蚯蚓糞—土復合基質(zhì)對益智幼苗生長和葉綠素熒光特征的影響

程漢亭 李勤奮 劉景坤 嚴廷良 張俏燕 王進闖

摘 要 以蚯蚓糞與磚紅土混配比例為0 ∶ 10、1 ∶ 10、2 ∶ 10、3 ∶ 10、5 ∶ 10、10 ∶ 10、10 ∶ 5、10 ∶ 0獲得蚯蚓糞-土復合基質(zhì)，同時設置1個單施化肥處理，研究其對益智幼苗生長和葉綠素熒光參數(shù)的影響。結果表明，試驗處理60 d后隨著蚯蚓糞含量的增加，益智幼苗的株高、葉面積、地上部分干物質(zhì)積累量、總干物質(zhì)積累量、根系活力、總葉綠素含量均顯著增加，且同等肥力條件下施用蚯蚓糞處理（T6）的生長指標高于化肥處理（HF），而其地下部分干物質(zhì)積累量和根冠比顯著下降；蚯蚓糞含量高于50%時，益智葉片F(xiàn)v/Fm和Y（II）值顯著高于純土處理（CK），但是當蚯蚓糞含量為50%時，益智幼苗生長發(fā)育指標與單施化肥處理無顯著差異。結合不同配比蚯蚓糞-土育苗基質(zhì)對益智幼苗生長發(fā)育指標和生產(chǎn)成本綜合考慮，蚯蚓糞含量為50%的蚯蚓糞-土復合基質(zhì)（T5）可以在生產(chǎn)上規(guī)?；茝V應用。

關鍵詞 蚯蚓糞；益智；葉綠素熒光參數(shù)；基質(zhì)

中圖分類號 S567.5 文獻標識碼 A

Abstract The 0 ∶ 10， 1 ∶ 10， 2 ∶ 10， 3 ∶ 10， 5 ∶ 10， 10 ∶ 10， 10 ∶ 5 and 10 ∶ 0 mixtures of vermicompost and soil， compared with chemical fertilizer treatment， were used to investigate the effects of vermicompost-soil complex media， mixing different volume ratio of vermicompost and soil on the growth and chlorophyll fluorescence characters of Alpinia oxyphylla Miq seedlings. Results showed that high proportion of vermicompost significantly increased stem height， leaf area， aboveground dry weight， total dry weight， root activity， and chlorophyll fluorescence parameters. In the same fertilizer condition， the growth indicators of seedlings with vermicompost-soil complex media（T6）were superior to the treatment groups of chemical fertilizer（HF）， but significantly increased root dry weight ratio and root shoot ratio. When the ratio of vermicompost was above 50%， the quantum yield（Y（II））and maximum photochemical efficiency of PSII（Fv/Fm）were significantly higher than that of the soil treatment group（CK）. Compared with the chemical fertilizer treatment， the volume ratio of 50% vermicompost was not significantly different in total dry weight， root activity， and chlorophyll fluorescence parameters. In conclusion， considering the growth indicators of seedlings and production costs， the vermicompost-soil complex media with 50% of vermicompost（T5）could be applied in seedling production.

Key words Vermicompost； Alpinia oxyphylla Miq； chlorophyll a fluorescence parameters； substrate

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.12.012

益智（Alpinia oxyphylla Miq.）為姜科（Zingiberaceae）山姜屬（Alpinia）植物，其果實稱為益智或益智仁，是我國著名四大“南藥”之一。橡膠園間作益智具有較好的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益，已成為提高橡膠生產(chǎn)效益和膠農(nóng)收入的一項重要措施[1]。隨著膠園間作益智面積的迅速擴大，開展益智種苗規(guī)?；庇龑ΡＵ掀洚a(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展具有重要的意義。項目組研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段針對益智育苗基質(zhì)研發(fā)不足。主要表現(xiàn)在益智種苗的育苗基質(zhì)使用隨意性大，普遍存在理化性狀較差、營養(yǎng)成分缺乏的現(xiàn)象，導致益智育苗成活率較低、幼苗生長發(fā)育不良，形成大量的弱苗、死苗、病苗的現(xiàn)象。因此研發(fā)低成本、高效益的生物育苗基質(zhì)已迫在眉睫。

