养殖尾水混合不同比例水溶肥种植水培生菜的综合效益评价.pdf
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1、第 3 期 杨小玲等:养殖尾水混合不同比例水溶肥种植水培生菜的综合效益评价 257 中国农业气象(Chinese Journal of Agrometeorology)2024 年doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2024.03.004 杨小玲,李招,程艳茹,等.养殖尾水混合不同比例水溶肥种植水培生菜的综合效益评价J.中国农业气象,2024,45(3):257-267 养殖尾水混合不同比例水溶肥种植水培生菜的综合效益评价*杨小玲1,2,3,李 招2,3,程艳茹1,2,3*,修维宁1,刘 阳1,战 博4(1.重庆市农业科学院,重庆 401329;2.农业废弃物资源化利用重
2、庆市重点实验室,重庆 401329;3.农业农村部西南山地智慧农业技术重点实验室(部省共建),重庆 401329;4.重庆市南岸区农业农村委员会,重庆 401336)摘要:以“奶油生菜”为研究对象,将不同量的山崎配方水溶肥溶于工厂化养鱼尾水,配制成混合营养液,进行营养液膜栽培(NFT)水培生菜实验,以期筛选出最佳水肥配比,为实现工厂化养鱼尾水资源化利用提供理论依据。实验设置 5 个处理,分别为 S1(123g 水溶肥+150L 养鱼尾水)、S2(98.4g 水溶肥+150L 养鱼尾水)、S3(73.8g 水溶肥+150L 养鱼尾水)、S4(49.2g 水溶肥+150L 养鱼尾水)、S5(24.
3、6g 水溶肥+150L 养鱼尾水),以 CK(123g 水溶肥+150L 清水)作为对照,探究不同处理对生菜产量和品质的影响。采用基于熵权法的 TOPSIS 综合效益评价模型分析确定最佳水肥配比参数。结果表明,混合营养液能提高生菜对水肥的吸收量,但随水溶肥浓度增加,生菜耗肥量呈先增大后减小的趋势;不同处理下生菜耗水耗肥量均低于 CK 处理,S1S5 处理相比 CK 处理分别节肥 25.01%、19.15%、34.12%、51.89%和 74.10%。混合营养液能有效促进生菜生长,但生菜各项生长指标均随水溶肥浓度上升呈先增大后减少的趋势,S2 处理下生菜产量最高,为1.88kgm2,相比 CK
4、处理增加 15.32%。此外,混合营养液可提高生菜品质,可溶性糖和可溶性蛋白含量呈先增大后减小的趋势,S2 处理下生菜可溶性糖和可溶性蛋白含量最高;维生素 C(VC)含量、硝酸盐含量均与水溶肥浓度呈正相关,S1 处理下 VC 含量最高,S1S5 处理下硝酸盐含量均低于 CK 处理。综合效益评价结果表明,S2 处理对生菜的生长最为有利,可以获得较高的产量并兼具较好的品质,为最佳配比,养鱼尾水与水溶肥合理配施后,可显著促进水肥吸收,提高生菜产量和品质,实现作物生产效益最佳。关键词:养殖废水;水肥耦合;生菜水培;产量品质;熵权法;TOPSIS Comprehensive Benefit Evalua
5、tion of Hydroponic Lettuce Planted on Aquaculture Wastewater Mixed with Different Proportions of Water-soluble Fertilizer YANG Xiao-ling1,2,3,LI Zhao2,3,CHENG Yan-ru1,2,3,XIU Wei-ning1,LIU Yang1,ZHAN Bo4(1.Chongqing Academy of Agricultural Sciences,Chongqing 401329,China;2.Chongqing Key Laboratory o
6、f Agricultural Waste Resource Utilization,Chongqing 401329;3.Southwest Mountain Smart Agricultural Technology Key Laboratory(Co-construction by the Ministry and Province),Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Chongqing 401329;4.Chongqing Nan an District Agricultural and Rural Committee,Chongqing
7、 401336)Abstract:The hydroponic lettuce experiment involved the blending of aquaculture wastewater with water-soluble fertilizer,aiming to determine the optimal ratio of water and fertilizer.This study aims to provide a theoretical foundation for effectively utilizing water resources in industrial a
8、quaculture wastewater.In this study,the research focused on cream lettuce as the primary subject.Various quantities of Yamazaki formula water-soluble fertilizer were dissolved in industrial aquaculture wastewater to create a blended nutrient solution.Subsequently,an *收稿日期:20230915 基金项目:国家重点研发计划项目“绿色
