高峰，頡振東，呂劍，張?zhí)旌疲衾^華，肖雪梅，李靜，秦海娟

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，山東 泰安 271018)

隨著近年來戈壁農(nóng)業(yè)的發(fā)展，基質(zhì)無土栽培技術(shù)在非耕地區(qū)域得到大面積推廣，栽培基質(zhì)的需求量也越來越大[1].黃瓜(CucumissativusL.)是戈壁農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的主栽蔬菜之一，其根系不發(fā)達(dá)，抗性較弱，對于栽培基質(zhì)的性能要求較高.草炭因其較好的理化性狀在世界范圍內(nèi)被廣泛作為栽培基質(zhì)使用，但基于其可持續(xù)利用與濕地保護的需要[2-7]，加之價格不斷上漲，生產(chǎn)上需要高質(zhì)量和低成本栽培基質(zhì)的來代替草炭[8].

2016年，我國食用菌產(chǎn)量約為3 596余萬t，菌渣年產(chǎn)生量約1億余t[9].菌渣經(jīng)過發(fā)酵后因其較高的有機質(zhì)含量和保水保肥能力常被作為栽培基質(zhì)原料使用[10-12].2016年，甘肅省牛存欄量約512.87萬頭[13]，每年產(chǎn)生牛糞約12 821.75萬t[14].牛糞經(jīng)堆肥處理后具備良好基質(zhì)原料所具有的大部分要求，且牛糞堆肥作為育苗基質(zhì)較其他糞便堆肥更有利于蔬菜幼苗的生長[15].也有研究表明使用發(fā)酵后的菌渣和牛糞進(jìn)行配比的復(fù)合基質(zhì)可作為栽培基質(zhì)使用[16-17].此外，河西地區(qū)是甘肅主要棉花產(chǎn)區(qū)，每年產(chǎn)生大量棉花秸稈，棉花秸稈具有吸水性強、質(zhì)量輕、吸附性能大等優(yōu)點，可用于改良基質(zhì)性狀，還可做到就地取材降低成本，其基質(zhì)化利用對于以基質(zhì)無土栽培為核心的戈壁農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義.本試驗選用腐熟牛糞、發(fā)酵菌渣和發(fā)酵棉花秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物，探討其作為黃瓜栽培基質(zhì)的可行性及適宜的配比，以期篩選出能夠替代草炭型基質(zhì)的黃瓜栽培基質(zhì).

1 材料與方法

1.1 材料及儀器

試驗以“津旺609”黃瓜為試材；選取發(fā)酵菌渣、腐熟棉花桿、發(fā)酵牛糞、蛭石，按照不同體積比例，復(fù)配成不同的基質(zhì)(表1)，以常規(guī)栽培基質(zhì)(草炭∶蛭石=7∶3)作為對照.

表1 不同處理的基質(zhì)配比(體積比)

儀器：HI8314型pH計；DDS-307A型電導(dǎo)率儀；K1100型凱氏定氮儀；AP1302型火焰分光光度計.

1.2 試驗方法

試驗于2018年11月至2019年8月在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)玻璃溫室及在園藝學(xué)院蔬菜栽培生理實驗室進(jìn)行.共設(shè)計5種不同的基質(zhì)配比(表1)，以傳統(tǒng)栽培基質(zhì)(草炭∶蛭石=7∶3)作為對照.采用隨機區(qū)組試驗設(shè)計，選取完整，均勻的黃瓜種子經(jīng)溫湯浸種消毒，放入恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行催芽，待種子露白，選擇發(fā)芽相對一致的種子，移至72孔穴盤中育苗.育苗期間采取常規(guī)的管理方法，待幼苗長至三葉一心時定植，定植后采用常規(guī)栽培方法管理.每個處理設(shè)30個重復(fù).

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 基質(zhì)理化性狀的測定 基質(zhì)容重采用環(huán)刀法[18]；土壤有機質(zhì)用重鉻酸鉀容量法[19]；pH值按水∶土=10∶1的比例用HI8314型pH計測定[20].EC值用DDS-307A型電導(dǎo)率儀測定.

基質(zhì)風(fēng)干樣經(jīng)粉碎過65目篩后進(jìn)行基質(zhì)養(yǎng)分含量測定：堿解氮用減擴散法測定，有效磷用碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法[21]，有效鉀用乙酸銨浸提-火焰分光光度法使用AP1302型火焰分光光度計測定.全氮、全磷、全鉀的測定先將樣品使用H2O2-H2SO4消煮法消煮前處理，取其消煮液稀釋后進(jìn)行測定，全氮用K1100型凱氏定氮儀測定[22]，全磷用氫氧化鈉熔融鉬銻抗比色法[23]，全鉀用火焰光度法[24].

