不同濃度礱糠灰浸提液對番茄和黃瓜幼苗生長的影響

李 蒙，蔡東升，吳芃佳，陳 敏，杜 靜

（1．信陽農(nóng)林學院園藝學院，信陽市大別山區(qū)園藝植物遺傳改良重點實驗室，河南 信陽 464000；2．鄭州大學農(nóng)學院，河南 鄭州 450001；3．河北北方學院，河北 張家口 075000）

無土栽培技術是一項已經(jīng)被廣泛應用在蔬菜種植中的高新農(nóng)業(yè)技術［1］，合適的基質(zhì)及配比是進行蔬菜無土栽培的關鍵，基質(zhì)栽培目前在我國蔬菜栽培中逐步受到關注并發(fā)展迅速［2］。通過基質(zhì)栽培，可以有效地降低傳統(tǒng)土壤栽培中常見的土傳病害和連作障礙，減少農(nóng)藥用量。目前茄果類蔬菜在水分調(diào)節(jié)、自然災害、土壤養(yǎng)分供給等方面存在一定的問題，采用無土栽培技術可以有效提高基質(zhì)中各營養(yǎng)物質(zhì)的含量，從而進一步提高茄果類蔬菜的品質(zhì)并產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益［3］。

在設施栽培中，影響作物生長的因素有很多，除了不同基質(zhì)配方會對作物生長有影響，肥水調(diào)控不到位同樣也會影響作物的生長狀況。因此，肥料的使用在無土栽培中十分關鍵。合理使用肥料能夠促進蔬菜的生長，能在一定程度上加強蔬菜質(zhì)量安全。除此之外，有機肥料可以改善土壤板結(jié)問題，提升土壤肥力和抑制病原微生物［4］。李云鍇等［5］研究表明，施用有機肥的百合，其生長指標明顯優(yōu)于未施肥的百合。王亮亮等［6］研究發(fā)現(xiàn)，混配液體肥的添加可以提高番茄產(chǎn)量，促進番茄生長。當前傳統(tǒng)肥料的使用導致我國土壤板結(jié)、土壤鹽漬化等問題日趨嚴重，而液體肥料相對于固體肥料具有易吸收、施用方便、增產(chǎn)效果明顯等優(yōu)勢［7］。有機浸提液是一種天然的液體肥料，由于其生產(chǎn)工藝簡單、兼具生防和肥效雙重作用而具有廣闊的應用前景［8］。張國偉等［9］對棉花秸稈浸提液進行研究，發(fā)現(xiàn)其不僅含有作物生長所需的養(yǎng)分，還含有大量的化感物質(zhì)，可影響作物的生理生化過程。呂秀敏等［10］研究發(fā)現(xiàn)，蚯蚓堆肥浸提液能夠不同程度地促進幼苗的生長，具有良好的壯苗效果。王園園等［11］對谷子莖稈水浸提液進行研究，發(fā)現(xiàn)其在適當濃度下可以促進谷子種子的萌發(fā)和幼苗的生長。稻谷是中國主要糧食作物之一，稻殼是稻谷加工過程中的主要副產(chǎn)品，是不可忽視的可再生資源［12］。礱糠灰是稻殼制成的生物炭，可作為土壤改良劑使用，其具有質(zhì)量輕、持水量大、透水性強、透氣性好、保溫性好等特點。稻殼經(jīng)高溫炭化后，不僅消除了雜菌，還可以提供豐富的磷、鉀元素［13］。礱糠灰進行浸提后得到的礱糠灰浸提液，具有成本低、養(yǎng)分含量高、推廣前景良好等優(yōu)點。

番茄（Lycopersicon esculentumMill.）是目前栽培最廣、消費量最大的蔬菜作物，中國是世界最大的番茄生產(chǎn)和消費國家之一［14］。番茄是我國設施栽培中主要的栽培作物之一，具有需肥量大、生育期長、產(chǎn)量高等特點［15］。黃瓜（Cucumis sativusL.）是無土栽培四大類主要作物的一種，黃瓜富含多種維生素和營養(yǎng)成分，是深受人們歡迎的一種蔬菜［16］。采用無土栽培技術栽培番茄和黃瓜，可以改善番茄和黃瓜的品質(zhì)，降低生產(chǎn)成本，有利于向自動化、現(xiàn)代化水平發(fā)展。

