全 文 ：不同氨氮浓度对水蕹菜生长特性的影响
孙 凌1，阚元卿2，尚志丹1
(1．天津师范大学生命科学学院，天津市动植物抗性重点实验室，天津 300387;2．天津市环境保护科学研究院，天津 300191)
摘要 ［目的］探讨不同氨氮浓度对水蕹菜生长特性的影响。［方法］通过在营养液中设置不同氨氮浓度(0、0． 1、0． 5、1． 0、5． 0、10． 0、
50． 0 mg /L)，对优良的水面培植作物———水蕹菜扦插苗展开培养，研究其各项生长指标对氨氮浓度变化的响应及其对氨氮的吸收利用。
［结果］氮素缺乏导致水蕹菜植株增高减缓，叶片黄化，分蘖受抑。当氨氮浓度超过 0． 5 mg /L时，植物快速增高;但超过 10． 0 mg /L，又会
抑制植株增长，根系溃烂，叶片脱落。氨氮初始浓度为 1． 0 mg /L时，水蕹菜各项生长指标最优，对氨氮净化效率最大，为 96． 3%。氨氮
浓度超过 1． 0 mg /L时，植株根长偏短，根重偏低，茎叶系统增重明显，总生物量增长状况优于低氨氮处理(＜ 1． 0 mg /L)，但净化效率却
随着氨氮浓度的增加而下降。［结论］该研究为鱼虾菜生态养殖模式的推广应用提供了理论依据。
关键词 水蕹菜;氨氮;水培;生长特性;净化效率
中图分类号 S645． 1 文献标识码 A 文章编号 0517 －6611(2013)18 －07901 －03
Effects of Different Ammonia Nitrogen Concentrations on the Growth Characters of Ipomea aquatica
SUN Ling et al (College of Life Sciences，Tianjin Key Laboratory of Animal and Plant Ｒesistance，Tianjin Normal University，Tianjin
300387)
Abstract ［Objective］ The study aimed to discuss the influence of various ammonia nitrogen concentrations on the growth characters of
Ipomea aquatica． ［Method］ Seven groups of hydroponics nutrient solutions with different ammonia nitrogen concentrations (0，0． 1，0． 5，
1. 0，5． 0，10． 0，50． 0 mg /L)were made up to cultivate the cuttings of Ipomea aquatica，which was identified to be a suitable vegetable crop
for water culture． The responses of the plant growth and the nutrient adsorption efficiency were studied． ［Ｒesult］Nitrogen deficiency caused
stunting of the plant growth，chlorosis of old leaves，and inhibition of tiller． When the concentration of ammonia nitrogen exceeded 0． 5 mg /L，
the plant grew rapidly． As the concentration was higher than 10． 0 mg /L，the plant growth was inhibited，and the roots rotted，while the leaves
fell off． The most suitable concentration of ammonia nitrogen for the plant growth was 1． 0 mg /L，when the growth parameters were the opti-
mum and the purification efficiency of ammonia nitrogen reached the maximum，namely 96． 3% ． When the concentration exceeded 1． 0 mg /L，