9、高效智能水产养殖工厂创制与应用”(2022YFD2001700);2021 年度三峡后续 工作科研项目(5000002021BF50001);重庆市技术创新与应用发展专项重点项目(cstc2020jscx-tpyzxX0001);重庆市技术创新与应用发展专项“鱼菜共生智能工厂关键技术及装备研发”(CSTB2022TIAD-ZXX0053)*通讯作者:程艳茹,硕士,高级工程师,从事肥水资源化利用及装备研发,E-mail: 第一作者联系方式:杨小玲,E-mail: 中 国 农 业 气 象 第 45 卷 258 experiment utilizing the Nutrient Film Techn
10、ique(NFT)was conducted to investigate its effects.The experiment consisted of five distinct treatments:S1(123g fertilizer+150L wastewater),S2(98.4g fertilizer+150L wastewater),S3(73.8g fertilizer+150L wastewater),S4(49.2g fertilizer+150L water),and S5(24.6g fertilizer+150L water).Additionally,a cont
11、rol group labeled CK(123g fertilizer+150L water)was utilized to examine the impact of different treatments on lettuce yield and quality.The TOPSIS comprehensive benefit evaluation model,based on the entropy weight method,was employed to analyze and ascertain the optimal parameters for the water and
12、fertilizer ratio.The results demonstrated that the mixed nutrient solution effectively enhanced the absorption of water and fertilizer.However,it was observed that as the concentration of fertilizer increased,the lettuces fertilizer consumption exhibited an initial rise followed by a subsequent decl
13、ine.The water and fertilizer consumption of lettuce under the various treatments was lower than that of the CK treatment.Furthermore,the S1-S5 treatments exhibited fertilizer savings of 25.01%,19.15%,34.12%,51.89%,and 74.10%respectively,in comparison to the CK treatment.The mixed nutrient solution p
14、roved to be highly effective in promoting the growth of lettuce.However,it was observed that the growth indicators of lettuce followed a pattern of initial increase and subsequent decrease as the fertilizer concentration increased.Notably,the highest lettuce yield of 1.88 kgm2 was achieved under the
15、 S2 treatment,representing a 15.32%increase compared to the CK treatment.Furthermore,the mixed nutrient solution exhibited a positive impact on improving the quality of lettuce.The contents of soluble sugar and soluble protein in lettuce displayed an initial increase and subsequent decrease,with the
16、 highest levels observed in lettuce treated with S2.The content of vitamin C(VC)and nitrate exhibited a positive correlation with the fertilizer concentration.Specifically,the S1 treatment resulted in the highest VC content,while the nitrate content under the S1-S5 treatments was lower compared to t
17、he CK treatment.The comprehensive benefit evaluation revealed that the S2 treatment was the most favorable for lettuce growth,yielding higher crop output and superior quality.The optimal combination of fish tail water and fertilizer demonstrated significant benefits,enhancing water and fertilizer ab
