鱼池液面栽植技术研究＊

王川奇，李亚灵，温祥珍（山西农业大学园艺学院，山西太谷 030801）

中国耕地资源总量较大，但由于人口基数大，人均占有耕地资源量较小[1]，远远低于发达国家。同时，随着中国工业化和城镇化地大幅推进，对耕地的占用越来越多，国内耕地面积呈逐渐减少的趋势[2]。国家提出了严禁占用耕地，坚决保护18亿亩耕地的红线，同时发展园艺等设施不能占用粮食用地。在另一方面，随着经济的发展，土壤污染不断加剧，对农作物生产产生了负面影响，现有的土壤耕作已经不足以支撑作物的市场供给，如何在不减产的情况下缓解土地压力成为现代社会必须思考的重要问题。目前设施园艺必须在荒山荒坡等非耕地资源上发展。

中国水面资源比较丰富，领水面积3700万hm2，是平原面积的3倍多。同时水面具有良好的环境调控效果[3]，世界范围内，设施发达的区域往往是近海区域。水面资源的合理利用，不仅可以增加水面作物产出，提高产量，缓解中国土地资源压力，还可以起到净化水体、美化环境的作用。如何利用现有的水面资源来进行作物生产已成为刻不容缓的问题，发展液面设施园艺或将成为未来的一种趋势。

液面漂浮栽培在液面资源利用上起着重要的作用。漂浮栽培是指运用无土栽培技术，选择适宜的漂浮栽培装置，在水面上种植粮食、蔬菜、花卉等作物的一种栽培方式[4]。漂浮栽培又被称为“人工生物浮床”“人工浮床”“生态浮床”“浮床无土栽培”[5-8]等。漂浮栽培的水体中如有养殖的鱼类，则在收获时可以收获鱼和作物两种经济产物，具有很好的经济效益。

但是随着漂浮栽培的大量出现，其问题也逐渐凸显。目前国内外对于鱼池液面漂浮栽培的研究主要集中在水质净化效果的研究，对蔬菜生长和品质影响的研究较少。同时，在种植过程中，植物根系往往悬浮在水体中无法从底泥中获取足够的养分而影响植株生长，同时悬浮的根系容易被水体中的鱼类或者草食类动物啃食[9]。

本试验在观赏鱼类的鱼池中种植蕹菜、生菜等蔬菜，将基质栽培技术应用到液面漂浮栽培中，研究不同栽培方式对蕹菜和生菜生长、产量和品质的影响，筛选最优的液面漂浮栽植方式，以期构建一套经济高效的鱼池液面叶菜栽植体系，为其推广利用提供理论基础。

材料与方法

试验材料

供试的生菜品种为‘意大利生菜’、蕹菜品种为‘大叶空心菜’，购自山西省太谷县种子商店。栽培基质选用中国农科院蔬菜花卉研究所研制的育苗基质。其基本理化性质为：容重为0.17 g/cm3，孔隙度为68.70%，pH为5.45，EC为1.37 mS/cm，碱解氮含量336.25 mg/kg，速效磷含量138.20 mg/kg。

试验设计

试验于2018年5～8月在山西农业大学设施农业工程研究所进行。试验鱼池建在日光温室中，温室南北走向、东西延长，总跨度10.5 m，温室开间6 m，长度72 m，面积756 m2，没有后墙，温室下部由角钢和隔热的彩钢板组成高0.75 m的框架，彩钢板厚度0.10 m。鱼池区域长60 m、宽10.5 m，注水前先将土地平整，铺设一层黑心棉的棉垫，再铺设黑色防渗膜。注水后液面平均深度40 cm，液面漂浮栽培面积约占总面积的30%。鱼池实景如图1～2。鱼池内饲养3000尾观赏鱼（主要品种有草鱼、红鲤鱼等，鱼重10～60 g），池内放置增氧泵，提高水体含氧量，保证鱼群的正常生长。鱼群饵料选用市售蛋白质含量30%、含水量10%的漂浮型饵料。试验过程中未出现鱼群死亡的现象。试验期间未进行换水，仅需补充蒸发水量。

