绣球菌渣复合基质对黄瓜幼苗素质及产量的影响

王 涛 雷锦桂 黄语燕 陈永快 廖水兰 吴宝意

(福建省农业科学院数字农业研究所,福建福州 350003)

黄瓜(Cacumis sativusL.)为葫芦科黄瓜属一年生蔓生或攀援草本植物[1],在中国各地广泛栽培。黄瓜食用方便,富含蛋白质、维生素及多种矿物质,具有较高的经济价值[2]。黄瓜根系较弱,主要分布在25 cm表土层,密集在10 cm土层,侧根集中分布于横向半径30 cm,其吸水能力强,但吸肥能力弱,在疏松透气、有机质丰富、pH值在6.5～7的中性或微酸性土壤中生长较好[3]。

蔬菜无土栽培是先采用塑料穴盘基质育苗后,再移栽设施条件下进行工厂化生产,因此,工厂化穴盘基质育苗是无土栽培的基础。穴盘育苗采用的基质要能够为根系创造良好的水、气、肥等条件,因此要选择质量轻、持水性及透气性好的基质[4]。目前穴盘育苗基质主要采用草炭、蛭石、珍珠岩等材料,草炭因富含有机质,质地轻,持水性与透气性好,是一种理想的育苗基质[5]。但草炭价格昂贵且不可再生,过度开采会导致资源匮竭,造成严重的生态环境问题[6]。

菌渣是指食用菌收获之后剩余的培养基肥料[7]。绣球菌是一种名贵的食用菌,被誉为“万菇之王”,含有丰富的维生素、矿物质和抗氧化物质,药用价值极高[8]。绣球菌原为野生珍稀菇类,继日本、韩国驯化栽培成功之后,中国成为第三个栽培绣球菌的国家[9]。目前,菌渣主要被用于栽培基质、饲料、有机肥料、生态环境修复材料、土壤改良等方面,但菌渣在上述应用中利用有限且研究深度不够[10-11]。以菌渣开发栽培基质,可变废为宝,实现废弃物二次利用,具有显著的生态效益。于婷婷等[12]研究结果表明,菇渣∶树叶土∶鸡粪=5∶4∶1的基质,叶菜长势较好且亚硝酸盐含量较低。尚春明等[13]发现,菇渣∶蛭石∶牛粪=2∶2∶2是适合番茄、茄子幼苗生长的最佳基质配比。谢正林等[14]研究表明,杏鲍菇菌渣可以替代部分草炭,降低有机质栽培青椒的成本。目前国内学者在金针菇、香菇、双孢蘑菇等菇渣品种的蔬菜育苗上已有较多报道[15-18],但关于绣球菌渣开发基质栽培的研究鲜见报道。

本试验首次利用绣球菌渣作为基础基质,珍珠岩、草炭作为辅助基质,探讨绣球菌渣不同基质配比对黄瓜育苗效果及后期栽培的影响,筛选出以绣球菌渣为基础的最佳复配基质配方,以期为绣球菌渣资源化利用提供理论依据和参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验品种为夏之光黄瓜,由山东金种子农业发展有限公司提供。试验基质材料为腐熟的绣球菌渣、珍珠岩、草炭,其中绣球菌渣由福建容益菌业科技研发有限公司提供,其组成为:木屑占60%～80%、淀粉占8%～18%、麸皮占10%～20%、硫酸铵0.1%、蛋白胨0.1%～0.5%、红糖1.4%～1.8%,各组份重量百分比之和为100%,经过充分腐熟后备用,珍珠岩和草炭均购自福州市仓山区护花使者园艺资材商行。育苗穴盘采用72孔穴盘。

