腐熟玉米秸稈和風(fēng)化煤復(fù)合基質(zhì)對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)的影響

曹際玲 王一明 林先貴 王敏 李新柱

摘要：為獲得經(jīng)濟(jì)實(shí)用的育苗基質(zhì)并實(shí)現(xiàn)廢棄物的資源化利用，將玉米秸稈粉碎腐熟后添加不同體積比的風(fēng)化煤、牛糞、蛭石組成復(fù)合基質(zhì)，替代草炭用于番茄育苗;并測(cè)定復(fù)合基質(zhì)的理化特性及養(yǎng)分性狀，研究復(fù)合基質(zhì)對(duì)番茄出苗率及幼苗生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明，腐熟玉米秸稈和風(fēng)化煤復(fù)合基質(zhì)具有較好的理化性質(zhì)，在10%腐熟玉米秸稈、30%風(fēng)化煤、10%腐熟牛糞、50%蛭石組成的復(fù)合基質(zhì)下番茄幼苗出苗率達(dá)100%，番茄幼苗地上部和地下部干質(zhì)量、壯苗指數(shù)等方面表現(xiàn)最好，番茄幼苗葉綠素含量和根系活力均顯著提高。而在腐熟玉米秸稈和牛糞同等配比條件下，風(fēng)化煤添加量對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)的影響較大，添加30%風(fēng)化煤可促進(jìn)番茄幼苗生長(zhǎng)，而添加20%風(fēng)化煤番茄幼苗生長(zhǎng)遲緩。一定配比的腐熟玉米秸稈和風(fēng)化煤可替代草炭用于番茄育苗基質(zhì)，可進(jìn)一步加強(qiáng)腐熟玉米秸稈與不同添加量風(fēng)化煤配比對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)的影響及機(jī)制研究。

關(guān)鍵詞：玉米秸稈;風(fēng)化煤;復(fù)合基質(zhì);番茄幼苗;腐熟;生長(zhǎng)指標(biāo)

中圖分類號(hào)：S641.206 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2021）16-0117-05

基質(zhì)育苗是用培養(yǎng)基質(zhì)迅速大量培育作物秧苗或種子苗的現(xiàn)代化育苗方法，具有苗程短、出苗整齊均勻、成苗率高、病害輕、育苗技術(shù)易于標(biāo)準(zhǔn)化、幼苗便于長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，適合于工廠化和規(guī)模化育苗[1-2]。基質(zhì)是工廠化育苗的基礎(chǔ)，直接影響幼苗的質(zhì)量和育苗效果，它是根據(jù)幼苗生長(zhǎng)的需要，利用有機(jī)、無機(jī)材料及微生物制劑配制而成的人工土壤[3]。目前，工廠化育苗大多采用草炭復(fù)合基質(zhì)，草炭是一種優(yōu)良的育苗基質(zhì)原料，但屬于短期不可再生資源，經(jīng)過多年的開采儲(chǔ)量日益減少，而近年來草炭的價(jià)格也越來越高，迫使人們尋求新原料來代替草炭[4-5]。

