有機廢棄物配比發(fā)酵對黃瓜幼苗生長發(fā)育的影響

劉 智，周喜榮,劉少泉，孫 權(quán)，王 銳

(寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，銀川 750021)

隨著中國設(shè)施園藝栽培的發(fā)展，育苗基質(zhì)被廣泛應(yīng)用于蔬菜生長培育，其中草炭含量所占比例最多，但鑒于草炭成本高、運輸難，不可再生，長期開采造成資源短缺、生態(tài)環(huán)境破壞[1]。而有機廢棄物的產(chǎn)量巨大，來源廣泛，成本低。據(jù)統(tǒng)計，中國農(nóng)作物秸稈總產(chǎn)量達(dá)到6億～7億t，畜禽糞便廢棄物年產(chǎn)量為16億～17億t，其他有機廢棄物為4億～5億t[2-3]。有機廢棄物本身含有豐富的營養(yǎng)和礦物質(zhì)，可以供給植物生長利用。因此將有機廢棄物進行發(fā)酵后作為育苗基質(zhì)已經(jīng)成為研究的重要任務(wù)。但牛糞經(jīng)過發(fā)酵后有機質(zhì)難分解，養(yǎng)分含量低，不能單獨應(yīng)用于育苗基質(zhì)中。而作物秸稈除含有大量有機質(zhì)外，還富含氮、磷、鉀、微量元素及碳水化合物等[4]，若將牛糞和作物秸稈進行配比發(fā)酵無害化處理后，使基質(zhì)中的養(yǎng)分更加全面，是較好的育苗基質(zhì)原料，變廢為寶，降低成本，減少生態(tài)環(huán)境污染，不僅有利于有機廢棄物資源合理利用，而且能夠提高蔬菜產(chǎn)品質(zhì)量。

近年來，經(jīng)過高溫發(fā)酵處理的有機廢棄物應(yīng)用于育苗基質(zhì)研究較多，可以達(dá)到育苗生長效果。王勤禮等[5]研究表明，以有機廢物為主的無土育苗基質(zhì)可作為培育辣椒生長發(fā)育，其中利用菇 渣∶爐渣∶牛糞=2∶1∶1(體積比)，玉米秸桿∶爐渣∶牛糞∶菇渣=1∶1∶1∶1的育苗效果好。曾清華等[6]研究表明，小麥秸稈復(fù)合基質(zhì)適合黃瓜幼苗的生長，可作為育苗基質(zhì)，其中V(小麥秸稈基質(zhì))∶V(蛭石)∶V(草炭)=50∶25∶25生長指標(biāo)及光合參數(shù)總體最高。薛書浩等[7]研究表明，利用草炭、營養(yǎng)土、林下凋落物、豬羊糞等牧有機廢棄物配方基質(zhì)對黃瓜穴盤育苗較好。王少先等[8]研究表明，用麥秸、牛糞和土壤以(4.8～5.4)∶(3.2～3.6)∶(1～2)的比例配成的復(fù)合基質(zhì)進行黃瓜穴盤育苗,適宜穴盤育苗的基質(zhì)材料。徐著等[9]研究表明，秸稈等有機廢棄物、廚余垃圾與基質(zhì)配比為1∶10，對辣椒生長效果最好。李繼蕊等[10]研究表明，V(雞糞)∶V(牛糞)=1∶8時，混合制備的蚯蚓堆肥基質(zhì)處理的效果好，有利于黃瓜幼苗生長。大量研究表明，牛糞和廢棄物堆肥處理后用作育苗基質(zhì)中，可以改善育苗基質(zhì)的質(zhì)量，提高有機質(zhì)含量，富含一定的有益微生物[11]。因此，有機廢棄物可以應(yīng)用于育苗基質(zhì)化，實現(xiàn)資源循環(huán)再利用[12]。

