番茄育苗基質中保水劑和黏結劑的篩選及其組合效果評價

侯如嬌 竇亮 胡潔 江高飛 王孝芳 韋中 沈其榮 徐陽春

摘要： 育苗基質是工廠化育苗的關鍵。探究添加不同保水劑及黏結劑對基質性質及幼苗生長的影響，可以為保障育苗質量并降低生產成本提供參考。選擇基石抗旱（JS）、生金沙（SJS）、正能量（NL）、日本觸媒（JK）4種保水劑以及凹凸棒石（AT1、AT2）和膨潤土（BT1和BT2）4種黏結劑，測定它們對基質保水節水能力、黏結性及幼苗生長的影響，篩選出最優保水劑和黏結劑，進一步通過番茄育苗試驗篩選出最佳的保水劑和黏結劑復配組合和適宜用量。結果表明保水劑JS的反復吸水能力最強，綜合保水性能較佳。使用黏結劑AT1塞子苗形成率大于88.00%。綜合塞子苗形成率及幼苗生長，黏結劑AT1效果最佳。將篩選獲得的JS和AT1復配后加入育苗基質中，0.2% JS+4% AT1處理幼苗的萎蔫率相對較低，且在幼苗株高、莖粗、根長、葉面積、總干質量以及壯苗指數等生長特性及生理指標上均優于其他處理。說明0.2%基石抗旱與4%凹凸棒石1復配后添加到基質中效果最好，可以作為兼具保水節水和黏結成坨功效的番茄功能性育苗基質的推薦配方。

關鍵詞： 穴盤育苗；保水劑；黏結劑；功能性育苗基質

中圖分類號： S641.2?? 文獻標識碼： A?? 文章編號： 1000-4440（2023）07-1575-08

Screening of water retaining agent and adhesion agent in tomato nursery substrates and evaluation of their combination effect

HOU Ru-jiao1， DOU Liang2， HU Jie1， JIANG Gao-fei1 ， WANG Xiao-fang1 ， WEI Zhong1， SHEN Qi-rong1 ， XU Yang-chun1

（1.College of Resources and Environmental Sciences， Nanjing Agricultural University/National Engineering Research Center for Organic-based Fertilizers， Nanjing 210095， China；2.Sinochem International Crop Care Co.， Ltd.， Shanghai 200215， China）

Abstract： Seedling substrate is the key to industrialized seedling cultivation. Exploring the effects of adding different water-retaining agents and adhesion agents on substrate properties and seedling growth can provide a reference for ensuring seedling quality and reducing production costs. Four water retaining agents（JS， SJS， NL， JK） and four binders， namely， attapulgite （AT1， AT2） and bentonite （BT1， BT2）， were selected to determine their effects on the water retaining and water saving ability of the substrate， adhesion and seedling growth， and the optimal water-retaining agent and adhesion agent were selected. The optimal combination and appropriate dosage were further screened through tomato cultivation experiments. The results showed that water-retaining agent JS had the best repeated water absorption capacity and better comprehensive water retention performance. The formation rate of plug seedlings using adhesion agent AT1 was greater than 88.00%. Combining the formation rate of plug seedlings and seedling growth， the adhesion agent AT1 had the best effect. The screened JS and AT1 were mixed and added to the seedling substrate. The seedling wilting rate under the treatment of 0.2% JS and 4.0% AT1 was relatively low， and the seedling growth characteristics and physiological indicators such as plant height， stem diameter， root length， leaf area， total dry weight， and seedling strength index were superior to other treatments. The combination of 0.2% JS and 4.0% AT1 had the best effect， and could be used as the recommended formula for functional tomato seedling tomato substrate with both water retaining and water saving effects and adhesion efficacy.

Key words： plug seedlings；water-retaining agent；adhesion agent；functional seedling substrate

育苗基質是依據作物生長需求將有機、無機物質組合形成的土壤替代物。育苗基質通過改變種子萌發的環境條件，進而影響幼苗出苗率和成活率以及蔬菜的品質和產量[1-2]。目前育苗基質廣泛應用于工廠化育苗，但仍存在基質孔隙度較大、持水能力較弱、養分流失等較多問題，造成了水資源的浪費以及幼苗素質較低。此外，由于基質組分黏結性不夠，幼苗移栽時根系很難形成基質坨，導致緩苗時間延長，甚至會影響幼苗移栽成活率[3]。為了滿足迅速發展的農業生產需求，實現科學高效育苗，找到優質的新型基質配方至關重要[4]。

