小麥秸稈復(fù)合基質(zhì)的理化指標(biāo)及其對黃瓜幼苗生長和光合參數(shù)的影響

曾清華，毛興平，孫 錦，郭世榮，①，劉超杰

草炭為目前生產(chǎn)上廣泛采用的有機栽培基質(zhì)，也是迄今為止世界各國公認(rèn)的最好的無土栽培基質(zhì)之一［1］。但草炭是不可再生資源，大量開采可造成生態(tài)環(huán)境的不可逆破壞；且由于草炭資源分布不均及運輸費用增加，草炭的使用成本大幅提高，限制了草炭的合理利用。因此，篩選和研制成本低、效果好、管理方便、符合環(huán)保要求的新型栽培基質(zhì)必然成為基質(zhì)研究的熱點之一［2］?？捎糜跓o土栽培的基質(zhì)很多，蔗渣、菇渣、鋸末、蘆葦末和棉籽殼等經(jīng)過處理或者與其他基質(zhì)混合均可作為無土栽培基質(zhì)［3－4］。

中國作物秸稈資源量巨大，僅在2006年就超過了7.6×108t［5］。但長期以來秸稈資源沒有得到充分合理的利用，大量秸稈被丟棄或焚燒，不僅造成資源浪費，同時也導(dǎo)致大氣環(huán)境污染［6－7］。因此，資源化利用秸稈對發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)和可持續(xù)農(nóng)業(yè)的意義重大。目前農(nóng)作物秸稈的主要利用方式為秸稈還田［8］，但仍存在許多問題和一定的困難。

作者以小麥（Triticum aestivum L.）秸稈基質(zhì)（發(fā)酵）、草炭、珍珠巖和蛭石為試材，按不同比例進(jìn)行混配，研究了小麥秸稈復(fù)合基質(zhì)的理化性狀及其對黃瓜（Cucumis sativus L.）幼苗生長和光合參數(shù)的影響，以期探討小麥秸稈基質(zhì)作為蔬菜育苗基質(zhì)的可行性。

1 材料和方法

1.1 材料

實驗于2010年9月至11月在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗基地的連棟溫室中進(jìn)行。供試黃瓜品種為‘津春2號’（‘Jinchun No.2’）。供試小麥秸稈基質(zhì)、蛭石、珍珠巖和草炭均由山東高唐泉林生態(tài)科技有限公司提供。小麥秸稈基質(zhì)的制作方法為：小麥秸稈風(fēng)干后粉碎至1～5 cm，含水量控制在約60％，堆成條剁狀進(jìn)行高溫靜態(tài)堆制，期間通過翻堆補充水分與氧氣，150 d后風(fēng)干備用。小麥秸稈基質(zhì)的主要理化性狀為：容重0.43 g·cm－3、總孔隙度80.8％、水氣比7.59、電導(dǎo)率6.80 mS·cm－1、pH8.42。

1.2 方法

1.2.1 基質(zhì)配制及幼苗栽培方法 共配制10種基質(zhì)，視為10個處理，用小麥秸稈基質(zhì)（XJ）、蛭石（ZS）、珍珠巖（ZZ）和草炭（CT）進(jìn)行混配。T1：純小麥秸稈基質(zhì)；T2：V（XJ）∶V（ZS）=75∶25；T3：V（XJ）∶V（ZZ）=75∶25；T4：V（XJ）∶V（CT）=75∶25；T5：V（XJ）∶V（ZS）=50∶50；T6：V（XJ）∶V（ZZ）=50∶50；T7：V（XJ）∶V（CT）=50∶50；T8：V（XJ）∶V（ZS）∶V（ZZ）=50∶25∶25；T9：V（XJ）∶V（ZS）∶V（CT）=50∶25∶25；T10：V（XJ）∶V（ZZ）∶V（CT）=50∶25∶25。對照基質(zhì)不含小麥秸稈基質(zhì)，為V（CT）∶V（ZS）=2∶1的復(fù)合基質(zhì)。每處理均3次重復(fù)。

