枸杞枝條粉復(fù)配園藝基質(zhì)對辣椒育苗的影響

曲繼松，李 堃，張麗娟，朱倩楠，田永強，高麗紅

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，北京 100093；2.寧夏農(nóng)林科學(xué)院 種質(zhì)資源研究所，銀川 750002)

草炭是現(xiàn)代園藝無土栽培生產(chǎn)中廣泛使用的基質(zhì)原料，在自然條件下草炭形成約需上千年時間，過度開采利用，使草炭的消耗速度加快，顯現(xiàn)出“不可再生”資源的特點[1-2]。很多國家已經(jīng)開始限制草炭的開采，導(dǎo)致草炭的價格不斷上漲[3]，同時國內(nèi)草炭資源分布不均勻，受產(chǎn)地所限，長途運輸無疑會增加育苗成本[4]，因此，開發(fā)和利用來源廣泛、性能穩(wěn)定、價格低廉，又便于規(guī)模化商品生產(chǎn)的草炭替代基質(zhì)的研究已成為熱點。農(nóng)林廢棄物資源的合理利用已成為當(dāng)前世界大多數(shù)國家共同面臨的問題[1]。合理開發(fā)高效利用農(nóng)林廢棄物資源，既有利于消減環(huán)境污染，變廢為寶，又有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，促進循環(huán)農(nóng)業(yè)和低碳經(jīng)濟，還可以為建立資源節(jié)約型社會提供新途徑。國外大量研究表明，許多農(nóng)業(yè)廢棄物，如蔬菜廢棄物[5]、園林廢棄物[6]、牛圈墊料[7]、食用菌栽培廢料[8]、修剪肥料[9]、稻秸稈[10]及葡萄酒下腳料[11]等均可用來發(fā)酵生產(chǎn)基質(zhì)，用于園藝作物的育苗和栽培。項目組在檸條基質(zhì)應(yīng)用[12]和枸杞枝條粉發(fā)酵[13]方面做了前期研究，國內(nèi)對寧夏豐富廉價的資源生產(chǎn)替代草炭作為園藝基質(zhì)進行了大量的研究，利用麥稈、玉米稈和菇渣等材料嘗試對基質(zhì)進行產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，效果較佳[14-16]，利用各種農(nóng)產(chǎn)廢棄物(蘆葦末、竹廢棄物、花生殼和醋糟等)作為原料配制有機生態(tài)型無土栽培基質(zhì)栽培蔬菜，其產(chǎn)量和品質(zhì)均得到大幅度提高[17-19]。

