菇渣堆肥復(fù)配基質(zhì)對黃瓜穴盤苗生長效應(yīng)的綜合評價

李其勝, 顧大路, 董青君, 殷小冬, 楊文飛, 杜小鳳, 文廷剛, 賈艷艷, 楊 威, 徐永剛

(1.江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所,江蘇 淮安 223001;2.淮陰師范學(xué)院,江蘇 淮安 223300)

無土育苗是以草炭和蛭石等通氣較好的材料作為基質(zhì),并澆施營養(yǎng)液進(jìn)行育苗的一種方法[1]。該方法不僅可以保護(hù)根系,有效減輕病蟲害,還有利于培育優(yōu)質(zhì)壯苗,提高幼苗的成活率和品質(zhì)[2]。傳統(tǒng)的草炭商品基質(zhì)價格高,且是不可再生資源,尋找成本低、理化特性好的材料替代草炭作為育苗基質(zhì)已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)[3]。

據(jù)統(tǒng)計,中國年產(chǎn)約1.60×107t菇渣,如能將其堆肥化處理后作為育苗基質(zhì),不僅可以減少環(huán)境污染,還能變廢為寶[4-5]。菇渣中含有豐富的多糖、蛋白質(zhì)、有機(jī)質(zhì)和多種酶等活性物質(zhì),且理化性質(zhì)接近草炭[6],經(jīng)堆肥后適合作為育苗基質(zhì)。菇渣經(jīng)發(fā)酵腐熟后能夠降低其鹽分和有害物質(zhì)含量,提高腐殖化程度,增加養(yǎng)分含量[7]。田鎖霞等[6]研究了菇渣和園林廢棄物堆肥的理化性質(zhì)及其在黃瓜育苗中替代草炭的效果,發(fā)現(xiàn)其替代比例不宜超過40%;陳貽釗等[8]認(rèn)為將海鮮菇菇渣和紅泥土復(fù)配可以滿足西瓜幼苗的生長要求,其中海鮮菇菇渣用量為70%最為適宜;董傳遷等[9]的研究結(jié)果表明,與利用秸稈堆肥和食用菇菇渣混合配制而成的草炭基質(zhì)相比,玉米秸稈和棉籽殼、菇渣作為育苗基質(zhì)育出的辣椒幼苗質(zhì)量明顯較好。

菇渣經(jīng)高溫堆肥后能達(dá)到無害化腐熟標(biāo)準(zhǔn),但因其氮、磷、鉀總養(yǎng)分含量較低,不能單獨(dú)作為基質(zhì)用于育苗[10]。牛糞堆肥是牛糞經(jīng)發(fā)酵腐熟后的有機(jī)肥料,其養(yǎng)分含量較高,是良好的育苗基質(zhì)材料[11]。前人研究結(jié)果表明,將牛糞堆肥添加園土進(jìn)行育苗,可增加基質(zhì)中的養(yǎng)分含量,顯著提高蔬菜幼苗的壯苗指數(shù)和葉綠素含量[12-14]。盡管已有相關(guān)菇渣堆肥基質(zhì)研究,但菇渣堆肥和牛糞堆肥、蛭石復(fù)配基質(zhì)進(jìn)行果蔬類育苗研究較少,且菇渣堆肥和牛糞堆肥在養(yǎng)分含量、電導(dǎo)率等理化性質(zhì)方面存在互補(bǔ)優(yōu)勢。不同原材料的菇渣堆肥用于育苗基質(zhì)的效果也存在差異。因此,本研究擬以主要成分為木屑、玉米芯和甘薯渣的菇渣堆肥搭配牛糞堆肥、草炭、蛭石進(jìn)行不同配比,通過測定各配方的基質(zhì)特性及其對黃瓜幼苗生長的影響,篩選出適宜黃瓜生長的最優(yōu)基質(zhì)配方,旨在為農(nóng)業(yè)廢棄物的合理利用提供新的途徑。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試菇渣堆肥制備:菇渣為杏鮑菇栽培廢料,其成分主要是木屑、玉米芯和甘薯渣等,經(jīng)過粉碎,加入生物炭、微生物菌劑等添加劑,在泡沫箱中進(jìn)行好氧發(fā)酵,堆體初始含水率調(diào)節(jié)至60%左右,每2 d翻堆1次,經(jīng)過21 d,各項指標(biāo)顯示堆肥腐熟完成。菇渣堆肥的基本理化性質(zhì)如下:pH 7.90,電導(dǎo)率1.75 mS/cm,有機(jī)碳含量365.73 g/kg,全氮含量20.60 g/kg,全磷含量6.28 g/kg,全鉀含量17.34 g/kg,發(fā)芽指數(shù)140%,含水率36.34%。

