不同電導(dǎo)率的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液種植番茄效果分析

辛 鑫，賈 琪，李 琦，武永軍，楊振超

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 園藝學(xué)院，陜西楊凌 712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 生命學(xué)院，陜西楊凌 712100)

有機(jī)基質(zhì)無土栽培是一種不使用天然土壤而用基質(zhì)的無土栽培技術(shù)[1]，能比較有效地解決土壤連作障礙。該技術(shù)利用非可耕地生產(chǎn)蔬菜，提高品質(zhì)，減少農(nóng)藥使用，充分利用農(nóng)業(yè)廢棄物，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可循環(huán)發(fā)展。目前中國(guó)農(nóng)業(yè)處于轉(zhuǎn)型期，循環(huán)農(nóng)業(yè)是國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路[2]。

有機(jī)基質(zhì)的選擇應(yīng)因地制宜，選材方式應(yīng)體現(xiàn)廉價(jià)、經(jīng)濟(jì)、豐富、環(huán)保的理念[3]，蔬菜秸稈是無土栽培有機(jī)基質(zhì)較好的選擇。中國(guó)蔬菜產(chǎn)量逐年增加，而曾經(jīng)蔬菜秸稈大量焚燒造成嚴(yán)重環(huán)境污染[4]。蔬菜秸稈作為主要的農(nóng)業(yè)廢棄物含有大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，蔬菜殘株的N、P、K總量在57～96g/kg，以體積比1∶1.5蒸餾水浸提蔬菜殘株，測(cè)得浸提液pH為6.1～8.15,番茄、黃瓜、辣椒和茄子的浸提液電導(dǎo)率(σ值)分別為7.8、9.7、9.2和5.6，電導(dǎo)率可以反映浸提液中離子的含量[5]，由此可見蔬菜秸稈含有較高的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，不合理的焚燒處理造成極大的資源浪費(fèi)。

通過相關(guān)番茄秸稈發(fā)酵配制有機(jī)肥研究表明，應(yīng)用漚堆發(fā)酵的秸稈可以提高番茄的品質(zhì)及番茄幼苗的壯苗指數(shù)[6]。農(nóng)業(yè)部設(shè)施園藝工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室通過研究番茄秸稈堆肥產(chǎn)物應(yīng)用配比對(duì)番茄生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量與品質(zhì)的影響，得出7.5%的混配比例種植番茄對(duì)促進(jìn)番茄生長(zhǎng)，增強(qiáng)番茄植株光合作用能力，提高番茄產(chǎn)量的效果最優(yōu)[7]。在前期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，本試驗(yàn)利用體積比7.5%的番茄莖稈堆制腐熟殘?jiān)c蛭石、珍珠巖混合做基質(zhì)，探究番茄有機(jī)基質(zhì)栽培最適合的營(yíng)養(yǎng)液澆灌濃度。為有機(jī)基質(zhì)無土栽培的生產(chǎn)實(shí)踐提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2018年3月至7月完成，試驗(yàn)地點(diǎn)在陜西楊凌。種植株距30 cm，試材為番茄(Lycopersiconeseulentum)‘粉宴’。

處理以體積比7.5%的番茄莖稈堆制腐熟殘?jiān)c蛭石、珍珠巖混合做基質(zhì)，有氧堆制腐熟殘?jiān)前凑辗亚o稈(kg)∶清水=1∶2，添加3%的得海龍農(nóng)用復(fù)合微生物菌劑(由濰坊康恩地生物技術(shù)有限公司提供[8])，混合均勻堆制，后期澆灌不同σ值的番茄秸稈浸提液作為有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液，不同栽培基質(zhì)理化性質(zhì)和養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表1，有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液大量元素質(zhì)量濃度見表2，微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表3，氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表4。對(duì)照澆灌山崎營(yíng)養(yǎng)液[9-10]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置有機(jī)基質(zhì)澆灌不同σ值營(yíng)養(yǎng)液與常規(guī)基質(zhì)澆灌山崎營(yíng)養(yǎng)液為對(duì)照[11]，K(有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液)設(shè)3個(gè)不同的電導(dǎo)率分別為：1 mS/cm、2 mS/cm、 4 mS/cm，共3個(gè)處理(表5)。

表1 不同栽培基質(zhì)基本理化性質(zhì)與養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 1 The physicochemical property and mass fraction of nutrition of different culture matrixes

