有機(jī)發(fā)酵基質(zhì)理化性質(zhì)變化及對(duì)甜瓜出苗的影響

王應(yīng)梅，申耀東，楊宗賢，何苗，王曉璟，李娟，劉衍晨，杜紅斌

（塔里木大學(xué)園藝與林學(xué)學(xué)院/南疆特色果樹高效優(yōu)質(zhì)栽培與深加工技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，新疆 阿拉爾 843300）

近年來，隨著基質(zhì)育苗的迅速發(fā)展，工業(yè)化育苗對(duì)優(yōu)良基質(zhì)的需求越來越大。常規(guī)的草炭育苗基質(zhì)由于運(yùn)輸成本高、資源地生態(tài)價(jià)值重要［1-2］等原因，使得其價(jià)格一步步攀升，開發(fā)新型優(yōu)質(zhì)且低成本的基質(zhì)迫在眉睫。有研究發(fā)現(xiàn)將農(nóng)、林、綠化、園藝等產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)遺留的有機(jī)廢棄物，經(jīng)高溫堆肥生產(chǎn)為有機(jī)發(fā)酵基質(zhì)是一條可行的道路［3］。將這些有機(jī)廢棄物發(fā)酵腐熟后作為育苗基質(zhì)，不僅能解決基質(zhì)需求的問題，還能促進(jìn)資源的利用，但不是所有發(fā)酵得到的基質(zhì)都能夠直接用于育苗。因此，探究有機(jī)發(fā)酵基質(zhì)理化特性，對(duì)基質(zhì)的研發(fā)與應(yīng)用具有重要意義。

我國(guó)每年都會(huì)有大量的樹葉、鋸末和菇渣［4］材料產(chǎn)生，這些材料來源廣泛、價(jià)格低廉，是制作育苗基質(zhì)的理想材料。目前，已有大量研究將樹葉、鋸末和菇渣等材料發(fā)酵腐熟后作為育苗基質(zhì)。尚春明等［5］研究了菇渣與珍珠巖、蛭石的混配，發(fā)現(xiàn)珍珠巖∶菇渣∶蛭石=1∶1∶1為培育番茄苗的最佳基質(zhì)配方。李宇等［6］也進(jìn)行了菇渣與蛭石、珍珠巖復(fù)配基質(zhì)育苗的研究，發(fā)現(xiàn)菇渣復(fù)配基質(zhì)的物理性狀在理想基質(zhì)范圍內(nèi)，基質(zhì)出苗率前期不如對(duì)照，但是后期逐漸與草炭基質(zhì)持平且超過對(duì)照，最優(yōu)處理配比為菇渣∶珍珠巖∶蛭石=5∶1∶4。李天鵬等［7］在菇渣基質(zhì)中添加蚯蚓糞育苗，發(fā)現(xiàn)2∶1和8∶1混合基質(zhì)最適宜番茄幼苗生長(zhǎng)發(fā)育，形成壯苗。王鵬等［8］以懸鈴木和加楊的落葉為材料，將其堆腐后進(jìn)行花卉育苗，發(fā)現(xiàn)懸鈴木基質(zhì)較加楊基質(zhì)更有利于花卉的生長(zhǎng)發(fā)育。伍琪等［9］采用鋸末、米糠混合發(fā)酵基質(zhì)進(jìn)行油茶育苗試驗(yàn)并取得成功。王德歡等［10］將鋸末與蚯蚓糞、蛭石復(fù)配后育苗，發(fā)現(xiàn)鋸末∶蚯蚓糞∶珍珠巖=3∶1∶1育苗效果較好。此前的研究通常將有機(jī)發(fā)酵基質(zhì)按一定比例與無機(jī)基質(zhì)或多種有機(jī)質(zhì)發(fā)酵基質(zhì)復(fù)混后育苗，通過觀察苗的生長(zhǎng)來判定基質(zhì)的適用情況，對(duì)有機(jī)發(fā)酵基質(zhì)本身的性質(zhì)研究較少，且基質(zhì)配方多變，這使得基質(zhì)本身的性質(zhì)不夠明確。

