礱糠灰不同配比的草炭基質特性及其對甜瓜生長生理及產量的影響

李蒙 李亞瓊 李亮杰 張燕 方婷婷

摘要：為減少草炭的開發和使用，為蔬菜育苗提供性能可靠、取材廣泛的育苗基質，以豫甜羊角蜜甜瓜種子為試驗材料，將礱糠灰和草炭按不同體積比[100 ∶0、75 ∶25、50 ∶50、25 ∶75、0 ∶100（mL ∶mL），下同]混配作為栽培基質，研究混配基質的理化性質及其對甜瓜植株生長的影響。結果表明，與對照CK（純草炭）相比，添加一定量的礱糠灰，混配基質的容重顯著降低，混配基質的總孔隙度、pH值、電導率（EC）得到有效改善，基質中細菌和真菌數量明顯下降;礱糠灰混配基質可以促進甜瓜植株的生長，提高葉片可溶性總糖和可溶性蛋白含量;礱糠灰混配基質可以提高甜瓜植株葉片蔗糖磷酸合成酶（SPS）和蔗糖合酶（SS）活性，降低酸性轉化酶（AI）活性，促進甜瓜植株的生長，提高葉片的葉綠素總含量和凈光合速率（Pn）;此外，礱糠灰混配基質可增加甜瓜的單株產量，同時改善甜瓜的品質。尤其以T2（礱糠灰 ∶草炭=75 ∶25）處理效果最好，甜瓜植株生長指標、葉綠素總含量、葉片中可溶性總糖、可溶性蛋白含量及單株產量均優于對照。綜上可知，礱糠灰混配基質可部分替代草炭用于甜瓜栽培，其中以礱糠灰 ∶草炭=75 ∶25時作為甜瓜栽培混配基質配方最為適宜。

關鍵詞：礱糠灰;草炭;基質特性;甜瓜;植株生長;生理特性;產量

中圖分類號： S652.04文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2022）04-0084-08

收稿日期：2021-06-09

基金項目：信陽農林學院青年教師科研基金（編號：2019LG006）;河南省科技攻關項目（編號：172102110263）;信陽農林學院專業綜合改革試點建設項目（編號：ZYZHGG201803）;河南省新農科研究與改革實踐項目（編號：2020JGLX147）。

作者簡介：李 蒙（1989—），男，河南信陽人，碩士，講師，從事設施園藝與無土栽培研究。 E-mail：limengnlfd@163.com。

通信作者：張 燕，碩士，副教授，從事園藝植物無土栽培與植物組織培養技術研究。E-mail：tanya_2001@126.com。

隨著設施農業的發展，無土栽培基質的需求量日益增大，以草炭為主的傳統基質富含有機質，保水性能優良，是無毒無公害的綠色物質，因此被公認為最理想的育苗基質[1-2]。胡廣宇采用草炭混合基質培育出的上海青植株健壯，葉片肉質肥厚[3]。郭霞等將草炭、蛭石、珍珠巖和椰糠等8種不同基質進行混配，發現以草炭為主的混配基質最適宜牡丹生長[4]。張毅等研究發現，以草炭為主的辣椒穴盤育苗混配基質對養分的代換、吸附能力較強[5]。黃松杉等的研究表明，將菇渣與草炭混配用于三葉草育苗，可改善育苗基質特性，提高混配基質有機質和全磷含量，有利于培育壯苗[6]。但是，草炭是不可再生資源，再生周期長，因此開發和利用價格低廉、來源廣泛、便于規模化生產的新型基質是十分迫切的任務[7]。

礱糠灰是稻殼炭化而成的灰，pH值呈弱堿性，透水、通氣性能好，并含有豐富的鉀元素，有利于作物生根成活[8]。傅鴻妃的研究表明，在育苗土中加入礱糠灰進行育苗時，可有效縮短出苗時間[9]。李蒙等采用礱糠灰混合基質培育出的黃瓜、番茄植株葉綠素含量高，植株生長健壯[10-11]。李娜等將礱糠灰加入五星花的育苗基質中，發現礱糠灰可調節栽培基質的pH值，防止五星花葉片發黃[12]。張燕等的研究表明，當育苗基質中礱糠灰占比為60%時，辣椒植株的各項生長指標均較好[13]。