表2 營(yíng)養(yǎng)液硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、速效磷、速效鉀質(zhì)量濃度Table 2 Mass concentration of nitrate nitrogen,ammonium nitrogen,available phosphorus,and available potassium in nutrient solutions

表3 營(yíng)養(yǎng)液微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 3 Mass fraction of microelements in nutrient solution

注：檢出限：Fe，1 mg/kg；Mn，0.1 mg/kg；Zn，0.5 mg/kg；Cu， 0.2 mg/kg。

Note:Detection limit：Fe，1 mg/kg；Mn，0.1 mg/kg；Zn，0.5 mg/kg；Cu， 0.2 mg/kg.

1.3 測(cè)量項(xiàng)目與方法

每個(gè)處理隨機(jī)選取4株進(jìn)行測(cè)量。株高：用直尺測(cè)量植株根莖部到生長(zhǎng)中心的高度(cm)，莖粗：用游標(biāo)卡尺測(cè)量根莖部與基質(zhì)接觸部位上 1 cm處的粗度(mm)，最大葉面積=最大葉長(zhǎng)×最大葉寬[12]；取自生長(zhǎng)點(diǎn)向下第3片功能葉鮮樣 0.1 g測(cè)葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，用體積分?jǐn)?shù)96%乙醇浸提至白色，紫外分光光度計(jì)分別測(cè)量波長(zhǎng)665 nm,649 nm下的吸光度值，每個(gè)處理隨機(jī)取樣3株，并計(jì)算葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，取平均值[13]；測(cè)量生長(zhǎng)點(diǎn)向下第3片功能葉的光合系統(tǒng)參數(shù)，采用Li-6800便攜式光合儀測(cè)量番茄葉片的光合特性[14]；果實(shí)成熟后隨機(jī)選取5個(gè)番茄測(cè)量單果質(zhì)量，結(jié)果取平均值；隨機(jī)選取5株，每次采收時(shí)單獨(dú)記產(chǎn)，統(tǒng)計(jì)單株產(chǎn)量并根據(jù)種植密度(株行距)，以每株三穗果來估算667 m2產(chǎn)量[15]；在手持?jǐn)?shù)顯糖酸計(jì)(PAL-BX/ACID5，Atago日本)的棱鏡玻璃面上滴2滴番茄汁，進(jìn)行觀測(cè)，讀取視野中明暗交界線上的刻度，第1次讀數(shù)即為可溶性固形物含量(%)，第2次讀數(shù)為有機(jī)酸(%)，糖酸比指可溶性固形物與有機(jī)酸的比值[16]；可溶性蛋白、維生素C、硝酸鹽分別采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法、鉬藍(lán)比色法、水楊酸-硫酸法測(cè)量[17]；ST20C-C型EC儀測(cè)量電導(dǎo)率(σ)值；氯化鉀浸提-連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)量硝銨態(tài)氮[16]；碳酸氫鈉浸提法-連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)量速效磷；醋酸銨浸提-火焰光度計(jì)法測(cè)量速效鉀[17]；ACS2 000高效毛細(xì)管電泳儀液相色譜一體機(jī)測(cè)量各氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)[18]，儀器為北京彩陸科學(xué)儀器有限公司提供。

為找到最佳處理，必須對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。以各項(xiàng)指標(biāo)的平均值來統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)，由于各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)之間計(jì)量單位和量綱不同，不便于數(shù)據(jù)綜合分析，因此，在對(duì)番茄總體進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)之前需根據(jù)馬慶華等的隸屬函數(shù)法將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為隸屬函數(shù)值，正相關(guān)指標(biāo)(株高、莖粗、葉面積、葉綠素、凈光合速率、單果質(zhì)量、產(chǎn)量、可溶性固形物、糖酸比、維生素C、可溶性蛋白)根據(jù)公式U=X/T計(jì)算,負(fù)相關(guān)指標(biāo)(硝酸鹽)根據(jù)公式U=1-X/T計(jì)算。其中：X為該指標(biāo)平均值；T為每列指標(biāo)的總值；U為該項(xiàng)指標(biāo)隸屬函數(shù)值[18]。

表4 各營(yíng)養(yǎng)液氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 4 Mass fraction of amino acids in nutrient solution

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，用SPSS20 Ducan’s新復(fù)極差法進(jìn)行數(shù)據(jù)的方差分析(P≤0.05)。數(shù)據(jù)以“平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”表示，利用層次分析法進(jìn)行綜合分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)番茄形態(tài)的影響

