沼渣替代草炭的栽培基質(zhì)特性及其對番茄生長的影響

張青青 黃璐璐 金海洋 朱吉明 楊業(yè)鳳 錢志紅 薄玉華 林天杰

摘要 以沼渣作為草炭的替代材料，研究不同配比沼渣對栽培基質(zhì)理化性質(zhì)及其對番茄農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量等的影響，探究沼渣替代草炭作栽培基質(zhì)的可行性，以及沼渣替代草炭作栽培基質(zhì)的最佳配比。結(jié)果表明：沼渣替代草炭后提高了栽培基質(zhì)的容重、pH、EC、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量，而最大持水量、田間持水量、毛管孔隙和總孔隙度降低。沼渣替代草炭后栽培基質(zhì)容重為0.17～0.34 g/cm，總孔隙度為61.87%～68.88%，非毛管孔隙度在11.87%～15.42%，pH在5.67～5.94，EC值在0.21～3.85 mS/cm，CK、T、T和T處理的栽培基質(zhì)的理化性質(zhì)均在適宜范圍，而T處理（沼渣∶蛭石∶珍珠巖=6∶2∶2）的栽培基質(zhì)EC值超過3.49 mS/cm，不適宜作栽培基質(zhì)。沼渣替代草炭的栽培基質(zhì)顯著降低了番茄的株高、莖粗和葉綠素含量（P＜0.05），且沼渣替代草炭的比例越高，番茄的株高、莖粗和葉綠素含量越低。但隨著作物的生長，這種差異逐漸降低。沼渣替代草炭的栽培基質(zhì)的番茄單果重和單株結(jié)果數(shù)低于CK。結(jié)合番茄的農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量，CK（草炭∶蛭石∶珍珠巖=6∶2∶2）的番茄的株高、莖粗、葉綠素含量、單果重以及單株結(jié)果數(shù)高于T、T和T處理，最適宜作為番茄栽培基質(zhì)。但基于沼渣消納的考慮，沼渣替代草炭比例低的T處理（沼渣∶草炭∶蛭石∶珍珠巖=2∶4∶2∶2）的栽培基質(zhì)也較適合在番茄栽培中推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 沼渣；草炭；栽培基質(zhì)；番茄

中圖分類號(hào) S627；S641.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2024）02-0132-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.02.029

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Cultivation Substrate Characteristics of Biogas Residue Instead of Peat and Its Effect on Tomato Growth

ZHANG Qing-qing， HUANG Lu-lu， JIN Hai-yang et al

（Shanghai Agricultural Technology Extension & Service Center， Shanghai 201103）

Abstract This research evaluated the effects of biogas residue as peat substitute in growing media on the physical and chemical properties of the substrate and the growth of tomato. The results showed that the replacement of peat by biogas residue increased the bulk density， pH， EC， organic matter， alkali-hydrolyzed nitrogen， available phosphorus and available potassium， while the maximum water holding capacity， field water holding capacity， capillary pores and total porosity decreased. After biogas residue replaced peat， the bulk density of cultivation medium was 0.17-0.34 g/cm， the total porosity was 61.87%-68.88%， the non capillary porosity was 11.87%-15.42%， the pH was 5.67-5.94， and the EC value was 0.21-3.85 mS/cm. The physical and chemical properties of cultivation medium treated with CK， T， T and T were all within the recommended range， while the EC Value of cultivation medium treated with T （biogas residue∶vermiculite∶perlite = 6∶2∶2） was beyond 3.49 mS/cm， which was not suitable for cultivation medium. The plant height， stem diameter and chlorophyll content of tomato were significantly reduced after biogas residues were replaced by peat （P<0.05）. And the higher the proportion of biogas residue replacing peat， the lower the plant height， stem diameter and chlorophyll content of tomato. However， with the growth of crops， the difference gradually decreased. The fruit weight and fruit number of single plant of tomato with biogas residue instead of peat were lower than CK. Combined with the agronomic characters and yield of tomato， the plant height， stem diameter， chlorophyll content， fruit weight and fruit number per plant of CK （peat∶vermiculite∶perlite = 6∶2∶2） were higher than those of T， T and T， which was the most suitable substrate for tomato cultivation. However， considering the consumption of biogas residue， the cultivation substrate of T treatment with biogas residue instead of peat （biogas residue∶peat∶vermiculite∶perlite = 2∶4∶2∶2） is also more suitable for popularization and application in tomato cultivation.

