茄果類蔬菜殘體混合基質(zhì)對黃瓜育苗的影響

傅鴻妃, 郭賽賽, 鄭積榮

(杭州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 蔬菜所,浙江 杭州 310024)

茄果類蔬菜是我國重要的大宗蔬菜品種,主要包括茄子、辣椒和番茄。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)統(tǒng)計,2020年我國茄果類蔬菜種植面積為267.8萬hm2,占全國蔬菜種植面積的26.3%,產(chǎn)量1.18億t,占全國蔬菜總產(chǎn)量的69.8%[1]。茄果類蔬菜主要食用果實,采收后留下大量的根莖葉等非食用和無商品價值的殘體,以每hm2產(chǎn)生4.5 t殘體計算,全國每年產(chǎn)生茄果類蔬菜殘體0.12億t[2]。受粗獷的技術(shù)推廣方式影響,目前處理茄果類蔬菜殘體的常用方式是丟棄或堆棄[3],這不僅污染環(huán)境和滋生病蟲害,也浪費資源。

我國一直重視農(nóng)作物殘體再利用,菌渣[4]、玉米[5-7]、水稻[8-12]、小麥[13-17]等的殘體利用已經(jīng)非常成熟,利用農(nóng)作物殘體發(fā)酵后堆料配制育苗基質(zhì)是近年來的研究方向。目前以玉米殘體[18-22]和菌渣[20-26]的研究最多,小麥[26]和蘆葦[27]等殘體研究也有報道,集中在番茄[18,20-21,26]、辣椒[19-20,26]、黃瓜[22,26]、小白菜[23]、草莓[24]、西瓜[25,27]和水稻[28]的育苗應(yīng)用中,幼苗基質(zhì)中加入適量的農(nóng)作物殘體可以增加幼苗株高和莖粗,提高成苗率,加快干物質(zhì)積累,提升壯苗指數(shù)和根系活力。由于蔬菜殘體含水率較高、碳氮比低等特點使得其資源化利用難度相對較高。當(dāng)前資源化利用的主要方式有直接還田、厭氧漚肥、好氧堆肥、飼料利用等[29],利用茄果類蔬菜殘體發(fā)酵后堆料配制育苗基質(zhì)未見報道。本研究以茄果類蔬菜殘體為原料,輔以雞糞、發(fā)酵菌劑進行發(fā)酵,發(fā)酵完成后與商品育苗基質(zhì)不同比例混合,復(fù)配成混合育苗基質(zhì),研究混合育苗基質(zhì)對黃瓜種子出苗率、幼苗形態(tài)和葉綠素含量、幼苗生物量、幼苗根系生長等的影響,為茄果類蔬菜殘體資源化利用提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐,對茄果類蔬菜產(chǎn)業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試作物

黃瓜品種馳譽518,由天津科潤農(nóng)業(yè)科技股份有限公司生產(chǎn)。

1.1.2 原料

茄果類蔬菜殘體(簡稱殘體)由杭州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院蔬菜基地提供;雞糞從當(dāng)?shù)仞B(yǎng)雞場購買;發(fā)酵菌劑從鄭州益加益生物科技有限公司購買,主要成分為乳酸菌、酵母菌、芽孢桿菌、放線菌等80種有益復(fù)合菌種;商品育苗基質(zhì)由杭州康成農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn),主要成分為椰糠、泥炭、珍珠巖、蛭石。

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1 茄果類蔬菜殘體發(fā)酵

殘體用粉碎機粉碎,每m3殘體加入100 kg雞糞或0.25 kg發(fā)酵菌劑,設(shè)置4個發(fā)酵處理方案:A,殘體;B,殘體+發(fā)酵菌劑;C,殘體+雞糞;D,殘體+雞糞+發(fā)酵菌劑?；旌虾髷嚢杈鶆?含水量調(diào)節(jié)至60%左右,發(fā)酵40 d以上。

