基于白星花金龟幼虫粪砂的辣椒育苗基质筛选研究

王明姣，范 辉，王秀琴，尹伟僮，李青云，高志奎，薛占军

（1.河北农业大学 园艺学院，河北 保定 071001；2.石家庄市藁城区农业技术推广中心，河北 石家庄 052160）

随着我国蔬菜育苗产业的快速发展，传统作坊式育苗已无法满足现代规模化蔬菜生产对高质量秧苗的需求，开发和应用无土基质工厂化育苗技术便成为促进我国蔬菜育苗业可持续健康发展的一个重要抓手，其中草炭型基质在各种蔬菜壮苗培育中得到长足发展［1］。但是，草炭的不可再生性和肥水持效期偏短带来的资源浪费问题，促进了利用具有来源广、可再生和价格低等优点的农业废弃物开发蔬菜新型育苗基质［2］。研究发现，经过腐熟处理后的醋糟、菌棒、酒糟-牛粪、玉米秸秆、稻壳、玉米芯等农业废弃物可代替草炭与蛭石或珍珠岩复配［3-6］，复配后的基质理化性质稳定，符合蔬菜育苗基质标准，且显著提高了瓜类、茄果类和叶菜类等蔬菜幼苗质量。

近些年发现白星花金龟（Protaetia brevitarsis）幼虫利用坚硬的牙齿、肠道内丰富的菌群及高活性的消化酶可以高效取食和快速分解作物秸秆、出菇后的菌棒和畜牧粪便等农业废弃物中的纤维素和木质素［7-9］，在解决农业废弃物直接丢弃带来的环境污染问题的同时，取食长成的幼虫还富含优质高蛋白、不饱和脂肪酸、抗菌肽等物质，是一种高价值的新型药食同源物质，在人类疾病治疗、抗氧化活性提升等方面具有一定效果，深受东南亚及我国南方城市消费市场的欢迎［10-11］。此外，幼虫分解农业废弃物排出的粪砂具有颗粒大小均匀、腐殖酸含量高和植物毒性低等优势，是一种优质的有机肥［8-9］，直接施入土壤可改善其基本理化性质，促进番茄和樱桃萝卜生长，提高营养品质［12-14］；适量混入商品化草炭基质，提高了育苗基质的矿质营养元素含量，促进辣椒根系生长和增加幼苗全株生物量［15］。由此可见，利用白星花金龟幼虫粪砂开发蔬菜育苗基质具有可行性，但是培育适龄壮苗的优化配方筛选研究仍需深入探索。

因此，本研究针对蔬菜育苗产业过度依赖进口型不可再生草炭资源，而国内农业废弃物资源化利用率低的现实问题，以收集的白星花金龟幼虫分解平菇菌棒产生的幼虫粪砂与其它物料进行复配，研究不同配方基质对辣椒育苗的影响，筛选出适宜进行辣椒壮苗培育的基质配方，缓解蔬菜壮苗培育中过度依赖草炭型基质应用的问题，为农业废弃物资源化和优质育苗基质的开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所选材料为白星花金龟幼虫粪砂、进口草炭、蛭石、珍珠岩和沸石。白星花金龟幼虫粪砂收集于沧州南皮县平菇生产基地，在使用前打碎过筛至理想粒径大小后自然风干备用；草炭为德国Floragard 公司生产的进口型草炭；蛭石、珍珠岩均购于河北省保定市莲池区基质厂；辣椒供试品种为‘金阳一号’，购于保定市农贸市场。

1.2 试验设计

育苗基质以白星花金龟幼虫粪砂、进口草炭、蛭石、珍珠岩和沸石为原料，按表1 配制。种植前按照郭士荣和程斐方法测定［16-17］的配方基质容重为0.11 ～0.34 g/cm3，总孔隙度为53.67%～60.89%、通气孔隙度为3.68% ～13.85%、持水孔隙度为52.71%～46.95%、气水比为0.30 ～0.07。基质pH值为6.52 ～7.34，EC 值为115.80 ～1 083.34 μS/cm。数据基本符合行业标准《NY/T 2118—2012 蔬菜育苗基质》［18］。

