高温处理与添加物料对蚓粪基质培育辣椒壮苗的影响

赵海涛， 车 玲， 姜 薇， 朱燕红， 邱良祝， 单玉华*， 封 克

(1 江苏省扬州农业环境安全技术服务中心，江苏扬州 225127；2 扬州大学环境科学与工程学院，江苏扬州 225127)

processing technique

泥炭作为栽培基质和育苗基质的原料在现代农业中被广泛应用，但是大量开采泥炭资源，改变了其赋存条件，破坏湿地生态系统，增加碳排放，对全球气候变化影响巨大。探求经济环保的泥炭替代物已成为重要课题[1-3]。蚓粪是利用蚯蚓处理畜禽粪便等有机固体废弃物的产物[4-5]，来源广泛，具备替代泥炭的产业化发展前提条件。同时，蚓粪独特的性质决定了其是一种良好的育苗基质材料，蚓粪是一种黑色、 均一、 有自然泥土味的细碎类物质，具有良好的孔性、 通气性、 排水性，较高的持水量和较大的表面积，含有大量有益微生物，吸收保持营养物质能力强[6-7]。蚓粪具有很好的团粒结构[8]，趋于中性[9]。营养元素在蚓粪中以硝酸盐，交换磷、 钾、 钙、 镁等植物可以直接吸收的形式存在[6, 10]，施用蚓粪可显著增加土壤中全氮和氮磷钾有效养分含量，并可提高土壤蛋白酶、 中性磷酶、 脲酶和蔗糖酶等的活性，增强了土壤供肥性能，以蚓粪为主要成分的营养基质，能够有效改良土壤结构，抑制土传病虫害，促进壮苗形成[11-13]。蚓粪具有丰富的激素类生物活性物质，IAA和GA3含量很高[14]，蚓粪浸提液加入到基质中，在一定浓度范围内显著增加了西红柿和黄瓜的株高、 叶面积和根干重等指标，其促生效果与加入量呈正比[15]。蚓粪中富含放线菌和细菌，放线菌的增加，不仅能转化土壤有机质，而且能产生抗生素，对有害菌能起到拮抗作用[16]，在提供植物养分的同时能够消除病原体对植物的侵害[17]。研究认为适量添加蚯蚓粪可以抑制土壤害虫和土传病害[12]，但是在基质生产过程中考虑到有机代用物料可能携带土传病害对幼苗造成危害，习惯通过高温处理的方法杀灭基质中的活性微生物。蚓粪经过高温处理后的有益微生物也被灭活，蚓粪对壮苗形成的有益作用是否受到影响，蚓粪中的生物活性物质在高温过程中是否发生变化，这些问题亟需探讨。本研究通过高温处理蚓粪后添加不同物料复配成蚓粪基质，研究处理前后生物活性物质的变化特征，以及高温处理后的蚓粪基质对辣椒壮苗形成的影响，为农业环境保护以及蚓粪基质工厂化生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

表1 育苗基质材料基本理化性质Table 1 Basic physical and chemical properties of substrate

注(Note): VM—蚓粪与蛭石按4 ∶1(V ∶V)混合成的基本材料 Mixed materials of vermicompost and vermiculite in 4 ∶1(V ∶V).

1.2 试验设计

试验在扬州大学蒋王蔬菜试验基地进行。2010年12月将供试辣椒种子进行室内催芽，待幼苗长出2片真叶后即可进行幼苗定植。2011年2月20日将不同处理的基质材料装入规格为50穴的方格穴盘中，每个方格高8 cm，底面宽5 cm、 长5 cm，每个穴盘8次重复，随机区组排列。定植前先将穴盘基质用清水浇透后过夜，每穴定植1株幼苗，其它管理措施同大田试验。于成苗期(2011年4月6日)采样考苗。

