枸杞枝條粉復配園藝基質對辣椒育苗的影響

曲繼松，李 堃，張麗娟，朱倩楠，田永強，高麗紅

(1.中國農業大學 園藝學院，北京 100093；2.寧夏農林科學院 種質資源研究所，銀川 750002)

草炭是現代園藝無土栽培生產中廣泛使用的基質原料，在自然條件下草炭形成約需上千年時間，過度開采利用，使草炭的消耗速度加快，顯現出“不可再生”資源的特點[1-2]。很多國家已經開始限制草炭的開采，導致草炭的價格不斷上漲[3]，同時國內草炭資源分布不均勻，受產地所限，長途運輸無疑會增加育苗成本[4]，因此，開發和利用來源廣泛、性能穩定、價格低廉，又便于規模化商品生產的草炭替代基質的研究已成為熱點。農林廢棄物資源的合理利用已成為當前世界大多數國家共同面臨的問題[1]。合理開發高效利用農林廢棄物資源，既有利于消減環境污染，變廢為寶，又有利于農業生產系統的可持續發展，促進循環農業和低碳經濟，還可以為建立資源節約型社會提供新途徑。國外大量研究表明，許多農業廢棄物，如蔬菜廢棄物[5]、園林廢棄物[6]、牛圈墊料[7]、食用菌栽培廢料[8]、修剪肥料[9]、稻秸稈[10]及葡萄酒下腳料[11]等均可用來發酵生產基質，用于園藝作物的育苗和栽培。項目組在檸條基質應用[12]和枸杞枝條粉發酵[13]方面做了前期研究，國內對寧夏豐富廉價的資源生產替代草炭作為園藝基質進行了大量的研究，利用麥稈、玉米稈和菇渣等材料嘗試對基質進行產業化開發，效果較佳[14-16]，利用各種農產廢棄物(蘆葦末、竹廢棄物、花生殼和醋糟等)作為原料配制有機生態型無土栽培基質栽培蔬菜，其產量和品質均得到大幅度提高[17-19]。

枸杞(LyciumbarbarumL.)是寧夏回族自治區特色主導產業之一，種植面積在6.67萬hm2以上，在枸杞種植管理中，每年12月至豎年的1-3月都需要對不帶葉的粗硬枸杞枝條進行修剪，除此之外，在枸杞生長期還需要不斷地將不結果枝條(俗稱“幼條”)剪掉。目前，大部分被修剪下來的枸杞枝條僅作為燃料使用，利用價值十分低，若將每年修剪下來的枸杞枝條開發利用，作為替代草炭的育苗基質，不僅可以為基質的生產提供來源，還可以降低寧夏等西北地區的育苗成本。本研究將項目組開發的枸杞枝條粉基質與珍珠巖、蛭石按不同體積配比進行辣椒育苗試驗，以“壯苗二號”育苗基質作為對照，分析枸杞枝條粉復配基質的物理性狀及其對辣椒幼苗生長的影響，篩選出適宜辣椒育苗的枸杞枝條粉基質復配方案，為枸杞枝條粉復配基質的研發和生產提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2016-10-25-2016-12-25在寧夏農林科學院園林場試驗基地的日光溫室內進行，供試辣椒品種為‘隴椒5號’。育苗基質材料為：枸杞枝條、珍珠巖、蛭石和“壯苗二號”育苗基質。枸杞枝條來源于寧夏枸杞種植基地，經過發酵后使用。具體發酵方法為：將修剪下來的的枸杞枝條粉碎成0.5～1.0 cm的碎屑裝入發酵池(1 m× 1 m×1 m)，并加入3.0 kg的尿素和20.0 kg的消毒雞糞，混合均勻后用塑料薄膜覆蓋，保持 60%～65%的相對含水量，高溫密閉發酵75 d。

