牛糞和菇渣配比的復(fù)合基質(zhì)對黃瓜幼苗生長的影響

張婷婷，李 娟，劉 娜，薛婉鈺，陳書霞

(西北農(nóng)林科技大學園藝學院/陜西省蔬菜工程技術(shù)研究中心，陜西 楊凌 712100)

【研究意義】健壯的幼苗是獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)果蔬和農(nóng)副產(chǎn)品的最主要物質(zhì)基礎(chǔ)[1]，而育苗基質(zhì)則是種苗制造的基礎(chǔ)物料，直接影響幼苗的后期生長成苗及產(chǎn)出[2]。目前生產(chǎn)上所用的基質(zhì)多是由草炭與不同比例的蛭石和珍珠巖等復(fù)配而成，草炭有機質(zhì)含量較高，成本也相對較高，且是一種不可再生資源，不利于此類基質(zhì)在全國范圍內(nèi)推廣應(yīng)用[3]，從生態(tài)建設(shè)和經(jīng)濟性視角來講，減少草炭的使用率或?qū)ふ移涮娲呖滩蝗菥廩4]。陜西省作為傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大省，農(nóng)業(yè)畜牧業(yè)生產(chǎn)規(guī)模較大。據(jù)報道，陜西省2018年秸稈年產(chǎn)量達1682.24萬t，畜禽年產(chǎn)糞污7000多萬t，但利用率僅約60%[5]。每年大量的農(nóng)業(yè)廢棄物焚燒及環(huán)境污染和再利用問題已經(jīng)逐漸成為我國社會經(jīng)濟發(fā)展中必須解決的一個難題[6]。因此，對農(nóng)業(yè)廢棄物進行合理利用是提高資源利用率和勞動生產(chǎn)率，實現(xiàn)集中發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展，走中國特色新型農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化道路的必然選擇?！厩叭搜芯窟M展】牛糞發(fā)酵腐熟后雖然富含較多的養(yǎng)分，但因其電導率高，不適合單獨使用，需混合其它基質(zhì)用于育苗[7]。牛糞、菇渣具有不同的理化性狀，二者的混合物可以有效彌補相互的不足，得到合適的育苗基質(zhì)[4]。研究表明，菇渣、牛糞等農(nóng)業(yè)廢棄物作為育苗基質(zhì)，可提高幼苗的壯苗比例[8]。添加適當?shù)呐＜S進行堆肥，可顯著增加堆肥中的磷、氮、鉀養(yǎng)分含量，改善堆肥產(chǎn)品的品質(zhì)[9]，將堆肥添加園土進行育苗，可顯著提高黃瓜幼苗的壯苗指數(shù)和抗逆性[10-11]。用菇渣為主要有機質(zhì)配制基質(zhì)，不僅有利于黃瓜幼苗的生長發(fā)育，還促進黃瓜葉片光合作用，顯著提高黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)[12-14]。菇渣、牛糞和蛭石以體積配制成混合基質(zhì)，隨著菇渣含量的增加，使混合基質(zhì)氣水比增加，EC值在幼苗生長合理范圍內(nèi)，主根發(fā)達，側(cè)根茂密[5]。【本研究切入點】目前針對畜禽糞等農(nóng)業(yè)廢棄物在育苗基質(zhì)混配的研究已有較多報道，當m(爐渣)∶m(羊糞)∶m(草炭巖)=1∶1.5∶1時黃瓜幼苗生長較好，改善育苗品質(zhì)，同時降低了草炭用量，降低成本[1]。當m(羊糞)∶m(蛭石)∶m(珍珠巖)=4∶3∶3時，番茄幼苗的生長指標遠遠優(yōu)于其他處理，根系活力強，幼苗生長健壯，充分利用了農(nóng)業(yè)廢棄物，降低成本，可替代商品育苗基質(zhì)來進行番茄育苗[15-16]。但將牛糞、菇渣等進行配比進行果菜類育苗的研究較少?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本試驗利用農(nóng)業(yè)廢棄物牛糞和菇渣，再添加不同比例的珍珠巖和蛭石制成不同比例的基質(zhì)，探究其對黃瓜幼苗出土生長的影響，進行黃瓜穴盤育苗實驗，研究基質(zhì)理化性質(zhì)、養(yǎng)分含量及其對黃瓜幼苗的影響，旨在為農(nóng)業(yè)廢棄物的合理利用奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試黃瓜品種為當?shù)刂髟云贩N“博耐526”。供試基質(zhì)材料為商品育苗基質(zhì)(莘縣魯源育苗基質(zhì)有限公司)，牛糞購買于楊陵秦寶牛業(yè)有限公司，菇渣、蛭石、珍珠巖購買于陜西楊陵霖科生態(tài)工程有限公司，在進行試驗前，牛糞和菇渣均進行了充分腐熟。

