施用腐植酸鉀對高鹽椰糠基質栽培番茄幼苗生長的影響

熊 靜 高杰云 譚 均 陳 清*

(1 中國農業(yè)大學資源與環(huán)境學院 北京 100193 2 香港中向國際有限公司 北京 100004)

施用腐植酸鉀對高鹽椰糠基質栽培番茄幼苗生長的影響

熊 靜1高杰云1譚 均2陳 清1*

(1 中國農業(yè)大學資源與環(huán)境學院 北京 100193 2 香港中向國際有限公司 北京 100004)

以番茄幼苗為試驗材料，對腐植酸鉀緩解高鹽椰糠鹽脅迫效果進行研究。試驗采用袋培種植方法，分別用普通低鹽椰糠、普通低鹽椰糠加腐植酸鉀、高鹽椰糠、高鹽椰糠加腐植酸鉀4種基質種植番茄，研究比較高鹽椰糠對番茄幼苗生長的影響及腐植酸鉀對高鹽的緩解效果。研究結果表明：高鹽椰糠會抑制番茄幼苗的生長發(fā)育，番茄幼苗葉片數、株高、干物質總量和根系活力比普通低鹽椰糠處理分別降低了36.4%、57.5%、59.6%和55.1%；添加腐植酸鉀能有效緩解高鹽脅迫，添加腐植酸鉀后番茄幼苗葉片數、株高、干物質總量和根系活力分別比高鹽椰糠處理提高了22.2%、84.1%、53.9%和25.2%。

高鹽椰糠 腐植酸鉀 番茄 苗期 根系活力

設施栽培是實現農業(yè)高效益集約化和規(guī)?；a的有效途徑，但實際生產中，因養(yǎng)分過量投入導致土壤出現綜合質量退化或鹽漬化等問題[1]。對于集約化土地栽培而言，發(fā)展無土栽培能有效避免土壤環(huán)境惡化問題，實現設施農業(yè)可持續(xù)發(fā)展。無土栽培主要的栽培方式為水培和基質培?；|栽培可以很好地協(xié)調根際環(huán)境的水、氣矛盾，且相對于水培具有性質穩(wěn)定、設備簡單、投資少、管理容易等優(yōu)點。在基質栽培中，基質的選擇是基質栽培成功與否的關鍵[2]。

我國主要的栽培基質為草炭、蛭石、珍珠巖、粉煤灰等，其中草炭作為最理想的栽培基質，使用最為廣泛。但草炭生長速度緩慢，形成1 cm厚的草炭約需10年左右的時間。同時草炭地作為一種特殊的濕地類型，其淡水資源和碳存儲量分別占全球總量的20%和30%左右，它還是許多瀕危和特有動物的棲息地[3]。因工農業(yè)的快速發(fā)展，草炭開采量逐年增加，西歐國家90%以上的草炭已被開采，其中荷蘭已破壞耗盡[4]。草炭的過度開采不僅會破壞濕地，引起生態(tài)環(huán)境的不可持續(xù)性[5，6]，開采過程中還會排放大量的溫室氣體[7]。因此，尋求一種新的替代基質成為保證基質栽培健康發(fā)展的重要方向。椰糠作為一種廢棄物資源，其理化性質與草炭類似，具有替代草炭的潛力[8]。但因椰樹生長在海邊，導致椰糠中鈉含量較高而不適合直接進行栽培。為此，生產上一般采用露天堆置進行水洗脫鹽，該方法不僅占用場地，還可能帶來環(huán)境污染，但是高鹽椰糠的直接使用可能會抑制作物營養(yǎng)期生長。為避免洗鹽帶來的環(huán)境污染和保證高鹽椰糠適合作物營養(yǎng)期生長，尋求緩鹽措施成為其關鍵技術。

