不同配比基質(zhì)對辣椒生長及生理代謝的影響

鄒悅，王曉巍,2，頡建明，王文麗

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所，甘肅 蘭州 730070；3.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所，甘肅 蘭州 730070)

辣椒(Capsicumannuum)屬茄科辣椒屬，為一年生或有限多年生草本植物，富含維生素、礦物質(zhì)和類胡蘿卜素等多種人體所需的營養(yǎng)物質(zhì)，是無土栽培種植面積最廣的蔬菜之一[1].無土栽培具有節(jié)約水資源、避免土傳病蟲害及生產(chǎn)過程可控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在全球設(shè)施農(nóng)業(yè)中廣泛應(yīng)用[2].隨著我國無土栽培產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，栽培基質(zhì)成為研究的熱點(diǎn)問題之一，栽培基質(zhì)質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到作物的生長和發(fā)育[3].

草炭是國內(nèi)外公認(rèn)的無土栽培優(yōu)良基質(zhì)原料，但由于其短期不可再生，長期過度開采必然會造成資源短缺和生態(tài)環(huán)境破壞，這嚴(yán)重制約了無土栽培產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[4].因此，近年來各省農(nóng)業(yè)科研工作者立足本地資源，尋求開發(fā)經(jīng)濟(jì)有效、來源廣泛且可再生的新型栽培基質(zhì)材料來滿足基質(zhì)栽培的需要[5].有大量研究報(bào)道證明，經(jīng)發(fā)酵腐熟后的農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物(作物秸稈、畜禽糞便、菇渣等)可以代替或部分替代草炭，作為新型栽培基質(zhì)，并已取得不錯(cuò)的效果[6-7].甘南藏族自治州是甘肅省的主要畜牧業(yè)基地，在畜牧業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，伴隨著大量牛羊糞的產(chǎn)生，但其綜合利用率很低[8]，這些牧業(yè)有機(jī)廢棄物若未被資源化利用，任其堆積，會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和有機(jī)資源浪費(fèi).將畜禽糞便基質(zhì)化是目前畜牧業(yè)生產(chǎn)中廢棄物資源化利用的主要方式之一[9-10].基質(zhì)化可以將畜禽糞便中的有效養(yǎng)分再次利用，不僅實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)廢棄物的高效循環(huán)，還減輕了其對生態(tài)環(huán)境的壓力，保證了畜牧業(yè)的健康綠色可循環(huán)發(fā)展.因此，開發(fā)利用甘南藏族自治州牧區(qū)低成本綠色環(huán)保型基質(zhì)，對無土栽培產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和農(nóng)業(yè)廢棄物的有效利用具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義.

羊糞因其糞質(zhì)較細(xì)，發(fā)酵速度快，有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀養(yǎng)分含量高等優(yōu)點(diǎn)，是生產(chǎn)上常見的一種傳統(tǒng)弱堿性農(nóng)家肥[11-12]，通常將羊糞經(jīng)過堆肥發(fā)酵滅菌處理后作為有機(jī)肥施入到土壤中[13-14].但將羊糞基質(zhì)化利用進(jìn)行茄果類蔬菜栽培的研究相對較少.因此，本試驗(yàn)以辣椒為試材，以草原羊糞和草炭為基質(zhì)原料，按不同體積比復(fù)配后，分析不同復(fù)配基質(zhì)的理化性質(zhì)及其對辣椒生長的影響，并運(yùn)用主成分分析法綜合篩選出最佳的基質(zhì)配方，為辣椒新型栽培基質(zhì)和高原牧區(qū)畜禽糞污循環(huán)利用提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試?yán)苯菲贩N為隴椒3號，購于甘肅民圣農(nóng)業(yè)科技有限責(zé)任公司.

羊糞取自甘南藏族自治州夏河縣甘加草原，經(jīng)高溫發(fā)酵腐熟后過4 mm篩備用.

