施用腐植酸钾对高盐椰糠基质栽培番茄幼苗生长的影响

熊 静 高杰云 谭 均 陈 清*

(1 中国农业大学资源与环境学院 北京 100193 2 香港中向国际有限公司 北京 100004)

施用腐植酸钾对高盐椰糠基质栽培番茄幼苗生长的影响

熊 静1高杰云1谭 均2陈 清1*

(1 中国农业大学资源与环境学院 北京 100193 2 香港中向国际有限公司 北京 100004)

以番茄幼苗为试验材料，对腐植酸钾缓解高盐椰糠盐胁迫效果进行研究。试验采用袋培种植方法，分别用普通低盐椰糠、普通低盐椰糠加腐植酸钾、高盐椰糠、高盐椰糠加腐植酸钾4种基质种植番茄，研究比较高盐椰糠对番茄幼苗生长的影响及腐植酸钾对高盐的缓解效果。研究结果表明：高盐椰糠会抑制番茄幼苗的生长发育，番茄幼苗叶片数、株高、干物质总量和根系活力比普通低盐椰糠处理分别降低了36.4%、57.5%、59.6%和55.1%；添加腐植酸钾能有效缓解高盐胁迫，添加腐植酸钾后番茄幼苗叶片数、株高、干物质总量和根系活力分别比高盐椰糠处理提高了22.2%、84.1%、53.9%和25.2%。

高盐椰糠 腐植酸钾 番茄 苗期 根系活力

设施栽培是实现农业高效益集约化和规模化生产的有效途径，但实际生产中，因养分过量投入导致土壤出现综合质量退化或盐渍化等问题[1]。对于集约化土地栽培而言，发展无土栽培能有效避免土壤环境恶化问题，实现设施农业可持续发展。无土栽培主要的栽培方式为水培和基质培。基质栽培可以很好地协调根际环境的水、气矛盾，且相对于水培具有性质稳定、设备简单、投资少、管理容易等优点。在基质栽培中，基质的选择是基质栽培成功与否的关键[2]。

我国主要的栽培基质为草炭、蛭石、珍珠岩、粉煤灰等，其中草炭作为最理想的栽培基质，使用最为广泛。但草炭生长速度缓慢，形成1 cm厚的草炭约需10年左右的时间。同时草炭地作为一种特殊的湿地类型，其淡水资源和碳存储量分别占全球总量的20%和30%左右，它还是许多濒危和特有动物的栖息地[3]。因工农业的快速发展，草炭开采量逐年增加，西欧国家90%以上的草炭已被开采，其中荷兰已破坏耗尽[4]。草炭的过度开采不仅会破坏湿地，引起生态环境的不可持续性[5，6]，开采过程中还会排放大量的温室气体[7]。因此，寻求一种新的替代基质成为保证基质栽培健康发展的重要方向。椰糠作为一种废弃物资源，其理化性质与草炭类似，具有替代草炭的潜力[8]。但因椰树生长在海边，导致椰糠中钠含量较高而不适合直接进行栽培。为此，生产上一般采用露天堆置进行水洗脱盐，该方法不仅占用场地，还可能带来环境污染，但是高盐椰糠的直接使用可能会抑制作物营养期生长。为避免洗盐带来的环境污染和保证高盐椰糠适合作物营养期生长，寻求缓盐措施成为其关键技术。

腐植酸作为自然环境中广泛存在的一类高分子物质，它具有增加植物体内氧化酶活性及代谢活动、促使作物根系发达、改善土壤团粒结构、降低容重、增加孔隙度，进而提高根系吸收水分及养分的能力，促进植物生长等优点[9，10]，这些功能在缓解盐胁迫方面具有一定潜力。因此，本研究选用腐植酸钾作为缓盐材料，对高盐椰糠与腐植酸钾混合使用的效果进行了探索研究，旨在为解决高盐椰糠实际应用问题提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验于2013年9月26日至10月29日在北京市农林科学院四季青农场中进行，供试温室为日光温室。

1.2 供试材料

供试作物为番茄，品种为“迪安娜”，由圣尼斯种业公司生产。番茄定植时间为2013年9月26日，选用长势相当的番茄幼苗进行定植，定植时番茄幼苗株高约21 cm，叶片数为6片。

栽培基质为普通椰糠和高盐椰糠，均由山西祺比鸥生物科技有限公司提供，其理化性状如表1所示。腐植酸钾为含总腐植酸60%、K2O 10%的粉剂全水溶性产品，由香港中向国际有限公司提供。

