新型無(wú)土栽培基質(zhì)配比對(duì)4種葉菜類蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的影響——以煤矸石、油菜秸稈等組成的栽培基質(zhì)為例

童貫和，張科貴，劉天驕，羅 勛

（淮南師范學(xué)院生命科學(xué)系，安徽淮南232001）

基質(zhì)栽培是目前蔬菜無(wú)土栽培的主要形式，占蔬菜無(wú)土栽培的90%以上[1]?；|(zhì)栽培又分為有機(jī)基質(zhì)栽培、無(wú)機(jī)基質(zhì)栽培和混合基質(zhì)栽培。其中的混合基質(zhì)即有機(jī)生態(tài)型無(wú)土栽培基質(zhì)是由有機(jī)、無(wú)機(jī)原料混合而成的，由于其可生產(chǎn)無(wú)污染、安全、優(yōu)質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)的綠色蔬菜[2]，在我國(guó)已獲得了廣泛的應(yīng)用?；旌匣|(zhì)的有機(jī)原料一般為農(nóng)作物秸稈、農(nóng)產(chǎn)品加工后的廢棄物等；無(wú)機(jī)原料種類較多，如珍珠巖、蛭石、爐渣、河沙等。農(nóng)作物秸稈是重要的農(nóng)業(yè)資源，含有豐富的氮、磷、鉀及多種微量元素[3，4]，而煤矸石是煤炭開(kāi)采和洗選過(guò)程的產(chǎn)物，矸石中除了含有豐富的鉀外，還含有一定量的氮和磷，同時(shí)煤矸石還具有吸熱、貯熱和較耐風(fēng)化的特點(diǎn)[5]。

我國(guó)每年的社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)都要形成大量的工農(nóng)業(yè)廢棄物（如農(nóng)作物秸稈、煤矸石等），這些廢棄物的不斷堆積和排放不僅占用了大量的土地，而且還會(huì)破壞當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境[6，7]。目前我國(guó)工農(nóng)業(yè)廢棄物的利用率均不高，每年都有大量的農(nóng)作物秸稈被焚燒[8]，堆積如山的煤矸石也只有少量用于制磚、燒制水泥及充填塌陷區(qū)復(fù)田[9]，綜合利用率不到30%。因此，如何充分有效地利用工農(nóng)業(yè)廢棄物，對(duì)于減少資源浪費(fèi)，改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展都具有十分重要的意義。本研究以煤矸石、油菜秸稈和豬糞等廢棄資源為原料，配制有機(jī)生態(tài)型無(wú)土栽培基質(zhì)，并在該基質(zhì)上種植白菜 （Brassica chinensis L.）、生菜 （Lactuca sativa）、 莧 菜（Amarantus mangostanus L.）和菠菜（Spinacia oleracea L.）4 種葉菜類蔬菜，研究由煤矸石與腐熟油菜秸稈按不同的體積比組成的混合基質(zhì)的理化性質(zhì)，以及栽培在該基質(zhì)上的蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育狀況，以期找出煤矸石與腐熟油菜秸稈組成的有機(jī)生態(tài)型無(wú)土栽培基質(zhì)栽培蔬菜的最佳配方，為煤矸石、農(nóng)作物秸稈等廢棄資源的再利用尋找一條新的途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

煤矸石采自淮南市大通礦區(qū)，經(jīng)人工破碎成1mm～10 mm的不同粒徑。油菜秸稈取自淮南市三河鄉(xiāng)曹庵鎮(zhèn)第二村民組當(dāng)年秸稈，風(fēng)干后分別粉碎至l cm～5 cm，添加15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))蒸汽高溫消毒豬糞（取自淮南市曹庵農(nóng)業(yè)綜合開(kāi)發(fā)公司養(yǎng)豬場(chǎng)）與l%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))尿素，含水量60%左右，碳氮比為30左右，進(jìn)行高溫靜態(tài)堆制，以塑料薄膜密閉。通過(guò)翻堆補(bǔ)充水分與氧氣，第1次翻堆于堆制后第4 d進(jìn)行，然后每7 d進(jìn)行翻堆1次(共5次)，再每15d進(jìn)行翻堆1次(共2次)，后期保持自然狀態(tài)，堆制腐熟結(jié)束后風(fēng)干。菜園土取自淮南市郊蔬菜種植區(qū)，土壤為馬肝土。主要原料基本理化性狀見(jiàn)表1。已有研究[10-12]已對(duì)所用的煤矸石、油菜秸稈和消毒豬糞以及由它們組成的混合基質(zhì)的重金屬污染進(jìn)行了生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，以土壤環(huán)境質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值為參比的評(píng)價(jià)結(jié)果為安全與優(yōu)良。

表1 主要原料基本理化性質(zhì)

