鐵皮石斛種植基質(zhì)篩選研究

蘭 海，潘宏兵，和獻(xiàn)鋒，代 沙，蔣 祺，顧國(guó)棟，唐 平，陳云清，張 帆*

(1.攀枝花市農(nóng)林科學(xué)研究院，四川 攀枝花 617061；2.攀枝花市同豐斛農(nóng)業(yè)開發(fā)公司，四川 攀枝花 617061)

鐵皮石斛(DendrobiumofficinaleKomura Migo)又名黑節(jié)草，是多年生蘭科附生草本植物[1]。是我國(guó)傳統(tǒng)的中藥材，現(xiàn)代藥理證明鐵皮石斛具有滋陰清熱、益胃生津、增強(qiáng)機(jī)體免疫力、降血糖血脂、抗氧化等作用，被列為“九大仙草”之首[2]，在民間具有“救命仙草”的美譽(yù)。野生鐵皮石斛資源在四川主要分布于攀西干熱河谷區(qū)域，由于長(zhǎng)期過(guò)度挖采，野生資源瀕臨滅絕。近年，在攀西干熱河谷區(qū)開始發(fā)展人工種植鐵皮石斛，其品質(zhì)優(yōu)，但是旱季高溫、干燥對(duì)鐵皮石斛生長(zhǎng)不利，要求種植基質(zhì)有良好的透氣性、保水性、保肥性等。開展鐵皮石斛種植基質(zhì)篩選研究，以期篩選出適合本區(qū)域的鐵皮石斛種植基質(zhì)，為區(qū)域鐵皮石斛產(chǎn)業(yè)發(fā)展提質(zhì)增效。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)地設(shè)在攀枝花市同豐斛農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司啊喇鄉(xiāng)鐵皮石斛種植基地26號(hào)種植大棚，地理坐標(biāo)為東經(jīng)101°43′22″、北緯26°19′57″，海拔 1 450 m。氣候溫暖，年均溫21.7 ℃，最冷月平均氣溫12.6 ℃，最熱月平均溫度28.2 ℃。日照充足，平均年日照時(shí)數(shù) 2 426.4 h。旱雨季分明，年降雨量801.9 mm，降水量高度集中在雨季(6—10月)，雨季雨量為721.2 mm，占年降雨量的90%。

1.2 試驗(yàn)材料

2014年種植鐵皮石斛組培瓶苗，種植株行距12 cm×15 cm，平均根長(zhǎng)3.5 cm、根系體積2.0 mL、莖粗5.65 mm、株高7.0 cm、鮮重8.0 g。供試基質(zhì)材料有椰糠、木屑、鋸末、松樹皮、稻殼碳、碎瓦片。

1.3 試驗(yàn)方法

根據(jù)之前學(xué)者的研究，碎瓦片有利于透水和鐵皮石斛根的附著，椰糠、木屑、松樹皮、鋸末、稻殼炭作為鐵皮石斛栽培基質(zhì)，均有利于鐵皮石斛的生長(zhǎng)。為研究攀枝花特殊環(huán)境條件下，不同種植配方基質(zhì)對(duì)鐵皮石斛生長(zhǎng)的影響，共設(shè)6種配方基質(zhì)處理。試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，試驗(yàn)重復(fù)3次，每個(gè)小區(qū)2 m2，共18個(gè)小區(qū)。2014年8月底布置試驗(yàn)，2015年起每季度末測(cè)定一次鐵皮石斛相關(guān)生長(zhǎng)數(shù)據(jù)(見表1)。

表1 鐵皮石斛種植基質(zhì)配比表

Tab.1 Planting matrix ratio ofDendrobiumofficinale

處理基質(zhì)材料比例(V∶V∶V)基質(zhì)A椰糠、木屑、碎瓦片1∶3∶1基質(zhì)B椰糠、松樹皮、碎瓦片1∶3∶1基質(zhì)C鋸末、木屑、碎瓦片1∶3∶1基質(zhì)D鋸末、松樹皮、碎瓦片1∶3∶1基質(zhì)E稻殼炭、木屑、碎瓦片1∶3∶1基質(zhì)F稻殼炭、松樹皮、碎瓦片1∶3∶1