表1 椰糠部分理化性状Tab.1 Some physicochemical properties of coconut coir

1.3 试验设计

试验共设4个处理，具体为：(1) 普通椰糠(SP，空白对照)；(2) 普通椰糠+腐植酸钾(SPF)；(3) 高盐椰糠(SG)；(4) 高盐椰糠+腐植酸钾(SGF)。每个处理设3次重复，随机区组排列，每个重复设2个栽培袋，每个栽培袋中种植6株番茄，幼苗栽培袋规格为50 cm×80 cm×10 cm。

番茄幼苗生长所需养分以营养液形式供给，按500毫升/株的规格进行浇灌，腐植酸钾以0．05 g/L的腐植酸浓度每次随营养液施用[11，12]。营养液配方由北京市农林科学院蔬菜研究中心提供，具体配制为分别量取708 g Ca(NO3)2、505 g KNO3、250 g MgSO4、250 mL 85%的H3PO4和25 g微肥(含有Fe、Mn、Cu、Zn、Mo和B 6类微量元素)溶于1000 L水中，施用腐植酸钾处理是在上述配方基础上，再加入85 g腐植酸钾溶于营养液中。营养液浇灌频率为每4～5天一次。

1.4 样品采集与测试项目

1.4.1 株高和叶片数

分别在2013年10月6日、11日、18日和29日，在每个小区选取长势均匀的3棵植株进行株高和叶片数的测定。

1.4.2 生物量、植株含水率和根系活力

在2013年10月11日(定植后16天)和29日(定植后34天)分别采集植株样品，进行番茄幼苗生物量和根系活力的测定。生物量为地上部生物量和地下部生物量之和，样品采集时，每个小区选取4株长势均匀的植株，将其分为地上部和地下部，随后及时进行清洗和称重，分别记为地上部鲜重和地下部鲜重。之后将地上部和对应地下部样品放入105 ℃烘箱进行杀青30 min，随后75 ℃烘干至恒重，分别记为地上部干重和地下部干重。通过地下部干重和地上部干重之比计算根冠比。通过生物量干重与生物量鲜重之比计算植株含水率。

从根系新鲜样品中取出一部分根尖(根尖1～2 mm)用锡箔纸包住(记录其鲜重，根据根系含水率换成为干重，记入植株地上部干重中)，放入冰盒中，立即带回实验室进行根系活力的测定，采用TTC还原法进行定量测定[13]。

1.4.3 基质理化性质

在试验开始前和试验结束后分别采集新鲜基质，进行基质EC值、pH和总孔隙度、通气孔隙度和持水孔隙度的测定。EC值和pH的测定为将新鲜基质与去CO2纯水按体积比1∶5混合[14]，振荡1 h后过滤获取浸提液，再采用Mettler Toledo电导率测定仪和Mettler Toledo pH测定仪分别测定浸提液的EC值与pH。

孔隙度的测定为取一个空玻璃烧杯(烧杯，重量W1和体积V)；将风干基质装满于烧杯中(烧杯+基质，重量W2)；然后将装满基质的烧杯浸入水中24 h，等基质吸足水分后称重(基质+烧杯，重量W3)；用一块湿润纱布(纱布，重量W4)将烧杯包住，然后将烧杯倒置，让基质中的水分向外渗出，放置6～8 h后，直到烧杯中没有水分渗出为止，称重，记为W5[14]。按以下公式进行计算：

总孔隙度(TP，%)=(W3-W2)/V×100

通气孔隙度(AFP，%)=(W3+W4-W5)/V×100

持水孔隙度(WFP，%)=TP-AFP

1.4.4 绝对生长速率

绝对生长速率是指单位时间内植株的绝对生长量，本试验分别计算了两个单位时间段内的绝对生长速率，分别为2013年9月26日至2013年10月11日(第一阶段)和2013年10月12日至2013年10月29日(第二阶段)。计算公式为：

绝对生长速率(g/d)=dQ/dt

式中：dQ—— 一段时间内生物量变化量；

dt—— 一段时间。

1.5 数据处理

试验数据采用Microsoft Excel 2013和SAS 8．2软件进行整理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 番茄幼苗株高和叶片数

高盐椰糠对番茄幼苗叶片数和株高的发育均有一定的抑制作用，抑制效果随定植时间的延长而增加(图1)。在定植后11、16、23、34天，普通低盐椰糠处理番茄幼苗叶片数比高盐椰糠处理分别高出了3、4、4和6片，株高分别高出了9．6、21．0、47．8和72．6 cm。在普通椰糠和高盐椰糠中添加腐植酸后，处理间番茄幼苗叶片数和株高存在一定的差异，具体表现为普通椰糠添加腐植酸钾处理番茄幼苗叶片数和株高略高于普通低盐椰糠处理；高盐椰糠添加腐植酸钾处理叶片数和株高远高于高盐椰糠处理。与高盐椰糠处理相比，在定植后11、16、23、34天，高盐椰糠添加腐植酸钾处理番茄幼苗叶片数分别高出1、2、2和2片，株高分别高出1．9、8．9、26．7和45．1 cm。由此可知，腐植酸钾有助于缓解高盐椰糠的盐胁迫效应。

