不同浓度砻糠灰浸提液对番茄和黄瓜幼苗生长的影响

李 蒙，蔡东升，吴芃佳，陈 敏，杜 静

（1．信阳农林学院园艺学院，信阳市大别山区园艺植物遗传改良重点实验室，河南 信阳 464000；2．郑州大学农学院，河南 郑州 450001；3．河北北方学院，河北 张家口 075000）

无土栽培技术是一项已经被广泛应用在蔬菜种植中的高新农业技术［1］，合适的基质及配比是进行蔬菜无土栽培的关键，基质栽培目前在我国蔬菜栽培中逐步受到关注并发展迅速［2］。通过基质栽培，可以有效地降低传统土壤栽培中常见的土传病害和连作障碍，减少农药用量。目前茄果类蔬菜在水分调节、自然灾害、土壤养分供给等方面存在一定的问题，采用无土栽培技术可以有效提高基质中各营养物质的含量，从而进一步提高茄果类蔬菜的品质并产生良好的经济效益［3］。

在设施栽培中，影响作物生长的因素有很多，除了不同基质配方会对作物生长有影响，肥水调控不到位同样也会影响作物的生长状况。因此，肥料的使用在无土栽培中十分关键。合理使用肥料能够促进蔬菜的生长，能在一定程度上加强蔬菜质量安全。除此之外，有机肥料可以改善土壤板结问题，提升土壤肥力和抑制病原微生物［4］。李云锴等［5］研究表明，施用有机肥的百合，其生长指标明显优于未施肥的百合。王亮亮等［6］研究发现，混配液体肥的添加可以提高番茄产量，促进番茄生长。当前传统肥料的使用导致我国土壤板结、土壤盐渍化等问题日趋严重，而液体肥料相对于固体肥料具有易吸收、施用方便、增产效果明显等优势［7］。有机浸提液是一种天然的液体肥料，由于其生产工艺简单、兼具生防和肥效双重作用而具有广阔的应用前景［8］。张国伟等［9］对棉花秸秆浸提液进行研究，发现其不仅含有作物生长所需的养分，还含有大量的化感物质，可影响作物的生理生化过程。吕秀敏等［10］研究发现，蚯蚓堆肥浸提液能够不同程度地促进幼苗的生长，具有良好的壮苗效果。王园园等［11］对谷子茎秆水浸提液进行研究，发现其在适当浓度下可以促进谷子种子的萌发和幼苗的生长。稻谷是中国主要粮食作物之一，稻壳是稻谷加工过程中的主要副产品，是不可忽视的可再生资源［12］。砻糠灰是稻壳制成的生物炭，可作为土壤改良剂使用，其具有质量轻、持水量大、透水性强、透气性好、保温性好等特点。稻壳经高温炭化后，不仅消除了杂菌，还可以提供丰富的磷、钾元素［13］。砻糠灰进行浸提后得到的砻糠灰浸提液，具有成本低、养分含量高、推广前景良好等优点。

番茄（Lycopersicon esculentumMill.）是目前栽培最广、消费量最大的蔬菜作物，中国是世界最大的番茄生产和消费国家之一［14］。番茄是我国设施栽培中主要的栽培作物之一，具有需肥量大、生育期长、产量高等特点［15］。黄瓜（Cucumis sativusL.）是无土栽培四大类主要作物的一种，黄瓜富含多种维生素和营养成分，是深受人们欢迎的一种蔬菜［16］。采用无土栽培技术栽培番茄和黄瓜，可以改善番茄和黄瓜的品质，降低生产成本，有利于向自动化、现代化水平发展。

目前，将砻糠灰用于无土栽培基质的研究已有相关报道，但有关砻糠灰浸提液在蔬菜育苗中的应用研究较少。本试验通过对番茄和黄瓜幼苗根施不同浓度砻糠灰浸提液，比较不同浓度的砻糠灰浸提液对基质理化特性和番茄、黄瓜幼苗生长的影响，以期筛选出适合番茄和黄瓜育苗的砻糠灰浸提液浓度，为砻糠灰浸提液的进一步开发利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2020-08-25至2020-11-30在信阳农林学院智慧园艺试验基地物联网温室内进行；供试番茄品种为‘豫艺金粉二号’、黄瓜品种为‘豫艺201’，购于河南豫艺种业有限公司；栽培基质配比为草炭∶蛭石∶珍珠岩=1∶1∶1（体积比），砻糠灰和栽培基质均购于信阳市上天梯恒源矿业有限公司，其理化性质如表1所示。

