菱角凈水功能及栽培技術(shù)研究進(jìn)展

張忠武，黃 琳，鄧正春，王中美，胡 超，蔣 萬，張 洋，彭元群，王 楨

（1常德市農(nóng)林科學(xué)研究院，湖南常德 415000；2常德市農(nóng)學(xué)會，湖南常德 415000）

0 引言

菱角(Trapa sp.)又叫菱，屬于被子植物門，雙子葉植物綱，桃金娘目，菱科(Trapaceae)，菱屬(TrapaL.)，與荷習(xí)性相似，適于高溫多濕多日照的環(huán)境，為一年生水生草本植物。主要分布于亞洲的亞熱帶、溫帶、寒溫帶，非洲的熱帶、亞熱帶和溫帶，以及歐洲的中部和東南部地區(qū)[1]。在國內(nèi)分布也極為廣泛，尤其是長江中下游地區(qū)的湖泊、溪流和河道均有分布。菱角是一種重要水生經(jīng)濟(jì)植物，莖葉可做飼料，嫩莖可食用；果實(shí)富含淀粉，可供食用、釀酒用；果肉、果殼性涼、味甘，可藥用，有解熱、抗癌等功效[2]。菱角還能凈化水質(zhì)、改良環(huán)境。本研究對菱角的生物生態(tài)學(xué)特性、凈水功能、種質(zhì)資源利用及栽培技術(shù)研究進(jìn)行了綜述，以期能為推動國內(nèi)菱角標(biāo)準(zhǔn)化栽培、促進(jìn)水體環(huán)境改善、幫助農(nóng)民脫貧致富發(fā)揮積極作用。

1 菱角生物生態(tài)學(xué)特性

菱角生長在湖泊中，有野菱、家菱之分。葉浮于水上，葉下有莖。根二型，其中著泥根呈鐵絲狀，著生于水底泥中；同化根則呈羽狀細(xì)裂，裂片絲狀，淡綠色或暗紅褐色。莖呈圓柱形，細(xì)長或粗短。葉二型，互生，其中浮水葉聚生于莖端，在水面形成蓮座狀菱盤，廣菱形，長3.0～4.5 cm，寬4.0～6.0 cm，正面深亮綠色，無毛，背面綠色或紫紅色，密被淡黃褐色短毛（幼葉）或灰褐色短毛（老葉），邊緣中上部具凹形的淺齒，邊緣下部全緣，基部廣楔形；葉柄長2.0～10.5 cm，中上部膨大成海綿質(zhì)氣囊，被短毛；而沉水葉較小，早落。花小，單生于葉腋，花梗長1.0～1.5 cm；萼筒4裂，僅1對萼裂被毛，其中2裂片演變?yōu)榻牵换ò?片，白色或淡紅色，著生于上位花盤的邊緣；雄蕊4 枚，花絲纖細(xì)，花藥丁字形著生，背著藥、內(nèi)向；雌蕊2心皮，2室，子房半下位，花柱鉆狀，柱頭呈頭狀。果實(shí)“菱角”為堅果，分為無角、兩角、三角、四角等類型，無或有倒刺，先端向下彎曲，兩角間端寬7～8 cm，彎牛角形，果高2.5～3.6 cm，果表幼皮紫紅色，老熟時紫黑色，微被極短毛，果喙不明顯，果梗粗壯有關(guān)節(jié)，長1.5～2.5 cm。種子白色，元寶形、兩角鈍，白色粉質(zhì)。果肉含淀粉24%、蛋白質(zhì)3.6%、脂0.5%，幼嫩時可當(dāng)水果生食，老熟果可熟食或加工制成菱粉，風(fēng)干制成風(fēng)菱可貯藏以延長供應(yīng)期。

菱角適于溫帶氣候的濕泥地中，如池塘、沼澤地。喜溫暖濕潤、陽光充足的環(huán)境，不耐霜凍，最適溫度25～36℃，水深60 cm左右。老菱落入泥中易生長，3月發(fā)芽抽蔓，4—8 月開花，夜間開放，白天閉合，隨月亮的圓缺而轉(zhuǎn)移。7—9月果實(shí)成熟。

