小麦秸秆复合基质对番茄幼苗生长发育的影响

来源:用户上传      作者:杨凡 米国全 唐艳领 史艳艳 牛莉莉

　　摘 要： 为了充分利用农业废弃物小麦秸秆，进行草炭替代性育苗基质原料的研发，实现农业资源循环化利用和生态可持续发展。以番茄‘毛粉802’为材料，通过小麦秸秆腐熟物、草炭、蛭石和珍珠岩4种基质原料及1种生物菌肥进行不同体积配比处理，研究不同配比的小麦秸秆复合基质对番茄幼苗生长指标、叶片色素及荧光指标、幼苗叶片理化性质指标、基质生物指标和理化性质的影响，探究适合番茄幼苗生长的小麦秸秆复合育苗基质配方。利用灰色关联法对19项指标进行综合分析。结果表明，V腐熟小麦秸秆∶V蛭石∶V珍珠岩∶V生物菌肥=6∶2.5∶1∶0.5番茄幼苗表现最好，而番茄幼苗在纯小麦秸秆腐熟物上的生长量远远低于其他处理，番茄幼苗的表现最差。
　　关键词： 番茄; 幼苗; 小麦秸秆; 育苗基质; 理化性质
　　中图分类号：S641.2   文献标志码：A   文章编号：1673-2871（2020）04-050-06
　　Abstract： In order to make full use of the agricultural waste resource wheat straw， the research and development of alternative seedling substrate raw materials of peat was carried out to realize the recycling utilization of agricultural resources and the sustainable development of ecology.  A tomato variety ‘Maofen 802’ was used as test material in this research， four kinds of substrate materials of wheat straw compost， peat， vermiculite and perlite and one kind of biological fertilizer were treated with different volume ratio， the effect of composite matrix of wheat straw with different ratio on the growth index， leaf pigment and fluorescence index， physical and chemical property index was investigated. The grey relational method was used to analyze the 19 indexes， the results  showed that the best composition and ratio of tomato seedling culture substrates was Vwheat straw compost∶Vvermiculite∶Vperlite∶Vbiofertilizer = 6∶2.5∶1∶0.5， while the tomato seedlings which grew on the pure wheat straw decomposed matter showed the worst performance.
　　Key words： Tomato; Seedling; Wheat straw; Seedling substrate; Physico-chemical properties
　　隨着蔬菜产业在中国的发展，育苗作为其中一项重要环节，逐渐成为一项专门的产业。工厂化育苗是现代蔬菜产业的重要先导，是自然资源高效利用的重要体现，是节能省工的重要途径，是优质丰产的重要保证。河南省作为我国蔬菜生产大省，在主要蔬菜生产县也出现了一批育苗企业，如扶沟的豫星、新野的绿健、内黄的春萌等，大部分蔬菜标准园和蔬菜龙头企业基本实现了蔬菜集约化育苗[1]。
