王 濤，雷錦桂，黃語燕，陳永快，廖水蘭

D-最優(yōu)混料設(shè)計優(yōu)化草菇菇渣復(fù)合基質(zhì)的黃瓜栽培配方①

王 濤，雷錦桂，黃語燕，陳永快*，廖水蘭

(福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院數(shù)字農(nóng)業(yè)研究所，福州 350003)

應(yīng)用D-最優(yōu)混料設(shè)計方法，以黃瓜植株的農(nóng)藝性狀、果實品質(zhì)和產(chǎn)量為評價指標(biāo)，探索了草菇菇渣、草炭和珍珠巖不同配比復(fù)合基質(zhì)對黃瓜栽培的影響，建立了各配比基質(zhì)與黃瓜植株響應(yīng)值之間的回歸模型，考察了配方中各基質(zhì)的相互作用對黃瓜植株各響應(yīng)值的影響。試驗結(jié)果表明：菇渣營養(yǎng)豐富，但電導(dǎo)率和酸堿度偏高；草炭呈酸性，持水性、透氣性強，可降低pH；珍珠巖吸水能力強，透氣性好。草炭、珍珠巖復(fù)配的基質(zhì)EC、pH較低，而含草菇菇渣的復(fù)配基質(zhì)EC和pH隨菇渣添加量的增加而升高，最終優(yōu)化得到的最優(yōu)基質(zhì)配比為草菇菇渣32.02%、草炭60.00%、珍珠巖7.98%，該配方的理化性質(zhì)良好，適宜黃瓜生長；經(jīng)驗證該配方生長的植株株高、莖粗、維生素C含量、可溶性糖含量、單株產(chǎn)量和硝酸鹽含量分別為350.00 cm、11.74 mm、101.01 mg/kg、1.31%、2 123.33 g和351.04 mg/kg，與草炭相比，株高、莖粗、維生素C含量、可溶性糖含量和單株產(chǎn)量分別提高20.69%、1.73%、12.79%、14.79% 和41.56%，硝酸鹽含量降低14.66%，且生產(chǎn)成本可節(jié)省約33%。可見，通過混料設(shè)計將草菇菇渣復(fù)合基質(zhì)進行優(yōu)化，可解決單一基質(zhì)存在的電導(dǎo)率、酸堿度偏高等問題，栽培效果更佳，將草菇菇渣應(yīng)用于黃瓜無土栽培是完全可行的。

D-最優(yōu)混料設(shè)計；草菇菇渣；黃瓜；配方

菇渣是食用菌生產(chǎn)后的廢棄物，其平均產(chǎn)量為食用菌的5倍[1]。中國是食用菌世界第一生產(chǎn)大國，食用菌年產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的3/4以上，菌渣年產(chǎn)量超過8.0×107t[2]。目前，我國菌渣利用率較低，大部分菌渣被隨意丟棄或焚燒，造成嚴(yán)重的土壤、水體環(huán)境污染和大量的資源浪費[3]。菇渣含有豐富的粗蛋白、氨基酸、菌體蛋白酶、維生素、礦質(zhì)元素等營養(yǎng)物質(zhì)，同時包含大量微生物及菌絲體殘留，經(jīng)菌絲分解后，具有良好的理化性質(zhì)，透氣性佳、持水性高，利用價值較高[4]。目前，關(guān)于菌渣資源的再利用研究較多，可用于制作肥料、畜牧業(yè)飼料、食用菌再生產(chǎn)的配料以及栽培基質(zhì)等方面。其中，開發(fā)食用菌菌渣基質(zhì)化再利用的研究較多，各種食用菌均有涉及。陸思文等[5]研究發(fā)現(xiàn)，施用金針菇菇渣與雙孢蘑菇菇渣能顯著提高土壤多種養(yǎng)分和有機質(zhì)含量，增加生菜葉片可溶性蛋白質(zhì)的含量，降低生菜葉片硝態(tài)氮含量。王濤等[6-9]研究發(fā)現(xiàn)，將海鮮菇菇渣、繡球菌渣分別與蛭石、珍珠巖、草炭復(fù)配，可用于結(jié)球萵苣[6]、黃瓜[7]育苗以及茄子[8]、黃瓜[9]栽培。王景瑞[10]研究發(fā)現(xiàn)，平菇菇渣復(fù)配草炭和蛭石既可以保證甜瓜秧苗質(zhì)量，又可降低育苗基質(zhì)使用成本，保護生態(tài)環(huán)境。