1.4 數(shù)據(jù)測(cè)定和處理

基質(zhì)孔隙度的測(cè)定：將環(huán)刀(容積為100 cm3)底部用不帶孔的底蓋扣緊，從上部裝入風(fēng)干的基質(zhì)，然后扣上帶孔的頂蓋，稱重(W1)。帶孔的頂蓋居上，將環(huán)刀放入盛水的塑料盒中浸泡24h，取出后用吸水紙擦干環(huán)刀外表面的水，立即稱重(W2)。將飽和吸水的基質(zhì)放入鼓風(fēng)干燥箱中，于(105±5)℃的溫度下烘干至恒重，冷卻后，稱其質(zhì)量(W3)。

總孔隙度(%)=W2-W1

(1)

飽和吸水率=(W2-W3)/W3×100%

(2)

基質(zhì)含水量：對(duì)飽和吸水的基質(zhì)進(jìn)行鼓風(fēng)干燥處理，每24 h測(cè)定一次基質(zhì)重量，直至基質(zhì)恒重不變。計(jì)算基質(zhì)含水量。

從各小區(qū)隨機(jī)抽取10叢鐵皮石斛作為1個(gè)樣品，測(cè)定株高(cm)、莖粗(mm)、根長(zhǎng)(cm)、根系體積(mL)、蘗芽數(shù)(個(gè))、葉數(shù)(片)、葉面積(cm2)、鮮重(g)。從每叢植株選最粗莖測(cè)莖粗，從每叢植株的老熟莖中上部取葉片，用葉面積測(cè)量?jī)xYMJ-CH測(cè)量葉面積。

根系體積測(cè)定方法：采用排水法測(cè)定。取200 mL量筒，注入100 mL水，記下量筒讀數(shù)。用濾紙吸干洗凈的根系表面的水，揉成團(tuán)放入量筒內(nèi)，用玻璃棒將根系全部沉入水中，再次記下量筒讀數(shù)，兩次之差即為樣品根系體積。

對(duì)鐵皮石斛各生長(zhǎng)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，通過(guò)正交變換將一組可能存在相關(guān)性的變量轉(zhuǎn)換為一組線性不相關(guān)的變量，轉(zhuǎn)換后的這組變量叫主成分。通過(guò)主成分分析，把鐵皮石斛8個(gè)生長(zhǎng)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為幾個(gè)相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)，以每個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率作為權(quán)數(shù)來(lái)構(gòu)造綜合評(píng)價(jià)函數(shù)，以綜合評(píng)價(jià)函數(shù)值作為衡量指標(biāo)。用主成分值作為選擇利用的指標(biāo)，可較準(zhǔn)確地了解各性狀的綜合表現(xiàn)，從而篩選出最優(yōu)的栽培基質(zhì)。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理、作圖用Excel 2016，成分分析用SAS 9.3統(tǒng)計(jì)分析軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同配方基質(zhì)透氣、吸水、保水比較

基質(zhì)為鐵皮石斛提供水分、養(yǎng)分并保證植物根系的氣體交換。鐵皮石斛在生長(zhǎng)過(guò)程中既怕干旱，也怕積水，基質(zhì)的篩選要綜合考慮其透水性、保水性、透氣性、營(yíng)養(yǎng)性等情況。鐵皮石斛配方基質(zhì)孔隙度和吸水率見表2。配方基質(zhì)D孔隙度36.11%最高，配方基質(zhì)E孔隙度24.69%最低，基質(zhì)孔隙度大小與基質(zhì)透氣性相關(guān)，細(xì)基質(zhì)透氣性為鋸末>椰糠>稻殼碳，粗基質(zhì)透氣性為松樹皮>木屑，6種配方基質(zhì)透氣性為D>B>F>C>A>E。細(xì)基質(zhì)吸水性為椰糠>稻殼碳>鋸末，粗基質(zhì)吸水性木屑>松樹皮，配方基質(zhì)E飽和吸水率126.54%最高，配方基質(zhì)D飽和吸水率82.65%最低，飽和吸水率越高吸水效果越好，6種配方基質(zhì)吸水性為E>A>C>B>F>D。總體而言，試驗(yàn)選用配方基質(zhì)的透氣性與吸水性存在負(fù)相關(guān)性(見表2)。