腐植酸作為自然環(huán)境中廣泛存在的一類高分子物質，它具有增加植物體內氧化酶活性及代謝活動、促使作物根系發(fā)達、改善土壤團粒結構、降低容重、增加孔隙度，進而提高根系吸收水分及養(yǎng)分的能力，促進植物生長等優(yōu)點[9，10]，這些功能在緩解鹽脅迫方面具有一定潛力。因此，本研究選用腐植酸鉀作為緩鹽材料，對高鹽椰糠與腐植酸鉀混合使用的效果進行了探索研究，旨在為解決高鹽椰糠實際應用問題提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗于2013年9月26日至10月29日在北京市農林科學院四季青農場中進行，供試溫室為日光溫室。

1.2 供試材料

供試作物為番茄，品種為“迪安娜”，由圣尼斯種業(yè)公司生產。番茄定植時間為2013年9月26日，選用長勢相當的番茄幼苗進行定植，定植時番茄幼苗株高約21 cm，葉片數為6片。

栽培基質為普通椰糠和高鹽椰糠，均由山西祺比鷗生物科技有限公司提供，其理化性狀如表1所示。腐植酸鉀為含總腐植酸60%、K2O 10%的粉劑全水溶性產品，由香港中向國際有限公司提供。

表1 椰糠部分理化性狀Tab.1 Some physicochemical properties of coconut coir

1.3 試驗設計

試驗共設4個處理，具體為：(1) 普通椰糠(SP，空白對照)；(2) 普通椰糠+腐植酸鉀(SPF)；(3) 高鹽椰糠(SG)；(4) 高鹽椰糠+腐植酸鉀(SGF)。每個處理設3次重復，隨機區(qū)組排列，每個重復設2個栽培袋，每個栽培袋中種植6株番茄，幼苗栽培袋規(guī)格為50 cm×80 cm×10 cm。

番茄幼苗生長所需養(yǎng)分以營養(yǎng)液形式供給，按500毫升/株的規(guī)格進行澆灌，腐植酸鉀以0．05 g/L的腐植酸濃度每次隨營養(yǎng)液施用[11，12]。營養(yǎng)液配方由北京市農林科學院蔬菜研究中心提供，具體配制為分別量取708 g Ca(NO3)2、505 g KNO3、250 g MgSO4、250 mL 85%的H3PO4和25 g微肥(含有Fe、Mn、Cu、Zn、Mo和B 6類微量元素)溶于1000 L水中，施用腐植酸鉀處理是在上述配方基礎上，再加入85 g腐植酸鉀溶于營養(yǎng)液中。營養(yǎng)液澆灌頻率為每4～5天一次。

1.4 樣品采集與測試項目

1.4.1 株高和葉片數

分別在2013年10月6日、11日、18日和29日，在每個小區(qū)選取長勢均勻的3棵植株進行株高和葉片數的測定。

1.4.2 生物量、植株含水率和根系活力

在2013年10月11日(定植后16天)和29日(定植后34天)分別采集植株樣品，進行番茄幼苗生物量和根系活力的測定。生物量為地上部生物量和地下部生物量之和，樣品采集時，每個小區(qū)選取4株長勢均勻的植株，將其分為地上部和地下部，隨后及時進行清洗和稱重，分別記為地上部鮮重和地下部鮮重。之后將地上部和對應地下部樣品放入105 ℃烘箱進行殺青30 min，隨后75 ℃烘干至恒重，分別記為地上部干重和地下部干重。通過地下部干重和地上部干重之比計算根冠比。通過生物量干重與生物量鮮重之比計算植株含水率。

從根系新鮮樣品中取出一部分根尖(根尖1～2 mm)用錫箔紙包住(記錄其鮮重，根據根系含水率換成為干重，記入植株地上部干重中)，放入冰盒中，立即帶回實驗室進行根系活力的測定，采用TTC還原法進行定量測定[13]。

1.4.3 基質理化性質

在試驗開始前和試驗結束后分別采集新鮮基質，進行基質EC值、pH和總孔隙度、通氣孔隙度和持水孔隙度的測定。EC值和pH的測定為將新鮮基質與去CO2純水按體積比1∶5混合[14]，振蕩1 h后過濾獲取浸提液，再采用Mettler Toledo電導率測定儀和Mettler Toledo pH測定儀分別測定浸提液的EC值與pH。

