不同营养液浓度对水培植物生长的影响

刘轩伊真，崔金腾，裴 鑫，季 陈

(北京农学院园林学院，北京 102206)

水培是无土栽培方式的一种，起源于以色列，主要特点是采用营养液代替土壤进行植物培植。其栽培方式是将水培植物的根茎放于植物营养液中，该植物营养液能够为植物提供水分、养分和温度等生长因子，代替自然土壤提供生长所需条件。水培营养液中含有氮、磷、钾等植物生长所必需元素，为植物的生长提供养分[1,2]。在不同浓度的营养液中，水培植物的长势不同[3,4]。另一方面，植物在生长过程中也能通过吸收水体中大量的氮、磷等营养物质，有效降低富营养化风险，改善水体环境，促进水体生态系统恢复[5]。不同植物具有不同的生长特性和氨氮吸收能力，其水质净化能力存在较大的差异[6]。

鱼植共养是一种新型观赏性强的生态产品，深受植物与水族爱好者的青睐。植物生长对营养元素的吸收及对水质的净化是关键性技术，然而目前针对适宜鱼植共养植物的研究还较少。火鹤(AnthuriumscherzerianumSchott)和花叶万年青(DieffenbachiapictaLodd.)均为天南星科多年生常绿草本植物。火鹤具有佛焰花序，叶形苞片，常见的苞片颜色有红色、粉红色、白色等，既可观花也可观叶。花叶万年青叶片色彩明亮，斑纹变化多端，二者都是极具观赏价值的水培植物，也是目前用于构建鱼植共养生态系统的首选植物。本文针对鱼植共养的关键问题，不同浓度营养液对火鹤和花叶万年青生长以及水中氨氮和亚硝氮浓度的影响，为鱼植共养系统的构建提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验用火鹤和花叶万年青购于北京花乡花卉市场。选择生长健壮植株，剪去烂根和老根，用清水将根部冲洗干净，在0.05%高锰酸钾溶液中浸泡10 min，置于清水中预培养7 d后，进行正式试验。

1.2 试验方法

试验以改良的Hoagland配方为基准，配制100%、75%、50%、25%和0%的5个不同浓度的营养液。试验在67 cm×42 cm×17.5 cm的水培箱中进行，用聚乙烯塑料板固定植物，光照20 000 Lx，室温25℃。每个处理设3个重复，每个重复栽植6株植物。

营养液配方：0.545 g/L NH4Cl，0.68 g/L CaSO4，0.375 g/L KCl，0.49 g/L MgSO4·7H2O，0.14 g/L KH2PO4，2.86 mg/L H3BO3，1.81 mg/L MnCl2·4H2O，0.22 g/L ZnSO4·7H2O，0.08 mg/L CuSO4·5H2O，0.02 mg/L H2MO4·H2O。

1.3 生长指标的测定

第0天和第30天，测定火鹤和花叶万年青的株高、叶长、叶宽和最长根长，计算30 d的增长值。

1.4 氨氮和亚硝氮的测定

第0天、第10天、第20天和第30天采集水样，采用德国pHotoFlex©水质分析仪以及配套试剂盒，测定营养液中氨氮和亚硝氮的浓度。氨氮去除率=(初始氨氮浓度-测定时氨氮浓度)/初始氨氮浓度×100%。

1.5 数据分析

使用SAS软件GLM General linear model程序对试验数据进行统计分析，应用Duncan多重测验对不同处理进行显著性检验，其中不同小写字母表示显著性差异(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同浓度营养液对火鹤和花叶万年青生长的影响

不同营养液浓度对火鹤株高、叶宽和根长的增长值均有显著影响(P<0.05)。100%组的株高增长值显著高于50%、25%和0%组。100%和75%组的叶宽增长值显著高于其他三组。100%和75%组根长的增长值显著高于50%和0%组。叶长增长值受培养液浓度的影响不显著。

不同营养液浓度对花叶万年青的株高、叶长和根长的增长值影响均不显著。叶宽增长值受培养液浓度的影响显著，100%组叶宽的增长值显著高于其他4组，25%组叶宽的增长值显著高于0%组。

表1 不同浓度营养液对火鹤和花叶万年青生长的影响Tab.1 Effect of different concentrations of nutrient solution on the growth of A. scherzerianum and D. picta

2.2 营养液中氨氮及亚硝氮浓度的变化

水培火鹤100%、75%、50%和25%组营养液中氨氮的浓度均随时间的增加而逐渐降低，其中，0～20 d氨氮浓度缓慢下降，20～30 d降低较快。亚硝氮的浓度则随时间的增加而逐渐上升，其中，0～10 d亚硝氮的浓度基本不变，10～30 d增加较快(图1)。

水培花叶万年青100%、75%、50%和25%组营养液中氨氮的浓度随时间的增加缓慢下降。亚硝氮的浓度则随时间的增加而逐渐上升，其中，0～20 d亚硝氮的浓度基本不变，20～30 d增加较快(图2)。

水培火鹤100%、75%、50%和25%组营养液中氨氮去除率分别为30.64%、30.57%、30.22%和44.05%，均显著高于水培花叶万年青相应组的9.84%、13.77%、12.88%和13.60%(表2)。水培火鹤100%、75%、50%和25%组营养液中亚硝氮的增加量分别为6.15、5.22、4.43和7.98 mg/L，均显著低于水培花叶万年青相应组的7.46、6.64、7.29和10.12 mg/L(表3)。

