茄果类蔬菜残体混合基质对黄瓜育苗的影响

傅鸿妃, 郭赛赛, 郑积荣

(杭州市农业科学研究院 蔬菜所,浙江 杭州 310024)

茄果类蔬菜是我国重要的大宗蔬菜品种,主要包括茄子、辣椒和番茄。据联合国粮农组织(FAO)统计,2020年我国茄果类蔬菜种植面积为267.8万hm2,占全国蔬菜种植面积的26.3%,产量1.18亿t,占全国蔬菜总产量的69.8%[1]。茄果类蔬菜主要食用果实,采收后留下大量的根茎叶等非食用和无商品价值的残体,以每hm2产生4.5 t残体计算,全国每年产生茄果类蔬菜残体0.12亿t[2]。受粗犷的技术推广方式影响,目前处理茄果类蔬菜残体的常用方式是丢弃或堆弃[3],这不仅污染环境和滋生病虫害,也浪费资源。

我国一直重视农作物残体再利用,菌渣[4]、玉米[5-7]、水稻[8-12]、小麦[13-17]等的残体利用已经非常成熟,利用农作物残体发酵后堆料配制育苗基质是近年来的研究方向。目前以玉米残体[18-22]和菌渣[20-26]的研究最多,小麦[26]和芦苇[27]等残体研究也有报道,集中在番茄[18,20-21,26]、辣椒[19-20,26]、黄瓜[22,26]、小白菜[23]、草莓[24]、西瓜[25,27]和水稻[28]的育苗应用中,幼苗基质中加入适量的农作物残体可以增加幼苗株高和茎粗,提高成苗率,加快干物质积累,提升壮苗指数和根系活力。由于蔬菜残体含水率较高、碳氮比低等特点使得其资源化利用难度相对较高。当前资源化利用的主要方式有直接还田、厌氧沤肥、好氧堆肥、饲料利用等[29],利用茄果类蔬菜残体发酵后堆料配制育苗基质未见报道。本研究以茄果类蔬菜残体为原料,辅以鸡粪、发酵菌剂进行发酵,发酵完成后与商品育苗基质不同比例混合,复配成混合育苗基质,研究混合育苗基质对黄瓜种子出苗率、幼苗形态和叶绿素含量、幼苗生物量、幼苗根系生长等的影响,为茄果类蔬菜残体资源化利用提供数据和技术支撑,对茄果类蔬菜产业可持续健康发展具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试作物

黄瓜品种驰誉518,由天津科润农业科技股份有限公司生产。

1.1.2 原料

茄果类蔬菜残体(简称残体)由杭州市农业科学研究院蔬菜基地提供;鸡粪从当地养鸡场购买;发酵菌剂从郑州益加益生物科技有限公司购买,主要成分为乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌、放线菌等80种有益复合菌种;商品育苗基质由杭州康成农业科技有限公司生产,主要成分为椰糠、泥炭、珍珠岩、蛭石。

1.2 试验设计

1.2.1 茄果类蔬菜残体发酵

残体用粉碎机粉碎,每m3残体加入100 kg鸡粪或0.25 kg发酵菌剂,设置4个发酵处理方案:A,残体;B,残体+发酵菌剂;C,残体+鸡粪;D,残体+鸡粪+发酵菌剂。混合后搅拌均匀,含水量调节至60%左右,发酵40 d以上。

1.2.2 混合基质配方

将发酵完成的4种残体与商品育苗基质(T)进行不同比例混合,各处理及其体积比如下:A1T3、A2T2、A3T1处理中残体A与商品育苗基质T的体积比分别为1∶3、2∶2、3∶1,B1T3、B2T2、B3T1处理中残体B与商品育苗基质T的体积比分别为1∶3、2∶2、3∶1,C1T3、C2T2、C3T1处理中残体C与商品育苗基质T的体积比分别为1∶3、2∶2、3∶1,D1T3、D2T2、D3T1处理中残体D与商品育苗基质T的体积比分别为1∶3、2∶2、3∶1,以商品育苗基质T为对照(CK),每个处理设3次重复。各处理基质的基本性质见表1。

表1 混合基质基本性质Table 1 Basic characters of compound substrate

1.2.3 育苗与取样

选用50孔塑料穴盘,单栋塑料大棚育苗。播种后7 d观察统计出苗率,当黄瓜幼苗长到两叶一心可以定植时取样,测定其他指标。基质在混合拌匀后取样。

1.3 检测项目与方法

1.3.1 基质

pH值用酸度计法测定,电导率(EC值)用电导率仪测定,容重用带刻度烧杯法测定,总N含量用开氏法测定,总P含量用钼锑抗比色法测定,总K含量用氢氟酸消解法测定[30]。

