基于白星花金龜幼蟲糞砂的辣椒育苗基質(zhì)篩選研究

王明姣，范 輝，王秀琴，尹偉僮，李青云，高志奎，薛占軍

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，河北 保定 071001；2.石家莊市藁城區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，河北 石家莊 052160）

隨著我國蔬菜育苗產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)作坊式育苗已無法滿足現(xiàn)代規(guī)?；卟松a(chǎn)對(duì)高質(zhì)量秧苗的需求，開發(fā)和應(yīng)用無土基質(zhì)工廠化育苗技術(shù)便成為促進(jìn)我國蔬菜育苗業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展的一個(gè)重要抓手，其中草炭型基質(zhì)在各種蔬菜壯苗培育中得到長(zhǎng)足發(fā)展［1］。但是，草炭的不可再生性和肥水持效期偏短帶來的資源浪費(fèi)問題，促進(jìn)了利用具有來源廣、可再生和價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)的農(nóng)業(yè)廢棄物開發(fā)蔬菜新型育苗基質(zhì)［2］。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過腐熟處理后的醋糟、菌棒、酒糟-牛糞、玉米秸稈、稻殼、玉米芯等農(nóng)業(yè)廢棄物可代替草炭與蛭石或珍珠巖復(fù)配［3-6］，復(fù)配后的基質(zhì)理化性質(zhì)穩(wěn)定，符合蔬菜育苗基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，且顯著提高了瓜類、茄果類和葉菜類等蔬菜幼苗質(zhì)量。

近些年發(fā)現(xiàn)白星花金龜（Protaetia brevitarsis）幼蟲利用堅(jiān)硬的牙齒、腸道內(nèi)豐富的菌群及高活性的消化酶可以高效取食和快速分解作物秸稈、出菇后的菌棒和畜牧糞便等農(nóng)業(yè)廢棄物中的纖維素和木質(zhì)素［7-9］，在解決農(nóng)業(yè)廢棄物直接丟棄帶來的環(huán)境污染問題的同時(shí)，取食長(zhǎng)成的幼蟲還富含優(yōu)質(zhì)高蛋白、不飽和脂肪酸、抗菌肽等物質(zhì)，是一種高價(jià)值的新型藥食同源物質(zhì)，在人類疾病治療、抗氧化活性提升等方面具有一定效果，深受東南亞及我國南方城市消費(fèi)市場(chǎng)的歡迎［10-11］。此外，幼蟲分解農(nóng)業(yè)廢棄物排出的糞砂具有顆粒大小均勻、腐殖酸含量高和植物毒性低等優(yōu)勢(shì)，是一種優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥［8-9］，直接施入土壤可改善其基本理化性質(zhì)，促進(jìn)番茄和櫻桃蘿卜生長(zhǎng)，提高營養(yǎng)品質(zhì)［12-14］；適量混入商品化草炭基質(zhì)，提高了育苗基質(zhì)的礦質(zhì)營養(yǎng)元素含量，促進(jìn)辣椒根系生長(zhǎng)和增加幼苗全株生物量［15］。由此可見，利用白星花金龜幼蟲糞砂開發(fā)蔬菜育苗基質(zhì)具有可行性，但是培育適齡壯苗的優(yōu)化配方篩選研究仍需深入探索。

因此，本研究針對(duì)蔬菜育苗產(chǎn)業(yè)過度依賴進(jìn)口型不可再生草炭資源，而國內(nèi)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用率低的現(xiàn)實(shí)問題，以收集的白星花金龜幼蟲分解平菇菌棒產(chǎn)生的幼蟲糞砂與其它物料進(jìn)行復(fù)配，研究不同配方基質(zhì)對(duì)辣椒育苗的影響，篩選出適宜進(jìn)行辣椒壯苗培育的基質(zhì)配方，緩解蔬菜壯苗培育中過度依賴草炭型基質(zhì)應(yīng)用的問題，為農(nóng)業(yè)廢棄物資源化和優(yōu)質(zhì)育苗基質(zhì)的開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所選材料為白星花金龜幼蟲糞砂、進(jìn)口草炭、蛭石、珍珠巖和沸石。白星花金龜幼蟲糞砂收集于滄州南皮縣平菇生產(chǎn)基地，在使用前打碎過篩至理想粒徑大小后自然風(fēng)干備用；草炭為德國Floragard 公司生產(chǎn)的進(jìn)口型草炭；蛭石、珍珠巖均購于河北省保定市蓮池區(qū)基質(zhì)廠；辣椒供試品種為‘金陽一號(hào)’，購于保定市農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