選取飽滿、整齊一致的黃瓜種子，用55℃清水浸種15 min后置于溫度（29±1）℃的培養(yǎng)箱內(nèi)催芽，并選取發(fā)芽一致的種子進(jìn)行播種。采用72孔穴盤育種，每孔播1粒種子，每處理播3個穴盤，視為3次重復(fù)，隨機區(qū)組排列。實驗期間，每天僅澆清水。各基質(zhì)的理化性狀在混配后、育苗前測定；待幼苗長至三葉一心時取樣進(jìn)行生長和光合指標(biāo)測定。

1.2.2 基質(zhì)理化指標(biāo)測定 參照郭世榮［9］的方法測定基質(zhì)的容重、總孔隙度、持水孔隙度、通氣孔隙度和水氣比；參照劉超杰等［10］的方法測定基質(zhì)大顆粒（直徑大于2.0 mm）、中顆粒（直徑0.5～2.0 mm）和小顆粒（直徑小于0.5 mm）含量；參照程斐等［11］的方法測定基質(zhì)的pH值和電導(dǎo)率。每處理3次重復(fù)。

1.2.3 幼苗生長及光合指標(biāo)測定 每處理取5株黃瓜幼苗測定以下指標(biāo)。參照劉超杰等［12］的方法測定幼苗的株高、莖粗、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量和壯苗指數(shù)；用EPSON EXPERSSION1680臺式掃描儀（美國愛普生公司）和WinRHIZO圖像分析軟件（加拿大Regent公司）分析根總長、根總體積、平均單根直徑和根尖總數(shù)。采用乙醇－丙酮－水混合液浸提法［13］測定葉片葉綠素含量；使用Li－6400型便攜式光合測定系統(tǒng)（美國LI－COR公司）于晴天上午的9：00至11：00測定功能葉的光合參數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理和分析

采用Excel2010和SPSS10.0軟件對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和處理。

2 結(jié)果和分析

2.1 小麥秸稈復(fù)合基質(zhì)理化性狀的比較

供試11種基質(zhì)的理化性狀見表1。表1數(shù)據(jù)顯示：基質(zhì)T1的容重、總孔隙度、持水孔隙度和水氣比均高于或顯著高于對照和其他復(fù)合基質(zhì)，而其通氣孔隙度卻顯著低于對照及其他復(fù)合基質(zhì)，即：小麥秸稈基質(zhì)與蛭石、珍珠巖和草炭混配，均降低或顯著降低了混配基質(zhì)的容重、總孔隙度、持水孔隙度和水氣比，卻使通氣孔隙度顯著提高?；|(zhì)T1的小顆粒含量為52.7％，顯著高于對照和其他復(fù)合基質(zhì)，而其大、中顆粒含量卻最低。基質(zhì)T1的pH值和電導(dǎo)率均顯著高于對照和其他復(fù)合基質(zhì)，隨著復(fù)合基質(zhì)中小麥秸稈基質(zhì)比例的降低，各基質(zhì)的pH值和電導(dǎo)率呈下降趨勢，但均顯著高于對照。

表1 小麥秸稈復(fù)合基質(zhì)的理化性狀1）Table1 Physicochem ical properties of m ixed substrates of wheat（Triticum aestivum L.）straw1）

2.2 小麥秸稈復(fù)合基質(zhì)對黃瓜幼苗生長的影響

2.2.1 對幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響 不同比例的小麥秸稈復(fù)合基質(zhì)對黃瓜幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響見表2。由表2可知：隨著復(fù)合基質(zhì)中小麥秸稈基質(zhì)比例的降低，黃瓜幼苗的株高、莖粗、根總長、根總體積、平均單根直徑和根尖總數(shù)呈上升趨勢。當(dāng)小麥秸稈基質(zhì)的比例高于50％時，T1、T2、T3和T4處理組黃瓜幼苗的形態(tài)指標(biāo)均顯著低于對照和其他復(fù)合基質(zhì)，其中以T1處理組黃瓜幼苗的各指標(biāo)最低；當(dāng)小麥秸稈基質(zhì)的比例降至50％時，T9處理組黃瓜幼苗的表現(xiàn)最佳，其株高、莖粗、根總長、根總體積、平均單根直徑和根尖總數(shù)均顯著高于對照和其他復(fù)合基質(zhì)。

