菱角净水功能及栽培技术研究进展

张忠武，黄 琳，邓正春，王中美，胡 超，蒋 万，张 洋，彭元群，王 桢

（1常德市农林科学研究院，湖南常德 415000；2常德市农学会，湖南常德 415000）

0 引言

菱角(Trapa sp.)又叫菱，属于被子植物门，双子叶植物纲，桃金娘目，菱科(Trapaceae)，菱属(TrapaL.)，与荷习性相似，适于高温多湿多日照的环境，为一年生水生草本植物。主要分布于亚洲的亚热带、温带、寒温带，非洲的热带、亚热带和温带，以及欧洲的中部和东南部地区[1]。在国内分布也极为广泛，尤其是长江中下游地区的湖泊、溪流和河道均有分布。菱角是一种重要水生经济植物，茎叶可做饲料，嫩茎可食用；果实富含淀粉，可供食用、酿酒用；果肉、果壳性凉、味甘，可药用，有解热、抗癌等功效[2]。菱角还能净化水质、改良环境。本研究对菱角的生物生态学特性、净水功能、种质资源利用及栽培技术研究进行了综述，以期能为推动国内菱角标准化栽培、促进水体环境改善、帮助农民脱贫致富发挥积极作用。

1 菱角生物生态学特性

菱角生长在湖泊中，有野菱、家菱之分。叶浮于水上，叶下有茎。根二型，其中着泥根呈铁丝状，着生于水底泥中；同化根则呈羽状细裂，裂片丝状，淡绿色或暗红褐色。茎呈圆柱形，细长或粗短。叶二型，互生，其中浮水叶聚生于茎端，在水面形成莲座状菱盘，广菱形，长3.0～4.5 cm，宽4.0～6.0 cm，正面深亮绿色，无毛，背面绿色或紫红色，密被淡黄褐色短毛（幼叶）或灰褐色短毛（老叶），边缘中上部具凹形的浅齿，边缘下部全缘，基部广楔形；叶柄长2.0～10.5 cm，中上部膨大成海绵质气囊，被短毛；而沉水叶较小，早落。花小，单生于叶腋，花梗长1.0～1.5 cm；萼筒4裂，仅1对萼裂被毛，其中2裂片演变为角；花瓣4片，白色或淡红色，着生于上位花盘的边缘；雄蕊4 枚，花丝纤细，花药丁字形着生，背着药、内向；雌蕊2心皮，2室，子房半下位，花柱钻状，柱头呈头状。果实“菱角”为坚果，分为无角、两角、三角、四角等类型，无或有倒刺，先端向下弯曲，两角间端宽7～8 cm，弯牛角形，果高2.5～3.6 cm，果表幼皮紫红色，老熟时紫黑色，微被极短毛，果喙不明显，果梗粗壮有关节，长1.5～2.5 cm。种子白色，元宝形、两角钝，白色粉质。果肉含淀粉24%、蛋白质3.6%、脂0.5%，幼嫩时可当水果生食，老熟果可熟食或加工制成菱粉，风干制成风菱可贮藏以延长供应期。

菱角适于温带气候的湿泥地中，如池塘、沼泽地。喜温暖湿润、阳光充足的环境，不耐霜冻，最适温度25～36℃，水深60 cm左右。老菱落入泥中易生长，3月发芽抽蔓，4—8 月开花，夜间开放，白天闭合，随月亮的圆缺而转移。7—9月果实成熟。

2 水体净化研究

2.1 对富营养化水体修复的研究

在富营养化湖泊中，水生植物腐烂分解释放的各种营养盐物质会加剧水体富营养化程度，形成内源污染[3]。同时湖泊中水生植物腐解向水体释放的磷，会造成泥-水界面物理化学性质的改变，最终影响泥-水界面的磷生物循环[4]。菱角在腐解时，释放出来的磷主要是无机磷酸盐，在底泥吸附及其自身沉降等作用下，磷向底泥迁移转化，使水中磷含量下降并最终恢复至初始水平[5]。