育苗基質(zhì)以白星花金龜幼蟲糞砂、進(jìn)口草炭、蛭石、珍珠巖和沸石為原料，按表1 配制。種植前按照郭士榮和程斐方法測(cè)定［16-17］的配方基質(zhì)容重為0.11 ～0.34 g/cm3，總孔隙度為53.67%～60.89%、通氣孔隙度為3.68% ～13.85%、持水孔隙度為52.71%～46.95%、氣水比為0.30 ～0.07?；|(zhì)pH值為6.52 ～7.34，EC 值為115.80 ～1 083.34 μS/cm。數(shù)據(jù)基本符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《NY/T 2118—2012 蔬菜育苗基質(zhì)》［18］。

表1 辣椒育苗基質(zhì)的組合配方Table 1 Material configuration for substrate of pepper seeding growth

育苗配方基質(zhì)篩選試驗(yàn)于2021 年4 月至5 月在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)東校區(qū)溫室內(nèi)進(jìn)行。將辣椒浸種催芽后選擇發(fā)芽一致的種子播于裝有不同配方基質(zhì)的50 孔穴盤內(nèi)，每個(gè)處理3 盤，隨機(jī)區(qū)組排列。育苗期間每天上午噴灑1 次清水，每次需澆透，間隔2 d 補(bǔ)1 次2 倍Hoagland 營養(yǎng)液，待幼苗達(dá)壯苗標(biāo)準(zhǔn)時(shí)（即40 d 左右的日歷苗齡），統(tǒng)一對(duì)各處理進(jìn)行取樣測(cè)定。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 形態(tài)指標(biāo) 調(diào)查的辣椒幼苗形態(tài)指標(biāo)主要包括株高、莖粗和單株總?cè)~面積。每個(gè)處理隨機(jī)選取10株幼苗測(cè)定。其中株高用直尺測(cè)量，以莖基部到生長(zhǎng)點(diǎn)的高度為準(zhǔn)；莖粗用游標(biāo)卡尺測(cè)量，以子葉葉痕向上1 cm 處的粗度為測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)；葉面積用直尺分別量取每片葉的長(zhǎng)和寬，再除以校正系數(shù)1.19 得到［19］。

1.3.2 干鮮重、壯苗指數(shù)及根冠比 隨機(jī)選擇10 株幼苗從穴盤中取出，輕抖落根系的基質(zhì)后，用自來水將根系沖洗干凈，再用餐巾紙吸干表面水分后，將植株從根部剪斷，分別測(cè)量地上和地下部分鮮重。隨后將各部分放入105 ℃烘干箱內(nèi)殺青30 min，接著在80 ℃下烘干48 h 至恒重，分別測(cè)定各部分的干重。幼苗壯苗指數(shù)和根冠比分別按照韓素芹和司東霞的方法計(jì)算［20-21］。

壯苗指數(shù)=（莖粗/株高+地下部干重/地上部干重）×全株干重；根冠比=地下部干重/地上部干重。1.3.3 葉綠素及熒光參數(shù) 隨機(jī)抽取10 株幼苗，選擇每株幼苗自上而下的第3 片完全平展葉，參照李合生［22］方法，采用無水乙醇提取法提取葉綠素以及比色法測(cè)定葉綠素含量；采用Handy PEA 植物效率分析儀（英國Hansatech 生產(chǎn)）測(cè)定葉綠素?zé)晒鈪?shù)。