Key words Biogas residue;Peat;Cultivation substrate;Tomato

基金項(xiàng)目 上海市科技興農(nóng)項(xiàng)目（2022-02-08-00-12-F01103）。

作者簡介 張青青（1992—），女，山西運(yùn)城人，農(nóng)藝師，碩士，從事耕地質(zhì)量管理和土壤保育研究。

*通信作者，高級(jí)農(nóng)藝師，從事土壤肥料研究。

收稿日期 2023-02-17；修回日期 2023-04-03

根據(jù)《第二次全國污染源普查公報(bào)》公布的數(shù)據(jù)，2017年全國秸稈產(chǎn)生量為8.05億t，秸稈可收集資源量為6.74億t，秸稈利用量為5.85億t。如何將秸稈科學(xué)合理資源化利用是我國一直關(guān)注的問題。目前，秸稈還田的方式主要包括直接還田和間接還田。但秸稈直接還田數(shù)量有限，過量還田存在土壤微生物與作物幼苗爭奪養(yǎng)分的矛盾，還存在病蟲草害加劇、農(nóng)藥用量大、土壤層松動(dòng)、植株易倒伏等問題。為此，學(xué)者從秸稈間接還田角度出發(fā)，重點(diǎn)關(guān)注秸稈發(fā)酵而成的沼渣的資源化利用。朱春云研究發(fā)現(xiàn)，沼渣可增加基質(zhì)的pH和EC值，增加基質(zhì)的微生物數(shù)量和酶活性，且可增加番茄植株株高、莖粗、葉片數(shù)及促進(jìn)根系的生長，其替代部分爐渣配制的基質(zhì)可用于溫室番茄無土栽培。

草炭因具有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)和良好的物理性狀，被公認(rèn)為最佳的栽培基質(zhì)，并被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中。市面上常用的栽培基質(zhì)配方為草炭、蛭石和珍珠巖按照2∶1∶1的比例配制而成。但因草炭屬于不可再生資源，尋找替代草炭的材料已是現(xiàn)在的大趨勢。沼渣作為沼氣厭氧發(fā)酵的產(chǎn)物，富含有機(jī)質(zhì)、腐殖酸及氮、磷、鉀等大量元素，且原料易得，制作簡單，其能否替代草炭作栽培基質(zhì)有待進(jìn)一步研究。

為此，筆者以沼渣為研究對象，與草炭、蛭石、珍珠巖按照不同比例配制成栽培基質(zhì)，研究沼渣替代草炭對栽培基質(zhì)理化性質(zhì)及對番茄農(nóng)藝性狀的影響，探究沼渣替代草炭作栽培基質(zhì)的可行性以及替代草炭的最佳比例，以期為合理利用沼渣提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試番茄品種為“粉得利”，購買自上?；莺头N業(yè)有限公司。草炭、珍珠巖、蛭石均購自上海文鑫生物科技有限公司，沼渣由青浦現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園農(nóng)業(yè)廢棄物處理中心提供，主要由秸稈和豬糞厭氧發(fā)酵而成。草炭和沼渣的理化性質(zhì)見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2021年3—7月在上海永通生態(tài)工程股份有限公司日光溫室內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理，以不添加沼渣的基質(zhì)為對照（CK），

CK：草炭∶珍珠巖∶蛭石=6∶2∶2；

T：沼渣∶草炭∶蛭石∶珍珠巖=2∶4∶2∶2；

T：沼渣∶草炭∶蛭石∶珍珠巖=3∶3∶2∶2；

T：沼渣∶草炭∶蛭石∶珍珠巖=4∶2∶2∶2；

T：沼渣∶蛭石∶珍珠巖=6∶2∶2。

所有處理均按體積比進(jìn)行配制。采用基質(zhì)袋栽培方式，基質(zhì)袋為41 cm×（25+8×2） cm，黑白袋12 L，單行種植，株距為45 cm。采用滴管方式供營養(yǎng)液，營養(yǎng)液為金美盛水溶肥。

2021年3月9日將番茄苗定植于基質(zhì)袋中，每袋1株，每個(gè)處理9次重復(fù)。不同處理的管理方式保持一致，并于定植后35、48、76、100 d對番茄的農(nóng)藝性狀進(jìn)行調(diào)查。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

番茄打頂前測定株高、莖粗，每處理測定9株，取平均值。用直尺和游標(biāo)卡尺分別測量每株植株的株高和莖粗，株高即植株根部到主莖頂部生長點(diǎn)的距離，莖粗即第1片真葉下部節(jié)點(diǎn)處的寬度。采用便攜式葉綠素儀測定番茄葉片葉綠素含量。每次采收番茄時(shí)記錄各處理番茄產(chǎn)量、果實(shí)個(gè)數(shù)。