目前，將礱糠灰用于無土栽培基質(zhì)的研究已有相關報道，但有關礱糠灰浸提液在蔬菜育苗中的應用研究較少。本試驗通過對番茄和黃瓜幼苗根施不同濃度礱糠灰浸提液，比較不同濃度的礱糠灰浸提液對基質(zhì)理化特性和番茄、黃瓜幼苗生長的影響，以期篩選出適合番茄和黃瓜育苗的礱糠灰浸提液濃度，為礱糠灰浸提液的進一步開發(fā)利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2020-08-25至2020-11-30在信陽農(nóng)林學院智慧園藝試驗基地物聯(lián)網(wǎng)溫室內(nèi)進行；供試番茄品種為‘豫藝金粉二號’、黃瓜品種為‘豫藝201’，購于河南豫藝種業(yè)有限公司；栽培基質(zhì)配比為草炭∶蛭石∶珍珠巖=1∶1∶1（體積比），礱糠灰和栽培基質(zhì)均購于信陽市上天梯恒源礦業(yè)有限公司，其理化性質(zhì)如表1所示。

表1 礱糠灰及栽培基質(zhì)的理化性質(zhì)

1.2 試驗處理

將礱糠灰與蒸餾水按照1∶3（體積比）的比例浸泡48 h，間歇振蕩，過濾，得到濃度為100%的礱糠灰浸提液，其理化特性見表2。

表2 100%濃度礱糠灰浸提液各項技術指標

將濃度為100%的礱糠灰浸提液進行稀釋，分別得到濃度為25%、50%、75%的礱糠灰浸提液，以蒸餾水作為對照CK，共設5個處理。各處理比例見表3。

表3 不同礱糠灰浸提液的濃度 （%）

選取顆粒飽滿、優(yōu)質(zhì)的種子溫湯浸種，于8 h后將充分吸水且整齊度一致的種子包裹在干凈的紗布中在30℃的恒溫箱中進行催芽處理，當80%的種子露白后取出，播種于育苗穴盤中，育苗容器采用50孔穴盤，每個穴盤播1粒種子，每盤1個處理，每個處理播50株，重復3次。于第1片真葉展平后，每隔3 d根施1次浸提液，當幼苗三葉一心時，測定幼苗的各項生長指標。

1.3 試驗方法

1.3.1 基質(zhì)理化性質(zhì)

采用郭世榮［17］的方法測定容重、總孔隙度、通氣孔隙度、持水孔隙度，用電導儀測定電導率，用pH計測定pH值。

1.3.2 基質(zhì)微生物計數(shù)

栽培后基質(zhì)取樣測定微生物數(shù)量，檢測及計數(shù)方法采用稀釋平板法［18］。細菌使用10-4、10-5、10-6稀釋度的菌懸液，以牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基培養(yǎng)；放線菌和真菌使用10-3、10-4、10-5稀釋度的菌懸液，分別于改良高氏Ⅰ號培養(yǎng)基和PDA培養(yǎng)基進行培養(yǎng)。

1.3.3 生長指標

當幼苗三葉一心時，每個穴盤隨機采取10株黃瓜和番茄幼苗，用直尺測量株高、上胚軸長、下胚軸長、根長，通過計算得到黃瓜幼苗的壯苗指數(shù)，用排水法測量根體積，用游標卡尺測量莖粗，用電子天平稱量鮮重，用烘干法測定干重。

1.3.4 葉綠素含量

采用丙酮-乙醇溶液萃取法［19］測定葉綠素含量，每組處理取0.2 g新鮮幼苗葉片，剪碎后放入20 mL混合提取液中，放置于黑暗條件下，直至葉片完全變?yōu)榘咨?，以原浸提液作為對照測定其吸光值，選擇波長663、646、470 nm進行比色。

1.3.5 光合參數(shù)

選取從生長點數(shù)第3片營養(yǎng)葉，于晴天9：00至11：00間采用便攜式光合測定系統(tǒng)（Li-6400，美國）進行測定。

1.3.6 碳水化合物含量及關鍵酶活性

可溶性總糖、蔗糖和淀粉含量參照侯俊峰等［20］的方法測定；蔗糖合酶（SS）活性和蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性參照張志良等［21］的方法測定；酸性轉(zhuǎn)化酶（AI）活性參照劉玉鳳等［22］的方法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

將試驗所得數(shù)據(jù)采用Excel 2010整理分析，SPSS 20.0進行單因素方差分析，顯著性分析采用LSD法。

2 結(jié)果與分析

2.1 基質(zhì)理化性質(zhì)