枸杞(LyciumbarbarumL.)是寧夏回族自治區(qū)特色主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一，種植面積在6.67萬hm2以上，在枸杞種植管理中，每年12月至豎年的1-3月都需要對不帶葉的粗硬枸杞枝條進行修剪，除此之外，在枸杞生長期還需要不斷地將不結(jié)果枝條(俗稱“幼條”)剪掉。目前，大部分被修剪下來的枸杞枝條僅作為燃料使用，利用價值十分低，若將每年修剪下來的枸杞枝條開發(fā)利用，作為替代草炭的育苗基質(zhì)，不僅可以為基質(zhì)的生產(chǎn)提供來源，還可以降低寧夏等西北地區(qū)的育苗成本。本研究將項目組開發(fā)的枸杞枝條粉基質(zhì)與珍珠巖、蛭石按不同體積配比進行辣椒育苗試驗，以“壯苗二號”育苗基質(zhì)作為對照，分析枸杞枝條粉復(fù)配基質(zhì)的物理性狀及其對辣椒幼苗生長的影響，篩選出適宜辣椒育苗的枸杞枝條粉基質(zhì)復(fù)配方案，為枸杞枝條粉復(fù)配基質(zhì)的研發(fā)和生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2016-10-25-2016-12-25在寧夏農(nóng)林科學(xué)院園林場試驗基地的日光溫室內(nèi)進行，供試辣椒品種為‘隴椒5號’。育苗基質(zhì)材料為：枸杞枝條、珍珠巖、蛭石和“壯苗二號”育苗基質(zhì)。枸杞枝條來源于寧夏枸杞種植基地，經(jīng)過發(fā)酵后使用。具體發(fā)酵方法為：將修剪下來的的枸杞枝條粉碎成0.5～1.0 cm的碎屑裝入發(fā)酵池(1 m× 1 m×1 m)，并加入3.0 kg的尿素和20.0 kg的消毒雞糞，混合均勻后用塑料薄膜覆蓋，保持 60%～65%的相對含水量，高溫密閉發(fā)酵75 d。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，共設(shè)11個處理(表1)。各處理重復(fù)3次，每處理1個穴盤，CK使用“壯苗二號”育苗基質(zhì)(pH 5.82，電導(dǎo)率2.24 mS·cm-1，全氮15.55 g·kg-1，速效氮942 mg·kg-1，速效磷281 mg·kg-1，速效鉀2 740 mg·kg-1)。播種前，辣椒種子溫湯浸種15 min后于室溫中浸泡8 h，然后用濕毛巾包裹放置于28 ℃的培養(yǎng)箱中催芽48 h，當(dāng)70%的種子露白時點播于98穴標準育苗穴盤中。試驗期間日光溫室環(huán)境控制為白天最高溫度28 ℃，夜間最低溫度10 ℃，日平均濕度為40%。不同處理的田間管理統(tǒng)一，辣椒育苗期每天澆清水。

1.3 測定指標及方法

發(fā)酵物物理性狀的測定：測定干質(zhì)量體積、總孔隙度、通氣孔隙和持水孔隙[20]，計算方法如下式(1)～(4)[12]所示。

Wd=(G-H)/V

(1)

Wt=(Q-G)/V×100%

(2)

Wa=(Q-L)/V×100%

(3)

Wp=Wt-Wa

(4)

式中：H為取基質(zhì)+環(huán)刀的質(zhì)量，g；Q為水中浸泡24 h后基質(zhì)+環(huán)刀的質(zhì)量，g；L為水分自由瀝干后基質(zhì)+環(huán)刀的質(zhì)量，g；G為烘至質(zhì)量恒定后基質(zhì)+環(huán)刀的質(zhì)量，g；V為環(huán)刀容積，cm3；Wd為干質(zhì)量體積，g/cm3；Wt為總孔隙度，%；Wa為通氣孔隙度，%；Wp為持水孔隙，%。

辣椒幼苗生長指標的測定：辣椒出苗40 d時，分別取樣測定辣椒幼苗的株高、莖粗、葉片數(shù)、最長根的根長及總根體積。辣椒幼苗三葉一心時測定地上部、地下部干鮮質(zhì)量，計算壯苗指數(shù)和根冠比，計算公式為：壯苗指數(shù)=(莖粗/株高+地下部干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量)×全株干質(zhì)量；根冠比=單株地下部干質(zhì)量/單株地上部干質(zhì)量。每處理取樣5株，重復(fù)3次。

辣椒幼苗光合及熒光指標的測定：辣椒幼苗三葉一心時，選取3個晴天10:00測定光合指標(TPS-2便攜式光合作用測定系統(tǒng))和熒光指標(Handy PEA熒光儀)。光合指標包括凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2摩爾分數(shù)(Ci)，葉綠素?zé)晒庵笜税ü饣瘜W(xué)量子效應(yīng)(Fv/Fm)、潛在活性(Fv/Fo)、單位反映中心吸收光能(ABS/RC)、能量散耗(DIo/RC)、最大光化學(xué)效率(在t=0時)(ΦPo)和用于電子傳遞的量子產(chǎn)額(t=0時)(ψEo)。測定時育苗溫室內(nèi)部光照強度為(1 000±50) μmol·m-2·s-1，CO2摩爾分數(shù)為(400±20) μmol·mol-1。測定葉片為秧苗最高一片完全展開功能葉，每個處理測量3片葉，隨機取樣。

