砻糠灰不同配比的草炭基质特性及其对甜瓜生长生理及产量的影响

李蒙 李亚琼 李亮杰 张燕 方婷婷

摘要：为减少草炭的开发和使用，为蔬菜育苗提供性能可靠、取材广泛的育苗基质，以豫甜羊角蜜甜瓜种子为试验材料，将砻糠灰和草炭按不同体积比[100 ∶0、75 ∶25、50 ∶50、25 ∶75、0 ∶100（mL ∶mL），下同]混配作为栽培基质，研究混配基质的理化性质及其对甜瓜植株生长的影响。结果表明，与对照CK（纯草炭）相比，添加一定量的砻糠灰，混配基质的容重显著降低，混配基质的总孔隙度、pH值、电导率（EC）得到有效改善，基质中细菌和真菌数量明显下降;砻糠灰混配基质可以促进甜瓜植株的生长，提高叶片可溶性总糖和可溶性蛋白含量;砻糠灰混配基质可以提高甜瓜植株叶片蔗糖磷酸合成酶（SPS）和蔗糖合酶（SS）活性，降低酸性转化酶（AI）活性，促进甜瓜植株的生长，提高叶片的叶绿素总含量和净光合速率（Pn）;此外，砻糠灰混配基质可增加甜瓜的单株产量，同时改善甜瓜的品质。尤其以T2（砻糠灰 ∶草炭=75 ∶25）处理效果最好，甜瓜植株生长指标、叶绿素总含量、叶片中可溶性总糖、可溶性蛋白含量及单株产量均优于对照。综上可知，砻糠灰混配基质可部分替代草炭用于甜瓜栽培，其中以砻糠灰 ∶草炭=75 ∶25时作为甜瓜栽培混配基质配方最为适宜。

关键词：砻糠灰;草炭;基质特性;甜瓜;植株生长;生理特性;产量

中图分类号： S652.04文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2022）04-0084-08

收稿日期：2021-06-09

基金项目：信阳农林学院青年教师科研基金（编号：2019LG006）;河南省科技攻关项目（编号：172102110263）;信阳农林学院专业综合改革试点建设项目（编号：ZYZHGG201803）;河南省新农科研究与改革实践项目（编号：2020JGLX147）。

作者简介：李 蒙（1989—），男，河南信阳人，硕士，讲师，从事设施园艺与无土栽培研究。 E-mail：limengnlfd@163.com。

通信作者：张 燕，硕士，副教授，从事园艺植物无土栽培与植物组织培养技术研究。E-mail：tanya_2001@126.com。

随着设施农业的发展，无土栽培基质的需求量日益增大，以草炭为主的传统基質富含有机质，保水性能优良，是无毒无公害的绿色物质，因此被公认为最理想的育苗基质[1-2]。胡广宇采用草炭混合基质培育出的上海青植株健壮，叶片肉质肥厚[3]。郭霞等将草炭、蛭石、珍珠岩和椰糠等8种不同基质进行混配，发现以草炭为主的混配基质最适宜牡丹生长[4]。张毅等研究发现，以草炭为主的辣椒穴盘育苗混配基质对养分的代换、吸附能力较强[5]。黄松杉等的研究表明，将菇渣与草炭混配用于三叶草育苗，可改善育苗基质特性，提高混配基质有机质和全磷含量，有利于培育壮苗[6]。但是，草炭是不可再生资源，再生周期长，因此开发和利用价格低廉、来源广泛、便于规模化生产的新型基质是十分迫切的任务[7]。

砻糠灰是稻壳炭化而成的灰，pH值呈弱碱性，透水、通气性能好，并含有丰富的钾元素，有利于作物生根成活[8]。傅鸿妃的研究表明，在育苗土中加入砻糠灰进行育苗时，可有效缩短出苗时间[9]。李蒙等采用砻糠灰混合基质培育出的黄瓜、番茄植株叶绿素含量高，植株生长健壮[10-11]。李娜等将砻糠灰加入五星花的育苗基质中，发现砻糠灰可调节栽培基质的pH值，防止五星花叶片发黄[12]。张燕等的研究表明，当育苗基质中砻糠灰占比为60%时，辣椒植株的各项生长指标均较好[13]。

甜瓜（Cucumis melo L.）是葫芦科黄瓜属1年生蔓性草本植物，作为盛夏的重要水果，具备栽培周期较短、低投高产等优点，是一种高效经济的瓜果作物[14-15]。前人已经对绿叶类蔬菜、茄果类蔬菜等园艺作物专用育苗基质进行了深入研究，而有关甜瓜专用育苗基质的研究较少，利用砻糠灰、草炭混配作为育苗基质，探讨其在甜瓜育苗上的应用鲜有报道。

