周 娟,高登国,刘 星,刘 艳,朱 英,叶 林*
(1.宁夏大学农学院,宁夏 银川 750021;2.宁夏吴忠国家农业科技园区管理委员会,宁夏 吴忠 751100)
【研究意义】番茄(SolanumlycopersicumMill.)作为我国重要的设施蔬菜作物,在市场供应中占有重要地位[1]。在当代农业大环境下,工厂化育苗技术不断发展壮大,在蔬菜种植业中,育苗穴盘的使用量急剧增加,然而普通塑料穴盘在蔬菜植株定植后随意丢弃在田间地头,其回收和再次利用率较低,造成了大量的农业垃圾,其不可降解性也对环境造成了严重的污染[2]。【前人研究进展】近年来,许多生物降解穴盘被市场上视为温室和田间生产中更环保的选择[3],生物降解穴盘作为一种新型生物基可降解育苗容器,既起到育苗保温、保墒、保肥作用,又具有良好的生物降解性、融水性、透气性等[4],育苗后移栽大田时可带盘移栽,在作物生育期可促进作物生长发育,在作物收获期完全自行降解,可谓是两全其美,是解决废弃塑料问题的新方法,将大大减少塑料育苗容器造成的“白色污染”[5]。硒是植物生长发育的必需元素[6]。硒在一定浓度范围内能促进植物幼苗生长,适量硒可提高叶片的叶绿素含量,增强植物的光合作用[7],能提高植物抗逆性[8],叶面喷硒可提高植物产量和品质[9-10],且能降低因土壤吸附和通过化学或微生物的转化而造成的有效硒的下降[11]。国内外学者对生物降解穴盘育苗方面的研究相对较少,史鸿志等[12]通过对生物降解秧盘不同播期育秧对双季晚稻秧苗素质、分蘖动态及产量的研究发现,生物降解秧盘处理水稻最终产量较普通平盘机插略高。Ke Meng等[13]通过对生物降解穴盘在稻田中的应用研究发现,使用生物降解穴盘可以提高土壤微生物活性。Shi等[14]通过生物降解秧盘及播种量对机插水稻秧苗素质及产量的研究得出生物降解秧盘带盘机插可发挥稀播培育壮秧优势,提高出苗率,促进根系生长,有助于杂交稻稀植,充分发挥增产潜力。近年来,植物增施外源硒研究相对较多,李登超等[15]研究得出当营养液中加入低浓度硒(Se≤1.0 mg/L) 时促进了小白菜的生长,增加产量,高浓度硒(Se≥2.5 mg/L)时则抑制了小白菜的生长。刘新伟等[16]通过溶液培养研究了外源四价硒条件下,油菜幼苗硒吸收分配、生理特性及根系形态的变化,研究得出10 μmol/L硒可以通过显著改善油菜幼苗根系生理指标和根系形态来促进油菜幼苗的生长。李乐等[17]通过研究基质栽培条件下外源硒对番茄的生物效应得出适宜硒浓度能增加番茄植株干物质含量,改善品质,提高产量和促进矿质元素吸收。【本研究切入点】由于设施生产中生物降解穴盘仍未得到广泛应用,且目前在机械化生产条件下,较少的学者开展了利用生物降解穴盘带盘移栽水稻秧苗的研究,而关于生物降解穴盘应用在番茄育苗方面的研究尚未见报道。【拟解决的关键问题】通过生物降解穴盘育苗条件下进行叶面喷硒的试验,研究生物降解穴盘及喷硒对番茄幼苗质量的影响,旨在为工厂化、集约化育苗中生物降解穴盘的开发利用提供技术支撑。
以‘丰收128’番茄为试验材料,由宁夏种子公司提供,育苗基质采用商品基质(草炭∶蛭石∶珍珠岩=5∶1∶1),生物降解秧盘由河南青源天仁生物技术公司提供,规格为54.5 cm×28 cm×3.5 cm(长×宽×高),每盘72穴,以聚乳酸(PLA)、聚己二酸对苯二甲酸丁二酯(PBAT)和淀粉的混合物与其他一些环保添加剂一起用于生产的可生物降解穴盘。普通塑料穴盘采用市售大小一致的聚乙烯(PE)材质塑料穴盘,供试硒肥浓度为2 mg/L的亚硒酸钠溶液。
