寒地玉米秸秆腐熟物复配基质在蔬菜育苗中的应用

2024-04-30 14:25贺付蒙杨燕王雪张颖徐永清李凤兰
中国瓜菜 2024年4期
关键词:生长指标

贺付蒙 杨燕 王雪 张颖 徐永清 李凤兰

DOI:10.16861/j.cnki.zggc.202423.0325

摘    要:为探索寒地玉米秸秆腐熟物替代传统草炭土基质的可行性,以草炭土、蛭石和珍珠岩混合而成的传统基质作为对照,以A(V腐熟物∶V蛭石∶V珍珠岩=2∶1∶1)、B(V腐熟物∶V蛭石∶V珍珠岩=1∶1∶1)两种复配基质为处理,研究复配基质对黄瓜和辣椒幼苗生长的影响,以及育苗前后营养物质和相关酶活性的变化。结果表明,两种复配基质的容重、水气比和电导率与传统基质呈显著差异;在幼苗定植28 d时,A、B 两种基质的黄瓜幼苗株高分别比对照显著提高67.25%和44.95%,茎粗分别显著提高29.30%和17.83%,葉绿素含量分别显著提高7.42%和3.13%;A、B 两种基质的辣椒幼苗株高分别比对照显著提高8.55%和15.36%,茎粗分别显著提高2.38%和6.21%,叶绿素含量分别显著提高4.74%和12.44%;育苗后基质铵态氮和有效钾含量均降低,速效磷含量升高,黄瓜育苗后A、B 两种基质速效磷含量分别升高71.27%和76.36%;辣椒育苗后A、B 两种基质速效磷含量分别升高249.22%和115.81%。A、B 两种基质中脲酶和酸性磷酸酶活性在育苗结束后升高,蔗糖酶活性降低。综上,A基质更适于黄瓜幼苗的生长,B基质更适于辣椒幼苗的生长,可分别代替传统草炭土基质用于黄瓜和辣椒育苗。

关键词:秸秆腐熟物;复配基质;蔬菜育苗;生长指标

中图分类号:S14+S604+.3         文献标志码:A            文章编号:1673-2871(2024)04-087-07

Application of corn straw compost compound substrate for vegetable seedling in cold region

HE Fumeng1, YANG Yan1, WANG Xue2, ZHANG Ying3, XU Yongqing1, LI Fenglan1, 2

(1. College of Life Sciences, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, Heilongjiang, China; 2. Heilongjiang Green Food Science Research Institute, Harbin 150030, Heilongjiang, China; 3. College of Resources and Environment, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, Heilongjiang, China)

Abstract: In order to explore the feasibility of replacing traditional peat soil matrix with corn straw compost in cold region, the traditional matrix composed of peat soil, vermiculite and perlite was used as a control, and two kinds of compound substrates, A(V compost : V vermiculite : V perlite = 2 : 1 : 1) and B(V compost : V vermiculite : V perlite = 1 : 1 : 1), were used to determine the effect of the compound substrate on the growth of cucumber and pepper seedlings, as well as the nutrients and related enzyme activity before and after seedling raising. The results showed that the bulk density, water air ratio and conductivity of the two composite substrates were significantly different from those of the traditional substrates. In terms of the effect on seedling growth, at 28 days of seedling planting, the plant height of cucumber seedlings on A and B substrates were significantly increased by 67.25% and 44.95%, the stem diameter was significantly increased by 29.30% and 17.83%, and the chlorophyll content was significantly increased by 7.42% and 3.13%, respectively, compared with the control. The plant height, stem diameter and chlorophyll content of pepper seedlings on A and B substrates were significantly increased by 8.55% and 15.36%, 2.38% and 6.21%, 4.74% and 12.44%, respectively, compared with the control. After seedling raising, the content of ammonium nitrogen and available potassium in the substrate decreased, while the content of available phosphorus increased. The content of available phosphorus in A and B substrates increased by 71.27% and 76.36%, respectively, after cucumber seedling cultivation; the content of available phosphorus in A and B substrates increased by 249.22% and 115.81% after pepper seedling, respectively. The activity of urease and acid phosphatase in A and B substrates increased and sucrase activity decreased at the end of seedling raising. In conclusion, substrate A is more suitable for the growth of cucumber seedlings and substrate B is more suitable for the growth of pepper seedlings, which can replace the traditional peat soil substrate for cucumber and pepper seedlings, respectively.