于試驗(yàn)前測定栽培基質(zhì)的pH、EC、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀、容重和孔隙度等理化指標(biāo)?；|(zhì)pH、EC、容重、總孔隙度、氣水比、田間持水量等參照郭世榮的方法測定。堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測定，速效磷含量采用碳酸氫鈉法測定，速效鉀含量采用醋酸銨浸提—火焰光度計(jì)法測定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，采用SAS 9.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，并采用Origin 8.5軟件進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同配比栽培基質(zhì)的理化性狀

由表2可知，所有處理栽培基質(zhì)的pH、EC、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀均高于CK，且隨著沼渣添加量的增大而增加，整體表現(xiàn)為T＞T＞T＞T＞CK。與CK相比，T、T、T和T處理的EC值分別高出9.9倍、13.0倍、13.5倍和17.2倍；有機(jī)質(zhì)含量分別高出2.38%、24.63%、30.27%和42.31%；有效磷含量分別高出511.54%、665.38%、673.08%和880.77%；堿解氮含量分別高出69.92%、82.01%、101.29%和226.48%；速效鉀含量分別高出220.69%、368.44%、541.96%和661.58%。

由表3可知，不同配比栽培基質(zhì)的物理性質(zhì)不同。沼渣替代草炭的T、T、T和T處理的栽培基質(zhì)容重高于CK，且隨著沼渣替代草炭比例的增大而增加。其中，CK處理的容重為0.17 g/cm，T處理容重為0.34 g/cm。沼渣替代草炭的T、T、T和T處理栽培基質(zhì)的最大持水量、田間持水量、毛管孔隙度和總孔隙度均低于CK，且總體隨著沼渣替代草炭的比例的增加而降低。

2.2 不同配比栽培基質(zhì)對番茄農(nóng)藝性狀的影響

不同配比栽培基質(zhì)對番茄農(nóng)藝性狀的影響不同。從圖1可以看出，番茄苗定植后35 d，CK的株高顯著高于其他處理（P＜0.05），T處理的株高顯著高于T和T處理（P＜0.05），但與T處理差異不顯著（P＞0.05）。與CK相比，T、T、T和T處理的番茄株高分別比CK低18.48%、30.93%、27.20%和73.99%。番茄苗定植后48 d，CK的株高顯著高于其他處理（P＜0.05），T處理的株高顯著高于T、T和T處理（P＜0.05），T處理與T處理差異不顯著（P＞0.05）。與CK相比，T、T、T和T處理的番茄株高分別比CK低9.56%、25.89%、23.11%和77.15%。番茄苗定植后76 d，T處理顯著低于其他處理（P＜0.05），但其他處理間差異不顯著（P＞0.05）。與CK相比，T、T、T和T處理的番茄株高分別比CK低3.47%、12.49%、12.02%和50.50%。整體來看，隨著番茄的生長，沼渣替代草炭的T、T、T和T處理的番茄株高與CK的差距縮小。

從圖2可以看出，番茄苗定植后35 d，CK的莖粗顯著高于其他處理（P＜0.05）。T、T和T處理間的莖粗差異不顯著（P＞0.05），但均顯著高于T處理（P＜0.05）。與CK相比，T、T、T和T₄處理的番茄莖粗分別比CK低28.35%、31.62%、33.48%和55.13%。番茄苗定植后48 d，CK的莖粗顯著高于其他處理（P＜0.05），T處理的莖粗顯著高于T、T和T處理（P＜0.05），T處理與T處理間差異不顯著（P＞0.05）。與CK相比，T、T、T和T處理的番茄莖粗分別比CK低15.90%、32.52%、34.47%和59.34%。番茄苗定植后76 d，CK的莖粗顯著高于T和T處理（P＜0.05），與T和T處理差異不顯著（P＞0.05）。與CK相比，T、T、T和T處理的番茄莖粗分別比CK低8.65%、14.11%、7.67%和25.67%。番茄苗定植后100 d，CK的莖粗顯著高于T處理（P＜0.05），但與T、T和T處理間差異不顯著（P＞0.05）。與CK相比，T、T、T和T處理的番茄莖粗分別比CK低2.71%、4.19%、6.55%和13.97%。整體來看，隨著番茄的生長，沼渣替代草炭的T、T、T和T處理的番茄莖粗與CK的差距縮小。

從圖3可以看出，番茄苗定植后48 d，CK與T、T和T處理的葉綠素含量差異不顯著（P＞0.05），但均顯著高于T處理（P＜0.05）。與CK相比，T、T、T和T處理的番茄葉綠素含量分別比CK低3.39%、0.92%、2.02%和38.57%。番茄苗定植后100 d，CK的葉綠素含量顯著高于T、T和T處理（P＜0.05），與T處理間差異不顯著（P＞0.05）。與CK相比，T、T、T和T處理的番茄葉綠素含量分別比CK低4.24%、7.10%、6.11%和12.59%。

