基于主成分分析的腐殖酸添加濃度對番茄幼苗生長效果研究

趙雄偉，宮彬彬，徐昱松，王 寧，吳曉蕾，高洪波

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 科教興農(nóng)中心，河北 保定071001；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院,河北 保定071001）

近年來，蔬菜工廠化育苗技術(shù)在生產(chǎn)中普遍應(yīng)用，已成為保障蔬菜生產(chǎn)的關(guān)鍵節(jié)點技術(shù)。工廠化育苗的關(guān)鍵是基質(zhì)，其中基質(zhì)中含有和添加的腐殖酸濃度會直接影響成苗的質(zhì)量，同時由于基質(zhì)的EC值（電導(dǎo)率）不同，導(dǎo)致腐殖酸的作用效果也不盡相同。本試驗在不同EC值基質(zhì)中添加不同濃度腐殖酸，研究EC值與腐殖酸含量之間的相互作用，以期深入探究基質(zhì)EC值和腐殖酸添加濃度對番茄幼苗生長的影響。許多研究表明適宜EC值的基質(zhì)可以促進(jìn)幼苗發(fā)育，施羊林等［1］發(fā)現(xiàn)EC=1.1 mS/cm可以促進(jìn)溫室草莓幼苗的生長，王瑋瑋等［2］發(fā)現(xiàn)EC=1.8 mS/cm可以促進(jìn)牛角、羊角型辣椒盆栽的生長量增加。對于腐殖酸來說，作為一種天然有機(jī)高分子化合物，能增強(qiáng)土壤的保水能力并提高有效養(yǎng)分的含量［3-5］。許多研究表明腐殖酸可以提高幼苗生長速度及指標(biāo)，劉美等［6］發(fā)現(xiàn)向基質(zhì)中添加20 g/L腐殖酸對番茄幼苗的生長指標(biāo)的增加有著明顯的促進(jìn)作用；劉宇鋒等［7］發(fā)現(xiàn)基質(zhì)腐殖酸添加量為2.0 mg/kg時明顯促進(jìn)辣椒幼苗的生長發(fā)育；符昌武等［8］發(fā)現(xiàn)基質(zhì)腐殖酸含量為30%能顯著提高煙草苗品質(zhì)；王小雪等［9］腐殖酸專用肥可以顯著提高玉米地上、地下部生物量的增長。

由于幼苗品種不同，腐殖酸添加量和EC值的最適范圍也有所不同。目前針對基質(zhì)EC值和腐殖酸添加量單獨作用對幼苗生長的影響研究較多，但針對不同EC濃度基質(zhì)中添加腐殖酸對蔬菜秧苗品質(zhì)影響的研究還很少，且基質(zhì)EC值與腐殖酸的互作適宜濃度也并不明確。本試驗以物理性質(zhì)相似但EC值具有差異（0.63、0.84 mS/cm）的2個混配基質(zhì)作為原料，分別添加2、4 g/L腐殖酸后配制成育苗基質(zhì)，在主成分分析的基礎(chǔ)上研究了基質(zhì)EC值與腐殖酸添加量對番茄幼苗綜合生長指標(biāo)的影響，篩選不同基質(zhì)EC值下腐殖酸適宜添加量，為蔬菜工廠化基質(zhì)的配制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗時間和地點

試驗于2018年7-12月在保定市華農(nóng)蔬菜專業(yè)合作社育苗溫室內(nèi)進(jìn)行。

1.2 試驗材料

供試番茄品種為‘粉都53’，供試基質(zhì)為椰糠、草炭和充分腐熟的菇渣，添加的腐殖酸為含量85%農(nóng)用腐殖酸（山東魯盛）。

1.3 基質(zhì)處理

配制物理性質(zhì)相似、但EC值存在顯著差異的兩種原料作為育苗基質(zhì)，配方分別為椰糠∶菇渣∶草炭=1∶3∶1 (A)和椰糠∶菇渣∶草炭=1∶1∶2 (B)，腐殖酸添加濃度為2、4 g/L，共6個處理，以不添加腐殖酸的基質(zhì)以及商道育苗基質(zhì)作為對照（A1、A2、CK）。采用72孔穴盤，每組處理種植2盤。根據(jù)課題組前期的研究結(jié)果，在EC相同的情況下，同一容重和氣水比的基質(zhì)育苗效果沒有差異［10］，本研究主要研究不同EC濃度基質(zhì)中添加不同量腐殖酸的作用效果（表1）。

表1 基質(zhì)配方和腐殖酸添加量Table 1 The formula of substrate and adding content of humic acid

1.4 幼苗培養(yǎng)