在太湖的有草区，湖水及沉积物中总磷含量均显著低于无草区，而在沉积物中，有草区的氮和有机质要高于无草区，表明太湖大型水生植物对富营养化湖水和沉积物营养盐具有一定的调控作用[6]。刘存歧等[7]研究发现，人工种植菱和莲，能显著提高水体透明度和物种多样性指数，降低浮游植物密度，抑制水华的发生。戴伟东等[8]还发现，菱角的种植对水体透明度、营养盐和叶绿素a浓度等指标均有明显改善作用。大面积种植红菱后，富营养化水体中总氮、总磷、氨态氮、硝态氮的浓度均有所下降[9]。另有研究表明，红菱同化去除氮磷量约为水葫芦的1/3[10]。对于重度富营养化水体，菱角优先吸收氨态氮，对总氮的去除影响较大，硝态氮的去除主要依靠微生物的反硝化作用[11]。菱角对硝态氮的吸收累积能力较强，但是转化能力弱[12]。菱角对水体中硝态氮和总氮的降解速率快于黑藻和睡莲，释放气体量高于凤眼莲[13]。对水体中总氮的去除效果为菱角＞浅水藕＞芡，对化学耗氧量的去除效果表现为芡＞菱角＞浅水藕[14]。菱角对水体总氮、总磷的去除率高于青萍[15]，但菱角对总磷的吸收需要更长的时间[11]。

2.2 对重金属迁移富集的研究

生产生活中排出的重金属经过地表径流、雨水淋溶和废水直排等作用被带到水体中或沉积到水域底部[16]，对水体、土壤、水生蔬菜生态系统产生危害，尤其镉对水生植物的生理生化指标影响最大，李玥[17]研究表明，菱角对水体中铜、锌非常敏感，对重金属的富集量小。崔君等[18]通过8种水生植物对重金属富集量发现，菱角对金属镉、铜、铅、砷、锌的吸收量均较少。镉或汞均抑制菱幼苗生长，使叶绿素含量下降[19]。王方园等[20]研究认为，随着水生植物栽培时间的延长，水体中砷和汞出现不断向土壤、水生蔬菜迁移的趋势，一段时间后达到动态平衡；当砷和汞共处水环境中时，汞的存在会抑制水体中砷向土壤、水生蔬菜迁移；菱角中砷和汞含量总体呈现上升趋势，最终逐渐向茎、根迁移富集，叶、根是菱角富集重金属的主要器官.菱角对水体中砷和汞的富集系数远大于对土壤的富集系数，且对汞的富集能力都大于砷；菱角不同器官富集能力为根＞茎叶。

3 种质资源的收集与利用

3.1 种质资源调查

通过对洞庭湖湿地菱属植物种质资源调查发现[2]，洞庭湖共有菱属植物7 种，分别是乌菱(Trapabicornis)、四角菱(T.bicornisvar.quadrispinosa)、红菱(T.bicornu)、野菱(T.incisa)、菱角(T.japonica)、冠菱(T.litwinowii)和细果野菱(T.maximowiczii)，占中国菱属植物种类的26.9%。其中乌菱、红菱和菱角为栽培种，其他为野生种。乌菱、红菱、菱角在洞庭湖湿地广泛分布，属调查样品中优势种群。在洞庭湖菱属植物种质资源分布中伴生植物仅有15种，且大部分伴生植物的覆盖度和密度均较低。王云[21]对宣城市野生菱资源分布现状调查显示，在21个调查点中分布了6个种类菱角，其中两角的有二角菱、丘角菱、乌菱，四角的有细果野菱、四角菱、八瘤菱，还有一种不能识别的无角菱。