表1 砻糠灰及栽培基质的理化性质

1.2 试验处理

将砻糠灰与蒸馏水按照1∶3（体积比）的比例浸泡48 h，间歇振荡，过滤，得到浓度为100%的砻糠灰浸提液，其理化特性见表2。

表2 100%浓度砻糠灰浸提液各项技术指标

将浓度为100%的砻糠灰浸提液进行稀释，分别得到浓度为25%、50%、75%的砻糠灰浸提液，以蒸馏水作为对照CK，共设5个处理。各处理比例见表3。

表3 不同砻糠灰浸提液的浓度 （%）

选取颗粒饱满、优质的种子温汤浸种，于8 h后将充分吸水且整齐度一致的种子包裹在干净的纱布中在30℃的恒温箱中进行催芽处理，当80%的种子露白后取出，播种于育苗穴盘中，育苗容器采用50孔穴盘，每个穴盘播1粒种子，每盘1个处理，每个处理播50株，重复3次。于第1片真叶展平后，每隔3 d根施1次浸提液，当幼苗三叶一心时，测定幼苗的各项生长指标。

1.3 试验方法

1.3.1 基质理化性质

采用郭世荣［17］的方法测定容重、总孔隙度、通气孔隙度、持水孔隙度，用电导仪测定电导率，用pH计测定pH值。

1.3.2 基质微生物计数

栽培后基质取样测定微生物数量，检测及计数方法采用稀释平板法［18］。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，分别于改良高氏Ⅰ号培养基和PDA培养基进行培养。

1.3.3 生长指标

当幼苗三叶一心时，每个穴盘随机采取10株黄瓜和番茄幼苗，用直尺测量株高、上胚轴长、下胚轴长、根长，通过计算得到黄瓜幼苗的壮苗指数，用排水法测量根体积，用游标卡尺测量茎粗，用电子天平称量鲜重，用烘干法测定干重。

1.3.4 叶绿素含量

采用丙酮-乙醇溶液萃取法［19］测定叶绿素含量，每组处理取0.2 g新鲜幼苗叶片，剪碎后放入20 mL混合提取液中，放置于黑暗条件下，直至叶片完全变为白色，以原浸提液作为对照测定其吸光值，选择波长663、646、470 nm进行比色。

1.3.5 光合参数

选取从生长点数第3片营养叶，于晴天9：00至11：00间采用便携式光合测定系统（Li-6400，美国）进行测定。

1.3.6 碳水化合物含量及关键酶活性

可溶性总糖、蔗糖和淀粉含量参照侯俊峰等［20］的方法测定；蔗糖合酶（SS）活性和蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性参照张志良等［21］的方法测定；酸性转化酶（AI）活性参照刘玉凤等［22］的方法测定。

1.4 数据处理

将试验所得数据采用Excel 2010整理分析，SPSS 20.0进行单因素方差分析，显著性分析采用LSD法。

2 结果与分析

2.1 基质理化性质

容重可反映出基质的疏松程度，由表4可知，番茄幼苗各处理的容重均在0.19～0.21 g·cm-3之间，无明显差异；黄瓜幼苗T2处理的基质容重最大，为0.26 g·cm-3，T1组的基质容重最小，为0.14 g·cm-3；番茄幼苗T2处理的基质持水孔隙度最大，比对照组增加了13.1%；T3处理的通气孔隙和总孔隙度最大，分别为24.24%和66.31%，较对照组CK分别增加了23.3%和9.0%；黄瓜幼苗T3处理的基质持水孔隙度、总孔隙度最大，分别为11.32%、55.26%；T1组的持水孔隙度最小，T4组的总孔隙度最小、通气孔隙度最大；CK的通气孔隙度最小；番茄与黄瓜幼苗pH、电导率的变化趋势基本一致，即T4处理番茄幼苗、黄瓜的pH均为最大，分别为7.13、7.20，番茄、黄瓜幼苗T3处理的电导率最大，分别为1.75、1.96 mS·cm-1。由此可见，根施一定量的砻糠灰浸提液之后，基质的通气孔隙度、持水孔隙度有所提高，基质的理化性质得到改善。

