河道淤泥制作育苗基質(zhì)對黃瓜幼苗生長的影響

謝昶琰，董青君，張苗，李青，孫春梅，章安康

（江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇 淮安 223001）

隨著我國河湖疏浚工程的大力開展，清淤淤泥量不斷增加。據(jù)不完全統(tǒng)計，江蘇省每年河道淤泥的淤積總量約為1.5 億m3～2.0 億m3，截至2022 年，淮安清淤量達(dá)4 000 萬m3[1-2]。作為河道疏浚清淤的副產(chǎn)物，淤泥中所含有的泥沙量較大、黏性大、含水率也較高，如何處理已成為制約清淤工程有效開展的一大難題[3-4]。淤泥處置方式附加值較低，其資源化處理是必然趨勢[1]，將淤泥加以利用，既可節(jié)本增效，又有利于城鄉(xiāng)環(huán)境綜合治理和綠色發(fā)展。眾多學(xué)者針對淤泥資源化利用開展了大量的研究，將淤泥應(yīng)用于土地利用、填方、建筑和能源回收等領(lǐng)域[5-7]，其中土地利用途徑包括農(nóng)業(yè)利用、園林綠化、受損土壤修復(fù)等[8]。在農(nóng)業(yè)利用方面，由于淤泥與土壤具有類似的物理化學(xué)性質(zhì)，且富含供植物生長的營養(yǎng)元素，其可施用于農(nóng)田土地，以提高土壤理化性質(zhì)及營養(yǎng)結(jié)構(gòu)。劉銀等[9]在淤泥中添加粉煤灰、玉米秸稈和稻殼，以提高淤泥中的營養(yǎng)成分含量，且處理后的淤泥對植物根系發(fā)育及生長均有促進(jìn)作用。也有研究將淤泥與咖啡渣[10]、生物炭[11]、蚯蚓糞等[12]有機(jī)物料配合使用，可改善淤泥理化性質(zhì)，有效滿足了植物的養(yǎng)分需求，進(jìn)而促進(jìn)植物生長。以上研究表明，改良后的淤泥農(nóng)業(yè)利用價值大大提高。

淮安作為江蘇省重要的蔬菜作物產(chǎn)區(qū)，對規(guī)模化育苗及栽培的需求量較高。據(jù)統(tǒng)計，淮安全年蔬菜種植面積10.5 萬hm2，產(chǎn)量達(dá)440 萬t[13]，在基質(zhì)產(chǎn)業(yè)方面具有較為廣闊的發(fā)展前景。近年來，我國對育苗基質(zhì)原料的研究越來越多[14]，但有些基質(zhì)材料仍存在缺陷或不足，如基質(zhì)成本高、資源不豐富等。為此，本研究旨在開發(fā)利用當(dāng)?shù)刎S富易得的河道清淤淤泥，以淤泥為研究對象，與當(dāng)?shù)赜袡C(jī)物料、無機(jī)物料進(jìn)行復(fù)配，篩選出適合黃瓜生長的最佳基質(zhì)配方，以期實(shí)現(xiàn)淤泥的綠色資源化高效利用，為低成本、高質(zhì)量育苗基質(zhì)的商品化生產(chǎn)提供技術(shù)儲備。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試品種為黃瓜致綠0159，供試淤泥采自江蘇淮安市黃碼鎮(zhèn)河道，經(jīng)過清淤后自然曬干、粉碎、過5 mm 篩備用，其重金屬含量見表1。重金屬含量值低于GB15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的一級標(biāo)準(zhǔn)限值，也遠(yuǎn)低于NYT525—2021《有機(jī)肥料》對于農(nóng)業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)限值。物料1、物料2、蛭石、珍珠巖均為市售，基本理化性質(zhì)見表2。商品基質(zhì)購自淮安淮農(nóng)農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限公司，其理化性質(zhì)如下：pH 值7.31，EC 值1.91，有機(jī)質(zhì)244.68 g·kg-1，全氮12.19 g·kg-1，全磷3.02 g·kg-1，全鉀15.28 g·kg-1。

