菇渣堆肥復配基質對黃瓜穴盤苗生長效應的綜合評價

李其勝, 顧大路, 董青君, 殷小冬, 楊文飛, 杜小鳳, 文廷剛, 賈艷艷, 楊 威, 徐永剛

(1.江蘇徐淮地區淮陰農業科學研究所,江蘇 淮安 223001;2.淮陰師范學院,江蘇 淮安 223300)

無土育苗是以草炭和蛭石等通氣較好的材料作為基質,并澆施營養液進行育苗的一種方法[1]。該方法不僅可以保護根系,有效減輕病蟲害,還有利于培育優質壯苗,提高幼苗的成活率和品質[2]。傳統的草炭商品基質價格高,且是不可再生資源,尋找成本低、理化特性好的材料替代草炭作為育苗基質已成為當前的研究熱點[3]。

據統計,中國年產約1.60×107t菇渣,如能將其堆肥化處理后作為育苗基質,不僅可以減少環境污染,還能變廢為寶[4-5]。菇渣中含有豐富的多糖、蛋白質、有機質和多種酶等活性物質,且理化性質接近草炭[6],經堆肥后適合作為育苗基質。菇渣經發酵腐熟后能夠降低其鹽分和有害物質含量,提高腐殖化程度,增加養分含量[7]。田鎖霞等[6]研究了菇渣和園林廢棄物堆肥的理化性質及其在黃瓜育苗中替代草炭的效果,發現其替代比例不宜超過40%;陳貽釗等[8]認為將海鮮菇菇渣和紅泥土復配可以滿足西瓜幼苗的生長要求,其中海鮮菇菇渣用量為70%最為適宜;董傳遷等[9]的研究結果表明,與利用秸稈堆肥和食用菇菇渣混合配制而成的草炭基質相比,玉米秸稈和棉籽殼、菇渣作為育苗基質育出的辣椒幼苗質量明顯較好。

菇渣經高溫堆肥后能達到無害化腐熟標準,但因其氮、磷、鉀總養分含量較低,不能單獨作為基質用于育苗[10]。牛糞堆肥是牛糞經發酵腐熟后的有機肥料,其養分含量較高,是良好的育苗基質材料[11]。前人研究結果表明,將牛糞堆肥添加園土進行育苗,可增加基質中的養分含量,顯著提高蔬菜幼苗的壯苗指數和葉綠素含量[12-14]。盡管已有相關菇渣堆肥基質研究,但菇渣堆肥和牛糞堆肥、蛭石復配基質進行果蔬類育苗研究較少,且菇渣堆肥和牛糞堆肥在養分含量、電導率等理化性質方面存在互補優勢。不同原材料的菇渣堆肥用于育苗基質的效果也存在差異。因此,本研究擬以主要成分為木屑、玉米芯和甘薯渣的菇渣堆肥搭配牛糞堆肥、草炭、蛭石進行不同配比,通過測定各配方的基質特性及其對黃瓜幼苗生長的影響,篩選出適宜黃瓜生長的最優基質配方,旨在為農業廢棄物的合理利用提供新的途徑。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試菇渣堆肥制備:菇渣為杏鮑菇栽培廢料,其成分主要是木屑、玉米芯和甘薯渣等,經過粉碎,加入生物炭、微生物菌劑等添加劑,在泡沫箱中進行好氧發酵,堆體初始含水率調節至60%左右,每2 d翻堆1次,經過21 d,各項指標顯示堆肥腐熟完成。菇渣堆肥的基本理化性質如下:pH 7.90,電導率1.75 mS/cm,有機碳含量365.73 g/kg,全氮含量20.60 g/kg,全磷含量6.28 g/kg,全鉀含量17.34 g/kg,發芽指數140%,含水率36.34%。

供試黃瓜品種為致綠0159,市售。供試商品基質購自淮安市柴米河有限公司。牛糞堆肥、泥炭(丹麥進口品氏泥炭)、蛭石均為市售。

1.2 試驗設計

試驗于2022年7月在淮安市農業科學研究院溫室大棚內進行。將菇渣堆肥、牛糞堆肥、草炭和蛭石按不同比例復配,各配比組合見表1。試驗共設8個處理,分別以草炭基質(CK1)和市售育苗基質(CK2)為對照。基質混配后裝入50孔育苗盤中,每穴1粒種子,播種后覆蓋1 cm厚基質,每個處理3盤(即每處理3次重復,每重復50株幼苗)。播種完成后將基質澆透,在子葉展平期噴施復合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)水溶液,含量為0.1%,5 d后追施1次。

