牛糞基質(zhì)對(duì)甜瓜幼苗生長(zhǎng)、光合的影響

毛 柯，田巧玲，余豐秋，張嘉欣，周璐瑤，樊宇婷，王吉慶

（1河南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，鄭州 450002；2河南省濮陽(yáng)縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，河南濮陽(yáng) 457100；3鎮(zhèn)平縣種子技術(shù)服務(wù)站，河南南陽(yáng) 474200）

0 引言

草炭又稱泥炭，具有無(wú)菌、無(wú)蟲(chóng)、無(wú)草籽、疏松透氣和保水保肥的特性[1]，是現(xiàn)代園藝生產(chǎn)中廣泛使用的重要育苗及栽培基質(zhì)，在自然條件下形成草炭約需上千年時(shí)間，過(guò)度開(kāi)采會(huì)加快草炭的消耗速度，使其體現(xiàn)出“不可再生”資源的特點(diǎn)，同時(shí)會(huì)破壞濕地環(huán)境，加劇全球的溫室效應(yīng)[1-4]。因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者較為重視研究草炭的替代基質(zhì)。國(guó)外開(kāi)發(fā)了椰子殼、鋸末等替代基質(zhì)，并應(yīng)用于商業(yè)化生產(chǎn)[5]。中國(guó)在以木糖渣、蘆葦末、蚯蚓糞和牛糞等工農(nóng)業(yè)廢棄物為原料開(kāi)發(fā)草炭替代基質(zhì)方面也作了較為深入的研究，但進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)的報(bào)道還不多見(jiàn)[6-9]。

牛糞作為養(yǎng)殖業(yè)的副產(chǎn)品，具有來(lái)源廣、質(zhì)量穩(wěn)定、價(jià)格便宜的特點(diǎn)，且含氮量低，作為育苗基質(zhì)不易出現(xiàn)“燒苗”現(xiàn)象，因此，前人進(jìn)行了諸多以發(fā)酵牛糞為原料制作園藝育苗和栽培基質(zhì)的研究。馬李軍等[10]認(rèn)為（椰糠+園土）:牛糞體積比為10:4的復(fù)合基質(zhì)適合五彩觀賞椒盆栽；張潤(rùn)花等[11]研究表明菇渣:牛糞體積比為3:1的復(fù)合基質(zhì)對(duì)番茄和西瓜育苗效果最好；潘紹坤等[12]研究表明體積比為20%牛糞+50%發(fā)酵菌渣+30%草炭土的育苗基質(zhì)配方可使茄子出芽率達(dá)100%；閆英[13]的研究表明番茄植株的株高、莖粗、根量在牛糞:爐渣體積比為3:2的復(fù)合基質(zhì)中表現(xiàn)最好。從已有研究看，牛糞在基質(zhì)中體積占比范圍在18%～60%，且最高占比60%的配方與爐渣混配，市場(chǎng)上沒(méi)有商品化爐渣供應(yīng)，存在爐渣原料不易得的問(wèn)題，且爐渣原料也缺乏相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，即使應(yīng)用也難以保證牛糞基質(zhì)質(zhì)量的穩(wěn)定性。

為了充分利用牛糞原料，本試驗(yàn)以牛糞為主原料，以商業(yè)蛭石、珍珠巖為輔料調(diào)整牛糞原料的通透性、附以酸堿性調(diào)節(jié)物質(zhì)、礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等設(shè)計(jì)牛糞基質(zhì)配方，并使牛糞體積占比等于60%，以期探索規(guī)模化利用牛糞生產(chǎn)替代草炭育苗基質(zhì)的可行性。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間和地點(diǎn)

本試驗(yàn)于2019年6月—8月在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝實(shí)驗(yàn)站大棚內(nèi)進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)采用的甜瓜品種是‘日本甜寶’，由鄭州金陽(yáng)光種子有限公司繁育，試驗(yàn)采用的穴盤(pán)規(guī)格為18孔穴盤(pán)，發(fā)酵牛糞、雞糞和有機(jī)肥（商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，N+P2O5+K2O≥5%，有機(jī)質(zhì)≥45%，中微量元素≥10%，腐殖酸≥10%，黃腐酸鉀≥8%，富含EM菌等調(diào)節(jié)劑）由河南省花花牛集團(tuán)田金生物科技有限公司提供，蛭石（粒徑≥5 mm）、珍珠巖（園藝基質(zhì)）為大顆粒物，購(gòu)自河南省鄭州市陳砦花卉市場(chǎng)，檸檬酸與過(guò)磷酸鈣購(gòu)自試劑公司，純度為化學(xué)劑。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)置6個(gè)處理，重復(fù)3次，各重復(fù)內(nèi)的穴盤(pán)隨機(jī)擺放，處理配方和編號(hào)如表1。草炭基質(zhì)pH 4.89，EC值為2.32 mS/cm，用檸檬酸調(diào)節(jié)的牛糞基質(zhì)pH 5.83，EC值為2.49 mS/cm，用過(guò)磷酸鈣調(diào)節(jié)的牛糞基質(zhì)pH 6.52，EC值為2.98 mS/cm，其牛糞基質(zhì)處理分別加入2 g尿素和3 g磷酸二氫鉀。