1.2 試驗方法

試驗以農(nóng)業(yè)廢棄物牛糞和菇渣添加不同比例的蛭石、珍珠巖配制成7種不同配比的復(fù)合基質(zhì)(以下均為體積比)，試驗共設(shè)7個處理，各處理中蛭石和珍珠巖各占體積比的10%，菇渣和牛糞共占80%。其中T1～T7菇渣和牛糞的體積比分別為1∶7、2∶6、3∶5、4∶4、5∶3、6∶2、7∶1，以商品育苗基質(zhì)為對照(CK)。

挑選飽滿無病蟲害的黃瓜種子，溫湯浸種后室溫下浸泡4 h，待種子充分吸水后放入墊有濾紙的培養(yǎng)皿中，于恒溫箱28～30 ℃下催芽，2/3露白后播種至穴盤中進行育苗，育苗采用50孔穴盤，黃瓜種子催芽后直播，每穴1粒，每處理3盤。播后均勻覆蓋蛭石，然后澆透水。黃瓜幼苗在光周期16/8 h，溫度(28±1)℃的光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，基質(zhì)的相對持水量為85%～95%，空氣相對濕度為80%～90%。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 基質(zhì)理化性質(zhì) 對基質(zhì)的理化特性進行測定，主要包括容重、總孔隙度、通氣孔隙、持水孔隙、氣水比、pH和電導率(EC值)及基質(zhì)的礦質(zhì)元素含量。將各種配比的基質(zhì)準備好并攪拌均勻后，通過四分法取樣，取一個總?cè)莘e為V的玻璃燒杯，稱其重量，記為W1，將干燥后的基質(zhì)加入燒杯中，稱其重量，記為W2，然后將裝滿基質(zhì)的燒杯口用紗布封住，放于水中浸泡24 h，等達到飽和狀態(tài)后取出，取下燒杯上的濕紗布，稱其重量，記為W3，再用濕紗布封住燒杯倒置，控干水分，稱其重量，記為W4[15]，每個處理3次重復(fù)。容重和孔隙度計算公式如下:

容重(g/cm3) = (W2-W1)/V；總孔隙度(%) = (W3-W2)/V×100;

通氣孔隙(%) = (W3-W4)/V×100;

持水孔隙(%)=總孔隙度-通氣孔隙；

氣水比=通氣孔隙/持水孔隙[17]。

通過飽和浸提法測定基質(zhì)的pH和電導率?；|(zhì)pH、EC值將風干基質(zhì)(質(zhì)量)與去離子水(體積)以1∶5比例相混合，2 h后取濾液，分別用pH計和EC計測定pH、EC值，pH、EC值測定參照鮑士旦[17]的方法。

試驗開始前按照四分取樣法取混勻的基質(zhì)樣，礦質(zhì)元素測定主要包括氮、磷、鉀，測定前將烘干基質(zhì)粉碎，經(jīng)過0.5 mm篩子后采用凱氏定氮法測定全氮，原子吸收光譜法測定全鉀，全磷的測定參照鮑士旦[17]的方法。

1.3.2 黃瓜幼苗生長指標測定 播后20 d，每重復(fù)隨機選取生長一致的黃瓜幼苗15株，進行株高和莖粗的測量，測定的方法參考《黃瓜種子資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》。輕輕拔出幼苗，將根系的基質(zhì)清洗干凈，用濾紙吸干表面水分，測定地上部和地下部鮮質(zhì)量。幼苗裝入紙袋放入烘箱105 ℃殺青15 min，殺青處理完畢后幼苗置于75 ℃烘干至恒重，分別測定地上部和地下部干重，測定時每處理分別重復(fù)3次。

測定生長指標后，計算苗子的根冠比、壯苗指數(shù)，計算公式參照李錫香[18]的方法。

1.3.3 黃瓜幼苗生理指標測定 幼苗根系活力測定參照周宇[13]的方法；葉綠素含量的測定參照吳慧[19]的方法。

1.3.4 灰色關(guān)聯(lián)度評價分析 運用灰色關(guān)聯(lián)法對基質(zhì)進行綜合評價，以黃瓜幼苗各項指標構(gòu)成的數(shù)列設(shè)為參考數(shù)列X0，X0={X0(1)，X0(2)…X0(n)}，以參考基質(zhì)的各種幼苗指標構(gòu)成比較數(shù)列Xi，Xi={Xi(1)，Xi(2)…Xi(n)}。

灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)計算公式[20]：

首先將7種混合基質(zhì)及其對照10個指標分別作出無量綱化的處理:Xi=Xi(k)。無量綱化后，帶入計算公式，計算出T1～T7處理與參照的灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)。通過關(guān)聯(lián)度計算公式，得到各處理灰色關(guān)聯(lián)度。依據(jù)關(guān)聯(lián)度的大小選出最佳配比基質(zhì)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理和分析采用Microsoft Excel 2013、SPSS 25.0、prism。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理基質(zhì)理化特性分析

基質(zhì)的性質(zhì)由物理性質(zhì)和化學性質(zhì)共同決定。不同物料具有不同的物理性質(zhì)，包括容重、總孔隙度、通氣孔隙、持水孔隙和氣水比等，這些特性結(jié)合化學特性如pH、EC值、全氮、全磷、全鉀含量等，決定了基質(zhì)的最終特性。有研究表明，當基質(zhì)容重為0.1～0.8 g/cm3，通氣孔隙度為15%～30%，總孔隙度為60%～90%，氣水比為1∶1.5～1∶4時黃瓜幼苗生長的最適宜[14]，黃瓜幼苗喜中性偏酸性土壤，在pH為5.5～7.2的土壤中都能正常生長和發(fā)育，最適pH為6.5，EC值小于2.6 mS/cm為宜[14]。從表1可以看出，不同基質(zhì)配比的容重為0.22～0.39 g/cm3，總孔隙度為52.03%～64.53%，pH為5.93～7.22，EC值為2.95～7.13 mS/cm，且隨著牛糞添加量的減少和菇渣添加量的增加，基質(zhì)的透氣性增大，氣水比增加，pH呈現(xiàn)增加趨勢，EC值呈現(xiàn)降低趨勢。其中處理T1[v(草炭)∶v(牛糞)= 1∶7]的pH最小，EC值最大，顯著高于對照CK的EC值。綜上所述，在試驗范圍內(nèi)，隨著基質(zhì)中菇渣體積比的增加，使混合基質(zhì)容重減小，透氣性增加，pH增加，EC值降低，基質(zhì)的理化性質(zhì)更接近理想基質(zhì)。

表1 不同基質(zhì)配比物理特性的比較

基質(zhì)的養(yǎng)分供應(yīng)水平反應(yīng)在氮、磷、鉀上。從表2可以看出，與CK相比，不同農(nóng)業(yè)廢棄物配比復(fù)合基質(zhì)的全氮、全磷、全鉀的含量顯著高于CK。但隨著牛糞含量的減少和菇渣含量的增加，氮、磷、鉀的含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。當牛糞和菇渣含量分別各占40%(T4處理)時，全氮、全磷、全鉀的含量最高。T1處理中復(fù)合基質(zhì)中的全磷含量最低，為167.69 mg/kg，說明牛糞和菇渣適當配比可有效增加復(fù)合基質(zhì)中氮磷鉀的含量。T6～T7處理的菇渣含量占復(fù)合基質(zhì)體積比的60%～70%，牛糞含量為10%～20%，其氮磷鉀含量和T4處理相比，含量相對較低。T6和T7處理的菇渣比例大，全磷和全鉀含量相對較低。

表2 不同基質(zhì)配比化學特性的比較

2.2 不同處理對黃瓜幼苗形態(tài)指標的影響

不同基質(zhì)對壯苗的形成具有顯著的影響。由表3可以看出，與CK相比，基質(zhì)中菇渣體積比的增加顯著增加了幼苗的莖粗和地下部的干鮮重，使幼苗的根冠比和對照相比顯著增加。其中，T7配比的基質(zhì)培養(yǎng)的黃瓜幼苗的莖粗、地下部干重、地下部鮮重、根冠比顯著高于對照，分別比對照增加了7.26%、39.22%、46.12%和9.59%；因此，其T7處理的壯苗指數(shù)也顯著高于對照，其次是T6和T5處理，其壯苗指數(shù)分別比對照增加了72.79%、53.69%和8.02%。但牛糞體積比為40%以上(T1～T4處理)的幼苗下胚軸長度增加，地下部干鮮重降低，導致幼苗根冠比降低，壯苗指數(shù)顯著低于對照，說明牛糞含量高于40%，會一定程度上影響幼苗壯苗指數(shù)。在本試驗不同廢棄物配比的范圍內(nèi)，增加菇渣的含量和比例，可促進幼苗根系的生長量，有效促進壯苗的形成。