试验于 2019年10—12月在宁夏大学农科实训基地(106°14′E,38°50′N)2号玻璃温室中进行。玻璃温室白天温度为25~27 ℃,夜温为17~19 ℃。试验设置 2 种穴盘类型,分别为生物降解穴盘和普通塑料穴盘,记为+J和-J。施硒浓度设置2个水平,分别为亚硒酸钠浓度0(喷清水)和2 mg/L,记为N和P。试验共设4个处理,普通塑料穴盘不喷硒(-JNF)、普通塑料穴盘喷硒(-JPF)、生物降解穴盘不喷硒(+JNF)和生物降解穴盘喷硒(+JPF)。
种子于 10 月 30日播种于穴盘中,每穴 2 粒。待第1片真叶出芽后间苗,于11月14日1叶1心时进行叶面喷硒,后每7 d叶面喷施1次硒,共4次;1~2 d浇1次水,至12月16日试验结束,处理周期为47 d。番茄第1片真叶展开(播种后15 d) 到 3叶1心时期,11月18日开始每隔7 d测定幼苗的株高、茎粗、第1片真叶叶面积、下胚轴长度、根长、地上部干、鲜重等指标,每组处理均选 6个重复,47 d结束后测定每组处理根系活力。
每处理随机选取6株幼苗,用直尺测量株高、第一片真叶的长和宽,用游标卡尺测量茎粗、下胚轴长度和根长,用电子天平称量根、茎、叶干鲜重,用LI-3000C叶面积仪测番茄幼苗采用叶面积,壮苗指数依张振贤等[18]的方法计算:壮苗指数=茎粗/株高×全株干重,根冠比=地下部干重/地上部干重,G值=植株全株干重/苗龄时间。地上部、地下部的干鲜重:将洗净后的幼苗水分吸干,根部为地下部,剩下为地上部,即为鲜重;杀青并干燥至恒重后即得干重。采用TTC(氯化三苯基四氮唑)还原法测定番茄幼苗根系活力[19],幼苗质量采用根冠比(RTR)、日均干质量增长量(G) 和壮苗指数(SI) 进行评价。
利用模糊综合评价法进行数据分析。
(1)隶属函数值。
首先利用隶属函数法对原始指标进行标准化处理,正向指标依据公式(1)计算隶属函数值,负向指标依据公式(2)计算隶属函数值[20]。
(2)综合评价。
(3)
式中,Ri值表示番茄幼苗不同时期综合评价番茄幼苗生长指标所得的综合评价值[21]。
采用Excel软件对数据进行处理,利用Origin 2018软件进行绘图,利用SPSS-Statistics 20.0 统计软件做双因素方差分析,采用 Duncan 方法进行多重比较(P<0.05和P<0.01)),利用模糊函数法进行分析,并以隶属函数值对不同时期番茄幼苗生长指标进行综合评价。
12月16日试验结束时,不同处理下长势一致且具有代表性番茄幼苗生长情况如图1所示。
生物降解穴盘及喷硒对番茄幼苗形态影响的双因素方差分析的F值如表1所示。由表1可知,11月18日,穴盘类型对番茄幼苗根长影响差异极显著(P< 0.01),对干重、根冠比和G值影响差异显著(P<0.05)。喷硒浓度对番茄幼苗壮苗指数影响差异极显著(P< 0.01),对茎粗、干重和G值影响差异显著(P<0.05)。穴盘类型和喷硒浓度的交互作用对番茄幼苗无显著影响。11月25日,穴盘类型对番茄幼苗鲜重、干重、壮苗指数和G值的影响差异极显著(P< 0.01),对株高、茎粗和叶面积影响差异显著(P<0.05),喷硒浓度对番茄幼苗叶面积、鲜重、干重、壮苗指数、根冠比和G值影响差异极显著(P<0.01),对茎粗影响差异显著(P<0.05),穴盘类型和喷硒浓度的交互作用对番茄幼苗株高影响差异极显著(P<0.01),对根冠比影响差异显著(P<0.05)。12月2日,穴盘类型对番茄幼苗株高和茎粗影响差异极显著(P<0.01),对鲜重影响差异显著(P<0.05),喷硒浓度对番茄幼苗鲜重、干重和G值影响差异极显著(P<0.01),对株高、叶面积和壮苗指数影响差异显著(P<0.05),穴盘类型和喷硒浓度的交互作用对番茄幼苗鲜重、干重、壮苗指数和G值影响差异显著(P<0.05)。12月9日,穴盘类型对番茄幼苗茎粗、干重、壮苗指数和G值影响差异极显著(P<0.01),对鲜重影响差异显著(P<0.05),穴盘类型和喷硒浓度的交互作用对番茄幼苗无显著差异。12月16日,穴盘类型对番茄幼苗株高、茎粗、鲜重、干重和G值影响差异极显著(P<0.01),对根长和壮苗指数影响差异显著(P<0.05),喷硒浓度对番茄幼苗株高、鲜重、干重、壮苗指数、根冠比和G值影响差异极显著(P<0.01),对茎粗和根长影响差异显著(P<0.05),穴盘类型和喷硒浓度的交互作用对番茄幼苗干重、壮苗指数和G值影响差异显著(P<0.05)。
