有機發酵基質理化性質變化及對甜瓜出苗的影響

王應梅，申耀東，楊宗賢，何苗，王曉璟，李娟，劉衍晨，杜紅斌

（塔里木大學園藝與林學學院/南疆特色果樹高效優質栽培與深加工技術國家地方聯合工程實驗室，新疆 阿拉爾 843300）

近年來，隨著基質育苗的迅速發展，工業化育苗對優良基質的需求越來越大。常規的草炭育苗基質由于運輸成本高、資源地生態價值重要［1-2］等原因，使得其價格一步步攀升，開發新型優質且低成本的基質迫在眉睫。有研究發現將農、林、綠化、園藝等產業生產遺留的有機廢棄物，經高溫堆肥生產為有機發酵基質是一條可行的道路［3］。將這些有機廢棄物發酵腐熟后作為育苗基質，不僅能解決基質需求的問題，還能促進資源的利用，但不是所有發酵得到的基質都能夠直接用于育苗。因此，探究有機發酵基質理化特性，對基質的研發與應用具有重要意義。

我國每年都會有大量的樹葉、鋸末和菇渣［4］材料產生，這些材料來源廣泛、價格低廉，是制作育苗基質的理想材料。目前，已有大量研究將樹葉、鋸末和菇渣等材料發酵腐熟后作為育苗基質。尚春明等［5］研究了菇渣與珍珠巖、蛭石的混配，發現珍珠巖∶菇渣∶蛭石=1∶1∶1為培育番茄苗的最佳基質配方。李宇等［6］也進行了菇渣與蛭石、珍珠巖復配基質育苗的研究，發現菇渣復配基質的物理性狀在理想基質范圍內，基質出苗率前期不如對照，但是后期逐漸與草炭基質持平且超過對照，最優處理配比為菇渣∶珍珠巖∶蛭石=5∶1∶4。李天鵬等［7］在菇渣基質中添加蚯蚓糞育苗，發現2∶1和8∶1混合基質最適宜番茄幼苗生長發育，形成壯苗。王鵬等［8］以懸鈴木和加楊的落葉為材料，將其堆腐后進行花卉育苗，發現懸鈴木基質較加楊基質更有利于花卉的生長發育。伍琪等［9］采用鋸末、米糠混合發酵基質進行油茶育苗試驗并取得成功。王德歡等［10］將鋸末與蚯蚓糞、蛭石復配后育苗，發現鋸末∶蚯蚓糞∶珍珠巖=3∶1∶1育苗效果較好。此前的研究通常將有機發酵基質按一定比例與無機基質或多種有機質發酵基質復混后育苗，通過觀察苗的生長來判定基質的適用情況，對有機發酵基質本身的性質研究較少，且基質配方多變，這使得基質本身的性質不夠明確。

本試驗以樹葉基質、草酸樹葉基質、鋸末基質和菇渣基質為材料，進行甜瓜育苗試驗。設置四個單一基質處理和2個復混基質處理，以常規育苗基質（草炭∶蛭石=2∶1）作為對照，研究有機發酵基質對甜瓜出苗的影響，對比分析育苗前和出苗后基質理化性質變化，探究有機發酵基質理化特性，以期為有機發酵基質的研制及應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用樹葉基質是塔里木大學校園內楊樹、梧桐等行道樹的秋季落葉發酵腐熟而來，草酸樹葉基質是塔里木大學校園內楊樹、梧桐等行道樹的秋季落葉經過草酸溶液前處理后發酵腐熟而來。菇渣基質為發酵腐熟的棉籽殼菌袋平菇菌渣，鋸末基質為發酵腐熟的白楊樹鋸末。對照采用草炭為進口品氏0～6 mm的草炭，基質輔料蛭石和珍珠巖購買于新疆阿克蘇市烏什縣。供試甜瓜品種為‘花花?！?。

1.2 試驗設計

試驗設置7個育苗基質處理，如表1所示，以草炭∶蛭石=2∶1作為對照（CK），采用營養缽育苗，每個處理播種80個營養缽，且重復3次；取配制好并且澆透水后的基質樣品，風干后測定育苗前基質理化性質。播種9 d后開始統計出苗數量，此后每3 d統計一次；破心（子葉完全展平，第一片真葉露出）后每個處理隨機取苗30株，測定幼苗生長指標，同時取基質測定出苗后基質理化性質。育苗過程中采取相同的管理措施，且水肥管理中只澆自來水。