3.2 种质资源的生长发育与品质研究

陈国祥等[22]研究认为，随磷营养水平的升高，菱叶内无机磷含量升高，叶绿素含量基本呈下降趋势，叶绿素a/叶绿素b的比值升高；对多肽组分无明显影响；光合速率、呼吸速率、菱叶的腺三磷(ATP)含量和PSII 电子传递活性都呈现钟罩形的变化趋势，在最适磷浓度时达到最高，低或高的磷水平下都有所降低。菱角的光呼吸速率在低磷营养水平下较高，低磷促进光呼吸，菱叶中淀粉含量表现为先升高后降低趋势。李双梅等[23]通过对菱花粉的活力研究，发现培养基中添加低浓度的蔗糖和硼酸对菱花粉的萌发有促进作用，菱花粉萌发的最适培养基为10%蔗糖+0.005%硼酸，萌发率达65.9%。

3.3 种质资源的筛选利用

在山东，王本翠等[24]通过对6 个菱角品种比较发现，大青菱和五月红菱在南四湖的不同生态环境下均表现高产稳产的特性，长势长相良好、抗逆性强、产量高，综合性状优良，适于推广。在浙江，姚祥坦等[25]研究认为两角红菱和两角青菱的品质优于南湖菱，而且可提早半个月上市；‘金菱1 号’适于在绍兴地区推广种植[26-28]。在江苏，孙芳芳等[29]通过对7个菱角品种比较发现，‘两角早红菱’和‘金华早青菱’的生育期、产量及感官品质有明显优势，适合作为苏州地区的鲜食品种推广，红绣鞋的单果质量、单果肉质量、可食率及淀粉含量高，产量也高，适宜用作熟食和加工成淀粉；徐小荣[30]介绍了南京高淳区的主栽培品种大老乌菱、大义菱、大青菱的特征特性及栽培方法。在安徽，丁志诚等[31]介绍了大红菱和无角菱的特征特性及栽培方法。在湖北，梅再胜等[32]推介了巢湖大红菱品种。

4 栽培技术研究

4.1 水田栽培

菱角栽培方式可直播，也可育苗移栽。长江中下游地区栽培的菱角一般1 月底2 月初播种，8 月份采收，10 月中旬结束[33]。露地浅水菱在3 月上旬开始催芽育苗，深水菱在3 月中下旬开始催芽育苗[34]。如果种植水深在1.5 m 以下，可用直播；如果水深在1.5～2.0 m以上，应采用育苗移栽[35]。当气温稳定在12℃以上时播种，一般在清明前后为宜；田间注意勤换水，保持水层20～30 cm，夏天气温高水层要保持在30 cm 以上；在白露前后开始采收，每隔7～9天采1次，共采5～7次，霜降时采收结束；一般产量7.5～9 t/hm2，高产的达10.5 t/hm2以上，收入2.4万元/hm2以上[36]。湖南省汉寿县的菱角一般产量30 t/hm2，产值为2.4 万元/hm2[37]。为了提高菱角产量与品质，浙江省制定出了菱生产技术规范，并由浙江省质量监督局于2018年8月发布[38]。

4.2 大棚栽培

适合大棚越夏栽培的菱角品种主要有大青菱、姜堰红菱、邵伯菱、五月菱[39]。浙江省金华市采用菱角带果移栽长季节栽培技术，于12月底至1月中下旬大棚播种育苗，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术，则在1 月中下旬播种育苗，2月中下旬定植，5月中旬开始采收，10月下旬采收结束[43]。浙江义乌市及江苏省宝应县在1 月底2 月初播种，5 月份开始采收，可采收至深秋[44-46]。江苏省如皋市实行大棚长季浅水栽培，2月上中旬播种，4月上旬移栽，菱角可从5月采收至11月，产量30～37.5 t/hm2，产值逾22.5万元[47]；兴化市则在3月底育苗，6月上旬菱角开始上市，产量达到24.75 t/hm2，产值1.65万元/hm2[48]。湖北省利川市在3月上中旬播种，菱盘和鲜菱角5月中旬采摘上市，秋冬季可延迟到12 月中旬采收结束，采收期长达5 个月，菱盘总产量达75 t/hm2、鲜菱角总产量为18 t/hm2，总产值达18万元/hm2[49]。