我國(guó)農(nóng)作物秸稈資源豐富，其中玉米秸稈產(chǎn)量最大。新疆是重要的玉米種植地區(qū)，每年可產(chǎn)生大量的玉米秸稈。但大部分秸稈被焚燒或棄置，造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。已有研究結(jié)果表明，玉米秸稈腐熟后添加其他原料可培育出高質(zhì)量的辣椒幼苗[6]。牛糞也是一種良好的有機(jī)肥料。何余湧等研究發(fā)現(xiàn)，增加牛糞施用量可提高矮象草的飼用價(jià)值[7]。馮錫鴻等的研究結(jié)果表明，在傳統(tǒng)理想育苗基質(zhì)（草炭 ∶ 蛭石體積比=2 ∶ 1）中加入5%的牛糞對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)的促進(jìn)作用最大[8]。此外，已探明新疆現(xiàn)在的煤炭?jī)?chǔ)量為2.44萬億t，煤炭表層受風(fēng)化作用，含氧量增高、發(fā)熱量降低，已轉(zhuǎn)化為含有20%～80%再生腐殖酸的風(fēng)化煤。按照風(fēng)化煤含量為煤炭含量的1%估算，風(fēng)化煤資源量將達(dá)到2 000億t。以往新疆大量的風(fēng)化煤都作為煤炭廢料，進(jìn)行回填處理，造成資源浪費(fèi)。已有研究結(jié)果表明，新疆風(fēng)化煤經(jīng)活化處理可變廢為寶，轉(zhuǎn)化為腐殖酸有機(jī)肥;與常規(guī)施肥相比，施用腐殖酸專用肥的農(nóng)作物平均增產(chǎn)8%以上，同時(shí)土壤結(jié)構(gòu)得到改善，作物品質(zhì)得到提高[9]。馮錫鴻等利用風(fēng)化煤、泥炭、稀土元素、蛭石等制成的復(fù)合基質(zhì)具有較好的理化性質(zhì)，可用于多種蔬菜和瓜果的培育[10]。郝玉梅等研究發(fā)現(xiàn)，風(fēng)化煤與茶粕、豆粕等制成的復(fù)合基質(zhì)可促進(jìn)冬瓜幼苗生長(zhǎng)[11]。因此，玉米秸稈、風(fēng)化煤、牛糞等在育苗基質(zhì)上均具有較好的應(yīng)用價(jià)值，值得進(jìn)一步綜合開發(fā)應(yīng)用。

番茄（Lycopersicon esculentum Mill.）是一種全世界廣泛種植的重要蔬菜作物，具有營(yíng)養(yǎng)豐富、用途廣泛、產(chǎn)量高、栽培季節(jié)長(zhǎng)等特點(diǎn)[12-13]。新疆是我國(guó)番茄種植面積最大的省級(jí)行政區(qū)[14]，每年番茄育苗基質(zhì)的需求量較大，但新疆位于我國(guó)西北部，距離草炭產(chǎn)地東北和西南較遠(yuǎn)，使用草炭作為育苗和栽培基質(zhì)成本較高。因此，利用新疆本地豐富的農(nóng)業(yè)廢棄物資源開發(fā)出效果好的基質(zhì)將可降低生產(chǎn)成本。由此，本試驗(yàn)就地取材，利用新疆地區(qū)豐富的玉米秸稈，經(jīng)腐熟后按不同體積比添加風(fēng)化煤、腐熟牛糞制成復(fù)合基質(zhì)，初步研究腐熟玉米秸稈和風(fēng)化煤復(fù)合基質(zhì)理化、養(yǎng)分性狀及其對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)的影響，以期為資源化利用農(nóng)作物秸稈及風(fēng)化煤培育番茄幼苗提供可行性分析，降低番茄幼苗的育苗成本，為生態(tài)環(huán)境的改善提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

