不同電導率的有機營養液種植番茄效果分析

辛 鑫，賈 琪，李 琦，武永軍，楊振超

(1.西北農林科技大學 園藝學院，陜西楊凌 712100；2.西北農林科技大學 生命學院，陜西楊凌 712100)

有機基質無土栽培是一種不使用天然土壤而用基質的無土栽培技術[1]，能比較有效地解決土壤連作障礙。該技術利用非可耕地生產蔬菜，提高品質，減少農藥使用，充分利用農業廢棄物，從而實現農業生產的可循環發展。目前中國農業處于轉型期，循環農業是國內農業發展的必經之路[2]。

有機基質的選擇應因地制宜，選材方式應體現廉價、經濟、豐富、環保的理念[3]，蔬菜秸稈是無土栽培有機基質較好的選擇。中國蔬菜產量逐年增加，而曾經蔬菜秸稈大量焚燒造成嚴重環境污染[4]。蔬菜秸稈作為主要的農業廢棄物含有大量的營養物質，蔬菜殘株的N、P、K總量在57～96g/kg，以體積比1∶1.5蒸餾水浸提蔬菜殘株，測得浸提液pH為6.1～8.15,番茄、黃瓜、辣椒和茄子的浸提液電導率(σ值)分別為7.8、9.7、9.2和5.6，電導率可以反映浸提液中離子的含量[5]，由此可見蔬菜秸稈含有較高的營養物質，不合理的焚燒處理造成極大的資源浪費。

通過相關番茄秸稈發酵配制有機肥研究表明，應用漚堆發酵的秸稈可以提高番茄的品質及番茄幼苗的壯苗指數[6]。農業部設施園藝工程重點實驗室通過研究番茄秸稈堆肥產物應用配比對番茄生長發育、產量與品質的影響，得出7.5%的混配比例種植番茄對促進番茄生長，增強番茄植株光合作用能力，提高番茄產量的效果最優[7]。在前期試驗的基礎上，本試驗利用體積比7.5%的番茄莖稈堆制腐熟殘渣與蛭石、珍珠巖混合做基質，探究番茄有機基質栽培最適合的營養液澆灌濃度。為有機基質無土栽培的生產實踐提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2018年3月至7月完成，試驗地點在陜西楊凌。種植株距30 cm，試材為番茄(Lycopersiconeseulentum)‘粉宴’。

處理以體積比7.5%的番茄莖稈堆制腐熟殘渣與蛭石、珍珠巖混合做基質，有氧堆制腐熟殘渣是按照番茄莖稈(kg)∶清水=1∶2，添加3%的得海龍農用復合微生物菌劑(由濰坊康恩地生物技術有限公司提供[8])，混合均勻堆制，后期澆灌不同σ值的番茄秸稈浸提液作為有機營養液，不同栽培基質理化性質和養分質量分數見表1，有機營養液大量元素質量濃度見表2，微量元素質量分數見表3，氨基酸質量分數見表4。對照澆灌山崎營養液[9-10]。

1.2 試驗設計

設置有機基質澆灌不同σ值營養液與常規基質澆灌山崎營養液為對照[11]，K(有機營養液)設3個不同的電導率分別為：1 mS/cm、2 mS/cm、 4 mS/cm，共3個處理(表5)。

表1 不同栽培基質基本理化性質與養分質量分數Table 1 The physicochemical property and mass fraction of nutrition of different culture matrixes

表2 營養液硝態氮、銨態氮、速效磷、速效鉀質量濃度Table 2 Mass concentration of nitrate nitrogen,ammonium nitrogen,available phosphorus,and available potassium in nutrient solutions

表3 營養液微量元素質量分數Table 3 Mass fraction of microelements in nutrient solution

注：檢出限：Fe，1 mg/kg；Mn，0.1 mg/kg；Zn，0.5 mg/kg；Cu， 0.2 mg/kg。

Note:Detection limit：Fe，1 mg/kg；Mn，0.1 mg/kg；Zn，0.5 mg/kg；Cu， 0.2 mg/kg.