本试验将砻糠灰和草炭按照不同比例进行混配，研究混配基质的理化性状及其对甜瓜植株生长、叶片叶绿素含量、碳水化合物含量、碳代谢酶活性及甜瓜产量的影响，以期筛选出甜瓜栽培的最佳砻糠灰复配基质配比，同时为砻糠灰的进一步合理利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

甜瓜品种为豫甜羊角蜜，购自河南豫艺种业科技发展有限公司;试验基质砻糠灰和草炭均购自信阳市上天梯恒源矿业有限公司。

1.2 试验方案

本试验于2020年7—12月在信阳农林学院智慧园艺试验基地进行。将砻糠灰和草炭按不同比例进行混配，以纯草炭为对照，共设5个处理，具体配比详见表1。选取饱满、发芽整齐一致的甜瓜种子播种于50孔穴盘内，1粒/穴，播种后每天上午根据幼苗水分流失情况浇灌适量清水并注意防止植株徒长。在幼苗5叶1心时挑选长势较好且一致的植株移栽于装好混配基质的栽培桶中，定植1株/桶，每个处理1行，每行放置10个栽培桶。定植成活后，浇1/2Hoagland营养液 200～500 mL/（株·d）;开花结果期，需浇Hoagland 营养液1.0～2.5 L/（株·d）。植株调整、病虫害防治等按有机栽培管理标准进行。

1.3 试验方法

1.3.1 基质理化性状

栽培前、后分别取样并风干基质，测量基质的容重、孔隙度，并参照张雪艳等的方法[16]测定pH值和电导率（EC），每个处理重复3次。

1.3.2 基质微生物计数

采用稀释平板法进行基质微生物计数[17]。在取样测定植物生长指标时，收集根系基质，存放于无菌管中。每组取10 g样品和90 mL无菌水于三角瓶中摇匀备用;细菌计数分别采用10-4、10-5、10-6 共3个稀释梯度的菌悬液，真菌和放线菌计数分别采用10-3、10-4、10-5共3个稀释梯度的菌悬液。分别用牛肉膏蛋白胨培养基和琼脂培养基进行培养，用平板计数法计数，每个稀释度各设3次重复。

1.3.3 生长指标

盛花期甜瓜植株随机选10株，用游标卡尺测量植株茎粗，用直尺测量株高，用排水法测根体积。取甜瓜生长点下第3张叶，用台式扫描仪（EPSON EXPERSSION 1680）将它的图像扫描存入计算机，然后用图像分析软件WinRHIZO（加拿大Regent Instruments公司）分析总叶面积，用剪刀将地上部与地下部分开，采用烘干法测量植株干质量，根据公式计算出壮苗指数，TTC法测定根系活力。

1.3.4 叶绿素含量

选取盛花期甜瓜各处理生长点下第3张叶，采用乙醇丙酮混合液浸提法测定叶绿素含量[18]。取0.2 g新鲜叶片放入20 mL混合提取液（V丙酮 ∶V无水乙醇=1 ∶1）中，置于黑暗条件下，叶片完全变白为止，将浸提的试剂作为对照，测其吸光度，选择波长470、646、663 nm比色，最终计算出叶绿素含量。

1.3.5 光合参数

甜瓜盛花期选取从生长点下第3张完全展开功能叶，于晴天09：00—11：00间采用便携式光合测定系统（Li-6400，美国）进行光合参数的测定。测定甜瓜叶片的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci）等[19]。

1.3.6 可溶性蛋白和硝酸盐含量

选取盛花期甜瓜植株生长点下第3张叶，采用考马斯亮蓝法测定叶片可溶性蛋白含量[20];采用蒸馏水浸提-紫外分光光度法测定叶片硝酸盐含量[21]。

1.3.7 碳水化合物含量及碳代谢酶活性

选取盛花期甜瓜植株生长点下第3张叶，采用蒽酮-H2SO4比色法测定可溶性糖、蔗糖和淀粉含量[22];采用汪顺义等的方法[23]测定蔗糖合成酶（SS）和蔗糖磷酸合成酶（SPS）的活性;采用刘玉凤等的方法[24]测定酸性转化酶（AI）活性。

1.3.8 产量相关测定

甜瓜果实成熟后，统计各处理甜瓜数量并称质量，最后计算单果质量和总产量。用游标卡尺测定果实纵径与横径，计算果形指数[25]。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010和IBM SPSS 20.0对数据进行处理分析。

