新型無土栽培基質配比對4種葉菜類蔬菜生長發育和產量的影響——以煤矸石、油菜秸稈等組成的栽培基質為例

童貫和，張科貴，劉天驕，羅 勛

（淮南師范學院生命科學系，安徽淮南232001）

基質栽培是目前蔬菜無土栽培的主要形式，占蔬菜無土栽培的90%以上[1]。基質栽培又分為有機基質栽培、無機基質栽培和混合基質栽培。其中的混合基質即有機生態型無土栽培基質是由有機、無機原料混合而成的，由于其可生產無污染、安全、優質、營養的綠色蔬菜[2]，在我國已獲得了廣泛的應用。混合基質的有機原料一般為農作物秸稈、農產品加工后的廢棄物等；無機原料種類較多，如珍珠巖、蛭石、爐渣、河沙等。農作物秸稈是重要的農業資源，含有豐富的氮、磷、鉀及多種微量元素[3，4]，而煤矸石是煤炭開采和洗選過程的產物，矸石中除了含有豐富的鉀外，還含有一定量的氮和磷，同時煤矸石還具有吸熱、貯熱和較耐風化的特點[5]。

我國每年的社會生產活動都要形成大量的工農業廢棄物（如農作物秸稈、煤矸石等），這些廢棄物的不斷堆積和排放不僅占用了大量的土地，而且還會破壞當地的生態環境[6，7]。目前我國工農業廢棄物的利用率均不高，每年都有大量的農作物秸稈被焚燒[8]，堆積如山的煤矸石也只有少量用于制磚、燒制水泥及充填塌陷區復田[9]，綜合利用率不到30%。因此，如何充分有效地利用工農業廢棄物，對于減少資源浪費，改善當地生態環境質量和農業可持續發展都具有十分重要的意義。本研究以煤矸石、油菜秸稈和豬糞等廢棄資源為原料，配制有機生態型無土栽培基質，并在該基質上種植白菜 （Brassica chinensis L.）、生菜 （Lactuca sativa）、 莧 菜（Amarantus mangostanus L.）和菠菜（Spinacia oleracea L.）4 種葉菜類蔬菜，研究由煤矸石與腐熟油菜秸稈按不同的體積比組成的混合基質的理化性質，以及栽培在該基質上的蔬菜生長發育狀況，以期找出煤矸石與腐熟油菜秸稈組成的有機生態型無土栽培基質栽培蔬菜的最佳配方，為煤矸石、農作物秸稈等廢棄資源的再利用尋找一條新的途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

煤矸石采自淮南市大通礦區，經人工破碎成1mm～10 mm的不同粒徑。油菜秸稈取自淮南市三河鄉曹庵鎮第二村民組當年秸稈，風干后分別粉碎至l cm～5 cm，添加15%(質量分數)蒸汽高溫消毒豬糞（取自淮南市曹庵農業綜合開發公司養豬場）與l%(質量分數)尿素，含水量60%左右，碳氮比為30左右，進行高溫靜態堆制，以塑料薄膜密閉。通過翻堆補充水分與氧氣，第1次翻堆于堆制后第4 d進行，然后每7 d進行翻堆1次(共5次)，再每15d進行翻堆1次(共2次)，后期保持自然狀態，堆制腐熟結束后風干。菜園土取自淮南市郊蔬菜種植區，土壤為馬肝土。主要原料基本理化性狀見表1。已有研究[10-12]已對所用的煤矸石、油菜秸稈和消毒豬糞以及由它們組成的混合基質的重金屬污染進行了生態風險評價，以土壤環境質量一級標準值為參比的評價結果為安全與優良。

表1 主要原料基本理化性質

供試作物：白菜、生菜、莧菜和菠菜4種蔬菜種子由淮南市種子公司提供。

1.2 試驗設計

試驗共設5個處理，按下列配方（體積比）配制混合基質，T1：煤矸石∶腐熟油菜秸稈=2∶8；T2：煤矸石∶腐熟油菜秸稈 =3∶7；T3：煤矸石∶腐熟油菜秸稈 =4∶6；T4：煤矸石∶腐熟油菜秸稈=5∶5；T5：煤矸石∶腐熟油菜秸稈=6∶4；以菜園土為對照（CK）。將5種混合基質及土壤分別裝入高30cm，直徑30cm的花盆中，裝盆高度28cm。裝盆時，對照處理菜園土一次性施入基肥，施化肥量為尿素0.33 g/kg、過磷酸鈣 0.83 g/kg、氯化鉀 0.25 g/kg[13]，相當于施入 N 0.15 g/kg、P 0.05 g/kg、K 0.13 g/kg；5種混合基質處理不施化肥。4種蔬菜種子經消毒浸種催芽后分別播種于128穴育苗盤中，出苗30d后當幼苗長至3葉1心時定植，每盆定植2株，采用完全隨機區組設計，每種處理4次重復，常規栽培管理。4種蔬菜盆栽試驗于2011年2月初開始至2011年5月底結束，試驗在淮南師范學院生命科學系實驗中心栽培室中進行，