甜瓜（Cucumis melo L.）是葫蘆科黃瓜屬1年生蔓性草本植物，作為盛夏的重要水果，具備栽培周期較短、低投高產等優點，是一種高效經濟的瓜果作物[14-15]。前人已經對綠葉類蔬菜、茄果類蔬菜等園藝作物專用育苗基質進行了深入研究，而有關甜瓜專用育苗基質的研究較少，利用礱糠灰、草炭混配作為育苗基質，探討其在甜瓜育苗上的應用鮮有報道。

本試驗將礱糠灰和草炭按照不同比例進行混配，研究混配基質的理化性狀及其對甜瓜植株生長、葉片葉綠素含量、碳水化合物含量、碳代謝酶活性及甜瓜產量的影響，以期篩選出甜瓜栽培的最佳礱糠灰復配基質配比，同時為礱糠灰的進一步合理利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

甜瓜品種為豫甜羊角蜜，購自河南豫藝種業科技發展有限公司;試驗基質礱糠灰和草炭均購自信陽市上天梯恒源礦業有限公司。

1.2 試驗方案

本試驗于2020年7—12月在信陽農林學院智慧園藝試驗基地進行。將礱糠灰和草炭按不同比例進行混配，以純草炭為對照，共設5個處理，具體配比詳見表1。選取飽滿、發芽整齊一致的甜瓜種子播種于50孔穴盤內，1粒/穴，播種后每天上午根據幼苗水分流失情況澆灌適量清水并注意防止植株徒長。在幼苗5葉1心時挑選長勢較好且一致的植株移栽于裝好混配基質的栽培桶中，定植1株/桶，每個處理1行，每行放置10個栽培桶。定植成活后，澆1/2Hoagland營養液 200～500 mL/（株·d）;開花結果期，需澆Hoagland 營養液1.0～2.5 L/（株·d）。植株調整、病蟲害防治等按有機栽培管理標準進行。

1.3 試驗方法

1.3.1 基質理化性狀

栽培前、后分別取樣并風干基質，測量基質的容重、孔隙度，并參照張雪艷等的方法[16]測定pH值和電導率（EC），每個處理重復3次。

1.3.2 基質微生物計數

采用稀釋平板法進行基質微生物計數[17]。在取樣測定植物生長指標時，收集根系基質，存放于無菌管中。每組取10 g樣品和90 mL無菌水于三角瓶中搖勻備用;細菌計數分別采用10-4、10-5、10-6 共3個稀釋梯度的菌懸液，真菌和放線菌計數分別采用10-3、10-4、10-5共3個稀釋梯度的菌懸液。分別用牛肉膏蛋白胨培養基和瓊脂培養基進行培養，用平板計數法計數，每個稀釋度各設3次重復。

1.3.3 生長指標

盛花期甜瓜植株隨機選10株，用游標卡尺測量植株莖粗，用直尺測量株高，用排水法測根體積。取甜瓜生長點下第3張葉，用臺式掃描儀（EPSON EXPERSSION 1680）將它的圖像掃描存入計算機，然后用圖像分析軟件WinRHIZO（加拿大Regent Instruments公司）分析總葉面積，用剪刀將地上部與地下部分開，采用烘干法測量植株干質量，根據公式計算出壯苗指數，TTC法測定根系活力。

1.3.4 葉綠素含量

選取盛花期甜瓜各處理生長點下第3張葉，采用乙醇丙酮混合液浸提法測定葉綠素含量[18]。取0.2 g新鮮葉片放入20 mL混合提取液（V丙酮 ∶V無水乙醇=1 ∶1）中，置于黑暗條件下，葉片完全變白為止，將浸提的試劑作為對照，測其吸光度，選擇波長470、646、663 nm比色，最終計算出葉綠素含量。