表1 各處理混配體積比Table 1 Different processing materials mixed volumic ratio

辣椒幼苗生理指標的測定：辣椒幼苗三葉一心時，參照《植物生理學(xué)實驗指導(dǎo)教程》[21]，使用TTC法測定根系活力，用丙酮乙醇混合法測定葉綠素質(zhì)量分數(shù)，同時測定辣椒幼苗的丙二醛(MDA)質(zhì)量摩爾濃度、超氧化物歧化酶(SOD)活性和過氧化物酶(POD)活性。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2007進行數(shù)據(jù)處理，使用DPS v 7.05軟件LSD檢驗法進行方差分析。數(shù)據(jù)以“平均數(shù)±標準差”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同復(fù)配基質(zhì)的成本核算

由表2可見，在成本核算方面，“壯苗二號”育苗基質(zhì)為520元·m-3(2015-2017年3 a平均價格)，發(fā)酵后枸杞枝條粉為600元·m-3(目前試驗階段所有操作均為人工處理，若工廠化生產(chǎn)成本約為現(xiàn)有成本的30%～40%)，珍珠巖300 元·m-3，蛭石300元·m-3，在材料易得性方面，“壯苗二號”育苗基質(zhì)、珍珠巖、蛭石均為商品，經(jīng)過工廠化加工處理后，在市場上購買即可，視為易得材料，發(fā)酵后枸杞枝條粉經(jīng)過田間收集(修剪后枸杞枝條—免費材料、可再生)、粉碎、堆腐發(fā)酵等程序后獲得，人工、添加發(fā)酵助劑等成本則核算為600元·m-3，亦視為易得材料，且具有環(huán)保、可持續(xù)及再生資源等特點。

復(fù)配基質(zhì)T2～T10成本為450～525 元·m-3，較低的是T2和T7，均為450 元·m-3，較高的是T6，為525元·m-3，略高于CK(520 元·m-3)。

表2 復(fù)配基質(zhì)配方成本核算(以配制1 m3為例)Table 2 Compound matrix recipe cost accounting table(take the preparation of 1 m3 matrix as an example)

2.2 不同復(fù)配基質(zhì)的理化性狀

由表3可以看出，各復(fù)配處理基質(zhì)的干體積質(zhì)量均為0.14～0.16 g·cm-3，且顯著低于CK，說明枸杞枝條粉與其他物料復(fù)配可以降低干體積質(zhì)量。各復(fù)配處理基質(zhì)的總孔隙度、通氣孔隙及持水孔隙均顯著高于CK，較CK分別高出 26.7%～96.75%、52.56%～366.25%、 19.15%～86.22%，說明枸杞枝條復(fù)配基質(zhì)的保水性和通氣性優(yōu)于“壯苗二號”育苗基質(zhì)，育苗基質(zhì)中添加枸杞枝條可以增加基質(zhì)的孔隙度。通過表3可知，基質(zhì)配比中枸杞枝條所占比例越大，配比基質(zhì)的干體積質(zhì)量越小，總孔隙度越大，大小孔隙比越??；基質(zhì)配比中蛭石所占比例越大，配比基質(zhì)的干體積質(zhì)量越大，總孔隙度越小，大小孔隙比越大。

由表4可知，枸杞枝條粉基質(zhì)的pH與電導(dǎo)率均略高于“壯苗二號”，有機質(zhì)、全氮、碳氮比均與“壯苗二號”基本接近；但枸杞枝條粉復(fù)配基質(zhì)的全氮、速效氮、速效磷和速效鉀質(zhì)量分數(shù)卻顯著高于“壯苗二號”，其中速效氮質(zhì)量分數(shù)是“壯苗二號”基質(zhì)的 2.89倍、全氮為2.26倍、速效鉀為 1.78倍、速效磷1.46倍。枸杞枝條粉復(fù)配基質(zhì)與“壯苗二號”基質(zhì)有機質(zhì)、全氮質(zhì)量分數(shù)相近，但速效養(yǎng)分(速效氮、速效磷、速效鉀)，枸杞枝條粉復(fù)配基質(zhì)顯著高于“壯苗二號”基質(zhì)。