1.3.2 秧苗

株高和叶片大小用直尺测量,茎粗用0.01 mm数显卡尺测量,鲜重和干重用千分之一天平称量。SPAD值用植物营养测定仪TYS-4N测定,根系用Microtek scanMaker i800plus扫描仪和GXY-A植物根系表型分析系统分析[31]。

1.3.3 计算公式

I=(d/h+mr/ms)×md;

(1)

G=md/t[26];

(2)

(3)

式(1)～(3)中,I表示壮苗指数,d表示茎粗,h表示株高,mr表示地下部干重,ms表示地上部干重,G值表示干物质积累速率,md表示全株干重,t表示育苗天数,cd表示干物质含量,mf表示全株鲜重。

1.4 数据统计

采用SPSS 22软件进行数据处理,用新复极差法(Duncan)进行方差分析,用Pearson法进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 混合基质对黄瓜种子出苗率的影响

除C3T1和D3T1处理外,其他处理的种子出苗率与CK相比无显著差异。C3T1和D3T1的出苗率仅为56.67%和77.33%,显著(P<0.05)低于CK出苗率(图1)。

柱上无相同字母代表0.05水平差异显著。下同。Data on the bars marked without the same lowercase letter indicated significant differences at P<0.05. The same as bellow.图1 不同混合基质的黄瓜种子出苗率Fig.1 Cucumber seed germination rates in different compound substrates

2.2 混合基质对黄瓜幼苗形态和叶绿素含量的影响

混合基质处理的幼苗株高均显著(P<0.05)低于CK(图2-A)。除D3T1处理外,其他处理的幼苗茎粗与CK无显著差异(P>0.05)(图2-B)。除A1T3、B1T3、C1T3和D1T3处理外,其他处理幼苗叶片均显著(P<0.05)小于CK(图2-C)。这说明混合基质使黄瓜幼苗植株变矮,4个处理发酵完成的茄果类蔬菜残体与商品育苗基质1∶3配制成的混合基质,对黄瓜幼苗叶片大小没有显著影响。

SPAD值是衡量植株叶绿素相对含量和代表植物绿色程度的参数[32]。全部处理的幼苗子叶SPAD值均比CK大,且A3T1、C3T1、D1T3、D2T2和D3T1处理的SPAD值显著(P<0.05)大于CK(图2-D)。除B3T1处理的真叶SPAD值显著(P<0.05)低于CK外(图2-E),其他处理与CK差异不显著。这说明茄果类蔬菜残体堆置发酵时同时加入鸡粪和发酵菌剂,有助于提高黄瓜幼苗子叶的叶绿素含量。

2.3 混合基质对黄瓜幼苗生物量的影响

由表2可知,A1T3和D1T3处理全部生物量指标与CK差异不显著(P>0.05),B1T3和C1T3处理除单株鲜重外,其他生物量指标均与CK差异不显著(P>0.05),这说明4个处理发酵完成的茄果类蔬菜残体与商品育苗基质1∶3配制成的混合基质,对黄瓜幼苗生物量没有影响或影响不大。

表2 不同混合基质的黄瓜单株幼苗生物量Table 2 Single seedling biomass of cucumber in different compound substrates

除A1T3和D1T3处理外,其他处理幼苗鲜重均显著小于CK(P<0.05)。A3T1、B2T2、B3T1、C3T1、D2T2和D3T1处理的幼苗单株干重、地上部分干重和G值均显著小于CK(P<0.05)。D3T1处理的地下部分干重和壮苗指数显著小于CK(P<0.05)。A2T2、A3T1、B2T2、B3T1和D3T1处理的干物质含量显著(P<0.05)大于CK。

对黄瓜幼苗生物量指标进行相关性分析(表3),发现G值与单株鲜重、单株干重、地上部分干重、地下部分干重和壮苗指数呈极显著(P<0.01)正相关,相关系数分别为0.927、0.997、0.995、0.798和0.735;壮苗指数与单株鲜重、单株干重、地上部分干重和地下部分干重等呈极显著(P<0.01)正相关,相关系数分别为0.539、0.746、0.685和0.981;干物质含量与单株鲜重呈极显著(P<0.01)负相关,相关系数为-0.565。

表3 黄瓜单株幼苗生物量的Pearson相关性分析Table 3 Pearson correlation analysis of cucumber single seedling biomass