表1 辣椒育苗基质的组合配方Table 1 Material configuration for substrate of pepper seeding growth

育苗配方基质筛选试验于2021 年4 月至5 月在河北农业大学东校区温室内进行。将辣椒浸种催芽后选择发芽一致的种子播于装有不同配方基质的50 孔穴盘内，每个处理3 盘，随机区组排列。育苗期间每天上午喷洒1 次清水，每次需浇透，间隔2 d 补1 次2 倍Hoagland 营养液，待幼苗达壮苗标准时（即40 d 左右的日历苗龄），统一对各处理进行取样测定。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 形态指标 调查的辣椒幼苗形态指标主要包括株高、茎粗和单株总叶面积。每个处理随机选取10株幼苗测定。其中株高用直尺测量，以茎基部到生长点的高度为准；茎粗用游标卡尺测量，以子叶叶痕向上1 cm 处的粗度为测量标准；叶面积用直尺分别量取每片叶的长和宽，再除以校正系数1.19 得到［19］。

1.3.2 干鲜重、壮苗指数及根冠比 随机选择10 株幼苗从穴盘中取出，轻抖落根系的基质后，用自来水将根系冲洗干净，再用餐巾纸吸干表面水分后，将植株从根部剪断，分别测量地上和地下部分鲜重。随后将各部分放入105 ℃烘干箱内杀青30 min，接着在80 ℃下烘干48 h 至恒重，分别测定各部分的干重。幼苗壮苗指数和根冠比分别按照韩素芹和司东霞的方法计算［20-21］。

壮苗指数=（茎粗/株高+地下部干重/地上部干重）×全株干重；根冠比=地下部干重/地上部干重。1.3.3 叶绿素及荧光参数 随机抽取10 株幼苗，选择每株幼苗自上而下的第3 片完全平展叶，参照李合生［22］方法，采用无水乙醇提取法提取叶绿素以及比色法测定叶绿素含量；采用Handy PEA 植物效率分析仪（英国Hansatech 生产）测定叶绿素荧光参数。

1.3.4 生理指标 采集幼苗自上而下的第3、4、5片完整功能叶剪碎混匀，参照李合生方法［22］进行生理指标的测定，可溶性糖采用蒽酮法测定，可溶性蛋白质采用考马斯亮蓝G-250 比色法进行测定；从根尖向上采取4 cm 的根段，用氯化三苯基四氮唑(TTC)法测定根系活力，根系可溶性糖和可溶性蛋白质测定方法同上。

1.3.5 幼苗质量评价利用 SPSS 26.0 中的利用主成分分析法［23］对所测全部指标进行处理，采用KMO和巴特利特球形度检验方法，利用主成分法相关性矩阵和基于特征值大于1 抽取因子，方差极大法计算旋转载荷值，选择载荷绝对值大于0.70 的指标为各主成分中的解释指标，计算综合得分，评价不同配方基质中下的辣椒幼苗质量。计算公式如下：

各 主 成 分 的 得 分：Fx=∑1WiNi； 综 合 得 分F=∑UxFx

式中Wi为每个主成分中指标的载荷值除以特征值的平方根得到的指标得分，Ni为指标测定值标准化后的值，i为选取的指标个数，x为提取的主成分，Ux为各主成分方差贡献率。

1.4 数据处理与分析

使用Excel 2016 和SPSS26.0 统计分析进行数据处理和分析，采用Duncan’s 新复极差法进行显著性检验（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同配方基质对辣椒幼苗形态指标的影响

由表2 可以看出，基于白星花金龟幼虫粪砂的新型育苗基质对辣椒幼苗形态指标产生了显著影响（P＜0.05）。与传统育苗基质（CK）相比，新型育苗基质均显著增加了辣椒幼苗的株高、茎粗和单株总叶面积，增幅分别达19.04% ～73.49%、9.80% ～40.68%和30.64% ～126.79%。其中对于株高而言，T16 的促进效应最好；对于茎粗而言，T4、T11、T15 和T16 的促进效应最好；对于单株总叶面积而言，T16 的促进效应最好。