蚯蚓糞具有較高的孔隙度，良好的通透性和保水特性[2]；同時蚯蚓糞有很大的表面積，使得許多有益微生物得以生存并具有良好的吸收和保持營養(yǎng)物質(zhì)的能力[3]；并含有植物所需大量可溶性鹽（硝酸鹽、磷酸鹽、可溶性鉀）、交換性鈣、腐殖質(zhì)類、氨基酸、多糖類和生物酶[2， 4]等成分，蚯蚓糞能夠改善土壤的物理、化學和提高土壤微生物活性[5]，是很好的有機肥料，也是作為育苗基質(zhì)理想組分。蚯蚓糞對許多作物的生長、產(chǎn)量和品質(zhì)均有促進作用。大量研究表明：蚯蚓糞能夠促進種子萌發(fā)，增加植物的株高、葉片數(shù)量、葉面積、葉干重、根長、根數(shù)量、總產(chǎn)量、葉綠素含量[6-7]。例如添加蚯蚓糞能夠促進金盞花、西紅柿和辣椒種子萌發(fā)和植株生長[8-10]。蚯蚓糞中的微生物群和酚類化合物能夠抑制多種病原體和害蟲[11]。同時利用蚯蚓糞作為生物育苗基質(zhì)，既可以充分利用農(nóng)業(yè)廢棄物又能提高育苗品種和降低育苗成本[12-14]。將蚯蚓糞應用于南藥益智種植的研究報道較少，尤其關于蚯蚓糞對益智幼苗生長發(fā)育的研究是鮮有報道。因此，本研究采用穴盤盆栽試驗，研究不同比例蚯蚓糞-土復合基質(zhì)對益智幼苗生長發(fā)育指標的影響，為益智育苗專用基質(zhì)的篩選提供理論和應用依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試蚯蚓糞是將黃牛牛糞充分腐熟后，經(jīng)過赤子愛勝蚓（Eiseniafoetida）處理60 d后得到。供試土壤為典型磚紅壤土。益智幼苗來自中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院環(huán)境與植物保護研究所標準化育苗基地。供試益智（Alpinia oxyphylla Miq）幼苗苗齡65 d，株高約2.5 cm，兩葉一心。塑料穴盤規(guī)格為72孔，長4 cm、寬4 cm、高6 cm，每孔容積72 cm3。供試化肥為尿素（含N質(zhì)量分數(shù)46%）、磷酸二氫鉀（含P2O5質(zhì)量分數(shù)52.2%、含K2O質(zhì)量分數(shù)34.6%）和氯化鉀（含K2O質(zhì)量分數(shù)63.1%）。

1.2 方法

蚯蚓糞和磚紅壤土風干，過2 mm篩后，設置1個對照和7個處理，分別按照體積比0 ∶ 10（CK）、1 ∶ 10（T1）、2 ∶ 10（T2）、3 ∶ 10（T3）、5 ∶ 10（T4）、10 ∶ 10（T5）、10 ∶ 5（T6）、10 ∶ 0（T7），蚯蚓糞分別占混合基質(zhì)的0、9.1%、16.7%、23.1%、33.3%、50%、66.7%和100%（各處理土壤的基本性質(zhì)見表1）。根據(jù)益智幼苗營養(yǎng)需求，開展施肥預試驗，獲得其生長的需肥量，并以此施肥量設置一個單施化肥處理（HF），單施化肥處理每千克土施用尿素0.939 g、磷酸二氫鉀2.300 g、氯化鉀0.972 g，其肥力水平相當于土壤蚯蚓糞含量為66.7%，即T6處理。

將混合均勻的蚯蚓糞-土混合基質(zhì)分別裝入穴盤中，穴盤規(guī)格為72孔，長4 cm、寬4 cm、高6 cm，每孔容積72 cm3，每個處理為3個穴盤，測量本試驗相關指標時，每個處理隨機選取5株苗，即5個重復。2016年9月20日將苗齡65 d的益智幼苗移栽于穴盤中，放置在遮光度80%的溫室大棚內(nèi)培養(yǎng)，室內(nèi)平均溫度23～33 ℃，每天定時澆水，每隔10 d測量各處理益智植株的株高、莖粗和葉面積。60 d后結束試驗并進行以下指標測定。

1.2.1 生長指標測定 洗凈后測定幼苗的葉面積、株高和莖粗；然后置于烘箱內(nèi)105 ℃殺青15 min，80 ℃恒溫48 h，測定地上部干質(zhì)量和地下部干質(zhì)量，并計算根冠比。

