魚(yú)菜共生系統(tǒng)礦物元素對(duì)蔬菜生長(zhǎng)的影響

王冰 張凱 華向美 楊玉鵬 龍翰威

摘要 [目的]探索魚(yú)菜共生系統(tǒng)中礦物元素對(duì)蔬菜生長(zhǎng)以及品質(zhì)的影響。[方法]向傳統(tǒng)魚(yú)菜共生系統(tǒng)中，逐步投放麥飯石、火山石以及陶粒，定期測(cè)定蔬菜水培營(yíng)養(yǎng)液中礦物元素以及重金屬含量，并在蔬菜收獲時(shí)測(cè)定其高度、葉片數(shù)、重量以及葉綠素含量等指標(biāo)。[結(jié)果]在魚(yú)菜共生系統(tǒng)中投放麥飯石等可提高水培營(yíng)養(yǎng)液中礦物元素含量，對(duì)照組蔬菜根長(zhǎng)對(duì)比空白組增長(zhǎng)15.60%，株高增高1968%，質(zhì)量和生物產(chǎn)量分別增長(zhǎng)18.64%和34.38%。[結(jié)論]麥飯石等的投放可增加水體中礦物元素含量，促進(jìn)魚(yú)菜共生系統(tǒng)中蔬菜的生長(zhǎng)，并可提高蔬菜葉綠素含量，且不會(huì)造成重金屬超標(biāo)，但火山石、麥飯石以及陶粒的投放比例、投放方式和投放量還需要進(jìn)一步研究。

關(guān)鍵詞 魚(yú)菜共生;礦物元素;蔬菜

中圖分類(lèi)號(hào) S181文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2019）13-0076-02

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.13.024

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Effects of Mineral Elements on Vegetable Growth in Aquaponics System

Abstract [Objective]To find out the effects of mineral elements on vegetable growth and quality in aquaponics system. [Method]The vesuvianite， maifanite and ceramsite were added to the system， the concentrations of Fe， Mn， Mg， K and Ca were determined， as well as the height， weight， leaves and chlorophyll content， et al. of the vegetable. [Result]The concentrations of Fe， Mn， Mg， K and Ca were higher after adding the vesuvianite， maifanite and ceramsite compared to the blank， the growth and quality of vegetable were also better， i.e.， the length of root was increased by 15.60%， the height of the whole vegetable was increased by 19.68%， and the weight and production were increased by 18.64% and 34.38% respectively. [Conclusion]Adding vesuvianite， maifanite and ceramsite is an approach to increase the mineral elements in aquaponics system， which promotes the growth and quality of vegetable， however， the proportion， the way of addition and the amount are needed for further research.

Key words Aquaponics system;Mineral elements;Vegetable

我國(guó)是世界第一漁業(yè)大國(guó)，年產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的68%，但傳統(tǒng)養(yǎng)魚(yú)模式是以犧牲環(huán)境為代價(jià)的。每公斤魚(yú)每天向水體排放氨氮1～2 g、耗去水中溶解氧5～6 g，污染1.5 m3水體[1]。另外，隨著人們生活水平的提高，農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)已不能滿(mǎn)足人們的需求。在傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖中，伴隨著魚(yú)類(lèi)排泄物的積累，水體中氨氮及亞硝酸鹽濃度逐漸增加，過(guò)高的氨氮及亞硝酸鹽濃度直接影響?hù)~(yú)類(lèi)生長(zhǎng)[2-3]。水體中氨氮及亞硝酸鹽可被微生物轉(zhuǎn)化為易被作物吸收利用的硝酸鹽[4]。另外，水產(chǎn)養(yǎng)殖殘餌中富含的N、P、K等元素均是作物生長(zhǎng)所必需的。魚(yú)菜共生作為一種新型復(fù)合耕作體系，可將水產(chǎn)養(yǎng)殖和水耕栽培有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“水產(chǎn)養(yǎng)殖不換水，蔬菜栽培不施肥”的生態(tài)共生效應(yīng)而逐漸受到推崇。

魚(yú)菜共生系統(tǒng)中，不可施用任何農(nóng)藥，否則會(huì)造成水產(chǎn)類(lèi)和有益微生物種群死亡，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰，因而該系統(tǒng)可以“自證清白”;水耕栽培又可避免土壤中的重金屬污染，提高農(nóng)作物品質(zhì)。魚(yú)菜共生是可持續(xù)循環(huán)型無(wú)排放的低碳生產(chǎn)模式，更是解決由農(nóng)業(yè)發(fā)展引起的生態(tài)危機(jī)的有效途徑[5]。

