魚菜共生系統(tǒng)中葉面施肥對生菜生長的影響

王川奇 高菁菁 閆玉杰 趙小剛 李亞靈 溫祥珍

摘? ? 要：為研究葉面噴肥對魚菜共生系統(tǒng)中生菜生長及系統(tǒng)水質(zhì)的影響，以觀賞魚、意大利生菜為試材，分別在8：00、18：00于葉片上噴施營養(yǎng)液肥（記作T1、T2），在8：00和18：00噴施2次營養(yǎng)液肥（記作T3），以8：00噴施清水為對照（CK）。結(jié)果表明，在自來水養(yǎng)魚的魚菜共生系統(tǒng)中，與CK相比，葉面噴施營養(yǎng)液給植株提供了養(yǎng)分，植株氮、磷、鎂等養(yǎng)分吸收量顯著增加，T2、T3處理植株鉀吸收量顯著增加，T1處理植株鉀吸收量增加但不顯著;葉綠素含量提高25%～40%，株高增加，早晚提供2次營養(yǎng)液使生菜地上部鮮質(zhì)量提高32.18%。同時，葉面噴施營養(yǎng)液處理的水體中NH4+-N、NO2--N、NO3--N、總P含量多低于CK，沒有對水體造成負面影響，處理間魚群的質(zhì)量變化也沒有差異。綜上所述，葉片噴施營養(yǎng)液可以有效緩解魚菜共生系統(tǒng)中生菜營養(yǎng)缺乏問題，早晚噴施2次營養(yǎng)液更有利于促進生菜的生長。

關(guān)鍵詞：生菜;魚菜共生;葉面噴肥;植株生長;水質(zhì)

中圖分類號：S636.2 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-2871（2021）06-054-06

Effects of the foliar fertilization on the lettuce growth in the aquaponic system

WANG Chuanqi， GAO Jingjing， YAN Yujie， ZHAO Xiaogang， LI Yaling， WEN Xiangzhen

（Horticultural College， Shanxi Agricultural University， Taigu 030801， Shanxi， China）

Abstract： In this research， Italian lettuce and ornamental fish were used to study the effect of foliar spraying on the lettuce growth and water quality in aquaponic system. The leaves were sprayed with nutrient solution （T1， T2） at 8：00 a.m. and 18：00 p.m.， twice at 8：00 a.m. and 18：00 p.m. （T3）， and the control was sprayed with clear water （CK） at 8：00 a.m. The results showed that in this system， the foliar fertilization provided nutrients to the plants and the absorption of nitrogen， phosphorus， potassium， magnesium， other nutrients were increased significantly， the chlorophyll content was increased by 25%-40%， the plant height was increased，? the lettuce yield was increased by 25% when the fertilization was treated in the morning and evening. While at the same time， there was no significant diffidence between the contents of NH4+-N， NO2--N， NO3--N and the total P in the water， the quality of fish was found no significant differences between treatments. In conclusion， the foliar fertilization can effectively alleviate the nutrient deficiency of lettuce in aquaponic system， and spraying nutrient solution twice in the morning and evening is more beneficial to promote the growth of lettuce.

Key words： Lettuce; Aquaponic system; Foliar fertilization; Plant growth; Water quality

魚菜共生系統(tǒng)是一個將循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖與作物水培生產(chǎn)結(jié)合起來的綜合系統(tǒng)，被認為是一種可持續(xù)生產(chǎn)的栽培養(yǎng)殖方式[1-2]。管理良好的水產(chǎn)養(yǎng)殖可以提高養(yǎng)分保持效率，減少水的使用，減少向環(huán)境排放的廢物，并通過同時生產(chǎn)2種農(nóng)產(chǎn)品來提高經(jīng)濟效益[3]。因此，魚菜共生技術(shù)成為公認的可持續(xù)生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品的方法之一[4-5]。

