腐植酸在設(shè)施番茄無(wú)土栽培基質(zhì)上的應(yīng)用研究

高 亮 張俊生 侯冠玲 陳 華

1 濰坊島本微生物技術(shù)研究所 濰坊 261041 2 山西晉嘉濰生物科技有限公司 太原 030032 3 浮山縣農(nóng)業(yè)委員會(huì) 臨汾 042600

無(wú)土栽培的作物主要有蔬菜、花卉、水果，在歐盟國(guó)家溫室蔬菜、花卉和水果生產(chǎn)中，已有80%采用無(wú)土栽培方式[1]。在我國(guó)，無(wú)土栽培發(fā)展較晚，但由于設(shè)施蔬菜栽培中病蟲(chóng)害多發(fā)，為預(yù)防此類(lèi)危害，近年來(lái)發(fā)展速度較快，栽培面積逐年擴(kuò)大[2]。無(wú)土栽培的方式包括水培、霧培和基質(zhì)培等，其中基質(zhì)培是無(wú)土栽培的主要方式[3]。世界上普遍使用的基質(zhì)是草炭（泥炭）[4]和巖棉，但這2種原料價(jià)格昂貴，且?guī)r棉不能降解，長(zhǎng)期應(yīng)用會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

我國(guó)風(fēng)化煤資源十分豐富，分布于全國(guó)大多數(shù)地區(qū)，其中以山西、新疆、黑龍江、江西、云南、四川、河南、寧夏、甘肅、貴州等省區(qū)儲(chǔ)量較大。尤以山西、新疆儲(chǔ)量最大，質(zhì)量最好[5]。風(fēng)化煤經(jīng)過(guò)微生物降解作用，可提高腐植酸活性[6，7]，增加腐植酸活性官能團(tuán)，尤其是羥基、羧基等數(shù)量增加明顯，但不同菌種間的差異較大[8]。其中水溶性腐植酸能夠促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)吸收，促進(jìn)根系發(fā)育，加速植物生長(zhǎng)，增強(qiáng)植物抗旱、抗寒、抗病蟲(chóng)害能力，增加土壤微生物的總活性，提高土壤微生物的總量，豐富土壤微生物的多樣性，顯著增加土壤好氣性細(xì)菌、放線(xiàn)菌及纖維素分解菌的數(shù)量[9]。

本研究在設(shè)施番茄無(wú)土栽培基質(zhì)的配方中添加泥炭、發(fā)酵的風(fēng)化煤等，通過(guò)研究設(shè)施番茄的栽培效果及進(jìn)行成本與效益分析，得到無(wú)土栽培基質(zhì)的最佳配比，以期為今后設(shè)施蔬菜無(wú)土栽培的研發(fā)和推廣應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

無(wú)土栽培基質(zhì)的主要材料包括無(wú)機(jī)基質(zhì)（珍珠巖、蛭石等）和有機(jī)基質(zhì)（風(fēng)化煤、泥炭、牛糞等）[10]。其理化性狀和營(yíng)養(yǎng)元素見(jiàn)表1、表2。

表1 基質(zhì)的理化性質(zhì)Tab.1 The physical and chemical properties of substrates

表2 基質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素含量Tab.2 Nutrient element contents of substrates

泥炭產(chǎn)自吉林省通化市，其有機(jī)質(zhì)含量為62.6%，總腐植酸含量37.5%，游離腐植酸含量32.6%，水溶性腐植酸含量3.5%，粉碎即可，不經(jīng)發(fā)酵處理。

