鱼菜共生系统中叶面施肥对生菜生长的影响

王川奇 高菁菁 闫玉杰 赵小刚 李亚灵 温祥珍

摘    要：为研究叶面喷肥对鱼菜共生系统中生菜生长及系统水质的影响，以观赏鱼、意大利生菜为试材，分别在8：00、18：00于叶片上喷施营养液肥（记作T1、T2），在8：00和18：00喷施2次营养液肥（记作T3），以8：00喷施清水为对照（CK）。结果表明，在自来水养鱼的鱼菜共生系统中，与CK相比，叶面喷施营养液给植株提供了养分，植株氮、磷、镁等养分吸收量显著增加，T2、T3处理植株钾吸收量显著增加，T1处理植株钾吸收量增加但不显著;叶绿素含量提高25%～40%，株高增加，早晚提供2次营养液使生菜地上部鲜质量提高32.18%。同时，叶面喷施营养液处理的水体中NH4+-N、NO2--N、NO3--N、总P含量多低于CK，没有对水体造成负面影响，处理间鱼群的质量变化也没有差异。综上所述，叶片喷施营养液可以有效缓解鱼菜共生系统中生菜营养缺乏问题，早晚喷施2次营养液更有利于促进生菜的生长。

关键词：生菜;鱼菜共生;叶面喷肥;植株生长;水质

中图分类号：S636.2 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2021）06-054-06

Effects of the foliar fertilization on the lettuce growth in the aquaponic system

WANG Chuanqi， GAO Jingjing， YAN Yujie， ZHAO Xiaogang， LI Yaling， WEN Xiangzhen

（Horticultural College， Shanxi Agricultural University， Taigu 030801， Shanxi， China）

Abstract： In this research， Italian lettuce and ornamental fish were used to study the effect of foliar spraying on the lettuce growth and water quality in aquaponic system. The leaves were sprayed with nutrient solution （T1， T2） at 8：00 a.m. and 18：00 p.m.， twice at 8：00 a.m. and 18：00 p.m. （T3）， and the control was sprayed with clear water （CK） at 8：00 a.m. The results showed that in this system， the foliar fertilization provided nutrients to the plants and the absorption of nitrogen， phosphorus， potassium， magnesium， other nutrients were increased significantly， the chlorophyll content was increased by 25%-40%， the plant height was increased，  the lettuce yield was increased by 25% when the fertilization was treated in the morning and evening. While at the same time， there was no significant diffidence between the contents of NH4+-N， NO2--N， NO3--N and the total P in the water， the quality of fish was found no significant differences between treatments. In conclusion， the foliar fertilization can effectively alleviate the nutrient deficiency of lettuce in aquaponic system， and spraying nutrient solution twice in the morning and evening is more beneficial to promote the growth of lettuce.

Key words： Lettuce; Aquaponic system; Foliar fertilization; Plant growth; Water quality

鱼菜共生系统是一个将循环水产养殖与作物水培生产结合起来的综合系统，被认为是一种可持续生产的栽培养殖方式[1-2]。管理良好的水产养殖可以提高养分保持效率，减少水的使用，减少向环境排放的废物，并通过同时生产2种农产品来提高经济效益[3]。因此，鱼菜共生技术成为公认的可持续生产农产品的方法之一[4-5]。

盡管鱼菜共生技术具有很高的生产潜力和可持续生产农产品的能力，但在传统的鱼菜共生系统中依然存在营养不足导致蔬菜长势不佳、叶片失绿、产量下降的现象[6]。有研究指出，在仅依靠鱼类排泄物为作物提供养分的水生系统中，磷（P）、钾（K）、铁（Fe）、锰（Mn）含量较低[7-8]，不足以满足作物生长的需要，易造成作物减产和品质降低。因此，可以通过在水生系统中补充养分来实现优化作物生产的目标[9]。此时，可以将营养元素添加于养殖水体中或进行叶面喷施来提高作物产量和品质[10-11]。叶面施肥方便、利用效率高[12]，在优化作物生产的过程中具有很广阔的应用前景。

笔者以意大利生菜为材料，研究在鱼菜共生系统中不同叶面施肥时间及不同叶面施肥量对生菜生长以及系统水质的影响。

1 材料与方法

1.1 材料

供试生菜品种为意大利生菜，种子购买自中国农业科学院。试验所选用的鱼为观赏鱼，购自山西省太谷县水产市场。鱼群饵料选用市售蛋白质含量30%、含水量10%的漂浮型饵料。鱼菜共生系统包括鱼箱和定植板，鱼箱选用容积为12 L的栽培槽（长40 cm，宽30 cm，高12 cm），加入自来水，定植板选用PE泡沫板，有12个定植孔。定植板下方铺设网筛，减少鱼群对植株根系的影响。除鱼箱和定植板外，水箱配备增氧泵，提高水体含氧量。试验期间，用自来水补充因蒸发、植株蒸腾而损失的水量，系统与周围环境无水体交换。

