栽培基质中添加砻糠灰对甜瓜生长和果实品质的影响

李 蒙，葛文静，申 君*，刘松虎

(1 信阳农林学院 园艺学院，河南信阳 464000；2 山西农业大学 园艺学院，山西晋中 030620)

无土栽培是指不使用传统土壤，而是利用其他物质代替天然土壤的栽培技术[1]，具有设施简单、投资成本低、栽培管理简单、栽培技术容易掌握等优点[2]，目前世界上的无土栽培90%以上采用固体基质栽培的方法[3]。

传统市售成品栽培基质大多以草炭为主，而草炭是一种需要经过若干年地质年代才能演替形成、而且短期内不可再生的自然资源[4]。随着有机基质栽培的快速发展，寻求更加经济适用的栽培基质成为研究重点。砻糠灰是由稻谷壳炭化后制成的灰，钾元素含量丰富，具有良好的排水透气性，略偏碱性，是一种优质、环保且成本较低的栽培基质[5]。周毅飞[6]的研究表明在育苗基质中加入适当的砻糠灰可以有效促进黄瓜种子的萌发和幼苗的生长。李彦强[7]报道，使用砻糠灰作为樟树扦插基质对扦插苗苗高、地径及地上部分叶片生长有较好的促进作用。陈晓峰[8]的研究显示，使用砻糠灰作为多本菊扦插苗的生长基质，植株容易成活、根系生长茁壮、须根多。

甜瓜(CucumismeloL.)果形优美、清甜爽口、营养丰富[9]，而甜瓜品种‘羊角蜜’的果皮薄，外脆内嫩[10]，市场需求量很大，具有较高的营养和经济价值。近年来，中国甜瓜栽培面积逐年递增，而因传统土壤栽培造成的连作障碍和土传病害等问题，制约了甜瓜产量。目前，关于甜瓜育苗和栽培基质配方的研究较多，而将砻糠灰与市售栽培基质混配，探讨其在甜瓜栽培上的应用效果的研究却鲜有报道。

本试验将砻糠灰与市售成品栽培基质按照不同比例混配成复合栽培基质，研究复配基质的理化性质及其对甜瓜生长发育、叶片叶绿素含量、果实可溶性糖、可溶性蛋白、碳水化合物含量及关键代谢酶活性的影响，以期筛选出适宜甜瓜栽培的最佳砻糠灰复配基质配方，为砻糠灰在无土栽培中进一步的合理利用提供参考依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试材料甜瓜品种‘羊角蜜’种子购自河南豫艺种业有限公司，市售成品栽培基质由河南省信阳市绿地球生物科技有限公司生产，主要采用草炭、蛭石、珍珠岩按照1∶1∶1(体积比)比例混合制成，是目前市面上常用的瓜类栽培基质；砻糠灰购自河南省信阳市化玻试剂耗材有限公司，其基本理化性质为：容重0.21 g·cm-3，通气孔隙41.2%，持水孔隙30.9%，总孔隙度为72.1%，pH为7.32，EC值为0.49 mS·cm-1。

1.2 试验设计

试验于2020年7～12月份在信阳农林学院智慧园艺试验基地进行。将砻糠灰与市售成品栽培基质按照1∶5、2∶4、3∶3、4∶2、5∶1体积比分别混配成复合栽培基质T1、T2、T3、T4、T5，使用市售成品栽培基质为对照(CK)。使用成品育苗基质(主要成分为草炭∶蛭石∶珍珠岩=2∶1∶1)培育甜瓜幼苗，穴盘用清水洗净、消毒，将基质按体积配比混匀后，装入50孔育苗穴盘中，种子播种前进行温汤浸种，随后放入25 ℃恒温箱中催芽至种子露白。播种时每穴1粒种子，压穴后播种，浇透水并覆盖薄膜。幼苗长至五叶一心时，挑选长势良好且一致的幼苗移植到装好混配基质的栽培桶(上直径32 cm，下直径21 cm，高28 cm)中，每桶移植1株。试验共6组处理，每个处理重复5次，每重复1株，各处理共移栽30株。植株定植后，单株每日浇200～500 mL的 1/2 Hoagland 营养液；开花结果期单株每日需浇1.0～2.5 L的Hoagland营养液。病虫害防治等按有机栽培管理标准进行。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 栽培基质理化性质栽培前后分别采集复合栽培基质样品，参照郭世荣[11]的方法测定基质的容重、孔隙度、气水比，使用手持pH计测定pH值，采用基质悬液电导法测定电导率(EC)值。

