腐植酸在設施番茄無土栽培基質上的應用研究

高 亮 張俊生 侯冠玲 陳 華

1 濰坊島本微生物技術研究所 濰坊 261041 2 山西晉嘉濰生物科技有限公司 太原 030032 3 浮山縣農業委員會 臨汾 042600

無土栽培的作物主要有蔬菜、花卉、水果，在歐盟國家溫室蔬菜、花卉和水果生產中，已有80%采用無土栽培方式[1]。在我國，無土栽培發展較晚，但由于設施蔬菜栽培中病蟲害多發，為預防此類危害，近年來發展速度較快，栽培面積逐年擴大[2]。無土栽培的方式包括水培、霧培和基質培等，其中基質培是無土栽培的主要方式[3]。世界上普遍使用的基質是草炭（泥炭）[4]和巖棉，但這2種原料價格昂貴，且巖棉不能降解，長期應用會對環境造成污染。

我國風化煤資源十分豐富，分布于全國大多數地區，其中以山西、新疆、黑龍江、江西、云南、四川、河南、寧夏、甘肅、貴州等省區儲量較大。尤以山西、新疆儲量最大，質量最好[5]。風化煤經過微生物降解作用，可提高腐植酸活性[6，7]，增加腐植酸活性官能團，尤其是羥基、羧基等數量增加明顯，但不同菌種間的差異較大[8]。其中水溶性腐植酸能夠促進營養吸收，促進根系發育，加速植物生長，增強植物抗旱、抗寒、抗病蟲害能力，增加土壤微生物的總活性，提高土壤微生物的總量，豐富土壤微生物的多樣性，顯著增加土壤好氣性細菌、放線菌及纖維素分解菌的數量[9]。

本研究在設施番茄無土栽培基質的配方中添加泥炭、發酵的風化煤等，通過研究設施番茄的栽培效果及進行成本與效益分析，得到無土栽培基質的最佳配比，以期為今后設施蔬菜無土栽培的研發和推廣應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

無土栽培基質的主要材料包括無機基質（珍珠巖、蛭石等）和有機基質（風化煤、泥炭、牛糞等）[10]。其理化性狀和營養元素見表1、表2。

表1 基質的理化性質Tab.1 The physical and chemical properties of substrates

表2 基質營養元素含量Tab.2 Nutrient element contents of substrates

泥炭產自吉林省通化市，其有機質含量為62.6%，總腐植酸含量37.5%，游離腐植酸含量32.6%，水溶性腐植酸含量3.5%，粉碎即可，不經發酵處理。

風化煤產自山西省交口縣，其有機質含量57.4%，總腐植酸含量46.8%，游離腐植酸含量28.1%，水溶性腐植酸含量2.6%，經微生物發酵處理后應用。牛糞系當地肉牛糞，發酵后應用。風化煤、牛糞發酵方法：將風化煤或牛糞粉碎成1～2 mm后，添加營養物質，加水攪拌，保持含水量55%，接種復合微生物菌種[主要含有芽孢桿菌（Bacillus sp.）、青霉菌（Penicillium sp.）、鏈孢霉菌（Fusarium sp.）、根霉菌（Rhizopus sp.）和鏈霉菌（Sterptomyces sp.）等，系自主研發]，固態堆積發酵而成。經測定，該發酵風化煤中有機質含量55.3%、總腐植酸含量45.8%、游離腐植酸含量32.4%、水溶腐植酸含量4.3%、有效活菌總數1.17×108cfu/g。發酵牛糞有機質含量42.3%，有效活菌總數0.43×108cfu/g。