Key words: Straw compost; Compound matrix; Vegetable seedling raising; Growth indexes

收稿日期:2023-05-22;修回日期:2024-01-24

基金项目:黑龙江省省属科研院所科研业务费项目(CZKYF2023-1-B020);黑土地保护与利用科技创新工程专项(XDA28030302);黑龙江省重点研发计划项目(GY2023ZB0021)

作者簡介:贺付蒙,男,实验师,主要从事废弃物资源化利用研究工作。E-mail:hefumeng@neau.edu.cn

通信作者:李凤兰,女,教授,主要从事废弃物资源化利用及黑土地保护研究工作。E-mail:lifenglan@neau.edu.cn

徐永清,女,副教授,主要从事废弃物资源化利用研究工作。E-mail:yuti8221@163.com

随着现代化农业的发展,人们对农产品需求量增多,我国蔬菜业得到快速发展,种植面积也在不断扩大,并向现代化、工厂化、规模化和商品化转变[1]。育苗基质的选择是蔬菜育苗的一项重要内容,关系到育苗的成本和种苗质量的高低[2]。草炭土是目前世界上应用最广泛、效果较理想的栽培基质,是传统育苗基质中必不可少的原料,然而草炭土是不可再生资源,长期开采必会使其资源枯竭,生态环境遭到破坏[3]。因此,对于草炭土替代物的开发和研究,已成为目前研究的热点[4]。

东北作为中国最大的玉米生产区,每年都有大量的秸秆产生[5]。秸秆中富含木质素、纤维素、半纤维素和粗蛋白等[6],在微生物降解下,分解为腐殖酸、无机物和小分子有机物等[7],这些物质易于作物在生长中吸收利用[8-9]。将玉米秸秆腐熟还田可显著提高土壤中的有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量,同时可提高土壤的总孔隙度和非毛管孔隙度,还可显著提高作物产量及地上干物质量[10]。玉米秸秆通过腐熟堆肥后,可在农业生产中用于改善设施蔬菜育苗中苗床土壤板结、透气性差、土壤肥力较低等状况[11]。在育苗栽培基质方面,秸秆腐熟物主要和草炭、炉渣、菌渣等物质混合作为基质进行利用,从而推进有机型育苗栽培基质的发展,秸秆腐熟物的添加使得该方法具有本土化、可再生、成本低和保护环境等优势[12]。于秀针等[13]对两种香料植物废弃秸秆进行粉碎和发酵,发现发酵物中含有丰富的易降解有机物,分别对发酵后两种植物秸秆进行复配,其中复配后的薄荷秸秆基质培育的番茄出苗率、株高、壮苗指数和根冠比都高于CK。因此,秸秆腐熟物代替草炭土作为育苗栽培基质具有一定的可行性。

农作物秸秆基质化已有成熟的研究体系,并且秸秆腐熟物在育苗基质中的应用也得到广泛推广,但我国东北地区冬季漫长且温度低,使寒地玉米秸秆的基质化利用还未得到广泛实施。笔者利用课题组前期研究成果,获得寒地玉米秸秆腐熟物[14],将秸秆腐熟物进行基质复配,并进行蔬菜育苗应用评估,为寒地玉米秸秆腐熟后的综合利用和在蔬菜育苗产业中的应用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

寒地玉米秸秆腐熟物由东北农业大学菌剂研发中心提供;黄瓜品种为农学盛育九,购自哈尔滨市兴农种子有限公司;辣椒品种为辣妹子,购自哈尔滨市农信种子有限公司,草炭土、蛭石、珍珠岩均购于哈尔滨花卉市场。

1.2 试验设计

利用寒地玉米秸秆腐熟物、珍珠岩和蛭石按照体积比进行复配,得到两种不同的育苗基质A、B,用草炭土、蛭石和珍珠岩混合而成的传统基质作为对照(CK),配比详见表1。将混合后的复配基质取样并保存于干燥遮光环境下,用于理化性质及营养成分测定。