表2 不同配方基質(zhì)空隙度和飽和吸水率

Tab.2 Different formula matrix voidage and water absorption saturated

配方基質(zhì)ABCDEF 孔隙度/%27.8732.0028.7936.1124.6931.25飽和吸水率/%117.6998.04102.8082.65126.5485.80

對(duì)試驗(yàn)選用配方基質(zhì)飽和吸水處理后進(jìn)行恒溫風(fēng)干處理，6種配方基質(zhì)含水量變化如圖1所示。處理前1～4 d，所有配方基質(zhì)每天含水量降低超過(guò)10%，后續(xù)處理配方基質(zhì)含水降低幅度較小，處理至第4天基質(zhì)含水量在26～42%之間，在此時(shí)間段吸水性強(qiáng)保水性也相對(duì)強(qiáng)。

圖1 鼓風(fēng)干燥箱25℃恒溫處理下不同配方基質(zhì)含水量變化

2.2 不同配方基質(zhì)對(duì)鐵皮石斛種植的影響

2.2.1 鐵皮石斛根系、蘗芽、鮮重生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)變化

不同配方基質(zhì)種植鐵皮石斛的根系生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)變化詳見圖2，全年前三季度鐵皮石斛根系長(zhǎng)長(zhǎng)，第四季度根系幾乎停止生長(zhǎng)，其中一、三季度根系生長(zhǎng)量高于二季度。配方基質(zhì)A、B根系生長(zhǎng)主要集中在三季度；配方基質(zhì)C、D根系增長(zhǎng)較為均衡，集中在一、二、三季度；配方基質(zhì)E、F根系生長(zhǎng)主要集中在一、二季度；配方基質(zhì)D最利于根系長(zhǎng)長(zhǎng)，其基質(zhì)的透氣性最好、吸水性最差。鐵皮石斛為附生蘭類，其根為肉質(zhì)氣生根，根際微環(huán)境O2的含量要求較高，基質(zhì)具有較高通氣性，更有利于根系的生長(zhǎng)。

圖2 不同配方基質(zhì)對(duì)鐵皮石斛根長(zhǎng)的影響

配方基質(zhì)種植鐵皮石斛的根系體積動(dòng)態(tài)變化詳見圖3，鐵皮石斛根系體積在一、三季度增長(zhǎng)較快，在二、四季度增長(zhǎng)較慢，根系體積增長(zhǎng)變化主要依靠新根生長(zhǎng)。配方基質(zhì)A、B根系體積增長(zhǎng)主要集中在三季度，配方基質(zhì)C、D根系體積增長(zhǎng)較為均衡集中在一、三、四季度，配方基質(zhì)E、F根系體積增長(zhǎng)主要在一、三季度。總體而言，配方基質(zhì)C、D最利于新根生長(zhǎng)，根系體積增長(zhǎng)較好。

圖3 不同配方基質(zhì)對(duì)鐵皮石斛根系體積的影響

從圖4可知，鐵皮石斛全年均能萌發(fā)蘗芽，一、四季度植株萌發(fā)蘗芽數(shù)高于二、三季度，即鐵皮石斛萌發(fā)冬、春蘗芽為主。

圖4 不同配方基質(zhì)對(duì)鐵皮石斛蘗芽的影響

從圖5可知：鐵皮石斛新芽生長(zhǎng)快速期在二、三季度，期間鮮重增長(zhǎng)速度較快、增長(zhǎng)量大；一、四季度植株鮮重增長(zhǎng)速度較慢、增長(zhǎng)量較少。