表1 不同基質配方

1.3 樣品采集與測定

播種后5 d調查各處理出苗率,待種苗長到4葉1心(播種后20 d)后,每盤隨機選取10株幼苗,測定株高、莖粗、葉綠素相對含量(SPAD值)、葉長、葉寬、地上部鮮質量和地下部鮮質量。測定時小心取出幼苗及根部基質,用游標卡尺測量株高和莖粗。將地上部和地下部用剪刀剪開后置于烘箱中,烘至恒質量后稱取干質量。用SPAD儀測定葉綠素相對含量(SPAD值,取平均值)。根冠比和壯苗指數計算如下:

根冠比=地下部干質量/地上部干質量

(1)

壯苗指數=(莖粗/株高+地下部干質量/地上部干質量) ×總干質量

(2)

基質pH和電導率(EC)分別采用pH計和電導率儀測得;基質有機碳含量、全氮含量、全磷含量、速效磷含量和堿解氮含量的測定參照魯如坤[15]的方法。

基質容重和孔隙度測定參照NY/T2118-2012的方法:稱取已知容積為200 ml的環刀質量,記為M1;將干燥后的基質樣品加入此環刀中,稱取質量,記為M2;將裝滿基質樣品的環刀浸泡在水中24 h,稱取質量,記為M3;將環刀中水分瀝干后,稱取質量,記為M4,具體計算方式如下:

容重(g/cm3)=(M2-M1)/200

(3)

總孔隙度(%)=(M3-M2)/200×100%

(4)

通氣孔隙度(%)=(M3-M4)/200 ×100%

(5)

持水孔隙度(%)=總孔隙度(%)-通氣孔隙(%)

(6)

氣水比=通氣孔隙/持水孔隙

(7)

1.4 黃瓜植株形態指標的綜合評價

植物形態指標綜合評價采用隸屬函數法[16],綜合得分越高,說明植株生長效果越好。用下列公式計算:

U(Ea)=(Ea-Eb)/(Eb-Ec)。式中,U(Ea)為某一生長指標在各處理的隸屬函數值;Ea為某一生長指標的測定值,Eb和Ec為該指標在各配方基質中的最大值和最小值。求各處理所有生長指標的隸屬函數值的平均值,即為綜合評價指數。

1.5 數據處理

采用Duncan’s法檢驗各處理間的差異性(P<0.05)。采用Excel 2016和Origin 2022b進行制表和作圖。

2 結果與分析

2.1 不同茹渣堆肥復配基質的理化性質

由表2和表3可知,各處理基質原料配比不同,其理化性質也不相同。各處理育苗基質的容重為0.15～0.34 g/cm3,添加菇渣基質(T1～T6)的容重大于對照組,其中T6容重最大,CK1容重最小。添加菇渣的基質(T1～T6)總孔隙度和持水孔隙度顯著低于CK1,尤以T2基質孔隙度最小。T5基質的通氣孔隙度為9.17%,顯著高于CK2處理,與其他處理相比無顯著差異。氣水比以T5基質最高,為0.17。

表2 不同茹渣堆肥復配基質的物理性質

表3 不同茹渣堆肥復配基質的化學性質

pH和EC是影響基質效果的重要指標,一般育苗基質適宜的pH為5.5～7.5,適宜的EC值小于2.6 mS/cm[17]。與CK1和CK2相比,添加菇渣的基質能顯著增加基質pH和EC。T3基質的pH最高,為7.86,顯著高于T5、T6基質和對照。各基質的EC值為0.74～3.34 mS/cm,其中T5基質的EC值最大,CK1的EC值最小。與對照(CK1、CK2)相比,添加菇渣堆肥的基質T1～T6能顯著增加速效磷以及T4～T6基質能顯著增加堿解氮含量。隨著菇渣添加比例減少,基質速效養分含量也減少。CK1的有機質含量均高于其他基質,CK2有機質含量最低,為396.22 g/kg。與速效養分相似,不同基質處理全量養分差異明顯,T1～T6基質全氮和全磷含量顯著高于CK1和CK2處理。