1.3.4 生理指標(biāo) 采集幼苗自上而下的第3、4、5片完整功能葉剪碎混勻，參照李合生方法［22］進(jìn)行生理指標(biāo)的測(cè)定，可溶性糖采用蒽酮法測(cè)定，可溶性蛋白質(zhì)采用考馬斯亮藍(lán)G-250 比色法進(jìn)行測(cè)定；從根尖向上采取4 cm 的根段，用氯化三苯基四氮唑(TTC)法測(cè)定根系活力，根系可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)測(cè)定方法同上。

1.3.5 幼苗質(zhì)量評(píng)價(jià)利用 SPSS 26.0 中的利用主成分分析法［23］對(duì)所測(cè)全部指標(biāo)進(jìn)行處理，采用KMO和巴特利特球形度檢驗(yàn)方法，利用主成分法相關(guān)性矩陣和基于特征值大于1 抽取因子，方差極大法計(jì)算旋轉(zhuǎn)載荷值，選擇載荷絕對(duì)值大于0.70 的指標(biāo)為各主成分中的解釋指標(biāo)，計(jì)算綜合得分，評(píng)價(jià)不同配方基質(zhì)中下的辣椒幼苗質(zhì)量。計(jì)算公式如下：

各 主 成 分 的 得 分：Fx=∑1WiNi； 綜 合 得 分F=∑UxFx

式中Wi為每個(gè)主成分中指標(biāo)的載荷值除以特征值的平方根得到的指標(biāo)得分，Ni為指標(biāo)測(cè)定值標(biāo)準(zhǔn)化后的值，i為選取的指標(biāo)個(gè)數(shù)，x為提取的主成分，Ux為各主成分方差貢獻(xiàn)率。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

使用Excel 2016 和SPSS26.0 統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，采用Duncan’s 新復(fù)極差法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同配方基質(zhì)對(duì)辣椒幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響

由表2 可以看出，基于白星花金龜幼蟲糞砂的新型育苗基質(zhì)對(duì)辣椒幼苗形態(tài)指標(biāo)產(chǎn)生了顯著影響（P＜0.05）。與傳統(tǒng)育苗基質(zhì)（CK）相比，新型育苗基質(zhì)均顯著增加了辣椒幼苗的株高、莖粗和單株總?cè)~面積，增幅分別達(dá)19.04% ～73.49%、9.80% ～40.68%和30.64% ～126.79%。其中對(duì)于株高而言，T16 的促進(jìn)效應(yīng)最好；對(duì)于莖粗而言，T4、T11、T15 和T16 的促進(jìn)效應(yīng)最好；對(duì)于單株總?cè)~面積而言，T16 的促進(jìn)效應(yīng)最好。

表2 不同配方基質(zhì)對(duì)辣椒幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響Table 2 Effects of different substrates on growth indexes of pepper seedlings

2.2 不同配方基質(zhì)對(duì)辣椒幼苗干鮮重、壯苗指數(shù)和根冠比的影響

由表3 可知，新型基質(zhì)對(duì)辣椒幼苗的干鮮重、壯苗指數(shù)和根冠比有顯著影響（P＜0.05）。與CK 相比，新型基質(zhì)均顯著增加了幼苗地上和地下鮮重、地上干重和全株干重，增幅分別為：34.89% ～159.73%、27.28% ～134.84%、40.00% ～108.00%、25.71% ～91.42%；其中T16對(duì)地上鮮重促進(jìn)效果最好，T10、T11 對(duì)地下鮮重促進(jìn)效果最好，T11、T16 和T18 對(duì)地上干重和全株干重促進(jìn)效果最好；對(duì)地下干重和壯苗指數(shù)而言，除T13 顯著低于CK，其余基質(zhì)均具有顯著促進(jìn)作用，增幅均為5.00%～50.00%，其中T18 促進(jìn)效果最好；對(duì)于幼苗根冠比而言，相比CK，新型基質(zhì)均降低了幼苗根冠比，降低幅度為18.42%～42.10%。

表3 不同配方基質(zhì)對(duì)辣椒幼苗干鮮重、壯苗指數(shù)和根冠比的影響Table 3 Effects of different substrates on dry and fresh weight, strong seedling index and root to shoot ratio of pepper seedlings