番茄品種系適合冬季保護地栽培的“以色列艾瑪582”。

1.2 試驗設計

試驗于2015年9月～2016年3月在山西省浮山縣蔬菜科技示范園進行。試驗各設5個處理，每個處理3次重復，小區面積33.3m2，隨機區組排列。表3為不同處理基質配方及其理化性質。以商品基質為對照（CK），其飽和持水量為267%，營養成分全氮含量1.22%，有效磷含量8.79 mg/L，有效鉀含量172 mg/L，有效鈣含量1246.5 mg/L，有效鎂含量146.3 mg/L，有效銅含量8.94 mg/L，有效鋅含量14.32 mg/L，有效鐵含量8.96 mg/L，有效硼含量12.43 mg/L（聊城超豐育苗基質有限公司生產）。

表3 不同處理基質配方及其理化性質Tab.3 Diあerent treatment substrates formula and their physicochemical properties

1.3 栽培方式及作物管理

番茄無土栽培系平地下凹式，見圖1。根據設施內原有土壤的優劣確定是否鋪設塑料地膜。棚Ⅰ（左圖）：棚齡3年，土壤出現輕度次生鹽漬化，土傳病害已發生，用地膜隔離兩側，底部不覆膜；棚Ⅱ（中圖）：棚齡6年，連坐重茬嚴重，土壤鹽漬化、土壤酸化、土傳病害較重，采用地膜全隔離；棚Ⅲ（右圖）：棚齡1年，新建溫室，土壤健康，不鋪設地膜。

圖1 無土栽培方式Fig.1 Modes of soilless culture

栽培方式均系冬暖式日光溫室。試驗區東西端各設3.6 m保護行，南北端各設1 m保護行。覆蓋黑色塑料地膜。于2015年9月3日定植，苗齡45天。鋪設滴灌系統，上蓋黑色塑料地膜，單干整枝，吊蔓。于2016年2月10～20日打頂換頭。其他管理措施相同。

1.4 試驗測試指標及方法

2016年3月20～22日每小區隨機取10株，測定株高、結果穗數、單果重，觀測葉色。每個小區分別收獲，單獨計算產量。采收時，從剛采收的果實中隨機取20個，記錄畸形果數，計算畸形果率。于采收盛期統計病毒病和枯萎病發病情況，拉秧后，觀察番茄根系感染根結線蟲情況，并統計發病率，根據發病程度，計算病情指數。

發病率=發病株數/調查株數×100

病情指數=100×∑（各級病株數×各級代表值）/（調查總葉數×最高級代表值）

1.5 數據處理和統計分析

所記錄數據采用Microsoft Excel軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對設施番茄產量的影響

不同處理對設施番茄產量的影響不同（表4）。可以看出，棚Ⅰ各處理的番茄產量由高到低為：處理1＞CK＞處理2＞處理4＞處理3；棚Ⅱ各處理的番茄產量由高到低為：處理1＞處理2＞CK＞處理3＞處理4；棚Ⅲ各處理的番茄產量由高到低為：處理1＞CK＞處理2＞處理4＞處理3。3個試驗棚均表現為處理1產量最高，但與CK比較，差異不顯著。處理2和處理1、CK之間差異不顯著，處于同一水平。棚Ⅰ的處理3和處理4之間差異不顯著，但與處理1、處理2和CK相比，差異顯著；棚Ⅱ、棚Ⅲ的處理3和處理4之間差異均不顯著，且與處理1、處理2和CK相比，差異也不顯著。

表4 不同處理對設施番茄產量的影響Tab.4 Eあects of diあerent treatments on tomato yields

2.2 不同處理對設施番茄植物學性狀的影響

“以色列艾瑪582”番茄是無限生長型品種，生長勢強，耐寒、耐高肥水，水肥充足生長發育旺盛，豐產性能良好。不同處理對設施番茄植物學性狀的影響見表5。可以看出，同一溫室內各處理間對番茄植物學性狀的影響差異不顯著。且處理1在葉色、結果穗數、畸形果率上較優于CK。

2.3 不同處理對設施番茄病害的影響

同土壤栽培比較，無土栽培可以顯著減少設施番茄病害，如病毒病、枯萎病、根結線蟲病等。病毒病為地上部病害，主要危害新梢、莖葉和果實。枯萎病為土傳病害，主要危害根莖部位。根結線蟲主要危害根部。