2 结果与分析

2.1 栽培前后基質的理化性质

由表2可知，栽培前基质的容重为0.18～0.33 g/cm3，随着砻糠灰含量的增加，各处理基质容重呈现递减趋势，其中CK的容重最大（0.33 g/cm3），T1处理的容重最小（0.18 g/cm3）;各处理总孔隙度在61%～72%之间，T1处理的总孔隙度最大（61%），显著高于CK（P<0.05）;各处理基质的pH值介于5.80～7.21之间，砻糠灰含量较多的混配基质pH值较大;T1处理电导率最大（0.49 mS/cm），显著高于CK。

栽培后基质的容重在0.16～0.29 g/cm3之间，其中T4处理的容重最大，与CK相比提高了3.6%;T1处理的总孔隙度、通气孔隙最大，与CK相比分别显著提高17.2%、48.3%;T1处理的pH值最大（7.03），CK的pH值最小（6.51）;T2处理的电导率最大，相比于CK提高了32.3%。综上，栽培前后基质的持水孔隙、通气孔隙、总孔隙度产生了一定的变化，可能是栽培过程中的淋洗作用及植株对养分的吸收作用造成的。

2.2 砻糠灰配比的草炭基质对土壤中微生物数量的影响

从表3可以看出，栽培后基质纯草炭（CK）处理的细菌数量最多，是其他处理的6～36倍，砻糠灰含量较高的T1和T2处理的细菌数量显著低于砻糠灰含量较低的T4处理;CK的真菌和放线菌数量最多，T1处理最少;从微生物总量来看，CK最高，T4处理次之，T1处理最低，T2处理和T3处理无显著差异。可见，基质微生物数量的变化与砻糠灰含量有明显对应关系。综上，添加一定量的砻糠灰，细菌和真菌数量下降趋势明显，基质微生物总量明显减少。

2.3 砻糠灰配比的草炭基质对甜瓜幼苗生长的影响

从表4可以看出，不同砻糠灰配比的草炭基质对甜瓜植株生长的影响存在一定差异。T2处理的株高和茎粗显著高于CK 8.2%、10.8%;T2和T3处理的单株鲜质量差异不显著，与CK相比分别提高13.0%、11.6%;基质的理化性质可直接影响作物的根系生长。各处理间甜瓜植株的根长和叶面积存在一定差异，T2处理的根长和叶面积最大且显著大于CK，与CK相比分别提高13.1%、22.4%。添加一定量的砻糠灰，对甜瓜植株的株高、茎粗、单株干鲜质量有一定的促进作用，T2 处理甜瓜植株叶片较大，根系生长健壮，干物质的积累量较多，养分的吸收与运输能力较好，植株生长状况最佳。

2.4 砻糠灰配比的草炭基质对甜瓜叶片叶绿素含量的影响

从表5可以看出，5个处理的甜瓜植株叶片中叶绿素含量明显不同。T2处理叶片的叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总含量分别为18.64、5.63、28.65 mg/g，均显著高于CK，与CK相比分别提高39.0%、38.0%、29.6%;T3处理的类胡萝卜素含量最大（6.58 mg/g），CK最小（4.12 mg/g）。综上，添加一定量的砻糠灰，可以提高甜瓜植株叶片叶绿素含量。其中，T2处理的甜瓜植株叶片的叶绿素含量最高，积累有机物最多，植株生长健壮。

2.5 砻糠灰配比的草炭基质对甜瓜光合参数的影响

由图1可知，T1处理甜瓜叶片的Pn、Gs和Tr分别为15.48 μmol/（m2·s）、0.088 mol/（m2·s）和 3.74 μmol/（m2·s），与CK相比均无显著差异;T2和T3处理的Pn显著高于其他处理;T1、T4处理和CK甜瓜叶片的胞间CO2浓度显著高于T2、T3处理，但3个处理间差异不显著;T2、T3、T4处理甜瓜叶片的气孔导度显著高于T1处理和CK，且T3和T4处理间差异不显著。由此可见，与其他处理相比，T2处理甜瓜叶片的Pn、Gs和Tr均有不同程度的提高，说明添加一定量的砻糠灰能在一定程度上提高叶片的光合效率。

2.6 砻糠灰配比的草炭基质对甜瓜壮苗指数和根系活力的影响

由图2可知，T1和T4处理的壮苗指数无显著差异，相比CK分别显著提高63.4%、78.0%;T2处理的壮苗指数最大，CK最小。T3和T4处理间根系活力无显著差异，与CK相比分别提高56.5%、21.7%，T2处理的根系活力最大，CK最小。综上，在育苗基质中添加一定量的砻糠灰，能提高甜瓜植株的壮苗指数和根系活力，其T2处理壮苗指数和根系活力最高，表明甜瓜植株根系活力较好，便于水肥吸收，植株生长健壮。