1.2.2 混合基質(zhì)配方

將發(fā)酵完成的4種殘體與商品育苗基質(zhì)(T)進行不同比例混合,各處理及其體積比如下:A1T3、A2T2、A3T1處理中殘體A與商品育苗基質(zhì)T的體積比分別為1∶3、2∶2、3∶1,B1T3、B2T2、B3T1處理中殘體B與商品育苗基質(zhì)T的體積比分別為1∶3、2∶2、3∶1,C1T3、C2T2、C3T1處理中殘體C與商品育苗基質(zhì)T的體積比分別為1∶3、2∶2、3∶1,D1T3、D2T2、D3T1處理中殘體D與商品育苗基質(zhì)T的體積比分別為1∶3、2∶2、3∶1,以商品育苗基質(zhì)T為對照(CK),每個處理設(shè)3次重復(fù)。各處理基質(zhì)的基本性質(zhì)見表1。

表1 混合基質(zhì)基本性質(zhì)Table 1 Basic characters of compound substrate

1.2.3 育苗與取樣

選用50孔塑料穴盤,單棟塑料大棚育苗。播種后7 d觀察統(tǒng)計出苗率,當(dāng)黃瓜幼苗長到兩葉一心可以定植時取樣,測定其他指標(biāo)?；|(zhì)在混合拌勻后取樣。

1.3 檢測項目與方法

1.3.1 基質(zhì)

pH值用酸度計法測定,電導(dǎo)率(EC值)用電導(dǎo)率儀測定,容重用帶刻度燒杯法測定,總N含量用開氏法測定,總P含量用鉬銻抗比色法測定,總K含量用氫氟酸消解法測定[30]。

1.3.2 秧苗

株高和葉片大小用直尺測量,莖粗用0.01 mm數(shù)顯卡尺測量,鮮重和干重用千分之一天平稱量。SPAD值用植物營養(yǎng)測定儀TYS-4N測定,根系用Microtek scanMaker i800plus掃描儀和GXY-A植物根系表型分析系統(tǒng)分析[31]。

1.3.3 計算公式

I=(d/h+mr/ms)×md;

(1)

G=md/t[26];

(2)

(3)

式(1)～(3)中,I表示壯苗指數(shù),d表示莖粗,h表示株高,mr表示地下部干重,ms表示地上部干重,G值表示干物質(zhì)積累速率,md表示全株干重,t表示育苗天數(shù),cd表示干物質(zhì)含量,mf表示全株鮮重。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用SPSS 22軟件進行數(shù)據(jù)處理,用新復(fù)極差法(Duncan)進行方差分析,用Pearson法進行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 混合基質(zhì)對黃瓜種子出苗率的影響

除C3T1和D3T1處理外,其他處理的種子出苗率與CK相比無顯著差異。C3T1和D3T1的出苗率僅為56.67%和77.33%,顯著(P<0.05)低于CK出苗率(圖1)。

柱上無相同字母代表0.05水平差異顯著。下同。Data on the bars marked without the same lowercase letter indicated significant differences at P<0.05. The same as bellow.圖1 不同混合基質(zhì)的黃瓜種子出苗率Fig.1 Cucumber seed germination rates in different compound substrates

2.2 混合基質(zhì)對黃瓜幼苗形態(tài)和葉綠素含量的影響

混合基質(zhì)處理的幼苗株高均顯著(P<0.05)低于CK(圖2-A)。除D3T1處理外,其他處理的幼苗莖粗與CK無顯著差異(P>0.05)(圖2-B)。除A1T3、B1T3、C1T3和D1T3處理外,其他處理幼苗葉片均顯著(P<0.05)小于CK(圖2-C)。這說明混合基質(zhì)使黃瓜幼苗植株變矮,4個處理發(fā)酵完成的茄果類蔬菜殘體與商品育苗基質(zhì)1∶3配制成的混合基質(zhì),對黃瓜幼苗葉片大小沒有顯著影響。

