桃枝廢棄物基質(zhì)栽培對盆栽桃苗生長的影響

韓德峰，高程達(dá)，楊海清，張宏偉，劉悅萍*

(1.北京農(nóng)學(xué)院 a. 植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，b. 文法與城鄉(xiāng)發(fā)展學(xué)院，c. 生物與資源環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部 華北都市農(nóng)業(yè)重點實驗室，北京102206；2. 北京市平谷區(qū)人民政府果品辦公室，北京101200)

北京市平谷區(qū)是全國著名的大桃之鄉(xiāng)，桃園面積約1.29萬公頃，2019年全區(qū)大桃總產(chǎn)量約為19.97萬噸[1]。每年大桃成熟后，平谷區(qū)桃枝的剪枝量多達(dá)8～10萬t[2]，但桃枝資源化利用率低，枝條亂堆亂放，隨意丟棄、焚燒，嚴(yán)重污染大氣及農(nóng)村環(huán)境。目前的研究報告中，相對于其他有機(jī)物料如畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈和綠肥等，用桃枝作為基質(zhì)和有機(jī)肥料的研究較少。因此，開發(fā)桃枝基質(zhì)或有機(jī)肥，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對實現(xiàn)桃枝廢棄物的循環(huán)利用和桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的實踐意義。

目前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的有機(jī)基質(zhì)材料主要有泥炭、鋸末、菇渣和秸稈等[3]。桃苗的栽培基質(zhì)主要有珍珠巖、蛭石、泥炭[4-5]、秸桿、菇渣和鋸末[6]等多種材料。基質(zhì)的選擇是影響有機(jī)基質(zhì)栽培的核心問題[7]。目前應(yīng)用和研究最多的是秸稈基質(zhì)。秸稈開發(fā)有機(jī)栽培基質(zhì)的應(yīng)用較早，也較廣泛。菊芋秸稈的栽培基質(zhì)可增加辣椒生物量、提升果實品質(zhì)和增產(chǎn)[8]。油菜秸稈有機(jī)基質(zhì)中的幼苗株高、莖粗等生長指標(biāo)顯著優(yōu)于對照[9]。此外，在麥麩草炭泥炭等方面的研究也較多，麥麩可作為蘑菇等的生長基質(zhì)。基質(zhì)麥麩含量對黑木耳產(chǎn)量和子實體營養(yǎng)成分含量有影響[10]。當(dāng)前，有機(jī)栽培基質(zhì)的應(yīng)用已較為廣泛，展示出較好的應(yīng)用前景，并帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

有機(jī)栽培基質(zhì)可有效增加土壤有機(jī)質(zhì)含量[11]，改善栽培基質(zhì)的C/N、pH值、養(yǎng)分含量、土壤空隙等性狀[7]。桃枝中含有大量的糖、有機(jī)酸和黃酮等有機(jī)物質(zhì)[12]，將桃枝廢棄物加工成基質(zhì)可提高生物質(zhì)資源利用水平，實現(xiàn)資源的循環(huán)化利用。為探討桃枝基質(zhì)對桃苗生長發(fā)育的影響，本研究將桃枝廢棄物經(jīng)過初步粉碎，加入合適的生物菌劑發(fā)酵，經(jīng)高溫腐熟殺菌后加工成細(xì)顆粒的基質(zhì)，與其他物料復(fù)配，創(chuàng)制盆栽桃苗基質(zhì)配方，分析不同基質(zhì)的理化性質(zhì)及盆栽桃苗的生長發(fā)育情況。試驗結(jié)果可為桃枝基質(zhì)的進(jìn)一步優(yōu)化和推廣奠定基礎(chǔ)，進(jìn)而促進(jìn)桃枝廢棄物的循環(huán)利用和桃產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗在北京市平谷區(qū)大化肥料廠試驗田進(jìn)行，試驗桃苗品種為秋彤(AmygdaluspersicaL. var.scleronucipersica(Schiibler & Martens) Yu et Lu)，砧木品種為毛桃(Amygdaluspersica(L.) Batsch)，為二年生苗。將園土、桃枝廢棄物基質(zhì)(桃枝廢棄物經(jīng)過初步粉碎，加入生物菌劑發(fā)酵，經(jīng)過高溫腐熟殺菌，加工而成)、進(jìn)口基質(zhì)和蛭石按照不同的比例進(jìn)行混合，分裝入1 m×1 m×1 m的編織袋作為盆栽桃苗基質(zhì)。不同基質(zhì)配方見表1。每個處理10盆，盆與盆間距為2 m。試驗于2019年3月進(jìn)行，選取長勢較為一致的桃苗品種‘秋彤’定植于編織袋中，常規(guī)管理。2020年8月進(jìn)行桃苗葉片光合作用指標(biāo)的測定；2020年3月取土，進(jìn)行土壤養(yǎng)分指標(biāo)的測定；2020年3月和9月分別測定盆栽桃苗地上部和地下部的生物量。