图1 不同处理下番茄幼苗的生长情况Fig.1 Growth of tomato seedlings under different treatments
表1 不同时期穴盘类型及喷硒番茄幼苗形态的双因素方差分析
用普通塑料穴盘育苗时,11月18日时,-JPF和-JNF幼苗株高无显著差异,11月25日至12月16日时,-JPF幼苗株高显著大于-JNF,11月25日差异达到最大,比-JNF 增加了15.71%(图2-a);11月18日-JPF和-JNF幼苗茎粗无显著差异,11月25日至12月9日时,-JPF幼苗茎粗显著大于-JNF,12月9日达到最大,比-JNF 增加了9.85%(图2-b)。11月18至12月2日时,-JPF和-JNF幼苗叶面积无显著差异,12月9日时,-JPF幼苗叶面积显著大于-JNF,比-JNF 增加了15.99%(图2-c)。11月18日至12月2日,JPF和-JNF幼苗下胚轴长度无显著差异,12月9日和12月16日时,-JPF幼苗下胚轴长度显著大于-JNF,12月16日达到最大,比-JNF 增加了20.77%(图2-d)。11月18日至12月16日,在整个幼苗生长期内,-JPF和-JNF幼苗根长无显著差异(图2-e)。
用生物降解穴盘育苗时,11月18日至12月9日,+JPF和+JNF幼苗株高无显著差异,12月16日时,+JPF幼苗株高显著大于+JNF,比+JNF增加了12.46%(图2-a);11月18日至12月2日,+JPF和+JNF幼苗茎粗无显著差异,12月9日和12月16日时,+JPF幼苗茎粗显著大于+JNF,12月9日时差异达到最大,比+JNF增加了8.51%(图2-b);11月25日时,+JPF幼苗叶面积显著大于+JNF,比+JNF增加了8.16%,12月2日后,+JPF和+JNF幼苗叶面积无显著差异(图2-c)。11月18日至12月16日,在整个幼苗生长期内,+JPF和+JNF幼苗下胚轴长度和根长无显著差异(图2-d和2-e)。
图2 生降解穴盘及喷硒对番茄幼苗不同时期形态指标的影响Fig.2 The effects of biodegradable plugs and selenium spray on morphological indexes of tomato seedlings at different stages
喷硒浓度为0 mg/L时,11月18日时,+JNF和-JNF幼苗株高、茎粗、叶面积、下胚轴长无显著差异,12月9日和12月16日时,+JNF幼苗株高显著大于-JNF,12月16日时差异达到最大,比-JNF增加了19.72%(图2-a);11月25日至12月9日,+JNF幼苗茎粗显著大于-JNF,12月2日时差异达到最大,比-JNF增加了22.33%(图2-b);12月9日时,+JNF幼苗叶面积显著大于-JNF,比-JNF增加了11.83%(图2-c);11月18日至12月16日,+JNF和-JNF幼苗下胚轴长无显著差异(图2-d);11月18日和12月2日,+JNF的根长显著大于-JNF,11月18日达到最大,比-JNF增加了45.92%(图2-e)。