1.3 測量項目與方法

每個處理隨機選取4株進行測量。株高：用直尺測量植株根莖部到生長中心的高度(cm)，莖粗：用游標卡尺測量根莖部與基質接觸部位上 1 cm處的粗度(mm)，最大葉面積=最大葉長×最大葉寬[12]；取自生長點向下第3片功能葉鮮樣 0.1 g測葉綠素質量分數，用體積分數96%乙醇浸提至白色，紫外分光光度計分別測量波長665 nm,649 nm下的吸光度值，每個處理隨機取樣3株，并計算葉綠素質量分數，取平均值[13]；測量生長點向下第3片功能葉的光合系統參數，采用Li-6800便攜式光合儀測量番茄葉片的光合特性[14]；果實成熟后隨機選取5個番茄測量單果質量，結果取平均值；隨機選取5株，每次采收時單獨記產，統計單株產量并根據種植密度(株行距)，以每株三穗果來估算667 m2產量[15]；在手持數顯糖酸計(PAL-BX/ACID5，Atago日本)的棱鏡玻璃面上滴2滴番茄汁，進行觀測，讀取視野中明暗交界線上的刻度，第1次讀數即為可溶性固形物含量(%)，第2次讀數為有機酸(%)，糖酸比指可溶性固形物與有機酸的比值[16]；可溶性蛋白、維生素C、硝酸鹽分別采用考馬斯亮藍G-250染色法、鉬藍比色法、水楊酸-硫酸法測量[17]；ST20C-C型EC儀測量電導率(σ)值；氯化鉀浸提-連續流動分析儀測量硝銨態氮[16]；碳酸氫鈉浸提法-連續流動分析儀測量速效磷；醋酸銨浸提-火焰光度計法測量速效鉀[17]；ACS2 000高效毛細管電泳儀液相色譜一體機測量各氨基酸質量分數[18]，儀器為北京彩陸科學儀器有限公司提供。

為找到最佳處理，必須對各項指標進行綜合評價。以各項指標的平均值來統計分析數據，由于各項指標數據之間計量單位和量綱不同，不便于數據綜合分析，因此，在對番茄總體進行綜合評價之前需根據馬慶華等的隸屬函數法將數據轉化為隸屬函數值，正相關指標(株高、莖粗、葉面積、葉綠素、凈光合速率、單果質量、產量、可溶性固形物、糖酸比、維生素C、可溶性蛋白)根據公式U=X/T計算,負相關指標(硝酸鹽)根據公式U=1-X/T計算。其中：X為該指標平均值；T為每列指標的總值；U為該項指標隸屬函數值[18]。

表4 各營養液氨基酸質量分數Table 4 Mass fraction of amino acids in nutrient solution

1.4 數據處理

采用Excel 2007軟件進行數據整理，用SPSS20 Ducan’s新復極差法進行數據的方差分析(P≤0.05)。數據以“平均數±標準差”表示，利用層次分析法進行綜合分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對番茄形態的影響

由表6可知：番茄植株K1處理株高最大，CK次之，CK與K1、K2、K3均無顯著性差異，較K2、K3增加1.85%、1.96%；CK莖粗最大，與K2、K3均無顯著性差異，且較K2、K3分別增加17.24%、19.18%；CK葉面積最大且與其他處理具有顯著性差異，較K1、K2、K3分別增加 29.50%、26.10%、12.83%。綜上所述，CK形態上最健壯。

表5 試驗處理Table 5 Test processing table

表6 不同處理下番茄的植株形態Table 6 Different treatment on tomato plants morphology

注：同列數據后標不同小寫字母表示差異顯著(P≤0.05)。下表同。

Note:Different lowercase letters in each column mean significant difference atP≤0.05 level.The same below.

2.2 不同處理對番茄產量的影響

由表7可知：單果質量最大的是CK，其次是K2，兩者無顯著性差異，以K1最小，顯著低于其他處理；CK單株產量與667m2產量最大，較K3分別增加46.61%、46.61%，較K2分別增加 57.40%、57.31%；K1、K2、K3在單株產量及667m2產量上均無顯著性差異，順序為K3>K2>K1,K3較K2分別增長7.36%、7.29%，較K1分別增加21.28%、21.217%；綜上所述，CK處理有利于提高番茄產量。

2.3 不同處理對番茄葉片葉綠素的影響

由表8可知：番茄葉綠素a，葉綠素b，葉綠素(a+b)均隨著σ的增加而增加。K3葉綠素a最大且與其他處理呈現顯著性差異，較K1、K2分別增加85.65%、39.28%；葉綠素b在處理間均無顯著性差異，K3較K1、K2分別增加2.91%、 16.92%；葉綠素(a+b)以K3最大，與其他處理形成顯著性差異，分別較K1、K2增加65.40%、 34.69%；K3葉綠素a、葉綠素b、葉綠素(a+b)分別較CK增加24.56%、35.97%、 26.19%。綜上所述，K3有助于番茄葉片葉綠素累積。

2.4 不同處理對番茄葉片光合速率的影響

凈光合速率以CK最大，K2次之，處理間隨σ增加呈現先升高后下降的變化趨勢(表9)，CK凈光合速率較K2增加6.04%，K2較K1、K3分別增加1.07%、3.22%；蒸騰速率以CK最快，其次是K1，K2與K3無顯著性差異；胞間CO2摩爾分數以K1最大，CK次之，K1胞間CO2摩爾分數較K2、K3增加42.04%、43.50%；氣孔導度以K1最大，其次是K3，CK最小，K1氣孔導度較K2、K3、CK分別增加63.97%、 18.30%、 111.37%。綜上所述，K2的光合能力最強。