　　穴盘育苗由于种苗品质高、生产效率高、操作简便、可一次性成苗等优点，能够满足工厂化和规模化生产的需求，已经成为目前常用的育苗方式之一，该类育苗基质通常采用草炭、蛭石、珍珠岩等混合配制而成[2-3]。但草炭属于不可再生资源，大量开采对生态环境的破坏不可逆转;且由于草炭资源分布不均以及运输费用的增加，草炭的使用成本大幅度提高，限制了对草炭的合理利用。因此，筛选和研制成本低、效果好、管理方便、符合环保要求的新型育苗基质必然成为基质研究的热点之一[4-7]。随着蔬菜工厂化育苗和无土栽培技术的兴起，我国的基质需求量逐年递增，急需寻找一种有效的草炭替代品。
　　我国是农业大国，每年可产生秸秆逾7亿 t，居世界之首。但长期以来秸秆资源没有得到充分合理利用，大量秸秆被丢弃或焚烧，不仅造成资源浪费，同时也导致大气环境污染[8-9]。因此，资源化利用秸秆对发展生态农业和可持续农业的意义重大。小麦秸秆是一种良好的吸附载体，而且含有丰富的大量元素和微量元素，如N、P、K分别占麦秸质量的0.31%、0.04%和0.65%。秸秆中的木质素在缓慢的微生物降解中可产生植物生长激素，对植物生长具有明显促进作用[10]。
　　笔者以小麦秸秆腐熟物、草炭、珍珠岩、蛭石和生物菌肥为主要原料，按不同比例进行混配，研究小麦秸秆基质对番茄幼苗生长发育的影响，旨在探讨小麦秸秆复合基质应用于番茄穴盘育苗的最佳配比。
　　1 材料与方法
　　1.1 材料
　　试验基质原料：小麦秸秆腐熟物、草炭、蛭石、珍珠岩和生物菌肥。供试番茄品种来自西安神洲种业有限责任公司生产的‘毛粉802’。 　　1.2 试验设计
　　试验于2018年3-4月在河南省农业科学院现代农业研究开发基地的日光温室内进行。共设8个处理，试验设3次重复，每重复10盘，穴盘规格为50孔。处理1，V腐熟小麦秸秆∶V蛭石∶V珍珠岩∶V生物菌肥=6∶2.5∶1∶0.5;处理2，V腐熟小麦秸秆∶V草炭∶V蛭石∶V珍珠岩∶V生物菌肥=4∶2∶2.5∶1∶0.5;处理3，V腐熟小麦秸秆∶V草炭∶V蛭石∶V珍珠岩∶V生物菌肥=3∶3∶2.5∶1∶0.5;处理4，V腐熟小麦秸秆∶V草炭∶V蛭石∶V珍珠岩∶V生物菌肥=4∶2∶2∶1.5∶0.5;处理5，纯腐熟小麦秸秆;处理6，V腐熟小麦秸秆∶V蛭石=5︰5;处理7，V腐熟小麦秸秆∶V蛭石=7∶3;对照CK，采用育苗工厂常规基质，V草炭∶V珍珠岩∶V蛭石=6∶2∶1。苗期管理为番茄幼苗长出心叶后开始浇600倍水溶性肥，1周2次，其他浇清水保持其湿度。
　　1.3 测试项目与方法
　　株高采用钢尺测量，茎粗采用游标卡尺测量。叶面积采用称重法测量。壮苗指数采用以下公式计算：壮苗指数=（茎粗/株高+地下部干质量/地上部干质量）×全株干质量。
　　幼苗叶片色素及荧光指标测定[11]：使用FMS-1荧光仪（英国Hansatech公司）分别于试验结束时测定叶片叶绿素荧光参数，包括初始荧光产量（Fo）、最大荧光产量（Fm）、稳态荧光产量（Fs）、光适应下最大荧光产量（Fm′）、光适应下最小荧光产量（Fo′）。计算光系统Ⅱ（PSⅡ）最大光化学效率（Fv/Fm）：Fv/Fm=（Fm-Fo）/Fm，实际光化学效率（ΦPSⅡ）：ΦPSⅡ=（Fm′-Fs）/Fm′。
　　叶片色素含量的测定：用打孔器打6片直径0.8 cm叶圆片，放入试管中，加入10 mL 95%乙醇避光放置24 h至组织变白。将色素提取液倒入比色皿内。在波长665、649、470 nm下测定吸光度。通过下列公式计算各种色素含量：Ca = 13.95A665-6.88A649;Cb = 24.96A649-7.32A665;Cx·c = （1 000A470-2.05Ca- 114.8Cb）/245。
　　据此即可得到叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的质量浓度（Ca、Cb、Cx·c：mg·L-1），前二者之和为总叶绿素的质量浓度。最后根据下式可进一步求出植物组织中叶绿体色素的含量：叶绿体色素的含量（μg·cm-2）=（色素的浓度×提取液体积×稀释倍数×103）/叶圆片面积[12]。
