不同營(yíng)養(yǎng)液濃度對(duì)水培植物生長(zhǎng)的影響

劉軒伊真，崔金騰，裴 鑫，季 陳

(北京農(nóng)學(xué)院園林學(xué)院，北京 102206)

水培是無(wú)土栽培方式的一種，起源于以色列，主要特點(diǎn)是采用營(yíng)養(yǎng)液代替土壤進(jìn)行植物培植。其栽培方式是將水培植物的根莖放于植物營(yíng)養(yǎng)液中，該植物營(yíng)養(yǎng)液能夠?yàn)橹参锾峁┧?、養(yǎng)分和溫度等生長(zhǎng)因子，代替自然土壤提供生長(zhǎng)所需條件。水培營(yíng)養(yǎng)液中含有氮、磷、鉀等植物生長(zhǎng)所必需元素，為植物的生長(zhǎng)提供養(yǎng)分[1,2]。在不同濃度的營(yíng)養(yǎng)液中，水培植物的長(zhǎng)勢(shì)不同[3,4]。另一方面，植物在生長(zhǎng)過(guò)程中也能通過(guò)吸收水體中大量的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，有效降低富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)，改善水體環(huán)境，促進(jìn)水體生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)[5]。不同植物具有不同的生長(zhǎng)特性和氨氮吸收能力，其水質(zhì)凈化能力存在較大的差異[6]。

魚植共養(yǎng)是一種新型觀賞性強(qiáng)的生態(tài)產(chǎn)品，深受植物與水族愛好者的青睞。植物生長(zhǎng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收及對(duì)水質(zhì)的凈化是關(guān)鍵性技術(shù)，然而目前針對(duì)適宜魚植共養(yǎng)植物的研究還較少?；瘊Q(AnthuriumscherzerianumSchott)和花葉萬(wàn)年青(DieffenbachiapictaLodd.)均為天南星科多年生常綠草本植物。火鶴具有佛焰花序，葉形苞片，常見的苞片顏色有紅色、粉紅色、白色等，既可觀花也可觀葉?；ㄈ~萬(wàn)年青葉片色彩明亮，斑紋變化多端，二者都是極具觀賞價(jià)值的水培植物，也是目前用于構(gòu)建魚植共養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)的首選植物。本文針對(duì)魚植共養(yǎng)的關(guān)鍵問(wèn)題，不同濃度營(yíng)養(yǎng)液對(duì)火鶴和花葉萬(wàn)年青生長(zhǎng)以及水中氨氮和亞硝氮濃度的影響，為魚植共養(yǎng)系統(tǒng)的構(gòu)建提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用火鶴和花葉萬(wàn)年青購(gòu)于北京花鄉(xiāng)花卉市場(chǎng)。選擇生長(zhǎng)健壯植株，剪去爛根和老根，用清水將根部沖洗干凈，在0.05%高錳酸鉀溶液中浸泡10 min，置于清水中預(yù)培養(yǎng)7 d后，進(jìn)行正式試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)以改良的Hoagland配方為基準(zhǔn)，配制100%、75%、50%、25%和0%的5個(gè)不同濃度的營(yíng)養(yǎng)液。試驗(yàn)在67 cm×42 cm×17.5 cm的水培箱中進(jìn)行，用聚乙烯塑料板固定植物，光照20 000 Lx，室溫25℃。每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)栽植6株植物。

營(yíng)養(yǎng)液配方：0.545 g/L NH4Cl，0.68 g/L CaSO4，0.375 g/L KCl，0.49 g/L MgSO4·7H2O，0.14 g/L KH2PO4，2.86 mg/L H3BO3，1.81 mg/L MnCl2·4H2O，0.22 g/L ZnSO4·7H2O，0.08 mg/L CuSO4·5H2O，0.02 mg/L H2MO4·H2O。

1.3 生長(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)定

第0天和第30天，測(cè)定火鶴和花葉萬(wàn)年青的株高、葉長(zhǎng)、葉寬和最長(zhǎng)根長(zhǎng)，計(jì)算30 d的增長(zhǎng)值。

1.4 氨氮和亞硝氮的測(cè)定

第0天、第10天、第20天和第30天采集水樣，采用德國(guó)pHotoFlex?水質(zhì)分析儀以及配套試劑盒，測(cè)定營(yíng)養(yǎng)液中氨氮和亞硝氮的濃度。氨氮去除率=(初始氨氮濃度-測(cè)定時(shí)氨氮濃度)/初始氨氮濃度×100%。

1.5 數(shù)據(jù)分析

使用SAS軟件GLM General linear model程序?qū)υ囼?yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，應(yīng)用Duncan多重測(cè)驗(yàn)對(duì)不同處理進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，其中不同小寫字母表示顯著性差異(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度營(yíng)養(yǎng)液對(duì)火鶴和花葉萬(wàn)年青生長(zhǎng)的影響