表2 不同配方基质对辣椒幼苗形态指标的影响Table 2 Effects of different substrates on growth indexes of pepper seedlings

2.2 不同配方基质对辣椒幼苗干鲜重、壮苗指数和根冠比的影响

由表3 可知，新型基质对辣椒幼苗的干鲜重、壮苗指数和根冠比有显著影响（P＜0.05）。与CK 相比，新型基质均显著增加了幼苗地上和地下鲜重、地上干重和全株干重，增幅分别为：34.89% ～159.73%、27.28% ～134.84%、40.00% ～108.00%、25.71% ～91.42%；其中T16对地上鲜重促进效果最好，T10、T11 对地下鲜重促进效果最好，T11、T16 和T18 对地上干重和全株干重促进效果最好；对地下干重和壮苗指数而言，除T13 显著低于CK，其余基质均具有显著促进作用，增幅均为5.00%～50.00%，其中T18 促进效果最好；对于幼苗根冠比而言，相比CK，新型基质均降低了幼苗根冠比，降低幅度为18.42%～42.10%。

表3 不同配方基质对辣椒幼苗干鲜重、壮苗指数和根冠比的影响Table 3 Effects of different substrates on dry and fresh weight, strong seedling index and root to shoot ratio of pepper seedlings

2.3 不同配方基质对辣椒幼苗叶绿素含量及叶绿素荧光参数的影响

由表4 可以看出，与CK 相比，新型基质对幼苗叶片叶绿素a、叶绿素b 和类胡萝卜素含量以及PSⅡ最大光能转化效率（Fv/Fm）、PSⅡ潜在活性（Fv/Fo）有显著影响（P＜0.05）。对叶绿素a 和叶绿素b 含量而言，T17 促进效应最好，可分别增加16.50% 和24.32%；对类胡萝卜素含量而言，新型基质与CK 相比促进效应不显著或显著降低，其中T16 中幼苗的类胡萝卜素含量最低，降低了28.20%；对于Fv/Fm和Fv/Fo而言，T1 和T12 促进效果最好，对Fv/Fm最高可增加2.43%，对Fv/Fo最高可增加17.04%。

表4 不同配方基质对辣椒幼苗叶绿素含量及叶绿素荧光参数的影响Table 4 Effects of different substrates on chlorophyll and fluorescence parameters of pepper peedlings

2.4 不同配方基质对辣椒幼苗生理指标的影响

由表5 可以看出，新型基质对幼苗的叶片和根可溶性蛋白质含量、叶片和根可溶性糖含量以及根系活力具有显著影响（P＜0.05）。对幼苗的叶片可溶性蛋白质含量而言，除T4 与CK 相比不显著外，其余基质均能显著增加叶片可溶性蛋白质含量，增幅为26.58% ～176.87%，其中T16 促进效果最好；对于幼苗的根系可溶性蛋白质含量而言，T13、T14、T15、T16 和T18 对根系可溶性蛋白质含量促进效果最好，最高可增加76.19%；对于叶片可溶性糖含量而言，除T18 显著高于CK 且增加12.23%，其余基质均低于CK 或不显著；对根系可溶性糖含量而言，新型基质均显著降低幼苗根可溶性糖含量，降低幅度为18.70%～59.18%；对于幼苗根系活力而言，仅有T6 显著高于CK 且高出20.46%，其余基质均低于CK 或不显著。

表5 不同配方基质对辣椒幼苗生理指标的影响Table 5 Effect of different substrates on physiological indexes of pepper seedlings