1.3.5 光合參數

甜瓜盛花期選取從生長點下第3張完全展開功能葉，于晴天09：00—11：00間采用便攜式光合測定系統（Li-6400，美國）進行光合參數的測定。測定甜瓜葉片的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）和胞間CO2濃度（Ci）等[19]。

1.3.6 可溶性蛋白和硝酸鹽含量

選取盛花期甜瓜植株生長點下第3張葉，采用考馬斯亮藍法測定葉片可溶性蛋白含量[20];采用蒸餾水浸提-紫外分光光度法測定葉片硝酸鹽含量[21]。

1.3.7 碳水化合物含量及碳代謝酶活性

選取盛花期甜瓜植株生長點下第3張葉，采用蒽酮-H2SO4比色法測定可溶性糖、蔗糖和淀粉含量[22];采用汪順義等的方法[23]測定蔗糖合成酶（SS）和蔗糖磷酸合成酶（SPS）的活性;采用劉玉鳳等的方法[24]測定酸性轉化酶（AI）活性。

1.3.8 產量相關測定

甜瓜果實成熟后，統計各處理甜瓜數量并稱質量，最后計算單果質量和總產量。用游標卡尺測定果實縱徑與橫徑，計算果形指數[25]。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2010和IBM SPSS 20.0對數據進行處理分析。

2 結果與分析

2.1 栽培前后基質的理化性質

由表2可知，栽培前基質的容重為0.18～0.33 g/cm3，隨著礱糠灰含量的增加，各處理基質容重呈現遞減趨勢，其中CK的容重最大（0.33 g/cm3），T1處理的容重最小（0.18 g/cm3）;各處理總孔隙度在61%～72%之間，T1處理的總孔隙度最大（61%），顯著高于CK（P<0.05）;各處理基質的pH值介于5.80～7.21之間，礱糠灰含量較多的混配基質pH值較大;T1處理電導率最大（0.49 mS/cm），顯著高于CK。

栽培后基質的容重在0.16～0.29 g/cm3之間，其中T4處理的容重最大，與CK相比提高了3.6%;T1處理的總孔隙度、通氣孔隙最大，與CK相比分別顯著提高17.2%、48.3%;T1處理的pH值最大（7.03），CK的pH值最?。?.51）;T2處理的電導率最大，相比于CK提高了32.3%。綜上，栽培前后基質的持水孔隙、通氣孔隙、總孔隙度產生了一定的變化，可能是栽培過程中的淋洗作用及植株對養分的吸收作用造成的。

2.2 礱糠灰配比的草炭基質對土壤中微生物數量的影響

從表3可以看出，栽培后基質純草炭（CK）處理的細菌數量最多，是其他處理的6～36倍，礱糠灰含量較高的T1和T2處理的細菌數量顯著低于礱糠灰含量較低的T4處理;CK的真菌和放線菌數量最多，T1處理最少;從微生物總量來看，CK最高，T4處理次之，T1處理最低，T2處理和T3處理無顯著差異。可見，基質微生物數量的變化與礱糠灰含量有明顯對應關系。綜上，添加一定量的礱糠灰，細菌和真菌數量下降趨勢明顯，基質微生物總量明顯減少。

2.3 礱糠灰配比的草炭基質對甜瓜幼苗生長的影響

從表4可以看出，不同礱糠灰配比的草炭基質對甜瓜植株生長的影響存在一定差異。T2處理的株高和莖粗顯著高于CK 8.2%、10.8%;T2和T3處理的單株鮮質量差異不顯著，與CK相比分別提高13.0%、11.6%;基質的理化性質可直接影響作物的根系生長。各處理間甜瓜植株的根長和葉面積存在一定差異，T2處理的根長和葉面積最大且顯著大于CK，與CK相比分別提高13.1%、22.4%。添加一定量的礱糠灰，對甜瓜植株的株高、莖粗、單株干鮮質量有一定的促進作用，T2 處理甜瓜植株葉片較大，根系生長健壯，干物質的積累量較多，養分的吸收與運輸能力較好，植株生長狀況最佳。

