中藥渣復合基質對設施西瓜生長及果實產量品質的影響

陳 亮，欒倩倩，藺 毅，李彥榮，王 赟，楊世梅，嚴宗山，王翠麗，張自強

（甘肅省農業工程技術研究院，甘肅 武威 733006）

0 引言

【研究意義】西瓜Citrullus lanatus( Thunb) Manf.是葫蘆科西瓜屬一年生蔓性草本植物，原產非洲[1]。果瓤脆嫩，味甜多汁，含有豐富的礦物鹽和多種維生素，具有解熱、散毒、潤肺及利尿功能，是夏季主要的消暑果品。我國是世界上西瓜生產與消費的第一大國，據中國農業農村部統計，2017 年我國西瓜總播種面積和總產量分別達151.97 萬hm2和6314.70萬t[2]，已占世界西瓜總栽培面積的 1/2 以上，產量占世界總產量的 2/3 以上[3]。因此，西瓜作為我國重要的園藝作物，在農業結構調整與農民增收中發揮著重要作用。中藥渣是指在中藥材炮制加工、中成藥生產以及其他中藥相關產品生產加工過程中產生的廢棄物，通常是植物的根、莖、葉等經過提取后的混合物[4]。近年來隨著我國中草藥產業迅猛發展，每年在中草藥生產、加工過程中產生大量的藥渣廢棄物，早期中藥企業處理藥渣主要采用填埋、焚燒和堆放等方式，這些方式不僅占用大量土地，還嚴重污染環境，造成資源浪費[5?6]。因此，如何開發利用藥渣廢棄物已成為目前亟待解決的問題。【前人研究進展】目前研究發現中藥渣富含纖維素、半纖維素、木質素、蛋白質和核酸等有機質及微量元素，中藥渣經混合、發酵后制備栽培基質具有增產提質、提高作物抗逆性等優點[7?8]。邊三根等[9]以中藥渣基質栽培番茄，顯著降低了番茄病害，增產增收效果明顯。劉國宇等[10]以中藥渣為培養基質栽培平菇，均能正常出菇，菌絲長勢良好。劉愛軍[11]選用不同配方的黃芪藥渣培養基栽培雞腿菇，得出黃芪藥渣48%、棉籽殼25%、麩皮18%、玉米粉5%的配方可促進菌絲的快速生長。張躍群等[12]研究發現75%中藥渣+10%蛭石+15%珍珠巖的中藥渣基質配比促進了番茄植株生長，顯著提高了番茄產量。改善了番茄果實品質。杜龍龍等[13]以中藥渣堆肥、椰糠、蛭石、珍珠巖作為基質材料，中藥渣添加的體積分數為70%時，提高了黃瓜的葉片數和干物質積累量。【本研究切入點】目前國內學者對中藥渣的研究主要集中在食用菌類栽培方面，而以中藥渣為栽培基質主材料，針對設施西瓜栽培的研究鮮有報道。【擬解決的關鍵問題】本研究以充分發酵腐熟的中藥渣為主要原料，按照不同體積比復配牛糞、菇渣等原料，探討不同中藥渣復合基質對設施西瓜葉片光合特性及產量品質的影響，旨在篩選最適宜設施西瓜栽培的中藥渣復合基質配方，以期為中藥渣栽培基質的研發提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗在甘肅省農業工程技術研究院試驗基地（37.67°N，102.85°E）日光溫室（規格長100 m×跨度8 m）展開。試驗地處甘肅西部、河西走廊東端，地勢平坦，屬于典型的西北綠洲灌溉農業區，主要依靠石羊河地下水灌溉。平均海拔1776 m，年均降水量162.4 mm，主要集中在7—9 月，年潛在蒸發量2 114 mm，年均氣溫7.10 ℃，晝夜溫差平均7.9 ℃，≥10 ℃的有效積溫2955.2 ℃，年均無霜期156 d。