2.3 不同配方基質(zhì)對(duì)辣椒幼苗葉綠素含量及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

由表4 可以看出，與CK 相比，新型基質(zhì)對(duì)幼苗葉片葉綠素a、葉綠素b 和類胡蘿卜素含量以及PSⅡ最大光能轉(zhuǎn)化效率（Fv/Fm）、PSⅡ潛在活性（Fv/Fo）有顯著影響（P＜0.05）。對(duì)葉綠素a 和葉綠素b 含量而言，T17 促進(jìn)效應(yīng)最好，可分別增加16.50% 和24.32%；對(duì)類胡蘿卜素含量而言，新型基質(zhì)與CK 相比促進(jìn)效應(yīng)不顯著或顯著降低，其中T16 中幼苗的類胡蘿卜素含量最低，降低了28.20%；對(duì)于Fv/Fm和Fv/Fo而言，T1 和T12 促進(jìn)效果最好，對(duì)Fv/Fm最高可增加2.43%，對(duì)Fv/Fo最高可增加17.04%。

表4 不同配方基質(zhì)對(duì)辣椒幼苗葉綠素含量及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響Table 4 Effects of different substrates on chlorophyll and fluorescence parameters of pepper peedlings

2.4 不同配方基質(zhì)對(duì)辣椒幼苗生理指標(biāo)的影響

由表5 可以看出，新型基質(zhì)對(duì)幼苗的葉片和根可溶性蛋白質(zhì)含量、葉片和根可溶性糖含量以及根系活力具有顯著影響（P＜0.05）。對(duì)幼苗的葉片可溶性蛋白質(zhì)含量而言，除T4 與CK 相比不顯著外，其余基質(zhì)均能顯著增加葉片可溶性蛋白質(zhì)含量，增幅為26.58% ～176.87%，其中T16 促進(jìn)效果最好；對(duì)于幼苗的根系可溶性蛋白質(zhì)含量而言，T13、T14、T15、T16 和T18 對(duì)根系可溶性蛋白質(zhì)含量促進(jìn)效果最好，最高可增加76.19%；對(duì)于葉片可溶性糖含量而言，除T18 顯著高于CK 且增加12.23%，其余基質(zhì)均低于CK 或不顯著；對(duì)根系可溶性糖含量而言，新型基質(zhì)均顯著降低幼苗根可溶性糖含量，降低幅度為18.70%～59.18%；對(duì)于幼苗根系活力而言，僅有T6 顯著高于CK 且高出20.46%，其余基質(zhì)均低于CK 或不顯著。

表5 不同配方基質(zhì)對(duì)辣椒幼苗生理指標(biāo)的影響Table 5 Effect of different substrates on physiological indexes of pepper seedlings

2.5 不同配方基質(zhì)中辣椒幼苗質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)

不同配方基質(zhì)中辣椒幼苗質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)見表6和圖1。將試驗(yàn)測(cè)定的20 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，得到5 個(gè)主成分，其中第1 主成分中株高、莖粗、地上和地下部干鮮重、壯苗指數(shù)、單株總?cè)~面積和全株干重載荷值較大；第2 主成分中根冠比、根可溶性糖和根可溶性蛋白質(zhì)載荷值較大；第3 主成分中葉綠素a、葉綠素b 和類胡蘿卜素載荷值較大；第4 主成分中Fv/Fm和Fv/F0載荷值較大；第5 主成分中葉可溶性糖載荷值較大，5 個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率分別為37.59%、17.89%、14.17%、9.70% 和6.55%，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率85.91%，可以反映各指標(biāo)中足夠的信息。

表6 旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣Table 6 Rotated component matrix

計(jì)算綜合得分F=0.3759×F1+0.1789×F2+0.1417×F3+0.0970×F4+0.0655×F5。由 圖1 可 知，T4、T10、T11、T16 和T18 配方基質(zhì)中辣椒幼苗綜合得分較高，且顯著高于其它配方基質(zhì)下的。