1.3.2 栽培基质微生物数量栽培后采集栽培基质样品测定微生物数量，检测及计数方法采用稀释平板法[12]。细菌使用10-4、10-5、10-6稀释度的菌悬液，以牛肉膏蛋白胨培养基培养；放线菌和真菌使用10-3、10-4、10-5稀释度的菌悬液，分别以改良高氏Ⅰ号培养基和PDA培养。

1.3.3 生长指标在甜瓜盛花期时，各处理分别随机选取3株，使用游标卡尺测量植株茎粗；直尺测量最大根长、株高、上下胚轴长；选取各处理生长点下第3片完全展开的功能叶使用叶面积扫描仪测定植株叶面积；采用排水法测定根体积；使用千分之一天平称量植株干、鲜重；TTC法测定根系活力。根据以上所测数据，按公式求得日均鲜重增长量(G值)、根冠比、壮苗指数。

G值=单株鲜重/苗龄[13]；

根冠比=地下部干重/地上部干重[14]；

壮苗指数=(茎粗/株高+地下部干重/地上部干重)×单株干重[15]。

1.3.4 叶片光合色素含量叶绿素a、b含量及类胡萝卜素含量采用乙醇丙酮混合液浸提法测定[16]；叶绿素总量和类胡萝卜素含量的比值作为叶色指数[17]。

1.3.5 光合气体交换参数在甜瓜盛花期，选取各处理生长点下第3片完全展开功能叶，采用便携式光合测定系统(Li-6400，USA)，于9: 00～11: 00测定光合气体交换参数，包括净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)，每个处理测定3株。

1.3.6 果实品质甜瓜果实成熟后，各处理随机选取3个果实进行品质指标测定。可溶性总糖、蔗糖、葡萄糖和淀粉含量使用蒽酮-H2SO4比色法测定[18]；可溶性固形物含量参照GB 12295-90折射仪法测定；可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝染色法测定[19]；硝酸盐含量依据李合生[16]的5%水杨酸-硫酸方法测定。甜瓜果实中蔗糖合酶(SS)活性和蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性参照张志良等[20]的方法测定；可溶性酸性转化酶(AI)活性参照刘玉凤等[21]的方法测定。

1.3.7 果实产量各处理随机选取甜瓜植株3株，果实横径、纵径使用游标卡尺测量，并计算果形指数(纵径/横径)；使用台秤测定单果重和单株产量。

1.4 数据处理

试验数据使用Microsoft Excel 2010制作图表，使用SPSS 20.0进行有关分析处理。

2 结果与分析

2.1 砻糠灰配比对栽培前后基质理化性状的影响

由表1可知，在甜瓜栽培前，各处理的栽培基质容重在0.21～0.27 g·cm-3之间，T1和T2处理相对较高，显著高于对照(CK)和其余处理，其余处理稍高于CK，但未达到显著差异水平，最小为CK。随着复合栽培基质中砻糠灰比例的增加，基质的持水孔隙则逐渐降低，通气孔隙、pH和EC值呈逐渐上升趋势，气水比也随之逐渐升高，且各处理与CK差异多达到显著水平，并以T5处理的通气孔隙和气水比最大，持水孔隙最小；同时，基质总孔隙度则呈现先升高后降低的趋势，并在T2处理达到最大值(65.58%)，但仅T4和T5处理显著低于CK，其余处理均与CK无显著差异。另外，各处理基质的pH值在6.7～7.6之间，在适宜植株生长的范围之内。

在甜瓜栽培后，复合栽培基质的理化性状与栽培前变化较大，持水孔隙整体变大，其余指标整体变小；pH与EC值降低可能是由于栽培过程中植株不断吸收养分和淋洗作用导致。其中，各处理的基质容重为0.15～0.20 g·cm-3，T1和T2处理与对照相近，其余处理显著低于对照；随着复合栽培基质中砻糠灰比例的增加，基质通气孔隙和总孔隙度整体上逐渐降低，且T2-T5处理与对照差异显著，基质的其余指标均呈逐渐升高趋势，且多与对照差异达到显著水平。

