多種原料基質(zhì)配方的多元分析方法應(yīng)用研究

王攀磊，郭玉蓉，李向東，姚照兵，潘艷華*

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所，云南 昆明 650205；2.農(nóng)業(yè)部嵩明農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站，云南 昆明 650205；3.玉溪市樂土科技有限公司，云南 玉溪 653100)

【研究意義】無土栽培是一種利用非土壤基質(zhì)作為培養(yǎng)基的植物栽培方法[1-2]，與傳統(tǒng)土壤栽培相比，無土栽培的水肥利用率、成本效益和單位面積產(chǎn)量更高，同時還可減少根際疾病[3-4]，降低肥料、農(nóng)藥、除草劑等的投入，減少其對外部環(huán)境的污染[5]。但是由于無土栽培對基質(zhì)的理化性狀要求較高，在物理結(jié)構(gòu)上要求基質(zhì)透氣性和持水性達(dá)到平衡，在化學(xué)性狀上要求基質(zhì)養(yǎng)分含量低、吸釋養(yǎng)分能力強(qiáng)，長期以來，草炭因具有良好的理化性狀成為無土栽培基質(zhì)的主要原料，但近年草炭的使用被證明為碳源效應(yīng)，且其來源日趨枯竭[1]，從生態(tài)環(huán)境角度出發(fā)，在本地資源中尋求來源穩(wěn)定、效果良好、可替代草炭的有機(jī)無機(jī)原料，研制開發(fā)新的保水型混合基質(zhì)產(chǎn)品勢在必行[6]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】在利用有機(jī)無機(jī)原料替代草炭進(jìn)行無土栽培研究方面，國內(nèi)外已開展不同替代材料的理化性狀及栽培效果試驗(yàn)[7-10]，但是多數(shù)試驗(yàn)僅研究1～2種替代原料，且配方設(shè)置數(shù)目有限，由人為設(shè)置固定比例，對比分析也僅為單一元素分析比較，沒有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模擬和分析。有上下限條件約束的混料均勻設(shè)計(jì)方法[11-13]可以實(shí)現(xiàn)在設(shè)置水平數(shù)較多時通過較少試驗(yàn)次數(shù)達(dá)到配方優(yōu)化的目的，它能夠考察各試驗(yàn)因素在所有因素混料中所占比例對目標(biāo)響應(yīng)的影響，試驗(yàn)點(diǎn)設(shè)置更具代表性，所需試驗(yàn)點(diǎn)較少，與每個因子的水平數(shù)一致[14]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】選取多種有機(jī)無機(jī)原料和保水材料，根據(jù)混料均勻設(shè)計(jì)方法配置了25種不同配比的保水型復(fù)合基質(zhì)，并以此為基礎(chǔ)開展番茄栽培試驗(yàn)，通過測定、計(jì)算原料和基質(zhì)配方的基礎(chǔ)理化性狀、水分變化特征和番茄植株的農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及產(chǎn)投比，比較不同基質(zhì)配方在上述指標(biāo)中的差異，利用對應(yīng)分析方法分析各個指標(biāo)間的相互影響關(guān)系，最后通過回歸模擬，擬合最佳產(chǎn)量、產(chǎn)投比下的原料比例。【擬解決的關(guān)鍵問題】以達(dá)到高效利用有機(jī)廢物資源、降低生產(chǎn)成本、提高和改善作物的產(chǎn)量和品質(zhì)、保護(hù)生態(tài)資源的目的。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2017年6-12月在玉溪市樂土科技有限公司溫室大棚進(jìn)行。供試材料主要包括基質(zhì)原料甘蔗渣、中藥渣、菌包、褐煤、草炭、珍珠巖、蛭石、水凝膠。菌包由楚雄市林鑫食用菌發(fā)展有限公司提供，由玉米芯顆粒和甘蔗渣混合制成；中藥渣、褐煤、草炭、珍珠巖、蛭石由玉溪市樂土科技有限公司提供；水凝膠由青島首科新材料有限公司提供。

甘蔗渣、中藥渣、菌包、褐煤、草炭、珍珠巖和蛭石的理化性狀如表1所示。由于珍珠巖、蛭石為無機(jī)材料，故在本試驗(yàn)中默認(rèn)其電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)、腐殖酸、全氮、全磷和全鉀含量為0。水凝膠品名為聚丙烯酸鉀型SAP(型號SHK220N)，是一種超級吸水型材料，吸水倍率≥350(純水，mL/g)，pH值6.0～7.5。栽培容器為45 cm(直徑)×35 cm(高度)的圓筒形無紡布營養(yǎng)缽，可裝填基質(zhì)35 L。

表1 基質(zhì)原料的理化性狀

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note： Different lowercase letters after the data in same column indicate significant difference (P<0.05).