2.4 礱糠灰配比的草炭基質對甜瓜葉片葉綠素含量的影響

從表5可以看出，5個處理的甜瓜植株葉片中葉綠素含量明顯不同。T2處理葉片的葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總含量分別為18.64、5.63、28.65 mg/g，均顯著高于CK，與CK相比分別提高39.0%、38.0%、29.6%;T3處理的類胡蘿卜素含量最大（6.58 mg/g），CK最?。?.12 mg/g）。綜上，添加一定量的礱糠灰，可以提高甜瓜植株葉片葉綠素含量。其中，T2處理的甜瓜植株葉片的葉綠素含量最高，積累有機物最多，植株生長健壯。

2.5 礱糠灰配比的草炭基質對甜瓜光合參數的影響

由圖1可知，T1處理甜瓜葉片的Pn、Gs和Tr分別為15.48 μmol/（m2·s）、0.088 mol/（m2·s）和 3.74 μmol/（m2·s），與CK相比均無顯著差異;T2和T3處理的Pn顯著高于其他處理;T1、T4處理和CK甜瓜葉片的胞間CO2濃度顯著高于T2、T3處理，但3個處理間差異不顯著;T2、T3、T4處理甜瓜葉片的氣孔導度顯著高于T1處理和CK，且T3和T4處理間差異不顯著。由此可見，與其他處理相比，T2處理甜瓜葉片的Pn、Gs和Tr均有不同程度的提高，說明添加一定量的礱糠灰能在一定程度上提高葉片的光合效率。

2.6 礱糠灰配比的草炭基質對甜瓜壯苗指數和根系活力的影響

由圖2可知，T1和T4處理的壯苗指數無顯著差異，相比CK分別顯著提高63.4%、78.0%;T2處理的壯苗指數最大，CK最小。T3和T4處理間根系活力無顯著差異，與CK相比分別提高56.5%、21.7%，T2處理的根系活力最大，CK最小。綜上，在育苗基質中添加一定量的礱糠灰，能提高甜瓜植株的壯苗指數和根系活力，其T2處理壯苗指數和根系活力最高，表明甜瓜植株根系活力較好，便于水肥吸收，植株生長健壯。

2.7 礱糠灰配比的草炭基質對甜瓜葉片可溶性蛋白和硝酸鹽含量的影響

由圖3可知，T2處理甜瓜植株葉片中可溶性蛋白含量最高，與CK相比顯著提高18.6%。T1、T3和T4處理的可溶性蛋白含量無顯著差異;各處理間甜瓜植株葉片硝酸鹽含量無顯著差異。綜上，添加一定量的礱糠灰可提高甜瓜植株葉片中的可溶性蛋白含量，T2處理甜瓜植株葉片中可溶性蛋白含量最高，有利于甜瓜植株生長發育。

2.8 礱糠灰配比的草炭基質對甜瓜葉片碳水化合物代謝的影響

從表6可以看出，T2處理的淀粉含量最大（1.35 mg/g），與T2處理相比，CK和T1處理淀粉含量分別顯著降低31.1%、30.4%;T2處理的可溶性總糖含量最大，顯著高于CK29.7%;T2處理的蔗糖含量最大，相比最小的CK提高了45.5%;T2處理的蔗糖磷酸合成酶、蔗糖合成酶活性顯著高于CK23.8%、31.7%;CK酸性轉化酶活性顯著高于其他處理，T2、T3和T4處理間酸性轉化酶活性差異不顯著。SPS和SS是催化合成蔗糖的物質，活性越高，越有利于植株的生長發育。綜上可知，T2處理的SPS和SS活性顯著高于CK，淀粉、可溶性總糖和蔗糖的含量均最大，可為甜瓜植株提供充足的能量，利于植株生長。