表3 不同復(fù)配基質(zhì)的物理性狀Table 3 Physical properties of different substrates formula

注：同列數(shù)據(jù)后標不同字母表示差異顯著(P<0.05)，下表同。

Note:Different letters show significant difference between treatments atP<0.05 accordding to LSR test,the same below.

表4 不同復(fù)配基質(zhì)的化學(xué)性狀Table 4 Chemical properties of different substrates formula

2.3 不同復(fù)配基質(zhì)對辣椒幼苗生長指標的影響

表5顯示，T1、T2、T3和T4處理辣椒幼苗的株高、莖粗、葉片數(shù)、總根體積等生長指標較好，且優(yōu)于CK；T7處理辣椒的株高、莖粗、根體積等指標最差，且低于CK。在出苗40 d時，T4和T10處理的葉片數(shù)較多，與CK差異不顯著。在出苗40 d時，T1、T2、T3、T4和T6處理的株高分別比CK高15.72%、7.64%、10.92%、 33.84%和6.55%，T1、T4、T8和T10莖粗分別比CK高9%、16%、4.5%和4%，T4和T10的葉片數(shù)略高于CK，所有復(fù)配基質(zhì)的根長均高于CK。其余復(fù)配基質(zhì)(除T9處理)的總根體積均高于CK。分析可知，T9處理辣椒幼苗長勢最弱，T6處理長勢最強。

2.4 不同復(fù)配基質(zhì)對辣椒干鮮質(zhì)量、根冠比及壯苗指數(shù)的影響

由表6可知，T6處理辣椒幼苗的地上部鮮質(zhì)量最高，每株達到0.657 g，T4處理次之，T6和T4處理地上部鮮質(zhì)量分別比CK提高22.12%和14.31%。T5處理辣椒的地上部干質(zhì)量最大，較CK高11.11%。由根冠比可看出，各處理的根冠比與CK相比無顯著性差異，其中T2處理辣椒的根冠比值最大，CK和T9處理辣椒的根冠比最小。由壯苗指數(shù)可知，T10處理的壯苗指數(shù)最大，較CK高 41.93%，其次為T6處理，說明使用T10和T6處理的基質(zhì)復(fù)配方案育苗時，辣椒幼苗的品質(zhì)較優(yōu)。

表5 不同復(fù)配基質(zhì)辣椒幼苗生長指標的變化Table 5 Changes of different substrate formulas on growth index of pepper seedling

表6 不同復(fù)配基質(zhì)辣椒干質(zhì)量、根冠比及壯苗指數(shù)的變化Table 6 Changes of different substrate formulas on fresh,dry mass,root/shoot and healthy index of pepper seedling

2.5 不同復(fù)配基質(zhì)對辣椒幼苗生理指標的影響

根系活力與幼苗的生長情況密切相關(guān)。由表7可知，所有復(fù)配基質(zhì)的根系活力均顯著高于CK，T6處理辣椒的根系活力最高，為1.060 mg·g-1·h-1，其中T6處理辣椒的根系活力比CK高19.54%，T2和T9處理的根系活力比CK高12.78%。T1、T2、T3、T5和T8處理的MDA質(zhì)量摩爾濃度顯著高于CK，T4、T6、T7、T9和T10處理辣椒的MDA質(zhì)量摩爾濃度低于CK，分別較CK低20.25%、10.09%、11.34%、8.24%和6.33%。各處理辣椒幼苗POD活性均顯著低于CK，T3處理僅為CK的34.83%。T6、T8、T9和T10處理辣椒幼苗SOD活性均高于CK，其中T9最高，達到650.68 U·g-1，較CK高出 17.29%。