供試黃瓜品種為致綠0159,市售。供試商品基質(zhì)購自淮安市柴米河有限公司。牛糞堆肥、泥炭(丹麥進(jìn)口品氏泥炭)、蛭石均為市售。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2022年7月在淮安市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院溫室大棚內(nèi)進(jìn)行。將菇渣堆肥、牛糞堆肥、草炭和蛭石按不同比例復(fù)配,各配比組合見表1。試驗共設(shè)8個處理,分別以草炭基質(zhì)(CK1)和市售育苗基質(zhì)(CK2)為對照。基質(zhì)混配后裝入50孔育苗盤中,每穴1粒種子,播種后覆蓋1 cm厚基質(zhì),每個處理3盤(即每處理3次重復(fù),每重復(fù)50株幼苗)。播種完成后將基質(zhì)澆透,在子葉展平期噴施復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)水溶液,含量為0.1%,5 d后追施1次。

表1 不同基質(zhì)配方

1.3 樣品采集與測定

播種后5 d調(diào)查各處理出苗率,待種苗長到4葉1心(播種后20 d)后,每盤隨機(jī)選取10株幼苗,測定株高、莖粗、葉綠素相對含量(SPAD值)、葉長、葉寬、地上部鮮質(zhì)量和地下部鮮質(zhì)量。測定時小心取出幼苗及根部基質(zhì),用游標(biāo)卡尺測量株高和莖粗。將地上部和地下部用剪刀剪開后置于烘箱中,烘至恒質(zhì)量后稱取干質(zhì)量。用SPAD儀測定葉綠素相對含量(SPAD值,取平均值)。根冠比和壯苗指數(shù)計算如下:

根冠比=地下部干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量

(1)

壯苗指數(shù)=(莖粗/株高+地下部干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量) ×總干質(zhì)量

(2)

基質(zhì)pH和電導(dǎo)率(EC)分別采用pH計和電導(dǎo)率儀測得;基質(zhì)有機(jī)碳含量、全氮含量、全磷含量、速效磷含量和堿解氮含量的測定參照魯如坤[15]的方法。

基質(zhì)容重和孔隙度測定參照NY/T2118-2012的方法:稱取已知容積為200 ml的環(huán)刀質(zhì)量,記為M1;將干燥后的基質(zhì)樣品加入此環(huán)刀中,稱取質(zhì)量,記為M2;將裝滿基質(zhì)樣品的環(huán)刀浸泡在水中24 h,稱取質(zhì)量,記為M3;將環(huán)刀中水分瀝干后,稱取質(zhì)量,記為M4,具體計算方式如下:

容重(g/cm3)=(M2-M1)/200

(3)

總孔隙度(%)=(M3-M2)/200×100%

(4)

通氣孔隙度(%)=(M3-M4)/200 ×100%

(5)

持水孔隙度(%)=總孔隙度(%)-通氣孔隙(%)

(6)

氣水比=通氣孔隙/持水孔隙

(7)

1.4 黃瓜植株形態(tài)指標(biāo)的綜合評價

植物形態(tài)指標(biāo)綜合評價采用隸屬函數(shù)法[16],綜合得分越高,說明植株生長效果越好。用下列公式計算:

U(Ea)=(Ea-Eb)/(Eb-Ec)。式中,U(Ea)為某一生長指標(biāo)在各處理的隸屬函數(shù)值;Ea為某一生長指標(biāo)的測定值,Eb和Ec為該指標(biāo)在各配方基質(zhì)中的最大值和最小值。求各處理所有生長指標(biāo)的隸屬函數(shù)值的平均值,即為綜合評價指數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Duncan’s法檢驗各處理間的差異性(P<0.05)。采用Excel 2016和Origin 2022b進(jìn)行制表和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同茹渣堆肥復(fù)配基質(zhì)的理化性質(zhì)

由表2和表3可知,各處理基質(zhì)原料配比不同,其理化性質(zhì)也不相同。各處理育苗基質(zhì)的容重為0.15～0.34 g/cm3,添加菇渣基質(zhì)(T1～T6)的容重大于對照組,其中T6容重最大,CK1容重最小。添加菇渣的基質(zhì)(T1～T6)總孔隙度和持水孔隙度顯著低于CK1,尤以T2基質(zhì)孔隙度最小。T5基質(zhì)的通氣孔隙度為9.17%,顯著高于CK2處理,與其他處理相比無顯著差異。氣水比以T5基質(zhì)最高,為0.17。