2.2 砻糠灰配比对栽培后基质微生物数量的影响

表2显示。甜瓜栽培后各砻糠灰配比基质中的微生物数量均以细菌最多，其次为放线菌数量，数量最少的是真菌。各处理基质中微生物数量随着基质中砻糠灰比例的增加呈现不断降低的趋势；各类微生物数量在各处理基质间均存在明显差异，并以不含砻糠灰的CK处理量最高，砻糠灰含量最高的T5处理最少，CK处理基质中细菌、放线菌和真菌数量分别约为其他处理的2～3倍、1～2倍、1.5～4倍；各处理基质中相应的微生物总量仍以CK最高，T1次之，T5最少。以上结果说明添加砻糠灰对栽培基质中各类微生物数量均有显著的抑制作用，且配比越高抑制作用越明显。

表1 栽培前后不同砻糠灰配比基质理化性状

表2 栽培后不同砻糠灰配比基质的微生物数量

2.3 栽培基质砻糠灰配比对甜瓜生长的影响

由表3来看，随着栽培基质中砻糠灰比例的增加，甜瓜幼苗的生长指标均呈现出先升后降的变化趋势，叶面积和单株鲜重在T1处理达到最大值，株高、茎粗、根长和单株干重均在T2处理达到最大值，而根体积在T3处理达到最大，但叶面积和根体积的最大值均与相应的T2处理无显著差异；与对照相比，各生长指标在T1-T5处理下均不同程度地增加，且T2和T3处理的增幅均达到显著水平，在T5处理下均不同程度降低，且降幅多达到显著水平。由此可知，成品基质中添加适当比例的砻糠灰对甜瓜植株的生长具有显著的促进作用，并以T2处理甜瓜的长势最佳，其株高、茎粗、根长等指标最优，生长量最大，干物质积累最多，生长情况明显优于其他处理。

同时，植物的根系具有吸收和代谢的功能，其生长发育直接影响植物产量的高低[22]。由图1可知，随着栽培基质中砻糠灰含量的增加，甜瓜植株的根系活力、壮苗指数、根冠比和G值均表现为先升高后降低的趋势，根系活力、壮苗指数、根冠比均在T2处理下达到最大，分别比相应CK显著提高了19.73%、35.42%和23.08%，而G值在T1处理下达到最大，比相应CK显著增加了14.41%；另外，处理各根系指标在T1-T3下均显著高于对照，在T4处理下与对照相近，在T5处理下多显著低于对照。整体而言，适量的砻糠灰与市售基质混配可以一定程度提高甜瓜的根系活力、壮苗指数、根冠比和G值，并以T2处理的效果最佳。

表3 不同砻糠灰配比基质下甜瓜生长指标的变化

图1 不同砻糠灰配比基质下甜瓜植株根系活力、壮苗指数、根冠比、G值的变化Fig.1 The root active, sound seeding index, root shoot ratio and G value of melon plants under substrates with different rice husk ash ratios

2.4 栽培基质砻糠灰配比对甜瓜叶片光合色素含量的影响

甜瓜植株叶片光合色素含量在不同处理间有明显差异(图2)；随着栽培基质中砻糠灰比例的增加，甜瓜叶片叶绿素a含量、叶绿素总量、类胡萝卜素含量和叶色指数均呈先升后降的变化趋势，且前三者均在T2处理下达到最大值；叶色指数则在T3处理下达到最大值，但与T2处理无显著差异；叶绿素b含量呈现递减趋势，T1和T2处理最高但二者间无显著差异。各光合色素含量及叶色指数值在T1-T3处理下均显著高于其余处理和对照，在T4处理下均稍高于对照，在T5处理下均不同程度地低于对照。由此可知栽培基质中适量添加砻糠灰显著有利于叶片光合色素的合成、积累，从而提高叶片的光合能力。