1.2.2 葉綠素含量測定 用孔徑為1.5 cm的打孔器打下14個葉圓片（約0.2 g，以實際稱重為準），共3份。加石英砂和少量碳酸鈣粉末，96%乙醇研磨呈勻漿狀，繼續(xù)加乙醇研磨直至葉片變白。靜置，過濾至25 mL棕色容量瓶，將濾紙上綠色洗凈，定容，混勻，以乙醇為空白，分別在665 nm、649 nm和470 nm下測定吸光度。單位質(zhì)量葉綠素含量/（mg/g FW）=（色素濃度×提取液體積×稀釋倍數(shù)）÷樣品鮮重。

1.2.3 根系活力的測定 采用TTC氧化還原法，稱取根尖0.5 g，浸沒在由0.4%TTC和磷酸緩沖液（pH7.0）各5 mL的溶液內(nèi)，在37 ℃下暗保溫2 h，此后加入1 mol/L硫酸2 mL停止反應。將根放入研缽中，加乙酸乙酯3～4 mL充分研磨，將紅色提取液移入刻度試管，用乙酸乙酯沖洗數(shù)次并定容至10 mL，用分光光度計在波長485 nm下比色，以空白試驗（將根先用硫酸處理）作參比測出吸光度，查標準曲線，即可求出TTC還原量[15]。四氮唑還原強度/[mg/（g FW·h）]=四氮唑還原量（mg）/[根重（g）×時間（h）]。

1.2.4 葉綠素熒光參數(shù) 選取益智功能葉片，使用便攜式調(diào)制葉綠素熒光儀（PAM-2500，USA）將益智葉片經(jīng)過充分暗適應（黑暗處理30 min）后測定初始熒光（Fo）和最大熒光（Fm），打開光化學光[800 μmol/（m2·s）]持續(xù)光誘導30 min，測定穩(wěn)態(tài)熒光（Fs）、光適應下的初始熒光（Fo'）和最大熒光（Fm'）。根據(jù)Demmig-Adams[16]等計算PSII的最大量子產(chǎn)量Fv/Fm、PSII的實際量子產(chǎn)量Y（II）、光化學淬滅qL、非光化學淬滅NPQ。Fv/Fm=（Fm-Fo）/Fm；Y（II）=ΦPSII=（Fm'-Fs）/Fm'；qL=（Fm'-F）/（Fm'-Fo'）·Fo'/F；NPQ=（Fm-Fm'）/Fm'。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010和DPS7.05軟件對數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)進行顯著性分析（LSD法，p<0.05）。

2 結果與分析

2.1 不同配比蚯蚓糞-土對益智幼苗生長發(fā)育的影響

由圖1可知，蚯蚓糞處理的益智株高和葉面積值均高于純土處理，隨著蚯蚓糞含量的增加，益智幼苗株高和葉面積也呈增加的趨勢。處理20 d時，各處理間株高和葉面積生長值增加緩慢，且各處理之間無顯著差異（p<0.05）；試驗處理60 d后，不同含量蚯蚓糞處理的株高和葉面積均值由高到低的順序為：T7>T5>T6>HF>T4>T3>T2>T1>CK。其中含66.7%蚯蚓糞的處理（T6）比同等肥力的化肥處理（HF）的株高和葉面積分別高15.05%和5.83%（p<0.05）；試驗處理60 d后，純蚯蚓糞（T7）處理的株高和葉面積分別為8.45 cm和26.99 cm2，比純土（CK）處理增加108.13%和83.6%。說明蚯蚓糞可促進益智株高和葉面積的生長。

2.2 不同配比蚯蚓糞-土對益智幼苗物質(zhì)積累與根冠比的影響

由表2可知，隨著蚯蚓糞含量的增加，益智植株地上部分和全株干物質(zhì)積累量顯著增加（p<0.05），而植株地下部分干物質(zhì)積累和根冠比量顯著下降（p<0.05）。與純土（CK）處理相比較，純蚯蚓糞（T7）的地上部分和全株干物質(zhì)積累量分別增加77.38%和39.49%；而植株地下部分干物質(zhì)積累和根冠比分別降低17.02%和53.14%。不同含量蚯蚓糞處理的地上部分和全株干物質(zhì)積累量由高到低的順序為：T7>T5>T6>HF>T4>T3>T2>T1>CK；而地下部分干物質(zhì)積累和根冠比的順序與之相反。說明增施蚯蚓糞可促進益智幼苗全株干物質(zhì)積累量增加，但是會降低其根冠比，使得植物干物質(zhì)積累主要向地上部分分配。

