Microsoft Excel 2016軟件進行數(shù)據(jù)整理與圖表制作，用SPSS13.0軟件進行差異顯著性分析。

結(jié)果與分析

水環(huán)境變化規(guī)律

圖3為整個生長期內(nèi)，水體環(huán)境的變化規(guī)律。從圖中可以看出，水體溶解氧含量（DO）維持在6.95～7.98 mg/L，pH維持在7.58～8.79，電導率（EC）維持在0.66～0.80 mS/cm，水體環(huán)境具有較高的穩(wěn)定性。

圖3 水體環(huán)境變化規(guī)律

不同液面栽植方式對蕹菜和生菜生長的影響

表1為定植39天后不同栽培環(huán)境下蕹菜和生菜的生長狀況。從表中可以看出，基質(zhì)栽培的S2、S3處理蕹菜生長狀況要顯著優(yōu)于裸根的S1處理，其中以S2長勢最優(yōu)，其株高、葉長、葉寬分別為35.17、13.81、3.60 cm，顯著高于其他兩個處理，比S1處理顯著增加了128.03%、153.15%、167.78%，比S3處理顯著增加了27.52%、19.46%、62.16%，S3處理蕹菜株高、葉長、葉寬比S1處理顯著增加了78.05%、112.11%、65.67%。從表中還可以看出，基質(zhì)栽培的S2、S3處理葉片數(shù)分別為21.89、21.00片，差異不顯著，但均顯著高于S1處理，比S1處理增加了86.30%、78.72%。

表1 不同栽植方式對蕹菜和生菜生長的影響

觀察生菜生長狀況，可以看出，基質(zhì)栽培的S2、S3處理生菜長勢顯著優(yōu)于S1，其中以S2長勢最優(yōu)，其株高、葉長、葉寬分別為13.74、10.92、9.25 cm，顯著高于S1、S3，比S1處理顯著增加了183.88%、95.70%、166.57%，比S3處理顯著增加了32.37%、18.95%、29.92%。S3處理株高、葉長、葉寬比S1處理顯著增加了114.46%、64.52%、10.19%。同時，基質(zhì)栽培的S2、S3處理葉片數(shù)分別為20.11、19.67片，差異不顯著，但均顯著高于S1處理，比S1處理增加了103.33%、98.89%。

不同液面栽植方式對蕹菜和生菜單株干鮮重的影響

試驗結(jié)束（39 天）時，分別測定不同栽培環(huán)境下蕹菜和生菜單株干鮮重，見表2。從表中可以看出，蕹菜采收時，基質(zhì)栽培的S2、S3處理單株干鮮重顯著高于S1處理，S2處理地上部和地下部鮮重最高，分別為56.32 g和43.01 g，S1處理地上部和地下部鮮重分別為是3.54 g和4.28 g，S2處理地上部和地下部鮮重是S1處理的15和10倍；S3處理地上部和地下部鮮重分別為48.08 g和30.57 g，S2處理地上部和地下部鮮重比S3處理增加了17.14%和40.69%，差異顯著。同時，蕹菜地上部和地下部干重與其鮮重保持相同的變化規(guī)律。

表2 不同栽植方式下蕹菜和生菜單株鮮重和干重/g

從表中還可以看出，生菜采收時基質(zhì)栽培的S2、S3處理單株干鮮重顯著高于S1處理，S2處理地上部鮮重最高為57.76 g，S1處理地上部鮮重為4.43 g，S2處理地上部鮮重是S1處理的12倍；S3處理地上部鮮重為47.23 g，S2處理地上部鮮重比S3處理增加了22.30%，差異顯著，S2、S3處理生菜地下部鮮重差異不顯著，分別為17.99 g和18.07 g，是S1處理的7.5倍，生菜地上部和地下部干重與其鮮重保持相同變化規(guī)律。

不同液面栽植方式對蕹菜和生菜品質(zhì)的影響

表3為不同栽培處理下蕹菜和生菜葉綠素含量及品質(zhì)指標的測定值。由表可以看出，蕹菜采收時，基質(zhì)栽培的S2、S3處理葉綠素、硝酸鹽、VC、可溶性蛋白含量均顯著高于S1處理；S2處理硝酸鹽含量最高為414.98 mg/kg，S1、S3處理硝酸鹽含量分別為239.05 mg/kg、363.16 mg/kg，分別比S2處理低42.39%、12.49%；S2處理可溶性蛋白含量最高為10.08 mg/g，S1、S3處理可溶性蛋白含量分別為3.86 mg/g、7.60 mg/g，分別比S2處理低61.71%、24.60%。從表中還可以看出，S2、S3處理葉綠素差異不顯著，分別為0.86 mg/g、0.84 mg/g，較S1處理顯著增加了200.07%、200%；S2、S3處理VC含量差異也不顯著，分別為173.49 mg/kg、183.46 mg/kg，較S1處理顯著增加了42.71%、50.92%。

表3 不同栽植方式對蕹菜和生菜葉綠素含量和品質(zhì)的影響

在生菜的品質(zhì)指標中，基質(zhì)栽培的S2、S3處理葉綠素和品質(zhì)指標均優(yōu)于裸根的S1處理。S2處理硝酸鹽含量最高為372.73 mg/kg，S1、S3處理硝酸鹽含量分別為237.68 mg/kg、324.37 mg/kg，分別比S2處理低36.23%、12.97%；S2處理可溶性蛋白含量也最高為7.32 mg/g，S1、S3處理可溶性蛋白含量分別為1.38 mg/g、5.77 mg/g，分別比S2處理低81.14%、21.17%。S3處理葉綠素含量最高為0.66 mg/g，S1、S3處理葉綠素含量分別為0.23 mg/g、0.51 mg/g，分別較S3處理降低了65.15%、22.73%。S2、S3處理VC含量差異不顯著，分別為111.32 mg/kg、109.94 mg/kg，比S1處理顯著增加了36.27%、34.58%。