1.2 試驗材料

供試西瓜為美麗品種，屬設施小果型西瓜，早熟品種，整個生育期90 d 左右，平均單瓜重1～2 kg，生長勢中等，具有果型好、皮薄和品質較優等優點。嫁接苗購于甘肅省武威市古浪縣綠盈盈蔬菜種苗種植專業合作社。基質原料為中藥渣、牛糞和菇渣，均在甘肅省農業工程技術研究院試驗基地進行高溫發酵后使用。牛糞購于武威市涼州區黃羊鎮附近農戶養殖場；菇渣為工廠化生產金針菇的尾料，購于甘肅省武威市益菌康生物科技有限公司；中藥渣為生產鎮痛、止咳和麻醉類藥物的殘渣尾料，為含水有機物料，主要成分為有機質、粗蛋白質、纖維素、木質素、礦物質、糖類、生物堿及各種微量元素，由甘肅省植物藥堿廠提供；中藥渣使用前不進行粉碎處理，經高溫好氧堆置發酵后直接使用，發酵后的中藥渣為片狀團簇結構（橫徑 3.88 mm、縱徑5.50 mm）。

1.3 試驗設計

1.3.1 中藥渣復配處理 試驗共設置7 個配方。將充分發酵腐熟的中藥渣、牛糞和菇渣按照不同的體積比配制成復合基質，以商品基質為對照（CK），由江蘇省淮安市中禾農業科技開發有限公司生產的通用型蔬菜有機栽培基質（有機質≥40%、N+P2O5+K2O≥2%）。具體基質配比詳見表1。

表1 中藥渣復合基質配方設計Table 1 Formulation of watermelon cultivation substrates with Chinese herbal medicine spent

1.3.2 種苗定植及管理 西瓜種植采用袋培種植方式。使用規格為高40 cm×寬50 cm 無紡布美植袋種植，每袋呈“品”字形錯位定植2 株，共定植2 行，共26 株，3 次重復，裝填基質深度為25 cm，株距40 cm，走道寬50 cm，另選小區東西兩邊2 行作為保護行，不采樣，在種植小區內采樣測定。西瓜于9 月8 日定植，12 月13 日收獲。

定植前澆透定植水，不施用底肥，生長前期只灌水不追肥，后期追肥灌水使用自主研發的YX-3 型智能水肥一體化管控設備定時定量供給，每天滴水1 次，每次滴灌18 m3·hm?2，在幼苗生長期適量沖施菌根發液肥；在伸蔓期每7～10 d 滴灌施肥1 次，每次施肥22.5～37.5 kg·hm?2，施肥3 次，共施波美濃平衡型（20-20-20+TE）水溶肥67.5～112.5 kg·hm?2；在果實膨大期和成熟期每6～8 d 滴灌施肥1 次，每次施肥22.5～37.5 kg·hm?2，施肥4 次，共施波美濃富鉀型（13-6-40+TE）水溶肥90～150 kg·hm?2。西瓜采用單蔓整枝，選留主蔓10～15 節位的雌花坐果，留單瓜，待瓜秧長至28～30 片葉時打頂，其他管理措施與當地西瓜高產溫室管理模式相同，并使各個處理保持一致。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 基質理化指標測定 在西瓜種苗定植后60 d

測定中藥渣復合基質配方的理化指標，測定指標主要包括基質的容重、總孔隙度、通氣孔隙、持水孔隙、大小孔隙比、pH、電導率EC，具體測定方法參考蒲勝海[14]的無土栽培基質理化性狀測定方法，并略有改動。

1.4.2 西瓜植株生物量測定 于西瓜成熟（12 月15 日）收獲時，使用鋼卷尺測定西瓜植株地下部主根系長度，并分別稱量植株地上部和地下部鮮質量，然后分開裝入牛皮紙袋中，置于烘箱105 ℃殺青30 min，再轉入80 ℃烘干至恒重，最后稱量植株地上部和地下部干質量。