2.5 栽培基质砻糠灰配比对甜瓜叶片光合参数的影响

图3显示，随着栽培基质中砻糠灰比例的增加，甜瓜叶片的Pn、Gs、Tr均呈现先升后降的变化趋势，且均在T2处理下最高，与CK相比分别显著提高了17.09%、27.57%、27.72%，而其Ci则表现出先降后升的趋势，并在T2处理下最低，较CK显著降低了23.35%。与对照相比，T1-T4处理叶片Pn、Gs、Tr大多显著提高，其Ci均显著降低，T5处理除Pn显著降低，其余参数均无显著变化。由此得出，栽培基质中适量添加砻糠灰可以显著提高甜瓜叶片的净光合速率和蒸腾速率、增大气孔导度。

图2 不同砻糠灰配比基质下甜瓜植株光合色素含量的变化Fig.2 The photosynthetic pigment contents in leaves of melon plants under substrates with different rice husk ash ratios

2.6 栽培基质砻糠灰配比对甜瓜果实品质和碳水化合物代谢关键酶活性的影响

由表4可知，随着栽培基质中砻糠灰添加比例的增加，甜瓜果实的蔗糖、可溶性总糖、葡萄糖、可溶性固形物、可溶性蛋白含量均呈现先升后降的变化趋势，并大多在T2处理下达到最大值，果实淀粉含量却呈现先降后升的趋势，并在T2处理下达到最小值，而果实硝酸盐含量变化不显著。与对照相比较，甜瓜果实的蔗糖、可溶性总糖、葡萄糖、可溶性固形物、可溶性蛋白含量在T1-T4处理中均比对照不同程度的提高，T5处理均不同程度降低，且T1和T2处理的增幅均达到显著水平；果实淀粉含量在T1-T3处理下均不同程度低于对照，在T4和T5处理下高于对照，但仅T2和T5的变化达到显著水平。其中，在T2处理下，甜瓜果实中蔗糖、可溶性糖、葡萄糖、可溶性蛋白和可溶性固形物含量比CK分别显著提高了12.50%、26.96%、5.01%、25.76%和4.38%，而其淀粉含量比CK显著减少了19.76%。整体而言，栽培基质中适量添加砻糠灰能显著提高“羊角蜜”甜瓜果实的蔗糖、可溶性总糖、葡萄糖、可溶性固形物、可溶性蛋白的含量，显著降低淀粉含量，而对硝酸盐含量无显著影响，有效改善了果实品质，并以T2处理的施用效果最佳。

同时，从图4可知，各砻糠灰配比基质对甜瓜果实中碳水化合物代谢关键酶活性也有不同程度影响。随着栽培基质中砻糠灰比例的增加，甜瓜果实中蔗糖合酶(SS)活性整体呈现先升高再降低的趋势，并在T2处理下最高，较CK显著提高了22.71%；蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性逐渐减弱，最高的T1处理下比CK显著提高了10.71%，T2处理与T1处理无显著差异；酸性转化酶(AI)活性表现为逐渐升高的趋势，T5处理最高，T2处理比CK显著降低了6.71%。由此可见，栽培基质中增加适量的砻糠灰可以有效提高甜瓜果实中碳水化合物代谢关键酶SS和SPS的活性，促进果实中碳水化合物的积累。

图3 不同砻糠灰配比基质下甜瓜叶片光合参数的变化Fig.3 The photosynthetic parameters in leaves of melon under substrates with different rice husk ash ratios

表4 不同砻糠灰配比基质下甜瓜果实品质的变化

图4 不同砻糠灰配比基质下甜瓜果实中碳水化合物代谢关键酶活性的变化Fig.4 The activities of key enzymes of carbohydrate metabolism in melon fruits under substrates with different rice husk ash ratios

2.7 栽培基质砻糠灰配比对甜瓜果实形态和产量的影响

由表5可知，随着栽培基质中砻糠灰比例的增加，甜瓜果实的横径、纵径、单果重和单株产量均呈现出先升后降的变化趋势，并均在T2处理下达到最大值，此时分别比CK显著提高20.06%、20.60%、23.33%和15.56%；而甜瓜的果形指数在各处理组均无显著变化。与对照相比，T1、T2处理下，果实横茎和单果重差异不显著；各个处理间果形指数没有显著差异。不同处理下甜瓜果实的单果重有一定差异；T1-T4处理的横径、纵径、单果重和单株产量均不同程度提高，T5处理均不同程度降低，且T1-T3处理的增幅多达到显著水平。可见，栽培基质中适量添加砻糠灰有利于‘羊角蜜’甜瓜横径、纵径的增大以及单果重和单株处理的提高，并以T2处理的效果最为显著。