表2 混料均勻設(shè)計(jì)配方基質(zhì)各原料比例

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用DPS軟件的有上下限條件約束的混料試驗(yàn)設(shè)計(jì)。均勻設(shè)計(jì)采用8因素25次試驗(yàn)，選擇Un(ns)的設(shè)計(jì)表，其中s=8，n=25，即U25(n8)。在均勻設(shè)計(jì)表的基礎(chǔ)上，采用有上下限的混料設(shè)計(jì)，各原料組分的限制比例分別為褐煤0～60 %、中藥渣0～30 %、菌包0～30 %、褐煤0～40 %、草炭0～50 %、珍珠巖0～30 %、蛭石0～15 %、水凝膠0～1 %，其中水凝膠為質(zhì)量比，其他原料為體積比。25個配方配置如表2所示。試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個配方處理4次重復(fù)。

1.3 番茄栽培方法

混合基質(zhì)裝入栽培容器前，在營養(yǎng)缽底部鋪設(shè)1層厚度3 cm的松樹皮，基質(zhì)澆透水后移栽番茄苗，每盆移栽1顆株高10 cm、莖粗0.2 cm、3葉1心的番茄幼苗。各處理澆水量一致，采用澆灌方式，每隔2 d澆水1次，澆水量為2000 mL；各處理均采用澆灌營養(yǎng)液的方式施肥，且施肥量一致，移栽10 d后開始施肥，第1次每株施用育苗復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O=16∶10∶14)10 g。此后，幼苗期每隔10 d施用1000 mL的1/1000育苗肥，直至開花坐果期。開花坐果期(移栽后50 d)每隔1周施用100 mL的1/1000高鉀復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O=8∶8∶30)。

1.4 數(shù)據(jù)測定與分析

1.4.1 理化性狀測定 pH值、電導(dǎo)率：采用飽和浸提法(SME法)[15]，具體步驟為，將一定量的栽培基質(zhì)放到一個燒杯中，然后加入蒸餾水或去離子水至飽和——當(dāng)液漿開始發(fā)亮，基質(zhì)表面沒有或有極少量自由水時即達(dá)到飽和狀態(tài)。對非常干燥的基質(zhì)，可用玻棒或小刀攪拌以促使其飽和。飽和后，靜置樣品30 min，用廣泛濾紙通過真空漏斗過濾飽和液，以待分析基質(zhì)的pH值和電導(dǎo)率。

有機(jī)質(zhì)、腐殖酸、全氮、全磷、全鉀：有機(jī)質(zhì)、腐殖酸分別按照NY 525-2012和HGT3276-1999所述方法測定。全氮、全磷、全鉀按照NY/T 2017-2011所述方法測定。

基質(zhì)水分特征：在栽培條件下，利用便攜式土壤水分速測儀(TZS-1K)測定正常灌水(2000 mL/盆)后0、6、24、48 h后基質(zhì)水分含量。

容重、孔隙度：按照Inbar[16]所述方法進(jìn)行測定。具體步驟為，將基質(zhì)徹底浸濕后裝入已知體積、重量的圓柱體內(nèi)(100 mL，圓柱底部有一層細(xì)紗布)，在基質(zhì)濾水后保證基質(zhì)表面填充至容器頂部，然后浸入水中48 h并濾水，重復(fù)3次后測定濕重wm，隨后在105 ℃下烘干4 d后，再次測定干重dm。容重(bd)按照NY/T 1121.23-2010土粒密度測定方法進(jìn)行測定。容重(bd)、總孔隙度(tp)、持水空隙度(cp)、通氣孔隙度(as)分別按照公式1～4計(jì)算。

容重(g/cm2)=dm/100

(1)

(2)

(3)

通氣孔隙度(%)=tp-cp

(4)

1.4.2 番茄農(nóng)藝性狀測定與計(jì)算 農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量：分別在移栽前(0 d)、幼苗期(移栽后10 d)、開花期(移栽后30 d)、盛果期(移栽后60 d)測定番茄株高、莖粗及產(chǎn)量。產(chǎn)投比：番茄單價按4元/kg計(jì)算。由于本次試驗(yàn)時間較短，番茄只收獲1個月，因此產(chǎn)量、產(chǎn)值按照試驗(yàn)收獲的3倍計(jì)算。甘蔗渣、中藥渣、菌包、褐煤、草炭、珍珠巖、蛭石、水凝膠的成本分別按150元/m3、120元/m3、120元/m3、250元/t、650元/m3、350元/m3、480元/t、12元/kg計(jì)算。