但傳統(tǒng)的魚(yú)菜共生系統(tǒng)中，依然存在營(yíng)養(yǎng)元素不足導(dǎo)致蔬菜長(zhǎng)勢(shì)不佳的現(xiàn)象。蔬菜生長(zhǎng)所必需的N、P可以通過(guò)增大養(yǎng)殖密度以及投餌量實(shí)現(xiàn)，但過(guò)高的養(yǎng)殖密度也易導(dǎo)致水體缺氧，嚴(yán)重時(shí)造成魚(yú)死亡[6-7]。另外，通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研，蔬菜生長(zhǎng)所必需的其他礦物元素，如Mg、Mn、Ca等，可以通過(guò)向養(yǎng)殖水體投放火山石、麥飯石等來(lái)提高其含量。有研究表明，在魚(yú)池內(nèi)投放麥飯石或火山石可以吸附魚(yú)池中的微量有毒物質(zhì)從而凈化養(yǎng)殖水質(zhì)，且可向水體釋放多種微量元素，降低魚(yú)類(lèi)死亡率[8];此外，火山石和陶粒表面粗糙、多孔，且布水布?xì)饩鶆?，可被微生物附著，是微生物良好的生長(zhǎng)載體，具有顯著去除水中氮和磷的效果[9-10]。為了優(yōu)化魚(yú)菜共生系統(tǒng)水處理工藝，從而提高蔬菜水培營(yíng)養(yǎng)液中營(yíng)養(yǎng)元素含量，筆者擬在傳統(tǒng)的魚(yú)菜共生系統(tǒng)水處理工藝基礎(chǔ)上，添加投放火山石、麥飯石以及陶粒，并定期測(cè)定蔬菜水培營(yíng)養(yǎng)液中Fe、Mn、Mg、K等5種礦物元素以及重金屬含量，同時(shí)對(duì)該系統(tǒng)中整個(gè)蔬菜生長(zhǎng)周期進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并在蔬菜收獲時(shí)測(cè)定其高度、葉片數(shù)、重量以及葉綠素含量等指標(biāo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)場(chǎng)地

該試驗(yàn)在工廠(chǎng)化魚(yú)菜共生中試基地開(kāi)展，該系統(tǒng)位于玻璃溫室內(nèi)，采用的是“工廠(chǎng)化循環(huán)水養(yǎng)殖+垂直旋轉(zhuǎn)立體栽培”模式，利用養(yǎng)魚(yú)尾水替代傳統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)液作為蔬菜的養(yǎng)分供給經(jīng)過(guò)蔬菜吸收后回到魚(yú)池，進(jìn)行綠色安全蔬菜的生產(chǎn);4 m高的垂直旋轉(zhuǎn)立體栽培架，可有效解決立體栽培中光照不足的問(wèn)題，較平層相比提高單位面積產(chǎn)量5倍以上，整個(gè)系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化智能控制，整個(gè)工藝流程如圖1所示。該魚(yú)菜共生系統(tǒng)養(yǎng)殖有加州鱸魚(yú)、胭脂魚(yú)和鯽魚(yú)，養(yǎng)殖密度約30 kg/m3，蔬菜栽培品種為漢菜，又名莧菜。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)從2018年7月2日開(kāi)始，周期為30 d。每7 d向圖1所示的生化池中投放陶粒、麥飯石和火山石（體積比為5∶2∶1）若干，每次投放之前抽取水樣，測(cè)定pH，溶解氧（DO），Mn、Fe等微量元素和重金屬元素含量。生化池出水用于水培漢菜，漢菜的種植密度為10 cm×10 cm，試驗(yàn)終止時(shí)，測(cè)定漢菜的高度、葉片數(shù)、根長(zhǎng)、質(zhì)量及葉綠素含量。

1.3 測(cè)定方法

水樣的pH使用便攜式pH計(jì)（上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司，PHB-4）測(cè)定，DO使用便攜式溶解氧測(cè)定儀（美國(guó)維賽儀器公司，Pro-DO）測(cè)定，微量元素和重金