表3 不同基質(zhì)配比對黃瓜幼苗形態(tài)的影響

2.3 不同處理對黃瓜幼苗根系活力的影響

根系活力反映了植物根系吸收水肥強弱的能力。由圖1可知，黃瓜幼苗在不同配比基質(zhì)下根系活力有顯著差異。隨著菇渣含量的增加，幼苗的根系活力呈現(xiàn)顯著增加的趨勢，T6和T7處理的幼苗根系活力顯著大于對照，是對照的111.36%和103.81%，而牛糞含量相對較高的T1～T5處理的幼苗根系活力顯著低于對照。因此，菇渣含量較高的基質(zhì)配比顯著增加了幼苗的根系活力。

圖1 黃瓜幼苗根系活力受不同基質(zhì)配比的影響Fig.1 Effect of different matrix ratio on root activity of cucumber seedlings

2.4 不同處理對黃瓜幼苗葉片葉綠素含量的影響

葉綠素含量的多少與植物新陳代謝能力水平密切相關(guān)，同時也對幼苗的生長發(fā)育造成影響。由表4可知，黃瓜幼苗在不同配比基質(zhì)下葉綠素含量存在顯著差異。隨著菇渣含量的增加，幼苗的葉綠素含量呈現(xiàn)顯著增加的趨勢，T6和T7處理的葉片葉綠素含量顯著大于對照，是對照的102.01%和107.38%，而牛糞含量相對較高的T1～T5處理的幼苗根系活力葉片葉綠素含量顯著低于對照。因此，菇渣含量較高的基質(zhì)配比顯著增加了葉片葉綠素含量。T6、T7從育苗到長至20 d時，都優(yōu)于其他各處理，代謝比較旺盛，說明該配比基質(zhì)有利于促進黃瓜類植物幼苗葉片葉綠素的形成。

表4 黃瓜幼苗葉片葉綠素含量受不同處理的影響

2.5 不同配比基質(zhì)的灰色關(guān)聯(lián)度分析

灰色關(guān)聯(lián)度分析的指標共選取10項，分別為黃瓜幼苗形態(tài)指標及黃瓜葉片葉綠素含量，根據(jù)實際應(yīng)用需要，選擇各指標的最優(yōu)值得到1個參考基質(zhì)S，7種基質(zhì)及對照和指標之間的對照率越高,則表示該配比越優(yōu)[20]。

根據(jù)關(guān)聯(lián)度計算公式，由表5可知，各處理的灰色關(guān)聯(lián)度rCK=0.653，r1=0.348，r2=0.377，r3=0.467，r4=0.471，r5=0.500，r6=0.654，r7=0.881，各基質(zhì)及對照的排序為T7>T6>CK>T5>T4>T3>T2>T1，T7和T6最高，CK次之。

表5 10個指標及參考基質(zhì)的構(gòu)建

2.6 不同處理的成本比較

由表6可以看出，隨著牛糞添加量的減少和菇渣添加量的增加，基質(zhì)成本逐漸增加，T1成本最低370元/t，T7成本最高430元/t，但都比對照成本低。說明在利用農(nóng)業(yè)廢棄物的同時還降低了基質(zhì)成本，為實際生產(chǎn)中農(nóng)業(yè)廢棄物制作有機基質(zhì)的資源化利用提供了可能性。

表6 不同基質(zhì)配比價格比對

3 討 論

3.1 適當配比的菇渣對幼苗壯苗的影響

混合基質(zhì)中菇渣的比例較高或較低時，對蔬菜幼苗的生長都會有一定的影響。以菇渣為基礎(chǔ)材料配制復(fù)合基質(zhì)，將菇渣比例最高提高到70%，辣椒苗的葉綠素、可溶性糖含量有所提高，葉片中的葉綠素、溶性糖含量的多少直接關(guān)系到幼苗的新陳代謝程度及其光合產(chǎn)物積累，可溶性糖含量的增加提高了辣椒的抗寒性和抗旱性[21]。以60%或70%的發(fā)酵菇渣代替土壤作為黃瓜基質(zhì)，提高了其出苗率，增大了幼苗的株高、莖粗、根長、干、鮮重及壯苗指數(shù)，幼苗的生理指標可以直觀反應(yīng)它的生長發(fā)育情況[22]。以v(菇渣)∶v(蛭石)∶v(珍珠巖)=6∶2∶2的復(fù)合基質(zhì)，增大了油麥菜的單株鮮重及葉面積，增強了光合作用，提高了根系的活力[23]，根系的活力反應(yīng)了幼苗根系對于水肥的吸收能力，根系活力越大，幼苗越健壯[16]。這與本試驗結(jié)果一致，當菇渣含量在60%～70%時，可以顯著提高幼苗壯苗的培育。