1.3.2 基質(zhì)酶活性的測定 基質(zhì)脲酶活性、基質(zhì)蔗糖酶活性、基質(zhì)過氧化氫酶活性、基質(zhì)磷酸酶活性的測定參考關(guān)松蔭的方法測定[25].

1.3.3 生長及生理指標(biāo)的測定 使用直尺測定株高；使用游標(biāo)卡尺測定莖粗(子葉下方1/3處)；地上部、地下部鮮質(zhì)量采用電子天平測定，地上部、地下部干質(zhì)量是將植株在烘箱內(nèi)105 ℃殺青30 min后于80 ℃條件下烘干至恒量，使用電子天平測定；取幼苗的地下部，用超純水洗凈并擦干后采用TTC法測定根系活力[26]；，使用80%丙酮浸提法測定葉綠素含量[26]；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測定[27].

根冠比=地下部干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量

1.3.4 黃瓜植株形態(tài)指標(biāo)的綜合評價 對不同復(fù)合基質(zhì)栽培下的黃瓜植株，利用下式求形態(tài)指標(biāo)隸屬值[28]：

式中，Xi為指標(biāo)測定值，Xmin、Xmax為所有參試材料某一指標(biāo)的最小值和最大值.

若某一指標(biāo)與植株形態(tài)負(fù)相關(guān)，可通過反隸屬函數(shù)計算其隸屬函數(shù)值：

將不同基質(zhì)配比的不同指標(biāo)的隸屬函數(shù)值進(jìn)行累加，求其平均值，即為綜合評價指數(shù).

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和計算，用SPSS 20.0軟件Duncan行單因素方差分析(P<0.05).

2 結(jié)果與分析

2.1 不同配方基質(zhì)的養(yǎng)分含量

由表2可知，所有基質(zhì)pH值在4.71～7.68之間，配方基質(zhì)處理間無顯著性差異，但與T0相比，pH值整體偏堿性；基質(zhì)EC值在0.31～2.66 ms/cm之間，均在作物適宜的EC值的范圍之內(nèi)[29]；基質(zhì)容重在0.224～0.302 g/cm3之間，除T2外，其他處理容重均顯著大于T0，T1的容重顯著大于其他處理，其余各處理間無顯著性差異；總孔隙度均在54%～96%的理想范圍之內(nèi)，T1的總孔隙度顯著高于T0與其他處理，其他各處理與T0的總孔隙度差異不顯著.

表2 栽培基質(zhì)理化性狀

鄧肯氏顯著性檢驗，不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05).

Different small letters indicate significant difference atP<5% level by Duncan＇s multiple test．

由表3可知，4種復(fù)配基質(zhì)中的有機質(zhì)、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷和速效鉀均顯著高于T0.其中T4處理基質(zhì)有機質(zhì)含量最高，為271.21 g/kg，且全氮、全鉀、堿解氮和速效鉀含量均顯著高于其他處理；全磷和速效磷最高為T1，分別為4.03、919.72 g/kg.

2.2 不同配方基質(zhì)的相關(guān)酶活性

基質(zhì)酶活性如圖1所示，脲酶活性除T4與T0差異不顯著外，T1(1.361 mg/g ))較T0、T2、T3和T4差異顯著；配方基質(zhì)的蔗糖酶活性、磷酸酶活性、過氧化氫酶活性均顯著高于T0，其中T3和T4的蔗糖酶活性顯著高于T1和T2，但各處理之間無顯著性差異；T0磷酸酶活性顯著小于各處理，其余各處理間無顯著差異；各處理的過氧化氫酶活性較T0均顯著高，而各配方基質(zhì)處理間無顯著差異.

圖1 不同基質(zhì)比對基質(zhì)酶活性的影響Figure 1 Effect of different substrate ratios on substrate enzyme activity

2.3 不同配方基質(zhì)對黃瓜植株生長和生理的影響

2.3.1 不同配方基質(zhì)對黃瓜植株干鮮質(zhì)量的影響 各配方基質(zhì)下黃瓜植株生長25 d后各復(fù)合基質(zhì)對黃瓜幼苗干鮮質(zhì)量的影響如圖2所示：所有配方黃瓜植株的地上部鮮質(zhì)量、地下部鮮質(zhì)量、地上部干質(zhì)量、地下部干質(zhì)量均高于T0，其中除地下部干質(zhì)量與T1地下干質(zhì)量未達(dá)顯著水平外，其余均與T0差異顯著.