表4 栽培后基质理化性质

2.2 基质中微生物数量

由表5可知，番茄及黄瓜幼苗的基质中微生物数量的变化趋势基本保持一致。CK的细菌数量最多，分别是其他处理的2～3倍；随着砻糠灰浸提液浓度的提高，微生物的数量逐渐降低；T4处理的微生物数量为最低，番茄幼苗T4处理的细菌数量、真菌数量、放线菌数量与CK相比差异性显著，分别比CK降低了65%、71%、66%；黄瓜幼苗T4处理微生物总量最低，且与CK具有显著差异，比CK降低了68%。综上，根施砻糠灰浸提液可以降低基质中细菌及真菌的数量，尤其以细菌数量的落差最大，微生物数量的减少可能是由砻糠灰浸提液所提供的弱碱性环境造成的，需更多的证据加以支撑。

表5 基质中微生物数量 （104 CFU·g-1）

2.3 不同浓度砻糠灰浸提液对番茄和黄瓜幼苗生长的影响

由表6可以看出，不同浓度砻糠灰浸提液对番茄和黄瓜幼苗生长的影响具有一定差异。T3处理番茄幼苗的株高、茎粗最大，相比CK分别提高了26.9%、27.8%；随着砻糠灰浸提液浓度的增加，黄瓜幼苗的茎粗呈先增加后减小的趋势，根施砻糠灰浸提液的黄瓜幼苗株高及茎粗均高于CK组，T3处理的黄瓜幼苗株高、茎粗最大；番茄和黄瓜幼苗干重的变化趋势基本一致，地上部干重均以T3处理最大，且显著高于CK；T2处理的黄瓜幼苗地下部干重最大，较CK组提高了1倍；T3处理的番茄幼苗地下部干重最大，与CK有显著性差异。这表明不同浓度砻糠灰浸提液可以促进黄瓜幼苗干物质固定积累，并以75%浓度为最佳。T3处理的番茄幼苗根冠比最大，相较于对照组CK提高了62.5%，但与其他处理间差异不明显。T3处理的黄瓜幼苗根冠比最大，相对于CK提高了88.9%；整体来看，随着砻糠灰浸提液浓度的增加，壮苗指数呈逐渐增加的趋势，但是在浓度为100%时，壮苗指数降低；番茄幼苗的壮苗指数均在0.03～0.05之间。T1和T3处理的壮苗指数最大，相对于CK均增加了66.7%。T3处理的黄瓜幼苗壮苗指数最大，为0.21，T1处理次之，为0.18，CK的壮苗指数最小，为0.14。这表明根施一定浓度的砻糠灰浸提液可以促进番茄和黄瓜幼苗的生长，并以75%的效果最好。

表6 不同浓度砻糠灰浸提液对番茄和黄瓜幼苗生长的影响

2.4 不同浓度砻糠灰浸提液对番茄和黄瓜幼苗叶绿素和类胡萝卜素含量的影响

由图1所示，随着砻糠灰浸提液浓度的提高，光合色素含量呈先增大后减小的趋势。对于番茄幼苗而言，在根施砻糠灰浸提液之后，各处理叶片叶绿素含量相应提高；T3处理的叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量最高，分别较CK提高了15.6%、29.7%、18.6%。T4处理的类胡萝卜素含量最高，但与其他处理间差异不明显；随着砻糠灰浸提液浓度的增加，叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量在T3处理达到最大值，随后减小；对于黄瓜幼苗而言，T3处理叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量最大，分别达到15.73、4.52、18.85 mg·g-1，分别比CK提高了40%、54%、33%，CK组的叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量最小；T4组的类胡萝卜素含量最大，比CK组提高了8%。可见根施一定量的砻糠灰浸提液可促进番茄和黄瓜幼苗叶片叶绿素含量的提高，从而促进叶片的光合作用，并以75%的效果最好。

