腐熟玉米秸稈和風化煤復合基質對番茄幼苗生長的影響

曹際玲 王一明 林先貴 王敏 李新柱

摘要：為獲得經濟實用的育苗基質并實現廢棄物的資源化利用，將玉米秸稈粉碎腐熟后添加不同體積比的風化煤、牛糞、蛭石組成復合基質，替代草炭用于番茄育苗;并測定復合基質的理化特性及養分性狀，研究復合基質對番茄出苗率及幼苗生長的影響。結果表明，腐熟玉米秸稈和風化煤復合基質具有較好的理化性質，在10%腐熟玉米秸稈、30%風化煤、10%腐熟牛糞、50%蛭石組成的復合基質下番茄幼苗出苗率達100%，番茄幼苗地上部和地下部干質量、壯苗指數等方面表現最好，番茄幼苗葉綠素含量和根系活力均顯著提高。而在腐熟玉米秸稈和牛糞同等配比條件下，風化煤添加量對番茄幼苗生長的影響較大，添加30%風化煤可促進番茄幼苗生長，而添加20%風化煤番茄幼苗生長遲緩。一定配比的腐熟玉米秸稈和風化煤可替代草炭用于番茄育苗基質，可進一步加強腐熟玉米秸稈與不同添加量風化煤配比對番茄幼苗生長的影響及機制研究。

關鍵詞：玉米秸稈;風化煤;復合基質;番茄幼苗;腐熟;生長指標

中圖分類號：S641.206 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2021）16-0117-05

基質育苗是用培養基質迅速大量培育作物秧苗或種子苗的現代化育苗方法，具有苗程短、出苗整齊均勻、成苗率高、病害輕、育苗技術易于標準化、幼苗便于長途運輸等優點，適合于工廠化和規模化育苗[1-2]。基質是工廠化育苗的基礎，直接影響幼苗的質量和育苗效果，它是根據幼苗生長的需要，利用有機、無機材料及微生物制劑配制而成的人工土壤[3]。目前，工廠化育苗大多采用草炭復合基質，草炭是一種優良的育苗基質原料，但屬于短期不可再生資源，經過多年的開采儲量日益減少，而近年來草炭的價格也越來越高，迫使人們尋求新原料來代替草炭[4-5]。

我國農作物秸稈資源豐富，其中玉米秸稈產量最大。新疆是重要的玉米種植地區，每年可產生大量的玉米秸稈。但大部分秸稈被焚燒或棄置，造成環境污染和資源浪費。已有研究結果表明，玉米秸稈腐熟后添加其他原料可培育出高質量的辣椒幼苗[6]。牛糞也是一種良好的有機肥料。何余湧等研究發現，增加牛糞施用量可提高矮象草的飼用價值[7]。馮錫鴻等的研究結果表明，在傳統理想育苗基質（草炭 ∶ 蛭石體積比=2 ∶ 1）中加入5%的牛糞對番茄幼苗生長的促進作用最大[8]。此外，已探明新疆現在的煤炭儲量為2.44萬億t，煤炭表層受風化作用，含氧量增高、發熱量降低，已轉化為含有20%～80%再生腐殖酸的風化煤。按照風化煤含量為煤炭含量的1%估算，風化煤資源量將達到2 000億t。以往新疆大量的風化煤都作為煤炭廢料，進行回填處理，造成資源浪費。已有研究結果表明，新疆風化煤經活化處理可變廢為寶，轉化為腐殖酸有機肥;與常規施肥相比，施用腐殖酸專用肥的農作物平均增產8%以上，同時土壤結構得到改善，作物品質得到提高[9]。馮錫鴻等利用風化煤、泥炭、稀土元素、蛭石等制成的復合基質具有較好的理化性質，可用于多種蔬菜和瓜果的培育[10]。郝玉梅等研究發現，風化煤與茶粕、豆粕等制成的復合基質可促進冬瓜幼苗生長[11]。因此，玉米秸稈、風化煤、牛糞等在育苗基質上均具有較好的應用價值，值得進一步綜合開發應用。