2.3 不同配比栽培基質(zhì)對番茄產(chǎn)量的影響

由表4可知，不同配比栽培基質(zhì)的番茄單果重、果高和果徑差異不顯著（P＞0.05）。T和T處理的果形指數(shù)顯著高于CK（P＜0.05），但與T和T處理間差異不顯著（P＞0.05）。CK的單果重最高，達(dá)102.33 g，T處理的番茄單果重最低，僅80.51 g。CK的單株結(jié)果數(shù)顯著高于T、T和T處理（P＜0.05），與T處理差異不顯著（P＞0.05）。各處理果高為5.02～5.20 cm，果徑為5.35～5.91 cm。

3 討論

3.1 不同配比沼渣和草炭對栽培基質(zhì)理化性質(zhì)的影響

栽培基質(zhì)的理化性質(zhì)影響植物對水分和養(yǎng)分的吸收及根系生長，進(jìn)而對植物的生長發(fā)育產(chǎn)生重要影響。沼渣能否作為栽培基質(zhì)使用且如何使用，取決于其基本理化性質(zhì)是否符合作為基質(zhì)的基本條件。研究表明，栽培基質(zhì)的容重處于0.1～0.8 g/cm，總孔隙度處于55%～95%，非毛管孔隙在20%左右，氣水比保持在1∶1.5～1∶4.0，pH處于5.0～7.5，EC值處于0.70～3.49 mS/cm，對栽培作物效果較好。該研究中，各處理的栽培基質(zhì)容重為0.17～0.34 g/cm，總孔隙度61.87%～68.88%、非毛管孔隙度在11.87%～15.42%、pH在5.67～5.94，EC值在0.21～3.82 mS/cm。栽培基質(zhì)的容重、總孔隙度、非毛管孔隙度和pH均在理想范圍內(nèi)，可為植物根系生長提供良好的空氣流通和水分供給環(huán)境，對作物生長具有積極的促進(jìn)作用。但由于沼渣中含有較多可溶性鹽類，使得EC值較高（5.09 mS/cm）。其作為栽培基質(zhì)使用時(shí)，替代草炭比例過高，則會(huì)影響作物對水分和營養(yǎng)元素的吸收。該研究中，沼渣100%替代草炭的T處理的EC值為3.82 mS/cm，這遠(yuǎn)高于作物生長所需的EC值，不利于作物的生長。因此，T處理不適宜作栽培基質(zhì)。

3.2 不同配比沼渣與草炭栽培基質(zhì)對番茄生長和產(chǎn)量的影響

沼渣替代草炭的栽培基質(zhì)的T、T、T和T處理的番茄株高、莖粗、葉綠素含量低于CK，且沼渣替代草炭的比例越高，番茄的株高、莖粗和葉綠素含量越低。究其原因，可能是沼渣替代草炭的比例增高，栽培基質(zhì)的EC值增加，使得滲透壓降低，限制了基質(zhì)中水分向植物運(yùn)輸，進(jìn)而抑制番茄的生長。但隨著作物的生長，這種抑制作用越來越不明顯，番茄的農(nóng)藝性狀差異也越來越小。這可能與作物生長過程中，沼渣替代草炭的栽培基質(zhì)中養(yǎng)分被稀釋，EC值逐漸降低有關(guān)。沼渣替代草炭的栽培基質(zhì)T、T、T和T處理的單果重低于CK，且單株結(jié)果數(shù)也低于CK。這表明沼渣替代草炭對作物生長和產(chǎn)量的促進(jìn)作用不明顯。

4 結(jié)論

沼渣替代草炭能提高栽培基質(zhì)的pH、EC、容重、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量，還可以提高栽培基質(zhì)的通氣孔隙。CK、T、T和T處理的栽培基質(zhì)的理化性質(zhì)均在適宜范圍，而T處理的EC值高于3.49 mS/cm，不適宜作栽培基質(zhì)。結(jié)合番茄的株高、莖粗、葉綠素含量、單果重以及單株結(jié)果數(shù)來看，CK（草炭∶蛭石∶珍珠巖=6∶2∶2）最適宜作為番茄栽培基質(zhì)。但從沼渣消納的角度來看，沼渣替代草炭比例低的T處理（沼渣∶草炭∶蛭石∶珍珠巖=2∶4∶2∶2）的栽培基質(zhì)也較適合在番茄栽培中推廣應(yīng)用。

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