表7 不同處理下的番茄產量Table 7 Different treatment on yield of tomato

表8 不同處理下番茄葉綠素質量分數Table 8 Different treatment on tomato chlorophyll mass fraction

表9 不同處理下番茄葉片光合特性Table 9 Different treatment on tomato photosynthetic charateristics of tomato leaves

2.5 不同處理對番茄品質性狀的影響

由表10可知：可溶性固形物隨著有機營養液σ值的升高呈現先上升后下降的變化趨勢，K2最大，K3次之，K2、K3分別較CK增加 30.89%，22.39%；糖酸比隨著σ值的升高呈現先升高后降低的變化趨勢，K2最大，與CK無顯著性差異，較CK增加0.45%，K2糖酸比與K1、K3呈顯著性差異，較K1、K3增加172.25%、43.63%；維生素C隨著σ值的升高呈現上升趨勢，以K3最大，較K1、K2、CK分別增加16.12%、4.29%、29.93%；可溶性蛋白隨著σ值升高呈現上升趨勢，以K3最大，較K1、K2、CK增加35.67%、19.61%、 39.84%；硝酸鹽質量分數隨著σ值的升高呈現先上升后下降的變化趨勢，以K2最大，其次是CK,K2較CK增加2.43%。綜上所述，使用有機營養液栽培的番茄品質更佳。

2.6 層次分析法綜合分析各處理

通過AHP層次分析法綜合分析可知，以品質為極重要測量指標情況下，K3得分是最高的，其次是K2，K1最低(表11，表12)。

表10 不同處理下番茄的品質Table 10 Different treatment on quality of tomato

表11 番茄各項指標最終權重Table 11 Final weights of tomato indicators

表12 番茄各處理指標最終得分Table 12 Final scores of tomato treatments indicators

3 討論與結論

有機營養液可以有效改善蔬菜的品質。秸稈經過浸提發酵后產生的營養液可作為有機營養液，也叫堆肥茶，富含大量的營養物質，同時含有大量的代謝物質及益生菌，可以顯著改善土壤性狀，提高作物根系活力。秸稈是農作物的主要副產品，營養豐富，是十分寶貴的生物資源，有效利用作物秸稈，對農田生態系統的改善，農業可持續發展，及其生產低成本、多樣化、無害化的栽培基質具有重要意義。

本研究澆灌σ=1 mS/cm的K1處理株高在各處理中最高，而莖粗最小，可能是植株缺乏營養，為了生長發育將僅有的營養供給于植株的營養生長，說明K1不利于番茄的生長。K1、K2、K3處理的三穗果產量均顯著低于CK，這是由于有機營養液中微量元素質量分數Fe≤1.000 mg/kg，Mn≤0.100 mg/kg，Cu≤0.2 mg/kg，Zn≤ 0.500 mg/kg，因儀器限制其他微量元素無法具體測出，可能是部分微量元素缺乏造成作物產量的降低，微量元素的均衡可以明顯降低作物的“午休”現象提高光合日積累[19]，特別是高溫季節的光合日積累，K3葉綠素質量分數大于CK，可能因為K3澆灌的有機營養液Mo質量分數大于CK，而Mo有助于促進番茄葉片的類胡蘿卜素和葉綠素前體物質的合成[20]。CK凈光合速率高于其他處理，這是因為微量元素的均衡施用有助于作物光合速率的提高，通過測量營養液氨基酸質量分數，發現有機營養液中富含各類氨基酸，自20世紀以來，陸續有研究發現植物可以吸收氨基酸等有機氮，近10 多年來，獲得植物在田間直接吸收利用氨基酸的有利證據，營養液中丙氨酸、谷氨酸、賴氨酸可以增加合成葉綠素，調節開放氣孔，這與試驗K3葉綠素質量分數顯著大于CK結果一致[21]。品質方面，氨基酸可以參與植物各種生理活動，K2、K3可溶性固形物大于CK，K2糖酸比大于CK，可能因為植物吸收營養液中的纈氨酸，而纈氨酸可以提高果實的可溶性固形物和糖酸比，這與Lei等[21]的研究結果一致，而氨基酸是植物可溶性蛋白合成前體物質，番茄作物吸收有機營養液中的氨基酸，從而提高K1、K2、K3的可溶性蛋白質量分數，降低硝酸鹽的質量分數[22]，有機營養液維生素C質量分數均高于CK，這與劉偉等的營養液中低質量分數的氨基酸可以提高番茄維生素C質量分數的結論相一致[23]。

由本研究結果可知，利用有機基質無土栽培番茄，后期澆灌有機營養液可以有效促進品質的提升，綜合所有指標，有機營養液K3處理較優。

本試驗利用番茄莖稈堆制腐熟得到的浸提液作為有機營養液，分別設置不同的電導率值，突破以往的研究，同時本研究量化了有機營養液電導率梯度，為今后有機營養液選擇電導率的標準提供參考依據。