番茄（Lycopersicon esculentum Mill.）是一種全世界廣泛種植的重要蔬菜作物，具有營養豐富、用途廣泛、產量高、栽培季節長等特點[12-13]。新疆是我國番茄種植面積最大的省級行政區[14]，每年番茄育苗基質的需求量較大，但新疆位于我國西北部，距離草炭產地東北和西南較遠，使用草炭作為育苗和栽培基質成本較高。因此，利用新疆本地豐富的農業廢棄物資源開發出效果好的基質將可降低生產成本。由此，本試驗就地取材，利用新疆地區豐富的玉米秸稈，經腐熟后按不同體積比添加風化煤、腐熟牛糞制成復合基質，初步研究腐熟玉米秸稈和風化煤復合基質理化、養分性狀及其對番茄幼苗生長的影響，以期為資源化利用農作物秸稈及風化煤培育番茄幼苗提供可行性分析，降低番茄幼苗的育苗成本，為生態環境的改善提供科學指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

玉米秸稈、風化煤、番茄種子均由新疆五家渠市鼎盛農業有限責任公司提供。育苗基質原料的理化性質見表1。pH值和電導率（基質 ∶ 水體積比=1 ∶ 5）等分別采用pH計（型號：FE20-FiveEasyTM，梅特勒-托利多集團生產）和電導率儀（型號：Orion160）測定;有機質含量采用濃硫酸-重鉻酸鉀高溫外加熱氧化-硫酸亞鐵滴定法測定[15];采用H2SO4-H2O2消煮，用凱氏定氮儀測定氮（N）含量;用鉬銻抗比色法測定磷（P）含量，用火焰光度計（型號：FP640）測定鉀（K）含量[16]。穴盤采用72孔（6×12孔）長方形塑料育苗盤。

1.2 試驗設計

將新鮮干燥玉米秸稈粉碎，在玉米秸稈和牛糞中分別添加發酵菌劑，調節含水量至65%～70%，裝于塑料袋中，置于25 ℃恒溫培養室內發酵;當發酵袋內玉米秸稈質地松軟，呈褐色，具有潮濕泥土氣味時發酵完成。采用隨機區組設計，設置9個處理和1個對照（表2），其中復合基質采用腐熟后的玉米秸稈、風化煤、腐熟牛糞、蛭石按不同體積配比，以傳統理想育苗基質（草炭 ∶ 蛭石體積比=2 ∶ 1）為對照。將混合均勻的基質裝入穴盤內，每個處理1盤，每個處理設3次重復。番茄種子先用0.5% NaClO經表面消毒后放于浸水的濾紙上，置于25 ℃培養箱中催芽48 h，選取已發芽的種子，播種至裝有混合基質的育苗盤中，每孔播種1顆，播種深度約0.5 cm，播后澆透水，對照處理則覆蓋蛭石，其余處理覆蓋相應混合基質，待出苗后記錄出苗日期和出苗數。整個幼苗期均以清水澆灌。試驗采用隨機區組排列，每3 d重新隨機排列各穴盤位置。待苗齡為30 d時，收獲所有番茄幼苗植株地上部和地下部，測量株高、莖粗。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 腐熟玉米秸稈和風化煤復合基質理化性質的測定 各處理配比完成后，取樣測定復合基質的物理、化學和養分特性。

1.3.2 番茄幼苗的測定 用卷尺測量從穴盤基質表面到植株生長點的高度即株高;在上胚軸中間位置用游標卡尺測量莖粗。分別收獲番茄幼苗植株地上部和地下部，依次用自來水和蒸餾水沖洗，采用烘干法，于105 ℃殺青30 min，70 ℃烘干48 h后稱質量。壯苗指數=莖粗/株高×單株干質量。葉綠素濃度采用95%乙醇提取法[17]，以每克鮮葉的葉綠素含量（mg/g）來表示;根系活力采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法測定，以每克鮮葉單位時間被還原的氯化三苯基四氮唑的量[mg/（g·h）]來表示[18]。