由表6可知：番茄植株K1處理株高最大，CK次之，CK與K1、K2、K3均無顯著性差異，較K2、K3增加1.85%、1.96%；CK莖粗最大，與K2、K3均無顯著性差異，且較K2、K3分別增加17.24%、19.18%；CK葉面積最大且與其他處理具有顯著性差異，較K1、K2、K3分別增加 29.50%、26.10%、12.83%。綜上所述，CK形態(tài)上最健壯。

表5 試驗(yàn)處理Table 5 Test processing table

表6 不同處理下番茄的植株形態(tài)Table 6 Different treatment on tomato plants morphology

注：同列數(shù)據(jù)后標(biāo)不同小寫字母表示差異顯著(P≤0.05)。下表同。

Note:Different lowercase letters in each column mean significant difference atP≤0.05 level.The same below.

2.2 不同處理對(duì)番茄產(chǎn)量的影響

由表7可知：?jiǎn)喂|(zhì)量最大的是CK，其次是K2，兩者無顯著性差異，以K1最小，顯著低于其他處理；CK單株產(chǎn)量與667m2產(chǎn)量最大，較K3分別增加46.61%、46.61%，較K2分別增加 57.40%、57.31%；K1、K2、K3在單株產(chǎn)量及667m2產(chǎn)量上均無顯著性差異，順序?yàn)镵3>K2>K1,K3較K2分別增長(zhǎng)7.36%、7.29%，較K1分別增加21.28%、21.217%；綜上所述，CK處理有利于提高番茄產(chǎn)量。

2.3 不同處理對(duì)番茄葉片葉綠素的影響

由表8可知：番茄葉綠素a，葉綠素b，葉綠素(a+b)均隨著σ的增加而增加。K3葉綠素a最大且與其他處理呈現(xiàn)顯著性差異，較K1、K2分別增加85.65%、39.28%；葉綠素b在處理間均無顯著性差異，K3較K1、K2分別增加2.91%、 16.92%；葉綠素(a+b)以K3最大，與其他處理形成顯著性差異，分別較K1、K2增加65.40%、 34.69%；K3葉綠素a、葉綠素b、葉綠素(a+b)分別較CK增加24.56%、35.97%、 26.19%。綜上所述，K3有助于番茄葉片葉綠素累積。

2.4 不同處理對(duì)番茄葉片光合速率的影響

凈光合速率以CK最大，K2次之，處理間隨σ增加呈現(xiàn)先升高后下降的變化趨勢(shì)(表9)，CK凈光合速率較K2增加6.04%，K2較K1、K3分別增加1.07%、3.22%；蒸騰速率以CK最快，其次是K1，K2與K3無顯著性差異；胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)以K1最大，CK次之，K1胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)較K2、K3增加42.04%、43.50%；氣孔導(dǎo)度以K1最大，其次是K3，CK最小，K1氣孔導(dǎo)度較K2、K3、CK分別增加63.97%、 18.30%、 111.37%。綜上所述，K2的光合能力最強(qiáng)。

表7 不同處理下的番茄產(chǎn)量Table 7 Different treatment on yield of tomato

表8 不同處理下番茄葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 8 Different treatment on tomato chlorophyll mass fraction

表9 不同處理下番茄葉片光合特性Table 9 Different treatment on tomato photosynthetic charateristics of tomato leaves

2.5 不同處理對(duì)番茄品質(zhì)性狀的影響

由表10可知：可溶性固形物隨著有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液σ值的升高呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢(shì)，K2最大，K3次之，K2、K3分別較CK增加 30.89%，22.39%；糖酸比隨著σ值的升高呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)，K2最大，與CK無顯著性差異，較CK增加0.45%，K2糖酸比與K1、K3呈顯著性差異，較K1、K3增加172.25%、43.63%；維生素C隨著σ值的升高呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，以K3最大，較K1、K2、CK分別增加16.12%、4.29%、29.93%；可溶性蛋白隨著σ值升高呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，以K3最大，較K1、K2、CK增加35.67%、19.61%、 39.84%；硝酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著σ值的升高呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢(shì)，以K2最大，其次是CK,K2較CK增加2.43%。綜上所述，使用有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液栽培的番茄品質(zhì)更佳。