表1 牛糞基質(zhì)配方

將甜瓜種子進(jìn)行溫湯浸種，先用55℃的溫水浸泡甜瓜種子20 min，使其受熱均勻，再置于30℃溫水中浸泡5 h，浸泡完畢后將種子放入放有濕潤(rùn)濾紙的培養(yǎng)皿中，在黑暗環(huán)境下進(jìn)行催芽。待甜瓜種子出芽后播種，播種時(shí)胚根向上每穴播1粒種子，播種穴深1 cm，用蛭石覆蓋，然后澆透水，覆蓋地膜保濕，每個(gè)處理播3盤(pán)，隨機(jī)排列。待60%幼苗出土?xí)r，及時(shí)去掉地膜，水分管理參照范淑麗[14]的方法。溫度管理參照梁增文[15]的方法。待甜瓜幼苗長(zhǎng)至四葉一心時(shí)進(jìn)行取樣，每個(gè)處理隨機(jī)取15株幼苗進(jìn)行烤株。

1.4 測(cè)定指標(biāo)和方法

基質(zhì)容重、總孔隙度、通氣孔隙度等特性的測(cè)定參照郭世榮[16]的方法。地上、地下部鮮重用天平測(cè)量；株高、莖粗和根長(zhǎng)用游標(biāo)卡尺測(cè)量；葉片數(shù)（主脈長(zhǎng)度大于3 cm或5 cm）和出苗數(shù)用數(shù)數(shù)的方式調(diào)查；葉面積用打孔法計(jì)算；光合指標(biāo)用光合儀測(cè)定；葉綠素含量用SPAD-502葉綠素計(jì)測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)處理分析

所有統(tǒng)計(jì)分析均使用Microsoft Excel 2010和SPSS軟件包進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理的物理性質(zhì)比較

由表2可知，隨著牛糞基質(zhì)中珍珠巖比例的增加，基質(zhì)容重、總孔隙度呈上升趨勢(shì)，通氣孔隙度呈先上升后下降趨勢(shì)，持水孔隙度呈先下降后上升趨勢(shì)。牛糞基質(zhì)容重均高于對(duì)照草炭基質(zhì)，其處理I、處理II與其最接近；除處理III外，牛糞基質(zhì)的容重、總孔隙度、通氣孔隙度和持水孔隙度分別處于0.1～0.3 g/cm3、72%～76%、15%～30%、56%～60%之間，總孔隙度、通氣孔隙度和持水孔隙度均低于草炭基質(zhì)。

表2 不同處理的物理性質(zhì)比較

基質(zhì)為作物的生長(zhǎng)提供水、氣、肥等根際環(huán)境，基質(zhì)性狀的優(yōu)劣直接影響作物的生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)[17]。容重和孔隙度是衡量基質(zhì)物理性質(zhì)的兩個(gè)重要指標(biāo)，分別反映基質(zhì)的重量、通氣和持水狀況，適宜的容重和孔隙度便于基質(zhì)運(yùn)輸、保持水分、維持幼苗呼吸，提供幼苗生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)和環(huán)境[18]。

2.2 不同處理對(duì)甜瓜出苗率的影響比較

由圖1可知，各處理甜瓜出苗率隨著觀測(cè)天數(shù)的增加呈上升趨勢(shì)，處理I和處理III甜瓜出苗率在后2天上升趨勢(shì)較快，第4天時(shí)分別達(dá)到58.7%和60.7%，較為接近草炭基質(zhì)甜瓜的出苗率66.7%。處理II甜瓜出苗率最低，顯著低于其他處理。圖1表明：處理I和處理III起始出苗數(shù)低，但出苗率上升趨勢(shì)較快，最終出苗數(shù)顯著高于其他牛糞基質(zhì)，且最接近草炭基質(zhì)。