供試作物：白菜、生菜、莧菜和菠菜4種蔬菜種子由淮南市種子公司提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理，按下列配方（體積比）配制混合基質(zhì)，T1：煤矸石∶腐熟油菜秸稈=2∶8；T2：煤矸石∶腐熟油菜秸稈 =3∶7；T3：煤矸石∶腐熟油菜秸稈 =4∶6；T4：煤矸石∶腐熟油菜秸稈=5∶5；T5：煤矸石∶腐熟油菜秸稈=6∶4；以菜園土為對(duì)照（CK）。將5種混合基質(zhì)及土壤分別裝入高30cm，直徑30cm的花盆中，裝盆高度28cm。裝盆時(shí)，對(duì)照處理菜園土一次性施入基肥，施化肥量為尿素0.33 g/kg、過(guò)磷酸鈣 0.83 g/kg、氯化鉀 0.25 g/kg[13]，相當(dāng)于施入 N 0.15 g/kg、P 0.05 g/kg、K 0.13 g/kg；5種混合基質(zhì)處理不施化肥。4種蔬菜種子經(jīng)消毒浸種催芽后分別播種于128穴育苗盤(pán)中，出苗30d后當(dāng)幼苗長(zhǎng)至3葉1心時(shí)定植，每盆定植2株，采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每種處理4次重復(fù)，常規(guī)栽培管理。4種蔬菜盆栽試驗(yàn)于2011年2月初開(kāi)始至2011年5月底結(jié)束，試驗(yàn)在淮南師范學(xué)院生命科學(xué)系實(shí)驗(yàn)中心栽培室中進(jìn)行，

1.3 樣品采集與測(cè)定

取內(nèi)徑10 cm、高16 cm的硬質(zhì)聚已烯圓管，底部放一塊與圓管外徑相同的塑料圓板作管底，用透明膠緊密粘連使其不漏水，圓筒體積為1256 cm3，重量為W0。將自然風(fēng)干的混合基質(zhì)加滿圓筒，質(zhì)量為W1，浸泡水中24h，質(zhì)量為W2，將圓筒口用已知重量(W3)的濕潤(rùn)紗布包住，把圓筒倒置，讓圓筒中的水分流出，直至沒(méi)有水滲出，稱重為W4。按以下公式計(jì)算[14]：

容重 =（W1-W0）/1256；

總孔隙度 =（W2-W1）/1256×100%；

通氣孔隙 =（W2-W4+W3）/1256×100%；

持水孔隙=總孔隙度-通氣孔隙；

大小孔隙比=通氣孔隙/持水孔隙；

4種蔬菜于定植后30 d和55 d分別取樣，測(cè)定株高（自然株高：量取生長(zhǎng)狀態(tài)的植物從莖基部到冠層頂部表面的高度）、單株地上鮮重、單株地下鮮重以及單株葉片數(shù)，同時(shí)計(jì)算出鮮重根冠比。

基質(zhì)和土壤pH值采用(水土比2.5∶1)p H酸度計(jì)（電位法）測(cè)定，EC值采用（水土比5.0∶1）DDS-307電導(dǎo)率儀測(cè)定[15]，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀法(外加熱法)測(cè)定，全N采用半微量凱氏定氮法測(cè)定，堿解N用擴(kuò)散法測(cè)定，全P和有效磷（P）用鉬銻抗比色法測(cè)定，全K和速效鉀（K）用火焰光度計(jì)法測(cè)定[16]。

數(shù)據(jù)采用Duncan’s新復(fù)極差測(cè)驗(yàn)法和Micros oft Excel(Office XP)統(tǒng)計(jì)軟件分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 混合基質(zhì)的理化特性

以煤矸石、腐熟油菜秸稈為原料混合而成的5種栽培基質(zhì)的理化特性見(jiàn)表2。由表2看出，在5種混合基質(zhì)中，隨著煤矸石含量的逐漸增加，基質(zhì)的容重逐漸增加，總孔隙度、通氣孔隙、持水孔隙以及大小孔隙比均有所下降。但這些指標(biāo)的變化幅度均處于植物正常生長(zhǎng)的適合范圍內(nèi)[17]。與土壤（CK）相比，由于混合基質(zhì)中有機(jī)質(zhì)含量較高，使基質(zhì)的容重降低，孔隙度增加，水氣比較為合理，所以能夠更好地協(xié)調(diào)根系水分和氣體供應(yīng)之間的矛盾。

由表2還可看出，在5種混合基質(zhì)中，隨著煤矸石含量的逐漸增加，基質(zhì)的有機(jī)質(zhì)、EC、全N、堿解N和C/N下降，pH值、全P、全K、有效P和速效K有所增加。表明隨著煤矸石含量的增加，基質(zhì)的供N能力、供肥潛力降低，但基質(zhì)的供P、K能力增強(qiáng)。與土壤（CK）相比，基質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)豐富，各種營(yíng)養(yǎng)成分比例協(xié)調(diào)。