2.8 甜瓜生长指标与栽培基质特性的相关性分析

从表6可以看出，甜瓜生长指标中的植株茎粗与基质容重显著正相关，单株干重与pH显著负相关，与EC值极显著正相关；叶片中叶绿素含量与基质EC值呈显著正相关，而与基质中细菌及真菌数量显著负相关；果实品质指标蔗糖含量与总空隙度、可溶性总糖与基质EC值、可溶性固形物含量与基质总孔隙度，以及葡萄糖含量与基质EC值和总孔隙度均呈显著正相关；果实产量指标单果重与基质EC值呈显著正相关；植株的株高、叶面积、根体积、可溶性蛋白含量、单株产量与基质理化指标相关性均未达到显著水平。可见，栽培基质中添加适当比例的砻糠灰有利于改善基质通气状况，降低基质中微生物的数量，提高基质营养含量，从而促进甜瓜幼苗地上部生长和根系的发育，改善果实品质。

表5 不同砻糠灰配比基质下甜瓜果实产量的变化

表6 甜瓜植株生长指标与基质特性指标的相关性分析

3 讨论与结论

无土栽培具有病虫害少、节水省肥、栽种方式灵活、可控性较高等传统土壤栽培难以超越的优越性，目前在设施农业中被广泛采用[23]。基质是无土栽培植株生长时营养的主要提供媒介，崔瑶等[24]的研究结果表明，不同的基质因其保温能力、持水透气性、养分含量的差异对植物种子萌发及植株生长的影响效果不同。甜瓜使用基质栽培，成苗率高，植株生长一致[25]。栽培前后基质的理化性质会发生变化，而基质理化性状是决定植株正常生长的重要指标[26]。本试验中，甜瓜栽培前各处理基质的理化性状满足或接近理想的栽培基质要求。基质在栽培中浇水和果实成熟后采集、风干等过程中的操作可能会影响容重，使容重变小；气水比是衡量基质水气平衡的重要指标[27]，栽培后基质的气水比变小，孔隙的变化可能与根系的生长充盈基质有关。pH和EC值是检测基质能否可供植株生长的重要指标，二者的减少可能是由于甜瓜在生长过程中不断吸收矿质营养元素而使基质趋向于更加适宜其生长的理化状态。由试验结果可知，在栽培基质中添加一定量的砻糠灰可以显著提高基质的容重、通气孔隙、pH、EC值，改善基质的理化性状，为植株提供通气持水状况良好、养分充足的生长环境。

植株的株高、茎粗代表了植株的生长势[28]。干鲜重反映植物叶片光合作用和根吸收的产物多少，是植物生长发育的基础[29]。不同基质配方处理的作物根冠比反映作物地上、地下部生长的均衡度，壮苗指数直接反映出作物的健壮程度[30]。本试验结果表明，T1-T4栽培基质中的甜瓜植株干鲜重均高于对照，且T2处理的株高、茎粗、根长以及干鲜重均最大；同时，T2处理的根系活力、壮苗指数、根冠比等也显著优于与其他处理；T5处理的生长指标均低于CK，可能是由于砻糠灰自身pH中性偏碱且保水性差的原因，造成根系无法正常吸收营养及生长。由此说明适量添加砻糠灰对栽培基质理化性状的改善具有一定作用，可以促进甜瓜的生长，但添加比例过高则会影响基质的理化性质，对甜瓜的生长造成负面影响。

叶片光合色素含量可以直接反映作物光合作用能力的强弱，叶片的叶绿素含量与作物的生长潜能有关[31]，光合作用是大部分绿色植物生存的基础，是作物最基本的生理活动[32]，适当强度的光合作用有利于植株体内有机物的积累，提高其品质和产量。净光合速率和气孔导度存在一定的线性关系，即光合速率增强，气孔导度增大，而在光合作用受阻碍时，气孔导度减小，导致进入叶片内的CO2减少[33]。本试验中T2处理甜瓜植株叶片的叶绿素含量、类胡萝卜素含量均为最大，Pn、Gs、Tr均为最高，Ci最低，因此叶片光合作用强，作物的生长代谢能力强，有助于体内的光合产物的积累。一般来说，正常生长叶片的叶绿素与类胡萝卜素的含量比值(叶色指数)约为4∶1，本研究所有处理中T5的叶色指数(3.62)最低且不在正常范围内。因此，基质中添加适当比例的砻糠灰可以提高甜瓜叶片光合色素的积累量，有助于提高叶片的光合作用效率，加速植株体内的新陈代谢，使植株的光合产物满足同化与分配利用。