育苗试验于2021年5—10月在东北农业大学寒地药用植物资源平台进行。播种前2 d进行催芽,将催芽后的黄瓜、辣椒种子播于穴盘育苗基质中,采用32孔穴盘育苗,每穴播种2粒,于出苗5 d后进行定植,定植后保持每穴1株幼苗,每组处理3盘,播后覆盖1层相同配方基质,自然光照,在蔬菜幼苗生长期间,每7 d随机取样15株幼苗,用于测定幼苗生长状况及叶绿素含量。育苗结束后,将复配基质进行自然风干保存,用于基质理化性质、营养成分、酶活性的测定。

1.3 方法

1.3.1 理化性质的测定 参照郭世荣[15]的方法进行容重、孔隙度测定。取自然风干的复配基质,加入已知体积(V)和已知质量(W)的塑料烧杯中,称质量(W1);烧杯口用2层纱布封住,然后浸泡水中24 h后,称质量(W2);随后倒置湿润纱布包住的烧杯12 h,沥干后称质量(W3),按下列公式计算容重与孔隙度。

容重/(g·cm-3)=(W1-W2)/V;                     (1)

总孔隙度/%=(W2-W1)/V×100;              (2)

通气孔隙度/%=(W2-W3)/V×100;           (3)

持水孔隙度/%=总孔隙度-通气孔隙度。 (4)

pH和电导率测定:取10 g复配基质,用100 mL去离子水浸泡24 h后过滤,得到的浸提液用电导仪测定EC值,用pH计测定pH。

营养成分的测定:采用碱熔-电感耦合等离子体发射光谱法测定全钾含量;采用碱熔-钼锑抗分光光度法测定总磷含量;采用半微量凯氏法测定全氮含量[16];采用托普云农公司的试剂盒测定铵态氮、速效磷、有效钾、有机质含量。

土壤酶活性测定:采用南京建成生物工程研究所试剂盒测定酸性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶活性。以上每个处理3次重复。

1.3.2 幼苗指标测定 每处理随机选取15株幼苗,用蒸馏水冲洗干净,用滤纸吸干表面水分,测量幼苗的株高、茎粗、全株鲜质量、全株干质量。用游标卡尺测量子叶处茎粗,用直尺测量茎基部到生长点的长度作为株高。将幼苗放入烘箱,105 ℃下进行杀青处理30 min,75 ℃烘至恒质量,测量干质量。

采用乙醇丙酮浸提法测定幼苗叶绿素含量[17]。取0.2 g剪至1 mm细丝的鲜样于10 mL丙酮与乙醇混合液(体积比1∶1)中,室温下进行密闭避光浸泡至发白(12~24 h),用蒸馏水稀释5倍后于663和645 nm比色分析,并按照公式计算叶绿素a、叶绿素b含量及总含量。每个处理3次重复。

Ca=12.71 OD663-2.59 OD645;                        (5)

Cb=22.88 OD645-4.67 OD663;                        (6)

CT=Ca+b=20.29 OD645+8.04 OD663;               (7)

w(A)/(mg·g-1)=[n×C×NW]。                    (8)

式中:w(A)為叶绿体色素含量;n为提取液体积(mL);C为色素质量浓度(mg·L-1);N为稀释倍数;W为样品鲜质量(g)。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010进行数据统计及绘图,采用GraphPad Prism 5软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 寒地玉米秸秆腐熟物复配基质特性的测定

2.1.1 复配基质理化性质分析 对复配基质的理化性质测定结果见表2,A、B 两种基质容重、水气比和电导率均与CK呈显著差异,而A、B两种基质之间无显著差异。A、B 两种基质的总孔隙度、通气孔隙度均大于CK,但A基质总孔隙度、通气孔隙度与CK、B基质之间差异不显著,B基质与CK呈显著差异。A基质持水孔隙度为61.93%,显著高于B基质和CK;A基质的电导率为1 389.00 mS·cm-1,B基质的电导率为1 148.11 mS·cm-1,均显著高于CK;3种基质的pH均为弱酸性,无显著差异。

2.1.2 复配基质营养成分分析 对复配基质营养成分的测定结果如表3所示,3种基质中A基质的全氮含量为0.87%,与其他两种基质呈显著差异;全磷含量A基质最高,为0.12%,但3种基质之间无显著差异;A、B 两种基质的全钾含量均显著高于CK;B基质中有机质含量最高,为22.02%,两种基质的有机质含量均高于CK,但三种基质之间无显著差异。