the roots became shorter and lighter，but the fresh weight of stems and leaves increased obviously． Moreover，the total biomass was greater
than that of the treatments with lower concentrations of ammonia nitrogen than 1． 0 mg /L． However，the purification efficiency had an inverse
correlation with ammonia nitrogen concentration． ［Conclusion］The research could provide theoretical references for the popularization and ap-
plication of ecological breeding model of fish，shrimp and vegetables．
Key words Ipomea aquatica;Ammonia nitrogen;Hydroponics;Growth characters;Purification efficiency
基金项目 天津市动植物抗性重点实验室基金(52XS1209) ;天津市农
业科技成果转化与推广项目(201001040) ;天津师范大学博
士基金项目(52LX30)。
作者简介 孙凌(1981 － ) ，女，湖北荆州人，讲师，博士，从事水污染防
治与藻类生态研究，E-mail:sunling@ mail． nankai． edu． cn。
收稿日期 2013-06-08
以配合饲料为主的高密度池塘养殖模式，带来巨大经济
效益的同时，所暴露出的养殖水富营养化及废水排放污染等
环境问题日益严重，成为制约水产养殖业可持续发展的重要
因素。人工养殖过程中饲料的投喂和鱼虾等经济水产动物
的排泄，常常造成水体氨氮浓度的升高。恶化水质的同时，
对水产动物不仅能够产生直接毒性，更会引起其免疫力下
降，增加病原体入侵几率，危害水产养殖［1 －2］。针对养殖水
环境高氨氮的污染，高效生物处理技术的应用业已成为研究
热点，微生物制剂、藻类、植物、动物都被引入污水的净化工
艺，在物种筛选及其净化效率的研究上已初具成效，但在合
理种群配比、净化机理及复合生物养殖模式的构建方面尚待
深入研究［3 －7］。
由天津市水产技术推广站等多家科研单位在天津各郊
县联合推广的鱼虾菜生态养殖系统，旨在向富营养化鱼虾养
殖池塘适时地引入浮床水生蔬菜，借助维管束植物的净水作
用，一方面吸收水域中的过富营养，提高营养利用效能，在不
降低鱼虾产量的基础上，获取绿色蔬菜的可观经济效益;另
一方面，抑制有害藻类的过度繁殖，修复受污染水体，消除其
对水产养殖的潜在危害［8］。我国南北地区广泛开展的水面
栽培试验已证明，水蕹菜是一种生长快、耐受性强、净水效率
高的优良植物，其高效的无性繁殖率尤为引人注目。即使在
北方地区受到环境温度的限制，水面培植依然可以反复采收
3 ～4次［9 －11］。另外，水体氨氮供给水平与水产品养殖及浮
床蔬菜的栽培密切相关。笔者以水蕹菜扦插苗作为试验材
料，研究不同氨氮浓度条件下，水蕹菜植株的生长特性及其
营养吸收效率，从而为鱼虾菜生态养殖模式的推广应用提供
理论支持。
1 材料与方法
1． 1 试验材料 试验所用水蕹菜种子由天津市水产技术推
广站提供，系自泰国引进的绿杆、柳叶、白花品系。将同批次
种子经土壤培植两个月，截取收获期水蕹菜植株顶端(25
cm)备用。
1． 2 主要试剂 试验栽培所用营养液为蒸馏水添加分析纯
营养盐配制而成。营养液内主要营养元素 P、Ca、Mg的浓度
以 KH2PO4、CaCl2、MgSO4 均设置为 5． 0 mg /L，K元素对应浓
度为 6． 3 mg /L，同时添加 Fe、Zn、Mn、Cu、Co、Mo、B等微量营
养元素，使 FeC6H5O7、ZnSO4、MnCl2、CuSO4、Na2MoO4、H3BO3
浓度分别为 10． 0、0． 5、2． 0、0． 1、0． 5、3． 0 mg /L。
1． 3 试验方法 试验时间为 2011 年 9 月 18 日 ～ 10 月 12
日，共持续 24 d。试验共设置 A ～ G 7组处理，各组营养液内
氨氮的初始浓度，以 NH4Cl分别设置为 0、0． 1、0． 5、1． 0、5． 0、
安徽农业科学，Journal of Anhui Agri． Sci． 2013，41(18):7901 － 7903，7908 责任编辑 杨莹莹 责任校对 卢瑶
DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2013.18.110
10． 0、50． 0 mg /L，3次重复。将备用水蕹菜苗扦插到盛有 1 L
营养液的锥形瓶内，保证每株植物 3个生长节点浸没在营养
液内的。植物栽培采取自然采光，水温为(25 ±2)℃。每 4 d
测试培养液内水温、pH、氨氮、总氮、总磷等理化参数，以及植
物生物量、株高、根长、叶长、叶片数、分蘖状况等植物参数。
试验期间蒸发水分不做补充，待试验结束后测量剩余溶液体
积。其中，氨氮测定采用纳氏试剂比色法，总氮测定采用碱
性过硫酸钾紫外分光光度法，总磷测定采用钼蓝法［12］。所
得试验数据采用统计软件 SPSS 14． 0进行统计分析。
2 结果与分析
2． 1 不同氨氮浓度对水蕹菜株高的影响 在整个试验期
内，设置的 7组氨氮处理，水蕹菜植株均保持较为旺盛的生
命活力，并随着时间的推移明显增高(图 1)。A、B两组处理
中，水蕹菜株高增长趋势较为一致，总体呈现直线上升趋势，
仅在试验末期 B组水蕹菜增高趋缓。相较而言，B组植物株
高增长量略优于 A组。C ～ G组处理，试验前 4 d，与对照组
相比，植物株高增长受抑，处于适应调节阶段。随后很快适
应水环境条件变化，快速伸长，增长速率表现为 F ＞ G ＞ E ＞ D
＞ C。说明当氨氮初始浓度由 0． 5 增至 10． 0 mg /L 时，水蕹
菜株高增长速率呈现明显上升趋势，而当氨氮浓度继续升至
50 mg /L时，与 F组处理相比，尽管水体内 pH仅有微幅变动
(－0． 05) ，但植物株高已经受到抑制。比较 E、F、G 3 组处
理，发现水蕹菜扦插苗均在试验期增高约 5 cm时，株高增长
率明显放缓，株高趋于稳定。且前期株高增长速率越大，植
物越早到达此临界高度，这与植物快速生长后，营养液内微
量元素供应限制，制约植物的进一步快速增高有关。
图 1 不同氨氮浓度下水蕹菜株高变化
2． 2 不同氨氮浓度对水蕹菜根长的影响 在不同氨氮水
平下，水蕹菜根系生长状况也呈现出明显差异(图 2)。整个
试验期内，根长变化过程可以划分为两个阶段:试验前 8 d，
为水蕹菜扦插苗快速出根阶段，根系增长明显;第 9 天至试
验末为根系的平衡调节阶段，根系增长明显放缓，甚至出现
下降。由图 2可知，7组处理水蕹菜根系变化状况明显归为
两类，其中，低氨氮处理(≤1． 0 mg /L)A ～ D组，试验后期植
物根长要远高于高氨氮处理(≥5． 0 mg /L)E ～ G组。较低浓
度的氨氮(≤0． 5 mg /L)相比于对照 A组能微幅刺激根系生
长;氨氮浓度为 1． 0 mg /L时，扦插水蕹菜出根最快;而当氨
氮浓度超过 1． 0 mg /L，随着氨氮浓度的增高，水蕹菜出根
渐短。
图 2 不同氨氮浓度下水蕹菜根长变化
2． 3 不同氨氮浓度对水蕹菜蒸腾作用的影响 在自然状况
水分供给充足时，影响植物蒸腾的主要环境因子有太阳有效
辐射、空气相对湿度、气温、风速等。试验期营养液内的水分
损耗应主要源自植物的蒸腾作用以及水分的自然蒸发两部
分。由于试验过程中，已用 PE膜将植物茎杆外容器口完全
封闭，因此在相同的光照及室温条件下，可以认为水分损耗
量的差异取决于水蕹菜的生理特性。水分是植物进行光合
作用的主要原料之一，依靠蒸腾作用植物能够不断运输水分
和吸收各类溶解态营养盐，也能有效降低叶面温度，避免高
温灼伤。伴随植株的茁壮生长，蒸腾作用会有所加强。由图
3可知，氨氮浓度为 0 ～1． 0 mg /L时，水蕹菜的蒸腾作用与水
体氨氮浓度呈正相关关系;当氨氮浓度为 1． 0 mg /L时，水蕹
菜的蒸腾作用最为旺盛;继续增加水体内氨氮浓度，水蕹菜
蒸腾作用反而受到抑制。
图 3 不同处理组蒸腾耗水量的比较
对试验末期水蕹菜总生物量、茎叶重、根重(湿重)、最大
叶长测量结果(表 1)比较可知，D 组处理植物生长状况最
优，除根重指标外，各项指标均远大于其他处理组，且根系依
然发达，与其他低氨氮处理无显著差异。高氨氮处理(E ～ G
组)植物生物量的积累优于低氨氮处理(A ～ C 组) ，主要表
现为茎叶生物量的增加，而根重明显偏低。结合图 2 可知，
高浓度氨氮(≥5． 0 mg /L)会影响水蕹菜根系生长。试验末
期，观察到 F、G组中水蕹菜老根腐败溃烂，直接影响植物的
营养吸收及生物量积累，并出现老叶脱落现象，仅残留较小
的新生叶片;叶片数由试验中期 9． 7 片迅速降至 4． 7 片，最
2097 安徽农业科学 2013 年