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，共設11個處理(表1)。各處理重復3次，每處理1個穴盤，CK使用“壯苗二號”育苗基質(pH 5.82，電導率2.24 mS·cm-1，全氮15.55 g·kg-1，速效氮942 mg·kg-1，速效磷281 mg·kg-1，速效鉀2 740 mg·kg-1)。播種前，辣椒種子溫湯浸種15 min后于室溫中浸泡8 h，然后用濕毛巾包裹放置于28 ℃的培養箱中催芽48 h，當70%的種子露白時點播于98穴標準育苗穴盤中。試驗期間日光溫室環境控制為白天最高溫度28 ℃，夜間最低溫度10 ℃，日平均濕度為40%。不同處理的田間管理統一，辣椒育苗期每天澆清水。

1.3 測定指標及方法

發酵物物理性狀的測定：測定干質量體積、總孔隙度、通氣孔隙和持水孔隙[20]，計算方法如下式(1)～(4)[12]所示。

Wd=(G-H)/V

(1)

Wt=(Q-G)/V×100%

(2)

Wa=(Q-L)/V×100%

(3)

Wp=Wt-Wa

(4)

式中：H為取基質+環刀的質量，g；Q為水中浸泡24 h后基質+環刀的質量，g；L為水分自由瀝干后基質+環刀的質量，g；G為烘至質量恒定后基質+環刀的質量，g；V為環刀容積，cm3；Wd為干質量體積，g/cm3；Wt為總孔隙度，%；Wa為通氣孔隙度，%；Wp為持水孔隙，%。

辣椒幼苗生長指標的測定：辣椒出苗40 d時，分別取樣測定辣椒幼苗的株高、莖粗、葉片數、最長根的根長及總根體積。辣椒幼苗三葉一心時測定地上部、地下部干鮮質量，計算壯苗指數和根冠比，計算公式為：壯苗指數=(莖粗/株高+地下部干質量/地上部干質量)×全株干質量；根冠比=單株地下部干質量/單株地上部干質量。每處理取樣5株，重復3次。

辣椒幼苗光合及熒光指標的測定：辣椒幼苗三葉一心時，選取3個晴天10:00測定光合指標(TPS-2便攜式光合作用測定系統)和熒光指標(Handy PEA熒光儀)。光合指標包括凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2摩爾分數(Ci)，葉綠素熒光指標包括光化學量子效應(Fv/Fm)、潛在活性(Fv/Fo)、單位反映中心吸收光能(ABS/RC)、能量散耗(DIo/RC)、最大光化學效率(在t=0時)(ΦPo)和用于電子傳遞的量子產額(t=0時)(ψEo)。測定時育苗溫室內部光照強度為(1 000±50) μmol·m-2·s-1，CO2摩爾分數為(400±20) μmol·mol-1。測定葉片為秧苗最高一片完全展開功能葉，每個處理測量3片葉，隨機取樣。

表1 各處理混配體積比Table 1 Different processing materials mixed volumic ratio

辣椒幼苗生理指標的測定：辣椒幼苗三葉一心時，參照《植物生理學實驗指導教程》[21]，使用TTC法測定根系活力，用丙酮乙醇混合法測定葉綠素質量分數，同時測定辣椒幼苗的丙二醛(MDA)質量摩爾濃度、超氧化物歧化酶(SOD)活性和過氧化物酶(POD)活性。

1.4 數據處理

使用Excel 2007進行數據處理，使用DPS v 7.05軟件LSD檢驗法進行方差分析。數據以“平均數±標準差”表示。

2 結果與分析

2.1 不同復配基質的成本核算

由表2可見，在成本核算方面，“壯苗二號”育苗基質為520元·m-3(2015-2017年3 a平均價格)，發酵后枸杞枝條粉為600元·m-3(目前試驗階段所有操作均為人工處理，若工廠化生產成本約為現有成本的30%～40%)，珍珠巖300 元·m-3，蛭石300元·m-3，在材料易得性方面，“壯苗二號”育苗基質、珍珠巖、蛭石均為商品，經過工廠化加工處理后，在市場上購買即可，視為易得材料，發酵后枸杞枝條粉經過田間收集(修剪后枸杞枝條—免費材料、可再生)、粉碎、堆腐發酵等程序后獲得，人工、添加發酵助劑等成本則核算為600元·m-3，亦視為易得材料，且具有環保、可持續及再生資源等特點。