不同處理對設施番茄病害的影響見表6。可以看出，棚Ⅰ所示，對于病毒病，僅處理3和CK發生，癥狀不明顯，危害較輕；對于枯萎病，處理1、處理2均未發生，處理3、處理4和CK有發生，但危害不大；對于根結線蟲，所有處理均有發生，但危害較輕。棚Ⅱ所示，對于病毒病，所有處理均發生，癥狀較明顯，有一定危害，各處理間差異不大；對于枯萎病和根結線蟲，所有處理均未發生。棚Ⅲ所示，對于病毒病，除CK稍有發生，且癥狀不明顯，危害較輕外，其余處理均未發病；對于枯萎病，處理1、處理3稍有發生，但危害不大，其余均未發生；對于根結線蟲，所有處理均未發生。

表5 不同處理對設施番茄植物學性狀的影響Tab.5 Eあects of diあerent treatments on tomato botanic characters

表6 不同處理對設施番茄病害的影響Tab.6 Eあects of diあerent treatments on the borne diseases of tomato

2.4 不同處理基質的成本與效益分析

一種基質能否大面積推廣應用，與其成本和產出效益最為相關，不同處理基質的成本與效益分析見表7。可以看出，處理1～處理4不同配方基質價格較低，基本維持在150～200元/立方米，均低于商品基質（260元/立方米）。通過對3種栽培槽處理方式的設施番茄產值與基質投入進行測算，棚Ⅰ的投入產出比以處理1最大，為1︰6.84，遠高于CK的1︰4.45；棚Ⅱ的投入產出比以處理2最高，為1︰5.19，遠高于CK的1︰3.56；棚Ⅲ的投入產出比以處理4最大，為1︰7.72，遠高于CK的5.25。

表7 不同處理基質的成本與效益分析Tab.7 Cost and benef i t analysis of diあerent treatment substrates

3 結論與討論

本研究將泥炭、發酵風化煤和發酵牛糞有機結合制成有機無土栽培基質，其中配比為風化煤︰泥炭︰牛糞=1︰1︰1的基質，在設施番茄栽培中，產量、葉色、結果穗數、畸形果率、抗病毒病指標上略優于商品基質，且成本降低，適合在設施蔬菜生產中推廣應用。

本試驗針對設施栽培的時間和連作障礙的危害程度，選用3種栽培槽處理方式：對于新建棚室（棚齡1年），僅挖栽培槽即可，不鋪設地膜，這樣既能節省勞力，降低塑料薄膜成本，還能讓番茄根系充分發展，能充分利用健康土壤中的營養，減少田間管理成本，使之產生最大的生產潛能；對于棚齡3年，土壤出現輕度次生鹽漬化，病蟲害已發生，用地膜隔離兩側，底部不覆膜，這樣可有效預防耕作層土壤次生鹽漬化和土壤中病原菌對番茄植株的影響；對于棚齡6年，連坐重茬嚴重，土壤鹽漬化、酸化、病蟲害較重，采用地膜全隔離，這樣可杜絕問題土壤對番茄根系的影響，充分發揮基質的生產性能。本試驗充分證實了3種方法的可行性，對于生產實踐具有一定的參考價值。

試驗發現，3個大棚產量、植物學性狀表現為：棚Ⅲ＞棚Ⅰ＞棚Ⅱ,因3個大棚棚齡不同，鋪設地膜不一致，所以造成表現不一致的因素不確定，故棚齡、鋪設地膜對產量的影響還需進一步研究。

本研究大大拓寬了無土栽培基質的原料領域，也為新開發利用實用型有機基質，如風化煤、褐煤等提供了研究和應用方向。本研究還可進一步延伸到利用農、林副產潔凈的、無毒無害的有機物或廢棄物，如各種農作物秸稈、園林廢棄物、畜禽糞、食用菌渣、中藥渣、糖渣等發酵制作有機無土栽培基質。

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