1.2 试验设计

试验于2020年6月5日播种育苗，待幼苗长到4叶1心时，首先清洗根部基质，将其移栽到1/2个剂量的日本山崎生菜配方营养液的水培槽（12 L）中缓苗。缓苗7 d后，选取植株长势基本一致的幼苗移栽入鱼菜共生系统的定植板上。试验开始于2020年7月1日，持续27 d。

试验在鱼菜共生体系下设置4个处理，分别是在8：00、18：00于叶片上喷施营养液肥（记作T1、T2），在8：00和18：00喷施2次营养液肥（T3），以8：00喷施清水为对照（CK），水和营养液喷施每2 d进行1次，以叶片正反两面均匀喷施但无液体滴下为宜。同时设置营养液水培种植处理（NS），营养液选择日本山崎生菜配方，以观察正常水培下生菜的生长状况。各处理3次重复，每个重复种植12株生菜。

叶面喷施营养液为日本山崎生菜配方营养液，大量元素浓度为Ca（NO3）2 1 mmol·L-1、KNO3 4 mmol·L-1、NH4H2PO4 0.5 mmol·L-1、MgSO4 0.5 mmol·L-1;微量元素选用通用配方，浓度为硼2.5 ?mol·L-1、锌2.0 ?mol·L-1、锰2.0 ?mol·L-1、钼0.5 ?mol·L-1、铜0.5 ?mol·L-1、铁50 ?mol·L-1，营养液的pH保持在6.0～6.3。

观赏鱼初始质量为30～35 g·条-1，每个鱼箱放入3条鱼，鱼群总质量约为95 g，每天8：30进行投喂，鱼群每日饲喂量为鱼总质量的2%[13]。

试验中每隔3 d对水箱水体进行简单清理，用纱布过滤未分解的粪便;试验过程中未对各处理水的pH值进行调整。

1.3 测定项目及方法

试验期间，使用“小喇叭温湿度测定仪”（购自海芯华夏）测定环境温湿度，每隔5 min自动记录一次。室内空气湿度为66%～90%，室温为21～35 ℃。

试验期间，每天9：00对系统水质进行监测，使用STARTER便携式溶解氧测定仪以及TRI-METER的pH、EC一体仪测定水体环境的DO、pH、EC值。系统运行过程中，鱼菜共生系统中，溶氧（DO）为4.05～6.21 mg·L-1，pH为7.03～7.87，电导率（EC）为0.59～0.78 mS·cm-1;营养液水培系统中，溶氧（DO）为5.57～6.52 mg·L-1，pH为7.58～8.12，电导率（EC）为0.98～1.37 mS·cm-1。

定植3 d后开始测定植株生长状况，每隔5 d测定一次株高;每隔7 d采用乙醇提取法测定叶片叶绿素含量。

定植3 d后进行水样含氮化合物（氨氮NH4--N、硝态氮NO3--N、亚硝酸盐氮NO2--N）以及水中总P含量的测定，取样时间为9：00，采集的水样于24 h内进行测定，每隔7 d测定1次。采用纳式试剂分光光度法测定氨氮含量，采用N-乙二胺光度法测定亚硝酸盐氮含量，采用酚二磺酸光度法测定硝酸盐氮含量，采用钼酸铵比色法测定总磷含量。

植株中养分含量的测定和养分吸收量的计算：生长27 d后生菜采收时每个处理随机选取6棵植株，用水洗净，105 ℃烘箱中杀青30 min，然后在 80 ℃条件下烘至恒重称质量。取各处理混合均匀的干样，研磨均匀后用于测定生菜单株全氮、全磷、全钾、全镁含量。样品采用浓 H2SO4与H2O2联合消煮后，采用凯氏定氮法测定全氮含量，采用钼锑抗比色法测定全磷含量，采用原子吸收分光光度法测定全钾和全镁含量[14]。

试验开始和结束时，使用电子天平测定生菜和观赏鱼鲜质量，计算生菜产量以及鱼群生物量增加量。

1.4 数据处理

对搜集的试验数据利用Microsoft Excel 2016软件进行整理与图表制作，用SPSS 13.0软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同水培系统的综合生产性能