1.4.3 數(shù)據(jù)分析 ①數(shù)據(jù)處理：本試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分析均采用DPS軟件(v16.05)，各處理之間的差異采用方差分析，基質(zhì)理化性狀分析采用主成分分析，配方比例、原料理化性狀、番茄農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量之間的相關(guān)性分析采用典型相關(guān)分析和對應(yīng)分析，番茄水分特征曲線模擬采用一元非線性回歸模擬。②模型應(yīng)用：采用指數(shù)函數(shù)曲線y=ae-bx(R2>0.90,P<0.05)模擬基質(zhì)含水率隨時間變化的動態(tài)關(guān)系，得出各配方基質(zhì)的水分特征系數(shù)a、b，其中，a表征澆后水基質(zhì)的初始含水率，b表征水分的損失快慢程度。采用Logistic 生長模型y=c1/(1+ec2-c3x)(R2>0.99,P<0.01)模擬番茄苗株高隨栽培天數(shù)的變化規(guī)律，式中,c1表示模型估計(jì)的番茄植株最終栽培最大值，而由于番茄栽培在植株進(jìn)入生殖生長期后，需要對植株進(jìn)行打頂，植株的實(shí)際最終株高由人為控制，因此模型模擬的最終株高并不具有參考意義；c2表示模型預(yù)估的植株可達(dá)到的最高生長速率，c3表征番茄植株在幼苗期和開花期的生長速率，本章采用c3來描述各基質(zhì)栽培植株的生長速率。

2 結(jié)果與分析

2.1 基質(zhì)理化性狀

如表3所示，各基質(zhì)的pH值在5.12～6.80，除T8、T12、T17和T19 的pH呈中性外，其他基質(zhì)多數(shù)呈酸性；各基質(zhì)容重在0.26～0.47 g/cm3，符合標(biāo)準(zhǔn)基質(zhì)要求的0.1～0.8 g/cm3；總孔隙度在53.96 %～71.36 %，在標(biāo)準(zhǔn)基質(zhì)要求范圍54 %～90 %；持水孔隙度15.25 %～21.35 %相對較低，低于田間土壤的40 %～60 %，更低于巖棉的94 %；透氣孔隙度在33.56 %～55.42 %，整體相對較高，高于田間土壤的20 %～25 %；電導(dǎo)率在1128～2550 us/cm，均在適宜植物生長的500～3000 us/cm。

主成分分析結(jié)果顯示，將基質(zhì)各理化性狀指標(biāo)降維3個主成分時，所包含的信息量可占總體信息量的88.82 %，其中pH值、全氮、全磷、全鉀聚為一類，為第一主成分PC1，貢獻(xiàn)率達(dá)53.12 %；有機(jī)質(zhì)、腐殖酸、電導(dǎo)率聚為一類，為第二主成分PC2，貢獻(xiàn)率為26.78 %；孔隙度、容重聚為一類，為第三主成分PC3，貢獻(xiàn)率8.92 %。根據(jù)3個主成分在各基質(zhì)配方的賦值情況，可以更簡便地觀察不同基質(zhì)的理化性狀表現(xiàn)，不同基質(zhì)的主成分得分情況如表3所示。從表3可以看出，T4、T13和T20的PC1得分較低，即表明其pH值、全氮、全磷、全鉀含量較低，相應(yīng)地，T8、T17和T23得分較高則上述含量較高；同理，T6、T9和T19的PC2得分較低，表明其有機(jī)質(zhì)、腐殖酸和電導(dǎo)率含量較低，相反T5、T8和T21含量較高；T5和T16的容重較高、孔隙度較低，相反，T8和T12容重較低而孔隙度較高。

