沼渣混配基質對黃瓜和番茄生長、產量及品質的影響

王玉 ，易丹丹 ，王健 ，束勝 ，2，孫錦 ，2，郭世榮 ，2

（1.南京農業大學園藝學院，210095；2.南京農業大學（宿遷）設施園藝研究院）

我國長期存在經濟發展與資源短缺矛盾，隨著經濟發展，我國重要能源資源短缺進一步加劇了對經濟發展的制約。石化能源的廣泛使用會釋放大量溫室氣體，生物質能源是可再生能源，可減少溫室氣體排放[1]。沼氣工程以作物秸稈、禽畜代謝物等農業廢棄物為主要原料進行厭氧發酵，變廢為寶，產生潔凈新能源的過程，可最大化利用生物質能源[2，3]。隨著沼氣工程迅速發展，每年會產生大量沼渣，沼渣直接排放對環境造成嚴重污染，而其安全處理程序復雜且成本較高。沼渣含豐富的有機質、腐植酸和N、P、K等，可作為有機基質應用于無土栽培，有效改善基質理化性狀、微生物群落結構，減少作物病蟲害的發生，進而提高作物產量及品質[4～9]。目前，沼渣作基肥、替代部分化肥作追肥是生產上主要的利用模式，而將沼渣作基質在蔬菜無土栽培中的應用鮮有報道。

醋糟為釀造食醋過程中產生的廢棄物，每年排放量在300萬t左右，其粗蛋白及纖維素含量豐富，同時富含 Ca、P、Fe、Zn、Se 等[10]。 研究表明，醋糟經過二次發酵可用于無土栽培。吳芯夷等[11]認為，與草炭和蛭石混配基質相比，醋糟復合基質更適于小型西瓜幼苗生長。 李蒙等[12]以醋糟∶草炭∶蛭石=5∶3∶2（體積比）基質栽培櫻桃番茄，利于番茄生長，不僅增加了產量，且改善了番茄果實風味品質，并認為醋糟混配基質可替代草炭∶蛭石=2∶1的傳統基質用于櫻桃番茄栽培。此外，將醋糟、草炭和蛭石按6∶3∶1的體積比復配成混合基質栽培黃瓜，與傳統基質相比，醋糟混配基質促進了黃瓜生長，提高了黃瓜產量、抗氧化和苯丙素代謝途徑相關的酶活性，增強了植株對枯萎病的抗性[13，14]。雖然醋糟在蔬菜育苗及栽培中得到了一定應用，但其顆粒粗，酸性，通氣孔隙大，持水保肥能力差，不能單獨使用；相反，沼渣顆粒小，呈堿性，持水孔隙大，因此將沼渣與醋糟混合可彌補單一基質缺陷，然而將沼渣與醋糟復合成基質，研究其在蔬菜育苗及栽培中的應用尚未報道。本試驗以沼渣、醋糟和蛭石按一定比例混配成復合基質，研究復合基質的理化性質，及復合基質對黃瓜和番茄育苗及栽培效果的影響，以期篩選出適合黃瓜和番茄無土育苗和栽培的最佳沼渣—醋糟復配基質配比，為沼渣和醋糟的資源化利用提供有效途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試黃瓜（Cucumis sativusL.）品種為津春1號，由天津科潤農業科技股份有限公司黃瓜研究所提供；供試番茄（Solanum lycopersicumL.）品種為合作903，從南京理想種苗有限公司購得。基質材料為沼渣、醋糟和蛭石，沼渣為雞糞經厭氧發酵正常產氣后的產物，由江蘇蘇港和順生物科技有限公司提供；醋糟和蛭石由鎮江培蕾基質科技發展有限公司提供，基質材料基本理化性狀見表1。

1.2 試驗處理

試驗設置6個處理，以沼渣、醋糟和蛭石為原料，混配成不同的基質配比組合（表2）作為育苗和栽培基質配方。本試驗分為兩部分。

試驗Ⅰ：試驗于2017年3～6月在南京農業大學牌樓試驗基地的玻璃溫室內進行。嚴格按各處理體積比，量取沼渣、醋糟和蛭石，充分攪拌混勻，然后裝入50孔穴盤，以鎮江培蕾育苗專用基質為對照（CK1）。黃瓜和番茄種子在清水中浸種6 h，在28～30℃培養箱催芽，黃瓜種子催芽12 h，番茄種子催芽48 h。然后選取發芽一致的種子播種于50孔穴盤，每孔1粒，每個處理重復3次。每天上午根據天氣情況及基質干濕程度適量澆水。播種15 d內記錄種子出苗狀況，播種30 d后測定幼苗生長及生理指標。

