不同比例底泥复合基质的理化性状及其对紫罗兰生长的影响

陈江博，范成五，朱仁秀，刘桂华，瞿 飞，秦 松*

(1. 贵州大学 农学院，贵州 贵阳 550025；2. 贵州省农业科学院土壤肥料/农业资源与环境研究所，贵州 贵阳 550006；3. 贵州省农业资源与环境工程技术研究中心，贵州 贵阳 550006 ；4. 贵州省龙里县农村工作局，贵州 龙里 551200)

【研究意义】紫罗兰[Matthiolaincana(L.) R. Br.]原产于地中海沿海岸，为十字花科紫罗兰属二年生或多年生草本植物，喜冷凉气候，通风良好的环境，花朵数多且较大、鲜艳，是室内装点及布置广场的常用花卉。因泥炭是公认的最好的无土栽培基质之一，故花卉种植常用的基质大多数都以泥炭为主体。但泥炭在自然条件下形成需上千年时间，过度开采利用使泥炭的消耗速度加快，破坏湿地环境，加剧全球温室效应[1]。因此，在无土栽培中减少泥炭的使用甚至不使用泥炭成为当前的研究热门[2]。探索底泥种植紫罗兰的最佳物料配比，为底泥的资源化利用提供科学的参考依据。【前人研究进展】泥炭替代物的研究成为热点[3]。国内外不少学者利用堆肥、农业有机废弃物等作为泥炭替代物，并对其特征进行了研究。如REED D W[4]通过比较不同替代物的水分特征曲线发现椰子壳纤维的水分特征和泥炭非常相似，是一种很好的泥炭替代品；GUÉRIn V等[5]通过利用堆肥技术将农业废弃物混合种植海荚蒾(Viburnumtinus)取得与泥炭相似的效果；梁巧明等[6]利用蔗渣、菌渣、杂木屑、花生壳等废料作基质替代泥炭种植蝴蝶兰和石斛兰并取得理想效果。【本研究切入点】底泥是水中物质的蓄积场所，含有丰富的氮、磷和有机质等有益成分[7]。相对于堆积和填埋，底泥经过处理后，其丰富的营养物质可被植物利用。肥化处理是底泥最行之有效的处理方式和发展方向[8-9]，肥化后的底泥在园林绿化、育苗基质、农业利用上效果明显，并且底泥用于替代泥炭成为无土栽培基质方面的研究越来越多[10-12]。而底泥孔隙度低会使根系生长发育受限，影响植物地上部分的生长和产量[13-14]。【拟解决的关键问题】通过物料配比，解决底泥颗粒小、透气性差、质地紧实和盐分含量高等缺点，最大限度地利用底泥，既实现底泥的资源化利用，减少环境污染，又节约紫罗兰栽培的成本。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 紫罗兰 紫罗兰[Matthiolaincana(L.) R. Br.]，贵州省农业科学院园艺所提供。

1.1.2 基质 基质由底泥、火山石、珍珠岩、蘑菇渣、泥炭、锯木屑和蚯蚓粪组成，各基质物料的养分含量见表1。①底泥。取自贵阳市阿哈水库，pH为7.8，比重为2.44 g/cm3，孔隙度为32.5 %，有机质含量116.42 g/kg，总氮含量2.5 g/kg，碱解氮含量110.55 mg/kg，有效磷含量42.44 mg/kg，速效钾含量195.78 mg/kg，镉含量2.07 mg/kg。②火山石。是非常珍贵的多孔形石材，含有几十种矿物质和微量元素，由上海火山石销售公司提供。③珍珠岩。珍珠岩能增大了混合基质的孔隙度，增强了其通气、保水、保肥的性能，由贵州省旺达建材公司提供。④蘑菇渣。蘑菇渣是生产蘑菇产生的废弃料，养分含量丰富和含有丰富的粗蛋白、粗脂肪和氮浸出物还具有大量的微生物群落，由贵州省农科院土壤肥料研究所提供。⑤泥 炭。含有多种氮、磷、钾元素，适合种植蔬菜、育苗、公园植被等，由贵州省农业科学院土壤肥料研究所提供。⑥锯木屑。具有质轻透气保水保肥的特点，是代替盆土的好材料，由贵州省农业科学院土壤肥料研究所提供。⑦蚯蚓粪。黑色、质轻、粒细均匀、无异味、干净卫生、保水保肥、营养全面，结构及功能特殊，可全面应用于各种植物，由贵州省农业科学院土壤肥料研究所提供。