1.2 试验方法

试验于2018年7月13日-2018年11月28日在福建省农业科学院中以示范农场薄膜温室、玻璃温室和生理生化实验室进行。黄瓜播种时间为7月13日,出苗时间为7月16日。试验共设8个处理(表1),每个处理3次重复。将腐熟完全的绣球菌渣与珍珠岩、草炭按体积比混合均匀配成复合基质。播种后置于薄膜温室育苗区统一进行育苗,营养液通过意大利URBINATI温室育苗电控奔走式灌溉系统自动灌溉,每天上午8:00喷淋1次,下午2:00喷淋1次,确保幼苗得到的光照和养分均一致。营养液配方为每200 L添加 A:Ca(NO3)216 kg、KNO36 kg；B:KH2PO43 kg、MgSO410 kg、EDTA-Fe 460 g、MnSO4120 g、ZnSO460 g、CuSO44 g、(NH4)6Mo7O24·4H2O 1.5 g、H3BO360 g。分别在7月23日、7月30日、8月6日测定幼苗的形态、生理指标并记录数据。测试结束后,于8月13日将黄瓜幼苗定植于玻璃温室椰糠基质条中,进行育苗后栽培测试,营养液通过自行研制的水肥机进行自动灌溉,每天设置滴灌4次,分别为上午8:00和11:00,下午2:00和5:00,每次滴灌8 min。营养液配方为每100 L 添加 A:MgSO47.36 kg、KH2PO43.2 kg、H3BO345.76 g、MnSO425.83 g、ZnSO43.5 g、CuSO41.28 g、(NH4)6Mo7O24·4H2O 0.32 g；B:Ca(NO3)211.8 kg、KNO36.56 kg,EDTA-Fe 320 g。果实采收时间为9月7日-11月28日。

表1 不同配比的复合基质配方Table 1 Composite matrix formulation with different ratios

1.3 测定项目与方法

1.3.1 基质的理化特性测定 容重、总孔隙度、通气孔隙、持水孔隙等参照连兆煌[19]的饱和浸提法测定；pH值采用pHS-25台式酸度计(上海仪电科学仪器股份有限公司)测定,电计率(electrical conductivity,EC)采用DDS-307电导率仪(上海仪电科学仪器股份有限公司)测定。

1.3.2 黄瓜幼苗形态指标及生理指标的测定 根、茎、叶鲜干重采用JJ223BC型电子天平(感量为0.1 mg,常熟市双杰测试仪器厂)测量；根冠比为地下部鲜重/地上部鲜重的比值；壮苗指数=茎粗/株高×干质量；茎粗采用MNT-200锌合金数显卡尺(上海美耐特实业有限公司)测量,以子叶下部节间为基准；株高采用刻度尺测量,从植株基部至主茎顶部即主茎生长点之间的距离；叶面积采用YMJ-B型叶面积测定仪(浙江托普云农科技股份有限公司)测量,测量包括展开的每一片子叶和真叶；根体积采用WinRHIZO加拿大根系分析系统(加拿大REGENT)测定。取样时,每个配方分别抽取10株长势一致且具有代表性的幼苗,重复3次。

丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量参照李合生[20]的硫代巴比妥酸法测定；可溶性糖含量参照叶尚红等[21]的蒽酮比色法测定；可溶性蛋白质含量采用杨晴等[22]的考马斯亮蓝G-250染色法测定；叶绿素、脯氨酸含量以及根系活力分别采用王学奎[23]的95%乙醇提取法、磺基水杨酸法和2,3,5-三苯基氯化四氮唑(2,3,5-triphenyte-trazoliumchloride,TTC)法测定。取样时,随机选取各配方下长势一致的黄瓜幼苗,撕取相同部位的叶片,去除叶脉后,剪碎混匀,重复3次。

1.3.3 黄瓜产量 每个配方分别随机选取15株,测定单株果数、单果重和单株产量。

1.4 数据处理

采用Microsoft Office Excel 2003和DPS7.05软件进行试验数据的统计分析。采用DSP 7.05软件进行统计分析,Duncan法进行多重比较,Microsoft Excel Office 2003制作图表。

2 结果与分析

2.1 不同配比育苗基质的理化性质分析

由表2可知,除T1外,含有绣球菌渣的各配方基质干容重均显著高于CK。T1、T2、T3随着绣球菌渣含量的增加,干容重呈上升趋势,T4、T6干容重差异不大,T7的干容重最大,且与其他各配方差异显著。通气孔隙度除T4低于CK,其他配方均显著高于CK；持水孔隙度除T1低于CK,其他配方均高于CK。各配方的总孔隙度在68.93%～84.34%之间,符合基质物理性质指标54%～96%的理想范围[24]。

由表 3可知,各配方的 EC值均低于 2.5 ms·cm-1,pH值范围在6.40～6.85之间,符合蔬菜栽培基质的适宜pH范围6.0～7.5[24]。除T1外,含有绣球菌渣的各配方基质的有机质含量均显著高于CK,而CK的全氮、全磷、全钾含量均显著高于其他配方。随着绣球菌渣含量的增加,T4、T5、T6的有机质含量呈上升趋势,全氮、全磷、全钾含量下降；T7的有机质含量最高,均与其他配方差异显著,而全磷含量显著低于CK和T4,全钾含量显著低于其他配方。