玉米秸稈、風(fēng)化煤、番茄種子均由新疆五家渠市鼎盛農(nóng)業(yè)有限責(zé)任公司提供。育苗基質(zhì)原料的理化性質(zhì)見表1。pH值和電導(dǎo)率（基質(zhì) ∶ 水體積比=1 ∶ 5）等分別采用pH計(jì)（型號(hào)：FE20-FiveEasyTM，梅特勒-托利多集團(tuán)生產(chǎn)）和電導(dǎo)率儀（型號(hào)：Orion160）測(cè)定;有機(jī)質(zhì)含量采用濃硫酸-重鉻酸鉀高溫外加熱氧化-硫酸亞鐵滴定法測(cè)定[15];采用H2SO4-H2O2消煮，用凱氏定氮儀測(cè)定氮（N）含量;用鉬銻抗比色法測(cè)定磷（P）含量，用火焰光度計(jì)（型號(hào)：FP640）測(cè)定鉀（K）含量[16]。穴盤采用72孔（6×12孔）長(zhǎng)方形塑料育苗盤。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將新鮮干燥玉米秸稈粉碎，在玉米秸稈和牛糞中分別添加發(fā)酵菌劑，調(diào)節(jié)含水量至65%～70%，裝于塑料袋中，置于25 ℃恒溫培養(yǎng)室內(nèi)發(fā)酵;當(dāng)發(fā)酵袋內(nèi)玉米秸稈質(zhì)地松軟，呈褐色，具有潮濕泥土氣味時(shí)發(fā)酵完成。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置9個(gè)處理和1個(gè)對(duì)照（表2），其中復(fù)合基質(zhì)采用腐熟后的玉米秸稈、風(fēng)化煤、腐熟牛糞、蛭石按不同體積配比，以傳統(tǒng)理想育苗基質(zhì)（草炭 ∶ 蛭石體積比=2 ∶ 1）為對(duì)照。將混合均勻的基質(zhì)裝入穴盤內(nèi)，每個(gè)處理1盤，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)。番茄種子先用0.5% NaClO經(jīng)表面消毒后放于浸水的濾紙上，置于25 ℃培養(yǎng)箱中催芽48 h，選取已發(fā)芽的種子，播種至裝有混合基質(zhì)的育苗盤中，每孔播種1顆，播種深度約0.5 cm，播后澆透水，對(duì)照處理則覆蓋蛭石，其余處理覆蓋相應(yīng)混合基質(zhì)，待出苗后記錄出苗日期和出苗數(shù)。整個(gè)幼苗期均以清水澆灌。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，每3 d重新隨機(jī)排列各穴盤位置。待苗齡為30 d時(shí)，收獲所有番茄幼苗植株地上部和地下部，測(cè)量株高、莖粗。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 腐熟玉米秸稈和風(fēng)化煤復(fù)合基質(zhì)理化性質(zhì)的測(cè)定 各處理配比完成后，取樣測(cè)定復(fù)合基質(zhì)的物理、化學(xué)和養(yǎng)分特性。

1.3.2 番茄幼苗的測(cè)定 用卷尺測(cè)量從穴盤基質(zhì)表面到植株生長(zhǎng)點(diǎn)的高度即株高;在上胚軸中間位置用游標(biāo)卡尺測(cè)量莖粗。分別收獲番茄幼苗植株地上部和地下部，依次用自來水和蒸餾水沖洗，采用烘干法，于105 ℃殺青30 min，70 ℃烘干48 h后稱質(zhì)量。壯苗指數(shù)=莖粗/株高×單株干質(zhì)量。葉綠素濃度采用95%乙醇提取法[17]，以每克鮮葉的葉綠素含量（mg/g）來表示;根系活力采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法測(cè)定，以每克鮮葉單位時(shí)間被還原的氯化三苯基四氮唑的量[mg/（g·h）]來表示[18]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2010計(jì)算數(shù)據(jù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，使用SPSS 18.0進(jìn)行單因素方差分析，用圖基（Tukey）檢驗(yàn)進(jìn)行多重比較（α=0.05），采用Origin 8.5繪制數(shù)據(jù)圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 腐熟玉米秸稈和風(fēng)化煤復(fù)合基質(zhì)的理化性質(zhì)分析

由表3可以看出，不同處理的容重?zé)o顯著性差異，各處理容重均在番茄幼苗生長(zhǎng)適宜范圍（0.2～0.8 g/cm3）內(nèi)。番茄幼苗在總孔隙度為70%～90%的基質(zhì)中可正常生長(zhǎng)，本試驗(yàn)除T5處理的總孔隙度為62.9%外，其他各處理復(fù)合基質(zhì)的總孔隙度均在適宜范圍內(nèi)。番茄幼苗生長(zhǎng)的理想基質(zhì)通氣孔隙為15%～30%，各處理基質(zhì)的通氣孔隙最高為33.4%，最低為23.2%，均在適宜范圍內(nèi)。番茄幼苗適宜生長(zhǎng)的基質(zhì)持水孔隙為40%～75%，各處理的持水孔隙為48.8%～69.4%，均在適宜范圍內(nèi)。