1.4.3 西瓜葉片光合指標測定 分別于西瓜生長的苗期（9 月13 日）、開花坐果期（10 月17 日）和成熟期（12 月13 日）每處理連續選取健康的西瓜植株5 株測定其葉片光合指標。葉綠素含量使用SPAD 502 型便攜式葉綠素儀測定；選擇晴天上午9:00～11:30，采用美國LI-6400XT 型便攜式光合測定系統測定植株主蔓中部完全展開功能葉（從上往下第3片真葉）的凈光合速率（Pn，μmol·m?2·s?1）、氣孔導度（Gs， mmol·m?2·s?1）、 胞間CO2濃度（Ci， μmol·mol?1）和蒸騰速率（Tr，mmol·m?2·s?1），測定光強為800 μmol·m?2·s?1，葉溫為27 ℃，外界CO2為400 μmol·mol?1，每處理3 次重復，每個重復測定5 株，每個葉片記錄3 組穩定數值。并計算葉片瞬時水分利用效率WUE=Pn/Tr[15]

1.4.4 西瓜產量及品質測定 在成熟期，每處理連續選取5 個成熟果實測定單瓜重、單株產量、果實縱橫徑、果皮厚度和可溶性固性物含量，每處理3 次重復；并依據西瓜成熟度分批采收，每批采收測定各小區實際產量，最后按照各小區面積折算成每667 m2總產量。

1.5 數據處理

試驗數據采用SPSS19.0 數據處理系統進行差異顯著性分析（Duncan 新復極差法P＜0.05），利用Excel 2007 軟件進行數據記錄和作圖。

2 結果與分析

2.1 不同基質配方的主要理化性狀分析

除F2 配方的通氣孔隙9.90%不符合蔬菜作物栽培的理想基質要求外，其余各配方的容重（0.22～0.30 g·cm?3）、總孔隙度（68.20%～72.31%）、持水孔隙（53.34%～58.29%）和大小孔隙比（0.17～0.36）均在無土栽培基質的適宜范圍內[16]，除F7 配方的pH值＞7.0，其余各配方的pH 值略微呈酸性（6.0～7.0），EC值為0.48～2.23 ms·cm?1（表2）。復合基質容重以F2 最大，F7 最小，但各配方之間無顯著差異；復合基質的總孔隙度、通氣孔隙、大小孔隙比、pH 及EC值隨著中藥渣量的增加呈現增加的趨勢，容重和持水孔隙呈現下降趨勢。中藥渣量最大的F7 配方的總孔隙度、通氣孔隙、大小孔隙比和pH 值均達到最大且顯著高于其他各配方，較CK 顯著增加了3.01%、12.72%、12.5%、0.38%和16.8%，中藥渣量最小的F2 配方的總孔隙度、通氣孔隙、大小孔隙比均為最小且顯著低于其余各配方，而持水孔隙達到最大且顯著高于其他各配方，較對照顯著增加了9.20%，其他各配方之間差異不顯著。

表2 不同基質配方的主要理化性狀Table 2 Major physiochemical properties of formulated substrates

2.2 不同基質配方對西瓜植株生物量累積的影響

不同復合基質配方下西瓜植株的地上部干重和鮮重、地下部干重和鮮重、主根長存在一定差異（表3）。其中以F4 配方的地上部干重和鮮重、地下部干重和鮮重、主根長最大，且顯著高于其他各配方，地上鮮重、地下鮮重、地上干重、地下干重、主根長較CK 顯著增加了34.29%、30.26%、33.15%、35.36%、37.33%，F7 配方最小，其地上下部干鮮重及主根長大小依次表現為F4＞F2＞F3＞F5＞F6＞CK＞F1＞F7，F3、F5、F6 和CK 各配方之間的地上部鮮重無顯著差異，F5、F6和CK 各配方間的地下部鮮重、地上下部干重及主根長無顯著差異。

表3 不同基質配方對西瓜植株生物量累積的影響Table 3 Effect of substrates on biomass accumulation of watermelon plants

2.3 不同基質配方對西瓜葉片光合特性的影響

隨著生育期的推進，各配方下的西瓜葉片葉綠素含量SPAD 呈先升后降的趨勢，在開花坐果期達到峰值（圖1-A）。3 個生育時期，F4 配方的SPAD值最大，且顯著高于其他各配方，F7 配方的SPAD值最小，且顯著低于CK。在苗期，F2、F4 配方的SPAD 值顯著高于CK 7.53%、10.59%，F1、F7 配方顯著低于CK 4.94%、5.65%，其余各配方與CK 差異不顯著；在成熟期，F2、F4 配方的SPAD 值顯著高于CK6.71%、13.19%，F1、F7 配方顯著低于CK 4.63%、5.79%，其余各配方與CK 差異不顯著；在開花坐果期，F2、F4 配方的SPAD 值顯著高于CK 4.90%、12.24%，其余各配方與CK 差異不顯著，F1、F5、F6、F7、CK 各配方之間差異不顯著。

