鱼菜直接共生型模式对叶菜生长?产量及品质的影响

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  摘要 为了研究鱼菜直接共生型模式对叶菜生长、产量及品质的影响,选用了生菜、甘蓝、叶甜菜、苦苣、菜心5种叶菜,采用浮板种植,进行鱼菜直接共生型模式试验研究。每种叶菜3次重复,每个重复用100棵幼苗,测定5种叶菜生长、产量和品质等指标。结果表明,生菜的综合指标均优于其他4种叶菜。在这5种叶菜中,最适合鱼菜直接共生型模式的叶菜种类为生菜,可用于鱼菜直接共生型高效生产模式,并进行推广。
  关键词 鱼菜直接共生型模式;叶菜;生长;产量;品质
  中图分类号 S 63  文献标识码 A  文章编号 0517-6611(2021)19-0188-03
  doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2021.19.049
  开放科学(资源服务)标识码(OSID):
  Effect of Aquaponics Direct Symbiosis Model on Growth, Yield and Quality of Leaf Vegetables
  LIU Yan1, WANG Ji-tao2,LIU Xing1 et al
  (1.Agricultural College, Ningxia University, Yinchuan,Ningxia 750021;2.Horticultural Technology Extension Station of Ningxia Hui Autonomous Region, Yinchuan, Ningxia 750021)
  Abstract In order to study the effects of aquaponics direct symbiosis model on the growth, yield and quality of leafy vegetables, five kinds of leafy vegetables (lettuce, cabbage, leaf beet, chicory and flowering Chinese cabbage) were selected and planted on floating plate. Each leafy vegetable was repeated 3 times with 100 seedlings for each repetition. The growth index, root index, yield and quality index of five kinds of leafy vegetables were measured. The results showed that the comprehensive indexes of lettuce were better than other leafy vegetables. Among the five kinds of leafy vegetables, lettuce was the most suitable for aquaponics direct symbiosis mode, which could be used for aquaponics direct symbiosis mode of high-efficiency production and promotion.
  Key words Aquaponics direct symbiosis model;Leaf vegetables; Growth; Yield;Quality
  基金项目 宁夏回族自治区重点研发计划(2018BBF02009);宁夏回族自治区重点研发计划(2019BBF02005,2018BBF03001);宁夏自然科学基金项目(NZ17012)。
  作者简介 刘艳(1996—),女,陕西榆林人,硕士研究生,研究方向:设施园艺与蔬菜逆境生理生态。
  *通信作者,副教授,博士,硕士生导师,从事设施园艺与蔬菜逆境生理生态研究。
  收稿日期 2021-02-16