復配基質T2～T10成本為450～525 元·m-3，較低的是T2和T7，均為450 元·m-3，較高的是T6，為525元·m-3，略高于CK(520 元·m-3)。

表2 復配基質配方成本核算(以配制1 m3為例)Table 2 Compound matrix recipe cost accounting table(take the preparation of 1 m3 matrix as an example)

2.2 不同復配基質的理化性狀

由表3可以看出，各復配處理基質的干體積質量均為0.14～0.16 g·cm-3，且顯著低于CK，說明枸杞枝條粉與其他物料復配可以降低干體積質量。各復配處理基質的總孔隙度、通氣孔隙及持水孔隙均顯著高于CK，較CK分別高出 26.7%～96.75%、52.56%～366.25%、 19.15%～86.22%，說明枸杞枝條復配基質的保水性和通氣性優于“壯苗二號”育苗基質，育苗基質中添加枸杞枝條可以增加基質的孔隙度。通過表3可知，基質配比中枸杞枝條所占比例越大，配比基質的干體積質量越小，總孔隙度越大，大小孔隙比越小；基質配比中蛭石所占比例越大，配比基質的干體積質量越大，總孔隙度越小，大小孔隙比越大。

由表4可知，枸杞枝條粉基質的pH與電導率均略高于“壯苗二號”，有機質、全氮、碳氮比均與“壯苗二號”基本接近；但枸杞枝條粉復配基質的全氮、速效氮、速效磷和速效鉀質量分數卻顯著高于“壯苗二號”，其中速效氮質量分數是“壯苗二號”基質的 2.89倍、全氮為2.26倍、速效鉀為 1.78倍、速效磷1.46倍。枸杞枝條粉復配基質與“壯苗二號”基質有機質、全氮質量分數相近，但速效養分(速效氮、速效磷、速效鉀)，枸杞枝條粉復配基質顯著高于“壯苗二號”基質。

表3 不同復配基質的物理性狀Table 3 Physical properties of different substrates formula

注：同列數據后標不同字母表示差異顯著(P<0.05)，下表同。

Note:Different letters show significant difference between treatments atP<0.05 accordding to LSR test,the same below.

表4 不同復配基質的化學性狀Table 4 Chemical properties of different substrates formula

2.3 不同復配基質對辣椒幼苗生長指標的影響

表5顯示，T1、T2、T3和T4處理辣椒幼苗的株高、莖粗、葉片數、總根體積等生長指標較好，且優于CK；T7處理辣椒的株高、莖粗、根體積等指標最差，且低于CK。在出苗40 d時，T4和T10處理的葉片數較多，與CK差異不顯著。在出苗40 d時，T1、T2、T3、T4和T6處理的株高分別比CK高15.72%、7.64%、10.92%、 33.84%和6.55%，T1、T4、T8和T10莖粗分別比CK高9%、16%、4.5%和4%，T4和T10的葉片數略高于CK，所有復配基質的根長均高于CK。其余復配基質(除T9處理)的總根體積均高于CK。分析可知，T9處理辣椒幼苗長勢最弱，T6處理長勢最強。

2.4 不同復配基質對辣椒干鮮質量、根冠比及壯苗指數的影響

由表6可知，T6處理辣椒幼苗的地上部鮮質量最高，每株達到0.657 g，T4處理次之，T6和T4處理地上部鮮質量分別比CK提高22.12%和14.31%。T5處理辣椒的地上部干質量最大，較CK高11.11%。由根冠比可看出，各處理的根冠比與CK相比無顯著性差異，其中T2處理辣椒的根冠比值最大，CK和T9處理辣椒的根冠比最小。由壯苗指數可知，T10處理的壯苗指數最大，較CK高 41.93%，其次為T6處理，說明使用T10和T6處理的基質復配方案育苗時，辣椒幼苗的品質較優。