图1 鱼池实景图

试验漂浮栽培装置分为3种设计。

（1）裸根水培（S1）：植株采用泡沫板漂浮栽培，漂浮材料为白色聚乙烯泡沫板，每个泡沫板（20 cm×33 cm×1.5 cm）均匀打孔10个，每孔移栽1株植株；

（2）泡沫板基质栽培（S2）：植株采用泡沫板漂浮栽培，漂浮材料为白色聚乙烯泡沫板（2 m×1.5 m×3 cm），泡沫板上均匀铺设6 cm厚的育苗基质，泡沫板底部均匀打孔20个，用海绵固定植株，保证植株正常吸收水分、养分。

（3）浮板营养钵基质栽培（S3）：植株采用水上浮板栽培，构建4 m×2 m×10 cm的水上漂浮装置（选用r=5 cm的PVC管），浮板上方铺设无纺布，均匀将浮板分割成8部分，每部分上均匀放置24个营养钵（r=5 cm，h=10 cm），营养钵内放置6 cm厚的基质，每个营养钵种植一株植物。

试验于5月2日进行播种育苗，待幼苗长到4叶1心时，将幼苗移入营养钵中，缓苗3 天后，进行液面栽培。系统水温使用多路温度测定仪测定，测定水下5 cm处的温度，每隔30 min测定一次，系统水温24.8～31℃。

图2 鱼池液面栽植实景图

指标测定

每天9:00使用STARTER便携式溶解氧测定仪与TRI-METER的pH、EC一体仪测定水体环境的DO、pH和EC。每个处理选取9棵植株，观测叶菜叶片数，用直尺测定其株高、叶长、叶宽。

采收后，将根系清洗干净，用电子天平分别称量地上部与地下部鲜重，然后在通风干燥箱中105℃杀青20 min，80℃下烘至恒重，再用电子天平称量单株干质量。叶绿素含量，采用乙醇提取法测定[9]。

采收时，每组处理选择长势一致的5株植株进行品质测定。硝酸盐含量，采用水杨酸浓硫酸比色法测定[10]；可溶性蛋白含量，采用考马斯G-250染色法测定；VC含量，采用2,6-二氯酚靛酚滴定法测定[11]。

基质营养元素含量测定时，将风干基质粉碎，过0.25～0.50 mm筛，碱解扩散滴定法测碱解氮，钼锑抗比色法测定速效磷[12]。

数据处理

试验搜集的数据利用Microsoft Excel 2016软件进行数据整理与图表制作，用SPSS13.0软件进行差异显著性分析。

结果与分析

水环境变化规律

图3为整个生长期内，水体环境的变化规律。从图中可以看出，水体溶解氧含量（DO）维持在6.95～7.98 mg/L，pH维持在7.58～8.79，电导率（EC）维持在0.66～0.80 mS/cm，水体环境具有较高的稳定性。

图3 水体环境变化规律

不同液面栽植方式对蕹菜和生菜生长的影响

表1为定植39天后不同栽培环境下蕹菜和生菜的生长状况。从表中可以看出，基质栽培的S2、S3处理蕹菜生长状况要显著优于裸根的S1处理，其中以S2长势最优，其株高、叶长、叶宽分别为35.17、13.81、3.60 cm，显著高于其他两个处理，比S1处理显著增加了128.03%、153.15%、167.78%，比S3处理显著增加了27.52%、19.46%、62.16%，S3处理蕹菜株高、叶长、叶宽比S1处理显著增加了78.05%、112.11%、65.67%。从表中还可以看出，基质栽培的S2、S3处理叶片数分别为21.89、21.00片，差异不显著，但均显著高于S1处理，比S1处理增加了86.30%、78.72%。

表1 不同栽植方式对蕹菜和生菜生长的影响

观察生菜生长状况，可以看出，基质栽培的S2、S3处理生菜长势显著优于S1，其中以S2长势最优，其株高、叶长、叶宽分别为13.74、10.92、9.25 cm，显著高于S1、S3，比S1处理显著增加了183.88%、95.70%、166.57%，比S3处理显著增加了32.37%、18.95%、29.92%。S3处理株高、叶长、叶宽比S1处理显著增加了114.46%、64.52%、10.19%。同时，基质栽培的S2、S3处理叶片数分别为20.11、19.67片，差异不显著，但均显著高于S1处理，比S1处理增加了103.33%、98.89%。