盡管魚菜共生技術(shù)具有很高的生產(chǎn)潛力和可持續(xù)生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品的能力，但在傳統(tǒng)的魚菜共生系統(tǒng)中依然存在營養(yǎng)不足導(dǎo)致蔬菜長勢不佳、葉片失綠、產(chǎn)量下降的現(xiàn)象[6]。有研究指出，在僅依靠魚類排泄物為作物提供養(yǎng)分的水生系統(tǒng)中，磷（P）、鉀（K）、鐵（Fe）、錳（Mn）含量較低[7-8]，不足以滿足作物生長的需要，易造成作物減產(chǎn)和品質(zhì)降低。因此，可以通過在水生系統(tǒng)中補充養(yǎng)分來實現(xiàn)優(yōu)化作物生產(chǎn)的目標(biāo)[9]。此時，可以將營養(yǎng)元素添加于養(yǎng)殖水體中或進行葉面噴施來提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[10-11]。葉面施肥方便、利用效率高[12]，在優(yōu)化作物生產(chǎn)的過程中具有很廣闊的應(yīng)用前景。

筆者以意大利生菜為材料，研究在魚菜共生系統(tǒng)中不同葉面施肥時間及不同葉面施肥量對生菜生長以及系統(tǒng)水質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

供試生菜品種為意大利生菜，種子購買自中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院。試驗所選用的魚為觀賞魚，購自山西省太谷縣水產(chǎn)市場。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。魚菜共生系統(tǒng)包括魚箱和定植板，魚箱選用容積為12 L的栽培槽（長40 cm，寬30 cm，高12 cm），加入自來水，定植板選用PE泡沫板，有12個定植孔。定植板下方鋪設(shè)網(wǎng)篩，減少魚群對植株根系的影響。除魚箱和定植板外，水箱配備增氧泵，提高水體含氧量。試驗期間，用自來水補充因蒸發(fā)、植株蒸騰而損失的水量，系統(tǒng)與周圍環(huán)境無水體交換。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2020年6月5日播種育苗，待幼苗長到4葉1心時，首先清洗根部基質(zhì)，將其移栽到1/2個劑量的日本山崎生菜配方營養(yǎng)液的水培槽（12 L）中緩苗。緩苗7 d后，選取植株長勢基本一致的幼苗移栽入魚菜共生系統(tǒng)的定植板上。試驗開始于2020年7月1日，持續(xù)27 d。

試驗在魚菜共生體系下設(shè)置4個處理，分別是在8：00、18：00于葉片上噴施營養(yǎng)液肥（記作T1、T2），在8：00和18：00噴施2次營養(yǎng)液肥（T3），以8：00噴施清水為對照（CK），水和營養(yǎng)液噴施每2 d進行1次，以葉片正反兩面均勻噴施但無液體滴下為宜。同時設(shè)置營養(yǎng)液水培種植處理（NS），營養(yǎng)液選擇日本山崎生菜配方，以觀察正常水培下生菜的生長狀況。各處理3次重復(fù)，每個重復(fù)種植12株生菜。

葉面噴施營養(yǎng)液為日本山崎生菜配方營養(yǎng)液，大量元素濃度為Ca（NO3）2 1 mmol·L-1、KNO3 4 mmol·L-1、NH4H2PO4 0.5 mmol·L-1、MgSO4 0.5 mmol·L-1;微量元素選用通用配方，濃度為硼2.5 ?mol·L-1、鋅2.0 ?mol·L-1、錳2.0 ?mol·L-1、鉬0.5 ?mol·L-1、銅0.5 ?mol·L-1、鐵50 ?mol·L-1，營養(yǎng)液的pH保持在6.0～6.3。

觀賞魚初始質(zhì)量為30～35 g·條-1，每個魚箱放入3條魚，魚群總質(zhì)量約為95 g，每天8：30進行投喂，魚群每日飼喂量為魚總質(zhì)量的2%[13]。

試驗中每隔3 d對水箱水體進行簡單清理，用紗布過濾未分解的糞便;試驗過程中未對各處理水的pH值進行調(diào)整。

1.3 測定項目及方法

試驗期間，使用“小喇叭溫濕度測定儀”（購自海芯華夏）測定環(huán)境溫濕度，每隔5 min自動記錄一次。室內(nèi)空氣濕度為66%～90%，室溫為21～35 ℃。

試驗期間，每天9：00對系統(tǒng)水質(zhì)進行監(jiān)測，使用STARTER便攜式溶解氧測定儀以及TRI-METER的pH、EC一體儀測定水體環(huán)境的DO、pH、EC值。系統(tǒng)運行過程中，魚菜共生系統(tǒng)中，溶氧（DO）為4.05～6.21 mg·L-1，pH為7.03～7.87，電導(dǎo)率（EC）為0.59～0.78 mS·cm-1;營養(yǎng)液水培系統(tǒng)中，溶氧（DO）為5.57～6.52 mg·L-1，pH為7.58～8.12，電導(dǎo)率（EC）為0.98～1.37 mS·cm-1。