表1 基質配比情況

1.3 基質理化性質與甜瓜苗測定指標及方法

1.3.1 幼苗形態指標測定

采用游標卡尺測量子葉長、子葉寬、株高和莖粗。采用萬深掃描儀和根葉分析系統分析子葉葉面積、根長、根數和根體積。采用SPAD-502便攜式葉綠素儀測定子葉葉綠素含量（SPAD）。使用萬分之一天秤稱量幼苗地上部鮮重和根鮮重，計算根冠比，計算式如下：

1.3.2 基質物理性質測定

取容積為V的容器（250 mL），稱重記為W0，裝滿風干基質，稱重記為W1，包兩層紗布，用皮筋綁緊，浸泡水中24 h，稱重記為W2，將容器倒置，水分自然瀝干后再稱重記為W3，取下紗布皮筋稱重記為W4。W0～W4，均以g為單位，基質容重及孔隙度按以下公式計算：

1.3.3 基質化學性質和養分含量測定

取風干基質5 g，加入50 mL蒸餾水，37℃條件下165 r/min震蕩浸提30 min，過濾后用pH計測定pH值，用電導儀測電導率。分別采用堿解擴散法、乙酸銨浸提火焰光度法和碳酸氫鈉浸提鉬銻抗比色法測定堿解氮、速效鉀和有效磷含量。

1.3.4 理化性質變化

以變化幅度量化出苗后基質各個理化指標的變化情況，計算公式為：

1.4 數據分析

采用軟件Microsoft Office Excel 2019和DPS 7.05進行試驗數據的整理分析。

2 結果與分析

2.1 有機發酵基質對甜瓜出苗的影響

2.1.1 不同基質處理出苗情況

由表2分析可知，CK在不同時間的出苗數較為接近，且在第9天統計時出苗數已達到75.67株，說明CK出苗較早。CK的出苗率仍為最高，說明CK處理甜瓜出苗最好。在有機發酵基質處理T1～T6中，T5處理出苗率最高，且與CK無顯著性差異，其余5個有機發酵基質處理出苗率均顯著低于CK。出苗時間除CK以外，T5處理的出苗時間在第9天的出苗數高于其余5個有機發酵基質處理，且在隨后兩次統計中出苗數的增加少于其余5個有機發酵基質處理，說明T5處理出苗時間相對較早且集中，而其余5個處理出苗時間晚且出苗時間分散。T5處理出苗相對較早，出苗率最接近CK，是除CK外6個有機發酵基質處理中出苗最好的處理。

表2 不同基質處理出苗率

2.1.2 不同基質處理出苗結束時甜瓜幼苗形態指標

由表3分析可知，子葉大小，葉長、葉寬和葉面積均為CK最大，T5處理次之，T6處理子葉最小。而T6處理葉綠素含量最高，這可能是菇渣基質富含葉綠素合成的元素。除T6處理外，各處理間的株高均無顯著性差異，說明除菇渣基質外，其余基質處理對株高的影響較小。CK莖粗最大，T2處理莖粗最小，T3和T5處理與CK不存在顯著差異。復混蛭石的T1處理與單一的樹葉基質T3處理各個指標之間均不存在顯著差異，復混蛭石的T2處理子葉大小顯著高于單一的草酸樹葉基質T4處理，其他指標之間差異不顯著，說明在樹葉基質中添加蛭石對甜瓜幼苗地上部生長沒有影響，但在草酸樹葉基質中添加蛭石能促進甜瓜幼苗子葉的增大。

表3 不同基質處理對甜瓜幼苗地上部形態指標的影響

由表4分析可知，各處理基質的根長和根尖數都顯著小于CK，T5鋸末基質的根體積與CK無顯著差異。除T5和T1處理的根鮮重與CK差異不顯著外，其余處理地上部鮮重與根鮮重均顯著小于CK。T4處理根冠比與T1存在顯著性差異，其他各基質處理之間均無顯著差異，說明除T4處理外，其他基質的幼苗根冠比都較為合理，根系生長與地上部生長協調。復混蛭石的T1和T2處理與單一T3和T4處理之間每個根系指標均無顯著性差異，說明在樹葉和草酸樹葉基質中添加蛭石對甜瓜出苗期間的根系發育影響不大。