商品基質(zhì)(壽光市土博士育苗基質(zhì)廠生產(chǎn))與草炭均購于蘭州農(nóng)意農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料有限公司.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)12個(gè)處理，以商品基質(zhì)作為對照(CK)，基質(zhì)配比及處理編號見表1.每處理21盆，每盆2株，3次重復(fù).辣椒定植前測定復(fù)配基質(zhì)及對照的理化性質(zhì)、養(yǎng)分含量.各處理基質(zhì)的理化性質(zhì)見表2～3.

試驗(yàn)于2019年8～10月在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所玻璃溫室內(nèi)進(jìn)行.選取大小一致、飽滿健康的辣椒種子，溫湯浸種催芽后進(jìn)行播種，育苗期間采取常規(guī)的管理方法，待幼苗長至5片真葉時(shí)移栽.采用盆栽方法，盆栽容器為上徑13 cm、底徑8 cm、高度9.5 cm的白色塑料盆，基質(zhì)裝盆高度7.5 cm，為防止水分及養(yǎng)分的流失，要將花盆托盤放置在花盆底部，選取具有5片真葉、長勢基本一致的健康辣椒苗定植于盆中，每盆定量澆水.整個(gè)試驗(yàn)過程中只澆清水，其他操作同溫室常規(guī)管理.

表1 供試基質(zhì)配方(體積比)

表2 不同配方基質(zhì)的物理性質(zhì)

表3 不同配方基質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 基質(zhì)理化性質(zhì)測定 基質(zhì)體積質(zhì)量、總孔隙度、通氣孔隙度、持水孔隙度、氣水比、pH值和EC值的測定參照NY/T2018-2012標(biāo)準(zhǔn).

基質(zhì)中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀的測定參照NY 525-2012有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn).

1.3.2 辣椒植株生長與生理指標(biāo)的測定 定植40 d后開始測量辣椒生長和生理指標(biāo).

株高用直尺測量莖基部到生長點(diǎn)的長度(cm).

莖粗采用電子游標(biāo)卡尺測量辣椒子葉下端莖基部直徑.

葉面積(cm2)采取最大功能葉長×葉寬的方法計(jì)算，從葉尖沿葉脈至葉柄起點(diǎn)的距離為葉片長度，葉片最寬距離為葉片寬度.植株干質(zhì)量用電子天平測定：將辣椒植株清洗干凈，吸干表面水分，分別將地上部及地下部植株鮮樣置于烘箱內(nèi)105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱量干質(zhì)量，并計(jì)算全株干質(zhì)量[15].

根冠比和壯苗指數(shù)[16]的計(jì)算方法為：

根冠比=地下干質(zhì)量/地上干質(zhì)量

壯苗指數(shù)=(莖粗/株高+地下干質(zhì)量/地上干質(zhì)量)×全株干質(zhì)量

葉綠素相對含量采用SPAD-502 Plus型便攜式葉綠素儀測定，參照戴小紅等[17]的測定方法；

根系活力采用TTC法測定[18].

1.3.3 辣椒根際土壤樣品的采集及根際微生物數(shù)量的測定 根際基質(zhì)樣品采集方法[19]：將辣椒根系從盆中完整倒出，放置在干凈牛皮紙上，抖落與根系松散結(jié)合的基質(zhì)，然后用刷子將與根系緊密結(jié)合的基質(zhì)輕輕刷下來作為根際基質(zhì)，快速裝入無菌密封袋后置于4 ℃冰箱中保存.每個(gè)處理重復(fù)3次，整個(gè)采樣過程戴無菌手套進(jìn)行.

辣椒植株根際微生物數(shù)量測定參照文獻(xiàn)[20].

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

主成分分析法[21]計(jì)算公式：

綜合得分(F)=λ1F1+λ2F2+，…，λnFn

式中：λ表示對應(yīng)主成分的貢獻(xiàn)率；Fn表示單個(gè)主成分得分值.綜合得分越高，表明基質(zhì)配方越良好.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同配方基質(zhì)對辣椒生長指標(biāo)的影響

由表4顯示，M7、M8和M9處理的辣椒植株株高、莖粗及葉面積生長指標(biāo)較好，均優(yōu)于CK；M1、M2和M11處理的辣椒株高、莖粗及葉面積顯著低于CK；M7處理的地上部干質(zhì)量和地下部干質(zhì)量均最高，與CK相比，分別提高了4.73%、12.24%；各處理的根冠比與CK相比無顯著性差異，其中M10處理的根冠比最高，其次是M7處理，M1處理和M2處理的根冠比最低；M7處理的壯苗指數(shù)最高，顯著高于CK及其他處理，較CK提高了14.61%，說明使用M7處理的基質(zhì)配方栽培時(shí)，辣椒植株栽培效果較好.