定植3 d后開始測定植株生長狀況，每隔5 d測定一次株高;每隔7 d采用乙醇提取法測定葉片葉綠素含量。

定植3 d后進行水樣含氮化合物（氨氮NH4--N、硝態(tài)氮NO3--N、亞硝酸鹽氮NO2--N）以及水中總P含量的測定，取樣時間為9：00，采集的水樣于24 h內(nèi)進行測定，每隔7 d測定1次。采用納式試劑分光光度法測定氨氮含量，采用N-乙二胺光度法測定亞硝酸鹽氮含量，采用酚二磺酸光度法測定硝酸鹽氮含量，采用鉬酸銨比色法測定總磷含量。

植株中養(yǎng)分含量的測定和養(yǎng)分吸收量的計算：生長27 d后生菜采收時每個處理隨機選取6棵植株，用水洗凈，105 ℃烘箱中殺青30 min，然后在 80 ℃條件下烘至恒重稱質(zhì)量。取各處理混合均勻的干樣，研磨均勻后用于測定生菜單株全氮、全磷、全鉀、全鎂含量。樣品采用濃 H2SO4與H2O2聯(lián)合消煮后，采用凱氏定氮法測定全氮含量，采用鉬銻抗比色法測定全磷含量，采用原子吸收分光光度法測定全鉀和全鎂含量[14]。

試驗開始和結(jié)束時，使用電子天平測定生菜和觀賞魚鮮質(zhì)量，計算生菜產(chǎn)量以及魚群生物量增加量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

對搜集的試驗數(shù)據(jù)利用Microsoft Excel 2016軟件進行整理與圖表制作，用SPSS 13.0軟件進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水培系統(tǒng)的綜合生產(chǎn)性能

由表1可以看出，魚菜共生系統(tǒng)中4個處理都成功地生產(chǎn)了魚和生菜2種經(jīng)濟產(chǎn)物，其中，T3處理地上部鮮質(zhì)量最高，為30.68 g;T1、T2處理地上部鮮質(zhì)量分別為25.62、26.39 g。T3處理地上部鮮質(zhì)量顯著高于其他3個處理，比CK顯著增加了32.18%;T1、T2、CK處理間地上部鮮質(zhì)量差異不顯著，T1、T2比CK分別增加了10.38%、13.70%。各處理生菜地上部干質(zhì)量與其鮮質(zhì)量保持相同的變化規(guī)律。試驗中，魚菜共生系統(tǒng)中各處理生菜根系干、鮮質(zhì)量差異不顯著。各處理魚群生物量增加量差異不顯著，魚群鮮質(zhì)量均較試驗前增加了50%左右。同期，營養(yǎng)液栽培的生菜獲得了更高的地上部鮮質(zhì)量，為66.13 g，是T3處理的1.15倍。

2.2 不同處理對生菜株高的影響

由圖1可以看出，在魚菜共生體系中，定植后3～8 d各處理生菜株高增長速率均較快，8 d后增速逐漸放緩，且T3處理株高均高于其他處理。處理23 d后，T3處理株高為14.27 cm，顯著高于其他3個處理，較CK增加了16.7%，較T1、T2處理增加了13.7%、9.7%。T1、T2處理株高分別為12.55、13.00 cm，分別比CK增加了2.73%、6.41%，且T1、T2、CK處理間株高差異不顯著。處理13 d開始，NS處理株高一直優(yōu)于其他處理，處理23 d后，NS處理株高較CK處理增加了33.83%。

2.3 不同處理對生菜葉綠素含量的影響

由圖2可知，在魚菜共生系統(tǒng)運行初期，隨著生菜的生長，生菜葉片葉綠素含量逐漸升高，而后逐漸降低，CK、T1、T2處理在處理12 d后葉綠素含量達到峰值，T3處理葉綠素含量在處理17 d后達到峰值。處理22 d后，T3處理葉綠素含量最高，為0.91 mg·g-1，T1、T2處理葉綠素含量分別為0.81、0.84 mg·g-1。T3處理葉綠素含量顯著高于其他3個處理，比CK增加了40.71%，比T1、T2處理葉綠素含量分別增加了12.34%、12.29%。T1、T2處理葉綠素含量比CK分別顯著增加了29.89%、25.25%，而T1、T2處理間葉綠素含量差異不顯著。在整個生長期內(nèi)，T3處理葉綠素含量始終高于NS處理，處理22 d后，T3處理葉綠素含量較NS處理增加了21.33%。