目前，對于有機廢棄物發(fā)酵產(chǎn)品與無機材料配比作為蔬菜育苗基質(zhì)較多，以有機廢棄物淋洗作為黃瓜育苗基質(zhì)的研究鮮有報道。因此，本研究以有機廢棄物微噴淋洗為主要育苗基質(zhì)，通過對不同育苗基質(zhì)處理的理化性質(zhì)和黃瓜幼苗生長形態(tài)指標(biāo)分析，以期篩選出適合黃瓜幼苗生長的育苗基質(zhì)，為培育優(yōu)良的黃瓜幼苗和有機廢棄物基質(zhì)化利用途徑提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 育苗基質(zhì)的前處理及試驗設(shè)計

供試基質(zhì)材料的前期發(fā)酵處理：將玉米、小麥、水稻、蘆葦?shù)冉斩挿謩e加工制成粒徑為1 mm左右的碎屑物，利用二元一次方程，根據(jù)牛糞與秸稈的有機碳和全氮配比發(fā)酵，形成4種發(fā)酵材料，把m(C)∶m(N)由28∶1用尿素調(diào)節(jié)為25∶1，然后添加纖維素酶、黑曲霉含量均為100 g/t，多元高效發(fā)酵菌劑含量為500 g/t，調(diào)節(jié)物料水分在60%左右，當(dāng)堆體溫度超過60 ℃，每2 d測1次物料含水率進行水分調(diào)節(jié)，每6 h曝氣攪拌1次，至發(fā)酵完成，4種基質(zhì)材料發(fā)酵時間均為21 d，4種發(fā)酵物料浸提液的種子發(fā)芽指數(shù)≥80%，達(dá)到發(fā)酵標(biāo)準(zhǔn)[13]，初始原料基本性質(zhì)見表1。

表1 初始原料基本性質(zhì)Table 1 Basic properties of raw materials

發(fā)酵產(chǎn)品育苗基質(zhì)處理：將發(fā)酵完成后的產(chǎn)品T1(牛糞+玉米秸稈)、T2(牛糞+小麥秸稈)、T3(牛糞+水稻秸稈)、T4(牛糞+蘆葦秸稈)放置于底部帶有細(xì)孔且平鋪一層紗布的凹型鐵槽中進行微噴淋洗，每30 min進行水溶性鹽分測定，當(dāng)水溶性鹽分含量低于0.2 mS/cm，自然晾干，裝盤育苗，初始理化性質(zhì)見表2、表3。

表2 初始原料物理性質(zhì)Table 2 Physical properties of raw materials

表3 初始原料化學(xué)性質(zhì)Table 3 Chemical properties of raw materials

1.2 育苗試驗設(shè)計

試驗于2019年9-10月在寧夏大學(xué)農(nóng)科實訓(xùn)基地日光溫室內(nèi)進行。共設(shè)5個處理，分別為 CK(選用“壯苗2號”商品育苗基質(zhì))、T1(牛糞+玉米秸稈發(fā)酵基質(zhì))、T2(牛糞+小麥秸稈發(fā)酵基質(zhì))、T3(牛糞+水稻秸稈發(fā)酵基質(zhì))、T4(牛糞+蘆葦秸稈發(fā)酵基質(zhì))，每個處理重復(fù)3次。穴盤育苗采用的規(guī)格為72穴，供試黃瓜品種選用商品黃瓜‘泰翠綠山’種子，黃瓜種子催芽后直接播種，每穴孔1粒。鑒于有機廢棄物發(fā)酵后自身含有大量的氮、磷、鉀元素，播種后只澆清水。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 基質(zhì)理化指標(biāo)測定 取各處理供試基質(zhì)樣品，采用環(huán)刀法[14]測定總孔隙度、通氣孔隙度、持水孔隙度、容重、氣水比等指標(biāo)。

測定方法：取風(fēng)干基質(zhì)加在一定體積的環(huán)刀(環(huán)刀質(zhì)量W0)中，在水中浸泡24 h后記錄質(zhì)量為W1，水分自然瀝干后記錄質(zhì)量為W2，最后將基質(zhì)樣品放入烘箱內(nèi)烘干至質(zhì)量恒定后記錄質(zhì)量為W3。