圖1 不同牛糞配比基質(zhì)與草炭基質(zhì)對(duì)甜瓜出苗率的影響比較

2.3 不同處理對(duì)甜瓜幼苗光合指標(biāo)的影響比較

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的主要色素，其含量與植物的營(yíng)養(yǎng)狀況有關(guān)，是影響植物光合作用的因素之一[19]。凈光合速率是指植物光合作用積累的有機(jī)物，凈光合速率越高，植物積累的有機(jī)物就越高[20]。由圖2可知，隨著牛糞基質(zhì)中珍珠巖比例的增加，甜瓜幼苗的凈光合速率(A)呈下降趨勢(shì)，葉綠素含量(B)呈先下降后上升趨勢(shì)，胞間CO2濃度(C)呈先上升后下降趨勢(shì)；添加檸檬酸處理的甜瓜幼苗凈光合速率和葉綠素含量均顯著高于添加過(guò)磷酸鈣的處理，胞間CO2濃度顯著降低；添加有機(jī)肥處理的甜瓜幼苗葉綠素含量和胞間CO2濃度顯著高于添加雞糞的處理，凈光合速率顯著降低。

處理I甜瓜幼苗的凈光合速率最高，相比草炭基質(zhì)顯著提高了14.1%，胞間CO2濃度最低，相比草炭基質(zhì)降低了12.8%，處理III、處理V幼苗的凈光合速率與草炭基質(zhì)幼苗無(wú)顯著性差異；處理V甜瓜幼苗的葉綠素含量最高，相比草炭基質(zhì)顯著提高了6%。圖2表明，處理I可顯著提高甜瓜幼苗的凈光合速率，處理V可顯著提高甜瓜幼苗的葉綠素含量。

圖2 不同配比牛糞基質(zhì)與草炭基質(zhì)對(duì)甜瓜幼苗光合指標(biāo)的影響比較

2.4 不同處理對(duì)甜瓜幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響比較

幼苗通過(guò)葉片光合作用合成有機(jī)物，供給植物生長(zhǎng)發(fā)育所需的養(yǎng)分，因此，葉片數(shù)越多，合成的有機(jī)物就越多[21]。幼苗根系吸收水分、礦物質(zhì)等，根系越發(fā)達(dá)，幼苗質(zhì)量越好[22]。由表3可知，隨著牛糞基質(zhì)中珍珠巖比例的增加，甜瓜幼苗的葉片數(shù)、根長(zhǎng)、地下部鮮重呈下降趨勢(shì)，株高、葉面積和地上部鮮重呈先下降后上升趨勢(shì)，莖粗呈先上升后下降趨勢(shì)。添加檸檬酸處理的甜瓜幼苗株高與莖粗顯著低于添加過(guò)磷酸鈣的處理，根長(zhǎng)、葉面積和地下部鮮重均顯著高于添加過(guò)磷酸鈣的處理，兩者的葉片數(shù)和地上部鮮重?zé)o顯著性差異。添加雞糞處理的甜瓜幼苗根長(zhǎng)、葉面積和地下部鮮重顯著高于添加有機(jī)肥的處理，莖粗顯著低于對(duì)方，兩者的株高、葉片數(shù)和地上部鮮重?zé)o顯著性差異。

表3 不同處理對(duì)甜瓜幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響比較

草炭基質(zhì)的甜瓜幼苗株高、葉面積和地上部鮮重均顯著高于牛糞基質(zhì)處理，處理I、處理IV和處理V三指標(biāo)與草炭基質(zhì)最接近；處理I幼苗莖粗、葉片數(shù)與草炭基質(zhì)無(wú)顯著性差異，根長(zhǎng)和地下部鮮重顯著高于其它處理，相比草炭基質(zhì)幼苗分別顯著增加了19.3%和60.6%；處理II幼苗莖粗顯著高于其它處理，相比草炭基質(zhì)幼苗莖粗顯著增加了49.1%；處理III、處理IV和處理V各形態(tài)指標(biāo)表現(xiàn)不突出。

3 結(jié)論

（1）珍珠巖在配制基質(zhì)中所的占比例影響基質(zhì)的物理性狀和甜瓜幼苗的生長(zhǎng)、光合特性。隨著珍珠巖比例的增加，基質(zhì)容重、總孔隙度呈上升趨勢(shì)；甜瓜幼苗的葉片數(shù)、根長(zhǎng)、地下部鮮重和凈光合速率呈下降趨勢(shì)；基質(zhì)通氣孔隙度、甜瓜幼苗莖粗和胞間CO2濃度呈先上升后下降趨勢(shì)；基質(zhì)持水孔隙度、甜瓜幼苗株高、葉面積、地上部鮮重和葉綠素含量呈先下降后上升趨勢(shì)。