腐熟玉米秸稈和風(fēng)化煤復(fù)合基質(zhì)的pH值和電導(dǎo)率均明顯大于對(duì)照，但均在基質(zhì)適宜的pH值（6.0～7.5）和電導(dǎo)率（<2.6 mS/cm）范圍內(nèi)，符合番茄幼苗生長(zhǎng)對(duì)基質(zhì)酸堿性和電導(dǎo)率的要求。與對(duì)照相比，腐熟玉米秸稈和風(fēng)化煤復(fù)合基質(zhì)的速效P和速效K含量均明顯高于對(duì)照。

2.2 番茄幼苗出苗率

腐熟玉米秸稈和風(fēng)化煤復(fù)合基質(zhì)的不同配比對(duì)番茄幼苗出苗率的影響不同。從圖1可知，各處理基質(zhì)的出苗率均達(dá)85%以上，其中T4處理的出苗率最高，達(dá)100%;T1、T3、T6、T7、T8處理與對(duì)照的出苗率一致，T2、T5、T9處理的出苗率均為87.5%，低于對(duì)照（94.4%）。

2.3 番茄幼苗生物量、葉綠素和根系活力

腐熟玉米秸稈和風(fēng)化煤復(fù)合基質(zhì)對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)產(chǎn)生不同程度的影響。如圖2所示，與對(duì)照相比，僅T4處理的番茄幼苗地上部干質(zhì)量和地下部干質(zhì)量無顯著差異，但T4處理的番茄幼苗莖粗和壯苗指數(shù)均顯著高于對(duì)照;T3處理的地上部干質(zhì)量和株高雖然顯著低于對(duì)照，但地下部生物量、壯苗指數(shù)均與對(duì)照無顯著性差異;其他處理的地上部和地下部干質(zhì)量、株高和壯苗指數(shù)均明顯低于對(duì)照。

本試驗(yàn)不僅測(cè)定了番茄幼苗的形態(tài)指標(biāo)，還進(jìn)一步分析了番茄幼苗葉綠素含量和根系活性來評(píng)價(jià)幼苗質(zhì)量。腐熟玉米秸稈和風(fēng)化煤復(fù)合基質(zhì)對(duì)番茄幼苗葉綠素含量和根系活力產(chǎn)生了不同程度的影響。如圖3所示，僅T8處理的葉綠素含量顯著高于對(duì)照，其他處理均低于對(duì)照;T3、T4、T8、T9處理的根系活力顯著高于對(duì)照，T2、T5、T6和T7等處理

的番茄幼苗根系活力均顯著低于對(duì)照。比較各處理間的番茄幼苗生理指標(biāo)可知，葉綠素含量以T8處理最高，達(dá)1.36 mg/g，T4處理次之，為0.89 mg/g，再次為T9（0.85 mg/g）、T3（0.84 mg/g）處理;根系活力以T9處理最高，為0.74 mg/（g·h），T8處理次之，為0.57 mg/（g·h），再次為T4[0.46 mg/（g·h）]、T3[0.38 mg/（g·h）]處理。因而，就番茄幼苗葉綠素含量和根系活力等生理指標(biāo)而言，以T8（添加10%腐熟玉米稈、30%風(fēng)化煤、20%腐熟牛糞和40%蛭石）、T9（添加30%風(fēng)化煤、20%腐熟牛糞和50%蛭石）處理的番茄幼苗葉綠素含量和根系活力最好。

而番茄幼苗形態(tài)指標(biāo)表現(xiàn)最好的對(duì)照、T3和T4處理的葉綠素含量和根系活力并非最高，這可能是由于不同處理同一生長(zhǎng)期的生長(zhǎng)量不同，莖葉生長(zhǎng)量大時(shí)的葉綠素含量被稀釋[19]。雖然T8和T9處理的葉綠素含量和根系活力最高，但其莖葉生長(zhǎng)并未表現(xiàn)最好。因而，選育壯苗時(shí)應(yīng)將形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)綜合考慮。