表5 不同復配基質辣椒幼苗生長指標的變化Table 5 Changes of different substrate formulas on growth index of pepper seedling

表6 不同復配基質辣椒干質量、根冠比及壯苗指數的變化Table 6 Changes of different substrate formulas on fresh,dry mass,root/shoot and healthy index of pepper seedling

2.5 不同復配基質對辣椒幼苗生理指標的影響

根系活力與幼苗的生長情況密切相關。由表7可知，所有復配基質的根系活力均顯著高于CK，T6處理辣椒的根系活力最高，為1.060 mg·g-1·h-1，其中T6處理辣椒的根系活力比CK高19.54%，T2和T9處理的根系活力比CK高12.78%。T1、T2、T3、T5和T8處理的MDA質量摩爾濃度顯著高于CK，T4、T6、T7、T9和T10處理辣椒的MDA質量摩爾濃度低于CK，分別較CK低20.25%、10.09%、11.34%、8.24%和6.33%。各處理辣椒幼苗POD活性均顯著低于CK，T3處理僅為CK的34.83%。T6、T8、T9和T10處理辣椒幼苗SOD活性均高于CK，其中T9最高，達到650.68 U·g-1，較CK高出 17.29%。

2.6 不同復配基質對辣椒幼苗葉片葉綠素質量分數的影響

由表8可知，T10處理辣椒的葉綠素a、葉綠素b及葉綠素總量的質量分數最高，分別為 0.656 9、0.309 0、0.966 0 mg·g-1，較CK分別高出21.33%、44.32%和27.86%；T4處理的葉綠素a質量分數最低，僅為0.313 1 mg·g-1，比CK低42.17%。T5處理的葉綠素b和總葉綠素質量分數最低，比CK分別低43.34%和42.06%。

2.7 不同配比基質對辣椒幼苗光合指標的影響

由表9可知，T2處理辣椒幼苗的Pn最低，T6處理最高，T6、T7和T10處理的Pn均顯著高于CK，分別較CK高50.14%、4.13%和4.68%。T5、T6、T8、T9和T10處理辣椒幼苗的Gs和Tr均高于CK，T10處理辣椒的Gs和Tr最高，較CK分別高出85.45%、41.27%；各處理辣椒的Ci顯著低于CK，其中T3處理辣椒的Ci最低，較CK低8.94%。

表9 不同復配基質辣椒幼苗光合指標的變化Table 9 Changes of different substrate formulas on photosynthetic index of pepper seedling

2.8 不同復配基質對辣椒幼苗熒光指標的影響

由表10可知，光化學量子效應(Fv/Fm)是表明光化學反應狀況的一個重要參數，Fv/Fm反映了熒光誘導動力學曲線上升過程的O-P段的 PSⅡ光合電子傳遞能力，T1和T6處理番茄的Fv/Fm和潛在活性(Fv/Fo)最高，T10處理番茄的Fv/Fm較高，其中T1處理的Fv/Fm比CK高 0.28%。各復配基質的單位反映中心吸收光能(ABS/RC)和能量散耗(DIo/RC)均高于CK，其中T4處理的ABS/RC最高，比CK高15.24%，T7處理的DIo/RC最高，比CK高43.08%。T1和T6處理的最大光化學效率(在t=0時)(ΦPo)最高，但與CK無顯著性差異，T1處理的ΦPo比CK高0.28%。

表10 不同復配基質辣椒幼苗熒光指標的變化Table 10 Changes of different substrate formulas on fluorescence index of pepper seedling