屬元素分別使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（安捷倫，7700）和原子熒光光度計(jì)（北京吉天儀器有限公司，AFS-930）測(cè)定;蔬菜高度使用游標(biāo)卡尺測(cè)定，質(zhì)量使用萬(wàn)分之一天平測(cè)定，葉綠素含量使用便攜式葉綠素儀（Konica minolta，SPAD-502 Plus）測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與制圖，單因素方差分析顯著性（P≤0.05），使用Grubbs test去除異常值。

2 結(jié)果與分析

2.1 水質(zhì)測(cè)定結(jié)果

經(jīng)測(cè)定，水樣pH以及DO變化不大，pH維持在7.3～7.9，DO維持在4.1～4.9 mg/L。重金屬元素Hg、Cr、Cd、Pb均未檢出，低于檢測(cè)下線(xiàn)0.01 ng/L，砷含量約1.3 ng/L，基本維持恒定，遠(yuǎn)低于漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB11607-89）。元素Mg、K、Ca、Mn隨著時(shí)間推移，麥飯石、火山石以及陶粒的增加，呈現(xiàn)緩慢上升趨勢(shì)（圖2a、b）;但Fe濃度變化較大（圖2b），呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，可能是因?yàn)槭卟松L(zhǎng)前期至旺盛期對(duì)Fe的需求和吸收較多，導(dǎo)致Fe濃度下降，而蔬菜后生長(zhǎng)期對(duì)Fe的需求減少，加之火山石等對(duì)Fe的釋放，水體Fe又呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。

2.2 蔬菜長(zhǎng)勢(shì)及品質(zhì)

為檢測(cè)麥飯石、火山石和陶粒添加對(duì)蔬菜長(zhǎng)勢(shì)及品質(zhì)的影響，設(shè)置空白組與對(duì)照組。其中，空白組未添加麥飯石、火山石和陶粒，對(duì)照組添加麥飯石、火山石和陶粒。從表1可以看出，對(duì)照組漢菜經(jīng)過(guò)一個(gè)生長(zhǎng)周期（30 d）后，根長(zhǎng)、株高、質(zhì)量、生物產(chǎn)量、葉片數(shù)以及葉綠素含量均高于空白組，其中對(duì)照組蔬菜根長(zhǎng)對(duì)比空白組增長(zhǎng)1560%，株高增高19.68%，質(zhì)量和生物產(chǎn)量分別增長(zhǎng)1864%和34.38%。結(jié)合“2.1”中水質(zhì)測(cè)定的結(jié)果，說(shuō)明投放麥飯石、火山石以及陶粒，向水體釋放礦物元素可有效被蔬菜吸收，促進(jìn)蔬菜生長(zhǎng)[11-12]。

3 討論

工廠(chǎng)化魚(yú)菜共生是現(xiàn)代循環(huán)農(nóng)業(yè)模式，可大幅度減少農(nóng)業(yè)用水以及耕地面積，生產(chǎn)高品質(zhì)水產(chǎn)以及蔬菜。筆者針對(duì)魚(yú)菜共生系統(tǒng)蔬菜生長(zhǎng)所需的礦物元素做了相關(guān)試驗(yàn)，將火山石、麥飯石等按比例混合之后，放置于金屬網(wǎng)框，并懸掛于生化池中，結(jié)果表明火山石等的投放可以提高水體礦物元素含量，對(duì)蔬菜長(zhǎng)勢(shì)以及品質(zhì)均有促進(jìn)作用，但研究尚不系統(tǒng)全面，后續(xù)需繼續(xù)開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn)，研究投放不同配比的火山石、麥飯石等以及投放方式、投放量等對(duì)魚(yú)和菜的影響。

4 結(jié)論

（1）魚(yú)菜共生系統(tǒng)投放火山石、麥飯石與陶粒可作為該系統(tǒng)增加礦物元素的一種途徑，除了為微生物提供附著生長(zhǎng)的空間，還可吸附有害物質(zhì)，減少魚(yú)類(lèi)疾病。

（2）火山石等的投放增加了水體中礦物元素含量，進(jìn)而促進(jìn)魚(yú)菜共生系統(tǒng)中蔬菜生長(zhǎng)，并可提高蔬菜葉綠素含量。

（3）火山石、麥飯石以及陶粒的投放比例、投放方式和投放量還需要進(jìn)一步研究。

（4）火山石以及麥飯石等的投放不會(huì)造成魚(yú)菜共生系統(tǒng)重金屬超標(biāo)。

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