表2 不同茹渣堆肥復(fù)配基質(zhì)的物理性質(zhì)

表3 不同茹渣堆肥復(fù)配基質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)

pH和EC是影響基質(zhì)效果的重要指標(biāo),一般育苗基質(zhì)適宜的pH為5.5～7.5,適宜的EC值小于2.6 mS/cm[17]。與CK1和CK2相比,添加菇渣的基質(zhì)能顯著增加基質(zhì)pH和EC。T3基質(zhì)的pH最高,為7.86,顯著高于T5、T6基質(zhì)和對照。各基質(zhì)的EC值為0.74～3.34 mS/cm,其中T5基質(zhì)的EC值最大,CK1的EC值最小。與對照(CK1、CK2)相比,添加菇渣堆肥的基質(zhì)T1～T6能顯著增加速效磷以及T4～T6基質(zhì)能顯著增加堿解氮含量。隨著菇渣添加比例減少,基質(zhì)速效養(yǎng)分含量也減少。CK1的有機(jī)質(zhì)含量均高于其他基質(zhì),CK2有機(jī)質(zhì)含量最低,為396.22 g/kg。與速效養(yǎng)分相似,不同基質(zhì)處理全量養(yǎng)分差異明顯,T1～T6基質(zhì)全氮和全磷含量顯著高于CK1和CK2處理。

2.2 不同茹渣堆肥復(fù)配基質(zhì)對黃瓜幼苗生長的影響

從表4可知,所有基質(zhì)的黃瓜出苗率達(dá)95%以上,其中T6基質(zhì)出苗率最高,為99.33%。T6基質(zhì)黃瓜幼苗的株高、莖粗和葉長均為最高值,分別為33.27 cm、4.71 cm和7.88 cm。與其他基質(zhì)相比,CK2的葉綠素相對含量最高,T6基質(zhì)次之,分別為36.40和31.01,顯著高于CK1。地上部干質(zhì)量和地下部干質(zhì)量以CK2和T6基質(zhì)較高。由圖1和圖2可知,T6基質(zhì)的根冠比和壯苗指數(shù)均顯著高于其他處理(壯苗指數(shù)中CK2除外),分別為0.21和0.12。

表4 不同茹渣堆肥復(fù)配基質(zhì)對黃瓜幼苗生長的影響

CK1、CK2、T1、T2、T3、T4、T5、T6見表1。不同小寫字母表示基質(zhì)間差異顯著(P<0.05)。

CK1、CK2、T1、T2、T3、T4、T5、T6見表1。不同小寫字母表示基質(zhì)間差異顯著(P<0.05)。

2.3 不同茹渣堆肥復(fù)配基質(zhì)對黃瓜幼苗生長影響的綜合評價

運(yùn)用隸屬函數(shù)法對各茹渣堆肥復(fù)配基質(zhì)的黃瓜幼苗生長指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(表5)。CK1、T3、T4和T6基質(zhì)的出苗率的評價系數(shù)明顯高于其他基質(zhì)。T6基質(zhì)的株高、莖粗、葉長和葉寬的評價系數(shù)最高,數(shù)值均為1.00。地上部干質(zhì)量和SPAD值評價系數(shù)以CK2最高,T6基質(zhì)次之。根冠比評價系數(shù)以T6基質(zhì)最高。地下部干質(zhì)量和壯苗指數(shù)評價系數(shù)以CK2和T6基質(zhì)較高。

通常某一復(fù)配基質(zhì)的作物生長指標(biāo)評價系數(shù)越大,說明使用該復(fù)配基質(zhì)育苗效果更好[18]。在所有復(fù)配基質(zhì)中,T6基質(zhì)的綜合評價指數(shù)最高,數(shù)值為0.90,其次是CK2,綜合評價指數(shù)為0.73。綜合評價指數(shù)最低的為CK1,僅為0.15。各復(fù)配基質(zhì)下黃瓜幼苗生長綜合評價指數(shù)的排序為T6>CK2>T4>T3>T5>T2>T1>CK1。