图1 不同处理中番茄幼苗叶片数和株高Fig.1 Leaf number and plant height of tomato seedlings in dierent treatments

2.2 番茄幼苗生长速率和根系活力

腐植酸对番茄幼苗绝对生长速率与根系活力的影响如图2所示。由图2a可知，在番茄幼苗定植后1～16天，普通椰糠处理番茄幼苗绝对生长速率比高盐椰糠处理高出了0．09克/天；普通椰糠中添加腐植酸钾后番茄幼苗绝对生长速率提高了0．04克/天，高盐椰糠添加腐植酸钾后番茄幼苗绝对生长速率提高了0．02克/天。定植后17～34天，普通椰糠处理番茄幼苗绝对生长速率比高盐椰糠处理高1．1克/天；普通椰糠中添加腐植酸钾后番茄幼苗绝对生长速率提高了0．2克/天，高盐椰糠添加腐植酸钾后番茄幼苗绝对生长速率提高了0．3克/天。综上可知，腐植酸钾能有效改善盐胁迫对番茄幼苗生物量累积的抑制，且后期的改善效果高于前期。

番茄幼苗根系活力随着定植时间的延长逐渐降低(图2b)。定植后16天，普通椰糠基质处理根系活力略高于高盐椰糠处理；添加腐植酸钾能够有效提高番茄幼苗根系活力，普通椰糠添加腐植酸钾番茄幼苗根系活力提高了441．6 μg/(g·h)，高盐椰糠添加腐植酸钾番茄幼苗根系活力提高了32．5 μg/(g·h)。定植后34天，所有处理根系活力均迅速降低，但含腐植酸钾处理的下降强度低于未添加腐植酸钾处理。综上可知，高盐椰糠对番茄幼苗根系活力具有一定的抑制，腐植酸钾的添加有助改善该抑制现象。

图2 腐植酸对番茄幼苗绝对生长速率与根系活力的影响Fig.2 Eects of potassium humate on absolute growth rate and root activity of tomato seedlings

2.3 番茄幼苗干物重

定植后16天，高盐椰糠处理地上部和地下部干重比普通椰糠处理分别降低了1．5 g和0．02 g，定植后34天，则分别降低了20．9 g和0．3 g(表2)。可见，高盐椰糠会抑制番茄幼苗干物质的累积，且后期的抑制强度高于前期。添加腐植酸钾后能有效地改善盐胁迫效应，定植后16天，高盐椰糠栽培条件下添加腐植酸钾后地上部和地下部干重分别增加0．3 g和0．06 g；定植后34天，地上部、地下部干重分别增加5．8 g和0．1 g。不同处理番茄幼苗含水率则表现为，在定植后16天和34天，高盐椰糠均降低了番茄幼苗单株含水率，与普通椰糠相比，分别降低了10%和5%；高盐椰糠添加腐植酸钾后能有效提高番茄幼苗含水率，在定植后16天和34天番茄幼苗含水率分别提高了为5%和4%(表2)。由此可知，腐植酸钾能有效改善高盐对植株吸水能力的抑制。番茄幼苗根冠比随定植时间的延长而有所降低(表2)。在定植后16天和34天，高盐椰糠处理根冠比均高于含普通椰糠处理，其中第16天高出92．8%～113．2%，34天高出26．3%。

表2 不同处理对番茄幼苗干重、含水率和根冠比的影响Tab.2 Eects of dry weight, water content and root shoot ratio of tomato seedlings in dierent treatments

表2 不同处理对番茄幼苗干重、含水率和根冠比的影响Tab.2 Eects of dry weight, water content and root shoot ratio of tomato seedlings in dierent treatments

注：同列数据中不同小写字母表示差异显著(P＜0．05)。下同。

处理 地上部干重(g) 地下部干重(g) 地上部含水率(%) 根冠比16天 34天 16天 34天 16天 34天 16天 34天SP 2.7a 31.6b 0.18ab 0.59b 90a 77a 0.067b 0.019a SPF 3.3a 36.0a 0.23a 0.68a 90a 73a 0.070b 0.019a SG 1.2b 10.8d 0.16b 0.25d 80b 72a 0.130a 0.023a SGF 1.6b 16.6c 0.22a 0.39c 85c 76a 0.140a 0.023a