1.3 樣品采集與測定

取內徑10 cm、高16 cm的硬質聚已烯圓管，底部放一塊與圓管外徑相同的塑料圓板作管底，用透明膠緊密粘連使其不漏水，圓筒體積為1256 cm3，重量為W0。將自然風干的混合基質加滿圓筒，質量為W1，浸泡水中24h，質量為W2，將圓筒口用已知重量(W3)的濕潤紗布包住，把圓筒倒置，讓圓筒中的水分流出，直至沒有水滲出，稱重為W4。按以下公式計算[14]：

容重 =（W1-W0）/1256；

總孔隙度 =（W2-W1）/1256×100%；

通氣孔隙 =（W2-W4+W3）/1256×100%；

持水孔隙=總孔隙度-通氣孔隙；

大小孔隙比=通氣孔隙/持水孔隙；

4種蔬菜于定植后30 d和55 d分別取樣，測定株高（自然株高：量取生長狀態的植物從莖基部到冠層頂部表面的高度）、單株地上鮮重、單株地下鮮重以及單株葉片數，同時計算出鮮重根冠比。

基質和土壤pH值采用(水土比2.5∶1)p H酸度計（電位法）測定，EC值采用（水土比5.0∶1）DDS-307電導率儀測定[15]，有機質采用重鉻酸鉀法(外加熱法)測定，全N采用半微量凱氏定氮法測定，堿解N用擴散法測定，全P和有效磷（P）用鉬銻抗比色法測定，全K和速效鉀（K）用火焰光度計法測定[16]。

數據采用Duncan’s新復極差測驗法和Micros oft Excel(Office XP)統計軟件分析。

2 結果與分析

2.1 混合基質的理化特性

以煤矸石、腐熟油菜秸稈為原料混合而成的5種栽培基質的理化特性見表2。由表2看出，在5種混合基質中，隨著煤矸石含量的逐漸增加，基質的容重逐漸增加，總孔隙度、通氣孔隙、持水孔隙以及大小孔隙比均有所下降。但這些指標的變化幅度均處于植物正常生長的適合范圍內[17]。與土壤（CK）相比，由于混合基質中有機質含量較高，使基質的容重降低，孔隙度增加，水氣比較為合理，所以能夠更好地協調根系水分和氣體供應之間的矛盾。

由表2還可看出，在5種混合基質中，隨著煤矸石含量的逐漸增加，基質的有機質、EC、全N、堿解N和C/N下降，pH值、全P、全K、有效P和速效K有所增加。表明隨著煤矸石含量的增加，基質的供N能力、供肥潛力降低，但基質的供P、K能力增強。與土壤（CK）相比，基質的營養豐富，各種營養成分比例協調。

表2 混合基質的理化性質

2.2 混合基質對4種葉菜類蔬菜株高的影響

株高可反映出植物生長過程中的生長態勢。白菜、生菜、菠菜和莧菜4種蔬菜分別在定植后30 d和55 d測定株高，其結果見表3。由表3看出，定植30 d和55 d的4種蔬菜的株高，以CK的為最小，且與生長在5種混合基質上的相比，T1處理 30d 無差異，55d 差異顯著或極顯著；T2、T3、T4和 T5處理（除白菜30d的T2及55d的T5無差異外）差異顯著或極顯著。表明混合基質比土壤更好地促進了蔬菜的生長。5種混合基質中，隨著煤矸石含量的逐漸增加，4種蔬菜的株高呈現出先增加后減小的趨勢，T3處理的株高最大，定植30 d的T 1處理、定植55d的T5處理的最小，但各處理間差異不顯著（除生菜外）。結果表明T3配方基質更能促進蔬菜株高的增加，而有機質含量較高的T1配方基質肥效期較長。

表3 混合基質對4種葉菜類蔬菜株高的影響 （單位：cm）

2.3 混合基質對4種葉菜類蔬菜葉片數的影響

葉菜類蔬菜的葉片數能夠反映出植株的分生速度。定植30d和55 d的4種蔬菜的葉片數測定結果見表4。由表4知，定植30d和55 d的4種蔬菜的葉片數，以CK的為最少，且與生長在5種混合基質上的相比，定植30 d，除菠菜的T 3處理差異極顯著外，其余處理均無差異；定植55d后，生菜各處理均呈顯著或極顯著差異，白菜和菠菜除T5處理差異較小外，其余處理呈顯著或極顯著差異，莧菜的T4、T5處理無差異，其他處理差異顯著或極顯著。表明混合基質可促進葉菜類蔬菜的葉片發育。5種混合基質中，隨著煤矸石含量的逐漸增加，4種蔬菜的葉片數呈現出先增加后減少的趨勢，T3處理的葉片數最多，定植30d的T1處理、定植55d的T5處理的最少，各處理間差異較小。說明T3配方基質較優，T1配方基質前期供肥能力較弱，后期較強。