4.3 与蔬菜水果轮作

江苏省泰州市姜堰区采取大棚菱角与草莓水旱轮作，有效解决了大棚草莓的连作障碍[50]；扬中市的大棚黄花苜蓿与菱角水旱轮作，减少了菱萤叶甲和白绢病的发生，菱角产量13.5 t/hm2、收入5.4万元，黄花苜蓿产量22.5 t/hm2、收入9.9万元，全年总收入15.3万元/hm2，比常规种植模式增收5.4万元，扣除增加的人工等成本，纯收入增加2.7万元[51-52]。浙江省杭州市采用大棚“菱角-茄子”轮作模式，菱角在1 月中下旬播种育苗，2 月中下旬定植，5 月中旬开始采收，10 月下旬采收结束；茄子于8月下旬播种育苗，9月中旬假植，10月上旬定植，次年2 月下旬采收结束。可实现年经济效益53.46万元/hm2，较常规种植模式增收70.2%[53]。

4.4 与养殖结合

广东省阳江市采用菱角与草鱼立体生态种养模式，3月初播种育苗，端午前后第1批收获；草鱼在3月下旬放苗，11 月收获[54]。江苏省扬州市实行菱鳖鳝套养，于3月上旬播种菱角，3月中旬放养幼鳖和鳝苗，可实现利润10.2 万元/hm2，投入产出比为1:1.05[55]；宿迁市采用鳜鱼、莲藕、菱角种养结合，可实现效益12.933万元/hm2，投入与产出比1:1.85[56]。浙江省嘉兴市采用水稻-泥鳅-南湖菱的立体种养模式，南湖菱于5月份移栽，8月底开始陆续采收[57]；水红菱-泥鳅立体种养模式则是在1月下旬至2月上旬播种水红菱、3月下旬移栽[58]；如果4 月中旬播种南湖菱，5 月底投放泥鳅苗，则南湖菱8 月下旬开始采收，10 月下旬采收结束，11月下旬可捕捉泥鳅[59]；如果采用克氏螯虾-菱的套养模式，则2月下旬播种“二角红菱”，6月初开始采收，9月底到10 月初全部采收后可种植蔬菜，3 月放养虾种至9月与菱共生[60]；慈溪市还介绍了“菱角-茭白-鲫鱼”种养模式[61]。大棚栽培方面，江苏省盐城市介绍了大棚菱角-甲鱼种养结合模式，菱角于12月上旬采用“三膜”覆盖育苗，4 月中旬移栽，可采收菱角42 t/hm2左右，经济效益约30万元；甲鱼在3月中上旬放养，可收甲鱼750 kg/hm2左右，经济效益15万元/hm2以上；总产值约45万元/hm2、纯效益22.5万元以上[62]；镇江市介绍了“大棚草莓-红菱-鲫鱼-青虾”种养模式[63]。

4.5 配套机械研究

菱角垂生于密叶下水中，需全株拿起来倒翻，才能看见采摘，工作效率低。李荣等[64]设计出一种菱角收获装置，工作时，船体带动菱角收获装置前行，菱角秧被打碎排出，菱角则被输送至收获机后置的菱角船内。泉州市科茂利通智能科技有限公司开发的菱角采摘自动生产线和中国计量大学发明的菱角采摘船，其采菱过程仍由人工完成[65]。郭梦琼[66]发明了“菱科植物采收机”，它包括船体、打捞输送机构、发动机、果茎分离总成、果实清扫机构以及返送输送机构，该发明方便收获菱角果实，并提高菱角果实收获效率，做到了菱角在采收期内重复采摘以及菱角机械化采摘。

5 小结

从以上论述可以看出，中国对菱角的环境净化和丰产栽培技术等方面做了大量的研究，而且有些环节研究得比较深入，对菱角优质丰产栽培技术推广及农民增收具有较好的指导意义，但是目前在品种改良研究方面仍处于资源筛选利用阶段，对菱角采摘后废弃物的回收处理研究也较少。因此，建议通过各种育种手段，选育出适于不同生态环境、不同消费群体、不同用途的专向型菱角品种，同时开展绿色高产高效的配套技术研究，从而推动菱角产业化的发展。