2.3 不同配比蚯蚓糞-土對益智幼苗根系活力的影響

通過分析不同配比的蚯蚓糞-土復合育苗基質(zhì)對益智幼苗根系活力的影響，由圖2所示，總體來看蚯蚓糞可提高益智幼苗的根系活力。與純土相比較，隨著蚯蚓糞含量的增加，益智根系活力呈階梯式增長。蚯蚓糞含量在0～33.3%之間時（CK、T1、T2、T3、T4），隨著蚯蚓糞含量的增加，益智根系活力線性遞增，其中蚯蚓糞含量為33.3%（T4）時，根系活力為868.84 mg/（g FW·h），與純土比較根系活力增加421.24%。蚯蚓糞含量高于33.3%時，益智根系活力增幅變緩。純蚯蚓糞（T7）根系活力最高，為1 062.52 mg/（g FW·h），與純土比較（CK），根系活力增加537.31%。T6處理與同等肥力的化肥處理（HF）的根系活力無顯著差異（p<0.05）?？梢姡挥序球炯S含量達到33.3%以上，才能夠顯著提高益智根系活力。

2.4 不同配比蚯蚓糞-土對益智幼苗葉綠素組分含量的影響

由表3可以看出，隨著蚯蚓糞含量的增加，益智幼苗葉片葉綠素總含量、葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素的含量均呈現(xiàn)出上升的趨勢。蚯蚓糞的含量在0～23.1%時（CK、T1、T2、T3），4個處理益智幼苗葉片葉綠素總含量、葉綠素a和葉綠素b含量無顯著差異（p<0.05）。蚯蚓糞含量在23.1%～50%時（T3、T4、T5），隨著蚯蚓糞含量的增加，益智幼苗葉片葉綠素總含量、葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量呈線性增加；與純土處理（CK）相比較，T4、T5、T6各處理的益智幼苗葉片葉綠素總含量、葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量的增幅達到30%以上。蚯蚓糞含量高于50%～100%時（T5、T6、T7），隨著蚯蚓糞含量的增加，益智幼苗葉片葉綠素總含量、葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量增長緩慢。土壤中蚯蚓糞的含量對益智葉片葉綠素a/b的比值無顯著影響。T6處理的葉綠素總含量、葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量均顯著（p<0.05）高于同等肥力的化肥處理（HF）。表明土壤的蚯蚓糞含量低于23.1%時，蚯蚓糞對益智葉綠素含量的增加無促進作用。土壤的蚯蚓糞含量高于50%時，在增施蚯蚓糞對益智葉綠素含量的增加貢獻率較高。同時在相同肥力下，施用蚯蚓糞可提高益智葉片的葉綠素含量。

2.5 不同配比蚯蚓糞-土對益智幼苗葉綠素熒光參數(shù)的影響

由圖3可知，隨著蚯蚓糞含量的增加，益智葉片潛在最大光合能力（Fv/Fm）和光照狀態(tài)下PSII的實際光合效率[Y（II）]值均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。蚯蚓糞含量高于50%時（T5、T6、T7），益智葉片F(xiàn)v/Fm值顯著（p<0.05）高于純土處理（CK），其中T5處理的益智葉片F(xiàn)v/Fm值最高，比純土處理高5.22%。蚯蚓糞含量高于33.33%時（T4、T5、T6、T7），益智葉片Y（II）值顯著（p<0.05）高于純土處理（CK），其中T4處理的益智葉片Y（II）值最高，比純土處理高47.38%。表明添加蚯蚓糞有助于提高益智葉片潛在最大光合能力和光照狀態(tài)下PSII的實際光合效率。

隨著蚯蚓糞含量的增加，益智葉片的光化學淬滅系數(shù)（qL）呈增加趨勢，純蚯蚓糞（T7）處理的qL值最高，其比純土處理增加29.66%。而隨著蚯蚓糞含量的增加，益智葉片的非光化學淬滅系數(shù)（NPQ）先迅速降低在緩慢升高的“V”字型。50%含量的蚯蚓糞（T5）處理的NPQ值最低，比純土處理降低49.45%。表明添加蚯蚓糞有助于提高益智葉片光合活性。