圖5 不同配方基質(zhì)對(duì)鐵皮石斛鮮重的影響

2.2.2 不同配方基質(zhì)對(duì)鐵皮石斛生長(zhǎng)的影響

研究表明，6種配方基質(zhì)對(duì)鐵皮石斛莖粗、株高、鮮重、蘗芽、根長(zhǎng)、根系體積、葉數(shù)、葉面積的影響差異不顯著，詳見表3。配方基質(zhì)D莖粗最大5.16 mm，其次是配方基質(zhì)C，受脫水影響，植株莖粗均負(fù)增長(zhǎng)。不同配方基質(zhì)株高最大相差值為1.0 cm，配方基質(zhì)B株高最高12.8 cm，其次是配方基質(zhì)C。配方基質(zhì)C鮮重最重30.27 g，配方基質(zhì)F鮮重最輕23.55 g。配方基質(zhì)F平均蘗芽數(shù)最多12.9個(gè)，配方基質(zhì)C平均蘗芽數(shù)最少，為11.1個(gè)。配方基質(zhì)D根長(zhǎng)最長(zhǎng)12.1 cm，其次是配方基質(zhì)C，配方基質(zhì)F根長(zhǎng)最短9.5 cm。配方基質(zhì)C根系體積最大6.4 mL，其次是配方基質(zhì)D，配方基質(zhì)F根系體積最小4.0 mL。葉片數(shù)在70.5～73.9 cm之間，葉面積在5.2～5.6 cm2之間。綜合比較，配方基質(zhì)F最不利于莖粗、鮮重、根長(zhǎng)、根系體積和葉面積生長(zhǎng)，配方基質(zhì)C、D較利于鐵皮石斛生長(zhǎng)。

表3 同配方基質(zhì)對(duì)鐵皮石斛生長(zhǎng)的影響

Tab.3 The effect of different matrix formulations on growth of Dendrobium officinale

2.3 不同配方基質(zhì)對(duì)鐵皮石斛生長(zhǎng)性狀指標(biāo)的綜合分析

鐵皮石斛性狀指標(biāo)間存在相關(guān)性(見表4)，株高與根長(zhǎng)顯著正相關(guān)，與葉數(shù)顯著負(fù)相關(guān)，與蘗芽極顯著負(fù)相關(guān)；鮮重與根系體積、葉數(shù)極顯著正相關(guān)；葉面積與蘗芽、葉數(shù)極顯著負(fù)相關(guān)；根長(zhǎng)與根系體積極顯著正相關(guān)；蘗芽與葉數(shù)極顯著正相關(guān)。鐵皮石斛性狀間存在明顯相關(guān)性，且相互影響，宜采用多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)不同配方基質(zhì)對(duì)鐵皮石斛植株生長(zhǎng)效果。

表4 鐵皮石斛性狀相關(guān)性

Tab.4 The character correlation of Dendrobium officinale

注：*表示相關(guān)性在0.05水平上差異顯著,**表示相關(guān)性在0.01水平上差異顯著。

對(duì)不同施肥處理鐵皮石斛植株的8個(gè)主要生長(zhǎng)性狀指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果表明(見表5和表6)：第一主成分的特征值為3.9096，方差貢獻(xiàn)率為48.87%，其中蘗芽數(shù)子載荷量最大，說(shuō)明其代表的是蘗芽數(shù)，第二主成分的特征根為2.7383，方差貢獻(xiàn)率為34.23%，其中莖粗因子載荷量最大，說(shuō)明其代表的是莖粗大??；第三主成分的特征根為1.0339，方差貢獻(xiàn)率為12.92%，其中葉面積因子載荷量最大，說(shuō)明其代表的是葉面積大小。前3個(gè)主成分的累積方差貢獻(xiàn)率為96.02%，大于累積貢獻(xiàn)率的 85%，基本包含了所測(cè)指標(biāo)的全部信息因子，此可以用這3個(gè)主成分因子鐵皮石斛生長(zhǎng)指標(biāo)選擇的綜合指標(biāo)。