已有研究結果表明在基質中添加保水劑有利于節水、保肥以及提高幼苗素質[5-6]。保水劑是一種高分子聚合物，可以在短時間內吸收大量水分形成凝膠[7]，從而將基質中多余的灌溉水儲存起來，當作物需要的時候再釋放水分供給作物，起到抗旱保水的功效。于茜等[8]通過添加保水劑提高了基質的含水量并改善了芹菜幼苗的生長環境。和苗苗等[9]在基質中添加適量保水劑可以顯著提高基質持水量。但是不同作物對水分的需求量是不同的，保水劑過量可能出現與作物爭水的現象[10]，因而有必要針對具體作物確定保水劑的適宜用量。此外，使用育苗盤移栽秧苗時常會由于基質黏結性不強造成移栽困難，植物根系損傷等問題。汪樹生等[11]研究結果表明，黏結劑影響基質的容重和總孔隙度，低含量黏結劑有利于辣椒幼苗生長。劉文志等[12]添加羧甲基纖維素作為黏結劑可以提高水稻出苗率，使地上干物質質量顯著增加。凹凸棒石、膨潤土等材料具有極強的吸附能力，常用做黏結劑，在農業中可用于土壤改良、肥料包膜等[13]，但在育苗基質中利用其黏結性優化基質特性的研究較少。將保水劑與黏結劑聯合使用，既可以解決普通基質持水節水性差的問題，又可以改善基質黏結性，減少移栽時幼苗的損傷。因此，進一步探究不同類型及用量保水劑、黏結劑添加到基質中對培育幼苗的作用對優化基質配方至關重要。

本研究以4種不同保水劑和4種不同黏結劑為材料，通過前期試驗篩選出最佳的保水劑和黏結劑，分別設置不同的用量梯度將其兩兩復配，通過測定不同復配處理對番茄幼苗出苗率、生長及生理特性的影響，篩選出最佳配方。通過將保水劑和黏結劑混合加入到基質中，制成性能良好的功能性基質提高幼苗素質，為工廠化育苗提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試育苗基質和作物品種 蔬菜育苗基質（容重0.66 g/cm3，總孔隙度75.22%，通氣孔隙28.31%，持水孔隙46.91%，氣水比0.61∶1.00（體積比），pH值6.05，電導率0.82 mS/cm）。蔬菜品種為合作903番茄。

在江蘇中宜生物肥料工程中心的溫室進行盆栽試驗。

1.1.2 供試保水劑和黏結劑 本研究選用基石抗旱（JS）、生金沙（SJS）、正能量（NL）、日本觸媒（JK）4種含有不同組成成分的保水劑，選用凹凸棒石1（AT1）、凹凸棒石2（AT2）、鈉基膨潤土（BT1）、鈣基膨潤土（BT2）4種不同組成成分的黏結劑，購自不同公司，基本信息見表1。

1.2 試驗設計

1.2.1 保水劑性能檢測 稱取1 g保水劑浸入水中12 h后過濾，凝膠稱質量用于表征吸水能力；稱取吸水后的保水劑凝膠，35 ℃恒溫培養箱中每隔12 h稱質量1次，用于表征保水能力；保水劑充分吸水，稱質量，烘干，如此反復，記錄每次吸脹后的凝膠質量用于表征反復吸水能力；稱取0.2 g保水劑于100 g基質中，定時稱質量保持基質含水量為60%，統計所有處理加水量用于表征節水能力[14]。

1.2.2 黏結劑作用下塞子苗形成率、崩壞率及生長指數測定 根據不同處理設置提前將基質混勻，育苗盤中每孔加入約70 g基質，將番茄種子播種在基質中培育。育苗結束時，幼苗根系與基質在穴盤中纏繞形成的基質坨呈上大下小的塞子形，稱為塞子苗[14]。將番茄苗在自然狀態下拔出，記錄塞子苗形成率和崩壞率，并測定番茄幼苗的生長特性包括株高、莖粗、根長、地上和地下鮮質量以及干質量，計算壯苗指數[15]。

1.2.3 保水劑和黏結劑復配 保水劑選用0.1%、0.2%和0.3%的基石抗旱（JS），黏結劑選用2%、4%和6%的凹凸棒石1（AT1），兩兩組合后共9個處理，以基質中不添加保水劑和黏結劑為對照（CK）（表2）。將保水劑和黏結劑按照對應質量分數復配添加到基質中拌勻，用混好的基質于溫室育苗。

復配試驗各項指標測定方法：播種后第3 d開始每天記錄出苗數，記錄周期為5 d，出苗數占播種種子總數的比例即為出苗率；播種后第8 d測定幼苗生長特性，量取莖基部到生長點頂端為株高，量取莖基部到根尖的最大長度為根長，測量子葉下1 cm處莖稈的直徑為莖粗，將幼苗從莖基部剪斷分別測定地上和地下鮮質量，然后放入烘箱中，105 ℃烘30 min再調到75 ℃烘干至恒質量后稱質量作為干質量，計算壯苗指數[16]；測定的幼苗生理特性包括可溶性糖（蒽酮法）以及可溶性蛋白質（考馬斯亮藍染色法）[17]。在干旱處理中，當出苗后約20 d水分狀況基本一致時進行干旱處理，即在此后的108 h內不澆水，觀察幼苗的萎蔫狀況并計算萎蔫率。