  随着我国人民生活水平不断提高,对水产品的需求量也不断增加,促使水产养殖业迅猛发展,而粗放型的渔业养殖对水资源造成极大浪费,对环境造成严重污染,已经不能适应现代农业生产的发展需求。鱼菜直接共生型技術形式是按照鱼和植物的营养需求、环境、理化知识特点,将水产养殖和无土栽培蔬菜2种不同的农业技术,通过科学的生态化设计,达到协同共生,实现养鱼不换水而无水质忧患、种菜不施肥而茁壮生长的生态共生效应,从而让鱼、菜二者之间达到一种和谐的生态平衡关系的新型复合养殖技术模式[1],是一种新型的种养一体循环农业模式。然而,这种鱼菜共生技术的类型主要有直接漂浮法、分离滴灌法和硝化过滤法3种,而直接漂浮法则是最为常见的一种,它的优点是结构简单、操作方便,可通过利用塑料浮性泡沫板进行蔬菜的水培栽培[2]。除此之外,蔬菜种类的选择也是至关重要的,因为不同的植物生长特性和氮吸收能力不同,鱼菜系统中的氮转化直接受到植物种类的影响[3-4]。鱼菜直接共生型系统相比于那些导致水土流失、土壤荒漠化和污染的传统生产方式具有更高的可持续性,既满足高集成循环水处理模式的高密度生产,又利用了自然消化工艺,使资源得到合理利用[5]。叶植物和果类植物都可用于鱼菜共生栽培,常用于鱼菜共生栽培的蔬菜有卷心莴苣、黄瓜、甜菜、羽衣甘蓝、芹菜、生菜、小白菜、蕹菜、头菜等[6]。Hu等[7]、Lennard等[8]、Liang等[9]、蔡淑芳等[10]分别用西红柿、莴苣、蕹菜和生菜进行研究,结果表明,合适的鱼菜种类会对鱼菜的生长、产量及品质产生影响,从而影响到鱼菜双收的效果。长期以来,国外学者在鱼菜共生的研究主要是针对作物、鱼类、每日喂食量比例的合理化以及生物过滤器的类型方面,国内学者主要是将植物引入养殖系统充当水质调整与修复的角色,有部分学者从植物配置与根处理、饲料含氮、系统水流速度等方面对鱼菜共生系统的闭式循环进行了研究[11],而对于适合于鱼菜直接共生型模式下叶菜类蔬菜选择的研究鲜有报道。因此,研究鱼菜直接共生型模式对几种叶菜生长、产量及品质的响应机制,对生产中叶菜品质的提升以及水、物质和能源的循环利用方面具有非常重要的意义。   针对我国目前的水产养殖水的外排对环境造成污染、蔬菜品质下降以及产量低等问题,笔者开展鱼菜直接共生型模式对几种叶菜生长、产量及品质影响的研究,阐明鱼菜直接共生型模式对几种叶的提质作用机理,揭示鱼菜直接共生模式的养分转化与吸收利用的影响机制,确定适合于鱼菜直接共生型模式中的叶菜,在宁夏地区鱼菜直接共生型模式应用很少,有很广阔的推广空间,该试验可以为其提供理论和技术支撑。
  1 材料与方法
  1.1 试验材料
  供试材料分别选取5种不同的叶菜幼苗进行水培试验,5种叶菜分别为生菜、甘蓝、叶甜菜、苦苣和菜心。
  1.2 试验地情况
  试验地点在宁夏兴庆区掌政镇杨家寨试验基地温室中进行,其温室类型为日光温室,其长70 m,宽7 m,脊高4.3 m。该地区年均气温为9.5 ℃,最热月均温约为23.5 ℃,最冷月均温约为-7.9 ℃,年降水量约为198 mm,年日照时数为2 898~3 040 h。
  1.3 试验设计
  该试验采取单因素完全随机区组试验设计,共设有5个处理,即5个叶菜种类(T1生菜、T2甘蓝、T3叶甜菜、T4苦苣、T5菜心),将不同种类蔬菜幼苗放置泡沫板上的定制杯中,采用漂浮法,定植株距10 cm,每个处理重复3次,每个重复定植100棵幼苗,每种蔬菜随机选取10株挂牌观测,定植后每隔7 d观测记载植株生长发育状况及根系生长发育状况,试验时间共计35 d。
  1.4 测试指标与方法
  1.4.1 叶菜生长指标的测定。
  每处理随机选取10株长势基本一致的叶菜幼苗,定植后每7 d测一次数据,用卷尺测量叶菜株高;用游标卡尺测量茎粗;用画纸称重法测量叶面积,将蔬菜的叶片画在均匀透明的纸上,然后将其剪下来。由于是均匀的纸张,所以单位面积的纸重是一致的,剪下来的纸在经过称重后就可以换算成面积。具体换算过程:将画的纸叶剪下来,在天平上称重后,记作  W 1 ;在相同的纸上剪下3个10 cm2的纸片,然后称重求出平均重量,记作 W 2 。将所测叶片面积记为 X ,其可按公式 X (cm2)= W 1/W 2×100计算。
  1.4.2 叶菜根系生长指标的测定。
  试验后期,完成最后一次采样后,用根系扫描仪对5种不同种类的叶菜根系的根长、根表面积以及根分支数进行扫描,以便于观察不同类型叶菜的根系生长情况。
  1.4.3 叶菜品质指标的测定。
  试验后期,完成最后一次生长数据采集后,各处理随机选取长势一致的叶菜进行品质的测定。可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法[12],可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝 G-250染色法[13],V C 含量测定参照杨丽等[14]的钼蓝比色法,硝酸盐含量测定采用水杨酸法[15]。
  1.5 数据处理
  整个试验数值采用均值±标准偏差来表示。采用Excel软件对试验数据进行初步整理,SPSS 22.0软件进行方差分析和多重比较( α =0.05),Origin 2017软件进行绘图。
  2 结果与分析
  2.1 鱼菜直接共生型模式对不同叶菜生长指标的影响