1.4 數據統計分析

采用Excel 2010計算數據的平均值和標準偏差，使用SPSS 18.0進行單因素方差分析，用圖基（Tukey）檢驗進行多重比較（α=0.05），采用Origin 8.5繪制數據圖。

2 結果與分析

2.1 腐熟玉米秸稈和風化煤復合基質的理化性質分析

由表3可以看出，不同處理的容重無顯著性差異，各處理容重均在番茄幼苗生長適宜范圍（0.2～0.8 g/cm3）內。番茄幼苗在總孔隙度為70%～90%的基質中可正常生長，本試驗除T5處理的總孔隙度為62.9%外，其他各處理復合基質的總孔隙度均在適宜范圍內。番茄幼苗生長的理想基質通氣孔隙為15%～30%，各處理基質的通氣孔隙最高為33.4%，最低為23.2%，均在適宜范圍內。番茄幼苗適宜生長的基質持水孔隙為40%～75%，各處理的持水孔隙為48.8%～69.4%，均在適宜范圍內。

腐熟玉米秸稈和風化煤復合基質的pH值和電導率均明顯大于對照，但均在基質適宜的pH值（6.0～7.5）和電導率（<2.6 mS/cm）范圍內，符合番茄幼苗生長對基質酸堿性和電導率的要求。與對照相比，腐熟玉米秸稈和風化煤復合基質的速效P和速效K含量均明顯高于對照。

2.2 番茄幼苗出苗率

腐熟玉米秸稈和風化煤復合基質的不同配比對番茄幼苗出苗率的影響不同。從圖1可知，各處理基質的出苗率均達85%以上，其中T4處理的出苗率最高，達100%;T1、T3、T6、T7、T8處理與對照的出苗率一致，T2、T5、T9處理的出苗率均為87.5%，低于對照（94.4%）。

2.3 番茄幼苗生物量、葉綠素和根系活力

腐熟玉米秸稈和風化煤復合基質對番茄幼苗生長產生不同程度的影響。如圖2所示，與對照相比，僅T4處理的番茄幼苗地上部干質量和地下部干質量無顯著差異，但T4處理的番茄幼苗莖粗和壯苗指數均顯著高于對照;T3處理的地上部干質量和株高雖然顯著低于對照，但地下部生物量、壯苗指數均與對照無顯著性差異;其他處理的地上部和地下部干質量、株高和壯苗指數均明顯低于對照。

本試驗不僅測定了番茄幼苗的形態指標，還進一步分析了番茄幼苗葉綠素含量和根系活性來評價幼苗質量。腐熟玉米秸稈和風化煤復合基質對番茄幼苗葉綠素含量和根系活力產生了不同程度的影響。如圖3所示，僅T8處理的葉綠素含量顯著高于對照，其他處理均低于對照;T3、T4、T8、T9處理的根系活力顯著高于對照，T2、T5、T6和T7等處理

的番茄幼苗根系活力均顯著低于對照。比較各處理間的番茄幼苗生理指標可知，葉綠素含量以T8處理最高，達1.36 mg/g，T4處理次之，為0.89 mg/g，再次為T9（0.85 mg/g）、T3（0.84 mg/g）處理;根系活力以T9處理最高，為0.74 mg/（g·h），T8處理次之，為0.57 mg/（g·h），再次為T4[0.46 mg/（g·h）]、T3[0.38 mg/（g·h）]處理。因而，就番茄幼苗葉綠素含量和根系活力等生理指標而言，以T8（添加10%腐熟玉米稈、30%風化煤、20%腐熟牛糞和40%蛭石）、T9（添加30%風化煤、20%腐熟牛糞和50%蛭石）處理的番茄幼苗葉綠素含量和根系活力最好。

而番茄幼苗形態指標表現最好的對照、T3和T4處理的葉綠素含量和根系活力并非最高，這可能是由于不同處理同一生長期的生長量不同，莖葉生長量大時的葉綠素含量被稀釋[19]。雖然T8和T9處理的葉綠素含量和根系活力最高，但其莖葉生長并未表現最好。因而，選育壯苗時應將形態指標和生理指標綜合考慮。