圖1 不同配方基質(zhì)下辣椒幼苗的綜合得分Fig.1 Comprehensive score of pepper seedlings in different substrates

3 討論與結(jié)論

砂比例高的基質(zhì)含鹽量過高，從而抑制幼苗根系活力，且幼苗中可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量上升［26］。

主成分分析法是將多指標(biāo)轉(zhuǎn)化為較少幾個(gè)綜合指標(biāo)（主成分）的一種多元統(tǒng)計(jì)方法，已在番茄品質(zhì)評(píng)價(jià)、蘋果砧木篩選、繡球抗旱性評(píng)價(jià)和西樺幼苗基質(zhì)篩選等方面廣泛應(yīng)用［27-29］，但在基于蔬菜幼苗質(zhì)量的適宜基質(zhì)篩選中鮮有應(yīng)用。本研究應(yīng)用主成分分析法評(píng)價(jià)不同配方基質(zhì)中的辣椒幼苗質(zhì)量，以此篩選出了基質(zhì)中幼苗綜合得分較高且對(duì)培育辣椒壯苗具有良好效果的T4、T10、T11、T16 和T18基質(zhì)；此外，為了更充分發(fā)揮幼蟲糞砂功效，促進(jìn)幼蟲糞砂取代草炭育苗新型基質(zhì)的開發(fā)和推廣，減少不可再生型草炭資源的利用，推薦使用體積占比為50.00%與60.00%幼蟲糞砂對(duì)應(yīng)復(fù)配質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.00%與1.50%沸石的改良新型育苗基質(zhì)，達(dá)到培育健壯辣椒幼苗的目的。但是，此推薦配方基質(zhì)是否適用于其它蔬菜壯苗培育仍需深入探討。

新型基質(zhì)中添加不同體積比例幼蟲糞砂代替草炭，對(duì)辣椒幼苗的各項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)的促進(jìn)效果增強(qiáng)，本研究中，相比CK，不同配方基質(zhì)中辣椒幼苗的株高、莖粗、單株總?cè)~面積和干鮮重均顯著增高，這與劉福順和賴德強(qiáng)等研究結(jié)果一致［14-15］。但是幼蟲糞砂全部代替草炭即基質(zhì)中幼蟲糞砂體積比例60.00%時(shí)，基質(zhì)對(duì)幼苗形態(tài)指標(biāo)的促進(jìn)效果相對(duì)減小，推測(cè)是由于基質(zhì)中幼蟲糞砂用量過高，C/N 值也隨之升高，幼蟲糞砂與幼苗爭(zhēng)奪氮，加速基質(zhì)中氮素的固定，降低基質(zhì)中氮的有效性，不利于幼苗生長(zhǎng)［24］。而隨著幼蟲糞砂全部代替草炭的基質(zhì)中沸石量的增加，沸石增大了基質(zhì)中的陽離子交換量和保肥能力，提高基質(zhì)中氮有效性［25］，對(duì)幼苗生長(zhǎng)的促進(jìn)作用增強(qiáng)。

新型基質(zhì)中幼蟲糞砂含量的增高使基質(zhì)中礦質(zhì)營養(yǎng)元素增加，促進(jìn)了幼苗的生理發(fā)育和代謝活動(dòng)，本研究中，與CK 相比，不同配方基質(zhì)對(duì)辣椒幼苗的葉綠素含量、葉和根的可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)含量等指標(biāo)都有不同程度的提高，這與吳翔和賴德強(qiáng)等研究結(jié)果相似［13,15］。但是基質(zhì)中幼蟲糞砂含量過高也會(huì)形成導(dǎo)致形成葉綠素的關(guān)鍵營養(yǎng)元素（如N、Mg）被固定，從而限制了葉綠素的合成［24］，導(dǎo)致幼蟲糞砂體積比例為60.00%的基質(zhì)中幼苗葉綠素a 的含量較低。而且隨著幼蟲糞砂比例不斷升高也會(huì)導(dǎo)致基質(zhì)EC 值升高（具體數(shù)據(jù)未列出），而在與其它基質(zhì)相同的正常肥水條件下，致使幼蟲糞