2.6 層次分析法綜合分析各處理

通過AHP層次分析法綜合分析可知，以品質(zhì)為極重要測(cè)量指標(biāo)情況下，K3得分是最高的，其次是K2，K1最低(表11，表12)。

表10 不同處理下番茄的品質(zhì)Table 10 Different treatment on quality of tomato

表11 番茄各項(xiàng)指標(biāo)最終權(quán)重Table 11 Final weights of tomato indicators

表12 番茄各處理指標(biāo)最終得分Table 12 Final scores of tomato treatments indicators

3 討論與結(jié)論

有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液可以有效改善蔬菜的品質(zhì)。秸稈經(jīng)過浸提發(fā)酵后產(chǎn)生的營(yíng)養(yǎng)液可作為有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液，也叫堆肥茶，富含大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)含有大量的代謝物質(zhì)及益生菌，可以顯著改善土壤性狀，提高作物根系活力。秸稈是農(nóng)作物的主要副產(chǎn)品，營(yíng)養(yǎng)豐富，是十分寶貴的生物資源，有效利用作物秸稈，對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的改善，農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，及其生產(chǎn)低成本、多樣化、無害化的栽培基質(zhì)具有重要意義。

本研究澆灌σ=1 mS/cm的K1處理株高在各處理中最高，而莖粗最小，可能是植株缺乏營(yíng)養(yǎng)，為了生長(zhǎng)發(fā)育將僅有的營(yíng)養(yǎng)供給于植株的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，說明K1不利于番茄的生長(zhǎng)。K1、K2、K3處理的三穗果產(chǎn)量均顯著低于CK，這是由于有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液中微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fe≤1.000 mg/kg，Mn≤0.100 mg/kg，Cu≤0.2 mg/kg，Zn≤ 0.500 mg/kg，因儀器限制其他微量元素?zé)o法具體測(cè)出，可能是部分微量元素缺乏造成作物產(chǎn)量的降低，微量元素的均衡可以明顯降低作物的“午休”現(xiàn)象提高光合日積累[19]，特別是高溫季節(jié)的光合日積累，K3葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于CK，可能因?yàn)镵3澆灌的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液Mo質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于CK，而Mo有助于促進(jìn)番茄葉片的類胡蘿卜素和葉綠素前體物質(zhì)的合成[20]。CK凈光合速率高于其他處理，這是因?yàn)槲⒘吭氐木馐┯糜兄谧魑锕夂纤俾实奶岣?，通過測(cè)量營(yíng)養(yǎng)液氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)，發(fā)現(xiàn)有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液中富含各類氨基酸，自20世紀(jì)以來，陸續(xù)有研究發(fā)現(xiàn)植物可以吸收氨基酸等有機(jī)氮，近10 多年來，獲得植物在田間直接吸收利用氨基酸的有利證據(jù)，營(yíng)養(yǎng)液中丙氨酸、谷氨酸、賴氨酸可以增加合成葉綠素，調(diào)節(jié)開放氣孔，這與試驗(yàn)K3葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著大于CK結(jié)果一致[21]。品質(zhì)方面，氨基酸可以參與植物各種生理活動(dòng)，K2、K3可溶性固形物大于CK，K2糖酸比大于CK，可能因?yàn)橹参镂諣I(yíng)養(yǎng)液中的纈氨酸，而纈氨酸可以提高果實(shí)的可溶性固形物和糖酸比，這與Lei等[21]的研究結(jié)果一致，而氨基酸是植物可溶性蛋白合成前體物質(zhì)，番茄作物吸收有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液中的氨基酸，從而提高K1、K2、K3的可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)，降低硝酸鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)[22]，有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于CK，這與劉偉等的營(yíng)養(yǎng)液中低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氨基酸可以提高番茄維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)的結(jié)論相一致[23]。

由本研究結(jié)果可知，利用有機(jī)基質(zhì)無土栽培番茄，后期澆灌有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液可以有效促進(jìn)品質(zhì)的提升，綜合所有指標(biāo)，有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液K3處理較優(yōu)。

本試驗(yàn)利用番茄莖稈堆制腐熟得到的浸提液作為有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液，分別設(shè)置不同的電導(dǎo)率值，突破以往的研究，同時(shí)本研究量化了有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液電導(dǎo)率梯度，為今后有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液選擇電導(dǎo)率的標(biāo)準(zhǔn)提供參考依據(jù)。