图1 不同浓度砻糠灰浸提液对番茄和黄瓜幼苗叶绿素和类胡萝卜素含量的影响

2.5 不同浓度砻糠灰浸提液对番茄和黄瓜叶片光合参数的影响

由表7可知，番茄幼苗T3处理的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）最大，分别比CK提高了38.8%、16.1%、35.3%，CK的Pn、Gs最小分别 为17.23 μmol·m-2·s-1、0.31 mol·m-2·s-1，T3处 理的胞间CO2浓度（Ci）最小，为208.62 μmol·mol-1，T4处理的Ci最大，为224.37 μmol·mol-1，相较于T3处理提高了1.3%；黄瓜幼苗各处理的变化趋势与番茄幼苗基本保持一致，T3的Pn、Gs、Tr最大，分别比CK提高了28.9%、34.3%、21.2%。T1处理的Ci最小，T2处理的Ci最大，相比CK、T1处理分别提高了8%、9%。综上所述，根施砻糠灰浸提液可以提高番茄、黄瓜叶片的Pn，且以75%浓度的效果最佳。

表7 不同浓度砻糠灰浸提液对番茄和黄瓜叶片光合参数的影响

2.6 不同浓度砻糠灰浸提液对番茄和黄瓜幼苗叶片碳水化合物代谢及关键酶活性的影响

由表8可知，CK与T1处理番茄幼苗叶片碳水化合物含量及关键酶活性无显著差异，黄瓜幼苗叶片淀粉含量和蔗糖合成酶、酸性转化酶活性无显著差异。对于番茄幼苗而言，T3处理的可溶性总糖含量、蔗糖含量和蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶活性最大，分别较CK显著提高了38.9%、59.8%和52.2%、66.9%；在根施砻糠灰浸提液之后，淀粉含量呈下降趋势，T2处理的淀粉含量最低；T3处理的酸性转化酶活性最高，较CK提高了46.1%。对于黄瓜幼苗叶片而言，T3处理的可溶性总糖含量最高，与对照相比增加了39.9%。蔗糖含量整体呈先增后减的趋势，各处理蔗糖含量显著高于CK。T2、T3、T4处理的蔗糖合成酶活性均高于对照，分别比对照增加了36.2%、49.8%、40.0%；淀粉含量和酸性转化酶活性呈负相关，T3处理的淀粉含量最小、酸性转化酶活性最大。由此可见，一定浓度的砻糠灰浸提液可以调控番茄和黄瓜幼苗叶片碳水化合物的代谢，从而维持植物的正常生理活动。

表8 不同浓度砻糠灰浸提液对番茄和黄瓜幼苗叶片碳水化合物代谢及关键酶活性的影响

3 讨论与结论

无土栽培中的基质栽培具有独特的优势，可以解决传统营养土中的一系列问题［23］，不仅可以缓解土地压力，提高作物的产量，还可以改善作物品质［24］。本试验中不同浓度的砻糠灰浸提液对番茄和黄瓜幼苗生长的影响不同，这与郭炜等［25］在玉米秸秆和稻壳2种生物质灰的高低浓度浸提液对影响黄瓜种子的萌发及幼苗质量的研究中所得出的结论一致。

3.1 不同浓度砻糠灰浸提液对基质理化性质和基质微生物数量的影响

基质的电导率过高或过低都会对番茄幼苗的生长产生影响，郭世荣［26］提出育苗基质的电导率应在0.75～2.00 mS·cm-1之间，本试验各处理的电导率在此范围内。各处理pH均在6.5～7.2之间，符合番茄和黄瓜幼苗的栽培基质范围［27-28］。对于番茄幼苗来说，T3处理的容重、通气孔隙度、总孔隙度在5个处理中最大。对于黄瓜幼苗来说，T3处理的基质总孔隙度、持水孔隙度最大。在根施砻糠灰浸提液之后，基质中细菌数量及真菌数量显著减少，尤其以细菌数量的落差最大。