容重可反映出基質(zhì)的疏松程度，由表4可知，番茄幼苗各處理的容重均在0.19～0.21 g·cm-3之間，無明顯差異；黃瓜幼苗T2處理的基質(zhì)容重最大，為0.26 g·cm-3，T1組的基質(zhì)容重最小，為0.14 g·cm-3；番茄幼苗T2處理的基質(zhì)持水孔隙度最大，比對照組增加了13.1%；T3處理的通氣孔隙和總孔隙度最大，分別為24.24%和66.31%，較對照組CK分別增加了23.3%和9.0%；黃瓜幼苗T3處理的基質(zhì)持水孔隙度、總孔隙度最大，分別為11.32%、55.26%；T1組的持水孔隙度最小，T4組的總孔隙度最小、通氣孔隙度最大；CK的通氣孔隙度最小；番茄與黃瓜幼苗pH、電導率的變化趨勢基本一致，即T4處理番茄幼苗、黃瓜的pH均為最大，分別為7.13、7.20，番茄、黃瓜幼苗T3處理的電導率最大，分別為1.75、1.96 mS·cm-1。由此可見，根施一定量的礱糠灰浸提液之后，基質(zhì)的通氣孔隙度、持水孔隙度有所提高，基質(zhì)的理化性質(zhì)得到改善。

表4 栽培后基質(zhì)理化性質(zhì)

2.2 基質(zhì)中微生物數(shù)量

由表5可知，番茄及黃瓜幼苗的基質(zhì)中微生物數(shù)量的變化趨勢基本保持一致。CK的細菌數(shù)量最多，分別是其他處理的2～3倍；隨著礱糠灰浸提液濃度的提高，微生物的數(shù)量逐漸降低；T4處理的微生物數(shù)量為最低，番茄幼苗T4處理的細菌數(shù)量、真菌數(shù)量、放線菌數(shù)量與CK相比差異性顯著，分別比CK降低了65%、71%、66%；黃瓜幼苗T4處理微生物總量最低，且與CK具有顯著差異，比CK降低了68%。綜上，根施礱糠灰浸提液可以降低基質(zhì)中細菌及真菌的數(shù)量，尤其以細菌數(shù)量的落差最大，微生物數(shù)量的減少可能是由礱糠灰浸提液所提供的弱堿性環(huán)境造成的，需更多的證據(jù)加以支撐。

表5 基質(zhì)中微生物數(shù)量 （104 CFU·g-1）

2.3 不同濃度礱糠灰浸提液對番茄和黃瓜幼苗生長的影響

由表6可以看出，不同濃度礱糠灰浸提液對番茄和黃瓜幼苗生長的影響具有一定差異。T3處理番茄幼苗的株高、莖粗最大，相比CK分別提高了26.9%、27.8%；隨著礱糠灰浸提液濃度的增加，黃瓜幼苗的莖粗呈先增加后減小的趨勢，根施礱糠灰浸提液的黃瓜幼苗株高及莖粗均高于CK組，T3處理的黃瓜幼苗株高、莖粗最大；番茄和黃瓜幼苗干重的變化趨勢基本一致，地上部干重均以T3處理最大，且顯著高于CK；T2處理的黃瓜幼苗地下部干重最大，較CK組提高了1倍；T3處理的番茄幼苗地下部干重最大，與CK有顯著性差異。這表明不同濃度礱糠灰浸提液可以促進黃瓜幼苗干物質(zhì)固定積累，并以75%濃度為最佳。T3處理的番茄幼苗根冠比最大，相較于對照組CK提高了62.5%，但與其他處理間差異不明顯。T3處理的黃瓜幼苗根冠比最大，相對于CK提高了88.9%；整體來看，隨著礱糠灰浸提液濃度的增加，壯苗指數(shù)呈逐漸增加的趨勢，但是在濃度為100%時，壯苗指數(shù)降低；番茄幼苗的壯苗指數(shù)均在0.03～0.05之間。T1和T3處理的壯苗指數(shù)最大，相對于CK均增加了66.7%。T3處理的黃瓜幼苗壯苗指數(shù)最大，為0.21，T1處理次之，為0.18，CK的壯苗指數(shù)最小，為0.14。這表明根施一定濃度的礱糠灰浸提液可以促進番茄和黃瓜幼苗的生長，并以75%的效果最好。

表6 不同濃度礱糠灰浸提液對番茄和黃瓜幼苗生長的影響

2.4 不同濃度礱糠灰浸提液對番茄和黃瓜幼苗葉綠素和類胡蘿卜素含量的影響

由圖1所示，隨著礱糠灰浸提液濃度的提高，光合色素含量呈先增大后減小的趨勢。對于番茄幼苗而言，在根施礱糠灰浸提液之后，各處理葉片葉綠素含量相應提高；T3處理的葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量最高，分別較CK提高了15.6%、29.7%、18.6%。T4處理的類胡蘿卜素含量最高，但與其他處理間差異不明顯；隨著礱糠灰浸提液濃度的增加，葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量在T3處理達到最大值，隨后減??；對于黃瓜幼苗而言，T3處理葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量最大，分別達到15.73、4.52、18.85 mg·g-1，分別比CK提高了40%、54%、33%，CK組的葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量最小；T4組的類胡蘿卜素含量最大，比CK組提高了8%?？梢姼┮欢康牡a糠灰浸提液可促進番茄和黃瓜幼苗葉片葉綠素含量的提高，從而促進葉片的光合作用，并以75%的效果最好。