2.4 水體中含氮化合物含量的變化

由表2可知，CK、T1、T3處理水體中NH4+-N含量均從3 d時開始出現(xiàn)直線下降，到24 d時天略有升高，T2處理水體中NH4+-N含量一直呈下降趨勢。在3 d時，各處理NH4+-N大量積累達到11.37～14.99 mg·L-1，這可能與魚類消耗飼料有關(guān)。在整個生長過程中，T3處理NH4+-N含量均為最低。在3、10 d時，T3處理水體中NH4+-N含量均顯著低于其他3個處理;在17 d時，各處理水體中NH4+-N含量差異不顯著;在24 d時，T1、T2、T3處理水體中NH4+-N含量顯著低于CK。

魚菜共生系統(tǒng)各處理水體中NO2--N含量呈現(xiàn)先上升后下降趨勢，CK、T1、T2處理NO2--N含量均在17 d時達最高值，T3處理NO2--N含量在第10天達最高值。在3～10 d，各處理NO2--N含量上升速率變快，此時可能是水體中NH4+-N加速向NO2--N轉(zhuǎn)化。在10～17 d，CK、T1、T2處理NO2--N含量上升速率變緩，在17～24 d，各處理NO2--N含量呈現(xiàn)緩慢下降趨勢，在17、24 d時，各處理NO2--N含量差異不顯著。

在整個生長期內(nèi)，魚菜共生系統(tǒng)內(nèi)各處理NO3--N含量呈現(xiàn)上升趨勢，定植后0～3 d，NO3--N含量上升速度較為緩慢，在3～10 d，NO3--N含量增速最快，此時可能是水體中NO2--N正加速向NO3--N轉(zhuǎn)化，在10～17 d，增速放緩，在17～24 d，上升速度變快，各處理NO3--N含量上升到7.25～10.13 mg·L-1。在同一生長期內(nèi)，T3處理NO3--N含量均為最低，在3 d時，各處理NO3--N含量差異不顯著;在10 d時，T2、T3處理NO3--N含量均顯著低于CK，而T1處理NO3--N含量低于CK，但差異不顯著;在17、24 d時，T1、T2、T3處理NO3--N含量均顯著低于CK。

在整個生長期內(nèi)，NS處理下水體中NH4+-N含量較低，在10 d時，NH4+-N含量最高，為1.47 mg·L-1;NO2--N、NO3--N含量均呈現(xiàn)下降趨勢，0～3 d，下降速度慢，此時生菜植株較小，對營養(yǎng)吸收能力不足，在3～10 d，下降速度有所提高，在10～17 d，下降速率變快，此時可能是生菜的快速生長時期，在17～24 d，下降速度放緩，處理24 d后，NO2--N、NO3--N含量最終降低到0.07、8.56 mg·L-1。

從表2中可以看出，整個生長期內(nèi)，魚菜共生系統(tǒng)內(nèi)葉面噴施營養(yǎng)液的3個處理TAN含量變化規(guī)律相同，TAN含量均在3 d時開始逐漸降低，在17 d時達到最低值，在24 d時又開始升高。在3 d時，各處理TAN含量大量積累到12.07～15.94 mg·L-1，這可能與魚類大量消耗飼料，生菜植株較小吸收能力較弱相關(guān)。在17 d時，葉面噴施營養(yǎng)液的3個處理TAN含量快速下降到10 mg·L-1以下，此時可能是生菜快速生長期。同時，NS處理TAN含量與其NO2--N、NO3--N含量變化規(guī)律一致。