2.2.2 對幼苗生物量和壯苗指數(shù)的影響 不同比例的小麥秸稈復(fù)合基質(zhì)對黃瓜幼苗生物量和壯苗指數(shù)的影響見表3。由表3可知：處理組黃瓜幼苗的生物量和壯苗指數(shù)的變化趨勢與其形態(tài)指標(biāo)一致，均隨復(fù)合基質(zhì)中小麥秸稈基質(zhì)比例的降低呈上升趨勢。當(dāng)小麥秸稈基質(zhì)的比例高于50％時，T1、T2、T3和T4處理組黃瓜幼苗的地上部、根和全株的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量以及壯苗指數(shù)均顯著低于對照和其他復(fù)合基質(zhì)，這可能與這些基質(zhì)具有較高的電導(dǎo)率、pH值以及較低的通氣孔隙度有關(guān)。當(dāng)小麥秸稈基質(zhì)的比例降至50％時，以T9處理組黃瓜幼苗的生長最佳，其地上部、根和全株的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量以及壯苗指數(shù)均最大，顯著高于對照和其他復(fù)合基質(zhì)，說明這一比例的復(fù)合基質(zhì)水氣比合適、持水性能良好，有利于根系生長；基質(zhì)T5和T7也有較好的育苗效果；但基質(zhì)T6的育苗效果較差，這可能是因為該基質(zhì)中珍珠巖比例過高，通氣孔隙度過大，保水性能降低，不利于根系發(fā)育。

表2 小麥秸稈復(fù)合基質(zhì)對黃瓜幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響1）Table2 Effect of m ixed substrates of wheat（Triticum aestivum L.）straw on morphological indexes of Cucumis sativus L.seedling1）

表3 小麥秸稈復(fù)合基質(zhì)對黃瓜幼苗生物量和壯苗指數(shù)的影響1）Table3 Effects of m ixed substrates of wheat（Triticum aestivum L.）straw on biomass and strength index of Cucum is sativus L.seedling1）

2.3 小麥秸稈復(fù)合基質(zhì)對黃瓜幼苗葉片葉綠素含量和光合參數(shù)的影響

2.3.1 對葉綠素含量的影響 不同比例小麥秸稈復(fù)合基質(zhì)對黃瓜幼苗葉片葉綠素含量的影響見表4。各處理組黃瓜幼苗葉片葉綠素含量的變化趨勢與其形態(tài)指標(biāo)和生物量相似。T9處理組幼苗葉片葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量最高，T5和T7處理組也較高。當(dāng)小麥秸稈基質(zhì)的比例高于50％時，T1、T2、T3和T4處理組幼苗葉片的葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素的含量顯著低于對照和其他復(fù)合基質(zhì)。

2.3.2 對光合參數(shù)的影響 不同比例小麥秸稈復(fù)合基質(zhì)對黃瓜幼苗葉片光合參數(shù)的影響見表5。由表5可知：T9處理組黃瓜幼苗葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率和水分利用效率均最高，T5、T7和T10處理組也較高，但與對照均無顯著差異；T1、T2和T3和T4處理組幼苗葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率均顯著低于對照，水分利用效率也低于對照，但差異不顯著。各處理組幼苗葉片的胞間CO2濃度與對照均無顯著差異。

表4 小麥秸稈復(fù)合基質(zhì)對黃瓜幼苗葉片葉綠素含量的影響1）Table4 Effect of m ixed substrates of wheat（Triticum aestivum L.） straw on chlorophyll content in leaf of Cucum is sativus L.seed ling1）