本試驗(yàn)以樹葉基質(zhì)、草酸樹葉基質(zhì)、鋸末基質(zhì)和菇渣基質(zhì)為材料，進(jìn)行甜瓜育苗試驗(yàn)。設(shè)置四個(gè)單一基質(zhì)處理和2個(gè)復(fù)混基質(zhì)處理，以常規(guī)育苗基質(zhì)（草炭∶蛭石=2∶1）作為對(duì)照，研究有機(jī)發(fā)酵基質(zhì)對(duì)甜瓜出苗的影響，對(duì)比分析育苗前和出苗后基質(zhì)理化性質(zhì)變化，探究有機(jī)發(fā)酵基質(zhì)理化特性，以期為有機(jī)發(fā)酵基質(zhì)的研制及應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用樹葉基質(zhì)是塔里木大學(xué)校園內(nèi)楊樹、梧桐等行道樹的秋季落葉發(fā)酵腐熟而來，草酸樹葉基質(zhì)是塔里木大學(xué)校園內(nèi)楊樹、梧桐等行道樹的秋季落葉經(jīng)過草酸溶液前處理后發(fā)酵腐熟而來。菇渣基質(zhì)為發(fā)酵腐熟的棉籽殼菌袋平菇菌渣，鋸末基質(zhì)為發(fā)酵腐熟的白楊樹鋸末。對(duì)照采用草炭為進(jìn)口品氏0～6 mm的草炭，基質(zhì)輔料蛭石和珍珠巖購買于新疆阿克蘇市烏什縣。供試甜瓜品種為‘花花?！?/p>

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置7個(gè)育苗基質(zhì)處理，如表1所示，以草炭∶蛭石=2∶1作為對(duì)照（CK），采用營(yíng)養(yǎng)缽育苗，每個(gè)處理播種80個(gè)營(yíng)養(yǎng)缽，且重復(fù)3次；取配制好并且澆透水后的基質(zhì)樣品，風(fēng)干后測(cè)定育苗前基質(zhì)理化性質(zhì)。播種9 d后開始統(tǒng)計(jì)出苗數(shù)量，此后每3 d統(tǒng)計(jì)一次；破心（子葉完全展平，第一片真葉露出）后每個(gè)處理隨機(jī)取苗30株，測(cè)定幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)，同時(shí)取基質(zhì)測(cè)定出苗后基質(zhì)理化性質(zhì)。育苗過程中采取相同的管理措施，且水肥管理中只澆自來水。

表1 基質(zhì)配比情況

1.3 基質(zhì)理化性質(zhì)與甜瓜苗測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 幼苗形態(tài)指標(biāo)測(cè)定

采用游標(biāo)卡尺測(cè)量子葉長(zhǎng)、子葉寬、株高和莖粗。采用萬深掃描儀和根葉分析系統(tǒng)分析子葉葉面積、根長(zhǎng)、根數(shù)和根體積。采用SPAD-502便攜式葉綠素儀測(cè)定子葉葉綠素含量（SPAD）。使用萬分之一天秤稱量幼苗地上部鮮重和根鮮重，計(jì)算根冠比，計(jì)算式如下：

1.3.2 基質(zhì)物理性質(zhì)測(cè)定

取容積為V的容器（250 mL），稱重記為W0，裝滿風(fēng)干基質(zhì)，稱重記為W1，包兩層紗布，用皮筋綁緊，浸泡水中24 h，稱重記為W2，將容器倒置，水分自然瀝干后再稱重記為W3，取下紗布皮筋稱重記為W4。W0～W4，均以g為單位，基質(zhì)容重及孔隙度按以下公式計(jì)算：

1.3.3 基質(zhì)化學(xué)性質(zhì)和養(yǎng)分含量測(cè)定

取風(fēng)干基質(zhì)5 g，加入50 mL蒸餾水，37℃條件下165 r/min震蕩浸提30 min，過濾后用pH計(jì)測(cè)定pH值，用電導(dǎo)儀測(cè)電導(dǎo)率。分別采用堿解擴(kuò)散法、乙酸銨浸提火焰光度法和碳酸氫鈉浸提鉬銻抗比色法測(cè)定堿解氮、速效鉀和有效磷含量。

1.3.4 理化性質(zhì)變化

以變化幅度量化出苗后基質(zhì)各個(gè)理化指標(biāo)的變化情況，計(jì)算公式為：

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用軟件Microsoft Office Excel 2019和DPS 7.05進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)發(fā)酵基質(zhì)對(duì)甜瓜出苗的影響

2.1.1 不同基質(zhì)處理出苗情況

由表2分析可知，CK在不同時(shí)間的出苗數(shù)較為接近，且在第9天統(tǒng)計(jì)時(shí)出苗數(shù)已達(dá)到75.67株，說明CK出苗較早。CK的出苗率仍為最高，說明CK處理甜瓜出苗最好。在有機(jī)發(fā)酵基質(zhì)處理T1～T6中，T5處理出苗率最高，且與CK無顯著性差異，其余5個(gè)有機(jī)發(fā)酵基質(zhì)處理出苗率均顯著低于CK。出苗時(shí)間除CK以外，T5處理的出苗時(shí)間在第9天的出苗數(shù)高于其余5個(gè)有機(jī)發(fā)酵基質(zhì)處理，且在隨后兩次統(tǒng)計(jì)中出苗數(shù)的增加少于其余5個(gè)有機(jī)發(fā)酵基質(zhì)處理，說明T5處理出苗時(shí)間相對(duì)較早且集中，而其余5個(gè)處理出苗時(shí)間晚且出苗時(shí)間分散。T5處理出苗相對(duì)較早，出苗率最接近CK，是除CK外6個(gè)有機(jī)發(fā)酵基質(zhì)處理中出苗最好的處理。