圖1 不同基質配方對西瓜葉片光合特性的影響Fig. 1 Effect of substrates on photosynthetic characteristics of watermelon leaves

隨著生育期的推進，各配方下的西瓜葉片凈光合速率Pn呈先升后降的趨勢，在開花坐果期達到峰值（圖1-B）。3 個生育時期，F4 配方的西瓜葉片Pn最大，且顯著高于其他各配方。在苗期，F2、F4配方的葉片Pn顯著高于其他配方，較CK 顯著增加了7.33%、8.19%，F5、F6 配方的葉片Pn顯著低于CK1.71%、2.44%，F1、F3、F7 和CK 各配方之間差異不顯著；在開花坐果期，F2、F3、F4 配方的葉片Pn顯著高于其他配方，較CK 顯著增加了5.08%、1.91%、8.47%，F1、F7 配方的葉片Pn顯著低于CK3.28%、5.52%，F5、F6 和CK 各配方之間差異不顯著；在成熟期，F2、F4、F5 配方的葉片Pn顯著高于其他配方，較CK 顯著增加了10.12%、15.23%、2.80%，F1、F3、F7 配方的葉片Pn顯著低于CK7.65%、4.53%、5.60%，F3 和F7 配方間差異不顯著，F6 和CK 配方間差異不顯著。

隨著生育期的推進，除F1、F5、F6、F7 和CK配方下的西瓜葉片氣孔導度Gs呈逐漸上升趨勢外，其余各配方呈先升后降的趨勢，在開花坐果期達到峰值（圖1-C）。在苗期，F4 配方的葉片Gs顯著高于其他配方，F4、F5 配方較CK 顯著增加了18.18%、9.09%，其余各配方與CK 間無顯著差異；在開花坐果期，F2、F4 配方的葉片Gs顯著高于其他配方，較CK 顯著增加了87.88%、93.94%，F2 與F4 配方間差異不顯著，F3、F5 配方顯著高于CK69.70%、15.15%，其余各配方與CK 間無顯著差異；在成熟期，F2、F4 配方的葉片Gs顯著高于其他配方，較CK 顯著增加了26.67%、26.67%，F1、F7 配方的葉片Gs顯著低于CK20.00%、17.78%，其余各配方與CK 間無顯著差異。

隨著生育期的推進，各配方下的西瓜葉片胞間CO2濃度Ci呈現逐漸升高的趨勢，在成熟期達到峰值（圖1-D）。在苗期，F2 配方的葉片Ci顯著高于其他配方，F2、F3 配方較CK 顯著增加了5.87%、2.69%，F1、F6 顯著低于CK2.72%、1.94%，其余各配方與CK 間無顯著差異；在開花坐果期，F2 配方的葉片Ci顯著高于其他配方，F1、F4 配方的葉片Ci顯著低于CK7.79%、8.65%，其余各配方與CK 間無顯著差異；在成熟期，F2、F4 配方的葉片Ci顯著低于CK3.31%、7.60%，F1、F3、F7 配方的葉片Ci顯著高于CK3.79%、3.31%、3.71%，F5、F6 配方與CK 間無顯著差異。

隨著生育期的推進，除F5 和F7 配方外，其余各配方下的西瓜葉片蒸騰速率Tr呈先升后降的趨勢，在開花坐果期達到峰值（圖1-E）。在苗期，F6 配方的葉片Tr顯著低于其他各配方，其余各配方間差異不顯著；在開花坐果期和成熟期，F4 配方的葉片Tr顯著高于其他配方，分別較CK 顯著增加了9.85%和42.62%，成熟期F1、F6、F7 配方與CK 無顯著差異。