表1 紫罗兰不同物料基质的养分含量

表2 紫罗兰种植基质中底泥添加不同物料的比例

1.2 试验设计

试验在贵州省农业科学院土肥所大棚进行。综合考虑供试园艺植物的生长习性、底泥的特性与底泥处理量，共配制紫萝兰基质12种(表2)，以只加底泥为对照， 3次重复，加对照和重复试验共39盆；基质配制完成后，混合均匀后倒入塑料盆，控制底泥生长基质为2 kg，每盆分别移栽1棵紫罗兰幼苗(挑选大小和长势一致的苗)，用自来水浇灌，保证水分，生长90 d后收获。

1.3 样品采集与分析测定

1.3.1 紫罗兰 生长90 d后收获，地上部分于收获前测定株高，收获时采集植株整株，用自来水洗净后再用去离子水冲洗，测定鲜重和干重，制成样品于室内进行分析。生物量采用称重法测定，基本养分指标采用常规方法测定[15]。

1.3.2 土壤 采集植株收获时对应土样，先于室内自然风干，研磨后过100目尼龙筛，装入自封袋编号备用。pH采用电位测定法；电导率(EC)采用电导法；Cd含量，先用微波消解法进行消解，后采用ICP-MAS法进行测定(国家标准土壤样品GSS-22，试剂均为优级醇)。

1.4 数据处理

采用Excel 2010对数据进行整理，SPASS 20进行分析，Origin8.6 作图。

2 结果与分析

2.1 不同物料配比基质的理化性状及养分含量

2.1.1 理化性状 从表3可知，不同配比基质的pH、电导率和Cd含量均比纯底泥低。纯底泥pH较高，不适宜部分植物种植，添加其他物料后的pH为7.07～7.56，属于中性，在植物的生长范围内(pH 5.5～8.3)；此外，添加其余物料后基质的电导率也适宜植物的正常生长。

2.1.2 养分含量 不同物料配比基质的有机质较对照含量低，而碱解氮、速效钾和有效磷含量呈无规律变化，但含量大致都高于对照。原因是底泥颗粒较细，对养分的吸附作用较强，所以有效养分较低，而基质又添加了蘑菇渣、泥炭和蚯蚓粪等养分含量较高的基质，所以速效养分有所增加，且各种基质混杂，也会影响养分的释放。

2.2 不同物料配比基质对紫罗兰生长的影响

2.2.1 株高 在试验过程中，除对照处理的紫罗兰叶子发黄，其余各处理的紫罗兰均正常生长。从图1可知，不同物料配比的基质对紫罗兰的生长具有一定促进作用，尤其是Z10在15、30、45、60、75和90 d时，对紫罗兰生长的促进作用最明显，其株高分别较对照高8.4、11.9、14.75、19 .0、20.0和20.25 cm。其次是Z5，在15、30、45、60、75和90 d的株高分别较对照高7.7、11.9、12.0、19.5、19.5和18.6 cm；再次是Z1，在15、30、45、60、75和90 d的株高分别较对照高10.8、10.9、11.5、16.75、16.5和15.5 cm；其余处理株高较小，但均高于对照。

图1 不同物料配比基质紫罗兰的株高变化Fig.1 Height of M. incana cultured on different compound substrates with different proportion

表3 不同物料配比基质的理化性状及养分含量

2.2.2 鲜重与干重 从表4可知，不同物料配比基质对紫罗兰干物质的积累具有一定促进作用，其中Z1、Z7和Z11鲜重分别较对照(CK)高21.54、17.62和14.57 g，其余处理的鲜重较对照高1.90～12.66 g；各个处理的干重变化不大，其中，Z1、Z5、Z10和Z7的干重较分别对照高3.33、3.30、3.09和3.00 g，其余处理的干重较对照高0.67～2.25 g。