表1 淤泥重金屬含量mg·kg-1

表2 供試材料基本性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)于2023 年2 月在江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所溫室大棚內(nèi)進(jìn)行。將淤泥、物料1、物料2、蛭石和珍珠巖按不同比例復(fù)配，各配比組合見表3。試驗(yàn)共設(shè)7 個處理，以淤泥CK1 和商品基質(zhì)CK2為對照。基質(zhì)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(zhì)，每個處理3 盤（即每處理有3 次重復(fù)，每重復(fù)50 株幼苗）。播種完成后，將基質(zhì)澆透，在子葉展平期噴施水溶復(fù)合肥（N∶P∶K=17∶17∶17），濃度為2‰，7 d 后追施1 次。

表3 不同基質(zhì)處理配方

1.3 樣品采集與測定

播種7 d 后，統(tǒng)計各處理基質(zhì)黃瓜的出苗數(shù)，測定其出苗率。待種苗長到三葉一心（30 d）后，每盤隨機(jī)選取10 株苗，采用游標(biāo)卡尺測量株高和莖粗，采用手持式SPAD 儀測定葉綠素相對含量（SPAD值取平均值），采用根系掃描儀對幼苗根系進(jìn)行掃描，根系分析軟件（WinRHIZO 2019 版）對各處理幼苗總根長、根表面積、根體積，及根尖數(shù)進(jìn)行分析。

將地上部和地下部用剪刀分開后置于烘箱中，烘至恒質(zhì)量后稱取干質(zhì)量水苗指數(shù)公式如下：

基質(zhì)的容重和孔隙度參照NY/T2118—2012《蔬菜育苗基質(zhì)》方法測定，基質(zhì)的pH 值和EC 值分別采用pH 計和電導(dǎo)率儀測定。

1.4 黃瓜植株形態(tài)指標(biāo)的綜合評價

植物綜合評價應(yīng)用隸屬函數(shù)法[16]，綜合得分越高，說明對植株生長效果越好。公式如下：

式中，X為某一生長指標(biāo)的測定值；Xmax和Xmin為該指標(biāo)在各配方基質(zhì)中的最大值和最小值。

將各處理生長指標(biāo)的隸屬值求其平均值，即為綜合評價指數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理統(tǒng)計分析

所得結(jié)果為各處理平均值，采用Excel 2016 進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和圖表處理，采用SPSS 20.0 統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析和顯著性檢驗(yàn)（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同配方基質(zhì)的理化性質(zhì)

由表4 可知，各基質(zhì)處理原料配比不同，其理化性質(zhì)也不相同。各處理育苗基質(zhì)的容重在0.49～1.09 g·cm-3之間，且隨著淤泥添加比例的增加而增大，并顯著大于商品基質(zhì)（CK2 處理）。其中，以CK1容重最大，T4 處理容重最小。隨著淤泥添加比例的降低，育苗基質(zhì)的總孔隙度和通氣孔隙度顯著提高。其中，以T4 和T5 處理表現(xiàn)為最優(yōu)，顯著高于CK1和其他基質(zhì)處理，但與CK2 處理相比未達(dá)到顯著差異，符合育苗基質(zhì)的要求。

基質(zhì)中的pH 值和EC 值是影響基質(zhì)效果的重要指標(biāo)，一般育苗基質(zhì)的pH 值為5.5～7.5、EC 值小于2.6 mS·cm-1為宜[17]。與CK2 處理相比，添加淤泥處理提高了基質(zhì)中的pH 值，但T4 和T5 處理均在黃瓜生長適宜范圍內(nèi)。各基質(zhì)處理的EC 值在0.67～1.91 mS·cm-1，EC 值均在適宜范圍內(nèi)，其中CK2 處理的EC 值最大，而CK1 處理的EC 值最小。CK2 處理的有機(jī)質(zhì)和全氮含量均顯著高于其他處理，CK1有機(jī)質(zhì)和全氮含量最低，而隨著淤泥添加比例的降低，育苗基質(zhì)的有機(jī)質(zhì)和全氮含量顯著增加，但顯著低于CK2 處理。

2.2 不同配比的育苗基質(zhì)對黃瓜地上部生長的影響

由表5 可知，所有基質(zhì)處理的出苗率均在90%以上，其中T5 和T3 處理出苗率最高，分別為99%、98%。與其他處理相比，CK2 處理的株高最高，其次是T5、T4 和T3 處理。T5 處理黃瓜幼苗的莖粗和地上部生物量均為最高，分別是4.66 mm、0.46 g·株-1，其次是T4 處理，其莖粗和地上部生物量分別是4.38 mm、0.44 g·株-1。與其他處理相比，T3 處理的葉綠素相對含量（SPAD）較高，T5 處理次之，分別為42.44、41.39，相較CK1 顯著提高6.6%、4.3%，相較CK2 處理顯著提高了12.3%、10.1%。總體來看，T3、T5 處理對黃瓜地上部生長表現(xiàn)較好。