不同營(yíng)養(yǎng)液濃度對(duì)火鶴株高、葉寬和根長(zhǎng)的增長(zhǎng)值均有顯著影響(P<0.05)。100%組的株高增長(zhǎng)值顯著高于50%、25%和0%組。100%和75%組的葉寬增長(zhǎng)值顯著高于其他三組。100%和75%組根長(zhǎng)的增長(zhǎng)值顯著高于50%和0%組。葉長(zhǎng)增長(zhǎng)值受培養(yǎng)液濃度的影響不顯著。

不同營(yíng)養(yǎng)液濃度對(duì)花葉萬(wàn)年青的株高、葉長(zhǎng)和根長(zhǎng)的增長(zhǎng)值影響均不顯著。葉寬增長(zhǎng)值受培養(yǎng)液濃度的影響顯著，100%組葉寬的增長(zhǎng)值顯著高于其他4組，25%組葉寬的增長(zhǎng)值顯著高于0%組。

表1 不同濃度營(yíng)養(yǎng)液對(duì)火鶴和花葉萬(wàn)年青生長(zhǎng)的影響Tab.1 Effect of different concentrations of nutrient solution on the growth of A. scherzerianum and D. picta

2.2 營(yíng)養(yǎng)液中氨氮及亞硝氮濃度的變化

水培火鶴100%、75%、50%和25%組營(yíng)養(yǎng)液中氨氮的濃度均隨時(shí)間的增加而逐漸降低，其中，0～20 d氨氮濃度緩慢下降，20～30 d降低較快。亞硝氮的濃度則隨時(shí)間的增加而逐漸上升，其中，0～10 d亞硝氮的濃度基本不變，10～30 d增加較快(圖1)。

水培花葉萬(wàn)年青100%、75%、50%和25%組營(yíng)養(yǎng)液中氨氮的濃度隨時(shí)間的增加緩慢下降。亞硝氮的濃度則隨時(shí)間的增加而逐漸上升，其中，0～20 d亞硝氮的濃度基本不變，20～30 d增加較快(圖2)。

水培火鶴100%、75%、50%和25%組營(yíng)養(yǎng)液中氨氮去除率分別為30.64%、30.57%、30.22%和44.05%，均顯著高于水培花葉萬(wàn)年青相應(yīng)組的9.84%、13.77%、12.88%和13.60%(表2)。水培火鶴100%、75%、50%和25%組營(yíng)養(yǎng)液中亞硝氮的增加量分別為6.15、5.22、4.43和7.98 mg/L，均顯著低于水培花葉萬(wàn)年青相應(yīng)組的7.46、6.64、7.29和10.12 mg/L(表3)。

圖1 火鶴營(yíng)養(yǎng)液中氨氮和亞硝氮濃度的變化Fig.1 Change of NH3-N and NO2-N concentrations in different nutrient solutions of A. scherzerianum

圖2 花葉萬(wàn)年青營(yíng)養(yǎng)液中氨氮和亞硝氮濃度的變化Fig.2 Change of NH3-N and NO2-N concentrations in different nutrient solutions of D. picta

處理組火鶴/%花葉萬(wàn)年青/%SEMP值100%30.64fenbaa9.8440.844b2.730.005775%30.577enbaa13.777enbab1.850.003150%30.221enbaa12.881enbab3.620.027625%44.056enbaa13.606enbab2.580.0011

表3 營(yíng)養(yǎng)液中亞硝氮的增加量Tab.3 The increment of NO2-N in different nutrient solutions

3 討 論

3.1 植物生長(zhǎng)量的變化

植物的生長(zhǎng)狀況體現(xiàn)在植物株高、葉長(zhǎng)、葉寬、葉面積、根長(zhǎng)和葉綠素含量等指標(biāo)。營(yíng)養(yǎng)液配方及濃度是影響水培植物生長(zhǎng)的主要因素。秦麗娟的研究表明，不同營(yíng)養(yǎng)液對(duì)火鶴的長(zhǎng)勢(shì)、葉綠素含量、葉面積等均有影響[7]。本試驗(yàn)中的火鶴除葉長(zhǎng)外，營(yíng)養(yǎng)液濃度對(duì)株高、葉寬和根長(zhǎng)都有顯著影響，100%營(yíng)養(yǎng)液組火鶴長(zhǎng)勢(shì)最好。然而，不同水培植物的生長(zhǎng)特點(diǎn)不同，所需生長(zhǎng)環(huán)境也不同，營(yíng)養(yǎng)液對(duì)水培植物影響也不同[8,9]。黃益鴻的研究表明，1/2園試標(biāo)準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)液濃度適合白掌(SpathiphyllumkochiiEngl. & K. Krause)的生長(zhǎng)，1/4園試標(biāo)準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)液濃度適合太陽(yáng)神的生長(zhǎng)[10]。研究也表明，與火鶴不同，花葉萬(wàn)年青受營(yíng)養(yǎng)液濃度的影響較小。