由表1可以看出，鱼菜共生系统中4个处理都成功地生产了鱼和生菜2种经济产物，其中，T3处理地上部鲜质量最高，为30.68 g;T1、T2处理地上部鲜质量分别为25.62、26.39 g。T3处理地上部鲜质量显著高于其他3个处理，比CK显著增加了32.18%;T1、T2、CK处理间地上部鲜质量差异不显著，T1、T2比CK分别增加了10.38%、13.70%。各处理生菜地上部干质量与其鲜质量保持相同的变化规律。试验中，鱼菜共生系统中各处理生菜根系干、鲜质量差异不显著。各处理鱼群生物量增加量差异不显著，鱼群鲜质量均较试验前增加了50%左右。同期，营养液栽培的生菜获得了更高的地上部鲜质量，为66.13 g，是T3處理的1.15倍。

2.2 不同处理对生菜株高的影响

由图1可以看出，在鱼菜共生体系中，定植后3～8 d各处理生菜株高增长速率均较快，8 d后增速逐渐放缓，且T3处理株高均高于其他处理。处理23 d后，T3处理株高为14.27 cm，显著高于其他3个处理，较CK增加了16.7%，较T1、T2处理增加了13.7%、9.7%。T1、T2处理株高分别为12.55、13.00 cm，分别比CK增加了2.73%、6.41%，且T1、T2、CK处理间株高差异不显著。处理13 d开始，NS处理株高一直优于其他处理，处理23 d后，NS处理株高较CK处理增加了33.83%。

2.3 不同处理对生菜叶绿素含量的影响

由图2可知，在鱼菜共生系统运行初期，随着生菜的生长，生菜叶片叶绿素含量逐渐升高，而后逐渐降低，CK、T1、T2处理在处理12 d后叶绿素含量达到峰值，T3处理叶绿素含量在处理17 d后达到峰值。处理22 d后，T3处理叶绿素含量最高，为0.91 mg·g-1，T1、T2处理叶绿素含量分别为0.81、0.84 mg·g-1。T3处理叶绿素含量显著高于其他3个处理，比CK增加了40.71%，比T1、T2处理叶绿素含量分别增加了12.34%、12.29%。T1、T2处理叶绿素含量比CK分别显著增加了29.89%、25.25%，而T1、T2处理间叶绿素含量差异不显著。在整个生长期内，T3处理叶绿素含量始终高于NS处理，处理22 d后，T3处理叶绿素含量较NS处理增加了21.33%。

2.4 水体中含氮化合物含量的变化

由表2可知，CK、T1、T3处理水体中NH4+-N含量均从3 d时开始出现直线下降，到24 d时天略有升高，T2处理水体中NH4+-N含量一直呈下降趋势。在3 d时，各处理NH4+-N大量积累达到11.37～14.99 mg·L-1，这可能与鱼类消耗饲料有关。在整个生长过程中，T3处理NH4+-N含量均为最低。在3、10 d时，T3处理水体中NH4+-N含量均显著低于其他3个处理;在17 d时，各处理水体中NH4+-N含量差异不显著;在24 d时，T1、T2、T3处理水体中NH4+-N含量显著低于CK。

鱼菜共生系统各处理水体中NO2--N含量呈现先上升后下降趋势，CK、T1、T2处理NO2--N含量均在17 d时达最高值，T3处理NO2--N含量在第10天达最高值。在3～10 d，各处理NO2--N含量上升速率变快，此时可能是水体中NH4+-N加速向NO2--N转化。在10～17 d，CK、T1、T2处理NO2--N含量上升速率变缓，在17～24 d，各处理NO2--N含量呈现缓慢下降趋势，在17、24 d时，各处理NO2--N含量差异不显著。

在整个生长期内，鱼菜共生系统内各处理NO3--N含量呈现上升趋势，定植后0～3 d，NO3--N含量上升速度较为缓慢，在3～10 d，NO3--N含量增速最快，此时可能是水体中NO2--N正加速向NO3--N转化，在10～17 d，增速放缓，在17～24 d，上升速度变快，各处理NO3--N含量上升到7.25～10.13 mg·L-1。在同一生长期内，T3处理NO3--N含量均为最低，在3 d时，各处理NO3--N含量差异不显著;在10 d时，T2、T3处理NO3--N含量均显著低于CK，而T1处理NO3--N含量低于CK，但差异不显著;在17、24 d时，T1、T2、T3处理NO3--N含量均显著低于CK。

在整个生长期内，NS处理下水体中NH4+-N含量较低，在10 d时，NH4+-N含量最高，为1.47 mg·L-1;NO2--N、NO3--N含量均呈现下降趋势，0～3 d，下降速度慢，此时生菜植株较小，对营养吸收能力不足，在3～10 d，下降速度有所提高，在10～17 d，下降速率变快，此时可能是生菜的快速生长时期，在17～24 d，下降速度放缓，处理24 d后，NO2--N、NO3--N含量最终降低到0.07、8.56 mg·L-1。