表1 試驗所用基質材料的理化性質

表2 沼渣混配基質配方組合（體積比）

表3 沼渣混配基質的理化性質

表4 沼渣混配基質重金屬元素含量 mg/kg

試驗Ⅱ：2017年8月在南京農業大學牌樓試驗基地的玻璃溫室內進行黃瓜和番茄育苗。番茄和黃瓜種子經浸種、催芽后播于鎮江培蕾育苗基質，育苗30 d后選長勢一致的幼苗移栽于裝有不同基質配方的栽培桶中，以鎮江培蕾栽培專用基質為對照（CK2）。黃瓜和番茄均采用豐盛牌栽培桶，型號為AB350（上口直徑×下底直徑×高=29.5 cm×19 cm×22.5 cm），每桶填充7 L基質，黃瓜每桶栽培2株，番茄每桶栽培1株，每處理16株，坐果后開始澆1/2濃度的Hoagland營養液，2 d澆1次，每次澆1 L。

1.3 測定指標與方法

①試驗Ⅰ、Ⅱ基質理化性質測定 基質容重、總孔隙度、通氣孔隙度以及持水孔隙度等物理性質參照郭世榮[15]的方法測定。根據郭世榮[15]的方法測定基質的pH值和電導率（EC值）：稱取50 g風干的混配基質，在250 mL去離子水中浸泡3 h，然后過濾，濾液用雷磁PHSJ-4A型pH計測定pH值，用雷磁DDS-11C電導率儀測定EC值。

②試驗Ⅰ幼苗生長及生理指標的測定 播種后每天記錄1次出苗數，直到不再出苗。播種30 d后，每個處理隨機選取10株幼苗用直尺測量根基到生長點的高度即株高。用游標卡尺測定子葉下1 cm處莖粗。分別測定地上部和地下部鮮質量后裝入信封，105℃殺青15 min，以75℃烘干至恒重，再分別測定地上部和地下部干質量。壯苗指數利用公式計算：壯苗指數=（莖粗/株高+地下部干質量/地上部干質量）×整株干質量[16]。

根系活力采用氯化三苯基四氮唑（TTC）染色法測定[17]：取洗凈、擦干的根尖0.5 g，放入試管，加0.4%TTC溶液5 mL和pH值7.0磷酸緩沖液5 mL，充分浸沒根尖并在37℃恒溫箱暗保溫1～2 h后，加入1 mol/L硫酸2 mL以停止反應。取出根樣，濾紙吸干，在研缽中加乙酸乙酯3～4 mL充分研磨。將提取液轉移至刻度試管，用乙酸乙酯洗滌2～3次，最后加乙酸乙酯定容至10 mL，在485 nm處比色。

③葉綠素含量測定 試驗Ⅱ中植株葉片葉綠素含量采用乙醇—丙酮—水混合液浸提法測定[18，19]。

④光合速率測定 試驗Ⅱ中植株光合速率測定如下：于晴天9：00～11：00采用便攜式光合測定系統（Li-6400，USA）測定凈光合速率（Pn）。測定時環境條件如下：測定光源為紅藍光源，溫度為25℃，光強為800 μmol·m-2·s-1，CO2濃度 380 μL/L，葉片溫度（25±1.5）℃，空氣濕度80%～90%。

⑤試驗Ⅱ果實產量及品質測定 每個處理選取10株測定果實質量，果實收獲后用天平稱重并記錄，計算平均單果質量和單株產量。

表5 沼渣混配基質對黃瓜和番茄幼苗生長的影響

表6 沼渣混配基質對黃瓜和番茄葉片重金屬含量影響 mg/kg

將烘干的葉片磨碎后過0.5 mm篩，采用H2SO4-H2O2方法消煮，用美國PerkinElmer生產的Optima 8000 ICP-OES 等離子體發射儀測定 Cu、Zn、As、Pb、Cr、Cd 元素含量[20]。

采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量、考馬斯亮藍比色法測定可溶性蛋白含量、2，6-二氯酚靛酚法測定維生素C含量[21]。