2 水體凈化研究

2.1 對富營養(yǎng)化水體修復(fù)的研究

在富營養(yǎng)化湖泊中，水生植物腐爛分解釋放的各種營養(yǎng)鹽物質(zhì)會加劇水體富營養(yǎng)化程度，形成內(nèi)源污染[3]。同時湖泊中水生植物腐解向水體釋放的磷，會造成泥-水界面物理化學(xué)性質(zhì)的改變，最終影響泥-水界面的磷生物循環(huán)[4]。菱角在腐解時，釋放出來的磷主要是無機(jī)磷酸鹽，在底泥吸附及其自身沉降等作用下，磷向底泥遷移轉(zhuǎn)化，使水中磷含量下降并最終恢復(fù)至初始水平[5]。

在太湖的有草區(qū)，湖水及沉積物中總磷含量均顯著低于無草區(qū)，而在沉積物中，有草區(qū)的氮和有機(jī)質(zhì)要高于無草區(qū)，表明太湖大型水生植物對富營養(yǎng)化湖水和沉積物營養(yǎng)鹽具有一定的調(diào)控作用[6]。劉存歧等[7]研究發(fā)現(xiàn)，人工種植菱和蓮，能顯著提高水體透明度和物種多樣性指數(shù)，降低浮游植物密度，抑制水華的發(fā)生。戴偉東等[8]還發(fā)現(xiàn)，菱角的種植對水體透明度、營養(yǎng)鹽和葉綠素a濃度等指標(biāo)均有明顯改善作用。大面積種植紅菱后，富營養(yǎng)化水體中總氮、總磷、氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的濃度均有所下降[9]。另有研究表明，紅菱同化去除氮磷量約為水葫蘆的1/3[10]。對于重度富營養(yǎng)化水體，菱角優(yōu)先吸收氨態(tài)氮，對總氮的去除影響較大，硝態(tài)氮的去除主要依靠微生物的反硝化作用[11]。菱角對硝態(tài)氮的吸收累積能力較強(qiáng)，但是轉(zhuǎn)化能力弱[12]。菱角對水體中硝態(tài)氮和總氮的降解速率快于黑藻和睡蓮，釋放氣體量高于鳳眼蓮[13]。對水體中總氮的去除效果為菱角＞淺水藕＞芡，對化學(xué)耗氧量的去除效果表現(xiàn)為芡＞菱角＞淺水藕[14]。菱角對水體總氮、總磷的去除率高于青萍[15]，但菱角對總磷的吸收需要更長的時間[11]。

2.2 對重金屬遷移富集的研究

生產(chǎn)生活中排出的重金屬經(jīng)過地表徑流、雨水淋溶和廢水直排等作用被帶到水體中或沉積到水域底部[16]，對水體、土壤、水生蔬菜生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生危害，尤其鎘對水生植物的生理生化指標(biāo)影響最大，李玥[17]研究表明，菱角對水體中銅、鋅非常敏感，對重金屬的富集量小。崔君等[18]通過8種水生植物對重金屬富集量發(fā)現(xiàn)，菱角對金屬鎘、銅、鉛、砷、鋅的吸收量均較少。鎘或汞均抑制菱幼苗生長，使葉綠素含量下降[19]。王方園等[20]研究認(rèn)為，隨著水生植物栽培時間的延長，水體中砷和汞出現(xiàn)不斷向土壤、水生蔬菜遷移的趨勢，一段時間后達(dá)到動態(tài)平衡；當(dāng)砷和汞共處水環(huán)境中時，汞的存在會抑制水體中砷向土壤、水生蔬菜遷移；菱角中砷和汞含量總體呈現(xiàn)上升趨勢，最終逐漸向莖、根遷移富集，葉、根是菱角富集重金屬的主要器官.菱角對水體中砷和汞的富集系數(shù)遠(yuǎn)大于對土壤的富集系數(shù)，且對汞的富集能力都大于砷；菱角不同器官富集能力為根＞莖葉。