2.6 不同復(fù)配基質(zhì)對辣椒幼苗葉片葉綠素質(zhì)量分數(shù)的影響

由表8可知，T10處理辣椒的葉綠素a、葉綠素b及葉綠素總量的質(zhì)量分數(shù)最高，分別為 0.656 9、0.309 0、0.966 0 mg·g-1，較CK分別高出21.33%、44.32%和27.86%；T4處理的葉綠素a質(zhì)量分數(shù)最低，僅為0.313 1 mg·g-1，比CK低42.17%。T5處理的葉綠素b和總?cè)~綠素質(zhì)量分數(shù)最低，比CK分別低43.34%和42.06%。

2.7 不同配比基質(zhì)對辣椒幼苗光合指標的影響

由表9可知，T2處理辣椒幼苗的Pn最低，T6處理最高，T6、T7和T10處理的Pn均顯著高于CK，分別較CK高50.14%、4.13%和4.68%。T5、T6、T8、T9和T10處理辣椒幼苗的Gs和Tr均高于CK，T10處理辣椒的Gs和Tr最高，較CK分別高出85.45%、41.27%；各處理辣椒的Ci顯著低于CK，其中T3處理辣椒的Ci最低，較CK低8.94%。

表9 不同復(fù)配基質(zhì)辣椒幼苗光合指標的變化Table 9 Changes of different substrate formulas on photosynthetic index of pepper seedling

2.8 不同復(fù)配基質(zhì)對辣椒幼苗熒光指標的影響

由表10可知，光化學(xué)量子效應(yīng)(Fv/Fm)是表明光化學(xué)反應(yīng)狀況的一個重要參數(shù)，F(xiàn)v/Fm反映了熒光誘導(dǎo)動力學(xué)曲線上升過程的O-P段的 PSⅡ光合電子傳遞能力，T1和T6處理番茄的Fv/Fm和潛在活性(Fv/Fo)最高，T10處理番茄的Fv/Fm較高，其中T1處理的Fv/Fm比CK高 0.28%。各復(fù)配基質(zhì)的單位反映中心吸收光能(ABS/RC)和能量散耗(DIo/RC)均高于CK，其中T4處理的ABS/RC最高，比CK高15.24%，T7處理的DIo/RC最高，比CK高43.08%。T1和T6處理的最大光化學(xué)效率(在t=0時)(ΦPo)最高，但與CK無顯著性差異，T1處理的ΦPo比CK高0.28%。

表10 不同復(fù)配基質(zhì)辣椒幼苗熒光指標的變化Table 10 Changes of different substrate formulas on fluorescence index of pepper seedling

3 討 論

復(fù)配基質(zhì)需根據(jù)不同基質(zhì)材料的理化性質(zhì)及幼苗的生物學(xué)特性進行配比，部分研究表明，辣椒栽培中基質(zhì)適宜的干體積質(zhì)量范圍為0.1～0.8 g·cm-3[22-24]，本試驗各處理枸杞枝條復(fù)配基質(zhì)的干體積質(zhì)量均在該范圍內(nèi)，說明枸杞枝條復(fù)配基質(zhì)作為育苗基質(zhì)是可行的。將枸杞枝條粉與其他輔料復(fù)配可以降低干體積質(zhì)量、增加基質(zhì)的孔隙度，配比基質(zhì)中枸杞枝條所占比例越大，配比基質(zhì)的干體積質(zhì)量越小，總孔隙度越大，大小孔隙比越小。蔣衛(wèi)杰等[25]提出的大小孔隙比以0.25～0.5為宜的標準，本試驗T3、T4、T5和T10處理的大小孔隙均在此范圍之內(nèi)且優(yōu)于CK。田吉林等[26]提出的，基質(zhì)總孔隙度的適宜范圍為60%～90%，通氣孔隙度>15%、持水孔隙>45%的標準，劉超杰等[27]采用的基質(zhì)初始含水率在30%～35%之間，直接利用不同孔徑的篩網(wǎng)進行半濕粉碎，簡化了程序。醋糟基質(zhì)隨著粉碎程度的增加，減少了醋糟基質(zhì)的大顆粒，增加了小顆粒，不僅改變了醋糟基質(zhì)的孔隙度，而且還增加了醋糟基質(zhì)的水氣比，提高了醋糟基質(zhì)的持水能力，本試驗的T3、T6和T10處理枸杞枝條復(fù)配基質(zhì)的物理性狀最適宜。