2.5 不同配方基质中辣椒幼苗质量综合评价

不同配方基质中辣椒幼苗质量综合评价见表6和图1。将试验测定的20 个指标进行主成分分析，得到5 个主成分，其中第1 主成分中株高、茎粗、地上和地下部干鲜重、壮苗指数、单株总叶面积和全株干重载荷值较大；第2 主成分中根冠比、根可溶性糖和根可溶性蛋白质载荷值较大；第3 主成分中叶绿素a、叶绿素b 和类胡萝卜素载荷值较大；第4 主成分中Fv/Fm和Fv/F0载荷值较大；第5 主成分中叶可溶性糖载荷值较大，5 个主成分的方差贡献率分别为37.59%、17.89%、14.17%、9.70% 和6.55%，累计方差贡献率85.91%，可以反映各指标中足够的信息。

表6 旋转后的成分矩阵Table 6 Rotated component matrix

计算综合得分F=0.3759×F1+0.1789×F2+0.1417×F3+0.0970×F4+0.0655×F5。由 图1 可 知，T4、T10、T11、T16 和T18 配方基质中辣椒幼苗综合得分较高，且显著高于其它配方基质下的。

图1 不同配方基质下辣椒幼苗的综合得分Fig.1 Comprehensive score of pepper seedlings in different substrates

3 讨论与结论

砂比例高的基质含盐量过高，从而抑制幼苗根系活力，且幼苗中可溶性糖和可溶性蛋白质等渗透调节物质的含量上升［26］。

主成分分析法是将多指标转化为较少几个综合指标（主成分）的一种多元统计方法，已在番茄品质评价、苹果砧木筛选、绣球抗旱性评价和西桦幼苗基质筛选等方面广泛应用［27-29］，但在基于蔬菜幼苗质量的适宜基质筛选中鲜有应用。本研究应用主成分分析法评价不同配方基质中的辣椒幼苗质量，以此筛选出了基质中幼苗综合得分较高且对培育辣椒壮苗具有良好效果的T4、T10、T11、T16 和T18基质；此外，为了更充分发挥幼虫粪砂功效，促进幼虫粪砂取代草炭育苗新型基质的开发和推广，减少不可再生型草炭资源的利用，推荐使用体积占比为50.00%与60.00%幼虫粪砂对应复配质量分数为1.00%与1.50%沸石的改良新型育苗基质，达到培育健壮辣椒幼苗的目的。但是，此推荐配方基质是否适用于其它蔬菜壮苗培育仍需深入探讨。

新型基质中添加不同体积比例幼虫粪砂代替草炭，对辣椒幼苗的各项形态指标的促进效果增强，本研究中，相比CK，不同配方基质中辣椒幼苗的株高、茎粗、单株总叶面积和干鲜重均显著增高，这与刘福顺和赖德强等研究结果一致［14-15］。但是幼虫粪砂全部代替草炭即基质中幼虫粪砂体积比例60.00%时，基质对幼苗形态指标的促进效果相对减小，推测是由于基质中幼虫粪砂用量过高，C/N 值也随之升高，幼虫粪砂与幼苗争夺氮，加速基质中氮素的固定，降低基质中氮的有效性，不利于幼苗生长［24］。而随着幼虫粪砂全部代替草炭的基质中沸石量的增加，沸石增大了基质中的阳离子交换量和保肥能力，提高基质中氮有效性［25］，对幼苗生长的促进作用增强。

新型基质中幼虫粪砂含量的增高使基质中矿质营养元素增加，促进了幼苗的生理发育和代谢活动，本研究中，与CK 相比，不同配方基质对辣椒幼苗的叶绿素含量、叶和根的可溶性糖、可溶性蛋白质含量等指标都有不同程度的提高，这与吴翔和赖德强等研究结果相似［13,15］。但是基质中幼虫粪砂含量过高也会形成导致形成叶绿素的关键营养元素（如N、Mg）被固定，从而限制了叶绿素的合成［24］，导致幼虫粪砂体积比例为60.00%的基质中幼苗叶绿素a 的含量较低。而且随着幼虫粪砂比例不断升高也会导致基质EC 值升高（具体数据未列出），而在与其它基质相同的正常肥水条件下，致使幼虫粪