番茄種子經(jīng)浸種催芽后，播種在盛有不同處理基質(zhì)的穴盤中，按常規(guī)工廠化育苗方法進(jìn)行管理。溫室溫度控制在28±0.2/18±0.2 ℃，空氣濕度控制在70%～90%，正常光照。待幼苗長至四葉一心時，每處理選取15株長勢一致的幼苗進(jìn)行取樣，測定幼苗株高、莖粗、鮮重干重、葉綠素含量等指標(biāo)，并計算壯苗指數(shù)。

1.5 測定指標(biāo)及方法

1.5.1 形態(tài)指標(biāo)的測定 株高為根部到生長點之間的高度，莖粗為第一片真葉下部莖稈粗度。將幼苗從根莖處剪開，分為地上部和地下部，用純凈水洗凈后擦干測量鮮重；置于110 ℃烘箱內(nèi)殺青15 min后在80℃烘干至恒重，測其干重。

1.5.2 測量葉綠素含量及SPAD值 采用丙酮-乙醇浸提法，用紫外分光光度計（島津UV-1900）測定在663、645、440 nm下吸光度，測定葉綠素和類胡蘿卜素含量［11］。用葉色指數(shù)儀（SPAD-502，美國）測定葉片SPAD值。指標(biāo)測定重復(fù)5次，取平均值。1.5.3 計算壯苗指數(shù) 番茄幼苗壯苗指數(shù)按公式“（總?cè)~綠素含量/株高）×全株干重”進(jìn)行計算［12］。

1.6 分析方法

采用Microsoft Excel 2013和SPSS 22.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，采用Duncan法進(jìn)行多重比較。使用SPSS 22.0軟件對指標(biāo)進(jìn)行主成分分析以及雙因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度腐殖酸混合基質(zhì)對番茄幼苗株高影響

如圖1所示，隨著基質(zhì)腐殖酸添加量的增加，番茄幼苗的株高呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢，且B組處理（EC值為0.63 mS/cm）的添加效果更為明顯，其中幼苗株高以B3處理最高。

圖1 基質(zhì)EC值和腐殖酸添加濃度對番茄幼苗株高的影響Fig.1 Effects of substrate EC value and humic acid adding concentration on plant height of tomato seedling

與對照處理相比，B3處理株高提高42.7%，B2、A3和B1處 理 分 別 提 高40.0%、36.5%和19.41%，均呈現(xiàn)顯著差異；但是A1、A2處理與對照處理差異不顯著。

2.2 不同濃度腐殖酸混合基質(zhì)對番茄幼苗莖粗影響

如圖2所示，隨著基質(zhì)腐殖酸添加量的增加，番茄幼苗的莖粗也呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢，B組處理（EC值為0.63 mS/cm）的添加效果更為明顯。各處理中B3處理的莖粗最大，與對照相比提高24.03%，呈顯著差異；A1、A2、A3、B1和B2與對照相比差異不顯著。

圖2 基質(zhì)EC值和腐殖酸添加濃度對番茄幼苗莖粗的影響Fig.2 Effects of substrate EC value and humic acid adding concentration on stem diameter of tomato seedling

2.3 不同濃度腐殖酸混合基質(zhì)對番茄幼苗干重和鮮重影響（表2）

表2 基質(zhì)EC值和腐殖酸添加濃度對番茄幼苗鮮重和干重的影響Table 2 Effects of substrate EC value and humic acid adding concentration on fresh weight and dry weight of tomato seedling

如表2所示，基質(zhì)中腐殖酸添加量對番茄幼苗生物量有明顯的影響，地上部和與地下部的干重和鮮重均隨著腐殖酸添加量的增加呈逐漸升高的趨勢，但是效果在較低EC值條件下（0.63 mS/cm，B組處理）好于較高EC值處理（0.85 mS/cm，A組處理）。其中，B3處理的幼苗地上部和地下部干重和鮮重在所有處理中均最高，分別比對照提高38.04%、11.11%、23.72%和33.33%，顯著高于其他處理；其次為B2和A3處理，幼苗地上部和地下部鮮重均顯著高于B1和A2處理；A1處理的地上部與地下干、鮮重最低，其中地下干、鮮重顯著低于對照及其他處理。

2.4 不同濃度腐殖酸混合基質(zhì)對番茄幼苗葉片光合色素含量的影響

如表3所示，在基質(zhì)中適量添加腐殖酸，可一定程度上提高番茄幼苗葉片光合色素含量，且隨腐殖酸添加量提高B組處理葉片光合色素含量提高的幅度明顯大于A組處理，其中，B3處理的葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素含量均最高，與對照相比分別顯著提高38.27%、33.33%、27.14%、29.20%；A2、A3、B2處理的葉綠素a、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素含量同樣顯著高于對照，但葉綠素b含量與對照無差異；A1處理的的葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素含量均最低，且顯著低于對照。