大叶长仅约为 6． 7 cm。而末期 D、E组叶片数保持在 8． 7片，
最大叶长分别为 12． 1 和 10． 8 cm。根系的衰亡与叶片的凋
落也是植物蒸腾作用明显下降的主因(图 3)。A ～ C组根重
大，但茎叶系统生物量低，叶片为 6． 2 片，最大叶长约为 9． 0
cm，氮素供给不足导致生长受限。低氨氮浓度下，水蕹菜叶
片出现严重黄化现象，逐渐由老叶过渡到新生叶片，而高氨
氮处理组叶片的叶绿素合成未受影响。且试验后期，D ～ G
组中水蕹菜根部附近均出现不同程度的分蘖现象，D组处理
中分蘖枝生长最为旺盛，而 A ～ C组中氮素的亏缺导致水蕹
菜分蘖明显受到抑制。
表 1 试验末期水蕹菜植株生长参数均值比较
处理 总生物量∥g 茎叶重∥g 根重∥g 最大叶长∥cm
A 7． 60 ±0． 07 5． 81 ±0． 39 1． 79 ±0． 32 8． 80 ±0． 70
B 8． 36 ±0． 63 6． 76 ±0． 86 1． 60 ±0． 24 8． 77 ±0． 81
C 7． 64 ±0． 35 6． 00 ±0． 85 1． 64 ±0． 50 8． 93 ±0． 66
D 12． 73 ±0． 94 10． 96 ±0． 47 1． 77 ±0． 47 12． 10 ±0． 78
E 10． 14 ±0． 29 9． 01 ±0． 01 1． 13 ±0． 29 10． 77 ±1． 70
F 10． 02 ±0． 59 9． 39 ±0． 52 0． 63 ±0． 11 6． 77 ±0． 91
G 10． 93 ±0． 01 9． 71 ±0． 14 0． 82 ±0． 15 6． 70 ±0． 56
2． 4 不同氨氮浓度对水蕹菜氮素吸收的影响 氮磷的富集
是鱼虾养殖水体富营养化的重要原因，常常造成养殖水域生
态系统的严重破坏，导致水产品产量及质量大幅降低。另一
方面，氨氮和溶解态磷酸盐又是能够被水生植物直接吸收利
用的主要无机营养形式。由图 4 可知，第 4 天 B、C组 NH +4 -
N浓度已由初始设定浓度降至检测限，而 D组(NH +4 -N初始
浓度为 1． 0 mg /L)内水蕹菜则于第 8 天对 NH +4 -N吸收接近
完全。E ～ G组试验前半段对 NH +4 -N吸收迅速，第 12天时，
NH +4 -N浓度出现谷值对应浓度分别为 0． 30、0． 87 和 43． 32
mg /L，随后均存在对 NH +4 -N的重新转化释放，说明 3组培养
液内 NH +4 -N对水蕹菜一直处于相对过剩状态。
图 4 不同处理组中氨氮浓度变化
由表 2可知，随着培养液内初始氨氮浓度的增大，水蕹
菜对氨氮的净化速率也逐步增大。整个试验过程中，扦插苗
快速出根末期，对氨氮的净化速率达到最大。随后，各组内
出现 NH +4 -N吸收速率的下降和氮营养转化释放，这与水蕹
菜的老根衰亡及微生物活跃度密切相关。当初始氨氮浓度
为 1． 0 mg /L时，水蕹菜对氨氮的净化效率最大，为 96． 3%;
当氨氮浓度继续增高，其净化效率反而下降。根系的腐烂分
解，不但影响植物对营养的吸收能力，甚至会释放出大量氮
素，引起氨氮水平的波动。唐莹莹等利用水箱对空心菜进行
浮床栽培试验时，发现水体中氮循环细菌总数在整个试验期
间呈现先降低再升高的趋势，空心菜根系分泌物对细菌的分
布产生明显影响［13］。依靠根系的吸收，蕹菜组织中累积的
氮只是水体总氮去除量的一部分。在实际生产环节中，水体
中更多氮素污染则依靠微生物降解途径去除［13 －15］。在富营
养鱼虾养殖池塘水面栽培水蕹菜，能有效控制水体中的营养
过剩，通过对氮磷营养的竞争与污染水体净化，从而抑制有
害藻华的暴发，鱼、虾与菜的共生循环养殖系统能够取得良
好的经济、社会和环境效益。
表 2 不同处理组氨氮净化速率及净化效率比较
处理 净化速率∥mg /(L·d) 净化效率∥%
A － －
B 0． 02 70． 0
C 0． 10 89． 4
D 0． 36 96． 3
E 0． 78 93． 9
F 1． 47 91． 3
G 2． 83 13． 4
3 结论
(1)低浓度氨氮条件下氮素的亏缺，直接导致水蕹菜植
株增长趋势减缓，叶片黄化明显，分蘖受到抑制。当水体中
氨氮浓度超过 0． 5 mg /L 时，会刺激植物快速增高，但超过
10． 0 mg /L时，又会对植株增长产生抑制作用。水蕹菜对水
体氨氮浓度的变化具有广适性，适宜于鱼虾养殖水域栽培。
(2)扦插水蕹菜 8 d内出根迅速，随后根系生长趋稳;氨
氮浓度超过 1． 0 mg /L时，植株根长明显偏短，根重偏低;当