表2 复合基质的物理性质Table 2 Physical properties of the composite matrix

表3 复合基质的化学性质Table 3 Chemical properties of the composite matrix

2.2 不同配比育苗基质对黄瓜幼苗形态指标的影响

2.2.1 不同配比育苗基质对黄瓜出苗的影响 由图1可知,播种5 d后,所有配方出苗率均超过95%,说明各个基质配方均能满足幼苗萌发的需要。其中,出苗率最高的T4、T6均高于CK,高达100%,T5出苗率与 CK 相同,而 T1、T2、T3、T7出苗率低于 CK。

图1 不同配比育苗基质对播种5 d后黄瓜出苗率的影响Fig.1 Effect of different proportion of seeding matrix on cucumbe seeding emergence rate after 5 days of sowing.

2.2.2 不同配比育苗基质对黄瓜幼苗生长发育的影响 由表4可知,出苗10 d后,CK的株高、下胚轴长显著高于其他配方,T7最低,具体表现为CK＞T2＞T4＞T5＞T6＞T3＞T1＞T7；茎粗以 CK 表现最好,T7表现最差,均与其他配方差异显著；根长、根冠比均为T1表现最优。出苗后15 d,CK的株高、下胚轴长、茎粗表现最优,株高、下胚轴长与其他配方均差异显著,茎粗除T5、T6外,也与其他配方差异显著；T7在株高、下胚轴长、茎粗方面,依旧表现最差；根长以T2表现最优,根冠比以T3表现最佳。出苗后20 d,T5的株高显著高于其他配方,CK的下胚轴长最长,但与T4、T5差异不显著；茎粗、根长以T1表现最好；各配方的根冠比均高于CK,以T2表现最优。出苗后10 d和15 d壮苗指数均以T1表现最好,其次是T3；出苗后20 d,T2的壮苗指数最好,其次是T7,均显著优于CK。

2.2.3 不同配比育苗基质对黄瓜幼苗根体积和叶面积的影响 由图2可知,出苗后20 d,T2的根体积显著大于其他配方,CK的根体积显著小于其他配方,T3、T6和T7的根体积相近,无显著差异,黄瓜幼苗的根体积大小依次为 T2＞T3＞T7＞T6＞T1＞T4＞T5＞CK。 由图 3可知,出苗后20 d,T5的叶面积最大,且显著高于CK、T1和T2,黄瓜幼苗的叶面积大小依次为T5＞T4＞T3＞T6＞T7＞T2＞T1＞CK。

图2 不同配比育苗基质对出苗后20 d黄瓜幼苗根体积的影响Fig.2 Effect of different proportion of seeding matrix on root volume of cucumber seedlings 20 days after emergence

图3 不同配比育苗基质对出苗后20d黄瓜幼苗叶面积的影响Fig.3 Effect of different proportion of seeding matrix on leaf area of cucumber seedlings 20 ays after emergence

2.3 不同配比育苗基质对黄瓜幼苗生理指标的影响

2.3.1 不同配比育苗基质对黄瓜幼苗叶片可溶性糖含量的影响 由表5可知,在黄瓜幼苗生长过程中,叶片可溶性糖含量大体呈先下降后上升的趋势。出苗后10 d,T4可溶性糖含量最高,但与CK、T7差异不显著,与其他配方差异显著；出苗后15 d,CK可溶性糖含量显著高于其他配方；出苗后20 d,CK可溶性糖含量仍表现为下降,其他配方可溶性糖含量升高,且T4可溶性糖含量显著高于其他配方,具体表现为T4＞T1＞T6＞T7＞T3＞CK＞T5＞T2。

2.3.2 不同配比育苗基质对黄瓜幼苗叶片可溶性蛋白质含量的影响 随着黄瓜幼苗的生长,叶片可溶性蛋白质含量逐渐增加。出苗后10～15 d,各配方可溶性蛋白质含量积累较少,出苗后15～20 d,可溶性蛋白含量积累较多。出苗后10 d及出苗后15 d,CK的可溶性蛋白含量均高于其他育苗基质配方；出苗后20 d,T3可溶性蛋白含量最高,与 T1、T5、T7差异显著,与其他配方差异不显著,而T1、T5、T7可溶性蛋白含量低于CK,除T1、T5、T7外,总体上可溶性蛋白质含量随着绣球菌渣使用量的增加而增加,具体表现为T3＞T2＞T6＞T4＞CK＞T7＞T5＞T1。