計算各指標(biāo)公式：體積質(zhì)量=(W3-W0)/V，總孔隙度=(W1-W3)/V×100%，通氣孔隙度=(W1-W2)/V×100%，持水孔隙度=總孔隙度-通氣孔隙度，氣水比=通氣孔隙度/持水孔隙度。

pH、電導(dǎo)率用pH計和電導(dǎo)率儀測定(基質(zhì)與水之比為1∶5)，風(fēng)干基質(zhì)5 g，浸泡在25 mL的蒸餾水中；堿解氮、速效磷、速效鉀含量測定分別采用堿解擴散法、碳酸氫鈉法、醋酸銨浸提—火焰光度計法；有機質(zhì)含量的測定采用重鉻酸鉀容量法[15]。

1.3.2 黃瓜幼苗生長指標(biāo)測定 播種后第3天開始每隔1 d統(tǒng)計不同處理的出苗率；黃瓜幼苗生長為3葉1心時，每穴盤選取長勢較好的幼苗10株，分別測定黃瓜幼苗生長形態(tài)指標(biāo)，用直尺測定株高(基質(zhì)表面到生長點之間的長度)；用游標(biāo)卡尺測定莖粗(黃瓜幼苗子葉莖基部下端)；葉面積測定方法為長寬系數(shù)法，葉面積=葉長×葉寬×0.743[16]。

根體積采用根系掃描儀測定；將黃瓜幼苗分成地上部分和地下部分，清洗干凈，用電子天平測定各處理黃瓜幼苗的地上部、地下部鮮質(zhì)量，分別裝入紙袋中，在烘箱中105 ℃、15 min殺青， 80 ℃、48 h烘干至恒量，冷卻稱量。

根冠比=地下部干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量；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。

1.3.3 生理指標(biāo)測定 植株樣品根系活力采用TTC法測定；葉綠素含量采用丙醇乙醇混合法[17]測定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法[18]測定；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250比色法[19]測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)用Excel 2010進行整理和作圖，試驗結(jié)果用SPSS 22.0軟件進行統(tǒng)計分析，用Duncan’s法進行各處理之間的多重比較和主成分分析，試驗結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理育苗基質(zhì)的理化性質(zhì)

2.1.1 不同處理育苗基質(zhì)的物理性質(zhì) 育苗基質(zhì)物理的性質(zhì)是衡量基質(zhì)特性的重要指標(biāo)，為作物提供良好的環(huán)境條件。一般育苗基質(zhì)總孔隙度60%～90%，通氣孔隙度15%～30%，持水孔隙度40%～75%，氣水比以0.25～0.5為宜[20-21]。由表4可知，不同處理育苗基質(zhì)的總孔隙度、通氣孔隙度、體積質(zhì)量、持水孔隙度和氣水比均達(dá)到育苗生長范圍內(nèi)?？偪紫抖茸罡呤荰4，顯著高于T2、T3和CK，分別提高11.58%、11.31%、 13.77%，且較T1處理差異不顯著；CK的體積質(zhì)量最高，與其他各處理間差異顯著，其次是T2，與T3、T4處理間有顯著差異；T1、T4的通氣孔隙度均顯著高于CK，其中T1的通氣孔隙度最高，表明透氣性強，其他處理的通氣孔隙度差異不顯著；T4的持水孔隙度最高，其次是T2、T3，較CK分別提高11.16%、3.95%、 2.93%，且僅T4、CK、T1處理間的持水孔隙度差異顯著，其余處理的持水孔隙度差異不顯著；氣水比是衡量育苗基質(zhì)幼苗生長的氣水之間關(guān)系的指標(biāo)，T1的氣水比最高，與其他處理的氣水比差異顯著，較CK提高31.42%。

表4 不同處理育苗基質(zhì)的物理性質(zhì)Table 4 Physical properties of seedling substrate under different treatments