3 討論和結(jié)論

栽培基質(zhì)的固、液、氣三相比例是影響植物根系生長發(fā)育的重要因素，容重和孔隙度是衡量其比例是否恰當(dāng)?shù)暮唵沃笜?biāo)。郭世榮［1］認(rèn)為：理想基質(zhì)的容重應(yīng)為0.1～0.8 g·cm－3，總孔隙度應(yīng)為54％～96％，而水氣比應(yīng)為2.0～4.0。本實驗中，純小麥秸稈基質(zhì)（T1）的容重為0.43 g·cm－3、總孔隙度為80.8％，均在理想基質(zhì)的要求范圍之內(nèi)；但其水氣比為7.59，明顯高于理想基質(zhì)的上限值，表明純小麥秸稈基質(zhì)的持水孔隙度過大而通氣孔隙度過小，這與其中的小顆粒含量過高，而大、中顆粒含量較低有關(guān)。添加蛭石、珍珠巖和草炭，均能降低或顯著降低小麥秸稈復(fù)合基質(zhì)的容重、總孔隙度、持水孔隙度、水氣比和小顆粒含量，卻顯著提高其通氣孔隙度以及大、中顆粒含量，并且各指標(biāo)的變化幅度隨著蛭石、珍珠巖和草炭所占比例的提高而增大；當(dāng)蛭石、珍珠巖和草炭所占比例增至50％時，小麥秸稈復(fù)合基質(zhì)的容重、總孔隙度和水氣比分別降至0.26～0.33 g·cm－3、63.0％ ～71.7％和2.01～3.75，均在理想基質(zhì)的要求范圍之內(nèi)。

表5 小麥秸稈復(fù)合基質(zhì)對黃瓜幼苗葉片光合參數(shù)的影響1）Table5 Effect of m ixed substrates of wheat（Triticum aestivum L.）straw on photosynthetic parameters of leaf of Cucum is sativus L.seed ling1）

有機廢棄物腐熟基質(zhì)通常含有豐富的營養(yǎng)元素并具有較高的電導(dǎo)率，單獨使用將對植物根系構(gòu)成一定的逆境脅迫，影響植物生長［1，14－15］，因此，在以小麥秸稈基質(zhì)為主料配制育苗基質(zhì)時，降低復(fù)合基質(zhì)的電導(dǎo)率是關(guān)鍵，一般通過添加電導(dǎo)率較低的草炭或蛭石達(dá)到該目的。研究結(jié)果表明：添加蛭石、珍珠巖和草炭均能顯著降低小麥秸稈復(fù)合基質(zhì)的電導(dǎo)率，其中，復(fù)合基質(zhì)T5和T9的電導(dǎo)率顯著低于其他復(fù)合基質(zhì)。李謙盛等［16］認(rèn)為：蛭石混配時易破碎，其添加量以不超過30％為宜。因此，T5不適合作育苗基質(zhì)，而T9的理化性狀最佳。隨復(fù)合基質(zhì)中小麥秸稈基質(zhì)比例的降低，黃瓜幼苗的形態(tài)指標(biāo)（包括株高、莖粗、根總長、根總體積、平均單根直徑和根尖總數(shù)）、生物量（包括地上部、根和全株的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量）以及壯苗指數(shù)均呈上升趨勢，其中采用T9栽培的黃瓜幼苗的各項指標(biāo)均顯著高于對照和其他復(fù)合基質(zhì)。

植物葉片中光合色素含量對光合作用的影響較大，外界環(huán)境的改變首先引起光合色素含量的變化，進(jìn)而導(dǎo)致光合能力改變［17］。采用復(fù)合基質(zhì)T9栽培的黃瓜幼苗葉片的葉綠素含量顯著高于對照和其他復(fù)合基質(zhì)，使其能夠吸收和傳遞較多的光能用于光合作用，進(jìn)而使其擁有最大的凈光合速率，最終使黃瓜幼苗干物質(zhì)的積累增加，促進(jìn)了幼苗的生長。

一般認(rèn)為導(dǎo)致葉片光合速率降低的原因主要包括氣孔限制因素和非氣孔限制因素［18］，主要根據(jù)氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度的變化方向進(jìn)行判斷。根據(jù)寇偉鋒等［19］的判斷方法，本實驗中采用復(fù)合基質(zhì)T9栽培的黃瓜幼苗葉片的氣孔導(dǎo)度上升、胞間CO2濃度下降，表明是非氣孔限制因素引起了黃瓜幼苗葉片凈光合速率的上升。