表4 不同配比育苗基质对黄瓜幼苗生长发育的影响Table 4 Effects of different proportion of seeding matrix on the growth and development of cucumber seedlings

2.3.3 不同配比育苗基质对黄瓜幼苗叶片叶绿素含量的影响 随着黄瓜幼苗的生长,CK叶绿素含量持续下降,其他配方叶绿素含量表现为先下降后上升的趋势。出苗后10 d,CK叶绿素含量显著高于其他配方,其次是T3；出苗后15 d,T4叶绿素含量最高,但与CK差异不显著；出苗后20 d,含有绣球菌渣的各配方叶绿素含量均高于CK,T5叶绿素含量最高,但与T6、T7无显著差异,幼苗叶片叶绿素含量依次为T5＞T7＞T6＞T3＞T4＞T1＞T2＞CK。

2.3.4 不同配比育苗基质对黄瓜幼苗叶片脯氨酸含量的影响 随着黄瓜幼苗的生长,叶片脯氨酸含量呈上升趋势。出苗后10 d,T5脯氨酸含量最高,CK最低；出苗后15 d,T1、T2脯氨酸含量高于CK,其他配方均低于CK；出苗后20 d,T2脯氨酸含量最高,较出苗后10 d升高67%,与T1、T5差异不显著,但显著高于CK及其他配方,幼苗叶片脯氨酸含量依次为T2＞T5＞T1＞T3＞T6＞CK＞T7＞T4。

2.3.5 不同配比育苗基质对黄瓜幼苗叶片MDA含量的影响 黄瓜出苗后10 d,T2、T4的MDA含量显著高于其他配方,而其他配方之间MDA含量差异不显著,出苗后15 d,T5MDA含量显著高于其他配方,除T5外,其他配方MDA含量均表现为下降趋势；出苗后20 d,CK、T1、T4、T5MDA 含量下降,T2、T3、T6、T7MDA 含量升高,T1MDA含量最低,但与CK差异不显著,幼苗叶片 MDA 含量依次为 T7＞T3＞T4＞T2＞T6＞T5＞CK＞T1。

2.3.6 不同配比育苗基质对黄瓜幼苗根系活力的影响 黄瓜出苗后10 d,除T1根系活力显著高于CK,其他配方均显著低于CK,T4根系活力最低；出苗后15 d,T4、T7根系活力升高,其他配方根系活力均下降,CK根系活力最高,T1次之,二者差异不显著；出苗后20 d,T1、CK根系活力继续下降,其他配方根系活力升高,此时T4根系活力最高,且显著高于其他配方,具体表现为 T4＞T6＞T7＞T5＞T2＞T1＞T3＞CK。

表5 不同配比育苗基质配方对黄瓜幼苗生理指标的影响Table 5 Effect of different proportion of seeding matrix on the physiological indexes of cucumber seedlings

2.4 不同配比育苗基质对定植后黄瓜产量的影响

由表6可知,配方其他基质配比不变,单株果数和产量随绣球菌渣使用比例的增加而下降(T4、T5、T6),T4单株果数显著高于其他配方,T7单株果数显著低于其他配方,各配方单株果数大小依次为T4＞T1＞CK＞T5＞T6＞T3＞T2＞T7。 T2、T5、T7的单果重均大于 CK,但差异不显著,各配方单果重整体表现为 T5＞T2＞T7＞CK＞T6＞T4＞T3＞T1。 本研究中,单株产量和折算后每 667 m2产量均以T4、T5表现最好,均显著高于CK和其他配方,CK、T1、T2的产量差异不显著,T7产量最低,且显著低于其他配方。各配方产量大小依次为T4＞T5＞CK＞T1＞T2＞T6＞T3＞T7。

表6 不同配比育苗基质对黄瓜产量的影响Table 6 Effect of different proportion of seeding matrix on the yield of cucumber