第一主成分表達(dá)式是：

Z1=0.1926X1+0.2004X2+0.4365X3-0.4972X4+0.4114X5+0.4810X6-0.1750X7+0.2288X8；

第二主成分表達(dá)式是：

Z2=0.5214X1-0.4705X2-0.0717X3+0.0401X4+0.3007X5+0.1815X6+0.5076X7-0.3451X8；

第三主成分表達(dá)式是：

Z3=-0.2554X1-0.4768X2+0.3830X3+0.0037X4-0.2357X5+0.0283X6+0.4017X7+0.5857X8。

表5 主成分分析

Tab.5 Principal component analysis

表6 因子載荷量

Tab.6 Factor load capacity

由于主成分較多，單一主成分難以對(duì)各處理生長(zhǎng)性狀的優(yōu)劣做出客觀的判斷[3]。因此，選取的第一、二、三主成分的方差貢獻(xiàn)率α1、α2、α3作為權(quán)數(shù)，構(gòu)造綜合評(píng)價(jià)模型F=α1×Z1+α2×Z2+α3×Z3，即F=0.4887×Z1+0.3423×Z2+0.1292×Z3。由于主成分為綜合變量且相互獨(dú)立，用主成分值作為選擇利用的指標(biāo)，可較準(zhǔn)確地了解各性狀的綜合表現(xiàn)。由表7可知，綜合評(píng)分排序?yàn)榕浞交|(zhì)D>C>A>E>B>F，配方基質(zhì)F綜合評(píng)分-1.7943為最低，配方基質(zhì)D綜合評(píng)分1.3424為最高，即選用V鋸末∶V松樹皮∶V碎瓦片(1∶3∶1)的配方基質(zhì)最適合攀西干熱河谷區(qū)大棚種植鐵皮石斛。

表7 不同配方基質(zhì)的主成分得分和綜合得分

Tab.7 Principal component score and comprehensive score of different formulation matrix

配方基質(zhì)Z1Z2Z3F值排序D0.9382 2.8669 -0.7833 1.3424 1C2.8766 -1.0650 0.2930 1.0777 2A-0.4248 0.4240 0.1209 -0.0463 3E-1.1580 0.3934 1.8321 -0.1940 4B0.6702 -1.8453 -0.6103 -0.3854 5F-2.9022 -0.7739 -0.8524 -1.7943 6

3 討論與結(jié)論

栽培基質(zhì)是為植物提供穩(wěn)定協(xié)調(diào)的水、氣、肥結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)介質(zhì)[4]，除支持、穩(wěn)定植株外，更重要的是充當(dāng)“中轉(zhuǎn)站”的作用，使養(yǎng)分、水分得到中轉(zhuǎn)，植株根系吸收利用。選好栽培基質(zhì)是鐵皮石斛優(yōu)質(zhì)高效栽培的關(guān)鍵，其氣生根有明顯的好氣性和淺根性，所選用栽培基質(zhì)應(yīng)具有良好的透氣性、保水性、耐腐爛性，不易發(fā)霉，易保肥等。當(dāng)前人工栽培鐵皮石斛栽培基質(zhì)主要選用水苔、樹皮、木屑、椰殼粒、泥炭土、花生殼等生物基質(zhì)和火山石、碎磚、蛭石、麻石粒、碎瓦片等非生物基質(zhì)兩大類[5]。郭益紅等[6]研究發(fā)現(xiàn)，以配方為泥炭∶樹皮∶刨花(2∶4∶4)的透氣性和保水保肥性能良好，鐵皮石斛組培苗的成活率最高，后期生長(zhǎng)過(guò)程中萌芽率最高，植株較高，莖桿較粗，最有利于鐵皮石斛的生長(zhǎng)。劉洪見等[7]研究認(rèn)為，V松鱗∶V碎石子∶V刨花(2∶1∶1)的基質(zhì)適合用于鐵皮石斛栽培，栽培基質(zhì)中添加椰殼有利于鐵皮石斛的生長(zhǎng)。陳慶飛等[8]研究生物炭替代泥炭栽培基質(zhì)對(duì)鐵皮石斛生長(zhǎng)的影響，結(jié)果3%與6%的生物炭替代量沒(méi)有顯著影響鐵皮石斛產(chǎn)量、株高、莖粗、節(jié)間距、葉長(zhǎng)、葉寬、根數(shù)和根長(zhǎng)，認(rèn)為V松樹皮∶V泥炭∶V生物炭(70∶27∶3)可作為種植鐵皮石斛的新基質(zhì)。同樣孔德棟等[9]研究表明單獨(dú)使用椰糠作為基質(zhì)時(shí)種苗的成活率不高，用V泥炭∶V椰糠(1∶1)混合基質(zhì)可以明顯提高成活率。單一基質(zhì)比較難以滿足其整個(gè)生長(zhǎng)期的要求，用選用2～3種基質(zhì)按一定比例混合使用。