風(fēng)化煤產(chǎn)自山西省交口縣，其有機(jī)質(zhì)含量57.4%，總腐植酸含量46.8%，游離腐植酸含量28.1%，水溶性腐植酸含量2.6%，經(jīng)微生物發(fā)酵處理后應(yīng)用。牛糞系當(dāng)?shù)厝馀＜S，發(fā)酵后應(yīng)用。風(fēng)化煤、牛糞發(fā)酵方法：將風(fēng)化煤或牛糞粉碎成1～2 mm后，添加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，加水?dāng)嚢瑁３趾?5%，接種復(fù)合微生物菌種[主要含有芽孢桿菌（Bacillus sp.）、青霉菌（Penicillium sp.）、鏈孢霉菌（Fusarium sp.）、根霉菌（Rhizopus sp.）和鏈霉菌（Sterptomyces sp.）等，系自主研發(fā)]，固態(tài)堆積發(fā)酵而成。經(jīng)測(cè)定，該發(fā)酵風(fēng)化煤中有機(jī)質(zhì)含量55.3%、總腐植酸含量45.8%、游離腐植酸含量32.4%、水溶腐植酸含量4.3%、有效活菌總數(shù)1.17×108cfu/g。發(fā)酵牛糞有機(jī)質(zhì)含量42.3%，有效活菌總數(shù)0.43×108cfu/g。

番茄品種系適合冬季保護(hù)地栽培的“以色列艾瑪582”。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2015年9月～2016年3月在山西省浮山縣蔬菜科技示范園進(jìn)行。試驗(yàn)各設(shè)5個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，小區(qū)面積33.3m2，隨機(jī)區(qū)組排列。表3為不同處理基質(zhì)配方及其理化性質(zhì)。以商品基質(zhì)為對(duì)照（CK），其飽和持水量為267%，營(yíng)養(yǎng)成分全氮含量1.22%，有效磷含量8.79 mg/L，有效鉀含量172 mg/L，有效鈣含量1246.5 mg/L，有效鎂含量146.3 mg/L，有效銅含量8.94 mg/L，有效鋅含量14.32 mg/L，有效鐵含量8.96 mg/L，有效硼含量12.43 mg/L（聊城超豐育苗基質(zhì)有限公司生產(chǎn)）。

表3 不同處理基質(zhì)配方及其理化性質(zhì)Tab.3 Diあerent treatment substrates formula and their physicochemical properties

1.3 栽培方式及作物管理

番茄無(wú)土栽培系平地下凹式，見(jiàn)圖1。根據(jù)設(shè)施內(nèi)原有土壤的優(yōu)劣確定是否鋪設(shè)塑料地膜。棚Ⅰ（左圖）：棚齡3年，土壤出現(xiàn)輕度次生鹽漬化，土傳病害已發(fā)生，用地膜隔離兩側(cè)，底部不覆膜；棚Ⅱ（中圖）：棚齡6年，連坐重茬嚴(yán)重，土壤鹽漬化、土壤酸化、土傳病害較重，采用地膜全隔離；棚Ⅲ（右圖）：棚齡1年，新建溫室，土壤健康，不鋪設(shè)地膜。

圖1 無(wú)土栽培方式Fig.1 Modes of soilless culture

栽培方式均系冬暖式日光溫室。試驗(yàn)區(qū)東西端各設(shè)3.6 m保護(hù)行，南北端各設(shè)1 m保護(hù)行。覆蓋黑色塑料地膜。于2015年9月3日定植，苗齡45天。鋪設(shè)滴灌系統(tǒng)，上蓋黑色塑料地膜，單干整枝，吊蔓。于2016年2月10～20日打頂換頭。其他管理措施相同。

1.4 試驗(yàn)測(cè)試指標(biāo)及方法

2016年3月20～22日每小區(qū)隨機(jī)取10株，測(cè)定株高、結(jié)果穗數(shù)、單果重，觀測(cè)葉色。每個(gè)小區(qū)分別收獲，單獨(dú)計(jì)算產(chǎn)量。采收時(shí)，從剛采收的果實(shí)中隨機(jī)取20個(gè)，記錄畸形果數(shù)，計(jì)算畸形果率。于采收盛期統(tǒng)計(jì)病毒病和枯萎病發(fā)病情況，拉秧后，觀察番茄根系感染根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)情況，并統(tǒng)計(jì)發(fā)病率，根據(jù)發(fā)病程度，計(jì)算病情指數(shù)。