2.2 寒地玉米秸秆腐熟物复配基质在蔬菜上的应用

2.2.1 复配基质对黄瓜幼苗生长的影响 复配基质对黄瓜幼苗生长影响的指标测定结果如图1所示。在黄瓜幼苗生长过程中,A、B 两种基质的黄瓜幼苗株高和茎粗与CK相比存在差异,其中在幼苗定植28 d时,A、B 两种基质黄瓜幼苗株高分别比CK显著提高67.25%和44.95%,茎粗分别比CK显著提高29.30%和17.83%(图1-A~B)。对黄瓜幼苗根长的影响见图1-C,A基质的根长最高,在14 d后,A、B 两种基质的幼苗根长均高于CK,但B基质与CK差异不显著。随着黄瓜幼苗的生长,壮苗指数发生变化,在育苗初期,A、B 两种基质的幼苗壮苗指数均高于CK,而定植到28 d时,CK的壮苗指数分别显著高于A、B 两种基质15.22%和14.25%(图1-D)。对黄瓜幼苗叶绿素含量的测定见图1-E,A、B 两种基质的幼苗叶绿素含量均显著高于CK,其中,A基质的叶绿素含量最高。

2.2.2 复配基质对辣椒幼苗生长的影响 复配基质对辣椒幼苗生长影响的指标测定结果如图2所示。在辣椒幼苗的生长过程中,A、B 两种基质的辣椒幼苗株高均高于CK,在幼苗定植28 d时,分别比CK显著提高8.55%和15.36%(图2-A);在辣椒幼苗茎粗和根长方面,A、B 两种基质均高于CK,B基质的幼苗茎粗和根长均最大,均显著高于CK(图2-B~C);B基质的壮苗指数最高,21 d后与CK和A基质的差异不显著(图2-D);在辣椒幼苗定植第7 天时,A基质的幼苗叶绿素含量最高,但随着辣椒幼苗的生长,B基质的幼苗叶绿素含量高于CK和A基质,且在第28 天时分别比CK和A基质显著提高12.44%和7.35%(图2-E)。

2.2.3 复配基质育苗前后养分含量的变化 复配基质在育苗前后养分含量的变化测定结果见表4。育苗前,A、B 两种复配基质的铵态氮、速效磷和有效钾含量均显著高于CK。与育苗前相比,黄瓜育苗后CK、A基质和B基质铵态氮含量分别降低30.16%,80.33%和68.17%;辣椒育苗后CK、A基质和B基质铵态氮含量分别降低62.08%、91.98%和84.83%。与育苗前相比,黄瓜育苗后CK、A基质和B基质速效磷含量分别升高174.30%、71.27%和76.36%;辣椒育苗后CK、A基质和B基质速效磷含量分别升高32.36%、249.22%和115.81%。与育苗前相比,黄瓜育苗后CK、A基质和B基质有效钾含量分别降低62.81%、75.94%和68.85%;辣椒育苗后CK、A基质和B基质有效钾含量分别降低75.58%、31.39%和36.20%。

2.2.4 复配基质育苗前后酶活性的变化 复配基质在育苗前后酶活性的变化测定结果见表5。育苗前、后A、B 两种复配基质的脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性均显著高于CK。与育苗前相比,黄瓜育苗后CK、A基质和B基质脲酶活性分别升高3.37%、14.21%和10.17%;辣椒育苗后CK、A基质和B基质脲酶活性分别升高8.00%、5.07%和0.20%。与育苗前相比,黄瓜育苗后CK的蔗糖酶活性升高22.22%,A基质和B基质分别降低62.56%和8.94%;辣椒育苗后CK蔗糖酶活性升高4.04%,A基质和B基质分别降低61.23%和7.82%。与育苗前相比,黄瓜育苗后CK、A基质和B基质酸性磷酸酶活性分别升高16.94%、50.40%和144.70%;辣椒育苗后,CK的酸性磷酸酶活性降低32.88%,A基质和B基质酸性磷酸酶活性分别升高87.42%和149.08%。