喷硒浓度为2 mg/L时,11月18日至12月9日,+JNF和-JNF幼苗株高无显著差异,12月16日时,+JPF幼苗株高显著大于-JPF,比-JNF增加了18.62%(图2-a);11月18日至12月2日,+JNF和-JNF幼苗茎粗无显著差异,12月9日和12月16日时,+JPF幼苗茎粗显著大于-JPF,12月16日达到最大,比-JNF增加了10.34%(图2-b);11月18日至12月16日,在整个幼苗生长期内,+JNF和-JNF幼苗叶面积和根长无显著差异(图2-c和2-e)。11月18日至12月2日,+JNF和-JNF幼苗下胚轴长度无显著差异,12月9日时,+JPF幼苗下胚轴长度显著低于-JPF,比-JNF减少了10.37%(图2-d)。
不同字母表示在 0.05 水平下差异显著,下同 Different letters indicate significant differences at the 0.05 level,the same as below图3 生降解穴盘及喷硒对番茄幼苗不同时生物量的影响Fig.3 The effects of biodegradable plugs and selenium spraying on the biomass of tomato seedlings at different times
用普通塑料穴盘育苗时,11月18日时,-JPF和-JNF幼苗鲜重无显著差异,11月25日和12月16日,-JPF幼苗鲜重显著大于-JNF,12月16日达到差异达到最大,比-JNF 增加了35.04%(图3-a);11月18日时,-JPF和-JNF幼苗干重无显著差异,11月25日和12月9日,-JPF幼苗干重显著大于-JNF,12月9日差异达到最大,比-JNF 增加了26.64%(图3-b)。
用生物降解穴盘育苗时,11月18-25日,+JPF和+JNF幼苗鲜重和干重无显著差异,12月2日和12月16日时,+JPF幼苗鲜重显著大于+JNF,12月2日差异达到最大,分别比+JNF增加了50.80%和43.50%(图3-a和3-b)。
喷硒浓度为0 mg/L时,11月18日时,+JNF和-JNF幼苗鲜重和干重无显著差异,11月25日和12月16日,+JNF幼苗鲜重显著大于-JNF,12月16日时达到最大,比-JNF增加了42.49%(图3-a);11月25日和12月9日,+JNF幼苗干重显著大于-JNF,12月9日时达到最大,比-JNF增加了44.65%(图3-b)。
喷硒浓度为2 mg/L时,11月18日时,+JNF和-JNF幼苗鲜重和干重无显著差异,11月25日后,+JPF幼苗鲜重和干重显著大于-JPF,12月16日时幼苗鲜重和干重差异达到最大,分别比-JNF增加了39.93%和39.47%(图3-a和3-b)。
用普通塑料穴盘育苗时,12月2日之前,-JPF和-JNF幼苗壮苗指数无显著差异,12月9日时,-JPF幼苗壮苗指数显著大于-JNF,比-JNF 增加了27.82%(图4-a);11月18日至12月2日,JPF和-JNF幼苗根冠比无显著差异,12月16日时,-JPF幼苗根冠比显著低于-JNF,比-JNF 减少了22.14%,12月16日时,-JPF幼苗根冠比显著大于-JNF,比-JNF 增加了48.39%(图4-b);11月18日时,-JPF和-JNF幼苗G值无显著差异,11月25日和12月9日时,-JPF幼苗G值显著大于-JNF,12月9日差异最大,比-JNF 增加了26.64%(图4-c)。
用生物降解穴盘育苗时,11月18日至12月16日,在整个幼苗生长期内,+JPF幼苗壮苗指数显著大于+JNF,12月2日达到差异最大,比+JNF增加了42.46%(图4-a);11月25日时,+JPF幼苗根冠比显著大于+JNF,比+JNF增加了42.34%,后无显著差异(图4-b);11月18-25日,+JPF和+JNF幼苗G值无显著差异,12月2日和12月16日时,+JPF幼苗G值显著大于+JNF,12月2日差异达到最大,比+JNF增加了43.50%(图4-c)。