目前福建省設(shè)施大棚內(nèi)，栽培基質(zhì)主要采用進口草炭為主，其價格較高，且草炭作為一種不可再生資源，過度的開采對環(huán)境造成嚴(yán)重的威脅和破壞[11]。用菇渣代替草炭，不僅能夠解決目前大量菇渣廢棄而導(dǎo)致的環(huán)境問題，還能夠變廢為寶，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[12]。草菇()，多生長于稻草上，是世界上第三大栽培食用菌，我國草菇產(chǎn)量居世界之首，草菇含有豐富的蛋白質(zhì)、多糖和纖維素等物質(zhì)，味道鮮美，深受消費者的喜愛[13]。草菇菇渣是草菇生產(chǎn)后留下的培養(yǎng)料廢渣，目前關(guān)于草菇菇渣研究主要集中在食用菌栽培方面，而在無土栽培基質(zhì)上應(yīng)用的研究鮮見。D-最優(yōu)混料設(shè)計是一種將D-最優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用于混料試驗中的設(shè)計方法，具有試驗次數(shù)少、參數(shù)預(yù)測精度高、多目標(biāo)同步優(yōu)化的特點，被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)[14]，但在菇渣無土栽培資源化利用領(lǐng)域未見報道。

由此，本研究采用D-最優(yōu)混料設(shè)計法，以草菇菇渣、草炭、珍珠巖為栽培基質(zhì)，開展黃瓜栽培試驗，以黃瓜植株的農(nóng)藝性狀、果實品質(zhì)和產(chǎn)量作為考察指標(biāo)，對3種基質(zhì)配比進行優(yōu)化，以篩選替代單一草炭基質(zhì)的最優(yōu)基質(zhì)配比，為草菇菇渣廢棄物合理開發(fā)及利用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試植物為夏之光黃瓜，由荷蘭瑞克斯旺公司提供，該品種早熟，生長勢中等，單性結(jié)實，每節(jié)1 ～ 2個果，具有抗病、耐熱等特點。供試草菇菇渣取自福建省羅源縣百谷農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，菇渣經(jīng)過充分腐熟后備用；供試草炭采用進口德國K牌草炭土；供試珍珠巖(0 ～ 10 mm)購自眾耕(廈門)農(nóng)業(yè)科技有限公司。各供試基質(zhì)材料的理化性質(zhì)如表1所示。

表1 基質(zhì)材料的理化性質(zhì)

1.2 試驗方法

1.2.1 混料配方設(shè)計 本試驗根據(jù)前期試驗及實際生產(chǎn)經(jīng)驗[6-9]，對每種基質(zhì)在配方中所占的比例進行了限制，應(yīng)用Design-Expert.V8.0.6軟件中的D-optimal設(shè)計，將3種基質(zhì)的添加比例(體積比)分別設(shè)定為：草菇菇渣0 ～ 50%，草炭0 ～ 60%，珍珠巖0 ～ 50%，通過軟件設(shè)計得到16個不同的組合配方，剔除5個重復(fù)組合配方，合計11個不同組合配方，詳見表2。