3 讨论

3.1 不同配比育苗基质对黄瓜幼苗生长的影响

育苗基质不仅直接影响黄瓜幼苗的生长速度和质量,还与定植后植株的产量、产值密切相关[25]。本研究筛选的配方均符合理想基质的理化性质,其中除T1外,菌渣复合基质的干容重、总孔隙度、持水孔隙度、有机质含量均较CK高；根体积、叶面积、基粗和根冠比各指标则表现为添加绣球菌渣配方的幼苗均优于CK,说明添加菌渣能够促进黄瓜幼苗生长发育,改善幼苗的农艺性状,这与洪春来等[26]的研究结果一致,可能是因为复配基质中添加绣球菌渣提高了基质的孔隙度,更适宜黄瓜幼苗根系生长。

3.2 不同配比育苗基质对黄瓜幼苗生理生化的影响

叶绿素作为主要的光合色素,参与植物的光合作用,反映植株的光合能力[27]。本试验结果表明,出苗后20 d,添加绣球菌渣配方的幼苗叶绿素含量均高于CK,说明添加菌渣有利于提高黄瓜幼苗的叶绿素含量,增强叶片光合能力,与杨爽等[28]的研究结果一致。

可溶性糖是植物代谢的主要产物之一,调控植物的生理过程,为植物的生长发育提供能量[29]。本试验结果表明,出苗后20 d,T4可溶性糖含量最高,说明该配方下幼苗生理功能强,有利于黄瓜幼苗生长。根系活力是衡量植株根系生长、代谢和吸收功能的综合指标,能够反映植株地上部的生长发育[30]。由出苗后20 d黄瓜幼苗的生理指标可知,本试验中菌渣复合基质均可以促进黄瓜幼苗的根系活力,其中T4的根系活力最强,表明该幼苗根系中四氮唑还原强度最高,幼苗根际吸收养分能力强,能够促进植株生长,这与李伟明等[30]的研究结果相似,可能是较绣球菌渣与珍珠岩复配,加入草炭后基质的营养成分和有机质含量更高,能够促进植物生长,但添加过量菌渣反而导致养分下降。

植物体内可溶性蛋白、脯氨酸的含量在植物抗逆过程中发挥着重要作用,可作为渗透调节物质对植物的生长起到保护作用[31]。MDA作为植物体脂质过氧化指标,反映细胞膜脂过氧化作用强弱及质膜伤害程度[32]。本试验中,菌渣添加量不超过75%时,出苗后20 d,幼苗叶片可溶性蛋白含量总体上随着菌渣使用量增加而升高,说明添加菌渣可提高可溶性蛋白含量；但当菌渣添加量超过75%,可溶性蛋白反而下降,说明过多菌渣不利于可溶性蛋白的积累,这与林志斌等[33]的研究结果相似。同样,菌渣使用比例在50%～75%之间时,出苗后20 d,幼苗叶片脯氨酸含量高于CK；当菌渣使用量超过75%,出苗后20 d,脯氨酸含量显著低于CK,而MDA含量显著高于CK,幼苗的抗逆性最弱,这与王涛等[34]的研究结果一致,可能是加入过量绣球菌渣后基质中离子浓度(EC值)上升,对黄瓜幼苗生长造成了一定的抑制。

3.3 不同配比育苗基质对黄瓜产量的影响

本研究结果表明,T2、T4、T5育苗效果较佳,结合后期生长栽培可知,T4、T5栽培效果较好,说明前期育苗对后期生长有很大的影响,其中T4在单株果数和产量方面表现最好,较 CK分别提高了 17.82%、10.80%,说明绣球菌渣使用比例为33%,搭配上草炭与珍珠岩,育苗后栽培效果最好。

3.4 绣球菌渣复配基质的效益分析

目前从市场批发进口丹麦品氏托普草炭约1 000元·m-3,珍珠岩约400元·m-3,而绣球菌渣仅150元·m-3左右(主要以运费为主),如果使用常用配方CK(草炭∶珍珠岩=2∶1),需要约 800元·m-3,如果改用筛选后的配方:绣球菌渣∶草炭∶珍珠岩=1∶1∶1,成本约517元·m-3,可节约35%左右。

4 结论

本研究结果表明,配方为绣球菌渣∶草炭∶珍珠岩=1∶1∶1,黄瓜幼苗在出苗率、可溶性糖含量、根系活力、结果数及产量方面优于其他配方,绣球菌渣最佳使用比例为33%,可代替50%草炭用量。将绣球菌渣作为育苗基质进行开发,不仅能够减少大量堆积导致的农业面源污染,还能够实现资源循环化利用,降低成本,提高经济效益。