喷硒浓度为0 mg/L时,11月25日之前,+JNF和-JNF幼苗壮苗指数无显著差异,12月9日,+JNF幼苗壮苗指数显著大于-JNF,比-JNF增加了49.93%(图4-a);11月18日时,+JNF和-JNF幼苗根冠比无显著差异,11月25日时,+JNF幼苗根冠比显著低于-JNF,比-JNF减少了19.71%(图4-b);11月18日之前,+JNF和-JNF幼苗G值无显著差异,11月25日和12月9日,+JNF幼苗G值显著大于-JNF,12月9日时达到最大,比-JNF增加了44.65%(图4-c)。
喷硒浓度为2 mg/L时,11月18日至12月16日,在整个幼苗生长期内, +JPF幼苗壮苗指数显著大于-JPF,12月9日达到最大,比-JNF增加了31.07%(图4-a);11月18日时,+JPF幼苗根冠比显著大于-JPF,比-JPF 增加了53.01%,11月25至12月16日,+JNF和-JNF幼苗根冠比无显著差异(图4-b);11月18时,+JNF和-JNF幼苗G值无显著差异,11月25日至12月16日,+JPF幼苗下胚轴长度显著大于-JPF,12月16日差异最大,比-JNF增加了39.47%(图4-c)。
图4 生降解穴盘及喷硒对番茄幼苗不同时期壮苗指标的影响Fig.4 The effects of biodegradable plugs and selenium spraying on strong seedling indexes of tomato seedlings at different stages
生物降解穴盘及喷硒对番茄幼苗不同时期内各项参数指标的影响存在差异,凭单一幼苗生长指标难以评判不同处理优劣,因此需要综合评价幼苗生长指标。本文采用模糊综合评价法综合评价穴盘类型及喷硒浓度对番茄幼苗的影响,确定番茄苗期育苗的最优穴盘类型和喷硒浓度组合,如表2所示。
由表2 综合排名可以看出,11月18—25日各处理的综合评分中,处理-JNF条件下幼苗各项指标综合评分最高。由此可见,幼苗生长初期,生物降解穴盘育苗相较于普通塑料穴盘育苗效果稍差。12月2日与12月9日的综合评价评分中,+JPF各指标综合评分最高,-JNF最低。12月16日的综合评价评分由大到小为+JPF、+JNF、-JPF、-JNF。由此可见,11月25日前处理-JNF的综合评分排名最高,12月2至12月16期间处理+JPF的综合评分最高,与此同时幼苗生长期处理-JNF综合排名最低。依据综合评价可知,在试验周期内,采用普通塑料穴盘育苗时,应在幼苗生长后期进行叶面喷硒,采用生物降解穴盘育苗时,应在幼苗生长初期1叶1心和幼苗生长后期3叶1心时进行叶面喷硒,不宜多次进行叶面喷硒。
根系是植物吸收水分和矿质营养的重要器官。经处理47 d后根系活力双因素方差分析结果(图5)可以看出,普通塑料穴盘育苗时,-JPF处理的根系活力显著高于-JNF,为21.11 μg/(g·h),比-JNF高38.15%;生物降解穴盘育苗时,+JPF处理的根系活力显著高于+JNF,为33.70 μg/(g·h),比+JNF 高51.87%;喷硒浓度为0 mg/L时,+JNF 处理根系活力为22.19 μg/(g·h),显著高于-JNF,比-JNF高45.22%;喷硒浓度为2 mg/L时,+JPF处理的根系活力显著高于-JPF,比-JPF 高59.64%。说明利用生物降解穴盘育苗能提高番茄幼苗根系活力,利用生物降解穴盘育苗的同时进行喷硒浓度为2 mg/L ,能显著提高番茄幼苗根系活力水平。
表2 不同时期番茄幼苗指标隶属函数综合评价表