1.2.2 栽培試驗 試驗于2019年5月至8月在福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院中以示范農(nóng)場薄膜溫室、玻璃溫室和生理生化實驗室進行。黃瓜播種時間為5月13日，采用54 cm × 28 cm × 4 cm的72孔穴盤育苗。栽培基質(zhì)混配時間為6月2日，將草菇菇渣、草炭與珍珠巖以不同的比例(/)配成復(fù)合基質(zhì)(表2)，將混配好的基質(zhì)倒入營養(yǎng)缽內(nèi)，營養(yǎng)缽高度和直徑均為25 cm。栽培前對基質(zhì)進行滴灌式洗鹽3 h，洗至浸出液EC<1.50 mS/cm，黃瓜定植時間為6月3日。試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，每個配方3次重復(fù)(3個小區(qū)/列)，共計33個小區(qū)。每小區(qū)長7.85 m、寬0.3 m，面積2.36 m2，每小區(qū)種植黃瓜20株，植株間距35 cm，列間距1.25 m。通過自制水肥一體化控制系統(tǒng)進行營養(yǎng)液自動灌溉，滴灌時間為每天上午8:00和11:00，下午2:00和5:00，每次滴灌8 min，栽培初期EC值設(shè)定為1.50 mS/cm，大量結(jié)果期設(shè)定為2.50 mS/cm。營養(yǎng)液配方：配方分為母液A和母液B，其中母液A為每200 L水中添加MgSO414.72 kg，KH2PO46.40 kg，H3BO391.52 g，MnSO451.66 g，ZnSO47.00 g，CuSO42.56 g，(NH4)6Mo7O24·4H2O 0.64 g；母液B為每200 L水中添加Ca(NO3)223.60 kg，KNO313.12 kg，EDTA-Fe 640 g。黃瓜形態(tài)指標(biāo)測定時間為2019年8月12日，黃瓜采收時間為2019年6月27日至8月15日，果實品質(zhì)于2019年7月22日測定。

表2 混料設(shè)計表(%)

優(yōu)化配方驗證試驗時間為2020年5月至8月，以草炭作為對照，試驗地點、試驗材料、黃瓜播種時間、定植時間、形態(tài)指標(biāo)測定、果實采收時間以及果實品質(zhì)測試時間等均與上述一致。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 基質(zhì)的理化性質(zhì)測定 容重、總孔隙度、通氣孔隙度和持水孔隙度的測定參考連兆煌[15]的飽和浸提法。

基質(zhì)與去離子水按1∶10的質(zhì)量比進行混合，振蕩，靜置，取上清液，分別用pHS-25臺式酸度計和DDS-307電導(dǎo)率儀測定pH和EC。

1.3.2 黃瓜農(nóng)藝性狀、果實品質(zhì)和產(chǎn)量測定 每個基質(zhì)配方上選取長勢一致的10株黃瓜測定株高和莖粗，株高用卷尺測量，即植株基部至主莖頂端(即生長點)的距離；莖粗采用MNT-200鋅合金數(shù)顯卡尺測量，以第一片真葉下部節(jié)間為基準(zhǔn)。

每個基質(zhì)配方上選取節(jié)位相同的3根黃瓜，環(huán)切黃瓜取得果實樣品，測定果實中的維生素C、可溶性糖和硝酸鹽含量。維生素C含量參照解勝利等[16]的紫外分光光度法測定；可溶性糖含量參照曹建康等[17]的蒽酮比色法測定；硝酸鹽含量檢測參照GB5009.33—2016[18]，每個指標(biāo)測定重復(fù)3次。

黃瓜產(chǎn)量測定：記錄各個基質(zhì)配方上每株黃瓜的結(jié)果數(shù)和單果重量，單果重量用感量0.01 g的電子天平稱量，最后統(tǒng)計單株產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用DPS 7.05軟件的Duncan法進行配方間差異顯著性分析；選用Design-Expert.V8.0.6軟件中的Linear、Cubic和Special Quartic分析模型，采用Scheffe多項式進行擬合分析，建立回歸方程模型，得出等高線圖和響應(yīng)曲面圖，利用Optimization功能，進行多目標(biāo)的優(yōu)化分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同基質(zhì)配比的理化性質(zhì)

由表3可知，除2號配方外，其余配方的基質(zhì)容重在0.13 ～ 0.24 g/cm3，符合理想基質(zhì)要求的0.1 ～ 0.8 g/cm3[19]；總孔隙度在59.69% ～ 73.17%，均在理想基質(zhì)的要求范圍54% ～ 96%[19]，2號配方的總孔隙度最高，與除10號外的其他配方存在顯著性差異；各配方通氣孔隙度在5.85% ～ 13.89%，以7號配方表現(xiàn)最好，與其余配方之間差異顯著；各配方持水孔隙度在52.73% ～ 62.65%，以3號配方表現(xiàn)最佳，但與9號和2號配方差異不顯著。表3中的pH和EC為未經(jīng)洗鹽處理的基質(zhì)原始值，栽培蔬菜的基質(zhì)pH以6.0 ～ 7.5為宜[19]，除2號配方的pH<6.0、5號配方的pH>7.5外，其余配方的pH均在適宜范圍內(nèi)，pH總體上隨著草菇菇渣添加量的增加而升高；栽培蔬菜作物時適宜的EC范圍在1.0 ～ 2.5 mS/cm[19]，除2號配方的EC較低外，其余配方EC均超過2.5 mS/cm，EC值基本也隨著草菇菇渣添加量的增加而升高，因此本次栽培試驗前通過淋洗來降低基質(zhì)中的鹽分含量。

