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      菱角凈水功能及栽培技術(shù)研究進(jìn)展

      2022-11-26 14:05:06張忠武鄧正春王中美彭元群
      農(nóng)學(xué)學(xué)報 2022年5期
      關(guān)鍵詞:紅菱菱角大棚

      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。

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