利用生物降解穴盘育苗,是解决由塑料残留物所引起的问题一种有前途的方法。利用降解穴盘育苗时进行叶面喷硒能够促进番茄幼苗生长发育,促进壮苗。目前利用生物降解穴盘育苗的研究中,还未将生物降解穴盘应用到设施蔬菜育苗中,Ke Meng等[13]利用生物降解穴盘进行水稻育苗并带盘移栽试验,研究结果表明,生物降解穴盘相较于普通塑料穴盘育苗培育水稻秧苗可提高水稻根系吸收营养物质的能力。陈海荣等[22]研究表明,采用可降解型育苗钵进行甜瓜育苗能培育出壮苗。本试验中,喷硒浓度为0 mg/L时,三叶期后,生物降解穴盘及不喷硒处理幼苗壮苗指数显著大于普通塑料穴盘不喷硒处理,与陈海荣等采用可降解型育苗钵进行甜瓜育苗能培育出壮苗的结果一致。
图5 生物降解穴盘及喷硒对番茄幼苗根系活力的影响Fig.5 The effects of biodegradable plugs and selenium spray on root vitality of tomato seedlings
硒在植物生理方面具有诸多益处,适宜浓度的硒可提高植物的抗逆性,增加叶片中K+和Na+含量,促进叶肉组织和根尖细胞膜及细胞器的完整性,同时施硒增强了叶绿体电子传递速率和线粒体呼吸速率[23],从而促进植物生长发育。当外源硒直接被喷洒至作物叶面时,亚硒酸盐会表现出较高的生物有效性[24-25]。适量浓度施硒促进植物生长发育[26],施和平等[27]研究在水培条件下,低浓度的外源硒显著提高了番茄幼苗株高、根长、鲜重的增长。本试验利用普通塑料穴盘育苗条件下,在幼苗一叶期进行喷硒,生长初期普通塑料穴盘喷硒处理和普通塑料穴盘不喷硒处理幼苗生长无显著差异,幼苗两叶期后,普通塑料穴盘喷硒处理幼苗的株高、茎粗、叶面积、下胚轴长、鲜质量、干质量、壮苗指数、G值显著大于普通塑料不喷硒处理。利用生物降解穴盘育苗条件下,生长初期,生物降解穴盘喷硒处理和生物降解穴盘不喷硒处理幼苗生长无显著差异,三叶期后,生物降解穴盘喷硒处理幼苗株高、茎粗叶面积、鲜质量、干质量和G值显著大于生物降解穴盘不喷硒处理,而整个幼苗生长期内,生物降解穴盘喷硒处理幼苗的壮苗指数显著大于生物降解穴盘不喷硒处理,两叶期达到最大。结果表明利用不同穴盘类型育苗的条件下,进行叶面喷硒可促进番茄幼苗生长,提高幼苗的健壮程度,利于培育壮苗。与施和平等研究结果一致。
不同时期番茄各生长指标进行综合评价时,番茄幼苗生长初期,普通塑料穴盘不喷硒处理的综合评分最高,普通塑料穴盘喷硒处理综合评分最低,播种33 d后,普通塑料穴盘不喷硒处理综合评分最低,生物降解穴盘喷硒处理幼苗生长最佳。番茄幼苗生长初期进行叶面喷硒致使生长发育较喷施清水的幼苗发育缓慢,这种表现有可能是番茄幼苗对硒毒害的一种适应性反应:幼苗初期过早施硒抑制了幼苗的养分吸收能力,因此番茄幼苗调整生长策略,将更多地光合产物及养分分配至根部,促进番茄幼苗生长发育。
(1)穴盘类型和喷硒浓度对番茄不同时期幼苗质量影响极显著,且对不同指标的影响存在差异,生物降解穴盘喷硒处理(+JPF)对番茄幼苗生长初期株高、茎粗、叶面积、下胚轴长、根长、鲜重、干重、壮苗指数和日均干物质增长量(G值)无显著交互作用,播种26 d时对番茄幼苗株高的交互影响极显著(P<0.01),对幼苗根冠比交互影响显著(P<0.05);播种33和47 d时对番茄幼苗鲜重、干重、壮苗指数和G值交互影响显著(P<0.05)。
(2)依据综合评价值可知,番茄幼苗生长初期,生物降解穴盘育苗相较于普通塑料穴盘育苗效果稍差,播种47 d时综合评价评分由大到小为生物降解穴盘喷硒处理>生物降解穴盘不喷硒处理>普通塑料穴盘喷硒处理>普通塑料穴盘不喷硒处理,利用生物降解穴盘育苗并进行叶面喷硒时番茄幼苗生长最佳。
(3)处理47 d后,生物降解穴盘育苗能提高番茄幼苗根系活力,利用生物降解穴盘育苗的同时进行喷硒浓度为2 mg/L,能显著提高番茄幼苗根系活力水平。