SPAD值是衡量植株葉綠素相對含量和代表植物綠色程度的參數(shù)[32]。全部處理的幼苗子葉SPAD值均比CK大,且A3T1、C3T1、D1T3、D2T2和D3T1處理的SPAD值顯著(P<0.05)大于CK(圖2-D)。除B3T1處理的真葉SPAD值顯著(P<0.05)低于CK外(圖2-E),其他處理與CK差異不顯著。這說明茄果類蔬菜殘體堆置發(fā)酵時同時加入雞糞和發(fā)酵菌劑,有助于提高黃瓜幼苗子葉的葉綠素含量。

2.3 混合基質(zhì)對黃瓜幼苗生物量的影響

由表2可知,A1T3和D1T3處理全部生物量指標(biāo)與CK差異不顯著(P>0.05),B1T3和C1T3處理除單株鮮重外,其他生物量指標(biāo)均與CK差異不顯著(P>0.05),這說明4個處理發(fā)酵完成的茄果類蔬菜殘體與商品育苗基質(zhì)1∶3配制成的混合基質(zhì),對黃瓜幼苗生物量沒有影響或影響不大。

表2 不同混合基質(zhì)的黃瓜單株幼苗生物量Table 2 Single seedling biomass of cucumber in different compound substrates

除A1T3和D1T3處理外,其他處理幼苗鮮重均顯著小于CK(P<0.05)。A3T1、B2T2、B3T1、C3T1、D2T2和D3T1處理的幼苗單株干重、地上部分干重和G值均顯著小于CK(P<0.05)。D3T1處理的地下部分干重和壯苗指數(shù)顯著小于CK(P<0.05)。A2T2、A3T1、B2T2、B3T1和D3T1處理的干物質(zhì)含量顯著(P<0.05)大于CK。

對黃瓜幼苗生物量指標(biāo)進行相關(guān)性分析(表3),發(fā)現(xiàn)G值與單株鮮重、單株干重、地上部分干重、地下部分干重和壯苗指數(shù)呈極顯著(P<0.01)正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.927、0.997、0.995、0.798和0.735;壯苗指數(shù)與單株鮮重、單株干重、地上部分干重和地下部分干重等呈極顯著(P<0.01)正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.539、0.746、0.685和0.981;干物質(zhì)含量與單株鮮重呈極顯著(P<0.01)負相關(guān),相關(guān)系數(shù)為-0.565。

表3 黃瓜單株幼苗生物量的Pearson相關(guān)性分析Table 3 Pearson correlation analysis of cucumber single seedling biomass

2.4 混合基質(zhì)對黃瓜幼苗根系生長的影響

植物根系是活躍的吸收和代謝器官,直接影響植株的長勢[20]。從表4可以看出,除A1T3、A3T1和C2T2處理外,其他處理的黃瓜幼苗根系長度均顯著(P<0.05)小于CK;A1T3和C2T2處理的根系體積顯著(P<0.05)大于CK;A1T3處理的根系表面積和D3T1處理的根系直徑顯著(P<0.05)大于CK;除A1T3和C2T2處理外,其他處理根尖數(shù)均顯著(P<0.05)少于CK。A1T3處理的單株幼苗根系體積和表面積分別比CK顯著增加0.30 cm3和8.66 cm2。

表4 不同混合基質(zhì)的黃瓜單株幼苗根系指標(biāo)Table 4 Root index of cucumber single seedling in different compound substrates

對黃瓜幼苗根系指標(biāo)進行相關(guān)性分析(表5),發(fā)現(xiàn)根尖數(shù)與根系長度、根系體積、根系表面積呈極顯著(P<0.01)正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別是0.909、0.857和0.900。根系長度與根系體積、根系表面積呈極顯著(P<0.01)正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別是0.878和0.942);根系直徑與根尖數(shù)、根系長度呈顯著(P<0.05)負相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別是-0.381和-0.366。

表5 根系指標(biāo)的Pearson相關(guān)性分析Table 5 Pearson correlation analysis of root index