2.2 預(yù)測模型及回歸方程的建立

混料設(shè)計試驗結(jié)果見表4，采用Design-Expert軟件對試驗結(jié)果進行回歸擬合分析。根據(jù)Design-Expert建議，黃瓜株高選用線性分析模型，莖粗、可溶性糖含量、硝酸鹽含量和單株產(chǎn)量選用特殊四次分析模型，維生素C含量采用立方分析模型，得到的預(yù)測方程如表5所示。

表3 不同基質(zhì)配比的理化性質(zhì)

注：同列數(shù)據(jù)后的不同小寫字母表示各配方間差異顯著(<0.05)，下同。

表4 混料設(shè)計試驗結(jié)果

表5 各指標(biāo)的回歸模型

由表5可知，對于株高指標(biāo)，預(yù)測方程<0.01，表明該模型極顯著，回歸系數(shù)2=0.625 9，說明株高的變異中有62.59% 是由變量(A、B、C)引起的?；貧w方程的自變量系數(shù)，反映各自變量對方程的貢獻程度。由株高方程可知，自變量系數(shù)由大到小依次為C(356.32)>B(290.79)>A(281.80)，表明各基質(zhì)對株高的貢獻程度大小為C(珍珠巖)>B(草炭)>A(草菇菇渣)。

對于莖粗指標(biāo)，預(yù)測方程<0.01，表明該模型極顯著，回歸系數(shù)2=0.908 4，說明莖粗的變異中有90.84% 是由變量(A、B、C)引起的；方程系數(shù)A(14.04)>B(11.60)>C(11.57)，表明各基質(zhì)對莖粗的貢獻程度為A>B>C；二次項系數(shù)大小依次為BC(–2.34)>AC(–3.52)>AB(–10.32)，說明草炭和珍珠巖搭配對莖粗的貢獻程度最大。

對于維生素C指標(biāo)，預(yù)測方程<0.01，表明該模型極顯著，回歸系數(shù)2=0.979 4，說明該模型很好地擬合了基質(zhì)配比與維生素C含量之間的關(guān)系；方程系數(shù)由大到小依次為C(248.73)>B(102.01)>A(–144.87)，表明各基質(zhì)對維生素C含量的貢獻程度大小為C>B>A；二次項回歸系數(shù)從大到小依次為AB(584.60)>AC(118.02)>BC(–393.26)，說明草菇菇渣和草炭搭配對維生素C含量的貢獻最好。

對于可溶性糖指標(biāo)，預(yù)測方程<0.01，表明該模型極顯著，回歸系數(shù)2=0.958 5，表明該模型與試驗數(shù)據(jù)有95.85% 的符合度；由方程可知，C(1.47)>B(1.10)>A(1.03)，說明各基質(zhì)的貢獻程度大小依次為C>B>A；二次回歸系數(shù)的大小順序為AB(0.11)>AC(–0.87)>BC(–1.30)，表明草菇菇渣和草炭搭配對可溶性糖含量的貢獻最好。

對于硝酸鹽指標(biāo)，預(yù)測方程<0.01，回歸系數(shù)2=0.916 4，說明試驗結(jié)果與模型擬合良好，可以用該模型來推測試驗結(jié)果；方程系數(shù)A(496.59)>B(315.21)>C(307.20)，即各基質(zhì)對硝酸鹽含量的貢獻程度大小依次為A>B>C；二次回歸系數(shù)大小依次為BC(555.06)>AB(131.50)>AC(–57.79)，說明草炭和珍珠巖搭配對硝酸鹽含量的貢獻度最高。