1.3 测定项目及方法

蚓粪和市售基质性质测定采用以下方法： 全氮采用半微量凯氏法，铵氮采用碱解扩散法，硝态氮采用饱和CaSO4浸提—紫外分光光度法，全磷采用HClO4—H2SO4消煮—钒钼黄比色法，速效磷采用0.50 mol/L NaHCO3提取、 钼蓝比色法，速效钾采用1.00 mol/L NH4OAc提取、 火焰光度法，有机质采用重铬酸钾外加热法，pH值和电导率采用水土(质量比=2.50 ∶1)充分搅拌混合后pH计、 电导仪直接测定[18]。基质材料容重、 总孔隙度、 持水孔隙度、 通气孔隙度和气/水测定依照Bragg和Chambers等提出的方法[19-21]。

幼苗的测定项目包括展宽、 株高、 茎粗、 叶片数、 叶绿素、 鲜(干)重，总根长、 根表面积、 根直径、 根体积、 根尖数。幼苗的展宽采用直尺测量，以叶片横向最大垂直宽度为准；叶片数采用计量法测定，以完全展开为1片叶；株高用直尺测量，以基质表面到生长点的高度为准；茎粗用游标卡尺测量，以第一节位下偏上部为准；鲜(干)重： 样品清水洗净用吸水纸吸干后直接称鲜量，在通风干燥箱105℃下杀青30 min，在80℃下烘至恒重后称干量；叶绿素采用SPAD仪测定。壮苗指数=(茎粗/株高+根干重/地上部干重)×全株干重[22]。幼苗总根长、 根表面积、 平均直径、 根体积和根尖数的测定采用WinRHIZ2003b根系分析系统对根系进行扫描分析。

试验数据采用Excel整理，SPSS软件统计分析，各处理间的差异显著性使用Duncan法(新复极差法)进行分析。

2 结果与分析

2.1 高温处理对蚓粪中植物生长调节物质的影响

从蚓粪高温处理前后HPLC谱图可以看出(图1、 图2)，高温处理蚓粪的GA3含量是新鲜蚓粪的15倍左右，而IAA的含量变化幅度不大。依照GA3和IAA标准样品HPLC谱图(未列出)，高温处理后的蚓粪和新鲜蚓粪中GA3的含量分别为834.63 μg/g和56.11 μg/g，IAA的含量分别为0.75 μg/g和0.70 μg/g。

图1 新鲜蚓粪(F1)的HPLC谱图Fig.1 Chromatogram of the fresh vermicompost (F1)

图2 高温处理蚓粪(F5)的HPLC图Fig.2 Chromatogram of the vermicompost with high temperature sterilization (F5)

2.2 高温处理对蚓粪中有机物质的影响

图3 新鲜蚓粪(F1)甲醇提取液HPLC图Fig.3 Chromatogram of the fresh vermicompost (F1) in methanol extracts

图4 高温处理蚓粪(F5)甲醇提取液HPLC图Fig.4 Chromatogram of the vermicompost with high temperature sterilization (F5) in methanol extracts

2.3 蚓粪基质高温处理对辣椒幼苗茎叶生长的影响

图5表明，F6幼苗的茎粗、 株高和展宽最大，CK幼苗的茎粗、 株高和展宽最小，差异显著。F8幼苗的叶片数最大，而CK最小，但F6和F8间差异不显著，F6和F8显著大于CK。CK幼苗的叶绿素含量最大，而F6叶绿素含量最低，差异显著。

图6 不同处理蚓粪基质对辣椒幼苗根系生长的影响Fig.6 The effects of the vermicompost-formulated substrate on the growth of capsicum seedlings root system[注(Note)： 不同字母表示0.05水平上差异显著 Bars with different letters show significant differences at P<0.05. ]

2.4 蚓粪基质灭菌处理对辣椒幼苗根系生长的影响

从图6可以看出，F8根长最长，CK最短，F6与F8差异不显著，但显著高于CK。F6的根表面积最大，CK最小，差异显著。CK与F2和F6的根直径较大，CK与F3、 F4、 F5、 F7差异显著。CK和F4的根尖数最小，F2最大，差异显著，F6与F2间差异不显著。