表2 不同基質(zhì)處理出苗率

2.1.2 不同基質(zhì)處理出苗結(jié)束時(shí)甜瓜幼苗形態(tài)指標(biāo)

由表3分析可知，子葉大小，葉長(zhǎng)、葉寬和葉面積均為CK最大，T5處理次之，T6處理子葉最小。而T6處理葉綠素含量最高，這可能是菇渣基質(zhì)富含葉綠素合成的元素。除T6處理外，各處理間的株高均無顯著性差異，說明除菇渣基質(zhì)外，其余基質(zhì)處理對(duì)株高的影響較小。CK莖粗最大，T2處理莖粗最小，T3和T5處理與CK不存在顯著差異。復(fù)混蛭石的T1處理與單一的樹葉基質(zhì)T3處理各個(gè)指標(biāo)之間均不存在顯著差異，復(fù)混蛭石的T2處理子葉大小顯著高于單一的草酸樹葉基質(zhì)T4處理，其他指標(biāo)之間差異不顯著，說明在樹葉基質(zhì)中添加蛭石對(duì)甜瓜幼苗地上部生長(zhǎng)沒有影響，但在草酸樹葉基質(zhì)中添加蛭石能促進(jìn)甜瓜幼苗子葉的增大。

表3 不同基質(zhì)處理對(duì)甜瓜幼苗地上部形態(tài)指標(biāo)的影響

由表4分析可知，各處理基質(zhì)的根長(zhǎng)和根尖數(shù)都顯著小于CK，T5鋸末基質(zhì)的根體積與CK無顯著差異。除T5和T1處理的根鮮重與CK差異不顯著外，其余處理地上部鮮重與根鮮重均顯著小于CK。T4處理根冠比與T1存在顯著性差異，其他各基質(zhì)處理之間均無顯著差異，說明除T4處理外，其他基質(zhì)的幼苗根冠比都較為合理，根系生長(zhǎng)與地上部生長(zhǎng)協(xié)調(diào)。復(fù)混蛭石的T1和T2處理與單一T3和T4處理之間每個(gè)根系指標(biāo)均無顯著性差異，說明在樹葉和草酸樹葉基質(zhì)中添加蛭石對(duì)甜瓜出苗期間的根系發(fā)育影響不大。

表4 不同基質(zhì)處理對(duì)甜瓜幼苗根系的影響

2.2 不同配方有機(jī)發(fā)酵基質(zhì)理化性質(zhì)變化分析

2.2.1 不同配方有機(jī)發(fā)酵基質(zhì)物理性質(zhì)變化

參照《蔬菜育苗基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(NY/T2118—2012)》［11］（后文如無特殊說明，提及的育苗基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)均為該標(biāo)準(zhǔn)），基質(zhì)容重應(yīng)在0.2～0.6之間，總孔隙度應(yīng)大于60%，通氣孔隙度大于15%，持水孔隙度大于45%，氣水比應(yīng)在0.25～0.50之間。通過表5分析并與該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，T5處理物理性質(zhì)較為符合要求，其余基質(zhì)處理包括CK都各有欠缺。出苗后，所有基質(zhì)物理性質(zhì)均有不同程度變化。在容重上，除T6處理小幅度降低外，其余處理趨于增加，其中T1、T2和T4增加幅度超過20%。出苗后CK的容重更接近育苗基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，有機(jī)發(fā)酵基質(zhì)處理的容重也均在育苗基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍內(nèi)。在總孔隙度上，T5和T6處理與CK變化趨勢(shì)一致，都表現(xiàn)為減少，T1～T4處理變化趨勢(shì)則反之，表現(xiàn)為增加。所有處理通氣孔隙度大幅減少，通氣性變差。持水孔隙度除T6處理菇渣基質(zhì)與CK一致減少外，其余處理都表現(xiàn)為增加。氣水比是通氣孔隙度與持水孔隙度的比值，反映基質(zhì)的水氣協(xié)調(diào)程度，出苗后有機(jī)發(fā)酵基質(zhì)處理氣水比大幅度下降，水氣協(xié)調(diào)性變差。綜合評(píng)價(jià)，基質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)劣化。復(fù)混蛭石的T1、T2處理和T3、T4單一基質(zhì)處理孔隙度變化趨勢(shì)一致，但變化幅度相對(duì)較小，說明添加蛭石可以減緩基質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)的劣化。