2.3 不同物料配比基质紫罗兰的养分含量

从表5可知，不同配比基质紫罗兰的全氮含量为31.83～39.48 g/kg，其中Z1含量最高，CK和Z12含量最低。全磷含量为1.83～4.16 g/kg，Z1含量最高，CK含量最低。全钾含量为26.1～45.58 g/kg，Z4含量最高， CK含量最低， Z1含量略低于Z4。综合来看， Z1对养分的积累最好， CK最差。

2.4 不同物料配比基质紫罗兰Cd的含量

从表6可知，不同物料配比基质紫罗兰的Cd含量为0.65～1.34 mg/kg，平均为1.00 mg/kg。其中， CK的含量最高，Z4的含量最低；Cd在紫罗兰体内的累积量为0.002～0.005 g/株，平均值为0.003 mg；Z10的累积量最大，Z8和CK的累积量最小。可见，Cd含量高的累积量不一定大，其生物量对累积量起着很大的作用。

3 讨 论

水、肥、气和热是植物生长的必备条件，底泥养分丰富[16]，在底泥应用于园艺植物种植的过程中的限制因子就是底泥的孔隙度和过高分盐分[17]；电导率(EC)是指示可溶性盐分含量高低的一个重要指标，研究结果表明，过量盐分会干扰植物体内离子平衡，造成渗透胁迫，对植株体内参与正常活动的多种酶产生抑制或诱导作用，造成植物烧苗、烧根现象，从而影响植物的正常生长，使生物量、株高和根系活力下降[18]，阿哈水库底泥基质种植前的EC为0.79～1.62 ms/cm，比城市处理厂污泥的EC小很多(2.38～4.72 ms/cm)[19]，CHENG H等[20]研究发现，污泥的电导率约为2 ms/cm时，会明显抑制种子的发芽。所以，阿哈水库底泥作为种植基质，较为理想。有研究指出，添加珍珠岩可以增加底泥的孔隙度，稀释底泥的盐分，有利于紫罗兰的生长[21]。但试验中除添加珍珠岩外，还添加了其他物料，并且底泥的添加量也在不断变化，随着底泥施用量的增加，电导率呈增长趋势；紫罗兰在不同基质中的长势不同，可能与底泥的特性和所加物料的不同有关。此外，紫罗兰体内的Cd含量均较低，这是因为基质本身的Cd含量较低；此外，底泥含有大量的Ca，Ca对重金属离子具有拮抗作用，会抑制植物对重金属的吸收[22]。有研究指出，从短期来看，在施加污泥堆肥的草坪基质中并未发现明显的盐分和重金属累积现象[23]，但长期施用可能会使其累积盐分而造成盐害问题。

表4 不同物料配比基质紫罗兰的生物量变化

注：同列不同大小写字母表示差异极显著(P<0.01)和 差异显著(P<0.05)，下同。

Note: Different capital and lowercase letters in the same column indicate significance of difference atP< 0.01 andP< 0.05 level respectively. The same as below.

表5 不同物料配比基质紫罗兰的养分含量

4 结 论

(1)不同比例底泥复合基质的pH为7.07～7.56，相较于纯底泥的pH 7.97，更适宜紫罗兰的种植；其电导率与Cd的含量均低于纯底泥，且养分含量均较纯底泥高，紫罗兰在各基质中的生长状况均好于纯底泥。说明，添其他物料可以调节底泥，使其更加适用于植物生长。

表6 不同配比基质紫罗兰体的Cd含量与累积量

(2)各配比基质对紫罗兰生长均具有一定的促进作用。基质比例分别为底泥10 %、火山20 %、珍珠岩10 %、蘑菇渣15 %、泥炭10 %、锯木屑5 %及蚯蚓粪30 %时，对紫罗兰生长有较好促进作用，其株高为24.8 cm，全氮含量为39.48 g/kg，全磷含量为4.16 g/kg，全钾含量为43.25 g/kg。

(3)Cd在紫罗兰体内含量为0.65～1.34 mg/kg，平均值为1.00 mg/kg，但含量都在植物正常含量范围内，说明底泥对植物Cd含量没有明显的影响。