种子在萌芽过程中，能够产生丰富的可溶性糖及蛋白质，可溶性糖提供了植株生长所需的绝大部分能量[34]。蔗糖是源库碳水化合物代谢的枢纽，与淀粉和果糖之间的相互转化，对源库碳水化合物的合成和代谢具有重要意义[35]。植物中大多数化学反应依赖于酶的催化作用，可溶性蛋白含量在一定程度上代表了酶的活性水平[36]。甜瓜果实中糖分积累主要由SPS和AI调控[37]。SS能够催化尿苷二磷酸葡萄糖和果糖反应生成蔗糖[35]。 SPS是光合产物分配转化为蔗糖和淀粉的关键酶，其与蔗糖的合成具有极显著的相关性[38-39]。转化酶(AI、NI)可以催化蔗糖分解为葡萄糖和果糖[40]。在高等植物中，可溶性糖和可溶性蛋白质可维持植物体细胞的渗透平衡，提高植物生物抗性[41]。硝酸盐含量是衡量果蔬品质的重要指标之一[42]，硝酸盐积累量越多，会对植株造成生理上的不利影响，从而影响果蔬长势。

本试验中T2处理的甜瓜果实中淀粉含量最低，可溶性蛋白、可溶性总糖、蔗糖含量均为最高，葡萄糖和可溶性固形物含量仅次于T1处理，可以为植株的生长发育提供大量的能量，有效促进甜瓜生长中的光合、呼吸作用，增强生长代谢能力；各处理硝酸盐含量无显著性差异。同时，T2处理果实中的SS活性最高，SPS活性与T1处理间无显著差异，AI酶活性最低；T2处理的果实横径、纵径、单果重均为最大。综上可知，T2处理的甜瓜果实中碳水化合物积累量最大，关键酶活性最适宜甜瓜果实中蔗糖等能源物质的积累，果实产量最高，生长状况最佳。因此，在适宜的砻糠灰复配基质处理下，甜瓜果实的可溶性糖、可溶性蛋白含量及蔗糖合成酶(SS)活性和蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性显著提高，果实中的糖分积累量高、植株抗逆性较好、果品质量较优。

另外，甜瓜生长、光合和品质指标与栽培基质理化特性的相关性分析结果表明，‘羊角蜜’甜瓜植株的茎粗、单株干重受栽培基质理化性状的影响较大。在本试验中，随着基质中砻糠灰比例的增加，基质的容重先升后降、通气孔隙和pH变大、持水孔隙和EC值变小，因此栽培基质中添加砻糠灰的比例不宜过高。整体而言，当基质的容重较大、pH较小、EC值较大时，更有利于甜瓜茎粗的增大、养分的累积、根系的延伸，有助于植株健壮生长。叶片叶绿素含量与基质pH显著正相关，与微生物含量均为负相关，可能是由于微生物与甜瓜生长所需物质之间存在养分竞争关系。基质的孔隙度大、EC值升高可以增加甜瓜果实中的蔗糖、葡萄糖、可溶性糖和可溶性蛋白含量，有利于根系吸收营养输送给地上部生长利用、合成有机物，增加果实产量。

综上所述，砻糠灰与市售成品栽培基质在2∶4(体积比)的混配比例下，无论是在栽培基质容重、孔隙度、pH值、EC值等理化性质方面，还是甜瓜的生长发育和果实可溶性蛋白、碳代谢物含量及关键酶活性等方面均明显的优于其他配比基质处理及对照，甜瓜植株生长状况最佳，可作为生产实际的栽培参考；同时也表明砻糠灰可作为草炭的代替基质推广使用，从而有效降低基质栽培成本。