綜合以上分析結(jié)果，添加蛭石、珍珠巖或草炭，均能降低或顯著降低小麥秸稈復(fù)合基質(zhì)的容重、總孔隙度、持水孔隙度、水氣比、小顆粒含量、pH值和電導(dǎo)率，卻能顯著提高通氣孔隙度以及大、中顆粒含量。如果添加同比例的蛭石、珍珠巖或草炭，則珍珠巖能更有效地提高復(fù)合基質(zhì)的通氣孔隙度，草炭能更有效地降低復(fù)合基質(zhì)的pH值，而蛭石能更有效地降低復(fù)合基質(zhì)的電導(dǎo)率。在供試的11種基質(zhì)中，按V（小麥秸稈基質(zhì)）∶V（蛭石）∶V（草炭）=50∶25∶25的比例混配的復(fù)合基質(zhì)的理化性狀最佳，用該復(fù)合基質(zhì)進(jìn)行育苗，黃瓜幼苗葉片葉綠素含量最高、凈光合速率最大，長勢較好，故該配方的小麥秸稈復(fù)合基質(zhì)可作為黃瓜育苗基質(zhì)。

［1］郭世榮.固體栽培基質(zhì)研究、開發(fā)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2005，21（S2）：1－4.

［2］李 霞，呂國華，孟 勝.基質(zhì)開發(fā)的研究現(xiàn)狀、存在問題及發(fā)展趨勢［J］.安徽農(nóng)學(xué)通報，2005，11（7）：28－29.

［3］籍秀梅，孫治強.鋸末基質(zhì)發(fā)酵腐熟的理化性質(zhì)及對辣椒幼苗生長發(fā)育的影響［J］.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2001，35（1）：66－69.

［4］孫治強，張惠梅，王吉慶，等.番茄工廠化育苗木糖渣基質(zhì)與肥料配比研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，1998，14（3）：177－180.

［5］高利偉，馬 林，張衛(wèi)峰，等.中國作物秸稈養(yǎng)分資源數(shù)量估算及其利用狀況［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2009，25（7）：173－179.

［6］曹國良，張小曳，王亞強，等.中國區(qū)域農(nóng)田秸稈露天焚燒排放量的估算［J］.科學(xué)通報，2007，52（15）：1826－1831.

［7］曹國良，張小曳，王 丹，等.中國大陸生物質(zhì)燃燒排放的污染物清單［J］.中國環(huán)境科學(xué)，2005，25（4）：389－393.

［8］勞秀榮，吳子一，高燕春.長期秸稈還田改土培肥效應(yīng)的研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2002，18（2）：49－52.

［9］郭世榮.無土栽培學(xué)［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2003：423－424.

［10］劉超杰，郭世榮，王吉慶.玉米秸稈發(fā)酵基質(zhì)基本理化性狀分析［J］.長江蔬菜，2008（6）：48－50.

［11］程 斐，孫朝暉，趙玉國，等.蘆葦末有機栽培基質(zhì)的基本理化性能分析［J］.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2001，24（3）：19－22.

［12］劉超杰，郭世榮，束 勝，等.醋糟基質(zhì)粉碎程度對辣椒幼苗生長和光合能力的影響［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2010，26（1）：330－334.

［13］沈偉其.測定水稻葉片葉綠素含量的混合液提取法［J］.植物生理學(xué)通訊，1988（3）：62－64.

［14］李謙盛.蘆葦末基質(zhì)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究及園藝基質(zhì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的探討［D］.南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，2003：90－94.

［15］Garcia-Gomez A，BernalMP，Roig A.Growth of ornamental plants in two composts prepared from agroindustrial wastes［J］.Bioresource Technology，2002，83：81－87.

［16］李謙盛，裴曉寶，郭世榮，等.復(fù)配對蘆葦末基質(zhì)物理性狀的影響［J］.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2003，26（3）：23－26.

［17］王素平，郭世榮，胡曉輝，等.鹽脅迫對黃瓜幼苗葉片光合色素含量的影響［J］.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2006，28（1）：32－38.

［18］朱新廣，張其德.NaCl對光合作用影響的研究進(jìn)展［J］.植物學(xué)通報，1999，16（4）：332－338.

［19］寇偉鋒，劉兆普，陳銘達(dá)，等.不同濃度海水對油葵幼苗光合作用和葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊懀跩］.西北植物學(xué)報，2006，26（1）：73－77.