表4 混合基質對4種葉菜類蔬菜葉片數的影響 （單位：個）

2.4 混合基質對4種葉菜類蔬菜根冠比的影響

根冠比既能反映植物光合產物的分配狀況，也能反映植物根系的生長發育結果。定植30d和55d的4種蔬菜的根冠比測定結果見表5。由表5可知，定植30 d和55d的4種蔬菜的根冠比，以CK的為最小，且與生長在5種混合基質上的相比，定植30d，菠菜和莧菜除T3處理有差異外其余處理無差異，白菜除T5處理無差異外其余處理差異極顯著，生菜的T4、T5處理無差異，其余處理差異顯著或極顯著；定植55d，T2、T3處理有顯著或極顯著差異，T1處理除生菜外均呈顯著或極顯著差異，T4處理的白菜和莧菜差異顯著或極顯著，但生菜和菠菜無差異，T5處理除莧菜外其余均無差異。表明混合基質能夠促進植物根系的生長發育。5種混合基質中，隨著煤矸石含量的逐漸增加，4種蔬菜的根冠比呈現出先增加后減小的趨勢，T3處理的根冠比最大，T5最小，T3與T5間有差異（除菠菜外），其余各處理間差異較小。顯示T3配方基質更有利于蔬菜根系的生長，T5配方基質較差。

表5 混合基質對4種葉菜類蔬菜根冠比的影響

2.5 混合基質對4種葉菜類蔬菜鮮重的影響

葉菜類蔬菜的地上鮮重大小能夠反映出蔬菜產量的高低。定植30d和55d的4種蔬菜的鮮重測定結果見表6。由表6可知，定植30 d和55 d的4種蔬菜的鮮重，以CK的為最小，且與生長在5種混合基質上的相比，除30 d莧菜的T1、T2處理無差異外，其余處理均呈顯著或極顯著差異。表明混合基質比土壤更有利于蔬菜產量的增加。5種混合基質中，隨著煤矸石含量的逐漸增加，4種蔬菜的鮮重呈現出先升高后下降的趨勢，T3處理的鮮重最大，定植30 d的T 1處理、定植55d的T5處理的最小。表明T 3配方基質對蔬菜作物鮮重的增幅更大，但煤矸石含量較高的T5配方基質后期肥效略顯不足。

3 討論與結論

3.1 結論

以煤矸石、腐熟油菜秸稈配制而成的栽培基質營養豐富、水氣協調，理化特性明顯優于土壤。其上栽培的4種葉菜類蔬菜的株高、葉片數、根冠比、鮮重均顯著高于土壤栽培，表明混合基質對蔬菜的生長發育具有更好地促進作用。在混合基質的5種配比中，以T3混合基質配比（煤矸石與腐熟油菜秸稈的體積比為4∶6）為最優，其次為T2和T4。

表6 混合基質對4種葉菜類蔬菜鮮重的影響 （單位：g/株）

3.2 討論

栽培基質是植物生長的基礎和媒介，也是無土栽培技術的關鍵。優良的無土栽培基質應具備四項基本功能，即固定作物能力、保肥供肥能力、保水供水能力及透氣能力[18]。本試驗以煤矸石、腐熟油菜秸稈配制而成的混合基質在完全不使用化學肥料的前提下，不僅為蔬菜生長提供了穩定、協調的水、肥、氣根際環境，支持、固定植物良好（表2），而且混合基質不存在重金屬污染[10-12]，基本滿足了蔬菜有機生態型無土栽培對基質的要求[19]，可使生產的蔬菜產品達到A級或AA級的“綠色食品”標準[11，12]。

本試驗結果表明，混合基質上栽培的4種葉菜類蔬菜的株高、葉片數、根冠比、鮮重均顯著高于土壤栽培，說明混合基質能夠更好地促進植物生長發育[20]。究其原因，一方面可能是由于混合基質的容重較輕、總孔隙度較大，大小孔隙比適中（表2），供氧和保水能力均較強，有利于植物根系的生長發育；另一方面可能是由于混合基質中的有機質含量較高，有機質中含有的N、P、K、Ca、Mg和微量元素等多種養分經微生物分解，轉化成蔬菜可吸收利用的有效養分，保證了植物的營養需求。這一試驗結果與佟小剛等以腐熟葵花桿作基質配料形成的混合基質上栽培生菜的試驗結果相一致[21]。

混合基質的理化性質不僅取決于基質的原料組成，也取決于基質配方的優劣。本試驗研究結果表明，5種混合基質上栽培的4種蔬菜的株高、葉片數、根冠比、鮮重均以T 3處理的較大（表 3、4、5、6），說明 T3處理的基質配方較優，其理化特性更能滿足植物生長發育的需要，促進了蔬菜作物的高產、穩產。而T1處理的這4項生長指標與T 5處理相比，在蔬菜生長前期（定植 30d）較低，但后期（定植 55d）卻較高（表 3、4、5、6），表明腐熟油菜秸稈含量較高的T1處理短期供肥能力不及煤矸石含量較高的T5處理，但T1處理肥效長而穩定，促進了蔬菜作物的后期生長發育。當然，目前我們還無法建立混合基質的理化特性與其供肥能力之間的函數關系式，有關此類問題尚需作進一步的研究。

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