2.2 不同茹渣堆肥復配基質對黃瓜幼苗生長的影響

從表4可知,所有基質的黃瓜出苗率達95%以上,其中T6基質出苗率最高,為99.33%。T6基質黃瓜幼苗的株高、莖粗和葉長均為最高值,分別為33.27 cm、4.71 cm和7.88 cm。與其他基質相比,CK2的葉綠素相對含量最高,T6基質次之,分別為36.40和31.01,顯著高于CK1。地上部干質量和地下部干質量以CK2和T6基質較高。由圖1和圖2可知,T6基質的根冠比和壯苗指數均顯著高于其他處理(壯苗指數中CK2除外),分別為0.21和0.12。

表4 不同茹渣堆肥復配基質對黃瓜幼苗生長的影響

CK1、CK2、T1、T2、T3、T4、T5、T6見表1。不同小寫字母表示基質間差異顯著(P<0.05)。

CK1、CK2、T1、T2、T3、T4、T5、T6見表1。不同小寫字母表示基質間差異顯著(P<0.05)。

2.3 不同茹渣堆肥復配基質對黃瓜幼苗生長影響的綜合評價

運用隸屬函數法對各茹渣堆肥復配基質的黃瓜幼苗生長指標進行綜合評價(表5)。CK1、T3、T4和T6基質的出苗率的評價系數明顯高于其他基質。T6基質的株高、莖粗、葉長和葉寬的評價系數最高,數值均為1.00。地上部干質量和SPAD值評價系數以CK2最高,T6基質次之。根冠比評價系數以T6基質最高。地下部干質量和壯苗指數評價系數以CK2和T6基質較高。

通常某一復配基質的作物生長指標評價系數越大,說明使用該復配基質育苗效果更好[18]。在所有復配基質中,T6基質的綜合評價指數最高,數值為0.90,其次是CK2,綜合評價指數為0.73。綜合評價指數最低的為CK1,僅為0.15。各復配基質下黃瓜幼苗生長綜合評價指數的排序為T6>CK2>T4>T3>T5>T2>T1>CK1。

表5 不同茹渣堆肥復配基質下黃瓜幼苗生長指標的綜合評價

2.4 茹渣堆肥復配基質特性與黃瓜幼苗生長指標的相關性

對黃瓜幼苗生長指標與育苗基質的理化性質進行相關性檢驗,結果(表6)顯示,幼苗株高、莖粗與基質容重呈顯著正相關,與有機質含量呈顯著負相關;幼苗葉長、葉寬與基質容重、pH、電導率、速效磷含量、堿解氮含量、全氮含量和全磷含量呈顯著正相關,與基質總孔隙度、持水孔隙度和有機質呈顯著負相關;幼苗SPAD值和地上部干質量均與基質速效磷含量呈顯著負相關;黃瓜幼苗根冠比與基質容重呈顯著正相關。

表6 黃瓜幼苗生長指標與基質特性相關性分析

3 討論

3.1 茹渣堆肥復配對育苗基質理化性質的影響

研究結果表明,未經腐熟的菇渣中含有許多對作物幼苗產生毒害作用的物質,需經高溫發酵堆肥后才能作為無土栽培基質[19]。菇渣堆肥富含豐富的有機質和營養物質,可以顯著提升基質的肥力,并提高幼苗成活率[20]。基質理化特性的好壞直接關系到幼苗的生長發育[21-22]。pH和電導率是衡量基質能否用于育苗的重要因子[23]。本研究中,所有處理的pH和EC值均處于適宜范圍內,其中添加菇渣堆肥和牛糞堆肥處理的EC值偏高。浩折霞等[14]通過試驗也發現,牛糞堆肥不適宜單獨作為基質,需與草炭、蛭石等按照一定的比例進行混配來降低基質EC值。基質的容重和孔隙度是影響幼苗根系生長的重要指標[24]。前人研究認為,理想基質的容重為0.2～0.8 g/cm3,總孔隙度應為60%～90%[25]。試驗結果表明,除T2、T3基質,其他基質的容重、總孔隙度均在適宜范圍內,添加菇渣堆肥的復配基質容重顯著高于CK1,總孔隙度、持水孔隙度均顯著低于CK1。這是因為菇渣堆肥和牛糞堆肥有著較小的比表面積和孔隙度,可以有效改良草炭基質容重小等特點[26]。基質中養分含量的高低能夠反映植物幼苗生長質量健康狀況[14]。本研究中,菇渣堆肥復配基質的全量養分和速效養分含量均顯著高于草炭基質,其中茹渣堆肥添加比例最高的T1基質養分含量最高,這與孫朝輝等[27]的研究結果相似,其研究結果表明茹渣堆肥復配基質的速效鉀、堿解氮、速效磷含量隨菇渣堆肥添加比例增加而明顯上升。