發(fā)病率=發(fā)病株數(shù)/調(diào)查株數(shù)×100

病情指數(shù)=100×∑（各級(jí)病株數(shù)×各級(jí)代表值）/（調(diào)查總?cè)~數(shù)×最高級(jí)代表值）

1.5 數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析

所記錄數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)設(shè)施番茄產(chǎn)量的影響

不同處理對(duì)設(shè)施番茄產(chǎn)量的影響不同（表4）?？梢钥闯?，棚Ⅰ各處理的番茄產(chǎn)量由高到低為：處理1＞CK＞處理2＞處理4＞處理3；棚Ⅱ各處理的番茄產(chǎn)量由高到低為：處理1＞處理2＞CK＞處理3＞處理4；棚Ⅲ各處理的番茄產(chǎn)量由高到低為：處理1＞CK＞處理2＞處理4＞處理3。3個(gè)試驗(yàn)棚均表現(xiàn)為處理1產(chǎn)量最高，但與CK比較，差異不顯著。處理2和處理1、CK之間差異不顯著，處于同一水平。棚Ⅰ的處理3和處理4之間差異不顯著，但與處理1、處理2和CK相比，差異顯著；棚Ⅱ、棚Ⅲ的處理3和處理4之間差異均不顯著，且與處理1、處理2和CK相比，差異也不顯著。

表4 不同處理對(duì)設(shè)施番茄產(chǎn)量的影響Tab.4 Eあects of diあerent treatments on tomato yields

2.2 不同處理對(duì)設(shè)施番茄植物學(xué)性狀的影響

“以色列艾瑪582”番茄是無(wú)限生長(zhǎng)型品種，生長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)，耐寒、耐高肥水，水肥充足生長(zhǎng)發(fā)育旺盛，豐產(chǎn)性能良好。不同處理對(duì)設(shè)施番茄植物學(xué)性狀的影響見(jiàn)表5?？梢钥闯?，同一溫室內(nèi)各處理間對(duì)番茄植物學(xué)性狀的影響差異不顯著。且處理1在葉色、結(jié)果穗數(shù)、畸形果率上較優(yōu)于CK。

2.3 不同處理對(duì)設(shè)施番茄病害的影響

同土壤栽培比較，無(wú)土栽培可以顯著減少設(shè)施番茄病害，如病毒病、枯萎病、根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)病等。病毒病為地上部病害，主要危害新梢、莖葉和果實(shí)?？菸橥羵鞑『Γ饕：Ωo部位。根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)主要危害根部。

不同處理對(duì)設(shè)施番茄病害的影響見(jiàn)表6?？梢钥闯?，棚Ⅰ所示，對(duì)于病毒病，僅處理3和CK發(fā)生，癥狀不明顯，危害較輕；對(duì)于枯萎病，處理1、處理2均未發(fā)生，處理3、處理4和CK有發(fā)生，但危害不大；對(duì)于根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)，所有處理均有發(fā)生，但危害較輕。棚Ⅱ所示，對(duì)于病毒病，所有處理均發(fā)生，癥狀較明顯，有一定危害，各處理間差異不大；對(duì)于枯萎病和根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)，所有處理均未發(fā)生。棚Ⅲ所示，對(duì)于病毒病，除CK稍有發(fā)生，且癥狀不明顯，危害較輕外，其余處理均未發(fā)病；對(duì)于枯萎病，處理1、處理3稍有發(fā)生，但危害不大，其余均未發(fā)生；對(duì)于根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)，所有處理均未發(fā)生。

表5 不同處理對(duì)設(shè)施番茄植物學(xué)性狀的影響Tab.5 Eあects of diあerent treatments on tomato botanic characters

表6 不同處理對(duì)設(shè)施番茄病害的影響Tab.6 Eあects of diあerent treatments on the borne diseases of tomato