圖1 不同濃度礱糠灰浸提液對番茄和黃瓜幼苗葉綠素和類胡蘿卜素含量的影響

2.5 不同濃度礱糠灰浸提液對番茄和黃瓜葉片光合參數(shù)的影響

由表7可知，番茄幼苗T3處理的凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、蒸騰速率（Tr）最大，分別比CK提高了38.8%、16.1%、35.3%，CK的Pn、Gs最小分別 為17.23 μmol·m-2·s-1、0.31 mol·m-2·s-1，T3處 理的胞間CO2濃度（Ci）最小，為208.62 μmol·mol-1，T4處理的Ci最大，為224.37 μmol·mol-1，相較于T3處理提高了1.3%；黃瓜幼苗各處理的變化趨勢與番茄幼苗基本保持一致，T3的Pn、Gs、Tr最大，分別比CK提高了28.9%、34.3%、21.2%。T1處理的Ci最小，T2處理的Ci最大，相比CK、T1處理分別提高了8%、9%。綜上所述，根施礱糠灰浸提液可以提高番茄、黃瓜葉片的Pn，且以75%濃度的效果最佳。

表7 不同濃度礱糠灰浸提液對番茄和黃瓜葉片光合參數(shù)的影響

2.6 不同濃度礱糠灰浸提液對番茄和黃瓜幼苗葉片碳水化合物代謝及關鍵酶活性的影響

由表8可知，CK與T1處理番茄幼苗葉片碳水化合物含量及關鍵酶活性無顯著差異，黃瓜幼苗葉片淀粉含量和蔗糖合成酶、酸性轉(zhuǎn)化酶活性無顯著差異。對于番茄幼苗而言，T3處理的可溶性總糖含量、蔗糖含量和蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶活性最大，分別較CK顯著提高了38.9%、59.8%和52.2%、66.9%；在根施礱糠灰浸提液之后，淀粉含量呈下降趨勢，T2處理的淀粉含量最低；T3處理的酸性轉(zhuǎn)化酶活性最高，較CK提高了46.1%。對于黃瓜幼苗葉片而言，T3處理的可溶性總糖含量最高，與對照相比增加了39.9%。蔗糖含量整體呈先增后減的趨勢，各處理蔗糖含量顯著高于CK。T2、T3、T4處理的蔗糖合成酶活性均高于對照，分別比對照增加了36.2%、49.8%、40.0%；淀粉含量和酸性轉(zhuǎn)化酶活性呈負相關，T3處理的淀粉含量最小、酸性轉(zhuǎn)化酶活性最大。由此可見，一定濃度的礱糠灰浸提液可以調(diào)控番茄和黃瓜幼苗葉片碳水化合物的代謝，從而維持植物的正常生理活動。

表8 不同濃度礱糠灰浸提液對番茄和黃瓜幼苗葉片碳水化合物代謝及關鍵酶活性的影響

3 討論與結(jié)論

無土栽培中的基質(zhì)栽培具有獨特的優(yōu)勢，可以解決傳統(tǒng)營養(yǎng)土中的一系列問題［23］，不僅可以緩解土地壓力，提高作物的產(chǎn)量，還可以改善作物品質(zhì)［24］。本試驗中不同濃度的礱糠灰浸提液對番茄和黃瓜幼苗生長的影響不同，這與郭煒等［25］在玉米秸稈和稻殼2種生物質(zhì)灰的高低濃度浸提液對影響黃瓜種子的萌發(fā)及幼苗質(zhì)量的研究中所得出的結(jié)論一致。

3.1 不同濃度礱糠灰浸提液對基質(zhì)理化性質(zhì)和基質(zhì)微生物數(shù)量的影響

基質(zhì)的電導率過高或過低都會對番茄幼苗的生長產(chǎn)生影響，郭世榮［26］提出育苗基質(zhì)的電導率應在0.75～2.00 mS·cm-1之間，本試驗各處理的電導率在此范圍內(nèi)。各處理pH均在6.5～7.2之間，符合番茄和黃瓜幼苗的栽培基質(zhì)范圍［27-28］。對于番茄幼苗來說，T3處理的容重、通氣孔隙度、總孔隙度在5個處理中最大。對于黃瓜幼苗來說，T3處理的基質(zhì)總孔隙度、持水孔隙度最大。在根施礱糠灰浸提液之后，基質(zhì)中細菌數(shù)量及真菌數(shù)量顯著減少，尤其以細菌數(shù)量的落差最大。