3 種質(zhì)資源的收集與利用

3.1 種質(zhì)資源調(diào)查

通過對洞庭湖濕地菱屬植物種質(zhì)資源調(diào)查發(fā)現(xiàn)[2]，洞庭湖共有菱屬植物7 種，分別是烏菱(Trapabicornis)、四角菱(T.bicornisvar.quadrispinosa)、紅菱(T.bicornu)、野菱(T.incisa)、菱角(T.japonica)、冠菱(T.litwinowii)和細(xì)果野菱(T.maximowiczii)，占中國菱屬植物種類的26.9%。其中烏菱、紅菱和菱角為栽培種，其他為野生種。烏菱、紅菱、菱角在洞庭湖濕地廣泛分布，屬調(diào)查樣品中優(yōu)勢種群。在洞庭湖菱屬植物種質(zhì)資源分布中伴生植物僅有15種，且大部分伴生植物的覆蓋度和密度均較低。王云[21]對宣城市野生菱資源分布現(xiàn)狀調(diào)查顯示，在21個調(diào)查點(diǎn)中分布了6個種類菱角，其中兩角的有二角菱、丘角菱、烏菱，四角的有細(xì)果野菱、四角菱、八瘤菱，還有一種不能識別的無角菱。

3.2 種質(zhì)資源的生長發(fā)育與品質(zhì)研究

陳國祥等[22]研究認(rèn)為，隨磷營養(yǎng)水平的升高，菱葉內(nèi)無機(jī)磷含量升高，葉綠素含量基本呈下降趨勢，葉綠素a/葉綠素b的比值升高；對多肽組分無明顯影響；光合速率、呼吸速率、菱葉的腺三磷(ATP)含量和PSII 電子傳遞活性都呈現(xiàn)鐘罩形的變化趨勢，在最適磷濃度時達(dá)到最高，低或高的磷水平下都有所降低。菱角的光呼吸速率在低磷營養(yǎng)水平下較高，低磷促進(jìn)光呼吸，菱葉中淀粉含量表現(xiàn)為先升高后降低趨勢。李雙梅等[23]通過對菱花粉的活力研究，發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)基中添加低濃度的蔗糖和硼酸對菱花粉的萌發(fā)有促進(jìn)作用，菱花粉萌發(fā)的最適培養(yǎng)基為10%蔗糖+0.005%硼酸，萌發(fā)率達(dá)65.9%。

3.3 種質(zhì)資源的篩選利用

在山東，王本翠等[24]通過對6 個菱角品種比較發(fā)現(xiàn)，大青菱和五月紅菱在南四湖的不同生態(tài)環(huán)境下均表現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的特性，長勢長相良好、抗逆性強(qiáng)、產(chǎn)量高，綜合性狀優(yōu)良，適于推廣。在浙江，姚祥坦等[25]研究認(rèn)為兩角紅菱和兩角青菱的品質(zhì)優(yōu)于南湖菱，而且可提早半個月上市；‘金菱1 號’適于在紹興地區(qū)推廣種植[26-28]。在江蘇，孫芳芳等[29]通過對7個菱角品種比較發(fā)現(xiàn)，‘兩角早紅菱’和‘金華早青菱’的生育期、產(chǎn)量及感官品質(zhì)有明顯優(yōu)勢，適合作為蘇州地區(qū)的鮮食品種推廣，紅繡鞋的單果質(zhì)量、單果肉質(zhì)量、可食率及淀粉含量高，產(chǎn)量也高，適宜用作熟食和加工成淀粉；徐小榮[30]介紹了南京高淳區(qū)的主栽培品種大老烏菱、大義菱、大青菱的特征特性及栽培方法。在安徽，丁志誠等[31]介紹了大紅菱和無角菱的特征特性及栽培方法。在湖北，梅再勝等[32]推介了巢湖大紅菱品種。