氮素是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的主要營(yíng)養(yǎng)元素。植物能夠利用的氮素形態(tài)有多種，但生長(zhǎng)過(guò)程中吸收的氮主要是硝態(tài)氮和銨態(tài)氮[11]。不同植物對(duì)硝態(tài)氮與銨態(tài)氮的利用率不同[12,13]。植物對(duì)不同形態(tài)氮素的利用與其本身的氮素同化酶活力大小有關(guān)，有些喜銨態(tài)氮，有些喜硝態(tài)氮[15]。孫宏彥的研究表明，二色補(bǔ)血草(Limoniumbicolor(Bag.) Kuntze)是喜硝態(tài)氮植物，單純銨氮營(yíng)養(yǎng)會(huì)抑制其生長(zhǎng)[16]。增加銨態(tài)氮比例有利于植物中硝酸鹽的積累，但在水培條件下，單純使用銨態(tài)氮可能會(huì)抑制植物對(duì)K+、Ca2+的吸收，產(chǎn)生氨害，抑制植物生長(zhǎng)[13,14]。本研究證明，當(dāng)銨氮為營(yíng)養(yǎng)液中唯一氮源時(shí)，火鶴和花葉萬(wàn)年青并未表現(xiàn)出明顯銨毒癥狀，這與植物種類、營(yíng)養(yǎng)液組成、水培條件及水培時(shí)間均有關(guān)[17,18]。

3.2 水中氨氮濃度的變化

水體富營(yíng)養(yǎng)化指水體中氮和磷等營(yíng)養(yǎng)素含量過(guò)多而引起的水質(zhì)污染現(xiàn)象。研究表明，水中所含大量營(yíng)養(yǎng)元素，例如氮、磷元素等，能被水培植物根系吸收，或被植物轉(zhuǎn)化利用或儲(chǔ)存于植物體內(nèi)，從而達(dá)到凈化的作用[19]。不同植物對(duì)水中氨氮的去除能力不同。郭鑫采用氨氮濃度為20、30、40、50 mg/L的人工配置生活污水，比較7種植物的脫氮效果，發(fā)現(xiàn)再力花(ThaliadealbataFraser)、東方香蒲(TyphaorientalisPresl)和風(fēng)車草(CyperusalternifoliusL.)的氨氮去除率較高[20]。彭憶蘭研究不同水生植物對(duì)養(yǎng)殖廢水氨氮的凈化效果，發(fā)現(xiàn)單一水生植物的凈化效率排序是水葫蘆(Eichhorniacrassipes)>蕹菜(IpomoeaaquaticForsk)>蘆葦(Phragmitescommunis)[21]。陳友媛研究不同觀賞植物對(duì)水質(zhì)的凈化效果，發(fā)現(xiàn)對(duì)氨氮的凈化能力依次為春羽(PhilodenronselloumKoch)>銅錢草(Hydrocotylevulgaris)>綠蘿(Epipremnumaureum)[22]。王艷英以10種觀賞植物為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)對(duì)水體氨氮凈化效果較好的花卉依次為綠蘿、白掌、春羽和合果芋(SyngoniumpodophyllumSchott)[23]。本研究表明火鶴對(duì)氨氮的去除率為30.64%～44.05%，顯著高于花葉萬(wàn)年青的9.84%～13.77%。此外，植物對(duì)氨氮的去除與氨氮的起始濃度有關(guān)[24]，隨著氨氮濃度的增加，植物的氨氮去除率逐漸降低[20]，本試驗(yàn)也呈現(xiàn)相同趨勢(shì)。

水培植物對(duì)水體的凈化不僅體現(xiàn)在對(duì)營(yíng)養(yǎng)素的吸收，還可以通過(guò)根系與微生物共同作用來(lái)凈化水質(zhì)。水培植物的根系能夠?qū)⑺袘腋〉挠袡C(jī)物碎屑和新陳代謝的產(chǎn)物沉降并轉(zhuǎn)移到底泥之中[25,26]，同時(shí)通過(guò)根系向下部輸送氧氣，以此來(lái)調(diào)解水中微環(huán)境的氧化還原狀態(tài)，從而加強(qiáng)根部區(qū)域的硝化菌和反硝化菌等微生物的繁殖和生長(zhǎng)，以此提高水體凈化的效率。本試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)火鶴營(yíng)養(yǎng)液中亞硝氮的出現(xiàn)早于花葉萬(wàn)年青組，但含量均低于花葉萬(wàn)年青組，這不僅與植物吸收有關(guān)，還與根際微生物的作用密切相關(guān)。

4 結(jié) 論

在低濃度培養(yǎng)液中火鶴的生長(zhǎng)明顯受到抑制，而對(duì)花葉萬(wàn)年青的生長(zhǎng)影響不大，因而花葉萬(wàn)年青更適用于魚植共養(yǎng)系統(tǒng)。就氨氮去除率而言，火鶴則比花葉萬(wàn)年青具有更高的氨氮去除率。