對于單株產(chǎn)量指標(biāo)，預(yù)測方程<0.0001，表明該模型極顯著，回歸系數(shù)2=0.996 3，表明該模型與試驗數(shù)據(jù)有99.63% 的符合度，單株產(chǎn)量的變異中有99.63% 是由變量(A、B、C)引起的，表明模型可信度較高，很好地擬合了各基質(zhì)與單株產(chǎn)量之間的關(guān)系；方程系數(shù)B(1 841.15)>A(1 523.34)>C(1 048.91)，表明各基質(zhì)對單株產(chǎn)量的貢獻程度大小為B>A>C；二次項系數(shù)AC(4 364.77)>BC(2 662.39)>AB(1 766.76)，說明草菇菇渣和珍珠巖搭配對單株產(chǎn)量的貢獻度最高。

2.3 不同基質(zhì)配比對黃瓜農(nóng)藝性狀、果實品質(zhì)和產(chǎn)量的影響

在混料設(shè)計中，各因素的變化對指標(biāo)的影響作用可以在等高線圖和響應(yīng)曲面圖上描述。在本試驗中，草菇菇渣、草炭和珍珠巖三者的交互作用對株高、莖粗、維生素C含量、可溶性糖含量、硝酸鹽含量和單株產(chǎn)量的影響作用如圖1 ～ 6所示。

2.3.1 不同基質(zhì)配比對株高的影響 由表4可知，8號配方植株株高最大，與其余配方差異顯著；2號配方植株株高最小，與其余配方差異顯著。由圖1可知，3種基質(zhì)配比對株高影響的響應(yīng)面為一平面，說明三者之間沒有交互作用；隨著草菇菇渣含量的增加，株高也增加，草炭對株高有相同的影響，而珍珠巖則相反，出現(xiàn)負相關(guān)；響應(yīng)平面向上傾斜，株高有最大值。

圖1 不同基質(zhì)配比對黃瓜株高影響的等高線圖及響應(yīng)曲面圖

圖2 不同基質(zhì)配比對黃瓜莖粗影響的等高線圖及響應(yīng)曲面圖

圖3 不同基質(zhì)配比對黃瓜維生素C含量影響的等高線圖及響應(yīng)曲面圖

圖4 不同基質(zhì)配比對黃瓜可溶性糖含量影響的等高線圖及響應(yīng)曲面圖

圖5 不同基質(zhì)配比對黃瓜硝酸鹽含量影響的等高線圖及響應(yīng)曲面圖

圖6 不同基質(zhì)配比對黃瓜產(chǎn)量影響的等高線圖及響應(yīng)曲面圖

2.3.2 不同基質(zhì)配比對莖粗的影響 由表4可知，2號配方植株莖粗最大，11號配方植株莖粗最小。由圖2可知，3種基質(zhì)配比對對莖粗影響的等高線為橢圓，響應(yīng)面為曲面，說明三者之間存在交互作用，其中，草菇菇渣和草炭的交互作用明顯大于草菇菇渣和珍珠巖、草炭和珍珠巖的交互作用，曲面波動受草炭添加量的影響比較大，在草炭添加量較少處，曲面呈現(xiàn)球面狀，而隨著草炭添加量的增大，響應(yīng)平面向上傾斜，莖粗有最大值。

2.3.3 不同基質(zhì)配比對維生素C含量的影響 由表4可知，10號配方黃瓜維生素C含量最高，與其余配方存在顯著性差異，3號配方黃瓜維生素C含量最低。如圖3所示，3種基質(zhì)配比對維生素C含量影響的響應(yīng)面為曲面，說明3種基質(zhì)之間交互作用明顯，當(dāng)3種基質(zhì)的添加量適宜時，維生素C含量有最大值。且響應(yīng)曲面圖呈現(xiàn)馬鞍形，當(dāng)草菇菇渣添加量達到50% 時，草炭與珍珠巖交互作用可顯著提高維生素C含量。