4 栽培技術(shù)研究

4.1 水田栽培

菱角栽培方式可直播，也可育苗移栽。長江中下游地區(qū)栽培的菱角一般1 月底2 月初播種，8 月份采收，10 月中旬結(jié)束[33]。露地淺水菱在3 月上旬開始催芽育苗，深水菱在3 月中下旬開始催芽育苗[34]。如果種植水深在1.5 m 以下，可用直播；如果水深在1.5～2.0 m以上，應(yīng)采用育苗移栽[35]。當(dāng)氣溫穩(wěn)定在12℃以上時播種，一般在清明前后為宜；田間注意勤換水，保持水層20～30 cm，夏天氣溫高水層要保持在30 cm 以上；在白露前后開始采收，每隔7～9天采1次，共采5～7次，霜降時采收結(jié)束；一般產(chǎn)量7.5～9 t/hm2，高產(chǎn)的達(dá)10.5 t/hm2以上，收入2.4萬元/hm2以上[36]。湖南省漢壽縣的菱角一般產(chǎn)量30 t/hm2，產(chǎn)值為2.4 萬元/hm2[37]。為了提高菱角產(chǎn)量與品質(zhì)，浙江省制定出了菱生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范，并由浙江省質(zhì)量監(jiān)督局于2018年8月發(fā)布[38]。

4.2 大棚栽培

適合大棚越夏栽培的菱角品種主要有大青菱、姜堰紅菱、邵伯菱、五月菱[39]。浙江省金華市采用菱角帶果移栽長季節(jié)栽培技術(shù)，于12月底至1月中下旬大棚播種育苗，3 月中旬移栽，5 月初即可采收上市[40-42]；杭州市采用菱大棚促成栽培技術(shù)，則在1 月中下旬播種育苗，2月中下旬定植，5月中旬開始采收，10月下旬采收結(jié)束[43]。浙江義烏市及江蘇省寶應(yīng)縣在1 月底2 月初播種，5 月份開始采收，可采收至深秋[44-46]。江蘇省如皋市實(shí)行大棚長季淺水栽培，2月上中旬播種，4月上旬移栽，菱角可從5月采收至11月，產(chǎn)量30～37.5 t/hm2，產(chǎn)值逾22.5萬元[47]；興化市則在3月底育苗，6月上旬菱角開始上市，產(chǎn)量達(dá)到24.75 t/hm2，產(chǎn)值1.65萬元/hm2[48]。湖北省利川市在3月上中旬播種，菱盤和鮮菱角5月中旬采摘上市，秋冬季可延遲到12 月中旬采收結(jié)束，采收期長達(dá)5 個月，菱盤總產(chǎn)量達(dá)75 t/hm2、鮮菱角總產(chǎn)量為18 t/hm2，總產(chǎn)值達(dá)18萬元/hm2[49]。

4.3 與蔬菜水果輪作

江蘇省泰州市姜堰區(qū)采取大棚菱角與草莓水旱輪作，有效解決了大棚草莓的連作障礙[50]；揚(yáng)中市的大棚黃花苜蓿與菱角水旱輪作，減少了菱螢葉甲和白絹病的發(fā)生，菱角產(chǎn)量13.5 t/hm2、收入5.4萬元，黃花苜蓿產(chǎn)量22.5 t/hm2、收入9.9萬元，全年總收入15.3萬元/hm2，比常規(guī)種植模式增收5.4萬元，扣除增加的人工等成本，純收入增加2.7萬元[51-52]。浙江省杭州市采用大棚“菱角-茄子”輪作模式，菱角在1 月中下旬播種育苗，2 月中下旬定植，5 月中旬開始采收，10 月下旬采收結(jié)束；茄子于8月下旬播種育苗，9月中旬假植，10月上旬定植，次年2 月下旬采收結(jié)束?？蓪?shí)現(xiàn)年經(jīng)濟(jì)效益53.46萬元/hm2，較常規(guī)種植模式增收70.2%[53]。