2.2 基質(zhì)水分特征

不同基質(zhì)含水率之間存在顯著性差異(P<0.05)。基質(zhì)含水率隨時間變化的指數(shù)函數(shù)關(guān)系如圖1所示，水分特征系數(shù)a、b見表4，其與基質(zhì)原料、理化性狀及栽培效果的對應(yīng)關(guān)系如圖4A所示。從原點(diǎn)向a或b連線作水分向量，各指標(biāo)往此向量作垂線。從水分特征系數(shù)與原料的對應(yīng)關(guān)系看，蛭石x7和褐煤x4距離a、b最近，在水分向量正方向上的載距也最大，草炭x5在正方向載距也較大，表明草炭、蛭石和褐煤初始含水系數(shù)較高，但是水分損失速度也較快，這與三者較高的孔隙度有關(guān)。相反，水凝膠x8和甘蔗渣x1距離a、b較遠(yuǎn)，且在向量負(fù)方向的載距最大，說明水凝膠和甘蔗渣初始水分含量較低，但是水分損失速度同樣較低，即基質(zhì)添加水凝膠后，可降低水分損失速率，具有較強(qiáng)的保水能力，初始含水率降低的原因是澆水后水凝膠將水分吸入自身結(jié)構(gòu)體內(nèi)，不能被水分測定裝置檢測。從水分特征與植物生長速率的對應(yīng)關(guān)系看，植株生長速率c3和番茄產(chǎn)量Y的垂線均落于水分向量的負(fù)方向，表明基質(zhì)初始含水率和水分損失率較低更利于植株生長，說明基質(zhì)的持續(xù)保水力比初始含水率更重要。

水凝膠含量和基質(zhì)水分衰減系數(shù)有微弱的負(fù)相關(guān)關(guān)系(R2=0.3486)，而與番茄產(chǎn)量有微弱的正相關(guān)關(guān)系(R2=0.3217，圖3)。水凝膠含量較低的基質(zhì)番茄平均產(chǎn)量為1664 g/株，而含量較高的產(chǎn)量為2043 g/株，水凝膠含量較低(平均含量0.078 %)的基質(zhì)比含量較高(平均含量0.913 %)的基質(zhì)所栽培的番茄產(chǎn)量可平均增產(chǎn)22.89 %。

2.3 基質(zhì)栽培效果

2.3.1 農(nóng)藝性狀 番茄的株高和莖粗具有顯著相關(guān)性(P<0.05)，因此使用株高作為番茄幼苗期至結(jié)果期的生長指標(biāo)。番茄苗株高隨栽培天數(shù)的模擬函數(shù)如圖2所示，各基質(zhì)配方栽培的番茄生長模型參數(shù)c3見表4，c3與基質(zhì)不同原料、理化性狀、水分特征及栽培效果之間的對應(yīng)關(guān)系如圖4所示。由對應(yīng)圖可知，c3與草炭x5、水凝膠x8在橫軸的投影均落在負(fù)方向且載距較大，說明草炭和水凝膠含量較高利于番茄植株生長，而菌包x3則落在負(fù)方向且有較大載距，表明菌包比例過高不利于植株生長。從番茄生長速率與基質(zhì)的理化性狀對應(yīng)關(guān)系看，表示基質(zhì)pH值、全氮、全磷和全鉀含量的PC1因子在橫軸的投影落在的正方向，與c3投影相反，表明高養(yǎng)分含量并不利于番茄生長，可能是由于基質(zhì)所含的氮磷鉀含量相對較低，不足以引起栽培差異，而較高的pH值可能影響了植株生長。此外，水分特征系數(shù)b的投影落在橫軸正方向，但載距較小，表明在植株幼苗期和開花期較高的保水率利于植株生長。

表3 配方基質(zhì)理化性狀及主成分因子

2.3.2 產(chǎn)量及產(chǎn)投比 ①產(chǎn)量。從原點(diǎn)向Y連線作產(chǎn)量向量，各指標(biāo)往此向量作垂線，如圖4B。從番茄產(chǎn)量與各原料比例的對應(yīng)關(guān)系看，水凝膠x8和甘蔗渣x1在向量正方向的投影載距最大，說明二者比例增加利于番茄增產(chǎn)，同時，表征土壤水分特征的系數(shù)a、b恰好在向量的負(fù)方向上，表明水凝膠具有較強(qiáng)的保水能力從而使番茄增產(chǎn)，而甘蔗渣容重較低，孔隙度較高，利于增產(chǎn)。從基質(zhì)理化性狀來看，表征物理特性的因子PC3的投影落在產(chǎn)量向量的正方向上，說明容重低、孔隙度高利于番茄增產(chǎn)，而因子PC1、PC2的投影載距幾乎為0，說明基質(zhì)的全氮、全磷、全鉀、有機(jī)質(zhì)及腐殖酸含量對番茄產(chǎn)量無顯著影響。從基質(zhì)水分特征對產(chǎn)量的影響看，水分特征系數(shù)a、b的投影均落在負(fù)方向，且載距較大，高于其落在植株生長速率c3上的載距，說明基質(zhì)的水分在番茄坐果期影響更大，高于幼苗期和坐果期，其原因是番茄坐果期水分、養(yǎng)分需求旺盛，基質(zhì)是否能夠提供持續(xù)的水分至關(guān)重要[17]，因此保水性能更強(qiáng)的基質(zhì)其產(chǎn)量越高。