2.3.4 不同基質(zhì)配比對可溶性糖含量的影響 由表4可知，8號配方黃瓜可溶性糖含量最高，與4號配方差異不顯著，與其余配方差異顯著；7號配方黃瓜可溶性糖含量最低，與1號、6號配方無顯著差異，與其余配方差異顯著。如圖4所示，3種基質(zhì)配比對可溶性糖含量影響的等高線為橢圓形，三者的交互作用顯著，其中草炭和珍珠巖的交互作用最明顯；當(dāng)草菇菇渣添加量保持在40%左右，可溶糖含量隨著草炭添加量的減少、珍珠巖添加量的增加而下降，響應(yīng)曲面呈倒球面狀，可溶性糖含量有最小值；反之，隨著草炭添加量的增加、珍珠巖添加量的減少，可溶糖含量升高，響應(yīng)面往右上方傾斜，可溶糖含量有最大值。

2.3.5 不同基質(zhì)配比對硝酸鹽含量的影響 表4結(jié)果表明，4號、10號配方黃瓜硝酸鹽含量較高，二者差異不顯著；6號配方黃瓜硝酸鹽含量最低，與其余配方存在顯著性差異。如圖5所示，3種基質(zhì)配比對硝酸鹽含量影響的等高線為橢圓形，說明三者之間具有明顯的交互作用，其中草炭與珍珠巖的交互作用明顯大于其他兩種，可顯著提高硝酸鹽含量。硝酸鹽含量隨著草菇菇渣含量的減少，草炭、珍珠巖含量的增加而增加，響應(yīng)曲面呈現(xiàn)鞍形上傾狀，硝酸鹽含量有最大值。

2.3.6 不同基質(zhì)配比對單株產(chǎn)量的影響 單株產(chǎn)量的分析結(jié)果(表4)表明，9號配方黃瓜單株產(chǎn)量最高，8號配方黃瓜單株產(chǎn)量最低。如圖6所示，3種基質(zhì)配比對單株產(chǎn)量影響的等高線為橢圓形，說明三者之間交互作用較強；響應(yīng)曲面圖呈拱形，說明三者間具有一定的交互作用。由圖6還可知，任意兩種基質(zhì)配比時，單株產(chǎn)量較低；而草菇菇渣與珍珠巖交互作用可顯著提高單株產(chǎn)量，單株產(chǎn)量隨著草菇菇渣、草炭添加量的減少，珍珠巖添加量的增加而增加，當(dāng)草菇菇渣、草炭、珍珠巖的添加量分別達到28%、44%、28%時，產(chǎn)量有最大值；當(dāng)草菇菇渣、草炭添加量繼續(xù)減少，珍珠巖添加量繼續(xù)增加，產(chǎn)量出現(xiàn)下降。

2.4 基質(zhì)配方優(yōu)化及驗證試驗

根據(jù)回歸方程分析設(shè)定各指標(biāo)的期望響應(yīng)值，期望維生素C含量、可溶性糖含量和單株產(chǎn)量同時達到最大值，硝酸鹽含量達到最小值，株高、莖粗在設(shè)定范圍內(nèi)，本研究優(yōu)化得到3個組合配方：配方1：草菇菇渣32.02%，草炭60.00%，珍珠巖7.98%；配方2：草菇菇渣50.00%，草炭4.96%，珍珠巖45.04%；配方3：草菇菇渣17.27%，草炭32.73%，珍珠巖50.00%。分析優(yōu)化結(jié)果可知，期望值越接近1，綜合評價越佳，配方1期望值為0.75，高于配方2和配方3，故配方1為最優(yōu)配方。

對得到的3組優(yōu)化配方進行驗證試驗，以草炭作為對照，結(jié)果見表6。3個配方的黃瓜株高實測值均高于預(yù)測值，莖粗實測值與預(yù)測值差異較?。?個配方中黃瓜維生素C含量均與預(yù)測值差異較大，可溶性糖含量與預(yù)測值差異較?。慌浞?和配方2黃瓜硝酸鹽含量與預(yù)測值差異較小，配方3黃瓜硝酸鹽含量與預(yù)測值差異較大；配方1和配方3黃瓜單株產(chǎn)量與預(yù)測值差異較小，配方2黃瓜單株產(chǎn)量與預(yù)測值差異較大。配方1黃瓜株高、莖粗、維生素C含量、可溶性糖含量和單株產(chǎn)量均高于對照，硝酸鹽含量低于對照，而配方2、配方3黃瓜莖粗均小于對照。因此，可選擇配方1替代對照配方。