表2 混合基質(zhì)的理化性質(zhì)

2.2 混合基質(zhì)對(duì)4種葉菜類蔬菜株高的影響

株高可反映出植物生長(zhǎng)過(guò)程中的生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。白菜、生菜、菠菜和莧菜4種蔬菜分別在定植后30 d和55 d測(cè)定株高，其結(jié)果見(jiàn)表3。由表3看出，定植30 d和55 d的4種蔬菜的株高，以CK的為最小，且與生長(zhǎng)在5種混合基質(zhì)上的相比，T1處理 30d 無(wú)差異，55d 差異顯著或極顯著；T2、T3、T4和 T5處理（除白菜30d的T2及55d的T5無(wú)差異外）差異顯著或極顯著。表明混合基質(zhì)比土壤更好地促進(jìn)了蔬菜的生長(zhǎng)。5種混合基質(zhì)中，隨著煤矸石含量的逐漸增加，4種蔬菜的株高呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢(shì)，T3處理的株高最大，定植30 d的T 1處理、定植55d的T5處理的最小，但各處理間差異不顯著（除生菜外）。結(jié)果表明T3配方基質(zhì)更能促進(jìn)蔬菜株高的增加，而有機(jī)質(zhì)含量較高的T1配方基質(zhì)肥效期較長(zhǎng)。

表3 混合基質(zhì)對(duì)4種葉菜類蔬菜株高的影響 （單位：cm）

2.3 混合基質(zhì)對(duì)4種葉菜類蔬菜葉片數(shù)的影響

葉菜類蔬菜的葉片數(shù)能夠反映出植株的分生速度。定植30d和55 d的4種蔬菜的葉片數(shù)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。由表4知，定植30d和55 d的4種蔬菜的葉片數(shù)，以CK的為最少，且與生長(zhǎng)在5種混合基質(zhì)上的相比，定植30 d，除菠菜的T 3處理差異極顯著外，其余處理均無(wú)差異；定植55d后，生菜各處理均呈顯著或極顯著差異，白菜和菠菜除T5處理差異較小外，其余處理呈顯著或極顯著差異，莧菜的T4、T5處理無(wú)差異，其他處理差異顯著或極顯著。表明混合基質(zhì)可促進(jìn)葉菜類蔬菜的葉片發(fā)育。5種混合基質(zhì)中，隨著煤矸石含量的逐漸增加，4種蔬菜的葉片數(shù)呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢(shì)，T3處理的葉片數(shù)最多，定植30d的T1處理、定植55d的T5處理的最少，各處理間差異較小。說(shuō)明T3配方基質(zhì)較優(yōu)，T1配方基質(zhì)前期供肥能力較弱，后期較強(qiáng)。

表4 混合基質(zhì)對(duì)4種葉菜類蔬菜葉片數(shù)的影響 （單位：個(gè)）

2.4 混合基質(zhì)對(duì)4種葉菜類蔬菜根冠比的影響

根冠比既能反映植物光合產(chǎn)物的分配狀況，也能反映植物根系的生長(zhǎng)發(fā)育結(jié)果。定植30d和55d的4種蔬菜的根冠比測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可知，定植30 d和55d的4種蔬菜的根冠比，以CK的為最小，且與生長(zhǎng)在5種混合基質(zhì)上的相比，定植30d，菠菜和莧菜除T3處理有差異外其余處理無(wú)差異，白菜除T5處理無(wú)差異外其余處理差異極顯著，生菜的T4、T5處理無(wú)差異，其余處理差異顯著或極顯著；定植55d，T2、T3處理有顯著或極顯著差異，T1處理除生菜外均呈顯著或極顯著差異，T4處理的白菜和莧菜差異顯著或極顯著，但生菜和菠菜無(wú)差異，T5處理除莧菜外其余均無(wú)差異。表明混合基質(zhì)能夠促進(jìn)植物根系的生長(zhǎng)發(fā)育。5種混合基質(zhì)中，隨著煤矸石含量的逐漸增加，4種蔬菜的根冠比呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢(shì)，T3處理的根冠比最大，T5最小，T3與T5間有差異（除菠菜外），其余各處理間差異較小。顯示T3配方基質(zhì)更有利于蔬菜根系的生長(zhǎng)，T5配方基質(zhì)較差。