表5 不同基質(zhì)處理物理性質(zhì)變化

2.2.2 不同配方有機(jī)發(fā)酵基質(zhì)化學(xué)性質(zhì)變化

由表6分析可知，所有處理育苗前和出苗后的pH均在育苗標(biāo)準(zhǔn)范圍5.5～7.5內(nèi)。育苗后T5和T2處理pH值下降，其余基質(zhì)處理pH均上升，但下降和上升的幅度都較小，基質(zhì)pH值相對(duì)穩(wěn)定?；|(zhì)EC值除T5處理與CK接近外，其余處理在育苗前均高于育苗基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，出苗后所有處理均表現(xiàn)為下降，除T5處理降低幅度較小外，其余處理下降幅度均較大，其中菇渣下降最大，達(dá)到49.14%，這可能與菇渣本身含鹽量較高有關(guān)。

表6 不同基質(zhì)處理化學(xué)性質(zhì)變化

2.2.3 不同配方有機(jī)發(fā)酵基質(zhì)養(yǎng)分含量變化

由表7分析可知，堿解氮含量無論育苗前還是出苗后均在標(biāo)準(zhǔn)范圍50～500 mg/kg內(nèi)，其中T1、T2、和T6處理堿解氮含量相對(duì)育苗前降低，變化趨勢(shì)與CK一致，而T3、T4和T5則與CK相反，其中T4處理上升幅度較小，僅有5.03%，基本上與育苗前保持穩(wěn)定，而T5處理上升幅度較大，增加了26.32%。育苗前基質(zhì)有效磷含量已經(jīng)超出育苗基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)10～100 mg/kg的要求，出苗后基質(zhì)有效磷含量大幅度增加，這可能對(duì)苗的生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響。速效鉀含量在出苗后全部表現(xiàn)為降低，說明基質(zhì)中的可溶性鉀養(yǎng)分極易流失，但由于育苗前，速效鉀含量遠(yuǎn)超育苗基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)50～600 mg/kg的要求，因而速效鉀含量降低對(duì)于育苗是有利的。

表7 不同基質(zhì)處理養(yǎng)分含量變化

3 討論

基質(zhì)是種子萌發(fā)生長(zhǎng)的載體，種子萌發(fā)所需的水分、氣體、養(yǎng)分等條件均由基質(zhì)提供，同時(shí)也能起到緩沖溫度、pH值等過度變化的作用［12-13］，因而選用性質(zhì)優(yōu)良的基質(zhì)是育苗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，理化性質(zhì)良好穩(wěn)定的基質(zhì)，才能給苗的萌發(fā)生長(zhǎng)提供合適的根系環(huán)境。本研究除CK外的6個(gè)試驗(yàn)處理中，樹葉和菇渣的基質(zhì)處理出苗率均較低，僅有鋸末基質(zhì)出苗率與對(duì)照處理接近，子葉展平真葉破心后，幼苗長(zhǎng)勢(shì)各個(gè)處理均不如對(duì)照處理，這說明樹葉、菇渣和鋸末基質(zhì)在育苗中仍然存在不足，這主要表現(xiàn)在基質(zhì)本身理化性質(zhì)的不足和育苗過程中基質(zhì)的理化性質(zhì)變化較大，穩(wěn)定性較差上。

育苗前，鋸末基質(zhì)的物理性質(zhì)完全達(dá)到育苗基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，pH值適宜，EC較低，這可能就是鋸末基質(zhì)出苗較好的原因，而其余基質(zhì)處理出苗率都相對(duì)較低，這可能與基質(zhì)理化性質(zhì)不足有關(guān)?；|(zhì)主要存在通氣性不足和EC值偏高兩個(gè)問題，但在孫延穩(wěn)等［14］和葛桂民等［15］研究中，菇渣基質(zhì)通氣孔隙度較高，這與本研究結(jié)果相反，可能是由于所用菇渣材料差異較大造成的。李月娟等［16］研究發(fā)現(xiàn)，基質(zhì)的通氣孔隙度對(duì)扦插生根影響最大，說明基質(zhì)的通氣孔隙度是影響基質(zhì)理化性質(zhì)的重要指標(biāo)，本試驗(yàn)所用對(duì)照和鋸末基質(zhì)通氣孔隙度偏低，但基質(zhì)出苗率卻高于其他處理，說明通氣孔隙度不是影響甜瓜出苗的主要因素。王景瑞［17］認(rèn)為基質(zhì)EC的極限值為2.5 mS/cm，《綠化用有機(jī)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 33891—2017）》［18］中也要求扦插或育苗基質(zhì)的EC值小于或等于2.5 mS/cm，本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)樹葉和菇渣基質(zhì)EC值都高于2.5 mS/cm，過高的EC值對(duì)甜瓜出苗產(chǎn)生了脅迫，使得出苗率較低。