3 讨论与结论

农作物秸秆用于基质的大规模生产,拥有可观的经济、社会和环境效益,具有广阔的应用前景。腐熟后的秸秆具有质轻、疏松的结构,是制作育苗基质的理想原料[18]。研究表明,将玉米秸秆腐熟还田后,可显著提高土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量,且显著提高了作物产量和地上干物质量[11]。王津等[19]通过堆沤腐熟水稻秸秆作为育秧基质,基质中全氮、有效磷和有机质含量显著提高,同时基质中的微生物具有多样性,微生物群落结构的变化益于水稻的生长。陈雪丽等[20]通过在育苗基质中添加秸秆腐熟物进行育苗研究,并对育苗结束后的基质进行酶活性测定,复配基质中秸秆腐熟物的添加增强了与碳有关的蔗糖酶活性,而且转化氮素的脲酶活性也有所提高。

笔者利用课题组前期获得的寒地玉米秸秆腐熟物,复配蔬菜育苗基质,测得两种育苗基质具有较好的营养成分,A基质全氮、全磷含量均最高,分别达0.87%和0.12%,B基质全钾和有机质含量最高,分别达2.82%和22.02%,可使幼苗具有更好的长势,在株高、茎粗和根长等性状方面具有显著优势。在育苗前两种复配基质的铵态氮、速效磷、有效钾含量均显著高于CK,在幼苗的生长过程中,对氮磷钾的有效吸收,使得幼苗长势更好,而且可能对幼苗移栽后的缓苗具有良好的作用。对育苗前后酶活性测定的结果表明,与育苗前相比,A、B 两种基质的脲酶和酸性磷酸酶在育苗结束后活性提高,说明在整个育苗期间,复配基质中微生物具有多样性,可能与寒地玉米秸秆腐熟物经过菌剂发酵有关,在配制育苗基质后,丰富了基质的微生物群落,对幼苗生长具有重要的促进作用。

为替代部分草炭,以秸秆发酵物、草炭、蛭石、珍珠岩为原料复配基质,秸秆发酵物45%+草炭20%+蛭石20%+珍珠岩15%的配方基质可以使十字花科蔬菜长势更佳,可作为专用蔬菜育苗基质[21]。时振宇等[22]利用腐熟的番茄秸秆与椰糠、有机肥、沙子进行配比得到复配基质并在黄瓜幼苗上进行应用,结果表明,在番茄秸秆、椰糠、有机肥、沙子体积比为4∶13∶1∶1的育苗效果最佳,最适宜黄瓜幼苗的生长。武亚红等[23]研究了添加腐熟小麦秸秆的复合基质对黄瓜育苗效果的影响,结果表明,腐熟小麦秸秆、椰糠、蛭石在体积比1∶3∶5下,复合基质可显著促进黄瓜幼苗生长。杨晓磊等[24]研究腐熟秸秆基质对黄瓜生长、产量和病虫害发生等方面的影响,结果表明,蔬菜秸秆、草炭、珍珠岩体积比为1∶3∶1的育苗基质最佳,有利于提高产量和减少病虫害发生。王霞等[25]采用不同比例的辣椒秸秆与蛭石、珍珠岩复配进行西瓜育苗,对西瓜幼苗形态建成及生理特性进行测定,最后得到辣椒秸秆、蛭石、珍珠岩体积比按2∶1∶1复合而成的育苗基质可以替代常规草炭育苗基质进行西瓜育苗,为辣椒秸秆的综合利用提供了有效途径。在本试验中,相对于传统草炭土育苗基质,不同寒地秸秆腐熟物配比的育苗基质对黄瓜和辣椒幼苗生长均具有促进作用,也可代替常规草炭育苗基质。在陈菲等[26]的研究中,不同粒径菇渣与蛭石混配基质进行黄瓜育苗,试验证实了粒径大小、蛭石添加比例会对育苗效果产生影响。而在笔者的试验中,不同的基质配比对黄瓜和辣椒幼苗也会有不同的影响,可能是由于不同的基质配比,育苗基质中的营养成分不同,日后可针对不同蔬菜,进行配制最佳适宜幼苗生长的育苗基质。

综上所述,寒地玉米秸秆腐熟物、蛭石、珍珠岩体积比为2∶1∶1的基质有利于黄瓜幼苗的生长;寒地玉米秸秆腐熟物、蛭石、珍珠岩体积比为1∶1∶1的基质有利于辣椒幼苗的生长,两种复配基质与草炭土基质相比,对黄瓜和辣椒幼苗的生长均具有良好的促进作用,说明寒地秸秆腐熟物可以代替草炭土进行黄瓜和辣椒育苗。

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