2.5 水中總磷含量的變化

由表3可以看出，魚菜共生系統(tǒng)中，CK、T2、T3處理水體中總磷含量保持相同的變化規(guī)律，均呈現(xiàn)先升高后降低趨勢，在17 d時達最高值。定植3 d時，各處理總磷含量加速增長，達到1.49～1.89 mg·L-1，這可能與魚類大量消耗飼料相關(guān)。在定植10 d時，水中總磷含量變化幅度較小，總磷含量維持在1.66～1.95 mg·L-1，在17 d時，水中總磷含量上升，在24 d時，各處理水中總磷含量呈現(xiàn)緩慢下降趨勢，最終維持在2.45～2.78 mg·L-1。在定植17、24 d時，各處理水中總磷含量差異不顯著。整個生長期內(nèi)，NS處理水中總磷含量呈現(xiàn)下降趨勢，定植0～3 d，總磷含量下降緩慢，此時生菜植株較小，對磷的吸收能力較弱，在3～10 d，水中下降速度提高，在10～17 d，下降速度最快，此時可能是生菜快速生長期，在17～24 d下降速度放緩，總磷含量最終降低到0.63 mg·L-1。

2.6 不同處理對植株養(yǎng)分吸收量的影響

由表4可以看出，在魚菜共生體系中，T3處理生菜養(yǎng)分吸收量最高，其N、P、K、Mg吸收量分別為31.43、13.61、66.10、9.21 mg·株-1，比CK顯著增加了41.64%、79.08%、31.65%、32.33%。T1、T2、T3處理生菜N、P、Mg吸收量均顯著高于CK，T2、T3處理生菜K吸收量顯著高于CK，而T1處理K吸收量與CK差異不顯著。NS處理獲得最高的養(yǎng)分吸收量，顯著高于魚菜系統(tǒng)的植株，這可能與其養(yǎng)分供應(yīng)充足、長勢好相關(guān)。

3 討論與結(jié)論

生菜生長速度快，需要的養(yǎng)分多，因此充足的營養(yǎng)在生菜的生產(chǎn)過程中起著非常重要的作用[15]。在本試驗中，營養(yǎng)液供應(yīng)的NS處理水體中營養(yǎng)供應(yīng)充足，植株獲得了較其他處理更高的產(chǎn)量。而魚菜共生系統(tǒng)中，僅僅依靠魚類排泄物為植株提供養(yǎng)分，水體中可用的營養(yǎng)元素缺乏，營養(yǎng)缺乏往往造成植株產(chǎn)量的降低[7]，這與本試驗對照CK處理結(jié)果一致。

在本試驗中，葉片噴施營養(yǎng)液的T1、T2、T3處理，株高、產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收量均優(yōu)于噴施清水的CK，表明在魚菜共生系統(tǒng)中，葉片噴施營養(yǎng)液可以有效緩解生菜在生長過程中營養(yǎng)缺乏的問題[9]。葉綠素作為綠色植物進行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量是反應(yīng)綠色植物葉片光合作用能力及植株健康狀態(tài)的重要生理指標(biāo)[16]。在本試驗中，噴施營養(yǎng)液的各處理葉綠素含量均優(yōu)于CK，表明葉面噴施營養(yǎng)液可以有效提高葉綠素含量，這一結(jié)果與ROOSTA等[10]的研究結(jié)果一致。同時，早晚噴施2次營養(yǎng)液的T3處理植株養(yǎng)分吸收量優(yōu)于噴施1次營養(yǎng)液的T1、T2處理，表明多次噴施營養(yǎng)液對魚菜共生系統(tǒng)中生菜的生長促進效果更加顯著，因此株高增加，產(chǎn)量顯著提高。

本試驗魚菜共生系統(tǒng)中，由于生菜種在定植板上，葉面噴施營養(yǎng)液處理的水體中NH4+-N、NO2--N、NO3--N、總P含量多低于CK，表明葉面噴施營養(yǎng)液沒有對水體造成負面影響。同時，各處理魚群生物量增加量也沒有太大差異，這與ROOSTA等[17]的試驗結(jié)果基本一致。

綜上所述，在本試驗條件下，葉片噴施營養(yǎng)液可以有效緩解魚菜共生系統(tǒng)中生菜營養(yǎng)缺乏的問題，早晚噴施2次營養(yǎng)液更有利于促進生菜的生長。試驗中隔天噴施營養(yǎng)液，效果仍沒有達到營養(yǎng)液NS處理的效果，因此建議每天早晚均需噴施;試驗栽培面積較小，需要擴大栽培面積，進行進一步研究。另外，魚類活動對生菜根系損傷較為嚴重，在今后的試驗中，可以從管理魚群的飼喂制度入手進一步研究。

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