孔隙度的測定為取一個空玻璃燒杯(燒杯，重量W1和體積V)；將風干基質裝滿于燒杯中(燒杯+基質，重量W2)；然后將裝滿基質的燒杯浸入水中24 h，等基質吸足水分后稱重(基質+燒杯，重量W3)；用一塊濕潤紗布(紗布，重量W4)將燒杯包住，然后將燒杯倒置，讓基質中的水分向外滲出，放置6～8 h后，直到燒杯中沒有水分滲出為止，稱重，記為W5[14]。按以下公式進行計算：

總孔隙度(TP，%)=(W3-W2)/V×100

通氣孔隙度(AFP，%)=(W3+W4-W5)/V×100

持水孔隙度(WFP，%)=TP-AFP

1.4.4 絕對生長速率

絕對生長速率是指單位時間內植株的絕對生長量，本試驗分別計算了兩個單位時間段內的絕對生長速率，分別為2013年9月26日至2013年10月11日(第一階段)和2013年10月12日至2013年10月29日(第二階段)。計算公式為：

絕對生長速率(g/d)=dQ/dt

式中：dQ—— 一段時間內生物量變化量；

dt—— 一段時間。

1.5 數據處理

試驗數據采用Microsoft Excel 2013和SAS 8．2軟件進行整理和統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 番茄幼苗株高和葉片數

高鹽椰糠對番茄幼苗葉片數和株高的發(fā)育均有一定的抑制作用，抑制效果隨定植時間的延長而增加(圖1)。在定植后11、16、23、34天，普通低鹽椰糠處理番茄幼苗葉片數比高鹽椰糠處理分別高出了3、4、4和6片，株高分別高出了9．6、21．0、47．8和72．6 cm。在普通椰糠和高鹽椰糠中添加腐植酸后，處理間番茄幼苗葉片數和株高存在一定的差異，具體表現為普通椰糠添加腐植酸鉀處理番茄幼苗葉片數和株高略高于普通低鹽椰糠處理；高鹽椰糠添加腐植酸鉀處理葉片數和株高遠高于高鹽椰糠處理。與高鹽椰糠處理相比，在定植后11、16、23、34天，高鹽椰糠添加腐植酸鉀處理番茄幼苗葉片數分別高出1、2、2和2片，株高分別高出1．9、8．9、26．7和45．1 cm。由此可知，腐植酸鉀有助于緩解高鹽椰糠的鹽脅迫效應。

圖1 不同處理中番茄幼苗葉片數和株高Fig.1 Leaf number and plant height of tomato seedlings in dierent treatments

2.2 番茄幼苗生長速率和根系活力

腐植酸對番茄幼苗絕對生長速率與根系活力的影響如圖2所示。由圖2a可知，在番茄幼苗定植后1～16天，普通椰糠處理番茄幼苗絕對生長速率比高鹽椰糠處理高出了0．09克/天；普通椰糠中添加腐植酸鉀后番茄幼苗絕對生長速率提高了0．04克/天，高鹽椰糠添加腐植酸鉀后番茄幼苗絕對生長速率提高了0．02克/天。定植后17～34天，普通椰糠處理番茄幼苗絕對生長速率比高鹽椰糠處理高1．1克/天；普通椰糠中添加腐植酸鉀后番茄幼苗絕對生長速率提高了0．2克/天，高鹽椰糠添加腐植酸鉀后番茄幼苗絕對生長速率提高了0．3克/天。綜上可知，腐植酸鉀能有效改善鹽脅迫對番茄幼苗生物量累積的抑制，且后期的改善效果高于前期。

番茄幼苗根系活力隨著定植時間的延長逐漸降低(圖2b)。定植后16天，普通椰糠基質處理根系活力略高于高鹽椰糠處理；添加腐植酸鉀能夠有效提高番茄幼苗根系活力，普通椰糠添加腐植酸鉀番茄幼苗根系活力提高了441．6 μg/(g·h)，高鹽椰糠添加腐植酸鉀番茄幼苗根系活力提高了32．5 μg/(g·h)。定植后34天，所有處理根系活力均迅速降低，但含腐植酸鉀處理的下降強度低于未添加腐植酸鉀處理。綜上可知，高鹽椰糠對番茄幼苗根系活力具有一定的抑制，腐植酸鉀的添加有助改善該抑制現象。