3.2 不同濃度礱糠灰浸提液對番茄和黃瓜幼苗生長的影響

不同濃度礱糠灰浸提液對幼苗的生長指標也有較大影響。株高和莖粗可以反映出植株的長勢，各處理的株高、莖粗均優(yōu)于CK，其中T3處理的株高、莖粗最大。在根施礱糠灰浸提液之后，各處理幼苗的干重有了明顯變化。T3處理的番茄和黃瓜幼苗地上部干重最大，且顯著高于CK。孟兆江等［29］研究表明，合理的根冠比有利于增強根系的發(fā)育，根冠比越大，植株抗性越好。在各處理中，T3處理的根冠比最大。宮彬彬等［30］研究表明，番茄幼苗壯苗指數(shù)在0.030～0.065之間為合格苗，本試驗各處理的番茄幼苗均為合格苗。T3處理的番茄幼苗和黃瓜幼苗壯苗指數(shù)最大，說明T3處理的幼苗生長勢最好。

3.3 不同濃度礱糠灰浸提液對番茄和黃瓜幼苗中葉綠素和類胡蘿卜素含量的影響

光合作用是植物合成物質(zhì)促進成長的生理基礎，李惠等［31］通過研究堆肥浸提液對番茄、黃瓜種苗生長及養(yǎng)分吸收的影響，發(fā)現(xiàn)堆肥浸提液可以提高葉片的葉綠素含量。本試驗中，各處理的葉綠素含量相對CK均有不同程度地增加。對于番茄幼苗來說，T3處理的葉片葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總量最大，T4處理的類胡蘿卜素含量最大。對于黃瓜幼苗來說，T3處理的葉綠素a含量、葉綠素b含量最大，分別比對照組提高了40%、54%。表明根施75%礱糠灰浸提液時，植物葉綠素含量較高，光合作用能力增強，幼苗干物質(zhì)的積累量最多，有利于番茄和黃瓜幼苗的生長發(fā)育。

3.4 不同濃度礱糠灰浸提液對番茄和黃瓜葉片光合參數(shù)的影響

光合作用是構(gòu)成植物生產(chǎn)力的最主要因素［32］，導致葉片光合速率下降的因素既有氣孔因素也有非氣孔因素。通過Gs和Ci的變化方向可以判斷葉片光合速率降低的原因［33］。Ci升高和Gs下降則說明光合速率的下降應是由葉肉細胞同化能力降低等非氣孔因素所致［34］。在本試驗中，礱糠灰浸提液顯著提高了番茄及黃瓜幼苗的Pn；番茄幼苗T4處理的Ci最大，為224.37 μmol·mol-1，相較于T3處理提高了1.3%。T3處理的Gs較CK提高了16.1%，黃瓜幼苗T2處理的Ci最大，較CK提高了8%。

3.5 不同濃度礱糠灰浸提液對番茄和黃瓜幼苗葉片碳水化合物代謝及關鍵酶活性的影響

種子在萌芽過程中，能夠產(chǎn)生豐富的可溶性糖及蛋白質(zhì)，可溶性糖提供了幼苗生長所需的絕大部分能量［35］。蔗糖是源庫碳水化合物代謝的樞紐，對源庫碳水化合物的合成和代謝具有重要意義［36］。本試驗中，各處理的可溶性總糖和蔗糖含量均為最高，T3處理的幼苗葉片中淀粉含量最低。這表明，一定濃度的礱糠灰浸提液可以為幼苗的生長發(fā)育提供大量的能量，有效促進幼苗生長中的光合、呼吸作用。T3處理幼苗的蔗糖合成酶活性、蔗糖磷酸合成酶活性最高且顯著優(yōu)于其他處理；淀粉含量和酸性轉(zhuǎn)化酶活性呈顯著負相關，T3處理的淀粉含量最小，酸性轉(zhuǎn)化酶活性最大。綜上可知，T3處理的碳水化合物關鍵酶活性最適宜番茄和黃瓜幼苗葉片蔗糖等能源物質(zhì)的積累，有利于幼苗的健壯生長。

綜上所述，不同濃度的礱糠灰浸提液對番茄和黃瓜幼苗生長的影響不同，當?shù)a糠灰浸提液的濃度為75%時最有利于番茄和黃瓜幼苗生長，可以有效的提高幼苗的品質(zhì)，從而提高經(jīng)濟效益。