不同液面栽植方式对蕹菜和生菜单株干鲜重的影响

试验结束（39 天）时，分别测定不同栽培环境下蕹菜和生菜单株干鲜重，见表2。从表中可以看出，蕹菜采收时，基质栽培的S2、S3处理单株干鲜重显著高于S1处理，S2处理地上部和地下部鲜重最高，分别为56.32 g和43.01 g，S1处理地上部和地下部鲜重分别为是3.54 g和4.28 g，S2处理地上部和地下部鲜重是S1处理的15和10倍；S3处理地上部和地下部鲜重分别为48.08 g和30.57 g，S2处理地上部和地下部鲜重比S3处理增加了17.14%和40.69%，差异显著。同时，蕹菜地上部和地下部干重与其鲜重保持相同的变化规律。

表2 不同栽植方式下蕹菜和生菜单株鲜重和干重/g

从表中还可以看出，生菜采收时基质栽培的S2、S3处理单株干鲜重显著高于S1处理，S2处理地上部鲜重最高为57.76 g，S1处理地上部鲜重为4.43 g，S2处理地上部鲜重是S1处理的12倍；S3处理地上部鲜重为47.23 g，S2处理地上部鲜重比S3处理增加了22.30%，差异显著，S2、S3处理生菜地下部鲜重差异不显著，分别为17.99 g和18.07 g，是S1处理的7.5倍，生菜地上部和地下部干重与其鲜重保持相同变化规律。

不同液面栽植方式对蕹菜和生菜品质的影响

表3为不同栽培处理下蕹菜和生菜叶绿素含量及品质指标的测定值。由表可以看出，蕹菜采收时，基质栽培的S2、S3处理叶绿素、硝酸盐、VC、可溶性蛋白含量均显著高于S1处理；S2处理硝酸盐含量最高为414.98 mg/kg，S1、S3处理硝酸盐含量分别为239.05 mg/kg、363.16 mg/kg，分别比S2处理低42.39%、12.49%；S2处理可溶性蛋白含量最高为10.08 mg/g，S1、S3处理可溶性蛋白含量分别为3.86 mg/g、7.60 mg/g，分别比S2处理低61.71%、24.60%。从表中还可以看出，S2、S3处理叶绿素差异不显著，分别为0.86 mg/g、0.84 mg/g，较S1处理显著增加了200.07%、200%；S2、S3处理VC含量差异也不显著，分别为173.49 mg/kg、183.46 mg/kg，较S1处理显著增加了42.71%、50.92%。

表3 不同栽植方式对蕹菜和生菜叶绿素含量和品质的影响

在生菜的品质指标中，基质栽培的S2、S3处理叶绿素和品质指标均优于裸根的S1处理。S2处理硝酸盐含量最高为372.73 mg/kg，S1、S3处理硝酸盐含量分别为237.68 mg/kg、324.37 mg/kg，分别比S2处理低36.23%、12.97%；S2处理可溶性蛋白含量也最高为7.32 mg/g，S1、S3处理可溶性蛋白含量分别为1.38 mg/g、5.77 mg/g，分别比S2处理低81.14%、21.17%。S3处理叶绿素含量最高为0.66 mg/g，S1、S3处理叶绿素含量分别为0.23 mg/g、0.51 mg/g，分别较S3处理降低了65.15%、22.73%。S2、S3处理VC含量差异不显著，分别为111.32 mg/kg、109.94 mg/kg，比S1处理显著增加了36.27%、34.58%。