1.4 數據處理

用Excel 2016對數據進行初步處理，使用SPSS 19.0軟件采用Duncan's新復極差法進行顯著性分析（P＜0.05）并用Origin 8軟件進行作圖。

2 結果與分析

2.1 沼渣混配基質理化性質比較

如表3所示，所有處理容重在0.20～0.32 g/cm3，均低于對照。T2處理總孔隙度最高，為78.56%，CK2最小，為54.45%。通氣孔隙方面，所有處理均高于對照，其中T4處理最高，達18.55%，比CK1和CK2分別增加69.72%和192.59%。T1和T2處理的持水孔隙與CK1相比無顯著差異，但是T3～T6處理的持水孔隙均顯著低于對照。氣水比是衡量基質水氣平衡的一個重要指標，一般適合幼苗生長基質的氣水比在0.25～0.50，對照與T1處理較低，其他處理氣水比均在適宜植物生長的范圍內，且T4處理氣水比最高，為0.43。所有處理pH值均高于對照，其中T1處理最高，為8.03，且混配基質pH值隨沼渣含量的增加而升高。除T6處理pH值呈酸性，T1～T5處理的pH值均呈堿性。純沼渣電導率（EC值）最高，為6.99 mS/cm，各處理EC值隨沼渣含量的降低有升高趨勢。

從表 4 可以看出， T1處理 Cu、Zn、As、Cd、Pb、Cr元素含量均最高，顯著高于對照，分別為86.20、298.91、0.19、0.10、17.54、13.62 mg/kg，其中 Zn 元素含量比國家二級標準高48.91 mg/kg，而Cu和Hg元素含量均超過國家一級標準，但低于國家二級標準，As、Cr、Pb、Cd 元素含量均低于國家一級標準。 T2～T6處理各重金屬元素含量均在安全范圍內，其中Cu和Zn元素含量隨沼渣添加量的增多而增加，且As、Cd、Pb、Cr含量均未達到國家一級標準。

2.2 沼渣混配基質對黃瓜和番茄幼苗生長的影響

①出苗 從圖1可看出，不同基質配方對黃瓜和番茄出苗情況有一定影響，對黃瓜影響較大。T1處理中黃瓜和番茄均未出苗，表明純沼渣不利于植物生長。T4處理黃瓜出苗最早，比CK1提前1 d左右，出苗速度最快，在第5天出苗率已超過92%，比CK1增加53.33%。T5處理黃瓜出苗率僅次于T4處理，第6天出苗率100%。T2、T3和T6處理比CK1出苗晚，基本在第4天才開始出苗，T3處理出苗率高于CK1，而T2和T6處理均低于CK1（圖1A）。除T1處理，不同處理番茄出苗率較高，出苗率為82.2%～92.6%，其中CK1、T3和T6處理出苗率最高，而CK1和T6處理出苗最快，第5天出苗率分別為80.02%和90.51%（圖1B）。

②幼苗生長 從表5可知，所有處理中T3～T5處理黃瓜苗生長較好，其中T5處理黃瓜苗株高最高，為10.63 cm，比CK1增加了41.73%，所有處理莖粗均無顯著差異。壯苗指數是衡量幼苗健壯程度的指標，T4處理黃瓜苗壯苗指數顯著高于其他處理，其次是CK1、T5和T3處理，3個處理之間無顯著性差異 （表5）。對于番茄而言，CK1植株最高，達到20.47 cm，而T3和T6處理莖粗優于其他處理，其中T6處理地上部和地下部干、鮮質量最高，其次是CK1。T6處理壯苗指數也高于其他處理，比CK1增加了17.24%。

③根系活力 T4處理黃瓜苗根系活力最高，比CK1增加了32.14%，而T3處理的黃瓜苗根系活力次之，顯著高于CK1，T6處理的黃苗瓜根系活力最低，比CK1降低了28.57%，而T2和T5處理與CK1相比沒有顯著性差異。所有處理的番茄苗根系活力均高于黃瓜苗的根系活力，其中T6處理的番茄苗根系活力最高，其次為T2處理，分別比CK1增加了16.28%和11.63%，而 T3～T5處理根系活力均低于 CK1（圖 2）。