出苗后，基質(zhì)理化性質(zhì)都有較大變化。物理性質(zhì)變化主要表現(xiàn)為容重、總孔隙度和持水孔隙度增加，通氣孔隙度和氣水比下降，這與張沛健等［19］采用桉樹皮基質(zhì)育苗后理化性質(zhì)變化趨勢(shì)基本一致，其中，鋸末基質(zhì)總孔隙度在育苗后降低，這可能是鋸末基質(zhì)顆粒細(xì)小，相互團(tuán)結(jié)所致，而菇渣基質(zhì)容重、總孔隙度和持水孔隙度在育苗后都表現(xiàn)為下降，與其他基質(zhì)變化趨勢(shì)相反，這可能是由于菇渣基質(zhì)吸水后體積膨脹，導(dǎo)致容重變輕，總孔隙度擠壓減少，加之菇渣基質(zhì)細(xì)小顆粒占比較大，育苗過程中小顆粒因澆水而流失，由小顆粒構(gòu)成的持水孔隙隨之減少。綜合分析，育苗后基質(zhì)物理性質(zhì)劣化，說明有機(jī)發(fā)酵基質(zhì)物理結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性弱。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)復(fù)混蛭石的樹葉、草酸樹葉處理通氣孔隙度和氣水比的下降程度都明顯小于其單一基質(zhì)處理，說明添加蛭石有利于維持樹葉和草酸樹葉基質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，但蛭石添加比例還需進(jìn)一步研究?jī)?yōu)化?；瘜W(xué)性質(zhì)中，pH升高和降低幅度都較小，pH值較為穩(wěn)定，而EC值大幅度下降，說明基質(zhì)中的離子易于在育苗的水分管理過程中淋洗流失，且育苗后基質(zhì)速效氮磷鉀含量仍然較高，養(yǎng)分含量豐富，在實(shí)際應(yīng)用中，可通過洗鹽的方式降低基質(zhì)的EC值，以解決有機(jī)發(fā)酵基質(zhì)EC值偏高的問題。養(yǎng)分含量方面，樹葉、草酸樹葉和鋸末基質(zhì)堿解氮含量增加，其余基質(zhì)處理減少，有效磷含量大幅度增加，速效鉀含量大幅度降低，這與趙宏亮等［20］研究的辣椒育苗后基質(zhì)堿解氮、有效磷和速效鉀養(yǎng)分都減少的結(jié)果存在差異。堿解氮和有效磷含量的增加可能是育苗過程中基質(zhì)發(fā)生了二次發(fā)酵腐解，釋放出了氮、磷養(yǎng)分，同時(shí)磷肥在基質(zhì)中移動(dòng)較慢，不易被水分淋洗而流失［21］，而速效鉀養(yǎng)分易于淋溶，且基質(zhì)中鉀含量較高，因而育苗后速效鉀養(yǎng)分必然下降。

4 結(jié)論

在除CK外的6個(gè)試驗(yàn)處理中，甜瓜出苗率均低于對(duì)照，其中鋸末基質(zhì)與對(duì)照無顯著性差異，幼苗長(zhǎng)勢(shì)均弱于對(duì)照，甜瓜出苗效果較差。與育苗前相比，出苗后基質(zhì)理化性質(zhì)均發(fā)生變化。物理性質(zhì)中，容重和持水孔隙度菇渣基質(zhì)降低，其余基質(zhì)增加，總孔隙度鋸末和菇渣基質(zhì)降低，其余基質(zhì)增加，通氣孔隙度和氣水比各個(gè)處理均下降，其中樹葉、草酸樹葉、鋸末和菇渣基質(zhì)孔隙度和氣水比大幅度變化，基質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差?；瘜W(xué)性質(zhì)中，出苗后基質(zhì)pH值都基本保持穩(wěn)定，除鋸末基質(zhì)外，EC值大幅下降，基質(zhì)離子易流失。在養(yǎng)分含量上，樹葉、草酸樹葉和鋸末基質(zhì)堿解氮含量增加，其余基質(zhì)處理減少，有效磷含量均增加，速效鉀含量均降低。