表1 不同基質(zhì)配方Tab.1 Different substrate formulations

1.2 測定內(nèi)容及方法

1.2.1 不同配方基質(zhì)營養(yǎng)成分的分析 土壤有機(jī)質(zhì)含量用重鉻酸鉀容量法—稀釋熱法測定。全氮含量用凱氏定氮法測定，堿解氮含量用堿解擴(kuò)散法測定。有效磷的含量用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗分光光度法測定，速效鉀含量用乙酸銨溶液浸提—火焰光度法測定。電微波消解，用電感耦合等離子體光譜儀測定Ca、Cu、Fe、Mn、Mg和Zn營養(yǎng)元素的含量，離子色譜法測定土壤中氯離子含量。

1.2.2 桃苗生物量的測定 每個處理選取桃苗3株，測量樹體地上部的分枝數(shù)、主干的莖粗(用游標(biāo)卡尺在接口上下各10 cm處測量)、地上部的干重和濕重。在距離主干30 cm處挖出土壤剖面，統(tǒng)計50 cm×50 cm面積內(nèi)土壤中的2 mm以上根系總量，計算單位面積的根密度，統(tǒng)計不同直徑根的干濕重。

1.2.3 樹體光合作用相關(guān)指標(biāo)的測定 葉片光合作用相關(guān)指標(biāo)的測定選取晴天8：00—11：00進(jìn)行，隨機(jī)選取樹體向陽枝條中部的功能葉片，使用Ciras-3便攜式光合測定系統(tǒng)(PP-Systems公司，美國)測定凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(E)、胞間CO2濃度(Ci)、氣孔導(dǎo)度(gs)、水分氣壓虧缺(VPD)和水分利用效率(WUE)，每個處理隨機(jī)測5片葉子數(shù)據(jù)記錄其平均值，重復(fù)3次。隨機(jī)選取新梢中部無病蟲害的10片葉子測定葉綠素含量(SPAD)，記錄其平均值，每個處理重復(fù)3次，采用手持式葉綠素儀SPAD-502(日本)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗使用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，使用SPSS 25進(jìn)行差異顯著性分析(LSD，P<0.05)，使用Graphpad Prism進(jìn)行圖片處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同配方基質(zhì)營養(yǎng)成分的分析

表2是不同復(fù)配基質(zhì)的營養(yǎng)成分情況，對于有機(jī)質(zhì)含量，桃枝廢棄物占比高的基質(zhì)Ⅱ中有機(jī)質(zhì)含量高于基質(zhì)Ⅰ，但桃枝廢棄物占比低而進(jìn)口基質(zhì)占比高的基質(zhì)Ⅲ，有機(jī)質(zhì)含量是最高的，說明桃枝廢棄物和進(jìn)口基質(zhì)物料含有較多的有機(jī)質(zhì)。桃枝廢棄物占比高的基質(zhì)Ⅱ的全氮、堿解氮與速效鉀的含量是最高的，并含有較高的有效磷。

對于微量元素，桃枝廢棄物占比高的基質(zhì)Ⅱ中氯離子以及鈣、銅、鎂、鋅四種元素含量最高，與基質(zhì)Ⅰ和Ⅲ間存在顯著性差異。不同基質(zhì)配方中鐵和錳元素的含量差異不顯著。總體而言，含有60 %桃枝廢棄物的復(fù)配基質(zhì)中，全氮、速效鉀、堿解氮、氯離子以及鈣、銅、鎂、鋅等微量元素的含量最高，該復(fù)配基質(zhì)有利于桃苗的生長。