表7 沼渣混配基質對黃瓜和番茄產量及品質的影響

2.3 沼渣混配基質對黃瓜和番茄葉綠素含量及光合作用的影響

由圖3可知，不同處理對葉綠素的含量具有顯著影響。T4處理黃瓜葉片葉綠素a含量最高，其次為T5和T3處理，分別比CK2增加15.27%、12.60%和5.73%，而T2和T6處理的葉綠素a分別比CK2降低3.44%和7.63%。黃瓜葉綠素b的變化趨勢與葉綠素a一致，T4處理最高，比CK2增加了22.09%。對于番茄葉綠素a而言，T1～T3處理與CK2沒有顯著性差異，但T4～T6處理顯著高于CK2，分別增加了10.29%、25.71%和23.43%，T4～T6處理番茄葉綠素b含量與CK2相比分別增加11.61%、33.93%和25.00%，而T1處理番茄葉綠素b含量比CK2降低14.26%。

從圖4可看出，除T2處理，T3～T6處理黃瓜葉片的凈光合速率（Pn）分別比CK2增加24.00%、44.00%、1.60%和8.00%。T1處理番茄的Pn比CK2降低22.94%，但 T2～T6處理番茄的Pn與 CK2相比分別提高62.38%、51.38%、66.97%、60.55%和61.01%。

圖2 沼渣混配基質對黃瓜（A）和番茄（B）根系活力的影響

2.4 沼渣混配基質對黃瓜和番茄葉片重金屬含量的影響

沼渣施于蔬菜時，會造成某些重金屬在蔬菜中積累，分析沼渣混配基質對黃瓜和番茄葉片中各重金屬含量的影響。如表6所示， 黃瓜葉片中 As、Cd、Cr元素均未檢測到，且Cu、Zn元素含量均低于國家蔬菜重金屬標準含量；T2處理Pb含量超過安全標準0.03 mg/kg，而 T3處理 Pb元素含量剛好達到國家標準含量，表明各處理Pb元素含量隨沼渣添加量的增加而升高且均顯著高于對照。T1～T6處理的番茄葉片中 As、Cd、Cr元素也均未檢測到，其中各處理Zn含量均遠低于國家標準；而T1處理Cu和Pb元素含量分別高于國家標準 2.45、0.03 mg/kg，T2處 理 Pb含量超過國家標準0.01 mg/kg，T3～T6處理Cu和Pb元素含量均低于國家標準。

圖4 沼渣混配基質對黃瓜（A）和番茄（B）光合速率的影響

2.5 沼渣混配基質對黃瓜和番茄產量及品質的影響

由表7可知，不同處理對黃瓜和番茄的產量有顯著影響。T2處理黃瓜單果質量顯著低于CK2，而 T3～T6處理黃瓜和番茄單果質量顯著高于CK2，T4處理單果質量最大，分別比CK2增加了26.68%和27.38%。單株產量與單果質量具有相同的趨勢，T4處理黃瓜和番茄單株產量最高。T3～T6處理黃瓜可溶性糖含量與CK2相比分別增加60.32%、58.98%、26.64%和46.49%，而T2處理黃瓜可溶性糖含量比CK2降低20.17%。各處理黃瓜可溶性蛋白和維生素C含量均高于CK2。除了T1處理，其他處理的番茄可溶性糖含量均高于CK2，且T4處理最高，比CK2增加46.27%。T1～T6處理番茄可溶性蛋白比CK2分別增加 86.61%、83.04%、130.80%、149.55%、120.98%和115.18%。T1～T6處理番茄VC含量均高于CK2， 分別增加 1.75%、5.19%、15.69%、27.88%、20.94%和29.63%。各處理中，T4處理番茄單果質量、單株產量、可溶性糖、可溶性蛋白及VC含量均較高。