　　可溶性总糖含量采用蒽酮法测定[12];植物根系活力采用TTC法测定[12];基质碱性磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法测定，基质过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法测定[13];FDA（荧光素二乙酸酯）水解酶活性采用荧光素比色法测定[14];用V基质∶V水=1∶5浸提法测定pH、EC值。
　　1.4 灰色系统的建立
　　运用灰色关联法对各个基质的理化性质及育苗效果进行综合分析，将对照基质和7种配比基质整体视作一个灰色系统，将每个配比作为一个因素计算关联度，关联度表示该灰色系统中各因素的关联程度，关联度越大表明与理想处理相似度越高[15]。
　　1.5 数据处理与分析
　　采用SPSS 17.0结合Microsoft Excel 2003作数据的统计与分析处理。
　　2 结果与分析
　　2.1 小麦秸秆复合基质对番茄植株生长指标的影响
　　从表1可以看出，处理1、处理2的株高分别为25.31、25.40 cm，与CK差异不明显，与其他处理相比差异显著，处理5的株高最低;处理6茎粗值最低，与CK差异显著。CK与处理5的叶片数具有显著差异，CK叶片数最高，其他依次为处理2>处理3=处理4>处理6>处理1=处理7>处理5。各个处理在地上部干质量和地下部干质量表现基本一致，CK与处理5、处理6具有显著差异，与其他处理差异不显著，其中处理1地上部干质量最高，CK地下部干质量最高。
　　壮苗指数中，CK与处理5具有显著差异。处理7壮苗指数最高，其他依次为处理4>CK>处理1>处理6=处理2=处理3>处理5， 处理7、处理4分别比CK高出16.00%、4.00%。
　　2.2 小麦秸秆复合基质对番茄植株叶片色素及荧光指标的影响
　　从表2可以看出，处理5的叶绿素a含量最高，为26.55 μg·cm-2，与CK差异显著;叶绿素b含量中，处理1和处理5与CK相比差异显著。类胡萝卜素含量中的各个处理与CK差异不显著。总叶绿素浓度中，处理1、处理5的含量分别为32.18、34.86 μg·cm-2，与CK相比差异显著，处理7含量最低，其排序依次为处理5>处理1>处理6>处理3>CK>处理4>处理2>处理7。
　　从表3可以看出，最大光合效率中，CK与其他处理均不具有显著差异。ΦPSⅡ光量子产额中，CK与其他处理没有差异显著，说明改变小麦秸秆复合基质配比对植株叶绿素荧光影响不大。
　　2.3 小麥秸秆复合基质对番茄植株理化性质的影响
　　从表4可以看出，处理1和处理2可溶性总糖含量分别比CK高出1.91%和2.42%，差异不明显，它们与处理3呈现显著性差异。总体来看，小麦秸秆复合基质对番茄植株可溶性总糖的影响为处理2>处理1>CK>处理7>处理6>处理4>处理5>处理3。不同小麦秸秆复合基质配比对番茄植株根系活力的影响差异不显著。
　　2.4 小麦秸秆复合基质对番茄植株基质生物指标的影响
　　从表5可知，不同小麦秸秆复合基质配比对番茄植株基质碱性磷酸酶差异明显，排序依次为处理5>处理1>处理7>处理4>处理2>处理6>处理3。处理6基质的过氧化氢酶含量最高，其他依次为处理7>处理3>处理2>处理4>处理1>处理5>CK。FDA水解酶活性，CK与处理5、处理7具有显著差异。 　　2.5 小麦秸秆复合基质对番茄植株基质理化性质的影响
　　从表6可以看出，CK与处理1、处理3、处理4和处理7的pH具有显著差异。排序依次为处理1=处理7>处理4>处理3>处理5>处理2>处理6>CK，CK最低。不同基质配比处理的EC值差异显著。处理5基质EC值最高，与其他处理相比差异显著，CK处理的EC值最低，为0.23 mS·cm-1，排序依次为处理5>处理6=处理7>处理1>处理2>处理3>处理4>CK。
　　2.6 不同配比基质的灰色关联分析
　　选定灰色关联分析指标共19项，根据灰色关联系统的需要，以各项指标的平均值构建一个参考基质。7种基质和对照与参考基质相关性最大者，则该配比最佳。
　　根据灰色关联法需要，首先对各基质及对照的19个指标进行无量纲化处理XI=XI（K）/（K），（K=1，2，...，14）[16]，对19个指标依次进行无量纲化处理后，代入灰色关联系数公式，得到各处理与参考处理的灰色关联系数。