表2 不同基質(zhì)配方土壤營養(yǎng)成分測定Tab.2 Determination of soil nutrient composition in different substrate formula

2.2 不同配方基質(zhì)對桃苗生長的影響

不同處理桃苗地上部和地下部的生長情況見表3。在2020年的生長季中，基質(zhì)Ⅲ桃苗莖粗生長量及枝條的含水量顯著高于基質(zhì)Ⅰ和Ⅱ，可見，添加進(jìn)口基質(zhì)的處理Ⅲ促進(jìn)了桃苗主干的生長，提高了枝條內(nèi)的含水量，間接說明枝條內(nèi)的代謝活動旺盛，生長能力強。

對桃苗地下根系的測量統(tǒng)計結(jié)果如表3所示，桃枝廢棄物含量較高的基質(zhì)Ⅰ和Ⅱ的總根系密度與基質(zhì)Ⅲ間存在顯著性差異，分別比基質(zhì)Ⅲ高1.28和1.22倍，根密度越大，植物根系的吸收能力越強，這表明桃枝廢棄物促進(jìn)了根系的生長，基質(zhì)養(yǎng)分充足。添加進(jìn)口基質(zhì)處理Ⅲ中桃苗根扎入土壤的長度顯著高于基質(zhì)Ⅰ和Ⅱ，分別是2.06和1.5倍，并且基質(zhì)處理桃苗的總根干質(zhì)量和濕質(zhì)量最高，表明進(jìn)口基質(zhì)對有機(jī)物的積累有促進(jìn)作用。

2.3 不同基質(zhì)對盆栽桃苗葉片光合作用相關(guān)指標(biāo)的影響

葉片通過光合作用制造氧氣并且積累有機(jī)物，是植物獲得營養(yǎng)的重要途徑。通過比較不同基質(zhì)中盆栽桃苗的光合測定結(jié)果，能在一定程度上反映不同基質(zhì)中桃苗葉片有機(jī)物的制造和積累能力(圖1)。在測定的不同基質(zhì)桃苗葉片的凈光合速率中，含桃枝廢棄物較高的基質(zhì)Ⅱ桃苗葉片的凈光合速率高于其他兩種基質(zhì)，但是差異不顯著?；|(zhì)Ⅱ桃苗的胞間CO2濃度高于基質(zhì)Ⅲ，且有顯著差異性，相差33.04%，與基質(zhì)Ⅰ相比無顯著差異?；|(zhì)Ⅱ桃苗葉片的氣孔導(dǎo)度與基質(zhì)Ⅲ相比差異有顯著性，相差28.45%，與基質(zhì)Ⅰ無顯著差異性?；|(zhì)Ⅱ中桃枝廢棄物含量最高，有利于增大葉片氣孔張開程度，使得進(jìn)入細(xì)胞的二氧化碳增多，細(xì)胞間的二氧化碳減少，參與光合作用消耗掉的二氧化碳越多，更有利于增大葉片的凈光合速率，進(jìn)而影響植株有機(jī)物的積累。

3 討論和結(jié)論

枝條的堆放、焚燒對環(huán)境和大氣造成污染，也可能會造成桃樹疾病的傳播。本試驗對平谷區(qū)粉碎桃枝用于桃苗栽培基質(zhì)進(jìn)行了研究，對基質(zhì)營養(yǎng)及樹體生長的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行測定。

有報告指出，養(yǎng)分能促使葉片氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率變化，提高葉片的凈光合速率，增加植株的果實產(chǎn)量, 提高水分利用效率[13]。養(yǎng)分含量較高可以提高植物葉片氣體交換參數(shù)、葉綠素含量和酶活性。其中，氮素可改善葉片氣孔運動狀況，提高了葉片光合色素含量[14]。因此，營養(yǎng)元素含量越高，越有利于植物葉片光合作用，有利于有機(jī)物的積累，促進(jìn)植物生長[15]。本試驗基質(zhì)Ⅱ中桃枝廢棄物含量最高，基質(zhì)Ⅱ中全氮、速效鉀、有效磷、堿解氮和鈣、銅、鎂、鋅等微量元素方面與其余兩種基質(zhì)相比差異有顯著性。進(jìn)口基質(zhì)則提高了基質(zhì)Ⅲ中有機(jī)質(zhì)含量。