3.2 不同茹渣堆肥復配基質對黃瓜幼苗生長發育的影響

不同茹渣堆肥復配基質由于理化性質不同,其育苗效果也各不相同。前人通過將菇渣和蛭石混合配制育苗基質,發現其可以顯著促進黃瓜幼苗生長、提高生物量和根系活力[28]。趙海亮等[13]的研究結果表明,在沙化土中添加腐熟的牛糞和菇渣,可以有效促進番茄植株生長發育,提高番茄產量。本試驗測定了黃瓜幼苗的各項生長發育指標,結果表明,添加菇渣堆肥和牛糞堆肥的復配基質(T1～T6)黃瓜幼苗的株高、莖粗、葉長、葉寬及地下部干質量較CK1明顯增加。根冠比和壯苗指數是反映幼苗質量高低的重要指標[29-34]。本研究中,T6基質的根冠比和壯苗指數顯著高于其他處理,表明在其復配基質中黃瓜幼苗生長更健壯,根系更發達。與傳統基質相比,菇渣堆肥復配基質的養分含量較高,一是因為菇渣堆肥和牛糞堆肥具有豐富的氮、磷等大量營養元素和中微量營養元素;二是因為菇渣堆肥和牛糞堆肥具有團粒結構,使得基質養分不易淋失,在育苗過程中能持續供給有效養分[8];此外,菇渣堆肥復配基質的容重和通氣孔隙度等物理性質也得到有效改善,具有保持水分和通氣、促進幼苗扎根的作用。

僅通過單一指標不能準確判斷在各復配基質中植株的生長質量[35],本試驗采用隸屬函數法對黃瓜幼苗各生長指標進行綜合評價分析,發現T6基質的綜合評價指數最高,其后依次為CK2、T4、T3、T5、T2、T1、CK1,這說明植株生長綜合評價指數隨著菇渣用量增加而降低,尤以T6基質的30%添加量對幼苗健壯生長最為適合。不同原材料的菇渣堆肥可能對幼苗生長效果不同,如常曉曉等[36]利用以主要成分為棉籽殼和麥糠的菇渣作為基質育苗,結果表明,菇渣和蛭石3∶1復合基質的幼苗綜合評價系數最高。而陳菲等[37]認為,菇渣粒徑大小是影響基質理化特性的重要因素,粒徑不同對基質育苗效果影響也不同。

3.3 茹渣堆肥復配基質理化性質與黃瓜幼苗生長指標的相關性

本研究中,黃瓜幼苗葉長、葉寬與基質養分含量(氮、磷)呈顯著正相關關系,說明較高的基質養分含量有利于植株葉片生長,促進幼苗生長發育[38]。株高、葉長、葉寬與基質的容重呈顯著正相關關系,與基質總孔隙度呈顯著負相關關系,這和前人的研究結果相似,容重大,基質總孔隙度小,有利于幼苗扎根,促進幼苗健壯[39]。葉片SPAD值與基質電導率、速效磷含量呈顯著負相關關系,這是因為隨著菇渣堆肥添加比例的增加,復配基質中的速效磷含量增加,但同時也增加了基質中可溶性鹽含量,鹽分含量較高可能會抑制光合作用過程中各種酶的活性,影響葉片光合作用,不利于葉綠素的形成。這與李蒙等[39]采用礱糠灰混配基質在甜瓜栽培上的應用研究結果相反,其結果表明EC值越大,SPAD值也越大,這是因為礱糠灰較菇渣堆肥養分含量少且EC值小,EC值增大不會對幼苗造成毒害,且會增加基質中的營養物質,促進幼苗有機物質的合成,從而增加黃瓜幼苗的葉綠素相對含量。

4 結論

本試驗中,T6基質(30%菇渣堆肥+20%牛糞堆肥+30%草炭+20%蛭石)各項理化指標值均在理想基質要求的適宜范圍內,且黃瓜幼苗的出苗率、株高、莖粗和壯苗指數等生長指標均優于其他基質,因此可以考慮將T6基質作為黃瓜穴盤育苗的推薦茹渣堆肥復配基質。