3 討論

干物質(zhì)是葉片的光合產(chǎn)物，也是產(chǎn)量形成的基礎，作物的生長過程實際上是干物質(zhì)不斷積累的過程[17]。本研究通過蚯蚓糞與磚紅土混配作為益智幼苗生長基質(zhì)，研究其對益智生長發(fā)育的影響。結果顯示試驗處理60 d后，益智的株高、葉面積、地上部分干物質(zhì)和總干物質(zhì)積累量、根系活力均大于純土處理（CK），且隨著蚓糞施入量的增多而升高（圖1、2和表2），表明蚯蚓糞可以促進作物植株的生長發(fā)育，增加葉面積、干物質(zhì)積累量、根系活力[18-19]。地下部分干物質(zhì)積累量和根冠比小于純土處理，且隨著蚓糞施入量的增多而降低（表2）。而李敬蕊[20]研究不同配比蚯蚓糞對茄子幼苗生長的影響發(fā)現(xiàn)，蚯蚓糞能夠顯著促進地上與地下部干物質(zhì)積累，這與本研究結果相反?？赡苁峭寥乐械偷貭I養(yǎng)水平對植物根冠比調(diào)控的結果，李衛(wèi)民等[21]研究發(fā)現(xiàn)氮素營養(yǎng)缺乏會導致地上部分生長受阻使根冠比增大。除地下部分干物質(zhì)積累量和根冠比外，蚯蚓糞處理（T6）的其他生長指標均高于同等肥力的化肥處理（HF）；而且含50%以上蚯蚓糞處理，益智的株高、葉面積等生長指標均達到或超過正常施肥水平（HF）（圖1和表2）。表明增施蚯蚓糞可促進益智生長發(fā)育，同時效果優(yōu)于同等肥力下的施用化肥[22]。

葉綠素是光合作用過程中影響光能吸收和轉化的關鍵色素，其含量高低是衡量葉片衰老的敏感指標[23]。李靜娟等[7]研究表明，玉米生長期內(nèi)隨著蚓糞施入量的增多葉綠素值增大，且葉綠素值均高于純土處理（CK）。本研究結果顯示，隨著蚯蚓糞含量的增加，益智幼苗葉片葉綠素各組分的含量增大，其值均高于CK和同等肥力下的HF處理（表3）。這可能是蚯蚓糞提高了植物根系活力、根系總根長、比根長、根系表面積、根系體積和根尖數(shù)，擴大了根系的總吸收面積和活躍吸收面積，進一步增強了植株對氮素營養(yǎng)的吸收能力有關[24]。

葉綠素熒光是研究光合作用機制和探測光合生理狀況的一種新興技術，其為研究植物光合生理與逆境脅迫的內(nèi)在探針[25]。本試驗中通過對生長在不同配比蚯蚓糞-土基質(zhì)中益智葉綠素熒光參數(shù)變化情況研究發(fā)現(xiàn)，蚯蚓糞含量高于50%時（T5、T6、T7），益智葉片F(xiàn)v/Fm和Y（II）值顯著高于純土處理（CK）（圖3），表明T5、T6、T7處理的益智幼苗有較強的潛在光合能力和PSII較高的光能的利用率；低于50%時無顯著差異，而這與益智幼苗生長指標存在差異。葉綠素熒光參數(shù)可以作為壯苗的一種準確、簡便的鑒定指標，但是對于弱苗由于影響因素較多，不能簡單地用葉綠素熒光作為鑒定指標[26]。

蚯蚓糞中除了含有化學肥料中的氮、磷、鉀等無機營養(yǎng)元素，還含有大量的有機質(zhì)、腐殖酸、植物激素、大量有益微生物等[27]，并能夠顯著增強土壤微生物活性[28]。這是蚯蚓糞-土育苗基質(zhì)優(yōu)于同等肥力下施用化肥的主要原因。但是蚯蚓糞通過改善育苗基質(zhì)的物理指標和化學性質(zhì)，而基質(zhì)的物理指標、化學性質(zhì)和蚯蚓糞特有的活性物質(zhì)對益智幼苗生長發(fā)育中各種生理指標貢獻率大小，以及基質(zhì)性狀和蚯蚓糞活性物質(zhì)與植物生長發(fā)育的內(nèi)在關系，如何通過調(diào)節(jié)基質(zhì)的性狀來控制幼苗生長指標，這些問題有待進一步深入研究。綜上所述，綜合益智幼苗生長發(fā)育指標、根系活力、葉綠素含量及葉綠素熒光參數(shù)，蚯蚓糞含量在50%以上的蚯蚓糞-土復合基質(zhì)比較適合益智幼苗的生長，當蚯蚓糞含量為50%時，益智幼苗生長發(fā)育指標與單施化肥處理無顯著差異；結合生長成本綜合考慮，蚯蚓糞含量為50%的蚯蚓糞與土育苗基質(zhì)（T5）可以在生產(chǎn)上規(guī)?；茝V應用。

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