葉綠素?zé)晒鉁y定技術(shù)作為一種無損傷的快速探針用于植物的光合生理研究已有大量報道[28-29]，本試驗各處理單位反應(yīng)中心吸收光能(ABS/RC)和能量散耗(DIo/RC)的值均大于CK，說明枸杞枝條復(fù)配基質(zhì)辣椒幼苗葉片受脅迫時單位反應(yīng)中心承擔(dān)的光能轉(zhuǎn)換任務(wù)更多。用于電子傳遞的量子產(chǎn)額(ψEo)主要反映了PSⅡ受體側(cè)的變化，CK處理ψEo值達到最大，說明“壯苗二號”基質(zhì)使得辣椒幼苗葉片用于QA下游電子傳遞的量子減少，PSⅡ反應(yīng)中心捕獲的激子中用于QA下游電子傳遞的激子占捕獲激子總數(shù)的比例減少，PSⅡ受體側(cè)QA下游的電子傳遞接收的能量占總能量的比例值都是降低的。根據(jù)Strasser等[30]的能量流動模型，植物葉片吸收的總能量(ABS)，一部分以熒光的形式釋放，大部分被反應(yīng)中心(RC)捕獲(TR)，被反應(yīng)中心捕獲的能量中有一部分通過QA 的還原氧化導(dǎo)致電子傳遞(ET)；另一部分以熱耗散的形式釋放(DI)。

MDA是膜脂過氧化分解的主要產(chǎn)物之一，其質(zhì)量摩爾濃度與植物的受傷害程度呈正相關(guān)，POD和SOD等抗氧化酶可以減輕自由基對膜系統(tǒng)的過氧化傷害，提高植物的抗逆性[31]，T10處理辣椒的MDA質(zhì)量摩爾濃度較低，比CK低 6.33%，SOD和POD活性較高，說明該處理辣椒的受傷害程度明顯低于CK，并且抗逆性強。

4 結(jié) 論

將不同處理基質(zhì)的物理性狀與辣椒穴盤苗的指標綜合分析可知，T10處理的枸杞枝條復(fù)配基質(zhì)較適于辣椒穴盤育苗，T6次之。添加枸杞枝條可降低復(fù)配基質(zhì)的體積質(zhì)量，提高復(fù)配基質(zhì)的通氣孔隙和持水孔隙。T10處理莖粗比CK高4%，T6處理辣椒幼苗的長勢最強且地上部鮮質(zhì)量每株達到0.657 g，根系活力達到1.060 mg·g-1·h-1，MDA比CK低10.09%，凈光合速率達到5.45 μmol·m-2·s-1；T10處理的壯苗指數(shù)比CK高41.93%，葉綠素a、葉綠素b及葉綠素總量的質(zhì)量分數(shù)分別為0.656 9 mg·g-1、 0.309 0 mg·g-1、0.966 0 mg·g-1，凈光合速率分別較CK高4.68%，T10處理辣椒的氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率較CK分別高出 85.45%、 41.27%。通過綜合性狀分析得出：V(枸杞枝條)∶V(珍珠巖)∶V(蛭石) =6∶1∶2和 6∶1∶1為辣椒育苗的最適枸杞枝條基質(zhì)配比方案，可作為園藝育苗基質(zhì)進行開發(fā)和利用。