表3 基質(zhì)EC值和腐殖酸添加濃度對番茄幼苗葉綠素含量的影響Table 3 Effects of substrate EC value and humic acid adding concentration on chlorophyll contents of tomato seedling

2.5 不同濃度腐殖酸混合基質(zhì)對番茄幼苗SPAD的影響

如圖3所示，隨著腐殖酸添加量的增加，SPAD值呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，且B組（EC值0.63 mS/cm）處理SPAD值升高的幅度高于A組（EC值0.85 mS/cm）。

圖3 基質(zhì)EC值和腐殖酸添加濃度對番茄幼苗SPAD的影響Fig.3 Effects of substrate EC value and humic acid adding concentration on SPAD value of tomato seedling

其中以B3處理的SPAD值最大，與對照相比提高了23.99%；A2、A3、B2處理與對照相比無顯著差異，但A1處理的葉片SPAD值比對照降低18.72%，顯著低于對照及其他處理。

2.6 不同濃度腐殖酸混合基質(zhì)對番茄幼苗壯苗指數(shù)的影響

壯苗指數(shù)能夠較為準(zhǔn)確的反映育苗基質(zhì)的優(yōu)劣，如圖4所示，在不同EC值基質(zhì)中，番茄幼苗壯苗指數(shù)均隨著腐殖酸添加量的提高呈逐漸升高的趨勢，且在相同腐殖酸添加量的條件下，以B組（EC值0.63 mS/cm）處理的植株壯苗指數(shù)較高。在所有處理中，B3處理壯苗指數(shù)最高，比對照相提高31.91%，呈顯著差異；A2、A3和B2與對照差異不顯著，A1、B1處理分別比對照降低17.5%和20.51%。

圖4 基質(zhì)EC值和腐殖酸添加濃度對番茄幼苗壯苗指數(shù)的影響Fig.4 Effects of substrate EC value and humic acid adding concentration on seedling index of tomato seedling

2.7 不同濃度腐殖酸混合基質(zhì)對番茄幼苗綜合指標(biāo)的影響

2.7.1 番茄秧苗指標(biāo)主成分分析 由于不同處理間番茄秧苗的單個指標(biāo)表現(xiàn)不一致，因此，利用主成分分析［13］構(gòu)建秧苗的綜合指標(biāo)，綜合指標(biāo)的建立采用主成分加權(quán)求和的方法。番茄秧苗11項單一指標(biāo)的主成分分析結(jié)果見表4，從表中可以看出，番茄秧苗主要指標(biāo)分為了3個主成分，總計貢獻(xiàn)率達(dá)到89.10%。

表4 番茄秧苗主成分分析結(jié)果Table 4 Principal component analysis results of tomato seedlings

3個主成分得分系數(shù)矩陣見表5，主成分1=0.024×SPAD+0.152×株高+0.181×莖粗+0.189×地上部鮮重+0.183×地上部干重+0.183×地下部鮮重+0.177×地下部干重-0.005×葉綠素a+0.042×葉綠素b+0.014×總?cè)~綠素+0.020×類胡蘿卜素；主成分2=-0.022×SPAD+0.041×株高+0.012×莖粗+0.027×地上部鮮重+0.014×地上部干重+0.002×地下部鮮重-0.011×地下部干重+0.266×葉綠素a+0.265×葉綠素b+0.294×總?cè)~綠素+0.271×類胡蘿卜素；主 成 分3=0.881×SPAD-0.288×株 高+0.068×莖 粗+0.010×地上部鮮重+0.006×地上部干重+0.083×地下部鮮重+0.101×地下部干重+0.074×葉綠素a-0.144×葉綠素b-0.005×總?cè)~綠素+0.022×類胡蘿卜素；將主成分1、2、3合成綜合指標(biāo)。綜合指標(biāo)=主成分1×0.49+主成分2×0.29+主成分3×0.09。

表5 主成分評分系數(shù)矩陣Table5 Component scoring coefficient matrix

2.7.2 綜合指標(biāo)多因素方差分析 對得出的番茄秧苗綜合指標(biāo)進(jìn)行多因素方差分析，結(jié)果如表6所示，不加入腐殖酸的條件下不同基質(zhì)間生長沒有明顯差異，P=0.061，這與之前的研究結(jié)果一致；加入腐殖酸后綜合指標(biāo)之間存在明顯差異，P＜0.001，說明腐殖酸可以顯著提高番茄秧苗品質(zhì)；同時基質(zhì)與腐殖酸之間存在明顯的互作，P=0.003，表明在不同類型基質(zhì)中添加腐殖酸作用效果不一致。根據(jù)方差分析結(jié)果可以確定最終在0.63 mS/cm EC值條件下添加4 g/L腐殖酸（B3處理）效果最好。