圖2 腐植酸對番茄幼苗絕對生長速率與根系活力的影響Fig.2 Eects of potassium humate on absolute growth rate and root activity of tomato seedlings

2.3 番茄幼苗干物重

定植后16天，高鹽椰糠處理地上部和地下部干重比普通椰糠處理分別降低了1．5 g和0．02 g，定植后34天，則分別降低了20．9 g和0．3 g(表2)?？梢?，高鹽椰糠會抑制番茄幼苗干物質的累積，且后期的抑制強度高于前期。添加腐植酸鉀后能有效地改善鹽脅迫效應，定植后16天，高鹽椰糠栽培條件下添加腐植酸鉀后地上部和地下部干重分別增加0．3 g和0．06 g；定植后34天，地上部、地下部干重分別增加5．8 g和0．1 g。不同處理番茄幼苗含水率則表現為，在定植后16天和34天，高鹽椰糠均降低了番茄幼苗單株含水率，與普通椰糠相比，分別降低了10%和5%；高鹽椰糠添加腐植酸鉀后能有效提高番茄幼苗含水率，在定植后16天和34天番茄幼苗含水率分別提高了為5%和4%(表2)。由此可知，腐植酸鉀能有效改善高鹽對植株吸水能力的抑制。番茄幼苗根冠比隨定植時間的延長而有所降低(表2)。在定植后16天和34天，高鹽椰糠處理根冠比均高于含普通椰糠處理，其中第16天高出92．8%～113．2%，34天高出26．3%。

表2 不同處理對番茄幼苗干重、含水率和根冠比的影響Tab.2 Eects of dry weight, water content and root shoot ratio of tomato seedlings in dierent treatments

表2 不同處理對番茄幼苗干重、含水率和根冠比的影響Tab.2 Eects of dry weight, water content and root shoot ratio of tomato seedlings in dierent treatments

注：同列數據中不同小寫字母表示差異顯著(P＜0．05)。下同。

處理 地上部干重(g) 地下部干重(g) 地上部含水率(%) 根冠比16天 34天 16天 34天 16天 34天 16天 34天SP 2.7a 31.6b 0.18ab 0.59b 90a 77a 0.067b 0.019a SPF 3.3a 36.0a 0.23a 0.68a 90a 73a 0.070b 0.019a SG 1.2b 10.8d 0.16b 0.25d 80b 72a 0.130a 0.023a SGF 1.6b 16.6c 0.22a 0.39c 85c 76a 0.140a 0.023a

2.4 腐植酸對椰糠理化性狀的改善

添加腐植酸鉀有助于提高椰糠的總孔隙度(表3)，其中添加腐植酸鉀的高鹽椰糠總孔隙度比未施用腐植酸鉀高鹽椰糠處理高出了2．4%，添加腐植酸鉀的普通椰糠比未施用腐植酸鉀普通椰糠處理高出了2．8%。種植前普通椰糠EC值為0．3 dS/m，高鹽椰糠為3．1 dS/m。種植一段時間后，普通椰糠EC值有所上升，高鹽椰糠EC值則有所降低。其中，普通椰糠種植時，添加腐植酸鉀處理的EC增加值低于未添加處理；高鹽椰糠種植時，添加腐植酸鉀處理的EC降低值要高于未添加處理。綜合看來，添加腐植酸鉀均有助于降低基質溶液中的可溶性鹽濃度，特別是對高鹽椰糠而言，腐植酸鉀的添加有助改善鹽脅迫。

表3 種植前后椰糠理化性狀Tab.3 The physicochemical properties of coconut coir before and after planting