表5 混合基質(zhì)對(duì)4種葉菜類蔬菜根冠比的影響

2.5 混合基質(zhì)對(duì)4種葉菜類蔬菜鮮重的影響

葉菜類蔬菜的地上鮮重大小能夠反映出蔬菜產(chǎn)量的高低。定植30d和55d的4種蔬菜的鮮重測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表6。由表6可知，定植30 d和55 d的4種蔬菜的鮮重，以CK的為最小，且與生長(zhǎng)在5種混合基質(zhì)上的相比，除30 d莧菜的T1、T2處理無(wú)差異外，其余處理均呈顯著或極顯著差異。表明混合基質(zhì)比土壤更有利于蔬菜產(chǎn)量的增加。5種混合基質(zhì)中，隨著煤矸石含量的逐漸增加，4種蔬菜的鮮重呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢(shì)，T3處理的鮮重最大，定植30 d的T 1處理、定植55d的T5處理的最小。表明T 3配方基質(zhì)對(duì)蔬菜作物鮮重的增幅更大，但煤矸石含量較高的T5配方基質(zhì)后期肥效略顯不足。

3 討論與結(jié)論

3.1 結(jié)論

以煤矸石、腐熟油菜秸稈配制而成的栽培基質(zhì)營(yíng)養(yǎng)豐富、水氣協(xié)調(diào)，理化特性明顯優(yōu)于土壤。其上栽培的4種葉菜類蔬菜的株高、葉片數(shù)、根冠比、鮮重均顯著高于土壤栽培，表明混合基質(zhì)對(duì)蔬菜的生長(zhǎng)發(fā)育具有更好地促進(jìn)作用。在混合基質(zhì)的5種配比中，以T3混合基質(zhì)配比（煤矸石與腐熟油菜秸稈的體積比為4∶6）為最優(yōu)，其次為T2和T4。

表6 混合基質(zhì)對(duì)4種葉菜類蔬菜鮮重的影響 （單位：g/株）

3.2 討論

栽培基質(zhì)是植物生長(zhǎng)的基礎(chǔ)和媒介，也是無(wú)土栽培技術(shù)的關(guān)鍵。優(yōu)良的無(wú)土栽培基質(zhì)應(yīng)具備四項(xiàng)基本功能，即固定作物能力、保肥供肥能力、保水供水能力及透氣能力[18]。本試驗(yàn)以煤矸石、腐熟油菜秸稈配制而成的混合基質(zhì)在完全不使用化學(xué)肥料的前提下，不僅為蔬菜生長(zhǎng)提供了穩(wěn)定、協(xié)調(diào)的水、肥、氣根際環(huán)境，支持、固定植物良好（表2），而且混合基質(zhì)不存在重金屬污染[10-12]，基本滿足了蔬菜有機(jī)生態(tài)型無(wú)土栽培對(duì)基質(zhì)的要求[19]，可使生產(chǎn)的蔬菜產(chǎn)品達(dá)到A級(jí)或AA級(jí)的“綠色食品”標(biāo)準(zhǔn)[11，12]。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，混合基質(zhì)上栽培的4種葉菜類蔬菜的株高、葉片數(shù)、根冠比、鮮重均顯著高于土壤栽培，說(shuō)明混合基質(zhì)能夠更好地促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育[20]。究其原因，一方面可能是由于混合基質(zhì)的容重較輕、總孔隙度較大，大小孔隙比適中（表2），供氧和保水能力均較強(qiáng)，有利于植物根系的生長(zhǎng)發(fā)育；另一方面可能是由于混合基質(zhì)中的有機(jī)質(zhì)含量較高，有機(jī)質(zhì)中含有的N、P、K、Ca、Mg和微量元素等多種養(yǎng)分經(jīng)微生物分解，轉(zhuǎn)化成蔬菜可吸收利用的有效養(yǎng)分，保證了植物的營(yíng)養(yǎng)需求。這一試驗(yàn)結(jié)果與佟小剛等以腐熟葵花桿作基質(zhì)配料形成的混合基質(zhì)上栽培生菜的試驗(yàn)結(jié)果相一致[21]。

混合基質(zhì)的理化性質(zhì)不僅取決于基質(zhì)的原料組成，也取決于基質(zhì)配方的優(yōu)劣。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，5種混合基質(zhì)上栽培的4種蔬菜的株高、葉片數(shù)、根冠比、鮮重均以T 3處理的較大（表 3、4、5、6），說(shuō)明 T3處理的基質(zhì)配方較優(yōu)，其理化特性更能滿足植物生長(zhǎng)發(fā)育的需要，促進(jìn)了蔬菜作物的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。而T1處理的這4項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)與T 5處理相比，在蔬菜生長(zhǎng)前期（定植 30d）較低，但后期（定植 55d）卻較高（表 3、4、5、6），表明腐熟油菜秸稈含量較高的T1處理短期供肥能力不及煤矸石含量較高的T5處理，但T1處理肥效長(zhǎng)而穩(wěn)定，促進(jìn)了蔬菜作物的后期生長(zhǎng)發(fā)育。當(dāng)然，目前我們還無(wú)法建立混合基質(zhì)的理化特性與其供肥能力之間的函數(shù)關(guān)系式，有關(guān)此類問(wèn)題尚需作進(jìn)一步的研究。

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