2.3 不同配比的育苗基質(zhì)對黃瓜幼苗根系生長的影響

由表6 可知，各基質(zhì)處理的根生物量差異不顯著，在根系形態(tài)特征方面，T4、T5 處理的根長、根系表面積和根體積表現(xiàn)為最優(yōu)。其中，T4 處理的根長、根系表面積和根體積相比CK1 分別增加了86.67%、87.45%、94.4%，相比CK2 處理分別增加了32.11%、37.67%、56%；T5 處理的根長、根系表面積和根體積相比CK1分別增加了86.68%、85.96%和93.69%，相CK2 處理分別增加了32.21%、30.27%和50.45%。而根尖數(shù)則以T1、T2 處理表現(xiàn)最好，其次是T4 和T5 處理，且T1、T2、T3、T4 處理的根尖數(shù)均顯著高于CK1 和CK2 處理。

表6 不同配比的育苗基質(zhì)對黃瓜根系生長的影響

2.4 不同配比的育苗基質(zhì)對黃瓜幼苗的綜合評價

2.4.1 不同配比的育苗基質(zhì)對黃瓜幼苗壯苗指數(shù)的影響 壯苗指數(shù)是反映幼苗長勢的主要指標(biāo)。由圖1 可以看出，除T2 與CK2 處理無顯著差異外，其余基質(zhì)處理壯苗指數(shù)均顯著高于CK1 和CK2 處理，尤以T5 處理表現(xiàn)最優(yōu)，其次是T4 處理。

圖1 不同配比的育苗基質(zhì)對黃瓜壯苗指數(shù)的影響

2.4.2 不同配比的育苗基質(zhì)對黃瓜幼苗綜合評價指數(shù)的影響 由于不同基質(zhì)配比下各性狀的表現(xiàn)存在差異，單一性狀很難界定哪種基質(zhì)配比更適合。為了評估最優(yōu)基質(zhì)配比，本研究引入隸屬函數(shù)法對不同基質(zhì)配比進(jìn)行綜合評價。由圖2 可知，除CK1 處理外，其余基質(zhì)處理間未達(dá)到顯著差異，其中T5 處理的綜合評價指數(shù)具有較高趨勢，數(shù)值為0.55，其次是CK2 處理，綜合評價指數(shù)為0.47。綜合評價指數(shù)最低的處理為CK1 處理，綜合評價指數(shù)為0.37。各配方處理下，植株綜合評價指數(shù)的排序?yàn)椋篢5＞CK2＞T1＞T3＞T2＞T4＞CK1。

圖2 不同配比的育苗基質(zhì)下生長指標(biāo)的綜合評價

2.5 育苗基質(zhì)經(jīng)濟(jì)效益評價

由表7 可知，從育苗基質(zhì)投入成本來看，不同配比的育苗基質(zhì)遠(yuǎn)低于商品基質(zhì)（CK2），其中T5 處理的投入成本相比CK2 處理下降了60.57%。這表明以淤泥制作育苗基質(zhì)不僅實(shí)現(xiàn)了當(dāng)?shù)貜U棄物的基質(zhì)化利用，將其變廢為寶，而且很大程度上節(jié)省了經(jīng)濟(jì)成本，提高了淤泥和當(dāng)?shù)匚锪系慕?jīng)濟(jì)價值和產(chǎn)值。

表7 不同配比的育苗基質(zhì)經(jīng)濟(jì)效益評價

3 討論與結(jié)論

根據(jù)淤泥的理化特性，引入當(dāng)?shù)仄渌袡C(jī)和無機(jī)物料，適度改良淤泥物理結(jié)構(gòu)不良、通氣性差等問題，提高了育苗基質(zhì)的吸水性、透氣性和營養(yǎng)均衡性，適合作為基質(zhì)材料，促進(jìn)植物的生長發(fā)育[18]，可實(shí)現(xiàn)淤泥的基質(zhì)化利用，將其變廢為寶，提高經(jīng)濟(jì)價值，推進(jìn)城鄉(xiāng)環(huán)境整治。