隨著生育期的推進，除F5、F6 和F7 配方下的西瓜葉片水分利用效率WUE呈先升后降的趨勢外，其余各配方呈逐漸升高的趨勢，在成熟期達到峰值（圖1-F）。在苗期，F2、F4 配方的葉片WUE顯著高于其他配方，較CK 顯著增加了8.58%、7.73%，F6 配方顯著高于CK2.15%，其余各配方間差異不顯著；在開花坐果期，F5 配方的葉片WUE顯著高于其他配方，較CK 顯著增加了70.25%，F1、F6、F7配方顯著高于CK20.40%、48.16%、48.73%，其余各配方間差異不顯著；在成熟期，F1、F2、F3、F4 和F5 配方的葉片WUE顯著低于CK4.42%、13.45%、11.85%、19.28%和12.65%，F6、F7 和CK 配方間差異不顯著。

2.4 不同基質配方對西瓜果實產量的影響

各配方下的667 m2果實產量為2174.88～4150.22 kg，F4 配方的西瓜果實產量顯著高于其他配方，其果實縱橫徑、單果重和單株產量均達到最大值（表4）。F4 配方的西瓜果實縱橫徑達到最大值，果實縱徑較CK 顯著增加了4.87%，但果實橫徑與CK 間無顯著差異，F5、F7 配方的果實縱徑較CK 顯著減少了4.79%、12.17%，F7 配方的果實橫徑較CK 顯著減少了12.56%，其余配方與CK 間無顯著差異；F4 配方的果實產量較CK 顯著增加了21.23%，F5、F7 配方較CK 顯著減少了12.49%、36.47%，其余配方與CK間無顯著差異。

表4 不同基質配方對西瓜果實產量的影響Table 4 Effect of substrates on watermelon yield

2.5 不同基質配方對西瓜果實品質的影響

各配方下的西瓜果皮厚度在1.41～1.61 cm 區間波動，果實可溶性固性物含量為7.59%～9.74%，其中F1 配方的果皮厚度最厚，可溶性固形物含量中等，F4 配方的果皮厚度較薄，果實可溶性固形物含量最高（表5）。F1 配方的果實果皮厚度顯著高于其他配方，較CK 顯著增加了5.23%，F2 配方的果皮厚度顯著低于CK7.84%，其余各配方之間無顯著差異。F3、F4 配方的果實可溶性固性物含量顯著高于其余各配方處理（除F2 配方外），F3、F4 配方較CK顯著增加了9.32%、12.08%，F5、F7 配方較CK 顯著降低了8.63%、12.66%，其余各配方與CK 無顯著差異。

表5 不同基質配方對西瓜果實品質的影響Table 5 Effect of substrates on quality of watermelons

3 討論

基質在植物栽培過程中起著固定植株根系、輸送水分和養分、促進根系氣體交換等作用，基質諸多作用的發揮與其理化性狀密切相關，直接影響著植株的正常生長[17?18]。復合基質較單一基質而言，可有效調節基質理化性狀，彌補單一基質理化性狀的不足，使植株根系始終處在適宜生長的范圍內，而復合基質的理化性狀取決于復配原料的材質和組成，因此選用何種原料作為基質組分，以及各配方的原料配比是制作優良復合基質的技術關鍵和核心[19]。諸多研究針對基質的適宜理化性狀范圍不盡一致，蒲勝海等[14]研究認為無土栽培基質的適宜容重為0.6～0.8 g·cm?3，總孔隙度為60%～70%，持水能力為55%～75%；李謙盛等[20]研究認為無土栽培基質的適宜pH 值在5.5～7.5，EC值不宜超過2.6 ms·cm?1，容重為0.1～0.8 g·cm?3，總孔隙度在70% ～90%；尚慶茂[21]研究表明適宜蔬菜育苗的基質容重為0.2～0.6 g·cm?3，總孔隙度＞60%，pH 5.5～7.5。本研究在前期預試驗中發現，中藥渣作為栽培基質單一使用時，存在pH、EC值偏高，堿性大、容重小等缺點，故本試驗在基質復配時將中藥渣與菇渣、牛糞混配，適度調節其復合基質的理化性狀指標。混配后除V（中藥渣）∶V（牛糞）∶V（菇渣）=0∶1∶1 配方的通氣孔隙9.90%不符合蔬菜作物栽培的理想基質要求外，其余各配方的容重（0.22～0.30 g·cm?3）、總孔隙度（68.20%～72.31%）、持水孔隙（53.34%～58.29%）、大小孔隙比（0.17～0.36）、pH（6.25～7.30）、EC（＜2.6 ms·cm?1）均在無土栽培基質的適宜范圍內[16]；且隨著中藥渣復配量的增加，基質總孔隙度、通氣孔隙、大小孔隙比、pH 及EC值增大，容重和持水孔隙下降。這說明中藥渣原料疏松，容重較小，添加中藥渣后提高了復合基質的孔隙度，通氣能力提升，更有利于西瓜根系的生長。