（2）添加雞糞的處理相對(duì)優(yōu)于添加有機(jī)肥的處理，其甜瓜幼苗凈光合速率、根長(zhǎng)、葉面積和地下部鮮重顯著高于添加有機(jī)肥的處理，甜瓜幼苗葉綠素含量、胞間CO2濃度和莖粗顯著低于添加有機(jī)肥的處理，兩者的株高、葉片數(shù)和地上部鮮重?zé)o顯著性差異。

（3）添加檸檬酸處理相對(duì)優(yōu)于添加過(guò)磷酸鈣的處理，其甜瓜幼苗凈光合速率、葉綠素含量、根長(zhǎng)、葉面積和地下部鮮重均顯著高于添加過(guò)磷酸鈣的處理，甜瓜幼苗胞間CO2濃度、株高和莖粗顯著低于添加過(guò)磷酸鈣的處理，兩者的葉片數(shù)和地上部鮮重?zé)o顯著性差異。

（4）處理I牛糞基質(zhì)可以替代草炭基質(zhì)用于甜瓜幼苗。該基質(zhì)的容重、總孔隙度、通氣孔隙度、持水孔隙度和甜瓜出苗率與草炭基質(zhì)較為相近，且甜瓜幼苗葉片胞間CO2濃度較對(duì)照草炭基質(zhì)降低了12.8%，凈光合速率較對(duì)照高14.1%；幼苗根長(zhǎng)和地下部鮮重分別較對(duì)照提高了19.3%、60.6%。

（5）Aigo[23]認(rèn)為適宜作物生長(zhǎng)的基質(zhì)必須具有4個(gè)方面的性質(zhì)：供給水分、供給養(yǎng)分、保證根際的氣體交換、為植株提供支撐。張德威[24]和Garcia Gomez[25]研究認(rèn)為基質(zhì)的pH值和EC值是重要參數(shù)，一般作物正常生長(zhǎng)的pH 5.00～7.00，EC范圍為0.75～3.49 mS/cm。本試驗(yàn)中經(jīng)酸性物質(zhì)調(diào)節(jié)后的牛糞基質(zhì)pH值和EC值均在前人研究的理想基質(zhì)范圍內(nèi)，具備為幼苗提供良好的礦物營(yíng)養(yǎng)吸收條件。李謙盛[26]研究表明，理想基質(zhì)的容重、總孔隙度、通氣孔隙度和持水孔隙度應(yīng)分別在0.1～0.8 g/cm3、60%～90%、15%～30%和40%～75%之間。本試驗(yàn)中除處理III外，其他牛糞處理的基質(zhì)容重、總孔隙度、通氣孔隙度和持水孔隙度均在其范圍內(nèi)，可以為幼苗提供良好的通氣性和透水性。梁志卿等[27]研究表明隨著珍珠巖比例的增加，基質(zhì)總孔隙度呈上升趨勢(shì)，本試驗(yàn)結(jié)果與該結(jié)論一致。

（6）進(jìn)一步值得研究的問(wèn)題為：此配比牛糞基質(zhì)是否適用于其他作物幼苗生長(zhǎng)？

4 討論

草炭資源分布不平衡，過(guò)度開(kāi)采會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境，因此尋找草炭基質(zhì)的替代原料對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境有重要意義。諸多研究表明以牛糞為主的復(fù)配基質(zhì)與草炭基質(zhì)有相似的理化性質(zhì)，此外，中國(guó)統(tǒng)計(jì)局顯示中國(guó)養(yǎng)牛存樣量達(dá)8915.3萬(wàn)頭以上，具備以牛糞為育苗栽培基質(zhì)的優(yōu)勢(shì)。

試驗(yàn)中以雞糞和檸檬酸作為營(yíng)養(yǎng)和酸性調(diào)節(jié)物質(zhì)，雞糞的氮、磷、鉀等養(yǎng)分含量和抗生素含量高于牛糞，且有機(jī)質(zhì)含量超過(guò)25%（不超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)），可以補(bǔ)充牛糞基質(zhì)養(yǎng)分不足的問(wèn)題。另外，當(dāng)前市場(chǎng)上工業(yè)級(jí)檸檬酸價(jià)格為0.0048元/g，用檸檬酸調(diào)節(jié)牛糞基質(zhì)的pH值和EC值，所耗成本并不高，卻可以使甜瓜幼苗獲得較好的生長(zhǎng)環(huán)境。