2.1.2 不同處理育苗基質(zhì)的化學(xué)性質(zhì) 基質(zhì)中的pH、全鹽是衡量育苗基質(zhì)植物生長重要參數(shù)，一般可以滿足作物生長的育苗基質(zhì)的pH為 5.8～7.6、電導(dǎo)率含量小于2.5 mS/cm[22]。由表5可知，4個不同處理育苗基質(zhì)均在適宜的范圍內(nèi)，其中T2、T3、T4處理的pH均高于CK，T1處理的pH低于CK，4個處理的pH均在育苗基質(zhì)的適宜范圍內(nèi)；CK的電導(dǎo)率、速效磷含量最高，與T1～T4處理相比，電導(dǎo)率含量分別降低52.00%、26.66%、33.80%和40.74%，速效磷含量分別降低36.11%、2.66%、7.48%、19.77%；T1處理的有機質(zhì)含量最高，其次是T3，均顯著高于其他處理，較CK分別提高34.58%、 16.89%；T1處理的堿解氮含量最高，與T3、T4處理的堿解氮含量差異顯著，分別提高24.32%、 68.29%，T4的堿解氮含量最低，與CK相比，降低 47.56%；T4處理的速效鉀含量最高，比CK、T1、T2和T3處理分別增加2.34%、47.18%、 7.70%和27.33%。

表5 不同處理育苗基質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)Table 5 Chemical properties of seedling substrate under different treatments

2.2 不同處理育苗基質(zhì)對黃瓜出苗率的影響

由圖1可知，在播種后3～6 d，CK的出苗率顯著高于其他處理，CK在第6天出苗率達(dá)到70%，T1處理在播種后第8天出苗率達(dá)到70%，CK、T1在播種后第10天出苗率均達(dá)到70%，T2處理第10天出苗率達(dá)到59.5%，T3與T4處理在第12天出苗率才能完成，出苗率分別為69.5%和66%，各處理間相比，T1出苗率較好。

2.3 不同處理育苗基質(zhì)對黃瓜幼苗生長指標(biāo)的影響

由表6可知，不同處理育苗基質(zhì)對黃瓜幼苗生長具有顯著差異。T1處理的株高、葉面積均為最高，與CK相比分別提高36.76%、40.09%；其次是T4處理的株高、葉面積，與T1處理間具有顯著差異；T4處理的莖粗最高，其次是T3和T1，較CK分別提高54.76%、29.52%、28.09%，與其他處理的莖粗差異顯著；T4處理的根體積最高，其次是T1，較CK相比分別提高6.01%、 5.55%，與T2、T3處理間具有顯著差異。

表6 不同處理育苗基質(zhì)下黃瓜幼苗生長指標(biāo)Table 6 Seedling substrateon seedling growth index of cucumber under different treatments

2.4 不同處理育苗基質(zhì)對黃瓜幼苗干鮮質(zhì)量、根冠比和壯苗指數(shù)的影響

由表7可知，T1處理的地上部鮮質(zhì)量、地下部鮮質(zhì)量、根干質(zhì)量最優(yōu)，與各處理間存在顯著差異，其中地上部鮮質(zhì)量較CK提高58.27%，地下部鮮質(zhì)量較CK提高33.87%，根干質(zhì)量較CK提高50.00%； T2地上部干質(zhì)量最高，與CK相比提高104.76%，與T1、T3、T4處理的根干質(zhì)量有顯著差異；根冠比和壯苗指數(shù)是衡量幼苗生長狀況重要指標(biāo)，T1處理根冠比最好，較CK提高26.31%，與各處理間根冠比存在顯著差異；T1的壯苗指數(shù)最高，與T2、T3處理壯苗指數(shù)無顯著差異，較CK顯著提高33.33%。綜上所述，T1處理的育苗基質(zhì)適合黃瓜幼苗的生長。

表7 不同處理育苗基質(zhì)下黃瓜幼苗干鮮質(zhì)量、根冠比和壯苗指數(shù)Table 7 Seedling substrate on dry and fresh mass,root-cap ratio and healthyindex of cucumber under different treatments