2.4 混合基质对黄瓜幼苗根系生长的影响

植物根系是活跃的吸收和代谢器官,直接影响植株的长势[20]。从表4可以看出,除A1T3、A3T1和C2T2处理外,其他处理的黄瓜幼苗根系长度均显著(P<0.05)小于CK;A1T3和C2T2处理的根系体积显著(P<0.05)大于CK;A1T3处理的根系表面积和D3T1处理的根系直径显著(P<0.05)大于CK;除A1T3和C2T2处理外,其他处理根尖数均显著(P<0.05)少于CK。A1T3处理的单株幼苗根系体积和表面积分别比CK显著增加0.30 cm3和8.66 cm2。

表4 不同混合基质的黄瓜单株幼苗根系指标Table 4 Root index of cucumber single seedling in different compound substrates

对黄瓜幼苗根系指标进行相关性分析(表5),发现根尖数与根系长度、根系体积、根系表面积呈极显著(P<0.01)正相关,相关系数分别是0.909、0.857和0.900。根系长度与根系体积、根系表面积呈极显著(P<0.01)正相关,相关系数分别是0.878和0.942);根系直径与根尖数、根系长度呈显著(P<0.05)负相关,相关系数分别是-0.381和-0.366。

表5 根系指标的Pearson相关性分析Table 5 Pearson correlation analysis of root index

3 结论与讨论

利用茄果类蔬菜残体进行农作物育苗的研究尚未有报道,本研究结果可为后面学者进行该方面研究提供一定的理论依据和参考价值。出苗率是衡量种子质量的指标[33],也是反映育苗基质质量的主要指标[27]。本研究发现,茄果类蔬菜残体占比1/4的混合基质出苗率均在96%以上,就出苗率而言,适合黄瓜育苗。C3T1和D3T1两个处理的出苗率均显著低于其他处理,这可能是茄果类蔬菜残体堆置发酵时加入鸡粪所致,鸡粪抑制了黄瓜种子对水分的吸收。

SPAD值是衡量植株叶绿素相对含量和代表植物绿色程度的参数[32]。本研究发现,添加鸡粪和发酵菌剂的茄果类蔬菜残体,可以显著增加黄瓜幼苗子叶的叶绿素相对含量,且残体占比越高,叶绿素相对含量越高,但对黄瓜幼苗真叶叶绿素相对含量影响不大。这可能是茄果类蔬菜残体营养物质相对丰富,黄瓜种子吸收后转化成利于叶绿素合成的物质所致;随着幼苗的生长,种子中该物质逐渐消耗,到真叶长出时利于叶绿素合成的物质已经耗尽,致使真叶叶绿素含量增加不显著。生物量是衡量秧苗生长的重要指标[27],能够直接体现秧苗适应环境、获取环境物质和积累物质的能力[34]。本研究表明,茄果类蔬菜残体抑制黄瓜幼苗长高,且随残体占比增加,黄瓜幼苗株高下降。这可能是茄果类蔬菜生育期较长,植株木质化程度较高,产生的营养物质不能促进黄瓜幼苗长高。在商品育苗基质中加入1/4茄果类蔬菜残体发酵物,培育的黄瓜幼苗生物量指标与商品育苗基质培育的黄瓜幼苗没有显著差异,或仅单株鲜重有差异。这可能是因为只加入鸡粪或发酵菌剂会抑制黄瓜幼苗鲜重,但是对干物质的积累没有影响。本研究还发现,黄瓜幼苗G值与单株鲜重、单株干重、地下部分干重、地上部分干重、壮苗指数,壮苗指数与单株鲜重、单株干重、地下部分干重、地上部分干重之间存在极显著正相关关系,这说明黄瓜幼苗生长速度越快,质量越大,干重积累越多,幼苗素质就越好。干物质含量与单株鲜重之间存在极显著负相关关系,应是水分含量随单株鲜重增加所致。

根系是连接植物地上部分与土壤物质间的重要桥梁和纽带[35],是植物吸收水分和营养物质的主要器官,植物通过根系将水分和营养物质输送到整个植株[36]。本研究中,没有添加物堆置发酵后的茄果类蔬菜残体,与商品育苗基质1∶3比例复配的混合基质,使黄瓜幼苗根系体积和表面积显著增加,这可能是茄果类蔬菜残体为黄瓜根系体积和表面积增加提供了必需的营养物质所致。本研究还表明,黄瓜幼苗根尖数与根系长度、根系体积、根系表面积之间,根系长度与根系体积、根系表面积之间存在极显著正相关关系,这说明根尖数决定黄瓜幼苗的根系长度、根系体积和表面积,根尖数越多,根系越发达,根系总长度越长,使根系表面积和体积越大。根系直径与根尖数、根系长度之间存在显著负相关关系,说明根系纵向生长和横向生长是相互制约的过程。