表4 不同基質處理對甜瓜幼苗根系的影響

2.2 不同配方有機發酵基質理化性質變化分析

2.2.1 不同配方有機發酵基質物理性質變化

參照《蔬菜育苗基質標準(NY/T2118—2012)》［11］（后文如無特殊說明，提及的育苗基質標準均為該標準），基質容重應在0.2～0.6之間，總孔隙度應大于60%，通氣孔隙度大于15%，持水孔隙度大于45%，氣水比應在0.25～0.50之間。通過表5分析并與該標準對比，T5處理物理性質較為符合要求，其余基質處理包括CK都各有欠缺。出苗后，所有基質物理性質均有不同程度變化。在容重上，除T6處理小幅度降低外，其余處理趨于增加，其中T1、T2和T4增加幅度超過20%。出苗后CK的容重更接近育苗基質標準要求，有機發酵基質處理的容重也均在育苗基質標準要求的范圍內。在總孔隙度上，T5和T6處理與CK變化趨勢一致，都表現為減少，T1～T4處理變化趨勢則反之，表現為增加。所有處理通氣孔隙度大幅減少，通氣性變差。持水孔隙度除T6處理菇渣基質與CK一致減少外，其余處理都表現為增加。氣水比是通氣孔隙度與持水孔隙度的比值，反映基質的水氣協調程度，出苗后有機發酵基質處理氣水比大幅度下降，水氣協調性變差。綜合評價，基質孔隙結構劣化。復混蛭石的T1、T2處理和T3、T4單一基質處理孔隙度變化趨勢一致，但變化幅度相對較小，說明添加蛭石可以減緩基質孔隙結構的劣化。

表5 不同基質處理物理性質變化

2.2.2 不同配方有機發酵基質化學性質變化

由表6分析可知，所有處理育苗前和出苗后的pH均在育苗標準范圍5.5～7.5內。育苗后T5和T2處理pH值下降，其余基質處理pH均上升，但下降和上升的幅度都較小，基質pH值相對穩定?；|EC值除T5處理與CK接近外，其余處理在育苗前均高于育苗基質標準要求，出苗后所有處理均表現為下降，除T5處理降低幅度較小外，其余處理下降幅度均較大，其中菇渣下降最大，達到49.14%，這可能與菇渣本身含鹽量較高有關。

表6 不同基質處理化學性質變化

2.2.3 不同配方有機發酵基質養分含量變化

由表7分析可知，堿解氮含量無論育苗前還是出苗后均在標準范圍50～500 mg/kg內，其中T1、T2、和T6處理堿解氮含量相對育苗前降低，變化趨勢與CK一致，而T3、T4和T5則與CK相反，其中T4處理上升幅度較小，僅有5.03%，基本上與育苗前保持穩定，而T5處理上升幅度較大，增加了26.32%。育苗前基質有效磷含量已經超出育苗基質標準10～100 mg/kg的要求，出苗后基質有效磷含量大幅度增加，這可能對苗的生長產生不利影響。速效鉀含量在出苗后全部表現為降低，說明基質中的可溶性鉀養分極易流失，但由于育苗前，速效鉀含量遠超育苗基質標準50～600 mg/kg的要求，因而速效鉀含量降低對于育苗是有利的。

表7 不同基質處理養分含量變化

3 討論

基質是種子萌發生長的載體，種子萌發所需的水分、氣體、養分等條件均由基質提供，同時也能起到緩沖溫度、pH值等過度變化的作用［12-13］，因而選用性質優良的基質是育苗的關鍵環節之一，理化性質良好穩定的基質，才能給苗的萌發生長提供合適的根系環境。本研究除CK外的6個試驗處理中，樹葉和菇渣的基質處理出苗率均較低，僅有鋸末基質出苗率與對照處理接近，子葉展平真葉破心后，幼苗長勢各個處理均不如對照處理，這說明樹葉、菇渣和鋸末基質在育苗中仍然存在不足，這主要表現在基質本身理化性質的不足和育苗過程中基質的理化性質變化較大，穩定性較差上。