2.9 礱糠灰配比的草炭基質對甜瓜產量的影響

從表7可以看出﹐不同礱糠灰基質配方對甜瓜產量及產量構成因素影響程度不一。T1、T2、T3和T4處理的單果質量均高于CK，且較CK分別提高3.9%、35.3%、23.5%和13.7%，T2處理的單果質量顯著高于其他處理。不同處理的果形指數無顯著差異。T1、T2、T3和T4處理的單株產量均高于CK，且較CK分別增產1.9%、19.4%、16.1%和6.5%。T1處理、CK甜瓜的單株產量差異不顯著，但均顯著低于T2、T3、T4處理，而T2處理的甜瓜產量又顯著高于T3、T4處理。表明添加一定量的礱糠灰能顯著提高甜瓜單果質量和單株產量，且甜瓜單果質量與和單株產量呈現顯著的線性正相關關系;但由于所有處理間的果形指數均無顯著差異，說明單果質量直接決定了產量。

2.10 甜瓜植株生長指標與基質特性指標的關聯性分析

從表8可以看出，甜瓜植株的生長指標與基質特性存在不同程度的相關性，其中甜瓜植株的莖粗、地上干質量、根干質量和葉綠素總含量受基質理化性質影響較大。莖粗與容重呈極顯著負相關，與總孔隙度呈極顯著正相關，表明基質容重越大，基質總孔隙度越小，越不利于植株莖粗的增大。地上干質量、根干質量和葉綠素總含量與EC呈顯著或極顯著正相關關系，EC越大，基質中所含的營養物質越多，利于有機物的積累，從而增加植株地上干質量、根干質量和葉綠素總含量。葉綠素總含量與細菌和真菌數量呈顯著負相關關系，酸性轉化酶活性與各項基質特性均呈負相關關系。其他各項生長指標與基質特性無顯著相關性。綜上，甜瓜植株的生長指標受基質EC、容重、總孔隙度、細菌數量和真菌數量的影響較大。

3 討論

栽培基質能夠起到協調水分、養分，固定植株根系的作用，是植株生長的介質[17]。基質的通氣性能主要由通氣孔隙和總孔隙度決定，但也與基質的容重相關[26]。前人研究認為，理想基質的總孔隙度應為54%～96%，基質容重為0.1～0.8 g/cm3?；|的總孔隙度大、通透性好、質地疏松有利于植株根系生長，但固定作用差，孔隙度過大又不利于保水保肥[27]。張秀麗提出，栽培基質pH值應在 6.0～7.5之間為宜[28];Garcia-Gomez等提出，EC在0.75～3.49 mS/cm之間最佳[29]。本試驗添加一定量的礱糠灰，混配基質的容重有一定的降低，混配基質的總孔隙度、pH值、EC得到有效改善，T2處理甜瓜植株生長健壯、光合作用較強與栽培基質具有較為合理的理化性質有關。

土壤微生物是土壤有機質和土壤養分轉化和循環的動力，主要功能是分解土壤中的有機化合物，促進土壤中腐殖質的合成，促進土壤中各種物質的循環，有利于土壤肥力的提高[30]。礱糠灰中所含微生物較少，不能作為單獨的育苗基質，可與部分其他微生物較多的基質混配使用，更有利于作物的生長發育。在本試驗中，添加一定量的礱糠灰后，混配基質的細菌、放線菌和真菌數量有所減少，土壤微生物總量趨于合理，基質特性有所改善。