2.4 不同處理基質(zhì)的成本與效益分析

一種基質(zhì)能否大面積推廣應(yīng)用，與其成本和產(chǎn)出效益最為相關(guān)，不同處理基質(zhì)的成本與效益分析見(jiàn)表7?？梢钥闯觯幚?～處理4不同配方基質(zhì)價(jià)格較低，基本維持在150～200元/立方米，均低于商品基質(zhì)（260元/立方米）。通過(guò)對(duì)3種栽培槽處理方式的設(shè)施番茄產(chǎn)值與基質(zhì)投入進(jìn)行測(cè)算，棚Ⅰ的投入產(chǎn)出比以處理1最大，為1︰6.84，遠(yuǎn)高于CK的1︰4.45；棚Ⅱ的投入產(chǎn)出比以處理2最高，為1︰5.19，遠(yuǎn)高于CK的1︰3.56；棚Ⅲ的投入產(chǎn)出比以處理4最大，為1︰7.72，遠(yuǎn)高于CK的5.25。

表7 不同處理基質(zhì)的成本與效益分析Tab.7 Cost and benef i t analysis of diあerent treatment substrates

3 結(jié)論與討論

本研究將泥炭、發(fā)酵風(fēng)化煤和發(fā)酵牛糞有機(jī)結(jié)合制成有機(jī)無(wú)土栽培基質(zhì)，其中配比為風(fēng)化煤︰泥炭︰牛糞=1︰1︰1的基質(zhì)，在設(shè)施番茄栽培中，產(chǎn)量、葉色、結(jié)果穗數(shù)、畸形果率、抗病毒病指標(biāo)上略?xún)?yōu)于商品基質(zhì)，且成本降低，適合在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。

本試驗(yàn)針對(duì)設(shè)施栽培的時(shí)間和連作障礙的危害程度，選用3種栽培槽處理方式：對(duì)于新建棚室（棚齡1年），僅挖栽培槽即可，不鋪設(shè)地膜，這樣既能節(jié)省勞力，降低塑料薄膜成本，還能讓番茄根系充分發(fā)展，能充分利用健康土壤中的營(yíng)養(yǎng)，減少田間管理成本，使之產(chǎn)生最大的生產(chǎn)潛能；對(duì)于棚齡3年，土壤出現(xiàn)輕度次生鹽漬化，病蟲(chóng)害已發(fā)生，用地膜隔離兩側(cè)，底部不覆膜，這樣可有效預(yù)防耕作層土壤次生鹽漬化和土壤中病原菌對(duì)番茄植株的影響；對(duì)于棚齡6年，連坐重茬嚴(yán)重，土壤鹽漬化、酸化、病蟲(chóng)害較重，采用地膜全隔離，這樣可杜絕問(wèn)題土壤對(duì)番茄根系的影響，充分發(fā)揮基質(zhì)的生產(chǎn)性能。本試驗(yàn)充分證實(shí)了3種方法的可行性，對(duì)于生產(chǎn)實(shí)踐具有一定的參考價(jià)值。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，3個(gè)大棚產(chǎn)量、植物學(xué)性狀表現(xiàn)為：棚Ⅲ＞棚Ⅰ＞棚Ⅱ,因3個(gè)大棚棚齡不同，鋪設(shè)地膜不一致，所以造成表現(xiàn)不一致的因素不確定，故棚齡、鋪設(shè)地膜對(duì)產(chǎn)量的影響還需進(jìn)一步研究。

本研究大大拓寬了無(wú)土栽培基質(zhì)的原料領(lǐng)域，也為新開(kāi)發(fā)利用實(shí)用型有機(jī)基質(zhì)，如風(fēng)化煤、褐煤等提供了研究和應(yīng)用方向。本研究還可進(jìn)一步延伸到利用農(nóng)、林副產(chǎn)潔凈的、無(wú)毒無(wú)害的有機(jī)物或廢棄物，如各種農(nóng)作物秸稈、園林廢棄物、畜禽糞、食用菌渣、中藥渣、糖渣等發(fā)酵制作有機(jī)無(wú)土栽培基質(zhì)。

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