3 討論與結論

3.1 討論

鹽脅迫主要分兩個階段影響作物的正常生長：(1) 根際環(huán)境的滲透勢上升，進而產生滲透脅迫，影響作物對水分的吸收，導致作物體內鹽分積累；(2) 作物養(yǎng)分失衡和產生特殊離子毒害[15]。第一階段為快速反應階段，一般在數分鐘或數小時后即出現水分脅迫；第二階段為慢速反應階段，一般在數天或數周后出現[16]。本試驗研究比較了高鹽椰糠對番茄幼苗生長的影響情況，研究結果表明，鹽分導致了番茄幼苗葉片數、株高、生物量、絕對生長速率和根系活力下降，與前人的研究結果相一致[17，18]。施用腐植酸鉀有效緩解鹽脅迫效應，其原因可能有兩個方面：(1) 腐植酸具有多種功能團、表面帶有較大的負電性，使其對Na+具有較強的吸附能力[19]；(2) 腐植酸鉀能提高H+-ATP酶活性，促進作物根系和地上部的生長[20]。為探明腐植酸鉀對鹽脅迫緩解機理，前期試驗結束后，對添加腐植酸鉀條件下Na+去向進行了探索(表4)。添加腐植酸鉀對鹽脅迫的緩解主要是通過絡合Na+進而降低其活性來實現，其實質為Na+與腐植酸的羧基、羥基、胺基等含氧或不含氧基團之間進行絡合反應，生成不溶性共聚絡合物[21]。腐植酸鉀溶液淋洗出的Na+為32．2%，絡合的Na+為47．7%，殘留的Na+為20．1%。

表4 腐植酸鉀處理后高鹽椰糠中Na+去向Tab.4 Fate of Na+ in high salinity coconut coir is treated by potassium humate mg/kg

3.2 結論

本試驗使用普通椰糠和高鹽椰糠種植番茄，對比分析了高鹽椰糠對苗期番茄生長發(fā)育的影響，在此基礎上選用腐植酸鉀為緩鹽材料，對高鹽椰糠與腐植酸鉀混合使用的效果進行了探索研究。結果表明，高鹽會抑制番茄幼苗的生長發(fā)育，具體表現為高鹽椰糠種植條件下番茄幼苗葉片數、株高、干物質總量和根系活力分別比普通椰糠降低了36．4%、57．5%、59．6%和55．1%。腐植酸鉀的添加能有效改善高鹽脅迫效應，具體表現為高鹽椰糠條件下添加腐植酸鉀后葉片數、株高、干物質總量和根系活力分別比高鹽椰糠提高了22．2%、84．1%、53．9%和25．2%。由此可知，添加腐植酸鉀能有效緩解高鹽脅迫，使高鹽椰糠的直接使用成為可能。

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Xiong Jing1, Gao Jieyun1, Tan Jun2, Chen Qing1*
(1 College of Resources and Environment Sciences, China Agriculture University, Beijing, 100193 2 View sino International Co. Ltd., Beijing, 100004)

The ameliorating effects of potassium humate application on tomato at seedling stage under high salinity stress were studied. 4 treatments were designed in this experiment by the method of bag-planting, involving low salinity coconut coir, low salinity coconut coir with potassium humate, high salinity coconut coir and high salinity coconut coir with potassium humate. The inf l uence of salt stress on tomato and mitigative eects of potassium humate were evalutated.The results showed that high salinity stress could obviously inhibit the growth of tomato seedlings. Comparing with the control, the leaves number, height, total dry matter and root activity of tomato seedlings decreased by 36.4%, 57.5%,59.6% and 55.1% respectively under high salinity stress. Comparing with high salinity coconut coir without potassium humate, the addition of potassium humate increased the leaves number, height, total dry matter and root activity of tomato seedlings increased by 22.2%, 84.1%, 53.9% and 25.2% respectively.

high salinity coconut coir; potassium humate; tomato; seedling stage; root activity

TQ444.6，S141.6

1671-9212(2017)06-0038-07

A

10.19451/j.cnki.issn1671-9212.2017.06.006

“十三五”國家重點研發(fā)計劃“化學肥料和農藥減施增效綜合技術研發(fā)”項目：新型復混肥料及水溶肥料研制(項目編號2016YFD0200405)。

2016-08-17

熊靜，女，1987年生，博士，主要從事環(huán)境科學與工程方向研究。*通訊作者：陳清，男，教授/博士生導師，E-mail：qchen@cau.edu.cn。