4.4 與養(yǎng)殖結(jié)合

廣東省陽江市采用菱角與草魚立體生態(tài)種養(yǎng)模式，3月初播種育苗，端午前后第1批收獲；草魚在3月下旬放苗，11 月收獲[54]。江蘇省揚(yáng)州市實(shí)行菱鱉鱔套養(yǎng)，于3月上旬播種菱角，3月中旬放養(yǎng)幼鱉和鱔苗，可實(shí)現(xiàn)利潤10.2 萬元/hm2，投入產(chǎn)出比為1:1.05[55]；宿遷市采用鱖魚、蓮藕、菱角種養(yǎng)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)效益12.933萬元/hm2，投入與產(chǎn)出比1:1.85[56]。浙江省嘉興市采用水稻-泥鰍-南湖菱的立體種養(yǎng)模式，南湖菱于5月份移栽，8月底開始陸續(xù)采收[57]；水紅菱-泥鰍立體種養(yǎng)模式則是在1月下旬至2月上旬播種水紅菱、3月下旬移栽[58]；如果4 月中旬播種南湖菱，5 月底投放泥鰍苗，則南湖菱8 月下旬開始采收，10 月下旬采收結(jié)束，11月下旬可捕捉泥鰍[59]；如果采用克氏螯蝦-菱的套養(yǎng)模式，則2月下旬播種“二角紅菱”，6月初開始采收，9月底到10 月初全部采收后可種植蔬菜，3 月放養(yǎng)蝦種至9月與菱共生[60]；慈溪市還介紹了“菱角-茭白-鯽魚”種養(yǎng)模式[61]。大棚栽培方面，江蘇省鹽城市介紹了大棚菱角-甲魚種養(yǎng)結(jié)合模式，菱角于12月上旬采用“三膜”覆蓋育苗，4 月中旬移栽，可采收菱角42 t/hm2左右，經(jīng)濟(jì)效益約30萬元；甲魚在3月中上旬放養(yǎng)，可收甲魚750 kg/hm2左右，經(jīng)濟(jì)效益15萬元/hm2以上；總產(chǎn)值約45萬元/hm2、純效益22.5萬元以上[62]；鎮(zhèn)江市介紹了“大棚草莓-紅菱-鯽魚-青蝦”種養(yǎng)模式[63]。

4.5 配套機(jī)械研究

菱角垂生于密葉下水中，需全株拿起來倒翻，才能看見采摘，工作效率低。李榮等[64]設(shè)計出一種菱角收獲裝置，工作時，船體帶動菱角收獲裝置前行，菱角秧被打碎排出，菱角則被輸送至收獲機(jī)后置的菱角船內(nèi)。泉州市科茂利通智能科技有限公司開發(fā)的菱角采摘自動生產(chǎn)線和中國計量大學(xué)發(fā)明的菱角采摘船，其采菱過程仍由人工完成[65]。郭夢瓊[66]發(fā)明了“菱科植物采收機(jī)”，它包括船體、打撈輸送機(jī)構(gòu)、發(fā)動機(jī)、果莖分離總成、果實(shí)清掃機(jī)構(gòu)以及返送輸送機(jī)構(gòu)，該發(fā)明方便收獲菱角果實(shí)，并提高菱角果實(shí)收獲效率，做到了菱角在采收期內(nèi)重復(fù)采摘以及菱角機(jī)械化采摘。

5 小結(jié)

從以上論述可以看出，中國對菱角的環(huán)境凈化和豐產(chǎn)栽培技術(shù)等方面做了大量的研究，而且有些環(huán)節(jié)研究得比較深入，對菱角優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)栽培技術(shù)推廣及農(nóng)民增收具有較好的指導(dǎo)意義，但是目前在品種改良研究方面仍處于資源篩選利用階段，對菱角采摘后廢棄物的回收處理研究也較少。因此，建議通過各種育種手段，選育出適于不同生態(tài)環(huán)境、不同消費(fèi)群體、不同用途的專向型菱角品種，同時開展綠色高產(chǎn)高效的配套技術(shù)研究，從而推動菱角產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。