T2種植的黃瓜植株地上部鮮質(zhì)量最大，為37.175 g，且顯著高于其他各處理；黃瓜地下部鮮質(zhì)量、地上部干質(zhì)量、地下部干質(zhì)量T4均為最大，且與其他配方下生長的黃瓜植株地下鮮質(zhì)量和地上部干質(zhì)量達(dá)顯著水平，地下干質(zhì)量中雖與T2、T4無顯著差異，但其地下部干質(zhì)量為最大.T2全株干質(zhì)量最大，為3.071 g，但與T4無顯著性差異.

2.3.2 不同配方基質(zhì)對黃瓜植株生長的影響 各處理黃瓜株高在定植25 d內(nèi)的變化如圖3所示：隨著播種時間的增加，其各配方下黃瓜株高均呈上升趨勢.T0在播種后5、10、15、25 d株高均低于其他復(fù)配基質(zhì).播種后25 d，黃瓜植株高度最高的為D配方基質(zhì)下生長的黃瓜植株，為29.51 cm，最矮的為T0，高度為11.54 cm.黃瓜株高由高到低依次為T4>T3>T2>T1>T0.各復(fù)配配方株高T0分別提高155.72%、137.18%、132.67%和122.18%，其余各配方間無顯著性差異.

圖4為黃瓜幼苗在不同復(fù)配基質(zhì)下定植25 d后的莖粗變化：隨著播種天數(shù)的增加，其莖粗不斷增大，但增幅有所不同.在播種后25 d，T4處理黃瓜莖粗最粗，為6.88 mm.T0處理最細(xì)，為4.91 mm，且各配方基質(zhì)黃瓜莖粗顯著大于T0，且較T0分別提高40.12%、35.44%、35.03%和32.18%，其余各配方間無顯著性差異.黃瓜莖粗由粗到細(xì)依次為T4>T3>T2>T1>T0.

圖4 不同基質(zhì)比對黃瓜莖粗的影響Figure 4 Effect of different substrate ratios on cucumber stem diameter

圖5 不同基質(zhì)比對黃瓜葉片數(shù)的影響Figure 5 Effect of different substrate ratios on the number of cucumber leaves

圖5為黃瓜幼苗在不同復(fù)配基質(zhì)下播種25 d后的葉片數(shù)的變化：隨著播種時間的增加，其各配方下黃瓜葉片數(shù)均呈上升趨勢.T0在播種后5、10、15、25 d葉片數(shù)均少于其他復(fù)配基質(zhì).其中在播種后25 d，T4處理黃瓜葉片最多，為9片，T0處理葉片數(shù)最少，為6片；且各配方葉片數(shù)均顯著多于T0，增幅分別為42.95%、37.12%、33.05%和30.7%，其余各配方間無顯著性差異.

2.3.3 不同配方基質(zhì)對黃瓜植株根系活力的影響 圖6為黃瓜在不同配比基質(zhì)中定植25 d后黃瓜的根系活力.T0處理的根系活力最低，為134.56μg/(g·h)，T4的根系活力最高，為196.22 μg/(g·h)，均顯著高于其他處理，而其余各處理之間的根活力無顯著差異.

圖6 不同基質(zhì)配比對黃瓜根系活力的影響Figure 6 Effects of different substrate ratios on root activity of cucumber

2.3.4 不同配方基質(zhì)對黃瓜葉片葉綠素含量的影響 圖7為各處理黃瓜葉片葉綠素含量：配方基質(zhì)處理葉綠素a含量、葉綠素b含量和葉綠素a+b含量均顯著高于T0，其中T4、T3、T2葉綠素a含量分別較T1提高11.35%、10.33%和9.02%；T1的葉綠素b含量顯著高于T2，但與T3、T4不顯著；T3和T4的葉綠素總含量顯著高于T1，分別提高6.3%和4.46%，其余各處理間無顯著差異.

2.3.5 不同配方基質(zhì)對黃瓜葉片可溶性蛋白含量的影響 圖8為不同基質(zhì)配比基質(zhì)黃瓜播種25 d后葉片中可溶性蛋白的含量：各處理較T0可溶性蛋白含量均顯著提高，其中T4的可溶性蛋白含量最高，為1.04 mg/g，且顯著高于其他配方.其余各配方間無顯著差異.