2.4 腐植酸对椰糠理化性状的改善

添加腐植酸钾有助于提高椰糠的总孔隙度(表3)，其中添加腐植酸钾的高盐椰糠总孔隙度比未施用腐植酸钾高盐椰糠处理高出了2．4%，添加腐植酸钾的普通椰糠比未施用腐植酸钾普通椰糠处理高出了2．8%。种植前普通椰糠EC值为0．3 dS/m，高盐椰糠为3．1 dS/m。种植一段时间后，普通椰糠EC值有所上升，高盐椰糠EC值则有所降低。其中，普通椰糠种植时，添加腐植酸钾处理的EC增加值低于未添加处理；高盐椰糠种植时，添加腐植酸钾处理的EC降低值要高于未添加处理。综合看来，添加腐植酸钾均有助于降低基质溶液中的可溶性盐浓度，特别是对高盐椰糠而言，腐植酸钾的添加有助改善盐胁迫。

表3 种植前后椰糠理化性状Tab.3 The physicochemical properties of coconut coir before and after planting

3 讨论与结论

3.1 讨论

盐胁迫主要分两个阶段影响作物的正常生长：(1) 根际环境的渗透势上升，进而产生渗透胁迫，影响作物对水分的吸收，导致作物体内盐分积累；(2) 作物养分失衡和产生特殊离子毒害[15]。第一阶段为快速反应阶段，一般在数分钟或数小时后即出现水分胁迫；第二阶段为慢速反应阶段，一般在数天或数周后出现[16]。本试验研究比较了高盐椰糠对番茄幼苗生长的影响情况，研究结果表明，盐分导致了番茄幼苗叶片数、株高、生物量、绝对生长速率和根系活力下降，与前人的研究结果相一致[17，18]。施用腐植酸钾有效缓解盐胁迫效应，其原因可能有两个方面：(1) 腐植酸具有多种功能团、表面带有较大的负电性，使其对Na+具有较强的吸附能力[19]；(2) 腐植酸钾能提高H+-ATP酶活性，促进作物根系和地上部的生长[20]。为探明腐植酸钾对盐胁迫缓解机理，前期试验结束后，对添加腐植酸钾条件下Na+去向进行了探索(表4)。添加腐植酸钾对盐胁迫的缓解主要是通过络合Na+进而降低其活性来实现，其实质为Na+与腐植酸的羧基、羟基、胺基等含氧或不含氧基团之间进行络合反应，生成不溶性共聚络合物[21]。腐植酸钾溶液淋洗出的Na+为32．2%，络合的Na+为47．7%，残留的Na+为20．1%。

表4 腐植酸钾处理后高盐椰糠中Na+去向Tab.4 Fate of Na+ in high salinity coconut coir is treated by potassium humate mg/kg

3.2 结论

本试验使用普通椰糠和高盐椰糠种植番茄，对比分析了高盐椰糠对苗期番茄生长发育的影响，在此基础上选用腐植酸钾为缓盐材料，对高盐椰糠与腐植酸钾混合使用的效果进行了探索研究。结果表明，高盐会抑制番茄幼苗的生长发育，具体表现为高盐椰糠种植条件下番茄幼苗叶片数、株高、干物质总量和根系活力分别比普通椰糠降低了36．4%、57．5%、59．6%和55．1%。腐植酸钾的添加能有效改善高盐胁迫效应，具体表现为高盐椰糠条件下添加腐植酸钾后叶片数、株高、干物质总量和根系活力分别比高盐椰糠提高了22．2%、84．1%、53．9%和25．2%。由此可知，添加腐植酸钾能有效缓解高盐胁迫，使高盐椰糠的直接使用成为可能。

[ 1 ]王敬国． 设施菜田退化土壤修复与资源高效利用[M]．中国农业大学出版社，2011

[ 2 ]Flemaire. Physical, chemical and biological proper tiesof growing[J]. Acta Horticulturae, 1995, 396: 273～284

[ 3 ]张俊辉，夏敦胜，张英，等． 中国泥炭记录末次冰消期以来古气候研究进展[J]． 地球科学进展，2012，(1)：42～51

[ 4 ]Ribeiro H. M., Vasconcelos E., Dos-Santos J. Q..Fertilisation of potted geranium with a municipal solid waste compost[J]. Bioresource Technology, 2000, 73(3):247～249

[ 5 ]Gruda N.. Sustainable peat alternative growing media[J].Acta Horticulturae, 2012, 927: 973～979

[ 6 ]Raviv M.. Swot analysis of the use of composts as growing media components[J]. Acta Horticulturae,2013, 1013: 191～202