2.7 砻糠灰配比的草炭基质对甜瓜叶片可溶性蛋白和硝酸盐含量的影响

由图3可知，T2处理甜瓜植株叶片中可溶性蛋白含量最高，与CK相比显著提高18.6%。T1、T3和T4处理的可溶性蛋白含量无显著差异;各处理间甜瓜植株叶片硝酸盐含量无显著差异。综上，添加一定量的砻糠灰可提高甜瓜植株叶片中的可溶性蛋白含量，T2处理甜瓜植株叶片中可溶性蛋白含量最高，有利于甜瓜植株生长发育。

2.8 砻糠灰配比的草炭基质对甜瓜叶片碳水化合物代谢的影响

从表6可以看出，T2处理的淀粉含量最大（1.35 mg/g），与T2处理相比，CK和T1处理淀粉含量分别显著降低31.1%、30.4%;T2处理的可溶性总糖含量最大，显著高于CK29.7%;T2处理的蔗糖含量最大，相比最小的CK提高了45.5%;T2处理的蔗糖磷酸合成酶、蔗糖合成酶活性显著高于CK23.8%、31.7%;CK酸性转化酶活性显著高于其他处理，T2、T3和T4处理间酸性转化酶活性差异不显著。SPS和SS是催化合成蔗糖的物质，活性越高，越有利于植株的生长发育。综上可知，T2处理的SPS和SS活性显著高于CK，淀粉、可溶性总糖和蔗糖的含量均最大，可为甜瓜植株提供充足的能量，利于植株生长。

2.9 砻糠灰配比的草炭基质对甜瓜产量的影响

从表7可以看出﹐不同砻糠灰基质配方对甜瓜产量及产量构成因素影响程度不一。T1、T2、T3和T4处理的单果质量均高于CK，且较CK分别提高3.9%、35.3%、23.5%和13.7%，T2处理的单果质量显著高于其他处理。不同处理的果形指数无显著差异。T1、T2、T3和T4处理的单株产量均高于CK，且较CK分别增产1.9%、19.4%、16.1%和6.5%。T1处理、CK甜瓜的单株产量差异不显著，但均显著低于T2、T3、T4处理，而T2处理的甜瓜产量又显著高于T3、T4处理。表明添加一定量的砻糠灰能显著提高甜瓜单果质量和单株产量，且甜瓜单果质量与和单株产量呈现显著的线性正相关关系;但由于所有处理间的果形指数均无显著差异，说明单果质量直接决定了产量。

2.10 甜瓜植株生长指标与基质特性指标的关联性分析

从表8可以看出，甜瓜植株的生长指标与基质特性存在不同程度的相关性，其中甜瓜植株的茎粗、地上干质量、根干质量和叶绿素总含量受基质理化性质影响较大。茎粗与容重呈极显著负相关，与总孔隙度呈极显著正相关，表明基质容重越大，基质总孔隙度越小，越不利于植株茎粗的增大。地上干质量、根干质量和叶绿素总含量与EC呈显著或极显著正相关关系，EC越大，基质中所含的营养物质越多，利于有机物的积累，从而增加植株地上干质量、根干质量和叶绿素总含量。叶绿素总含量与细菌和真菌数量呈显著负相关关系，酸性转化酶活性与各项基质特性均呈负相关关系。其他各项生长指标与基质特性无显著相关性。综上，甜瓜植株的生长指标受基质EC、容重、总孔隙度、细菌数量和真菌数量的影响较大。

3 讨论

栽培基质能够起到协调水分、养分，固定植株根系的作用，是植株生长的介质[17]。基质的通气性能主要由通气孔隙和总孔隙度决定，但也与基质的容重相关[26]。前人研究认为，理想基质的总孔隙度应为54%～96%，基质容重为0.1～0.8 g/cm3。基质的总孔隙度大、通透性好、质地疏松有利于植株根系生长，但固定作用差，孔隙度过大又不利于保水保肥[27]。张秀丽提出，栽培基质pH值应在 6.0～7.5之间为宜[28];Garcia-Gomez等提出，EC在0.75～3.49 mS/cm之间最佳[29]。本试验添加一定量的砻糠灰，混配基质的容重有一定的降低，混配基质的总孔隙度、pH值、EC得到有效改善，T2处理甜瓜植株生长健壮、光合作用较强与栽培基质具有较为合理的理化性质有关。