栽培基質(zhì)速效養(yǎng)分的變化規(guī)律

為明確液面漂浮栽培過程中，基質(zhì)養(yǎng)分供應(yīng)對蕹菜和生菜的影響，對整個生長期內(nèi)S2、S3處理栽培基質(zhì)速效磷、堿解氮含量變化規(guī)律進行了測定（圖4A、圖4B和圖5A、圖5B）。由圖4A可以看出，蕹菜在定植0～7天，各處理速效磷含量下降，可能的原因是定植初期，基質(zhì)水分含量較高，導致基質(zhì)中養(yǎng)分因淋溶損失較大，在10～17天，基質(zhì)中速效磷含量上升，17～21天，速效磷含量下降，此時可能是蕹菜快速生長時期，在21～28天，各處理均呈現(xiàn)上升趨勢，28～35天，各處理基質(zhì)速效磷含量逐漸趨于平衡。在整個生長期內(nèi)，S2處理速效磷含量顯著低于S3處理，較其增加了20%左右，這可能與S2處理蕹菜長勢較優(yōu)，吸收能力較強相關(guān)。

圖5 不同栽植方式下蕹菜和生菜基質(zhì)堿解氮含量的變化

生菜整個生長期內(nèi)栽培基質(zhì)速效磷含量變化見圖4B。從圖中可以看出，定植前7天，各處理速效磷含量下降，此時可能是基質(zhì)含水量過高，基質(zhì)中養(yǎng)分因淋溶損失較大，定植后7～14天，基質(zhì)中速效磷含量上升，在14～21天，各處理速效磷均呈現(xiàn)下降趨勢，在21～28天基質(zhì)中速效磷含量上升，在28～35天，各處理速效磷含量逐漸趨于平穩(wěn)。在整個生長期內(nèi)，S2、S3處理速效磷含量差異不顯著。

圖4 不同栽植方式下蕹菜和生菜基質(zhì)速效磷含量的變化

圖5A為不同栽培方式下的有機基質(zhì)在蕹菜整個生長過程中堿解氮含量的動態(tài)變化。從圖中可以看出，定植0～7天，各處理基質(zhì)中的堿解氮含量上升，在14～21天，各處理基質(zhì)堿解氮含量下降，此時可能是空心菜快速生長期，在21～28天，各處理均呈現(xiàn)上升趨勢，在28～35天，各處理堿解氮含量逐漸保持平衡。從圖中還可以看出，在整個生長期，S2處理堿解氮含量顯著低于S3處理，較其降低17.00%，這可能與S2處理蕹菜長勢較優(yōu)，吸收能力較強相關(guān)。

在生菜整個生長期內(nèi)，測定了不同栽培環(huán)境下，基質(zhì)中堿解氮含量變化，見圖5B。從圖中可以看出，定植前7天，各處理基質(zhì)堿解氮含量逐漸上升，在7～14天，各處理堿解氮含量緩慢下降，此時可能生菜生長速率逐漸變快，在14～21天，基質(zhì)中的堿解氮含量下降變快，此時可能是生菜的快速生長期，21～28天，各處理堿解氮含量加速升高，在28～35天，各處理堿解氮含量逐漸趨于平穩(wěn)。在整個生長期，各處理生菜堿解氮含量差異不顯著。

討論與結(jié)論

液面栽植技術(shù)是近些年來的研究熱點[13]，水體資源可以為作物提供水分[14]和微量營養(yǎng)元素[15]，基質(zhì)可以固定植株，為植株生長提供所需的養(yǎng)分，在不施加任何肥料的情況下不僅可以滿足葉菜的生長，而且生態(tài)環(huán)保。

胡綿好等[16]研究了農(nóng)業(yè)秸稈作為浮床基質(zhì)對氮素污染物的去除效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相比于純植物漂浮栽培，以農(nóng)業(yè)秸稈作為漂浮栽培基質(zhì)，含氮化合物去除效果和植物生長量和生長狀況明顯優(yōu)于純植物漂浮栽培。本試驗也證明了這一點，泡沫板基質(zhì)栽培（S2）和浮板營養(yǎng)缽基質(zhì)栽培（S3）下，蕹菜和生菜長勢、單株干鮮重顯著高于裸根水培（S1）。養(yǎng)分的供應(yīng)影響著植物的品質(zhì)。汪銀梅等[17]的研究結(jié)果表明，以基質(zhì)作為漂浮材料時，可以顯著提高植株的葉綠素含量，進一步促進植株的同化作用。在本試驗中，泡沫板基質(zhì)栽培（S2）和浮板營養(yǎng)缽基質(zhì)栽培（S3）處理中葉綠素含量和品質(zhì)指標顯著高于S1處理，與其研究結(jié)果基本一致。

整個生長期內(nèi)，基質(zhì)中養(yǎng)分的變化情況可以反應(yīng)各個時期蕹菜和生菜對養(yǎng)分的吸收狀況[18]。在整個蕹菜生長期內(nèi)，S2處理速效磷、堿解氮含量均顯著低于S3處理，說明其對N、P的吸收速率均顯著高于S3處理，S2處理蕹菜生長較快。在生菜生長期內(nèi)，S2、S3處理速效磷、堿解氮含量表現(xiàn)出相同的變化規(guī)律，各處理差異不顯著。因此，在魚池進行葉菜漂浮栽培是可行的，采用泡沫板基質(zhì)栽培（S2）效果更好。試驗中泡沫板基質(zhì)栽培會出現(xiàn)移動過程中，基質(zhì)流入水中的現(xiàn)象，在接下來的試驗中還需進行修改。