育苗前，鋸末基質的物理性質完全達到育苗基質標準要求，pH值適宜，EC較低，這可能就是鋸末基質出苗較好的原因，而其余基質處理出苗率都相對較低，這可能與基質理化性質不足有關。基質主要存在通氣性不足和EC值偏高兩個問題，但在孫延穩等［14］和葛桂民等［15］研究中，菇渣基質通氣孔隙度較高，這與本研究結果相反，可能是由于所用菇渣材料差異較大造成的。李月娟等［16］研究發現，基質的通氣孔隙度對扦插生根影響最大，說明基質的通氣孔隙度是影響基質理化性質的重要指標，本試驗所用對照和鋸末基質通氣孔隙度偏低，但基質出苗率卻高于其他處理，說明通氣孔隙度不是影響甜瓜出苗的主要因素。王景瑞［17］認為基質EC的極限值為2.5 mS/cm，《綠化用有機質標準（GB/T 33891—2017）》［18］中也要求扦插或育苗基質的EC值小于或等于2.5 mS/cm，本試驗發現樹葉和菇渣基質EC值都高于2.5 mS/cm，過高的EC值對甜瓜出苗產生了脅迫，使得出苗率較低。

出苗后，基質理化性質都有較大變化。物理性質變化主要表現為容重、總孔隙度和持水孔隙度增加，通氣孔隙度和氣水比下降，這與張沛健等［19］采用桉樹皮基質育苗后理化性質變化趨勢基本一致，其中，鋸末基質總孔隙度在育苗后降低，這可能是鋸末基質顆粒細小，相互團結所致，而菇渣基質容重、總孔隙度和持水孔隙度在育苗后都表現為下降，與其他基質變化趨勢相反，這可能是由于菇渣基質吸水后體積膨脹，導致容重變輕，總孔隙度擠壓減少，加之菇渣基質細小顆粒占比較大，育苗過程中小顆粒因澆水而流失，由小顆粒構成的持水孔隙隨之減少。綜合分析，育苗后基質物理性質劣化，說明有機發酵基質物理結構穩定性弱。試驗發現復混蛭石的樹葉、草酸樹葉處理通氣孔隙度和氣水比的下降程度都明顯小于其單一基質處理，說明添加蛭石有利于維持樹葉和草酸樹葉基質結構的穩定，但蛭石添加比例還需進一步研究優化。化學性質中，pH升高和降低幅度都較小，pH值較為穩定，而EC值大幅度下降，說明基質中的離子易于在育苗的水分管理過程中淋洗流失，且育苗后基質速效氮磷鉀含量仍然較高，養分含量豐富，在實際應用中，可通過洗鹽的方式降低基質的EC值，以解決有機發酵基質EC值偏高的問題。養分含量方面，樹葉、草酸樹葉和鋸末基質堿解氮含量增加，其余基質處理減少，有效磷含量大幅度增加，速效鉀含量大幅度降低，這與趙宏亮等［20］研究的辣椒育苗后基質堿解氮、有效磷和速效鉀養分都減少的結果存在差異。堿解氮和有效磷含量的增加可能是育苗過程中基質發生了二次發酵腐解，釋放出了氮、磷養分，同時磷肥在基質中移動較慢，不易被水分淋洗而流失［21］，而速效鉀養分易于淋溶，且基質中鉀含量較高，因而育苗后速效鉀養分必然下降。

4 結論

在除CK外的6個試驗處理中，甜瓜出苗率均低于對照，其中鋸末基質與對照無顯著性差異，幼苗長勢均弱于對照，甜瓜出苗效果較差。與育苗前相比，出苗后基質理化性質均發生變化。物理性質中，容重和持水孔隙度菇渣基質降低，其余基質增加，總孔隙度鋸末和菇渣基質降低，其余基質增加，通氣孔隙度和氣水比各個處理均下降，其中樹葉、草酸樹葉、鋸末和菇渣基質孔隙度和氣水比大幅度變化，基質孔隙結構穩定性較差?；瘜W性質中，出苗后基質pH值都基本保持穩定，除鋸末基質外，EC值大幅下降，基質離子易流失。在養分含量上，樹葉、草酸樹葉和鋸末基質堿解氮含量增加，其余基質處理減少，有效磷含量均增加，速效鉀含量均降低。