表4 不同配方基質(zhì)對辣椒生長的影響

2.2 不同配方基質(zhì)對辣椒生理指標(biāo)的影響

由圖1-A可看出，CK和 M7的葉綠素相對含量最高，M11處理的葉綠素相對含量顯著低于CK及其他處理，較CK低25.17%，說明單一的草炭基質(zhì)并不能滿足辣椒生長的需求.

根系活力可以較好地反映出植株生長情況.由圖1-B可知，M7處理的根系活力顯著高于其他各處理，為371.07 mg/(g·h)，比CK高出5.28%，M8、M9處理的根系活力與CK相比無顯著性差異；M1和M2處理的根系活力最低，較CK相比顯著降低了77.21%、75.57%.

圖注上不同字母表示在0.05水平差異顯著.Different lowercase letter mean significant different(P<0.05).圖1 不同配方基質(zhì)處理對辣椒葉綠素相對含量(SPAD)和根系活力的影響Figure 1 Effect of different nursery media on chlorophyll SPAD value and root activity of pepper seeding

2.3 不同配方基質(zhì)對辣椒根際基質(zhì)微生物數(shù)量的影響

由表5可知，所有復(fù)配基質(zhì)中，細(xì)菌數(shù)量以M7處理最高，顯著高于CK及其他各處理，與CK相比增加10.08%，M8、M9處理與CK差異不顯著；M7、M8和M9處理的放線菌數(shù)量與CK差異不顯著；真菌數(shù)量以M9處理的最高，其次是M10處理，較CK相比，分別增加了60.43%、39.04%；微生物總量以M7處理最高，較對照高出9.73%；M1處理的放線菌數(shù)量、真菌數(shù)量和總菌數(shù)均顯著低于CK與其他各處理，較CK減少了44.83%、23.53%、58.82%.

2.4 不同配方基質(zhì)的綜合評價(jià)

對不同配方基質(zhì)處理中辣椒株高、莖粗、葉面積、地上干質(zhì)量、地下干質(zhì)量、根冠比、壯苗指數(shù)、葉綠素相對含量、根系活力、微生物數(shù)量等13個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析.一般情況下，選取特征值大于1且

表5 不同配方基質(zhì)對辣椒根際基質(zhì)中微生物數(shù)量的影響

累計(jì)方差貢獻(xiàn)率大于85%作為主成分選取的標(biāo)準(zhǔn)[22].本試驗(yàn)根據(jù)SPSS軟件的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，選取前兩個(gè)作為主成分因子，分別為F1和F2(表6)，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到91.826%>85%，說明能較好地反映原始數(shù)據(jù)的信息，其中F1可以解釋77.177%的數(shù)據(jù)變量，F(xiàn)2可以解釋14.650%的數(shù)據(jù)變量.

將提取出的兩個(gè)主成分的得分值帶入綜合評價(jià)函數(shù)公式(F=F1×77.177%+F2×14.650%)，計(jì)算出每個(gè)處理中兩個(gè)主成分的綜合得分，并依據(jù)綜合得分值大小對其進(jìn)行排序，結(jié)果見表7.由表7可知，M7的綜合得分為3.773，高于CK及其他各處理，與辣椒生長的生長情況和2項(xiàng)生理指標(biāo)的表現(xiàn)一致，據(jù)此可知，M7配方是本試驗(yàn)條件下篩選出的最佳基質(zhì)配方.