表6 優(yōu)化配方驗證試驗結(jié)果

注：– 表示對照組試驗無預(yù)測值。

3 討論

3.1 基質(zhì)理化性狀

栽培基質(zhì)的好壞對植物的生長發(fā)育乃至產(chǎn)量品質(zhì)起到直接的影響，基質(zhì)作為植物生長的介質(zhì)，除了支持、固定植株外，還應(yīng)為植物的生長提供穩(wěn)定協(xié)調(diào)的根際環(huán)境[20]。目前基質(zhì)的評價指標(biāo)主要以基質(zhì)的容重、總孔隙度、持水孔隙度、通氣孔隙度、EC、pH為主[21]。大量研究表明，使用菌渣作為基質(zhì)存在EC值偏高的問題，結(jié)合本次試驗發(fā)現(xiàn)，草炭與珍珠巖復(fù)配的基質(zhì)EC值較低，草菇菇渣與草炭、珍珠巖復(fù)配的基質(zhì)EC值均超過2.50 mS/cm，因此黃瓜栽培前采用滴灌清水進行洗鹽，從而降低EC值，避免黃瓜燒根。本試驗結(jié)果表明，隨著草菇菇渣用量增加，pH和EC值逐步升高，說明菇渣中含有豐富的營養(yǎng)成分和較高的鹽分，可能是制作菌棒的原料中含有較多的營養(yǎng)成分和石灰所致[22]。本試驗中最優(yōu)配方的基質(zhì)比例為草菇菇渣32.02%、草炭60.00%、珍珠巖7.98%，測得該配方的容重為0.16 g/cm3，總孔隙度為68.20%，EC值為1.87 mS/cm，pH為7.27，各項指標(biāo)均適合黃瓜生長。

3.2 優(yōu)化配方對黃瓜農(nóng)藝性狀、果實品質(zhì)和產(chǎn)量的影響

株高、莖粗等形態(tài)指標(biāo)可以直觀地反映植株的生長情況。本試驗中，草菇菇渣和草炭對黃瓜植株株高的影響顯著，草炭對黃瓜植株莖粗的影響較大，最優(yōu)配方驗證得到的株高為350.00 cm，莖粗為11.74 mm，均高于對照草炭，說明該配方適合黃瓜生長，這與田鎖霞等[23]、張穎等[24]的研究結(jié)果相似，菇渣替代草炭的最大比例不超過40%，黃瓜長勢較好。

維生素C及可溶性糖含量是影響果實營養(yǎng)品質(zhì)的主要因素[25]。硝酸鹽含量是衡量果蔬品質(zhì)的一個重要指標(biāo)，硝酸鹽含量小于432 mg/kg，可以安全生食[26]。本試驗中，最優(yōu)配方驗證得到的維生素C含量為101.01 mg/kg，高于對照草炭12.79%；可溶性糖含量為1.31%，比對照高14.79%；硝酸鹽含量為351.04 mg/kg，比對照低14.66%；說明菇渣使用比例為32.02%，與草炭、珍珠巖混配，能有效改善基質(zhì)的理化性狀，提高黃瓜的品質(zhì)，這與王濤等[7]的研究結(jié)果相似，即海鮮菇菇渣使用比例為33%，搭配珍珠巖與蛭石，黃瓜果實品質(zhì)較好。本次試驗中，維生素C含量和可溶性糖含量與預(yù)測值具有一定誤差，可能是由于設(shè)施大棚環(huán)境變化而導(dǎo)致黃瓜在維生素C和可溶性糖積累上存在偏差。

產(chǎn)量是衡量基質(zhì)是否適合植株生長的重要指標(biāo)之一。本試驗中最優(yōu)配方的黃瓜產(chǎn)量為2 123.33 g，較對照草炭提高41.56%，說明添加32.02% 草菇菇渣與草炭、珍珠巖復(fù)配，栽培效果較好，產(chǎn)量高于對照草炭，這與王濤等[7,9]、張穎等[24]的研究結(jié)果相似。本試驗中，草炭栽培的黃瓜品質(zhì)和產(chǎn)量顯著低于菇渣基質(zhì)栽培，可能是草炭的肥力有限，在未施其他肥料的情況下，草炭的營養(yǎng)低于菇渣基質(zhì)，導(dǎo)致栽培效果差，與葛桂民等[27]的研究結(jié)論相似。