[ 7 ]Cleary J., Roulet N. T., Moore T. R.. Greenhouse gas emissions from Canadian peat extraction, 1990-2000: a life cycle analysis[J]. Ambio, 2005, 34: 456～461

[ 8 ]Hugh A．，Poole 著，王中强(译)． 椰糠与加拿大泥炭作为园艺栽培基质的比较[J]． 腐植酸，2003，(1)：35～38

[ 9 ]牛育华，李仲谨，郝明德，等． 腐殖酸的研究进展[J]． 安徽农业科学，2008，36(11)：4638～4639，4651[ 10 ]程亮，张保林，王杰，等． 腐植酸肥料的研究进展[J]． 中国土壤与肥料，2011，(5)：1～6

[ 11 ]Sladky Z.. The effect of extracted humus substances on growth of tomato plants[J]. Biologia Plantarum, 1959,1(2): 142～150

[ 12 ]Fabrizio A., Pierluigi G., Patrizia Z., et al.. The effect of commercial humic acid on tomato plant growth and mineral nutrition[J]. Journal of Plant Nutrition, 1998,21(3): 561～575

[ 13 ]张志良． 植物生理学实验指导[M]． 上海：高等教育出版社，1999

[ 14 ]蒲胜海，冯广平，李泮，等． 无土栽培基质理化形状测定方法及应用研究[J]． 新疆农业科学，2012，49(2)：267～282

[ 15 ]Luchli A., Epstein E.. Plant response to saline and sodic conditions. In Agricultural salinity assessment and management[M]. New York: American society of civil engineers, 1990: 113～137

[ 16 ]Munns R.. Comparative physiology of salt and water stress[J]. Plant Cell Environmental, 2002, 25: 239～255

[ 17 ]Albacete A., Ghanem M. E., Martínez-Andújar C., et al..Hormonal changes in relation to biomass partitioning and shoot growth impairment in salinized tomato (Solanum lycopersicum L.) plants[J]. Journal of Experimental Botany, 2008, 59(15): 4119～4131

[ 18 ]Stella L., Antonio S., Michele P., et al.. Abscisic acid root and leaf concentration in relation to biomass partitioning in salinized tomato plants[J]. Journal of Plant Physiology, 2012, 169: 226～233

[ 19 ]王建伟，孙力平，员建，等． 腐殖酸钠对钙、镁离子吸附效果的研究[J]． 环境科学与管理，2008，33(12)：37～40

[ 20 ]Veronica M., Eva B., Angel-Maria Z., et al.. Action of humic acid on promotion of cucumber shoot growth involves nitrate-related changes associated with the root-to-shoot distribution of cytokinins, polyamines and mineral nutrients[J]. Journal of Plant Physiology, 2010,167: 633～642

[ 21 ]Thomas R. H., O’Melia C. R.. Aluminum-fulvic acid interactions: mechanisms and applications[J]. JAWWA,1988, 80(4): 176

Xiong Jing1, Gao Jieyun1, Tan Jun2, Chen Qing1*
(1 College of Resources and Environment Sciences, China Agriculture University, Beijing, 100193 2 View sino International Co. Ltd., Beijing, 100004)

The ameliorating effects of potassium humate application on tomato at seedling stage under high salinity stress were studied. 4 treatments were designed in this experiment by the method of bag-planting, involving low salinity coconut coir, low salinity coconut coir with potassium humate, high salinity coconut coir and high salinity coconut coir with potassium humate. The inf l uence of salt stress on tomato and mitigative eects of potassium humate were evalutated.The results showed that high salinity stress could obviously inhibit the growth of tomato seedlings. Comparing with the control, the leaves number, height, total dry matter and root activity of tomato seedlings decreased by 36.4%, 57.5%,59.6% and 55.1% respectively under high salinity stress. Comparing with high salinity coconut coir without potassium humate, the addition of potassium humate increased the leaves number, height, total dry matter and root activity of tomato seedlings increased by 22.2%, 84.1%, 53.9% and 25.2% respectively.

high salinity coconut coir; potassium humate; tomato; seedling stage; root activity

TQ444.6，S141.6

1671-9212(2017)06-0038-07

A

10.19451/j.cnki.issn1671-9212.2017.06.006

“十三五”国家重点研发计划“化学肥料和农药减施增效综合技术研发”项目：新型复混肥料及水溶肥料研制(项目编号2016YFD0200405)。

2016-08-17

熊静，女，1987年生，博士，主要从事环境科学与工程方向研究。*通讯作者：陈清，男，教授/博士生导师，E-mail：qchen@cau.edu.cn。