2.5 不同處理育苗基質(zhì)對黃瓜幼苗生理指標(biāo)的影響

由表8可知，T1處理的可溶性糖含量、根系活力、可溶性蛋白含量、葉綠素a、葉綠素總量顯著高于CK，分別比CK提高28.16%、90.97%、66.44%、20.58%、15.11%；從可溶性糖含量來看，T2處理含量最低，與T1、T3、T4處理間無顯著差異；T1處理的根系活力高于CK，與T2、T3、T4處理黃瓜的根系活力沒有顯著差異；T1和T2處理黃瓜的可溶性蛋白含量顯著高于其他幾個處理，T3和T4處理可溶性蛋白含量低于CK，分別比CK低43.39%、34.51%；T4處理的葉綠素a含量低于CK，比CK低44.68%，與T1、T2、T3處理的葉綠素a含量無顯著差異；T3處理的葉綠素b含量最高，與CK無顯著差異，T1、T2、T4處理的葉綠素b含量均顯著低于CK；T3處理的類胡蘿卜素最高，與T2處理的類胡蘿卜素含量有顯著差異，其余處理的類胡蘿卜素含量無顯著差異。T1和T3處理的葉綠素總量顯著高于CK，較CK提高15.11%和4.65%，T2處理的葉綠素總量與CK無顯著差異，T4處理的葉綠素總量均低于CK。

表8 不同處理育苗基質(zhì)下黃瓜幼苗生理指標(biāo)Table 8 Seedling substrate on physiological indexes of cucumber seedling sunder different treatments

2.6 不同處理育苗基質(zhì)對黃瓜幼苗生長效果的綜合評價

以黃瓜幼苗的株高、莖粗、葉面積、根體積、根冠比、壯苗指數(shù)、可溶性糖、根系活力、可溶性蛋白和葉綠素總量為評價指標(biāo)，進行主成分分析，得到主成分得分，從而求出綜合得分。由表9可知，T1、T2、T3與T4處理的綜合得分均高于CK，排名依次為T1>T4>T3>T2>CK，其中T1處理的綜合得分最高為0.925 7，表明牛糞與玉米秸稈基質(zhì)處理后黃瓜幼苗生長發(fā)育最優(yōu)。

表9 主成分得分與綜合得分Table 9 Principal component scores and composite scores

3 討 論

3.1 不同處理育苗基質(zhì)的理化性質(zhì)對黃瓜幼苗生長的影響

有機廢棄物配比發(fā)酵進行微噴淋洗后改善了基質(zhì)的總孔隙度、通氣孔隙度、持水孔隙度，降低了pH、電導(dǎo)率含量，達(dá)到育苗基質(zhì)的理想范圍內(nèi)，一方面滿足作物生長創(chuàng)造良好的水、氣條件，另一方面有利于作物根系吸收養(yǎng)分，為作物生長提供了一種新的通氣良好、營養(yǎng)豐富、無污染的育苗基質(zhì)。對植物影響較大育苗基質(zhì)的理化性質(zhì)主要有總孔隙度、持水孔隙度、容重、氣水比、pH值、電導(dǎo)率含量等[23]。鞏芳娥[24]研究表明，復(fù)合基質(zhì)V(草炭)∶V(玉米秸稈)∶V(牛糞)∶V(蛭石)=2∶2∶4∶2的理化性質(zhì)優(yōu)良，育苗效果最好。本研究結(jié)果表明，T4(牛糞+蘆葦秸稈)總孔隙度和持水孔隙度均顯著高于CK(商品基質(zhì))，容重低于CK；T1(牛糞+玉米秸稈)通氣孔隙度和氣水比均顯著高于CK，容重和持水孔隙度低于CK；各個處理間物理性質(zhì)均在適宜的范圍內(nèi)，這與鞏芳娥等[25]研究結(jié)果相一致。原因可能腐熟牛糞本身的通氣孔隙度較高，氣水比較低，通過與秸稈配比發(fā)酵后，改善了腐熟牛糞的理化性質(zhì)，提高氣水比，具有較好的保水、保肥能力。而T2(牛糞+水稻秸稈)和T3(牛糞+小麥秸稈)的氣水比低于CK,表明透氣性差，不利于黃瓜幼苗生長。蔬菜的育苗基質(zhì)pH值對基質(zhì)中的養(yǎng)分形態(tài)轉(zhuǎn)化也存在著一定的影響，本研究結(jié)果表明，T2(牛糞+水稻秸稈)pH、有機質(zhì)含量顯著高于CK，而電導(dǎo)率含量、速效磷和速效鉀含量顯著低于CK；T1(牛糞+玉米秸稈)堿解氮、有機質(zhì)含量顯著高于CK，而電導(dǎo)率含量顯著低于CK，這與浩折霞等[26]研究結(jié)果相一致。原因可能是發(fā)酵處理后基質(zhì)中含有大量的營養(yǎng)成分，能夠為黃瓜幼苗后期補充營養(yǎng)，進一步為育苗基質(zhì)補充了有機質(zhì)含量，同時由于牛糞中的有機質(zhì)難分解，養(yǎng)分含量低，不能單獨用于育苗基質(zhì)中，通過與秸稈配比發(fā)酵后降低了全鹽含量，改善了基質(zhì)理化性質(zhì)。