图1 火鹤营养液中氨氮和亚硝氮浓度的变化Fig.1 Change of NH3-N and NO2-N concentrations in different nutrient solutions of A. scherzerianum

图2 花叶万年青营养液中氨氮和亚硝氮浓度的变化Fig.2 Change of NH3-N and NO2-N concentrations in different nutrient solutions of D. picta

处理组火鹤/%花叶万年青/%SEMP值100%30.64fenbaa9.8440.844b2.730.005775%30.577enbaa13.777enbab1.850.003150%30.221enbaa12.881enbab3.620.027625%44.056enbaa13.606enbab2.580.0011

表3 营养液中亚硝氮的增加量Tab.3 The increment of NO2-N in different nutrient solutions

3 讨 论

3.1 植物生长量的变化

植物的生长状况体现在植物株高、叶长、叶宽、叶面积、根长和叶绿素含量等指标。营养液配方及浓度是影响水培植物生长的主要因素。秦丽娟的研究表明，不同营养液对火鹤的长势、叶绿素含量、叶面积等均有影响[7]。本试验中的火鹤除叶长外，营养液浓度对株高、叶宽和根长都有显著影响，100%营养液组火鹤长势最好。然而，不同水培植物的生长特点不同，所需生长环境也不同，营养液对水培植物影响也不同[8,9]。黄益鸿的研究表明，1/2园试标准营养液浓度适合白掌(SpathiphyllumkochiiEngl. & K. Krause)的生长，1/4园试标准营养液浓度适合太阳神的生长[10]。研究也表明，与火鹤不同，花叶万年青受营养液浓度的影响较小。

氮素是影响植物生长发育的主要营养元素。植物能够利用的氮素形态有多种，但生长过程中吸收的氮主要是硝态氮和铵态氮[11]。不同植物对硝态氮与铵态氮的利用率不同[12,13]。植物对不同形态氮素的利用与其本身的氮素同化酶活力大小有关，有些喜铵态氮，有些喜硝态氮[15]。孙宏彦的研究表明，二色补血草(Limoniumbicolor(Bag.) Kuntze)是喜硝态氮植物，单纯铵氮营养会抑制其生长[16]。增加铵态氮比例有利于植物中硝酸盐的积累，但在水培条件下，单纯使用铵态氮可能会抑制植物对K+、Ca2+的吸收，产生氨害，抑制植物生长[13,14]。本研究证明，当铵氮为营养液中唯一氮源时，火鹤和花叶万年青并未表现出明显铵毒症状，这与植物种类、营养液组成、水培条件及水培时间均有关[17,18]。

3.2 水中氨氮浓度的变化

水体富营养化指水体中氮和磷等营养素含量过多而引起的水质污染现象。研究表明，水中所含大量营养元素，例如氮、磷元素等，能被水培植物根系吸收，或被植物转化利用或储存于植物体内，从而达到净化的作用[19]。不同植物对水中氨氮的去除能力不同。郭鑫采用氨氮浓度为20、30、40、50 mg/L的人工配置生活污水，比较7种植物的脱氮效果，发现再力花(ThaliadealbataFraser)、东方香蒲(TyphaorientalisPresl)和风车草(CyperusalternifoliusL.)的氨氮去除率较高[20]。彭忆兰研究不同水生植物对养殖废水氨氮的净化效果，发现单一水生植物的净化效率排序是水葫芦(Eichhorniacrassipes)>蕹菜(IpomoeaaquaticForsk)>芦苇(Phragmitescommunis)[21]。陈友媛研究不同观赏植物对水质的净化效果，发现对氨氮的净化能力依次为春羽(PhilodenronselloumKoch)>铜钱草(Hydrocotylevulgaris)>绿萝(Epipremnumaureum)[22]。王艳英以10种观赏植物为研究对象，发现对水体氨氮净化效果较好的花卉依次为绿萝、白掌、春羽和合果芋(SyngoniumpodophyllumSchott)[23]。本研究表明火鹤对氨氮的去除率为30.64%～44.05%，显著高于花叶万年青的9.84%～13.77%。此外，植物对氨氮的去除与氨氮的起始浓度有关[24]，随着氨氮浓度的增加，植物的氨氮去除率逐渐降低[20]，本试验也呈现相同趋势。

水培植物对水体的净化不仅体现在对营养素的吸收，还可以通过根系与微生物共同作用来净化水质。水培植物的根系能够将水中悬浮的有机物碎屑和新陈代谢的产物沉降并转移到底泥之中[25,26]，同时通过根系向下部输送氧气，以此来调解水中微环境的氧化还原状态，从而加强根部区域的硝化菌和反硝化菌等微生物的繁殖和生长，以此提高水体净化的效率。本试验结果发现火鹤营养液中亚硝氮的出现早于花叶万年青组，但含量均低于花叶万年青组，这不仅与植物吸收有关，还与根际微生物的作用密切相关。

4 结 论

在低浓度培养液中火鹤的生长明显受到抑制，而对花叶万年青的生长影响不大，因而花叶万年青更适用于鱼植共养系统。就氨氮去除率而言，火鹤则比花叶万年青具有更高的氨氮去除率。