表6 主成分列表及方差貢獻(xiàn)率

表7 綜合主成分值

3 討論

近年來，設(shè)施農(nóng)業(yè)中有關(guān)全部替代或部分代替草炭基質(zhì)配方的報(bào)道較多.羊糞是常見的弱堿性熱性肥料，生產(chǎn)上通常被用作有機(jī)肥料，然而將羊糞作為栽培基質(zhì)材料的報(bào)道相對較少.于慶文等[25]發(fā)現(xiàn)以雙孢菇渣∶羊糞∶爐渣∶細(xì)河沙=15∶6∶8∶6比例混合作為基質(zhì)，栽培的辣椒生長最好.本試驗(yàn)中，M1～M9處理的有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量均優(yōu)于CK，表明這些處理配方養(yǎng)分含量豐富，能夠滿足辣椒生長所需，M7處理的pH、EC值均在作物生長的安全范圍內(nèi)(pH 6.0～7.5；EC1～4 ms/cm)[24-25].根系是植物重要的組成器官，不僅能夠支撐固定植株，還可吸收利用土壤中的水分和養(yǎng)分供給植物生長所需.根系活力通常作為評判根生長狀況的重要生理特征指標(biāo)，根系越發(fā)達(dá)，根系活力越強(qiáng)，植株對養(yǎng)分和水分的吸收越好，相應(yīng)的植株長勢就越好[26]，根系活力的強(qiáng)弱直接影響作物地上部的生長發(fā)育、品質(zhì)和產(chǎn)量.本試驗(yàn)中，M7處理的根系活力最大，表明M7配方辣椒植株吸收水分及養(yǎng)分的能力強(qiáng)，其株高、莖粗、葉面積也相應(yīng)較大，干物質(zhì)量也最大.葉片是植物進(jìn)行光合作用的重要場所，葉面積越大越有利于植物進(jìn)行光合作用、呼吸作用及蒸騰作用等.本試驗(yàn)條件下，CK、M7和M8處理的辣椒葉面積較大，相應(yīng)的葉綠素相對含量也較高，表明其的光合作用較強(qiáng)，生長勢良好.

基質(zhì)微生物是基質(zhì)的重要組成部分，基質(zhì)微生物的種類和數(shù)量對作物生長發(fā)育有很重要的作用，不僅參與植物的生長代謝過程，而且參與基質(zhì)中各種物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程，能夠維持基質(zhì)性狀的穩(wěn)定[27].良好的栽培基質(zhì)應(yīng)能為作物生長提供良好的根際微生物環(huán)境，栽培基質(zhì)原料與配比的不同不僅會影響基質(zhì)理化性狀，也會影響基質(zhì)微生物的數(shù)量、種類及酶活性.根際因受其作物根系活動的影響，根際微域的理化性質(zhì)方面區(qū)別于土壤主體，根際土壤微生物通過自身活動來促進(jìn)植物對養(yǎng)分的吸收與利用，進(jìn)而影響植物的生長[28].程立巧等[29]研究認(rèn)為，根際細(xì)菌和放線菌數(shù)量多的基質(zhì)配方處理，有利于番茄的生長，根際微環(huán)境中的養(yǎng)分釋放量高于其他配比基質(zhì).孟煥文等[30]在有機(jī)基質(zhì)栽培番茄試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，栽培基質(zhì)中的微生物數(shù)量以細(xì)菌最多，放線菌次之，真菌最少，細(xì)菌數(shù)量會一定程度上影響番茄產(chǎn)量.本試驗(yàn)中，M7處理的細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)及微生物總量均高于對照，該處理下辣椒長勢也較其他處理好，說明羊糞和草炭復(fù)配基質(zhì)能夠?yàn)槔苯飞L提供良好的根際微生物環(huán)境.

4 結(jié)論

M7(羊糞∶草炭體積比=4∶6)配方的基質(zhì)理化性質(zhì)適宜，該配方下辣椒株高、葉面積、干物質(zhì)量、根冠比、壯苗指數(shù)、微生物總數(shù)量均最高，主成分綜合得分最高，為3.773.因此，M7配方的栽培基質(zhì)可以替代商品基質(zhì)進(jìn)行辣椒栽培.使用經(jīng)過發(fā)酵腐熟的甘南草原羊糞作為蔬菜栽培基質(zhì)的主原料，符合綠色農(nóng)業(yè)可持續(xù)循環(huán)發(fā)展的要求，具有廣闊的應(yīng)用前景.