3.2 不同處理育苗基質(zhì)對黃瓜幼苗生長形態(tài)和生理指標(biāo)的影響

衡量黃瓜幼苗生長質(zhì)量的基礎(chǔ)指標(biāo)有出苗率、株高、莖粗、葉面積、根體積、干鮮質(zhì)量等，植物的根系是吸收水分和儲藏養(yǎng)分的主要器官，根部的生長狀況直接影響地上部生長營養(yǎng)水平。馮臣飛[27]研究表明，以牛糞∶草炭∶蛭石∶珍珠巖=17∶49∶17∶17的比例的基質(zhì)配方對黃瓜幼苗生長最好，出苗率、株高、莖粗、壯苗指數(shù)、葉綠素含量等綜合指標(biāo)優(yōu)先。本研究結(jié)果表明，不同處理的育苗基質(zhì)對黃瓜幼苗生長形態(tài)顯著提高，T1(牛糞+玉米秸稈)和CK(商品基質(zhì))處理的出苗率均達(dá)到70%，其中T1(牛糞+玉米秸稈)處理的株高、莖粗葉面積、地上部、地下部干鮮質(zhì)量、根冠比和壯苗指數(shù)含量高于CK(商品基質(zhì))；這與李婧等[28]研究結(jié)果相一致。根系活力能反映植物根系吸收養(yǎng)分和水分的能力重要指標(biāo)，植株葉片上的葉綠素含量和可溶性糖含量能反映植物的光合代謝水平[29]。T1(牛糞+玉米秸稈)處理的根系活力、可溶性糖、可溶性蛋白、葉綠素a、類胡蘿卜素和葉綠素總量均高于其他處理，其中類胡蘿卜素含量與CK差異不顯著，且綜合得分為 0.925 7。這與李汝婷等[30]研究結(jié)果相一致，通過水洗牛糞無害化處理后用作黃瓜幼苗基質(zhì)中，提高黃瓜秧苗質(zhì)量，促進黃瓜幼苗生長，可作為黃瓜栽培基質(zhì)。有關(guān)牛糞與秸稈廢棄物自制堆肥處理后對黃瓜生長影響，有待進一步研究。

4 結(jié) 論

本研究將牛糞與秸稈廢棄物配比發(fā)酵產(chǎn)品應(yīng)用于育苗基質(zhì)對黃瓜幼苗生長形態(tài)和生理指標(biāo)分析，探究有機廢棄物對黃瓜幼苗生長的適應(yīng)性。得出結(jié)論：牛糞與秸稈廢棄物配比發(fā)酵后的各項理化性質(zhì)均在育苗基質(zhì)的適宜范圍內(nèi)。T1處理(牛糞+玉米秸稈)對黃瓜幼苗生長形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)最佳，可應(yīng)用于黃瓜育苗基質(zhì)。