表5 不同茹渣堆肥復(fù)配基質(zhì)下黃瓜幼苗生長指標(biāo)的綜合評價

2.4 茹渣堆肥復(fù)配基質(zhì)特性與黃瓜幼苗生長指標(biāo)的相關(guān)性

對黃瓜幼苗生長指標(biāo)與育苗基質(zhì)的理化性質(zhì)進(jìn)行相關(guān)性檢驗,結(jié)果(表6)顯示,幼苗株高、莖粗與基質(zhì)容重呈顯著正相關(guān),與有機(jī)質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān);幼苗葉長、葉寬與基質(zhì)容重、pH、電導(dǎo)率、速效磷含量、堿解氮含量、全氮含量和全磷含量呈顯著正相關(guān),與基質(zhì)總孔隙度、持水孔隙度和有機(jī)質(zhì)呈顯著負(fù)相關(guān);幼苗SPAD值和地上部干質(zhì)量均與基質(zhì)速效磷含量呈顯著負(fù)相關(guān);黃瓜幼苗根冠比與基質(zhì)容重呈顯著正相關(guān)。

表6 黃瓜幼苗生長指標(biāo)與基質(zhì)特性相關(guān)性分析

3 討論

3.1 茹渣堆肥復(fù)配對育苗基質(zhì)理化性質(zhì)的影響

研究結(jié)果表明,未經(jīng)腐熟的菇渣中含有許多對作物幼苗產(chǎn)生毒害作用的物質(zhì),需經(jīng)高溫發(fā)酵堆肥后才能作為無土栽培基質(zhì)[19]。菇渣堆肥富含豐富的有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì),可以顯著提升基質(zhì)的肥力,并提高幼苗成活率[20]。基質(zhì)理化特性的好壞直接關(guān)系到幼苗的生長發(fā)育[21-22]。pH和電導(dǎo)率是衡量基質(zhì)能否用于育苗的重要因子[23]。本研究中,所有處理的pH和EC值均處于適宜范圍內(nèi),其中添加菇渣堆肥和牛糞堆肥處理的EC值偏高。浩折霞等[14]通過試驗也發(fā)現(xiàn),牛糞堆肥不適宜單獨(dú)作為基質(zhì),需與草炭、蛭石等按照一定的比例進(jìn)行混配來降低基質(zhì)EC值。基質(zhì)的容重和孔隙度是影響幼苗根系生長的重要指標(biāo)[24]。前人研究認(rèn)為,理想基質(zhì)的容重為0.2～0.8 g/cm3,總孔隙度應(yīng)為60%～90%[25]。試驗結(jié)果表明,除T2、T3基質(zhì),其他基質(zhì)的容重、總孔隙度均在適宜范圍內(nèi),添加菇渣堆肥的復(fù)配基質(zhì)容重顯著高于CK1,總孔隙度、持水孔隙度均顯著低于CK1。這是因為菇渣堆肥和牛糞堆肥有著較小的比表面積和孔隙度,可以有效改良草炭基質(zhì)容重小等特點(diǎn)[26]?；|(zhì)中養(yǎng)分含量的高低能夠反映植物幼苗生長質(zhì)量健康狀況[14]。本研究中,菇渣堆肥復(fù)配基質(zhì)的全量養(yǎng)分和速效養(yǎng)分含量均顯著高于草炭基質(zhì),其中茹渣堆肥添加比例最高的T1基質(zhì)養(yǎng)分含量最高,這與孫朝輝等[27]的研究結(jié)果相似,其研究結(jié)果表明茹渣堆肥復(fù)配基質(zhì)的速效鉀、堿解氮、速效磷含量隨菇渣堆肥添加比例增加而明顯上升。