3 討論與結(jié)論

番茄穴盤育苗過程中以其他材料代替草炭對(duì)于番茄產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護(hù)及廢棄物的資源化利用具有重要的意義。目前，已有研究利用玉米秸稈、花生殼、菇渣和椰糠等基質(zhì)代替草炭用于番茄育苗[20-23]。由于不同玉米品種秸稈的特性存在差異[24]，且基于新疆本土化的研究較少，而新疆風(fēng)化煤豐富，風(fēng)化煤中的腐殖酸可促進(jìn)作物生長(zhǎng)，因此進(jìn)一步將農(nóng)業(yè)廢棄物與風(fēng)化煤結(jié)合作為番茄育苗基質(zhì)具有較好的應(yīng)用前景。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，以腐熟玉米秸稈和風(fēng)化煤代替草炭在番茄育苗中具有一定的應(yīng)用潛力，復(fù)合基質(zhì)的容重適中，保水透氣性能較強(qiáng)，有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分含量較高，其中10%腐熟玉米秸稈、10%的腐熟牛糞和30%風(fēng)化煤的復(fù)合基質(zhì)番茄幼苗出苗整齊，可以促進(jìn)番茄幼苗的生長(zhǎng)。孫治強(qiáng)等的研究表明，25 kg花生殼添加85 g尿素、25 kg 花生殼添加359 g復(fù)合肥和25 kg花生殼添加 2 393 g 雞糞等可替代草炭用于工廠化番茄育苗基質(zhì)[23]。葛桂民等的研究表明，與傳統(tǒng)常規(guī)基質(zhì)相比，菇渣和玉米秸稈經(jīng)炭化發(fā)酵復(fù)合基質(zhì)育苗效果較好，其處理下的番茄幼苗壯苗指數(shù)、葉綠素含量、氮含量和根系活力均顯著增加[20]。這些研究表明，玉米秸稈應(yīng)用于番茄育苗具有較好的可行性。此外，馮錫鴻等發(fā)現(xiàn)風(fēng)化煤可部分替代草炭用于培育蔬菜作物，其復(fù)合基質(zhì)具有較好的保水、透氣、營(yíng)養(yǎng)緩釋和化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[10]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在腐熟玉米秸稈和腐熟牛糞配比同等條件下，風(fēng)化煤的添加量對(duì)番茄幼苗的生長(zhǎng)具有較大的影響，添加30%風(fēng)化煤的番茄幼苗生長(zhǎng)優(yōu)于添加20%風(fēng)化煤，添加20%風(fēng)化煤的番茄幼苗生長(zhǎng)遲緩，這表明風(fēng)化煤對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)的影響與其添加量有關(guān)。李華等發(fā)現(xiàn)不同風(fēng)化煤施用量對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)和團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的影響不同[25]。因此，進(jìn)一步加強(qiáng)腐熟玉米秸稈與不同添加量風(fēng)化煤配比對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)的影響及機(jī)制研究，對(duì)于合理資源化利用新疆本土豐富的廢棄物，改善生態(tài)環(huán)境，降低育苗成本等具有一定的指導(dǎo)作用。

玉米秸稈腐熟后添加一定比例的風(fēng)化煤和腐熟牛糞作為番茄幼苗育苗基質(zhì)具有較好的應(yīng)用潛力，其中以10%腐熟玉米秸稈，加入30%風(fēng)化煤、10%的腐熟牛糞和50%蛭石配制成的復(fù)合基質(zhì)，番茄出苗整齊，利于培育壯苗，并且整個(gè)苗期不用施底肥和營(yíng)養(yǎng)液，降低了生產(chǎn)成本，節(jié)約勞動(dòng)力。在腐熟玉米秸稈和腐熟牛糞配比同等條件下，風(fēng)化煤的添加量對(duì)番茄幼苗的生長(zhǎng)具有較大的影響，30%的添加量對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)影響優(yōu)于20%的添加量。未來應(yīng)加強(qiáng)腐熟玉米秸稈與不同添加量風(fēng)化煤配比對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)的影響及機(jī)制研究。

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