2.5 蚓粪基质高温处理对辣椒幼苗物质累积的影响

图7表明，F6的根鲜(干)重、 茎叶鲜(干)重和总鲜(干)重最大，CK最小，差异显著。

图7 蚓粪基质高温灭菌处理对辣椒幼苗物质累积的影响Fig.7 The effects of sterilization of the vermicompost-formulated substrate on biomass accumulation of capsicum seedlings[注(Note)： 不同字母表示0.05水平上差异显著 Bars with different letters show significant differences at P<0.05. ]

2.6 蚓粪基质高温灭菌处理对辣椒幼苗壮苗指数的影响

蚓粪高温处理后复配的育苗基质有利于辣椒幼苗壮苗指数的增大。F6的壮苗指数最大，CK最小，F6、 F2、 F5与CK间差异显著(图8)。

图8 蚓粪基质高温灭菌处理对辣椒幼苗壮苗指数的影响Fig.8 The effects of sterilization of the vermicompost-formulated substrate on index of strong capsicum seedlings

3 讨论

活性有机物是一类成分复杂的混合物，包括低分子量的有机酸和氨基酸等物质，含有—COOH、 —OH、 —NH2等多种官能团，它们可以与金属进行配位、 络合反应，活性有机物的低分子量组分以及亲水性组分在土壤中的移动性较大[34-36]。蚓粪活性有机物的这些特性使其更易被植物吸收，促进壮苗形成。Edwards等研究发现蚓粪提取物中的水溶性酚类物质可以有效保护植物免受病虫危害，并有效降低病虫害的存活率和发生率[37]。蚯蚓过腹处理使牛粪的活性有机物中木质素、 纤维素、 半纤维素、 糖类及其他碳水化合物发生逐步分解，生成腐殖物质，同时水溶性有机硅化合物分解为无机硅氧化物[28]。本研究表明，新鲜蚓粪高温处理后，93.47%的化合物Ⅰ衍生出了具有相同母核的极性更大的化合物Ⅱ-Ⅴ，其紫外吸收峰有向长波移动的趋势。化合物Ⅰ在高温环境下可能发生了去饱和、 被杂原子取代以及重排等化学现象，最终衍生出了极性更大的化合物Ⅱ-Ⅴ(图3、 图4)。而这些极性更大的衍生物水溶性相对更强，可能更利于植物的吸收和利用。化合物Ⅰ-Ⅴ的性质结构需要进一步研究鉴定。

高温处理蚓粪基质比新鲜蚓粪基质更能促进辣椒壮苗形成，其原因可能是高温处理使蚓粪中有益微生物和有害微生物同时失活，消除了蚓粪微生物对幼苗生长的影响。高温过程导致了蚓粪中部分植物难以吸收的极性小的大分子有机物降解成植物容易吸收的极性大有机物，这些有机物被植物根系吸收后，促进了幼苗的系统发育；同时高温处理增加了GA3和其他植物生长激素物质的含量，促进了幼苗的系统发育，从而使高温处理蚓粪基质的辣椒幼苗评价指标整体上优于新鲜蚓粪基质。

4 结论

1)高温处理后的蚓粪中添加蛭石(蚓粪 ∶蛭石=4 ∶1，V ∶V)和尿素(0.50 kg/m3)有利于促进辣椒幼苗茎叶和根系的系统发育，增加鲜干物质累积，增大壮苗指数。

2)高温处理增加了蚓粪中GA3含量，使活性有机物裂解成具有相同母核类的极性更大的易被植物吸收利用的水溶性衍生物。

3)蚓粪高温处理后与蛭石按4 ∶1体积比均匀混合后用于辣椒育苗，最能有利于提升辣椒幼苗的各项指标，形成壮苗。

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