各基質(zhì)配方的番茄產(chǎn)量如表4所示。各處理番茄產(chǎn)量差異顯著(P<0.05)，其中T9和T25的產(chǎn)量較高，分別為2170和2346 g/株，其次為T2、T3、T8、T13和T23，產(chǎn)量均超過2000 g/株，T15、T16和T21產(chǎn)量較低，低于1500 g/株。值得注意的是，產(chǎn)量高的配方基質(zhì)相應(yīng)地具有較高的水凝膠比例，質(zhì)量比在0.85 %～1.00 %，而產(chǎn)量低的處理其水凝膠含量較低，質(zhì)量比低于0.10 %，分析結(jié)果表明，水凝膠含量和番茄產(chǎn)量具有明顯的相關(guān)性(P<0.05)，其一元線性回歸關(guān)系見圖3A。經(jīng)計(jì)算，水凝膠含量較高(平均含量0.913 %)的基質(zhì)所栽培的番茄產(chǎn)量比含量較低(平均含量0.078 %)的增產(chǎn)22.72 %，即在一定范圍內(nèi)，每添加1 %含量的水凝膠，可增產(chǎn)27.21 %。利用混料回歸分析對產(chǎn)量進(jìn)行Scheffe多項(xiàng)式模型分析，擬合最高產(chǎn)量下的原料比例。模擬結(jié)果顯示，當(dāng)配方為甘蔗渣28.39 %+中藥渣4.10 %+菌包4.55 %+褐煤10.94 %+草炭20.84 %+珍珠巖19.56 %+蛭石10.74 %+水凝膠0.88 %時，番茄產(chǎn)量可達(dá)最高值2692 g/株，此時模型方差分析值為F=9.58，P值等于0.0013(P<0.01)，決定系數(shù)R2=0.9588，模型有意義。②產(chǎn)投比：根據(jù)每株栽培基質(zhì)35L計(jì)算，基質(zhì)總成本為6.80～13.67元/株，其中草炭成本最高，在1.26～8.26元/株，其次為珍珠巖和水凝膠，成本分別在0.41～2.64和0.09～1.98元/株，其余原料的成本均低于1.00元/株。因此，含草炭比例較高的基質(zhì)成本均較高，如處理1、2、4、5、6、7等，成本均高于12.00～13.00元/株。從產(chǎn)投比結(jié)果來看，各基質(zhì)配方的產(chǎn)投比均在1.32～3.25，其中處理3、8、13、23和25的產(chǎn)投比最高，在2.88～3.25，而處理4、7、10、16和18產(chǎn)投比較低，均低于1.70，主要是由于草炭含量較高，而產(chǎn)值并未相應(yīng)增加。同理，對產(chǎn)量進(jìn)行Scheffe多項(xiàng)式模型分析，擬合最高產(chǎn)投比下的原料比例，結(jié)果顯示，當(dāng)配方為10.25 %甘蔗渣+15.79 %中藥渣+20.75 %菌包+24.34 %褐煤+8.78 %草炭+8.47 %珍珠巖+10.74 %蛭石+0.88 %水凝膠時(水凝膠比例為重量百分比)，基質(zhì)產(chǎn)投比可達(dá)3.70。

表4 基質(zhì)水分特征系數(shù)、植株生長指標(biāo)、產(chǎn)量及產(chǎn)投比

圖1 基質(zhì)水分特征曲線Fig.1 Water characteristic curve of the substrate blends

圖2 番茄植株生長模型Fig.2 Logistic model of plant height

圖3 水凝膠含量和水分衰減系數(shù)、番茄產(chǎn)量的線性相關(guān)關(guān)系Fig.3 Linear relationship between gravimetric hydrogel content, water loss index and tomato yield

圖4 基質(zhì)理化性狀、水分特征、栽培效果之間的對應(yīng)關(guān)系Fig.4 Correspondence relationship between the physiochemical properties, water characteristic and plant cultivation effect