从表2中可以看出，整个生长期内，鱼菜共生系统内叶面喷施营养液的3个处理TAN含量变化规律相同，TAN含量均在3 d时开始逐渐降低，在17 d时达到最低值，在24 d时又开始升高。在3 d时，各处理TAN含量大量积累到12.07～15.94 mg·L-1，这可能与鱼类大量消耗饲料，生菜植株较小吸收能力较弱相关。在17 d时，叶面喷施营养液的3个处理TAN含量快速下降到10 mg·L-1以下，此时可能是生菜快速生长期。同时，NS处理TAN含量与其NO2--N、NO3--N含量变化规律一致。

2.5 水中总磷含量的变化

由表3可以看出，鱼菜共生系统中，CK、T2、T3处理水体中总磷含量保持相同的变化规律，均呈现先升高后降低趋势，在17 d时达最高值。定植3 d时，各处理总磷含量加速增长，达到1.49～1.89 mg·L-1，这可能与鱼类大量消耗饲料相关。在定植10 d时，水中总磷含量變化幅度较小，总磷含量维持在1.66～1.95 mg·L-1，在17 d时，水中总磷含量上升，在24 d时，各处理水中总磷含量呈现缓慢下降趋势，最终维持在2.45～2.78 mg·L-1。在定植17、24 d时，各处理水中总磷含量差异不显著。整个生长期内，NS处理水中总磷含量呈现下降趋势，定植0～3 d，总磷含量下降缓慢，此时生菜植株较小，对磷的吸收能力较弱，在3～10 d，水中下降速度提高，在10～17 d，下降速度最快，此时可能是生菜快速生长期，在17～24 d下降速度放缓，总磷含量最终降低到0.63 mg·L-1。

2.6 不同处理对植株养分吸收量的影响

由表4可以看出，在鱼菜共生体系中，T3处理生菜养分吸收量最高，其N、P、K、Mg吸收量分别为31.43、13.61、66.10、9.21 mg·株-1，比CK显著增加了41.64%、79.08%、31.65%、32.33%。T1、T2、T3处理生菜N、P、Mg吸收量均显著高于CK，T2、T3处理生菜K吸收量显著高于CK，而T1处理K吸收量与CK差异不显著。NS处理获得最高的养分吸收量，显著高于鱼菜系统的植株，这可能与其养分供应充足、长势好相关。

3 讨论与结论

生菜生长速度快，需要的养分多，因此充足的营养在生菜的生产过程中起着非常重要的作用[15]。在本试验中，营养液供应的NS处理水体中营养供应充足，植株获得了较其他处理更高的产量。而鱼菜共生系统中，仅仅依靠鱼类排泄物为植株提供养分，水体中可用的营养元素缺乏，营养缺乏往往造成植株产量的降低[7]，这与本试验对照CK处理结果一致。

在本试验中，叶片喷施营养液的T1、T2、T3处理，株高、产量、养分吸收量均优于喷施清水的CK，表明在鱼菜共生系统中，叶片喷施营养液可以有效缓解生菜在生长过程中营养缺乏的问题[9]。叶绿素作为绿色植物进行光合作用的物质基础，其含量是反应绿色植物叶片光合作用能力及植株健康状态的重要生理指标[16]。在本试验中，喷施营养液的各处理叶绿素含量均优于CK，表明叶面喷施营养液可以有效提高叶绿素含量，这一结果与ROOSTA等[10]的研究结果一致。同时，早晚喷施2次营养液的T3處理植株养分吸收量优于喷施1次营养液的T1、T2处理，表明多次喷施营养液对鱼菜共生系统中生菜的生长促进效果更加显著，因此株高增加，产量显著提高。

本试验鱼菜共生系统中，由于生菜种在定植板上，叶面喷施营养液处理的水体中NH4+-N、NO2--N、NO3--N、总P含量多低于CK，表明叶面喷施营养液没有对水体造成负面影响。同时，各处理鱼群生物量增加量也没有太大差异，这与ROOSTA等[17]的试验结果基本一致。

综上所述，在本试验条件下，叶片喷施营养液可以有效缓解鱼菜共生系统中生菜营养缺乏的问题，早晚喷施2次营养液更有利于促进生菜的生长。试验中隔天喷施营养液，效果仍没有达到营养液NS处理的效果，因此建议每天早晚均需喷施;试验栽培面积较小，需要扩大栽培面积，进行进一步研究。另外，鱼类活动对生菜根系损伤较为严重，在今后的试验中，可以从管理鱼群的饲喂制度入手进一步研究。

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