3 討 論

復配基質需根據不同基質材料的理化性質及幼苗的生物學特性進行配比，部分研究表明，辣椒栽培中基質適宜的干體積質量范圍為0.1～0.8 g·cm-3[22-24]，本試驗各處理枸杞枝條復配基質的干體積質量均在該范圍內，說明枸杞枝條復配基質作為育苗基質是可行的。將枸杞枝條粉與其他輔料復配可以降低干體積質量、增加基質的孔隙度，配比基質中枸杞枝條所占比例越大，配比基質的干體積質量越小，總孔隙度越大，大小孔隙比越小。蔣衛杰等[25]提出的大小孔隙比以0.25～0.5為宜的標準，本試驗T3、T4、T5和T10處理的大小孔隙均在此范圍之內且優于CK。田吉林等[26]提出的，基質總孔隙度的適宜范圍為60%～90%，通氣孔隙度>15%、持水孔隙>45%的標準，劉超杰等[27]采用的基質初始含水率在30%～35%之間，直接利用不同孔徑的篩網進行半濕粉碎，簡化了程序。醋糟基質隨著粉碎程度的增加，減少了醋糟基質的大顆粒，增加了小顆粒，不僅改變了醋糟基質的孔隙度，而且還增加了醋糟基質的水氣比，提高了醋糟基質的持水能力，本試驗的T3、T6和T10處理枸杞枝條復配基質的物理性狀最適宜。

葉綠素熒光測定技術作為一種無損傷的快速探針用于植物的光合生理研究已有大量報道[28-29]，本試驗各處理單位反應中心吸收光能(ABS/RC)和能量散耗(DIo/RC)的值均大于CK，說明枸杞枝條復配基質辣椒幼苗葉片受脅迫時單位反應中心承擔的光能轉換任務更多。用于電子傳遞的量子產額(ψEo)主要反映了PSⅡ受體側的變化，CK處理ψEo值達到最大，說明“壯苗二號”基質使得辣椒幼苗葉片用于QA下游電子傳遞的量子減少，PSⅡ反應中心捕獲的激子中用于QA下游電子傳遞的激子占捕獲激子總數的比例減少，PSⅡ受體側QA下游的電子傳遞接收的能量占總能量的比例值都是降低的。根據Strasser等[30]的能量流動模型，植物葉片吸收的總能量(ABS)，一部分以熒光的形式釋放，大部分被反應中心(RC)捕獲(TR)，被反應中心捕獲的能量中有一部分通過QA 的還原氧化導致電子傳遞(ET)；另一部分以熱耗散的形式釋放(DI)。

MDA是膜脂過氧化分解的主要產物之一，其質量摩爾濃度與植物的受傷害程度呈正相關，POD和SOD等抗氧化酶可以減輕自由基對膜系統的過氧化傷害，提高植物的抗逆性[31]，T10處理辣椒的MDA質量摩爾濃度較低，比CK低 6.33%，SOD和POD活性較高，說明該處理辣椒的受傷害程度明顯低于CK，并且抗逆性強。

4 結 論

將不同處理基質的物理性狀與辣椒穴盤苗的指標綜合分析可知，T10處理的枸杞枝條復配基質較適于辣椒穴盤育苗，T6次之。添加枸杞枝條可降低復配基質的體積質量，提高復配基質的通氣孔隙和持水孔隙。T10處理莖粗比CK高4%，T6處理辣椒幼苗的長勢最強且地上部鮮質量每株達到0.657 g，根系活力達到1.060 mg·g-1·h-1，MDA比CK低10.09%，凈光合速率達到5.45 μmol·m-2·s-1；T10處理的壯苗指數比CK高41.93%，葉綠素a、葉綠素b及葉綠素總量的質量分數分別為0.656 9 mg·g-1、 0.309 0 mg·g-1、0.966 0 mg·g-1，凈光合速率分別較CK高4.68%，T10處理辣椒的氣孔導度和蒸騰速率較CK分別高出 85.45%、 41.27%。通過綜合性狀分析得出：V(枸杞枝條)∶V(珍珠巖)∶V(蛭石) =6∶1∶2和 6∶1∶1為辣椒育苗的最適枸杞枝條基質配比方案，可作為園藝育苗基質進行開發和利用。