株高、莖粗是判斷植株長勢的重要指標，尤其是莖粗在一定程度上能反映植株的健壯程度[31]，壯苗指數是反映植株質量狀況的重要參數指標。植株對礦質元素和光合產物積累量的綜合衡量指標是全株干質量，體現了植株的生理生化代謝水平和生長速度[32]。植株地上部分的營養狀況和生長狀況受根系活力的直接影響[33]。在不同混配基質中，甜瓜植株壯苗指數和根系活力差異顯著，也是基質質量差異的體現。在本試驗中，添加一定量的礱糠灰，可提高甜瓜植株的株高、莖粗、干鮮質量、根體積、葉面積、壯苗指數和根系活力，T2處理的各生長指標最優，表明T2處理甜瓜植株根系活力最強，同化物積累最多，植株生長健壯。

葉綠素是光合作用中吸收、傳遞和轉換光能的載體，植物的光合進程會受到葉綠素含量的影響，甜瓜植株的葉面積也能影響植株的光合作用，葉綠素含量又能影響植株干物質的積累[34]。在本試驗中，添加一定量的礱糠灰可以提高甜瓜植株葉片中的葉綠素含量，T2處理甜瓜植株葉片葉綠素含量最高，表明植株光合能力最強，利于積累有機物，植株生長健壯。

光照度對植物光合作用有明顯的影響，光照較弱會引起植物凈光合速率下降。氣孔限制和非氣孔限制因素等是導致光合作用下降的主要因素。光合作用是構成植物生產力的最主要因素。在本試驗中，CK的Ci相比T2、T3、T4處理出現了一定程度的升高，這可能是由于其他幾個處理甜瓜葉片的氣孔導度增大，CO2的進入量增加。與其他處理相比，T2處理甜瓜葉片的Pn、Gs和Tr均有不同程度的提高。說明添加一定量的礱糠灰能在一定程度上提高葉片的光合效率，光合作用更強。

蛋白作為生命活動的承擔者，對植物生長發育極其重要，可溶性蛋白含量與細胞膜密切相關，是維持植物正常生命活動的物質基礎[35]。碳水化合物的存在，為植物的生長發育提供了能量，可溶性糖作為植物體內的能源物質，其含量直接影響植株的生長狀況。綜上，添加一定量的礱糠灰有利于提高可溶性蛋白和可溶性糖含量，T2處理的可溶性蛋白和可溶性糖含量最高，表明T2處理甜瓜植株的抗性較強，生長較好。

基質內各種酶活性可作為衡量基質質量變化的敏感指標，也可用來表達基質綜合肥力以及養分的轉化能力[36]。蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶是植物體內催化合成蔗糖的重要酶，蔗糖含量與蔗糖磷酸合成酶活性呈正相關，與酸性轉化酶活性呈負相關。植株體內酸性物質積累量越大，證明酸性轉化酶的活性越強，葉片內酸性物質轉化速度較快。在本試驗中，T2處理植株葉片中的蔗糖合成酶活性和蔗糖磷酸合成酶活性顯著高于CK;T2處理酸性轉化酶活性較低，而蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性最高，因此甜瓜植株生長狀況與其他處理相比生長較好。

果形指數也叫縱橫比，即果實縱徑與橫徑的比值。在本試驗條件下，所有處理甜瓜的果形指數雖有差異，但并未達到顯著性水平，說明不同處理對甜瓜果形指數無顯著影響。各處理的單果質量、單株產量均高于CK，表明添加一定量的礱糠灰能提高甜瓜單果質量和單株產量，且甜瓜單果質量與單株產量呈現顯著線性正相關關系，且又因所有處理間的果形指數均無顯著性差異，說明單果質量直接決定單株產量。

4 結論

綜上，礱糠灰對改善草炭基質的特性具有一定作用，可以部分代替草炭在栽培基質中的應用，但添加量也不宜過高。在栽培過程中，當礱糠灰 ∶草炭=75 ∶25（體積比）時，甜瓜植株的株高、莖粗、壯苗指數和葉綠素總含量等生長指標明顯優于其他處理，甜瓜植株葉片可溶性糖、可溶性蛋白含量和產量均優于其他各處理，這表明添加適量礱糠灰有利于提高栽培效果、節約基質成本。因此，T2處理可作為甜瓜栽培的最佳基質配比，進行推廣使用。

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