土壤微生物是土壤有機质和土壤养分转化和循环的动力，主要功能是分解土壤中的有机化合物，促进土壤中腐殖质的合成，促进土壤中各种物质的循环，有利于土壤肥力的提高[30]。砻糠灰中所含微生物较少，不能作为单独的育苗基质，可与部分其他微生物较多的基质混配使用，更有利于作物的生长发育。在本试验中，添加一定量的砻糠灰后，混配基质的细菌、放线菌和真菌数量有所减少，土壤微生物总量趋于合理，基质特性有所改善。

株高、茎粗是判断植株长势的重要指标，尤其是茎粗在一定程度上能反映植株的健壮程度[31]，壮苗指数是反映植株质量状况的重要参数指标。植株对矿质元素和光合产物积累量的综合衡量指标是全株干质量，体现了植株的生理生化代谢水平和生长速度[32]。植株地上部分的营养状况和生长状况受根系活力的直接影响[33]。在不同混配基质中，甜瓜植株壮苗指数和根系活力差异显著，也是基质质量差异的体现。在本试验中，添加一定量的砻糠灰，可提高甜瓜植株的株高、茎粗、干鲜质量、根体积、叶面积、壮苗指数和根系活力，T2处理的各生长指标最优，表明T2处理甜瓜植株根系活力最强，同化物积累最多，植株生长健壮。

叶绿素是光合作用中吸收、传递和转换光能的载体，植物的光合进程会受到叶绿素含量的影响，甜瓜植株的叶面积也能影响植株的光合作用，叶绿素含量又能影响植株干物质的积累[34]。在本试验中，添加一定量的砻糠灰可以提高甜瓜植株叶片中的叶绿素含量，T2处理甜瓜植株叶片叶绿素含量最高，表明植株光合能力最强，利于积累有机物，植株生长健壮。

光照度对植物光合作用有明显的影响，光照较弱会引起植物净光合速率下降。气孔限制和非气孔限制因素等是导致光合作用下降的主要因素。光合作用是构成植物生产力的最主要因素。在本试验中，CK的Ci相比T2、T3、T4处理出现了一定程度的升高，这可能是由于其他几个处理甜瓜叶片的气孔导度增大，CO2的进入量增加。与其他处理相比，T2处理甜瓜叶片的Pn、Gs和Tr均有不同程度的提高。说明添加一定量的砻糠灰能在一定程度上提高叶片的光合效率，光合作用更强。

蛋白作为生命活动的承担者，对植物生长发育极其重要，可溶性蛋白含量與细胞膜密切相关，是维持植物正常生命活动的物质基础[35]。碳水化合物的存在，为植物的生长发育提供了能量，可溶性糖作为植物体内的能源物质，其含量直接影响植株的生长状况。综上，添加一定量的砻糠灰有利于提高可溶性蛋白和可溶性糖含量，T2处理的可溶性蛋白和可溶性糖含量最高，表明T2处理甜瓜植株的抗性较强，生长较好。

基质内各种酶活性可作为衡量基质质量变化的敏感指标，也可用来表达基质综合肥力以及养分的转化能力[36]。蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶是植物体内催化合成蔗糖的重要酶，蔗糖含量与蔗糖磷酸合成酶活性呈正相关，与酸性转化酶活性呈负相关。植株体内酸性物质积累量越大，证明酸性转化酶的活性越强，叶片内酸性物质转化速度较快。在本试验中，T2处理植株叶片中的蔗糖合成酶活性和蔗糖磷酸合成酶活性显著高于CK;T2处理酸性转化酶活性较低，而蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性最高，因此甜瓜植株生长状况与其他处理相比生长较好。

果形指数也叫纵横比，即果实纵径与横径的比值。在本试验条件下，所有处理甜瓜的果形指数虽有差异，但并未达到显著性水平，说明不同处理对甜瓜果形指数无显著影响。各处理的单果质量、单株产量均高于CK，表明添加一定量的砻糠灰能提高甜瓜单果质量和单株产量，且甜瓜单果质量与单株产量呈现显著线性正相关关系，且又因所有处理间的果形指数均无显著性差异，说明单果质量直接决定单株产量。

4 结论

综上，砻糠灰对改善草炭基质的特性具有一定作用，可以部分代替草炭在栽培基质中的应用，但添加量也不宜过高。在栽培过程中，当砻糠灰 ∶草炭=75 ∶25（体积比）时，甜瓜植株的株高、茎粗、壮苗指数和叶绿素总含量等生长指标明显优于其他处理，甜瓜植株叶片可溶性糖、可溶性蛋白含量和产量均优于其他各处理，这表明添加适量砻糠灰有利于提高栽培效果、节约基质成本。因此，T2处理可作为甜瓜栽培的最佳基质配比，进行推广使用。

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