進(jìn)口基質(zhì)可促進(jìn)桃苗的地上部分獲得了更多的營養(yǎng)物質(zhì)，使得桃苗積累更多的水和有機(jī)物，促進(jìn)了主干枝條的生長。此研究結(jié)果與其他研究結(jié)論相一致。楊鑫等的研究表明，植物生長的狀況可以通過生物量的變化來衡量[16]。農(nóng)業(yè)廢棄物能促進(jìn)植被蓋度、生物量的增加，使得基質(zhì)養(yǎng)分、酶活性顯著增加，促進(jìn)植物生長[17]。含水量高、更長的根系使桃苗具有更強的根系活力，提高了吸收水分和營養(yǎng)物質(zhì)的能力。桃枝廢棄物含量高的基質(zhì)Ⅱ中，根系總密度顯著增大，表明桃枝廢棄物有利于桃苗根系側(cè)根的生長，從而增大了單位面積的根系數(shù)量，同樣提高了吸收水分和營養(yǎng)物質(zhì)的能力。王高飛等研究發(fā)現(xiàn)稻桿炭處理辣椒幼苗株高、莖粗、葉綠素含量、根生物量、地上部生物量與對照相比顯著增長[18]。生物炭和腐熟秸稈組配基質(zhì)水稻秧苗的株高、莖粗、根長、地上部、地下部干物質(zhì)，以及整株干物質(zhì)積累量均高于對照組[19]。

研究表明，基質(zhì)栽培對葡萄植株的葉面積和葉片葉綠素含量有一定影響[20]。農(nóng)業(yè)廢棄物可明顯提高冬小麥生育后期葉片的光合特性、SPAD值及產(chǎn)量[21]。本試驗測定了桃苗葉片光合指標(biāo)，凈光合速率能直觀反映植物的光合作用。氣孔導(dǎo)度能反映葉片光合作用的強弱，水分過少時植物會關(guān)閉氣孔避免大量失水[13]。在測定的不同基質(zhì)桃苗葉片的凈光合速率中，基質(zhì)Ⅱ中桃苗葉片的凈光合速率與Ⅰ、Ⅲ相比差異不顯著，但桃枝廢棄物含量高的基質(zhì)對桃苗葉片的凈光合速率有一定的效果，葉片能制造、積累更多的有機(jī)物，更有利于植株的生長?；|(zhì)Ⅰ、基質(zhì)Ⅱ中桃枝廢棄物含量不同，但均可增加桃苗葉片的氣孔導(dǎo)度，且基質(zhì)Ⅱ桃苗葉片的氣孔導(dǎo)度與基質(zhì)Ⅲ相比差異顯著。含量高的桃枝廢棄物復(fù)配基質(zhì)增大桃苗的氣孔導(dǎo)度效果顯著，使得葉片消耗更多的的二氧化碳，增強植株的光合速率，促進(jìn)有機(jī)物的積累。蘇蘭茜等[22]研究表明氣孔限制是導(dǎo)致光合速率降低的重要因素，當(dāng)葉片光合速率下降，胞間CO2濃度降低。

本試驗對比分析了添加不同比例的桃枝廢棄物基質(zhì)對盆栽桃苗生長量及桃苗葉片光合作用指標(biāo)的影響，一定比例的桃枝廢棄物增加了復(fù)配基質(zhì)的營養(yǎng)元素含量，促進(jìn)了桃苗地上部和根系的生長。本試驗結(jié)果初步說明桃枝廢棄物可作為培育桃苗復(fù)配基質(zhì)的物料，試驗結(jié)果為平谷地區(qū)桃枝廢棄物的應(yīng)用提供了重要參考。