氨氮浓度超过 10． 0 mg /L时，根系还会出现腐败溃烂现象，
并导致叶片大量脱落。
(3)氨氮初始浓度为 1． 0 mg /L时，水蕹菜各项生长指标
最优，此时对氨氮的净化效率最大，为 96． 3%。总体而言，高
氨氮处理(＞1． 0 mg /L)的水蕹菜生物量增长状况优于低氨
氮处理(＜1． 0 mg /L)的茎叶系统增重明显，但净化效率反而
会随着氨氮浓度的继续增高而不断下降。
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309741卷 18期 孙 凌等 不同氨氮浓度对水蕹菜生长特性的影响
或发展水平大小［4 －5］。为此，为了更好地反映生态环境与经
济发展之间的耦合关系，构建耦合协调度模型函数:D =
C·槡 T，T = αf(X)+ βg(Y)。式中，D为耦合协调度;C为耦
合度;T为生态环境与经济发展综合评价指数;α、β 分别为 f
(X)、g(Y)的权重值，由于生态环境与经济发展同等重要，均
取值 0． 5。
耦合协调度综合了生态环境与经济发展耦合度以及这
两者综合评价指数，因此，它具有更强的稳定性和更大的使
用范围，可用于同一区域不同时期或同一时期不同区域之间
的生态环境与经济耦合发展定量分析与评价［4］。
3 数据分析
3． 1 综合评价指标分析 对 2011 年新合肥的生态环境指
标以及经济发展指标进行综合分析，得出经济发展综合指标
值为 1． 09，生态环境综合指标值为 0． 70，生态环境与经济发
展综合评价指标值为 0． 895。可见，2011 年新合肥生态环境
与经济发展综合指数较高，其中经济发展综合指标高于生态
环境综合指标，说明经济发展速度较快，生态环境较为滞后，
但是总体来说，新合肥可持续发展程度较高。
3． 2 耦合度及耦合协调度分析 根据耦合度及耦合协调度
公式，对 2011年新合肥生态环境指标和经济发展指标进行
计算，得到耦合度 C为0． 902 5，耦合协调度 D为0． 89，f(X)/
g(Y)为 1． 56。根据袁榴艳等的耦合发展的评判标准和基本
类型(表 2)［6］，可以判断新合肥为良好协调发展经济主导型
城市。
表 2 新合肥生态环境与经济系统耦合发展的评判标准和基本类型
耦合协调度 D 水平分类 经济与环境指标的比值 生态经济耦合发展基本类型
0． 8≤D≤1 良好协调发展 f(X)/g(Y)＞1． 2 良好协调发展经济主导型
0． 8≤f(X)/g(Y)≤1． 2 良好协调发展同步型
f(X)/g(Y)＜0． 8 良好协调发展生态主导型
0． 7≤D ＜0． 8 协调发展 f(X)/g(Y)＞1． 2 协调发展经济主导型
0． 8≤f(X)/g(Y)≤1． 2 协调发展同步型
f(X)/g(Y)＜0． 8 协调发展生态主导型
0． 6≤D ＜0． 7 低水平协调发展 f(X)/g(Y)＞1． 2 低水平协调发展经济主导型
0． 8≤f(X)/g(Y)≤1． 2 低水平协调发展同步型
f(X)/g(Y)＜0． 8 低水平协调发展生态主导型
0． 5≤D ＜0． 6 轻度失调发展 f(X)/g(Y)＞1． 2 轻度失调发展经济主导型
0． 8≤f(X)/g(Y)≤1． 2 轻度失调发展同步型
f(X)/g(Y)＜0． 8 轻度失调发展生态主导型
0． 4≤D ＜0． 5 中度失调发展 f(X)/g(Y)＞1． 2 中度失调发展经济主导型
0． 8≤f(X)/g(Y)≤1． 2 中度失调发展同步型
f(X)/g(Y)＜0． 8 中度失调发展生态主导型
D ＜0． 4 严重失调发展 f(X)/g(Y)＞1． 2 严重失调发展经济主导型
0． 8≤f(X)/g(Y)≤1． 2 严重失调发展同步型
f(X)/g(Y)＜0． 8 严重失调发展生态主导型
4 结论
2011年合肥行政区划进行了新的调整，新合肥跃居为我
国面积最大城市之一。笔者以新合肥为研究对象，采用
《2012年合肥市统计年鉴》［7］中 2011 年新合肥统计数据，对
其生态环境与经济发展耦合度以及耦合协调度进行分析。
分析结果表明，新合肥经济稳步发展，但是生态环境发展较
为滞后，属于经济主导型可持续发展城市。
虽然目前情况较为乐观，但是作为一个新兴发展中的城
市，要改变环境滞后于经济发展的现状，除加强经济建设外，
城市生态环境建设亟待完善，在进一步加大循环经济建设的
同时还要加大环境投入，将新合肥建设成为生态环境与经济
发展同步协调发展型城市。
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8097 安徽农业科学 2013 年