本研究選用椰糠、鋸末、稻殼碳、松樹皮、木屑和碎瓦片，按體積比組合出6種配方基質(zhì)。發(fā)現(xiàn)配方基質(zhì)D孔隙度最大、吸水性最差，配方基質(zhì)C孔隙度和吸水性適中，配方基質(zhì)E孔隙度最小、吸水性最強(qiáng)，基質(zhì)的透氣性與吸水性存在負(fù)相關(guān)性。對(duì)經(jīng)飽和吸水的配方基質(zhì)進(jìn)行恒溫風(fēng)干處理，結(jié)果配方基質(zhì)含水量和處理天數(shù)符合指數(shù)函數(shù)方程，處理前4天配方基質(zhì)日均失水均超過(guò)10% ，處理至第4天基質(zhì)含水量在26%～42%之間，在此時(shí)間段吸水性強(qiáng)保水性也相對(duì)強(qiáng)。

試驗(yàn)對(duì)鐵皮石斛根系、蘗芽、鮮重生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果表明植株全年均能萌發(fā)蘗芽，主要以萌發(fā)冬、春蘗芽為主，根系生長(zhǎng)主要是在前三季度，新根主要由新蘗芽抽生。配方基質(zhì)透氣性好利于根系生長(zhǎng)，而保水性好不利于根系生長(zhǎng)，可能是鐵皮石斛氣生根對(duì)根系環(huán)境溫度要求高于根系環(huán)境濕度，有關(guān)透氣性、保水性等對(duì)基質(zhì)溫度的影響和基質(zhì)溫度對(duì)鐵皮石斛根系生長(zhǎng)的影響有待進(jìn)一步研究。鐵皮石斛植株根系生長(zhǎng)與莖條生長(zhǎng)同步，新莖條生長(zhǎng)是植株鮮重增加的鮮重增加的主要原因，植株鮮重在二、三季度增長(zhǎng)較快，即培養(yǎng)冬、春蘗芽對(duì)增加植株鮮重提高產(chǎn)量有利。

6種配方基質(zhì)對(duì)鐵皮石斛莖粗、株高、鮮重、蘗芽、根長(zhǎng)、根系體積、葉數(shù)、葉面積的影響差異不顯著，且性狀指標(biāo)間存在相關(guān)性、相互影響，難以用各項(xiàng)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)配方基質(zhì)優(yōu)劣，宜采用主成分分析法，構(gòu)造綜合評(píng)價(jià)函數(shù)做進(jìn)一步分析[10]。經(jīng)主成分分析，并提取第一、二、三主成分因子，構(gòu)造綜合評(píng)價(jià)模型F=0.4887×Z1+0.3423×Z2+0.1292×Z3，綜合評(píng)分不同配方基質(zhì)對(duì)鐵皮石斛植株生長(zhǎng)影響，且選出蘗芽數(shù)、莖粗和葉面積3個(gè)指標(biāo)。結(jié)果配方基質(zhì)D綜合評(píng)分1.3424為最高，即選用V鋸末:V松樹皮:V碎瓦片(1:3:1)的配方基質(zhì)最適合攀西干熱河谷區(qū)大棚種植鐵皮石斛，其孔隙度36.11%、飽和吸水率82.65%?？傊?，鐵皮石斛人工種植應(yīng)結(jié)合種植區(qū)域氣候及環(huán)境特點(diǎn)，篩選適宜的栽培基質(zhì)，滿足鐵皮石斛根系“好氣、忌水、喜溫”特性。