3 討論與結論

番茄穴盤育苗過程中以其他材料代替草炭對于番茄產業可持續發展、生態環境保護及廢棄物的資源化利用具有重要的意義。目前，已有研究利用玉米秸稈、花生殼、菇渣和椰糠等基質代替草炭用于番茄育苗[20-23]。由于不同玉米品種秸稈的特性存在差異[24]，且基于新疆本土化的研究較少，而新疆風化煤豐富，風化煤中的腐殖酸可促進作物生長，因此進一步將農業廢棄物與風化煤結合作為番茄育苗基質具有較好的應用前景。

本試驗結果表明，以腐熟玉米秸稈和風化煤代替草炭在番茄育苗中具有一定的應用潛力，復合基質的容重適中，保水透氣性能較強，有機質和速效養分含量較高，其中10%腐熟玉米秸稈、10%的腐熟牛糞和30%風化煤的復合基質番茄幼苗出苗整齊，可以促進番茄幼苗的生長。孫治強等的研究表明，25 kg花生殼添加85 g尿素、25 kg 花生殼添加359 g復合肥和25 kg花生殼添加 2 393 g 雞糞等可替代草炭用于工廠化番茄育苗基質[23]。葛桂民等的研究表明，與傳統常規基質相比，菇渣和玉米秸稈經炭化發酵復合基質育苗效果較好，其處理下的番茄幼苗壯苗指數、葉綠素含量、氮含量和根系活力均顯著增加[20]。這些研究表明，玉米秸稈應用于番茄育苗具有較好的可行性。此外，馮錫鴻等發現風化煤可部分替代草炭用于培育蔬菜作物，其復合基質具有較好的保水、透氣、營養緩釋和化學穩定性強等優點[10]。本試驗結果表明，在腐熟玉米秸稈和腐熟牛糞配比同等條件下，風化煤的添加量對番茄幼苗的生長具有較大的影響，添加30%風化煤的番茄幼苗生長優于添加20%風化煤，添加20%風化煤的番茄幼苗生長遲緩，這表明風化煤對番茄幼苗生長的影響與其添加量有關。李華等發現不同風化煤施用量對土壤有機質、腐殖質和團聚體結構的影響不同[25]。因此，進一步加強腐熟玉米秸稈與不同添加量風化煤配比對番茄幼苗生長的影響及機制研究，對于合理資源化利用新疆本土豐富的廢棄物，改善生態環境，降低育苗成本等具有一定的指導作用。

玉米秸稈腐熟后添加一定比例的風化煤和腐熟牛糞作為番茄幼苗育苗基質具有較好的應用潛力，其中以10%腐熟玉米秸稈，加入30%風化煤、10%的腐熟牛糞和50%蛭石配制成的復合基質，番茄出苗整齊，利于培育壯苗，并且整個苗期不用施底肥和營養液，降低了生產成本，節約勞動力。在腐熟玉米秸稈和腐熟牛糞配比同等條件下，風化煤的添加量對番茄幼苗的生長具有較大的影響，30%的添加量對番茄幼苗生長影響優于20%的添加量。未來應加強腐熟玉米秸稈與不同添加量風化煤配比對番茄幼苗生長的影響及機制研究。

參考文獻：

[1]郭世榮. 無土栽培學[M]. 北京：中國農業出版社，2003：164-172.

[2]王 勤. 蔬菜穴盤育苗技術的發展[J]. 內蒙古農業科技，2006（增刊1）：39-40.

[3]崔秀敏，王秀峰. 黃瓜穴盤育苗基質特性及育苗效果的研究[J]. 山東農業大學學報（自然科學版），2001，32（2）：124-128.

[4]孫志強，張惠梅，王吉慶，等. 番茄工廠化育苗木糖渣基質與肥料配比研究 [J]. 農業工程學報，1998，14（3）：177-180.