表6 綜合指標(biāo)的多因素方差分析Table 6 Multivariate analysis of comprehensive index

3 討論與結(jié)論

基質(zhì)EC值是衡量基質(zhì)可溶性鹽離子的重要指標(biāo)，也是衡量基質(zhì)肥力的主要因子，對幼苗的生長起著關(guān)鍵性作用，適宜的EC值可以促進(jìn)幼苗更好的生長。王中原等［14］研究表明無土栽培模式下EC=0.8 mS/cm可以促進(jìn)草莓幼苗的營養(yǎng)生長；張二震等［15］試驗表明采用EC=0.7 mS/cm的營養(yǎng)液濃度水平最適合于水培苦苣生產(chǎn)。本試驗中，當(dāng)腐殖酸添加量相同時，A、B兩組處理兩兩對比，均是B組處理的幼苗形態(tài)和生理指標(biāo)更為優(yōu)秀，且B1處理與對照相比生長情況相接近，表明番茄幼苗在EC值較低（0.63 mS/cm）的B組基質(zhì)中種植的番茄幼苗的生長效果更好，說明適宜的基質(zhì)EC值可以更好的促進(jìn)植株幼苗的生長。

腐殖酸作為一種有機(jī)酸，在作物生長過程中可以通過促進(jìn)根系吸收，促進(jìn)細(xì)胞生長，從而促進(jìn)作物生長和發(fā)育［16-19］。孫志梅等［20］在辣椒上施用濃度為0.1～0.27 g/kg的腐殖酸復(fù)合肥（純養(yǎng)分量）效果顯示，不同用量腐殖酸復(fù)合肥施對辣椒產(chǎn)量和生理活性的影響比等養(yǎng)分量的無機(jī)復(fù)合肥效果具有優(yōu)勢；王宇函等［21］研究了不同濃度腐殖酸對油菜幼苗生長的影響，證明了腐殖酸可以促進(jìn)油菜幼苗的生長，但是具有一定的濃度效應(yīng)，其中1‰～2‰是油菜幼苗生長的適宜濃度。高家合等［22］研究表明，營養(yǎng)液中添加20～60 mg/kg腐殖酸可以促進(jìn)烤煙的生長，且60 mg/kg效果最佳。本試驗中，向同種基質(zhì)中加入不同濃度腐殖酸，隨著腐殖酸添加濃度上升，番茄幼苗的形態(tài)和生理指標(biāo)也不斷增高，且當(dāng)腐殖酸添加量達(dá)到4 g/L時（A3和B3）效果最佳。由此證明，在基質(zhì)中適宜添加腐殖酸可以促進(jìn)幼苗的生長發(fā)育，提高幼苗的生理指標(biāo)。

研究發(fā)現(xiàn)，在兩種不同的基質(zhì)中添加腐殖酸對作物幼苗的生長促進(jìn)效果也有所不同，這在許多研究中也有所體現(xiàn)［23-25］，但對其原因還需要進(jìn)行更深入的研究。本試驗中，向物理性質(zhì)基本相似但EC值不同的基質(zhì)中添加腐殖酸，雖然番茄幼苗各項指標(biāo)均呈現(xiàn)升高的趨勢，但是在EC值較低（0.63 mS/cm）的B組基質(zhì)中對番茄幼苗的干鮮重和光合色素含量等促進(jìn)作用更明顯，而且隨著腐殖酸添加濃度升高，B組幼苗的干鮮重和光合色素含量等指標(biāo)增高的趨勢顯著高于A組，由此說明腐殖酸的添加量與基質(zhì)本身EC值存在交互作用，互相影響，但是在不同腐殖酸添加量和EC值中間可以找到最佳結(jié)合點，這還需要進(jìn)一步的研究。

本試驗中，在育苗基質(zhì)中添加腐殖酸后，番茄幼苗的株高、莖粗、干鮮重、葉綠素含量和壯苗指數(shù)均有一定程度的提升，并且在2種基質(zhì)中均隨著腐殖酸含量的增加，EC值較低（0.63 mS/cm）的B組基質(zhì)促進(jìn)效果更加明顯。在所有處理中，以EC值較低（0.63 mS/cm）的基質(zhì)中添加腐殖酸濃度為4g/L時效果達(dá)到最好，且與對照及其他處理呈顯著差異，因此在基質(zhì)配比為椰糠∶菇渣∶草炭=1∶1∶2（EC值為0.63 mS/cm）的基質(zhì)中添加4 g/L腐殖酸可以作為番茄育苗的推薦基質(zhì)，對提高番茄幼苗生長發(fā)育具有一定的促進(jìn)作用，值得在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。