栽培基質是否適宜將直接影響根系的生長發育，從而影響對水肥的吸收，最終影響作物的生長和產量品質[22]。本試驗結果表明，F4 配方的植株地上部干重、地上部鮮重、地下部干重、地下部鮮重和主根長分別較對照顯著增加了33.15%，34.29%，35.36%，30.26%和37.33%；在開花坐果期，F4 配方的葉片SPAD 值、Pn、氣孔導度Gs和蒸騰速率Tr較對照顯著增加了12.24%、8.47%、93.94%和9.85%，Ci較對照顯著減少了8.65%。這說明過多或過少的中藥渣復配量雖然改變了復合基質的通氣能力，但也導致了復合基質的持水能力偏低或偏高，本試驗中采用的是早熟小果型西瓜品種，根系入土較淺，分布范圍較小，水分和養分吸收受限，致使西瓜地上、下部長勢較弱，而適當的中藥渣復配量使得西瓜根系生長良好，進而促進了植株地上部生長，植株長勢健壯，光合作用強；另外中藥渣本身pH、EC值偏高，過量的中藥渣會導致復合基質pH、EC值偏高，影響其西瓜植株的生長，這與王濤等[23]的研究結果相類似。從產量品質指標來看，F4 配方的果實產量達最大值，較對照顯著增產21.23%，較F5 配方顯著增產38.53%，F5、F7 配方產量較對照顯著減產12.49%、36.47%，其他配方產量與對照無顯著差異（P＜0.05）；F3、F4 配方的果實可溶性固性物含量較對照顯著增加了9.32%、12.08%，F4 配方的果實可溶性固形物較F5 顯著增加了22.67%，F5、F7 配方較對照顯著降低了8.63%、12.66%，其他各配方間無顯著差異。這說明F4 配方中藥渣復配比例適中，牛糞復配比例最高，養分供應充足，肥效持續時間長，促進了西瓜產量形成；F4 配方的產量品質指標顯著高于F5 配方，這說明相同藥渣占比下，牛糞的高復配量對西瓜的果實產量和品質影響更大，充分發酵腐熟的牛糞本身養分豐富，肥效時間長，更容易被西瓜根系吸收利用，從而促進了西瓜產量和品質的形成；而菇渣作為食用菌采收后的殘渣尾料，其大部分養分已被菌類吸收殆盡，剩余殘渣尾料養分及肥效不及牛糞；F3 和F4 配方的西瓜糖含量最高，表明在菇渣占比相同的條件下，高比例的中藥渣和牛糞改善了西瓜的品質，提高了西瓜果實的糖含量。而相同中藥渣比例的F5 和F7 配方，其果實產量和糖含量均顯著低于對照，這可能是由于菇渣和牛糞所占的比例不一致引起的，在后續的配比篩選試驗中有待進一步研究。

4 結論

本研究認為利用中藥渣復合基質進行設施西瓜栽培是完全可行的，明確了適宜設施西瓜基質栽培中藥渣的復配量為30%，V（中藥渣）∶V（牛糞）∶V（菇渣）=3∶4∶3 為設施西瓜栽培的最佳復合基質配方，通過農業無土栽培生產中中藥渣的基質化利用，不僅節省了生產成本，還可有效解決目前中藥渣大量堆積而導致的農業面源污染問題，實現農業的綠色可持續發展。