3 討論

適宜的基質理化性質是培育健壯幼苗的關鍵，沼渣基質pH值、EC值均較高，醋糟pH值、EC值較低，粒徑大，持水孔隙小，兩者不適宜直接作育苗基質，需與其他有機或無機基質混合使用調節其理化性質。育苗基質的理想容重為0.3～0.75 g/cm3，總孔隙度為60%～90%，通氣孔隙為15%～30%，持水孔隙為40%～75%，氣水比為 0.25～0.50[22，23]。 本試驗各處理基質的容重在0.20～0.32 g/cm3、總孔隙度在60.30%～75.90%、持水孔隙42.86%～62.84%、氣水比為0.21～0.43，表明各處理的容重、總孔隙度、持水孔隙等物理性質均在基質理想物理性質范圍內。郭世榮[15]認為理想基質pH值應呈中性或弱酸性，而黃瓜在pH值5.5～7.2范圍內均可正常生長，堿性環境下Fe、Mn等元素有效性降低。本試驗各處理除T6外，均呈弱堿性，尤其是T1和T2處理堿性更強，種子發芽率降低，加上持水孔隙過高，植株長勢弱，產量低。潘靜嫻等[24]研究結果表明，基質pH值過高會對甜瓜種子和幼苗產生灼燒，并降低出苗率。本試驗中，T1處理黃瓜和番茄均未出苗，可能是由于純沼渣pH值和EC值過高，導致種子灼燒；栽培試驗表明，T1處理黃瓜不能生長。因此沼渣不能單獨作為基質，應與其他基質混合使用。雖然T4處理pH值為7.23，呈弱堿性，但黃瓜出苗最早，且出苗速度最快，利于獲得壯苗；對番茄而言，T6處理出苗最快，生物量最高，壯苗指數高于其他處理。結果表明，黃瓜和番茄對育苗基質理化性質要求存在一定差異，作物生長情況是由基質的孔隙度、pH值和EC值等理化性質綜合作用的結果。

動物糞便中含一些微量有害重金屬，可被蔬菜吸收并危害人類身體健康。研究結果表明，沼渣長期施用會造成土壤中重金屬積累，且白菜中重金屬含量會隨沼渣施用而增多[25]。此外，武立葉等[26]研究了豬糞沼渣作為基肥，灌溉不同濃度的沼液對豇豆重金屬含量的影響，發現當沼液的濃度較大時豇豆重金屬含量有所增加，但均低于國家標準。本試驗將沼渣及混配基質各重金屬元素與國家標準進行對比，發現純沼渣Zn含量超過國家二級標準，具有一定鋅污染隱患，但當其與醋糟、蛭石以一定比例混配后，可降低其含量，達到安全利用標準，然而黃瓜和番茄植株中Zn元素含量遠低于國家標準。各處理混配基質中Cu元素含量較高，均超過國家一級標準，僅T1處理番茄植株Cu元素含量超過國家標準。雖然各混配基質中Pb元素含量低于國家一級標準，但是當沼渣占比超過60%，黃瓜和番茄植株易出現Pb元素超標的現象，表明植物對重金屬的吸收存在差異，且Pb元素更容易被植物吸收。本研究發現，沼渣混配基質Cu和Zn等重金屬元素含量較高，但是沼渣施用量低于60%，黃瓜和番茄植株中各重金屬元素均低于國家標準，與秦文弟等[27]研究結果一致，主要原因是發酵后的沼渣和醋糟中含豐富有機質，對重金屬等離子的吸附能力非常強，可減少植物對重金屬的吸收。

沼渣營養元素含量較高，可為植物生長提供充足營養，混配基質各營養元素含量隨沼渣含量的增加而升高。因此，沼渣可作為基肥或按一定比例添加到基質中，以促進植物生長。李彧等[28]研究發現基質中添加20%沼渣最利于番茄生長，獲得壯苗。植物生長狀況可直觀反映基質對幼苗生長的影響，T3、T4、T5處理黃瓜幼苗各生長及生理指標均較高，其中T4處理黃瓜出苗率、壯苗指數、根系活力等最高；T3、T6處理番茄幼苗各生長及生理指標均較高，但T3處理番茄根系活力較低，而T6組各指標顯著最高。因此，T4（沼渣∶醋糟∶蛭石=4∶4∶2）、T6（沼渣∶醋糟∶蛭石=2∶6∶2）沼渣混配基質可分別培育健壯黃瓜和番茄苗，并提高出苗率，可分別作為黃瓜和番茄育苗基質，促進黃瓜和番茄生長，獲得優質壯苗。產量和品質是評價基質配方優劣的最重要指標。前人研究表明，沼渣復合基質可提高番茄果實產量和品質[5]。本試驗表明,沼渣占比不超過50%利于提高黃瓜和番茄產量、可溶性糖、可溶性蛋白以及VC含量，尤其以T4處理最好，表明T4沼渣混配基質可作為黃瓜和番茄栽培基質。