3.2 不同茹渣堆肥復(fù)配基質(zhì)對黃瓜幼苗生長發(fā)育的影響

不同茹渣堆肥復(fù)配基質(zhì)由于理化性質(zhì)不同,其育苗效果也各不相同。前人通過將菇渣和蛭石混合配制育苗基質(zhì),發(fā)現(xiàn)其可以顯著促進(jìn)黃瓜幼苗生長、提高生物量和根系活力[28]。趙海亮等[13]的研究結(jié)果表明,在沙化土中添加腐熟的牛糞和菇渣,可以有效促進(jìn)番茄植株生長發(fā)育,提高番茄產(chǎn)量。本試驗測定了黃瓜幼苗的各項生長發(fā)育指標(biāo),結(jié)果表明,添加菇渣堆肥和牛糞堆肥的復(fù)配基質(zhì)(T1～T6)黃瓜幼苗的株高、莖粗、葉長、葉寬及地下部干質(zhì)量較CK1明顯增加。根冠比和壯苗指數(shù)是反映幼苗質(zhì)量高低的重要指標(biāo)[29-34]。本研究中,T6基質(zhì)的根冠比和壯苗指數(shù)顯著高于其他處理,表明在其復(fù)配基質(zhì)中黃瓜幼苗生長更健壯,根系更發(fā)達(dá)。與傳統(tǒng)基質(zhì)相比,菇渣堆肥復(fù)配基質(zhì)的養(yǎng)分含量較高,一是因為菇渣堆肥和牛糞堆肥具有豐富的氮、磷等大量營養(yǎng)元素和中微量營養(yǎng)元素;二是因為菇渣堆肥和牛糞堆肥具有團(tuán)粒結(jié)構(gòu),使得基質(zhì)養(yǎng)分不易淋失,在育苗過程中能持續(xù)供給有效養(yǎng)分[8];此外,菇渣堆肥復(fù)配基質(zhì)的容重和通氣孔隙度等物理性質(zhì)也得到有效改善,具有保持水分和通氣、促進(jìn)幼苗扎根的作用。

僅通過單一指標(biāo)不能準(zhǔn)確判斷在各復(fù)配基質(zhì)中植株的生長質(zhì)量[35],本試驗采用隸屬函數(shù)法對黃瓜幼苗各生長指標(biāo)進(jìn)行綜合評價分析,發(fā)現(xiàn)T6基質(zhì)的綜合評價指數(shù)最高,其后依次為CK2、T4、T3、T5、T2、T1、CK1,這說明植株生長綜合評價指數(shù)隨著菇渣用量增加而降低,尤以T6基質(zhì)的30%添加量對幼苗健壯生長最為適合。不同原材料的菇渣堆肥可能對幼苗生長效果不同,如常曉曉等[36]利用以主要成分為棉籽殼和麥糠的菇渣作為基質(zhì)育苗,結(jié)果表明,菇渣和蛭石3∶1復(fù)合基質(zhì)的幼苗綜合評價系數(shù)最高。而陳菲等[37]認(rèn)為,菇渣粒徑大小是影響基質(zhì)理化特性的重要因素,粒徑不同對基質(zhì)育苗效果影響也不同。

3.3 茹渣堆肥復(fù)配基質(zhì)理化性質(zhì)與黃瓜幼苗生長指標(biāo)的相關(guān)性

本研究中,黃瓜幼苗葉長、葉寬與基質(zhì)養(yǎng)分含量(氮、磷)呈顯著正相關(guān)關(guān)系,說明較高的基質(zhì)養(yǎng)分含量有利于植株葉片生長,促進(jìn)幼苗生長發(fā)育[38]。株高、葉長、葉寬與基質(zhì)的容重呈顯著正相關(guān)關(guān)系,與基質(zhì)總孔隙度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,這和前人的研究結(jié)果相似,容重大,基質(zhì)總孔隙度小,有利于幼苗扎根,促進(jìn)幼苗健壯[39]。葉片SPAD值與基質(zhì)電導(dǎo)率、速效磷含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,這是因為隨著菇渣堆肥添加比例的增加,復(fù)配基質(zhì)中的速效磷含量增加,但同時也增加了基質(zhì)中可溶性鹽含量,鹽分含量較高可能會抑制光合作用過程中各種酶的活性,影響葉片光合作用,不利于葉綠素的形成。這與李蒙等[39]采用礱糠灰混配基質(zhì)在甜瓜栽培上的應(yīng)用研究結(jié)果相反,其結(jié)果表明EC值越大,SPAD值也越大,這是因為礱糠灰較菇渣堆肥養(yǎng)分含量少且EC值小,EC值增大不會對幼苗造成毒害,且會增加基質(zhì)中的營養(yǎng)物質(zhì),促進(jìn)幼苗有機(jī)物質(zhì)的合成,從而增加黃瓜幼苗的葉綠素相對含量。

4 結(jié)論

本試驗中,T6基質(zhì)(30%菇渣堆肥+20%牛糞堆肥+30%草炭+20%蛭石)各項理化指標(biāo)值均在理想基質(zhì)要求的適宜范圍內(nèi),且黃瓜幼苗的出苗率、株高、莖粗和壯苗指數(shù)等生長指標(biāo)均優(yōu)于其他基質(zhì),因此可以考慮將T6基質(zhì)作為黃瓜穴盤育苗的推薦茹渣堆肥復(fù)配基質(zhì)。