魚池液面栽植技術研究＊

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)境調控效果[3]，世界范圍內，設施發(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)展液面設施園藝或將成為未來的一種趨勢。

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，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。目前國內外對于魚池液面漂浮栽培的研究主要集中在水質凈化效果的研究，對蔬菜生長和品質影響的研究較少。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，將基質栽培技術應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)量和品質的影響，篩選最優(yōu)的液面漂浮栽植方式，以期構建一套經(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。

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。栽培基質選用中國農(nóng)科院蔬菜花卉研究所研制的育苗基質。其基本理化性質為：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。

試驗設計

試驗于2018年5～8月在山西農(nóng)業(yè)大學設施農(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，鋪設一層黑心棉的棉墊，再鋪設黑色防滲膜。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6 cm厚的育苗基質，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)缽基質栽培（S3）：植株采用水上浮板栽培，構建4 m×2 m×10 cm的水上漂浮裝置（選用r=5 cm的PVC管），浮板上方鋪設無紡布，均勻將浮板分割成8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)缽內放置6 cm厚的基質，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]。

基質營養(yǎng)元素含量測定時，將風干基質粉碎，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。

結果與分析

水環(huán)境變化規(guī)律

圖3為整個生長期內，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指標的測定值。由表可以看出，蕹菜采收時，基質栽培的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的影響

在生菜的品質指標中，基質栽培的S2、S3處理葉綠素和品質指標均優(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，基質養(yǎng)分供應對蕹菜和生菜的影響，對整個生長期內S2、S3處理栽培基質速效磷、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，基質水分含量較高，導致基質中養(yǎng)分因淋溶損失較大，在10～17天，基質中速效磷含量上升，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，各處理基質速效磷含量逐漸趨于平衡。在整個生長期內，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。

圖5 不同栽植方式下蕹菜和生菜基質堿解氮含量的變化

生菜整個生長期內栽培基質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，此時可能是基質含水量過高，基質中養(yǎng)分因淋溶損失較大，定植后7～14天，基質中速效磷含量上升，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，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速效磷含量的變化

圖5A為不同栽培方式下的有機基質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，各處理基質中的堿解氮含量上升，在14～21天，各處理基質堿解氮含量下降，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。

在生菜整個生長期內，測定了不同栽培環(huán)境下，基質中堿解氮含量變化，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。

討論與結論

液面栽植技術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)秸稈作為浮床基質對氮素污染物的去除效果，結果發(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，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，泡沫板基質栽培（S2）和浮板營養(yǎng)缽基質栽培（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)分的供應影響著植物的品質。汪銀梅等[17]的研究結果表明，以基質作為漂浮材料時，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，泡沫板基質栽培（S2）和浮板營養(yǎng)缽基質栽培（S3）處理中葉綠素含量和品質指標顯著高于S1處理，與其研究結果基本一致。

整個生長期內，基質中養(yǎng)分的變化情況可以反應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，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，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，采用泡沫板基質栽培（S2）效果更好。試驗中泡沫板基質栽培會出現(xiàn)移動過程中，基質流入水中的現(xiàn)象，在接下來的試驗中還需進行修改。