　　再根据关联度计算公式，算出各处理的灰色关联度：
　　r1=0.85，r2=0.8555，r3=0.8166，r4=0.7883，r5=0.8216，r6=0.7877，r7=7453，r8=0.7945，则关联度排序为：r2>r1>r5>r3>r8>r4>r6>r7，由此得到各基质及对照的排序为：处理1>CK>处理4>处理2>处理7>处理3>处理5>处理6，可知处理1最好，对照次之。
　　3 讨论与结论
　　基质的pH值在5.0～7.0 适于作物生长。EC值可以反映基质中原有可溶性盐分含量的高低，作物生长的安全EC值应小于2.6 mS·cm-1，最适EC值为2.0 mS·cm-1[17-19]。李婧等[20]以腐熟的玉米秸秆、牛粪、草炭和蛭石为原料按照不同的配比作为番茄育苗基质，研究结果表明，V牛粪∶V玉米秸秆∶V草炭∶V蛭石=5∶1∶2∶2的理化性质较优，pH 7.32，EC 2.06 mS·cm-1。在本试验中，不同处理基质配比下的pH值均呈弱碱性，且pH值均高于7.31，EC值均小于2 mS·cm-1。磷酸酶能够催化磷酸脂或磷酸酐的水解，对有机磷的矿化及植物的磷素营养有重要影响[21]。过氧化氢酶活性的增加对土壤中污染物的降解有极显著的促进作用[22]。FDA水解酶活性可以作为评价土壤微生物量和活性的重要指标[23-25]。在本试验中不同配比基质的酶活性均接近对照CK，其中V腐熟小麦秸秆∶V蛭石∶V珍珠岩∶V生物菌肥=6∶2.5∶1∶0.5、纯小麦秸秆腐熟物以及V腐熟小麦秸秆∶V蛭石=7∶3的总体酶活性较高，有利于番茄幼苗的生长发育。
　　任兰天等[26]研究发现，70%小麦秸秆+15%蛭石+15%珍珠岩处理壯苗指数为0.132，根冠比为0.493，叶绿素含量为2.85 mg·g-1，效果显著优于商业基质。曾清华等[27]通过研究发现，按V小麦秸秆基质∶V蛭石∶V草炭=50∶25∶25的比例配制的复合基质理化性状最佳，随复合基质中小麦秸秆基质比例的降低，黄瓜幼苗的株高、茎粗、壮苗指数以及叶片的叶绿素含量均呈上升趋势。刘涛等[28]通过研究发现V蛭石∶V小麦秸秆=1∶2处理培育的番茄幼苗主根长、干鲜质量、叶绿素含量、株高和叶片数的增幅、干物质含量、根冠比、壮苗指数等指标明显优于其他处理。壮苗指数与作物前期产量呈显著正相关，可作为评价幼苗强弱的主要指标[29]。本次试验中只有纯小麦秸秆腐熟物配制的基质壮苗指数与对照有显著差异，由于基质的保水保肥性较其他复合基质差，因此番茄幼苗长势弱于其他处理幼苗。不同配比基质的根系活力均无显著差异，但各个处理的根系活力均小于对照，其中V腐熟小麦秸秆∶V草炭∶V蛭石∶V珍珠岩∶V生物菌肥=4∶2∶2∶1.5∶0.5番茄幼苗的根系活力最高;本次试验的根系活力均高于上述研究，因此在以后的试验中可适当提高蛭石的含量以提高基质的透气吸水能力，促进植株的生长发育。叶绿素浓度影响植物叶片的光合作用效率和植株的生长状况，Fv/Fm 反映了植物的潜在最大光合效率，ΦPSⅡ反映了ΦPSⅡ系统的实际光合效率，影响作物生长性状和产量。叶绿素荧光测定试验中，所有处理的测定值均接近对照CK，且均无显著差异，但V腐熟小麦秸秆∶V蛭石∶V珍珠岩∶V生物菌肥=6∶2.5∶1∶0.5中番茄幼苗的叶绿素含量比较高;通过对比发现，本试验的小麦秸秆腐熟物含量较高，番茄幼苗的壮苗指数、叶绿素含量等生理指标较低，因此在今后试验中可适当减少小麦秸秆的含量，增加蛭石的含量以提高基质的保水保肥性。
　　根据各处理的幼苗理化性质指标进行综合比较，处理1（V腐熟小麦秸秆∶V蛭石∶V珍珠岩∶V生物菌肥=6∶2.5∶1∶0.5）和处理4（V腐熟小麦秸秆∶V草炭∶V蛭石∶V珍珠岩∶V生物菌肥=4∶2∶2∶1.5∶0.5）的株高、茎粗、地上部干质量等生长指标均高于其他处理基质，且接近对照CK。根据灰关联分析可得，处理1的关联度最大，其次是对照CK和处理4，由此可以看出，采用处理1和处理4番茄幼苗表现最好，而处理5（纯小麦秸秆腐熟物）在番茄幼苗生长量上远远低于其他处理基质，番茄幼苗表现最差。
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