3.1 不同配比育苗基質(zhì)的理化特性

育苗基質(zhì)的理化性質(zhì)好壞是選擇育苗基質(zhì)的關(guān)鍵[14]。基質(zhì)的容重和孔隙度是影響幼苗根系生長的重要指標(biāo)[19]。程斐等[20]研究發(fā)現(xiàn)，適宜黃瓜生長的育苗基質(zhì)容重為0.10 ～0.80 g·cm-3，總孔隙度為54%～96%，通氣孔隙度為20%～40%。本研究配制的5 種基質(zhì)容重和總孔隙度均在適宜黃瓜幼苗生長的范圍內(nèi)，基質(zhì)的通氣孔隙度則隨著淤泥添加比例的減少而增大，其中以T4 和T5 處理處于適宜范圍內(nèi)。原因是淤泥有著較大的容重和較小的孔隙度，當(dāng)?shù)赜袡C(jī)和無機(jī)物料的添加可有效改良基質(zhì)的容重和孔隙度。pH 值和EC 值是衡量基質(zhì)能否用于作物育苗的重要因子[21]。本研究中，隨著淤泥比例的增加，基質(zhì)pH 值隨之增大，基質(zhì)EC 值隨之降低，以T3、T4 和T5 處理處于適宜范圍內(nèi)。基質(zhì)中養(yǎng)分含量的高低能夠反映植物幼苗生長質(zhì)量健康狀況[22]。本研究中，不同配比的育苗基質(zhì)有機(jī)質(zhì)和全氮含量雖顯著低于CK2 處理，但綜合黃瓜生長情況來看，T3、T5 處理下的地上部生長指標(biāo)及T4、T5 處理下的根系生長指標(biāo)與CK2 處理相比差異顯著。下一步，筆者將對已試驗(yàn)的不同配比育苗基質(zhì)結(jié)合養(yǎng)分含量的調(diào)制進(jìn)行優(yōu)化，以期達(dá)到商品基質(zhì)更優(yōu)效果，用于育苗基質(zhì)工廠化生產(chǎn)，為河道清淤河泥綠色基質(zhì)化利用提供新途徑。

3.2 不同配比育苗基質(zhì)對黃瓜幼苗生長發(fā)育的影響

育苗基質(zhì)由于理化性質(zhì)不同，育苗生長效果也各不相同。本研究表明，隨著淤泥比例的增加，基質(zhì)的株高、莖粗、地上部干質(zhì)量、SPAD 值也相應(yīng)增加（T3 處理除外）。從根系形態(tài)指標(biāo)來看，各基質(zhì)處理間根系生長各不相同，其中總根長、根系表面積和根體積以T4 和T5 處理效果最好，且均高于對照。從壯苗指數(shù)可以看出，T5 處理的壯苗指數(shù)顯著高于其他處理，表明其配方基質(zhì)下黃瓜幼苗生長更健壯，根系更發(fā)達(dá)。

僅通過單一指標(biāo)不能準(zhǔn)確判斷各基質(zhì)處理苗株的生長質(zhì)量[23]，本研究采用隸屬函數(shù)法對黃瓜育苗各生長指標(biāo)進(jìn)行綜合評價分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)T5 處理的綜合評價指數(shù)最高，其后依次為CK2、T1、T3、T2、T4、CK1，且T5 處理相比CK2 處理投入成本減少了60.57%，表明T5 處理（20%淤泥+30%物料1+30%物料2+10%蛭石+10%珍珠巖）對植株健壯生長最適宜。

綜上所述，利用河道清淤淤泥進(jìn)行蔬菜育苗的方法可行，將淤泥與其他物料復(fù)配制成不同配比的育苗基質(zhì)，以T5 處理（20%淤泥+30%物料1+30%物料2+10%蛭石+10%珍珠巖）所育黃瓜苗的綜合效果較好，可作為黃瓜育苗基質(zhì)的推薦配方。在后期試驗(yàn)中，筆者將對已試驗(yàn)的不同配比育苗基質(zhì)結(jié)合養(yǎng)分含量的調(diào)制進(jìn)行優(yōu)化，尋找最佳育苗基質(zhì)配比組合，以期達(dá)到商品基質(zhì)更優(yōu)效果。