栽培基质速效养分的变化规律

为明确液面漂浮栽培过程中，基质养分供应对蕹菜和生菜的影响，对整个生长期内S2、S3处理栽培基质速效磷、碱解氮含量变化规律进行了测定（图4A、图4B和图5A、图5B）。由图4A可以看出，蕹菜在定植0～7天，各处理速效磷含量下降，可能的原因是定植初期，基质水分含量较高，导致基质中养分因淋溶损失较大，在10～17天，基质中速效磷含量上升，17～21天，速效磷含量下降，此时可能是蕹菜快速生长时期，在21～28天，各处理均呈现上升趋势，28～35天，各处理基质速效磷含量逐渐趋于平衡。在整个生长期内，S2处理速效磷含量显著低于S3处理，较其增加了20%左右，这可能与S2处理蕹菜长势较优，吸收能力较强相关。

图5 不同栽植方式下蕹菜和生菜基质碱解氮含量的变化

生菜整个生长期内栽培基质速效磷含量变化见图4B。从图中可以看出，定植前7天，各处理速效磷含量下降，此时可能是基质含水量过高，基质中养分因淋溶损失较大，定植后7～14天，基质中速效磷含量上升，在14～21天，各处理速效磷均呈现下降趋势，在21～28天基质中速效磷含量上升，在28～35天，各处理速效磷含量逐渐趋于平稳。在整个生长期内，S2、S3处理速效磷含量差异不显著。

图4 不同栽植方式下蕹菜和生菜基质速效磷含量的变化

图5A为不同栽培方式下的有机基质在蕹菜整个生长过程中碱解氮含量的动态变化。从图中可以看出，定植0～7天，各处理基质中的碱解氮含量上升，在14～21天，各处理基质碱解氮含量下降，此时可能是空心菜快速生长期，在21～28天，各处理均呈现上升趋势，在28～35天，各处理碱解氮含量逐渐保持平衡。从图中还可以看出，在整个生长期，S2处理碱解氮含量显著低于S3处理，较其降低17.00%，这可能与S2处理蕹菜长势较优，吸收能力较强相关。

在生菜整个生长期内，测定了不同栽培环境下，基质中碱解氮含量变化，见图5B。从图中可以看出，定植前7天，各处理基质碱解氮含量逐渐上升，在7～14天，各处理碱解氮含量缓慢下降，此时可能生菜生长速率逐渐变快，在14～21天，基质中的碱解氮含量下降变快，此时可能是生菜的快速生长期，21～28天，各处理碱解氮含量加速升高，在28～35天，各处理碱解氮含量逐渐趋于平稳。在整个生长期，各处理生菜碱解氮含量差异不显著。

讨论与结论

液面栽植技术是近些年来的研究热点[13]，水体资源可以为作物提供水分[14]和微量营养元素[15]，基质可以固定植株，为植株生长提供所需的养分，在不施加任何肥料的情况下不仅可以满足叶菜的生长，而且生态环保。

胡绵好等[16]研究了农业秸秆作为浮床基质对氮素污染物的去除效果，结果发现，相比于纯植物漂浮栽培，以农业秸秆作为漂浮栽培基质，含氮化合物去除效果和植物生长量和生长状况明显优于纯植物漂浮栽培。本试验也证明了这一点，泡沫板基质栽培（S2）和浮板营养钵基质栽培（S3）下，蕹菜和生菜长势、单株干鲜重显著高于裸根水培（S1）。养分的供应影响着植物的品质。汪银梅等[17]的研究结果表明，以基质作为漂浮材料时，可以显著提高植株的叶绿素含量，进一步促进植株的同化作用。在本试验中，泡沫板基质栽培（S2）和浮板营养钵基质栽培（S3）处理中叶绿素含量和品质指标显著高于S1处理，与其研究结果基本一致。

整个生长期内，基质中养分的变化情况可以反应各个时期蕹菜和生菜对养分的吸收状况[18]。在整个蕹菜生长期内，S2处理速效磷、碱解氮含量均显著低于S3处理，说明其对N、P的吸收速率均显著高于S3处理，S2处理蕹菜生长较快。在生菜生长期内，S2、S3处理速效磷、碱解氮含量表现出相同的变化规律，各处理差异不显著。因此，在鱼池进行叶菜漂浮栽培是可行的，采用泡沫板基质栽培（S2）效果更好。试验中泡沫板基质栽培会出现移动过程中，基质流入水中的现象，在接下来的试验中还需进行修改。