18、sorption,improving lettuce yield and quality,and maximizing overall crop production efficiency.Key words:Aquaculture wastewater;Water-fertilizer coupling;Hydroponic lettuce;Yield and quality;Entropy method;TOPSIS 中国是水产养殖大国,养殖产量居世界第一1。截至 2021 年底,中国工厂化养殖体积达 7300 万 m3,工厂化水产养殖总产量达 48.9 万 t2。在规模化水产养殖中,投入
19、饵料中一般仅 20%25%的氮和 25%40%的磷被同化34,其余养分随粪便排入水体中,经微生物分解成 NH4+-N、N03-N、N02-N、PO4-P等物质56。这些营养元素速效养分形式,对作物生长发育起直接的营养作用7。因此,采用种养结合模式,探究养鱼尾水的高效利用,是目前的研究热点。Marpaung 等810将养鱼尾水浓缩发酵后配置成液体有机肥,进行马铃薯、甘蓝和红薯大田种植,实验发现,鱼粪能适当提高土壤的有机质含量,促进作物茎叶的生长,提高作物的产量和品质。张伟娟等1113将养鱼尾水添加微量元素,进行水芹、空心菜和生菜水培,实验发现蔬菜水培能净化养殖废水,从而实现达标排放。为提高养鱼尾
20、水的养分浓度并实现达标排放,Rajagopal 等1417利用浓缩+厌氧+人工湿地组合工艺进行蔬菜水培研究,结果表明蔬菜的产量和品质与无机肥种植无异。纵观国内外研究,多是将养鱼尾水浓缩发酵后,直接进行作物种植,而对于养鱼尾水的水肥耦合和混合营养液对水培蔬菜生长的研究较少。本研究将工厂化养鱼尾水与水溶肥进行不同比例混合开展营养液膜栽培(NFT)水培生菜实验,探究不同水肥配比下生菜产量、品质变化规律,并结合熵权法和 TOPSIS 模型确定养鱼尾水与水溶肥的最佳配比,为养鱼尾水的资源化利用提供依据。1 材料与方法 1.1 实验概况 实验于 2021 年 1011 月在重庆现代农业高科技园区研发中心鱼
21、菜共生工厂内进行,位于重庆市九龙坡区白市驿镇(10636E,2945N)。工厂室内光第 3 期 杨小玲等:养殖尾水混合不同比例水溶肥种植水培生菜的综合效益评价 259照强度为 55000Lx,昼夜温度范围为 1625。供试的养鱼尾水取自工厂化养殖系统,养殖密度为6080kgm3。鱼菜共生(NFT)栽培系统及流程如图 1 和图 2 所示,由图可见,养殖水经过微滤机和竖流沉淀器过滤后,得到含有鱼粪和食物残渣的部分水体形成养鱼尾水。尾水经过厌氧好氧发酵后,在水培蔬菜区进行养鱼尾水水肥耦合实验。2021 年 10 月 20 日配肥前 1d,取尾水测定其中NH4+-N(纳氏试剂比色法)、NO3-N(水杨
22、酸比色法)、NO2-N(离子色谱法)、TP(钼酸铵分光光度法)、CODcr(标准重铬酸钾滴定法)含量和 EC 值18,结果如表 1 所示。蔬菜水培区由 6 套 NFT 栽培系统组成(图 2)。NFT 栽培系统由营养液桶(150L)、小水泵(2m3h1)、栽培管道(190 株套1)和循环管路组成。水溶肥选择山崎营养液配方,其组成成分如表 2 所示,微量元素按通用配方配制(表 3)。图 1 鱼菜共生系统及养殖尾水循环利用框图 Fig.1 Aquaponics system and wastewater recycling diagram 图 2 鱼菜共生(NFT)栽培系统 Fig.2 Aquapo
23、nics(NFT)hydroponics system 1.2 处理设置 以奶油生菜为研究对象,将不同量的山崎水溶肥与 150L 的养鱼尾水混合,配制成 1 倍(S1)、0.8倍(S2)、0.6 倍(S3)、0.4 倍(S4)和 0.2 倍(S5)的混合营养液。以清水配置 150L 标准山崎营养液为对照处理(CK)。共 6 个处理,每处理 5 次重复,具体见表 4。待生菜长至 4 叶 1 心时,选取长势一致的生菜幼苗定植于 25cm25cm 的 NFT 管道中,每个处理定植 190 株,进行为期 30d 的水培实验。期间,分别在第 14、第 20 和第 25 天更换 1 次营养液,将各处理的
24、EC 值(电导率,mscm1)控制在表 4 显示的范围内,pH 值控制在 5.56.5。1.3 监测指标和计算方法 1.3.1 营养液指标 用 0.001m 刻度尺测量水箱底面积(m2),在生菜生长过程中,每 2d 测定 1 次营养液高度(m);用精度为 1%F.S 的电导率仪(FE30)每 2d 测定 1 次营养液中硝酸盐和 EC 值。水培处理后,分别计算各处理耗水量和耗肥量。(1)耗水量(营养液消耗量)niiii 1VA Hh (1)式中,Vi为营养液的消耗量(m3),Hi为前一次营养液高度(m),hi为本次营养液高度(m),A 为水箱底面积(m2),i 为第 i 次测量(i=1、2、15
25、)。(2)耗肥量(水溶肥消耗量)nii12ii 10(mVAh ECE)CM150EC0.725(2)中 国 农 业 气 象 第 45 卷 260 表 1 养鱼尾水水质概况 Table 1 Aquaponics wastewater quality 水质指标 Water quality index NH4+NO3-N NO2-N TP CODcr EC(mscm1)含量 Content(mgL1)2.58 173.2 5.26 4.06 1208.4 0.725 表 2 标准山崎营养液大量元素配方 Table 2 Yamazaki macroelement liquid formula Ca(
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