[5]Abad M，Noguera P，Burés S. National inventory of organic wastes for use as growing media for ornamenial potted plant production：case study in Spain [J]. Bioresource Technology，2001，77（2）：197-200.

[6]石慧芳，樸鳳植. 腐熟玉米秸稈復合基質在辣椒育苗上的使用效果[J]. 長江蔬菜，2010（4）：46-49.

[7]何余湧，石慶華，謝國強. 不同牛糞施用量對矮象草產草量、營養物質含量及干物質降解率的影響[J]. 中國農業科學，2008，41（7）：2143-2148.

[8]馮錫鴻，趙金華. 育苗基質中腐熟牛糞用量對番茄、甜瓜幼苗生長的影響[J]. 中國農學通報，2009，25（8）：230-232.

[9]汪家銘. 新疆建成風化煤制生物有機肥生產裝置[J]. 四川化工，2010，13（4）：187.

[10]馮錫鴻，王國強. 一種含稀土元素的育苗基質及其應用：CN201410540660.9 [P]. 2015-01-07.

[11]郝玉梅. 一種防病促長的冬瓜育苗基質：CN201610489423.3 [P]. 2016-11-09.

[12]劉麗麗. 西紅柿的栽培管理技術及田間管理[J]. 農業開發與裝備，2019（1）：206，208.

[13]Dorais M，Ehret D L，Papadopoulos A P. Tomato （Solanum lycopersicum） health components：from the seed to the consumer[J]. Phytochemistry Reviews，2008，7（2）：231-250.

[14]龐勝群，王禎麗，張 潤. 對新疆加工番茄新品種研發的思考[J]. 長江蔬菜，2005（6）：53-54.

[15]Nelson D W，Sommers L E. Total carbon，organic carbon and organic matter [M]//Page A L. Methods of soil analysis，part 2：chemical and microbiological properties. New Rork：American Society of Agronomy and Academic Press，1983：961-1010.

[16]Bray R H，Kurtz L T. Determination of total，organic，and available forms of phosphorus in soils [J]. Soil Science，1945，59（1）：39-46.

[17]Arnon D I. Copper enzymes in isolated chloroplasts. polyphenoloxidase in Beta vulgaris [J]. Plant Physiology，1949，24（1）：1-15.

[18]Clemensson-Lindell A. Triphenyltetrazolium chloride as an indicator of fine-root vitality and environmental stress in coniferous forest stands：applications and limitations [J]. Plant and Soil，1994，159（2）：297-300.

[19]黃丹楓，牛慶良，周丕生. 育苗基質對甜瓜幼苗質量的影響研究[J]. 西南農業大學學報，1998，20（6）：618-623.

[20]葛桂民，李建欣，崔杏春，等. 玉米秸稈和菇渣炭化發酵基質對番茄育苗的影響[J]. 長江蔬菜，2019（6）：18-21.

[21]趙 婧，儀澤會，毛麗萍. 番茄穴盤育苗基質篩選試驗[J]. 山西農業科學，2018，46（11）：1878-1881.

[22]董傳遷，尹程程，魏 珉，等. 玉米秸稈、棉籽殼菇渣替代草炭作為番茄和甜椒育苗基質研究[J]. 中國蔬菜，2014（8）：33-37.

[23]孫治強，趙永英，倪相娟. 花生殼發酵基質對番茄幼苗質量的影響[J]. 華北農學報，2003，18（4）：86-90.

[24]閆貴龍，曹春梅，魯 琳，等. 玉米秸稈不同部位主要化學成分和活體外消化率比較[J]. 中國農業大學學報，2006，11（3）：70-74.

[25]李 華，李永青，沈成斌，等. 風化煤施用對黃土高原露天煤礦區復墾土壤理化性質的影響研究[J]. 農業環境科學學報，2008，27（5）：1752-1756.楊 陽，曾令天，景夢岳. 呂梁山瀕危植物珊瑚蘭資源調查及形態解剖學研究[J]. 江蘇農業科學，2021，49（16）：122-126.