3.2 牛糞和菇渣對基質(zhì)理化特性的影響

腐熟牛糞中含有以氮元素為主的豐富營養(yǎng)元素，過量施用會讓基質(zhì)的EC值偏高，從而損傷植物根系，妨害正常的水肥吸收，導致地上部生長緩慢，葉緣扭曲，葉片僵硬等[9]。當基質(zhì)配比中牛糞比例增大，基質(zhì)的通氣性逐漸減弱,持水力增強,根系的呼吸不順,同時基質(zhì)中可溶性鹽的含量也會提高[24]。

以菇渣為基礎(chǔ)材料，混合不同比例蛭石、草炭，將菇渣比例最高提高到70%，明顯降低了復(fù)合基質(zhì)的EC值，持水孔隙度提高[21]。混合后基質(zhì)的容重隨菇渣所占比例的增加而逐漸呈遞減趨勢，pH、總孔隙度、持水孔隙均隨菇渣所占比例的增加而逐漸遞增，堿解氮、有效磷、速效鉀含量均隨著菇渣比例增加而明顯上升[25]。使用中草藥渣和蘑菇廢料為主要有機物料配制營養(yǎng)基質(zhì)栽培能夠有效地降低容重和電導率值，提高堿解氮、速效磷和速效鉀的含量，提高土壤中微生物的數(shù)量，從而有效地促進黃瓜葉片的光合作用,顯著提高黃瓜小區(qū)產(chǎn)量[26]。

3.3 基質(zhì)理化特性對幼苗生長的影響

基質(zhì)的理化性質(zhì)能夠反映了基質(zhì)的透氣保水能力、可溶性鹽分濃度等，影響到黃瓜幼苗的吸水、肥、透氣等生理進程，決定著其生長發(fā)育。有研究表明，在番茄和甜瓜育苗生產(chǎn)中，腐熟牛糞配加草炭和蛭石，幼苗代謝旺盛，促進秧苗的生長發(fā)育[10]。雞糞—牛糞蚯蚓堆肥復(fù)合基質(zhì)不但提高了黃瓜幼苗株高、莖粗、全株干鮮重等各項生理指標，還提高了壯苗指數(shù)、根冠比等綜合指標，且隨著堆肥處理時間和雞糞添加量的增加呈現(xiàn)出先上升后下降的變化趨勢[9]，在番茄和甜瓜育苗生產(chǎn)中，腐熟牛糞配加草炭和蛭石，幼苗代謝旺盛，促進秧苗的生長發(fā)育[11]。

4 結(jié) 論

4.1 牛糞和菇渣對基質(zhì)理化特性的影響

從不同基質(zhì)配比對基質(zhì)理化性質(zhì)來看，隨著菇渣含量的增加、牛糞含量的減少，容重降低，EC值降低，pH、總孔隙度、持水孔隙度增加，菇渣對于基質(zhì)理化有一定影響，影響較顯著。

4.2 幼苗生長受基質(zhì)理化性質(zhì)的影響

不同基質(zhì)配比下，隨著菇渣含量的增加、牛糞含量的減少，黃瓜幼苗株高、莖粗、干鮮重等都有明顯影響，且均表現(xiàn)為T6和T7處理的效果最為顯著。

4.3 不同基質(zhì)配比的綜合比較

綜合比較不同基質(zhì)配比對黃瓜幼苗生長生理、基質(zhì)的理化性質(zhì)、基質(zhì)養(yǎng)分供應(yīng)、根系活力及葉綠素含量等指標的影響，可以認為，適當增加菇渣的含量對于黃瓜生長發(fā)育及改善基質(zhì)理化性質(zhì)都具有明顯作用。本試驗的研究結(jié)果表明，用牛糞和菇渣兩種農(nóng)業(yè)廢棄物作為基質(zhì)代替商品基質(zhì)進行黃瓜育苗，使黃瓜幼苗代謝旺盛，促進秧苗的生長發(fā)育，這與前人研究相一致。該試驗研究結(jié)果表明，處理T6[v(草炭)∶v(牛糞)= 6∶2]和T7[v(草炭)∶v(牛糞)= 7∶1]的理化性質(zhì)在合適的范圍內(nèi)，同時對黃瓜的株高、莖粗、地上鮮重、地下干重、壯苗指數(shù)、根系活力、葉綠素的效果最好。因此，黃瓜育苗使用牛糞和菇渣的農(nóng)業(yè)廢棄物代替商品基質(zhì)，不僅可以減少農(nóng)業(yè)廢棄物對生態(tài)環(huán)境的污染，而且可以降低育苗和生產(chǎn)成本。