3 討 論

3.1 基質(zhì)的理化性狀對栽培效果的影響

基質(zhì)的容重、孔隙度、pH值、全量氮磷鉀、有機(jī)質(zhì)、腐殖酸和電導(dǎo)率可歸納為養(yǎng)分因子、有機(jī)質(zhì)因子和孔隙度因子3個主成分，從栽培效果來看，孔隙度因子對基質(zhì)的水分特征和番茄植株生長及產(chǎn)量有顯著影響，表現(xiàn)為基質(zhì)容重越小，基質(zhì)保水性能越好，番茄植株生長速率及產(chǎn)量越高。這和Blythe[18]等人的研究結(jié)果較為一致，可將基質(zhì)的物理性質(zhì)歸納為2個主成分，空隙度為第一主成分，干燥度為第二主成分。基質(zhì)的容重、空隙度是影響作物的主要因素，而科學(xué)的水肥管理管理措施應(yīng)建立在對基質(zhì)容重、空隙度的深刻理解的基礎(chǔ)上[9]。

在5個有機(jī)原料中，中藥渣、菌包的養(yǎng)分因子特征明顯，pH值、全量氮磷鉀含量顯著高于其它原料，而褐煤的pH、有機(jī)質(zhì)因子和孔隙度因子特征明顯，pH值顯著低于其余原料，有機(jī)質(zhì)、腐殖酸和容重顯著高于其余原料。但是，試驗(yàn)結(jié)果表明，基質(zhì)的全氮、全磷、全鉀、有機(jī)質(zhì)及腐殖酸對番茄的增產(chǎn)效果不明顯，同樣Caron[19]等人發(fā)現(xiàn)基質(zhì)的氮含量和電導(dǎo)率與作物生長僅有微弱的負(fù)相關(guān)關(guān)系，究其原因，是由于基質(zhì)中的養(yǎng)分水平較低，均遠(yuǎn)低于施肥水平，在作物移栽初期即第1次施肥前，基質(zhì)中的養(yǎng)分會給作物提供一定養(yǎng)分，在后期施肥階段，與投入的大量化肥所含的氮磷鉀相比，含量很少，不足以引起最終栽培產(chǎn)量上的差異，即這種微弱的差距會被后期的施肥所消除。總腐殖酸含量并不代表水溶性腐殖酸含量，多數(shù)有機(jī)原料的腐殖酸并未在栽培過程中起到增產(chǎn)效果。不過，腐殖酸與養(yǎng)分的相互作用機(jī)理還需進(jìn)一步研究。

3.2 水凝膠對番茄栽培效果的影響

添加水凝膠可顯著提高基質(zhì)的保水能力，利于植株生長發(fā)育，提高產(chǎn)量。水凝膠含量較高(平均含量0.913 %)的基質(zhì)比含量較低(平均含量0.078 %)的基質(zhì)番茄產(chǎn)量平均增產(chǎn)22.72 %。為保證無土栽培基質(zhì)的通氣孔隙度，許多基質(zhì)采用顆粒較大的有機(jī)原料，如鋸末、樹皮等，但是這類原料往往保水性較差，影響栽培作物的發(fā)育[20-21]，而水凝膠具有超強(qiáng)的吸水膨脹能力，許多研究通過添加水凝膠以提高基質(zhì)的持水力，減少灌溉次數(shù)[22-24]。Fonteno[25]等人的研究表明，基質(zhì)中添加水凝膠后可顯著增加持水孔隙度，但會降低通氣孔隙度。Gehring[26]的研究報告指出，基質(zhì)添加水凝膠后，種植的金盞菊和魚尾菊萎蔫的速度更慢，且水濕張力更低，這和本試驗(yàn)的結(jié)果一致，Wang[27]等人研究也顯示水凝膠可延遲作物的萎蔫速度，而對作物生長無顯著影響。

4 結(jié) 論

無土栽培基質(zhì)的理化性狀可歸納為養(yǎng)分、有機(jī)質(zhì)和孔隙度3個主要成分，其中孔隙度因子與基質(zhì)的水分特征、番茄植株生長及產(chǎn)量有顯著相關(guān)性，表現(xiàn)為基質(zhì)孔隙度越大，保水性能越好，番茄產(chǎn)量越高，而基質(zhì)的養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量對番茄栽培無顯著影響。研究顯示，水凝膠可顯著提高保水能力，利于植株生長發(fā)育，提高產(chǎn)量?；炝暇鶆蛟O(shè)計(jì)和多元分析方法是開展無土栽培基質(zhì)配方優(yōu)化的有效工具，有助于闡明不同原料及其理化性狀對栽培作物的影響機(jī)理，為開發(fā)高效新型基質(zhì)提供技術(shù)支撐。