  株高和茎粗是反映植株生长健壮程度的重要指标。从鱼菜直接共生型模式对叶菜生长指标的影响(图1)可以看出,处理T5的株高显著高于其他处理,处理T1次之,且处理T2、T3和T4这3个处理之间差异不显著,各处理的株高为T5>T1>T4>T3>T2。而该模式对几种叶菜的茎粗也是有影响的,处理T1的茎粗显著高于其他处理,处理T5次之,最差的是处理T3,各处理组的茎粗为T1>T5>T4>T2>T3。叶片是植物进行光合作用的主要场所,由于叶面积的大小会影响到叶片光合作用效率,进而会影响生物学产量的积累。由图1可知,处理T1的叶面积显著高于其他4个处理,达949.05 mm2,处理T5次之,各处理的叶面积为T1>T5>T2>T3>T4。处理T4的叶片数最多,达19.4,而处理T1的叶片数较多,为13.3,各处理之间差异显著,且各处理的叶片数为T4>T1>T5>T3>T2。說明鱼菜直接共生型模式对叶菜生长有一定的影响,其中处理T1的综合指标最好。
  2.2 鱼菜直接共生型模式对不同叶菜根系生长的影响
  由表1可知,鱼菜直接共生型模式对叶菜根系各项特征参数有显著影响,其中处理T1的叶菜根系的各项指标均高于其他处理。处理T1的叶菜根长显著高于其他处理,达967.25 cm/株,处理T5次之,为910.10 cm/株;处理T1的根表面积显著高于其他处理,为113.47 cm2,最差的是处理T3;处理T1的叶菜根系分支数最多,其次为处理T5,而处理T2、T3、T4之间无显著差异,鱼菜直接共生型模式对叶菜根系各项特征参数的影响总体表现为T1>T5>T4>T2>T3。
  2.3 鱼菜直接共生型模式对不同叶菜光合气体交换参数的影响
  从表2可以看出,鱼菜直接共生型模式对叶菜光合气体交换参数有显著影响,不同叶菜在鱼菜直接共生型模式下的光合气体交换参数是有差异的,处理T3的蒸腾速率显著高于其他处理,达1.608 mmol/(m2·s),这可能是由于处理T3的叶面积较小、叶片数也较少(图1),蒸腾速率也就越快,处理T4次之。相对的处理T3的净光合速率也就越高,对光能的利用率最高,有助于叶菜的生长,处理T2的净光合速率最低,这可能会影响到叶菜生物量的积累。处理T3的胞间二氧化碳浓度也显著高于其他处理,达186.333 μmol/mol,处理T4次之,最差的是处理T5。处理T3和处理T4的气孔导度差异不显著,而处理T4与处理T1之间差异也不显著,处理T3与处理T1存在显著差异。综合来看,鱼菜直接共生型模式对叶菜光合气体交换参数的影响总体表现为T3>T4>T1>T2>T5。   2.4 鱼菜直接共生型模式对不同叶菜品质的影响
  从表3可以看出,各处理下叶菜的维生素C含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量和硝酸盐含量之间存在差异。V C是人体不可或缺的一种营养元素,处理T5的维生素C含量最高,达0.442 mg/g,处理T1次之,为0.360 mg/g。可溶性蛋白含量是了解植物體总代谢的一个重要指标,处理T1和处理T2的可溶性蛋白含量差异不显著,处理T1显著高于处理T3、T4和T5,处理T1的可溶性蛋白含量达4.45 mg/g,处理T4最差,为2.76 mg/g。可溶性糖含量是鉴定蔬菜品质的一个重要指标,处理T3的可溶性糖显著高于其他处理,达到了18.58 mg/g,处理T4最差。硝酸盐也会影响蔬菜的品质,处理T1和处理T4的硝酸盐含量较少,分别为0.182和0.184 mg/g。综合来看,鱼菜直接型共生模式对处理T1的作用效果最佳,可显著提高蔬菜的品质。
  2.5 鱼菜直接共生型模式对不同叶菜产量的影响
  从图2可以看出,处理T1的产量最高,达155 271.67 kg/hm2,处理T4次之,为147 738.33 kg/hm2,产量最低的是处理T3。鱼菜直接共生型模式对叶菜产量的影响总体表现为T1>T4>T5>T2>T3,说明处理T1更适合鱼菜直接共生型模式,可以实现高产的目标。
  3 结论
  该试验基于鱼菜直接共生型模式采取泡沫板漂浮栽培法,通过选取5种不同叶菜(生菜、甘蓝、叶甜菜、苦苣、菜心)作为处理,研究鱼菜直接共生型模式对叶菜的生长、产量及品质的影响。结果发现,生菜的茎粗和叶面积均显著高于其他处理,同时,这种模式也对生菜的根系生长作用效果最佳。除此之外,鱼菜直接共生型模式对处理生菜的品质具有提升的作用,是这几种叶菜中最优且最适合于该模式下的叶菜,同时也提高了产量,从而达到了筛选叶菜种类
  的目的。该试验所得出的结论,是否对除了这5种叶菜以外的其他作物有效,还需要进一步研究。综合来看,在5种叶菜中生菜产量、品质及综合指标最好,其次为菜心,比较适宜于鱼菜直接共生型模式;甘蓝、苦苣差异性不明显,叶甜菜最差。
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