3.2 不同浓度砻糠灰浸提液对番茄和黄瓜幼苗生长的影响

不同浓度砻糠灰浸提液对幼苗的生长指标也有较大影响。株高和茎粗可以反映出植株的长势，各处理的株高、茎粗均优于CK，其中T3处理的株高、茎粗最大。在根施砻糠灰浸提液之后，各处理幼苗的干重有了明显变化。T3处理的番茄和黄瓜幼苗地上部干重最大，且显著高于CK。孟兆江等［29］研究表明，合理的根冠比有利于增强根系的发育，根冠比越大，植株抗性越好。在各处理中，T3处理的根冠比最大。宫彬彬等［30］研究表明，番茄幼苗壮苗指数在0.030～0.065之间为合格苗，本试验各处理的番茄幼苗均为合格苗。T3处理的番茄幼苗和黄瓜幼苗壮苗指数最大，说明T3处理的幼苗生长势最好。

3.3 不同浓度砻糠灰浸提液对番茄和黄瓜幼苗中叶绿素和类胡萝卜素含量的影响

光合作用是植物合成物质促进成长的生理基础，李惠等［31］通过研究堆肥浸提液对番茄、黄瓜种苗生长及养分吸收的影响，发现堆肥浸提液可以提高叶片的叶绿素含量。本试验中，各处理的叶绿素含量相对CK均有不同程度地增加。对于番茄幼苗来说，T3处理的叶片叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量最大，T4处理的类胡萝卜素含量最大。对于黄瓜幼苗来说，T3处理的叶绿素a含量、叶绿素b含量最大，分别比对照组提高了40%、54%。表明根施75%砻糠灰浸提液时，植物叶绿素含量较高，光合作用能力增强，幼苗干物质的积累量最多，有利于番茄和黄瓜幼苗的生长发育。

3.4 不同浓度砻糠灰浸提液对番茄和黄瓜叶片光合参数的影响

光合作用是构成植物生产力的最主要因素［32］，导致叶片光合速率下降的因素既有气孔因素也有非气孔因素。通过Gs和Ci的变化方向可以判断叶片光合速率降低的原因［33］。Ci升高和Gs下降则说明光合速率的下降应是由叶肉细胞同化能力降低等非气孔因素所致［34］。在本试验中，砻糠灰浸提液显著提高了番茄及黄瓜幼苗的Pn；番茄幼苗T4处理的Ci最大，为224.37 μmol·mol-1，相较于T3处理提高了1.3%。T3处理的Gs较CK提高了16.1%，黄瓜幼苗T2处理的Ci最大，较CK提高了8%。

3.5 不同浓度砻糠灰浸提液对番茄和黄瓜幼苗叶片碳水化合物代谢及关键酶活性的影响

种子在萌芽过程中，能够产生丰富的可溶性糖及蛋白质，可溶性糖提供了幼苗生长所需的绝大部分能量［35］。蔗糖是源库碳水化合物代谢的枢纽，对源库碳水化合物的合成和代谢具有重要意义［36］。本试验中，各处理的可溶性总糖和蔗糖含量均为最高，T3处理的幼苗叶片中淀粉含量最低。这表明，一定浓度的砻糠灰浸提液可以为幼苗的生长发育提供大量的能量，有效促进幼苗生长中的光合、呼吸作用。T3处理幼苗的蔗糖合成酶活性、蔗糖磷酸合成酶活性最高且显著优于其他处理；淀粉含量和酸性转化酶活性呈显著负相关，T3处理的淀粉含量最小，酸性转化酶活性最大。综上可知，T3处理的碳水化合物关键酶活性最适宜番茄和黄瓜幼苗叶片蔗糖等能源物质的积累，有利于幼苗的健壮生长。

综上所述，不同浓度的砻糠灰浸提液对番茄和黄瓜幼苗生长的影响不同，当砻糠灰浸提液的浓度为75%时最有利于番茄和黄瓜幼苗生长，可以有效的提高幼苗的品质，从而提高经济效益。