3.3 優(yōu)化配方的效益分析

目前福建省進口的德國K牌草炭土約1 000元/m3，珍珠巖約400元/m3，草菇菇渣約120元/m3，使用最優(yōu)配方草菇菇渣32.02%、草炭60.00%、珍珠巖7.98%，成本只需670元/m3左右，與純草炭相比，可節(jié)省成本約33%。

4 結(jié)論

本試驗采用混料設(shè)計，建立不同基質(zhì)配比與黃瓜農(nóng)藝性狀、果實品質(zhì)和產(chǎn)量之間的回歸模型，通過優(yōu)化，得到最優(yōu)基質(zhì)配方為草菇菇渣32.02%、草炭60.00%、珍珠巖7.98%，經(jīng)驗證，其株高、莖粗、維生素C含量、可溶性糖含量和單株產(chǎn)量均高于對照草炭，硝酸鹽含量較低，說明該配方具有較高的可行性，混料設(shè)計法在優(yōu)化基質(zhì)配比上有效可行，草菇菇渣可代替草炭基質(zhì)，節(jié)省成本，有效減少農(nóng)業(yè)廢棄物，實現(xiàn)廢棄物的循環(huán)再利用，保護生態(tài)環(huán)境，促進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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D-optimal Mixture Design OptimizesResidue Compound Matrix Formula for Cucumber Cultivation

WANG Tao, LEI Jingui, HUANG Yuyan, CHEN Yongkuai*, LIAO Shuilan

(Agricultural Digital Institute, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou 350003, China)

Using the D-optimal mixture design method, taking the agronomic properties, fruit quality and yield of cucumber plants as evaluation indicators, the effects of different ratios ofresidue, peat and perlite on cucumber cultivation were explored, the regression model between the ratio of each substrate and the response value was established, and the effects of the interaction of each substrate in the formula on the response value of cucumber were investigated. The test results show thatresidue is rich in nutrients, but electrical conductivity (EC) and the potential of hydrogen (pH) are higher. The peat is acidic, has strong water retention and air permeability, can lower pH, and perlite has strong water absorption and air permeability. EC and pH of the matrix compounded with peat and perlite are lower, while EC and pH of the compound matrix containingresidue are increased with the increase of the added amount ofresidue. The final optimized substrate ratio isresidue 32.02%, peat 60.00% and perlite 7.98%. It has been verified that, compared with peat, plant height, stem diameter, vitamin C and soluble sugar contents and yield per plant are 350.00 cm, 11.74 mm and 101.01 mg/kg 1.313%, 2 123.33 g for the optimized formula, increased by 20.69%, 1.73%, 12.79%, 14.79% and 41.56%, respectively, while nitrate content is 351.04 mg/kg, reduced by 14.66%, and production cost is reduced by about 33%. This study shows that optimizingresidue composite substrate through the mixture design can solve the problems of high EC and pH in a single substrate, and the cultivation effect is better, thus, applyingresidue in soilless cultivation of cucumbers is completely feasible.

D-optimal mixture design;residue; Cucumber; Formula

S627

A

10.13758/j.cnki.tr.2022.04.009

王濤, 雷錦桂, 黃語燕, 等. D-最優(yōu)混料設(shè)計優(yōu)化草菇菇渣復(fù)合基質(zhì)的黃瓜栽培配方. 土壤, 2022, 54(4): 723–732.

福建省人民政府–中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展超越“5511”協(xié)同創(chuàng)新工程項目(XTCXGC2021015)、福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新團隊項目(CXTD2021012-3)和福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院對外合作項目(DWHZ2021-05)資助。

(stonecyk@126.com)

王濤(1992—)，男，福建福州人，碩士，助理研究員，主要研究方向為設(shè)施農(nóng)業(yè)無土栽培、廢棄物資源化利用。E-mail：793831167@ qq.com