2.3.6 不同配方基質(zhì)對黃瓜植株生長指標(biāo)影響的綜合性評價 利用綜合隸屬函數(shù)的方法，對不同基質(zhì)栽培黃瓜幼苗生長情況進(jìn)行多指標(biāo)綜合評價，并計算其綜合評價系數(shù)，值越大，則植株生長越好.由表4可知除根冠比外各處理的綜合評價指標(biāo)均大于T0，其中T4除地上部鮮質(zhì)量、和根冠比外其余指標(biāo)的評價系數(shù)均為1，綜合評價系數(shù)0.93為各處理中最高，T1的綜合評價指標(biāo)為各處理中最低，為0.5；T2的全株干質(zhì)量和地上部干質(zhì)量指標(biāo)評價系數(shù)分別為0.99和0.96，綜合評價系數(shù)為0.80，僅次于T4處理；T3的地上部鮮質(zhì)量指標(biāo)評價系數(shù)為1，綜合評價系數(shù)為0.77僅高于T1.

圖7 不同基質(zhì)配比對黃瓜葉綠素含量的影響Figure 7 Effects of different substrate ratios on root activity of cucumber

圖8 不同基質(zhì)配比對黃瓜葉片可溶性蛋白含量的影響Figure 8 Effect of different substrate ratios on soluble protein content in cucumber leaves

從綜合評價指標(biāo)可以看出各處理的綜合評價系數(shù)均高于T0，T4的植株干質(zhì)量指標(biāo)評價系數(shù)和綜合指標(biāo)評價系數(shù)最高，黃瓜干物質(zhì)積累量多，是較適宜的栽培基質(zhì).

3 討論

為作物創(chuàng)造良好的根系環(huán)境是基質(zhì)栽培的核心，如養(yǎng)分、水分、空氣和良好的土壤酶活性，而這些因素均與基質(zhì)理化性狀密切相關(guān)[30-31].將農(nóng)業(yè)廢棄物進(jìn)行合理配比的復(fù)配基質(zhì)往往擁有良好理化性狀，張穎等研究發(fā)現(xiàn)將菌渣與草炭、蛭石復(fù)配后可將菌渣過高的EC值降低到適宜水平[32]；鄭劍超將菌渣和草炭、珍珠巖復(fù)配增加其持水孔隙度，增強了其保水能力[33]；周宇等將黃沙和爐渣復(fù)配后復(fù)合基質(zhì)的有機質(zhì)、有效氮、有效磷和有效鉀含量均較單一基質(zhì)有所提高[34].在本研究中，將發(fā)酵后的牛糞、菌渣與發(fā)酵后的棉花桿、蛭石混合后的復(fù)配基質(zhì)的養(yǎng)分含量顯著高于T0，pH、EC值容重和孔隙度在適宜范圍之內(nèi)，符合理想栽培基質(zhì)的理化性狀，其中T4的全氮、全鉀、速效氮和速效鉀含量顯著高于其他處理，T1的全磷和速效磷含量顯著高于其他處理.

表4 不同比例的基質(zhì)對黃瓜植株生長指標(biāo)影響的綜合性評價

研究表明使用菌渣復(fù)配基質(zhì)作為黃瓜的栽培基質(zhì)可提高黃瓜光合及生長[31,33-35].在本研究中，T4的可溶性蛋白含量和根系活力顯著高于其他處理，葉綠素a+b含量高于其他處理.在本研究中，以菌渣為主要材料的T4的株高、莖粗、葉片數(shù)及全株干質(zhì)量為各處理中最優(yōu)，地下部鮮質(zhì)量顯著高于其他處理，綜合評價指標(biāo)為0.93，為最適栽培基質(zhì).而T2的株高、莖粗、葉片數(shù)及全株干質(zhì)量與T4無顯著差異，綜合評價指標(biāo)為0.8，所以也可作為適宜的黃瓜栽培基質(zhì)使用.

4 結(jié)論

合理配比的發(fā)酵菇渣復(fù)合基質(zhì)容重、孔隙度、pH值、EC值等理化性質(zhì)方面符合黃瓜栽培基質(zhì)要求，其中T4的全氮、全鉀、速效氮和速效鉀含量顯著高于其他處理；從栽培效果來看，T4的可溶性蛋白含量、根系活力、干物質(zhì)含量和葉綠素a+b含量顯著優(yōu)于其他處理，綜合評價指標(biāo)為0.93，為本試驗中最佳處理，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)草炭型基質(zhì)用于黃瓜栽培.