3 結(jié)論與討論

利用茄果類蔬菜殘體進行農(nóng)作物育苗的研究尚未有報道,本研究結(jié)果可為后面學(xué)者進行該方面研究提供一定的理論依據(jù)和參考價值。出苗率是衡量種子質(zhì)量的指標(biāo)[33],也是反映育苗基質(zhì)質(zhì)量的主要指標(biāo)[27]。本研究發(fā)現(xiàn),茄果類蔬菜殘體占比1/4的混合基質(zhì)出苗率均在96%以上,就出苗率而言,適合黃瓜育苗。C3T1和D3T1兩個處理的出苗率均顯著低于其他處理,這可能是茄果類蔬菜殘體堆置發(fā)酵時加入雞糞所致,雞糞抑制了黃瓜種子對水分的吸收。

SPAD值是衡量植株葉綠素相對含量和代表植物綠色程度的參數(shù)[32]。本研究發(fā)現(xiàn),添加雞糞和發(fā)酵菌劑的茄果類蔬菜殘體,可以顯著增加黃瓜幼苗子葉的葉綠素相對含量,且殘體占比越高,葉綠素相對含量越高,但對黃瓜幼苗真葉葉綠素相對含量影響不大。這可能是茄果類蔬菜殘體營養(yǎng)物質(zhì)相對豐富,黃瓜種子吸收后轉(zhuǎn)化成利于葉綠素合成的物質(zhì)所致;隨著幼苗的生長,種子中該物質(zhì)逐漸消耗,到真葉長出時利于葉綠素合成的物質(zhì)已經(jīng)耗盡,致使真葉葉綠素含量增加不顯著。生物量是衡量秧苗生長的重要指標(biāo)[27],能夠直接體現(xiàn)秧苗適應(yīng)環(huán)境、獲取環(huán)境物質(zhì)和積累物質(zhì)的能力[34]。本研究表明,茄果類蔬菜殘體抑制黃瓜幼苗長高,且隨殘體占比增加,黃瓜幼苗株高下降。這可能是茄果類蔬菜生育期較長,植株木質(zhì)化程度較高,產(chǎn)生的營養(yǎng)物質(zhì)不能促進黃瓜幼苗長高。在商品育苗基質(zhì)中加入1/4茄果類蔬菜殘體發(fā)酵物,培育的黃瓜幼苗生物量指標(biāo)與商品育苗基質(zhì)培育的黃瓜幼苗沒有顯著差異,或僅單株鮮重有差異。這可能是因為只加入雞糞或發(fā)酵菌劑會抑制黃瓜幼苗鮮重,但是對干物質(zhì)的積累沒有影響。本研究還發(fā)現(xiàn),黃瓜幼苗G值與單株鮮重、單株干重、地下部分干重、地上部分干重、壯苗指數(shù),壯苗指數(shù)與單株鮮重、單株干重、地下部分干重、地上部分干重之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系,這說明黃瓜幼苗生長速度越快,質(zhì)量越大,干重積累越多,幼苗素質(zhì)就越好。干物質(zhì)含量與單株鮮重之間存在極顯著負相關(guān)關(guān)系,應(yīng)是水分含量隨單株鮮重增加所致。

根系是連接植物地上部分與土壤物質(zhì)間的重要橋梁和紐帶[35],是植物吸收水分和營養(yǎng)物質(zhì)的主要器官,植物通過根系將水分和營養(yǎng)物質(zhì)輸送到整個植株[36]。本研究中,沒有添加物堆置發(fā)酵后的茄果類蔬菜殘體,與商品育苗基質(zhì)1∶3比例復(fù)配的混合基質(zhì),使黃瓜幼苗根系體積和表面積顯著增加,這可能是茄果類蔬菜殘體為黃瓜根系體積和表面積增加提供了必需的營養(yǎng)物質(zhì)所致。本研究還表明,黃瓜幼苗根尖數(shù)與根系長度、根系體積、根系表面積之間,根系長度與根系體積、根系表面積之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系,這說明根尖數(shù)決定黃瓜幼苗的根系長度、根系體積和表面積,根尖數(shù)越多,根系越發(fā)達,根系總長度越長,使根系表面積和體積越大。根系直徑與根尖數(shù)、根系長度之間存在顯著負相關(guān)關(guān)系,說明根系縱向生長和橫向生長是相互制約的過程。