1.3 數據處理

采用R 4.0版本、sigmaplot14.0軟件進行數據處理和統計分析，雷達圖通過scale完成數據標準化，利用ggradar包完成可視化，其他數據利用agricolae及ggpubr包進行統計分析，利用ggplot2及sigmaplot14.0進行數據可視化，方差分析方法為鄧肯氏多重檢驗（P＜0.05）。

2 結果

2.1 保水劑性能測定

為了篩選性能較好的保水劑，首先對4種不同保水劑的性能包括吸水能力、保水能力、反復吸水能力以及在基質中的節水量進行測定，結果如圖1所示。保水劑在充分吸漲后，失水的速率能最直觀體現其保水能力。其中SJS吸水及保水能力最強，JS次之。保水劑具有反復吸水能力，即在經歷吸水-釋水-吸水-釋水的多次重復過程之后依然具有吸水能力，其中SJS反復吸水能力最差。節水能力測定結果表明JS節水能力最差。綜合4個性能，JS相比其他保水劑保水性能較佳，可作為復配保水劑材料。

2.2 黏結劑對塞子苗質量及幼苗生長的影響

基質中添加黏結劑會影響基質坨的形成率，進而影響幼苗移栽成活率及生長發育。試驗以2種凹凸棒石和2種膨潤土作為黏結劑，分別以不同比例添加到育苗基質中。由表3可以看出，黏結劑類型和用量會顯著影響幼苗生長。對照處理（不添加黏結劑）中塞子苗形成率最低，添加8% AT1到基質中形成率高達96.29%，較CK高出85.7%。隨著黏結劑用量的增加，塞子苗的崩壞率整體上呈現出下降的趨勢，有利于塞子苗緊實牢固。進一步計算壯苗指數，結果表明2%AT1和4%AT2下壯苗指數較高，說明基質中加入黏結劑之后有利于促進幼苗生長，但使用過量則效果不佳。綜合比較將AT1作為復配黏結劑材料。

2.3 保水劑和黏結劑復配基質的效果評價

綜合上述試驗結果，將保水劑和黏結劑復配加入基質中（表2）。利用溫室育苗試驗評估不同復配基質的應用效果。

2.3.1 復配基質對番茄幼苗出苗率的影響 從播種后第3 d開始記錄出苗數，共記錄到播種后第8 d，根據出苗率繪制曲線，計算線下面積，綜合表征出苗速度及出苗率。整體上，所有處理均具有較快的出苗速度，保水劑和黏結劑復配加入基質中有助于提高出苗率（圖2A）。與對照相比，處理T2、T4和T8出苗效果顯著高于對照及其他處理，與對照相比分別提高了6.13%、5.92%、8.12%（圖2B）。

2.3.2 干旱處理時復配基質對番茄幼苗萎蔫率的影響 由圖3所示，保水劑和黏結劑復配加入基質中顯著降低了幼苗萎蔫率，有利于幼苗抗干旱。在干旱處理后第24 h，全部處理均未出現幼苗萎蔫現象；第36 h，不同處理之間萎蔫率開始出現差別，且隨干旱時間延長差別逐漸增大，其中CK的萎蔫率最高，達到70%，顯著高于其他處理，處理T2、T5和T7萎蔫率顯著低于其他處理，與對照相比分別降低58.53%、68.92%、60.85%。其中處理T5在降低幼苗萎蔫率、減緩萎蔫速度等方面效果最好。

2.3.3 復配基質對番茄幼苗生長指標的影響 測定不同復配基質中幼苗生長特性結果表明處理T5在株高、莖粗、根長、葉面積、地下部干質量方面顯著優于其他處理（圖4A）；處理T5地上部干質量僅次于處理T3。壯苗指數（圖4B）表明除處理T1和T9外，其他處理全部顯著高于對照，處理T5具有最高的壯苗指數，說明處理T5幼苗整體上具有最佳的生長狀況和最高的生長潛力，處理T3和T8幼苗次之。

2.3.4 復配基質對番茄幼苗生理特性的影響 植物體內可溶性糖及可溶性蛋白質可作為評價作物抗逆能力的指標。試驗結果（圖5）表明，處理T5可溶性糖含量為8.67 g/mg，較對照增加36.3%；處理T6中可溶性蛋白質含量最高，為2.89 g/mg，其次為處理T5。綜合來看處理T5、T6有利于番茄幼苗可溶性糖和可溶性蛋白質含量提高。

適當用量的保水劑和黏結劑復配基質對幼苗生長具有一定的促進作用，提升幼苗出苗率以及在干旱脅迫下的抗逆能力。綜合來看處理T5（0.2%基石抗旱和4.0%凹凸棒石1）基質可以作為功能性基質育苗。

3 討論與結論

保水劑因其高吸水能力應用于旱作農業中。本試驗選擇4種不同類型保水劑，主要成分分別為淀粉系高吸水性樹脂[18]，聚丙烯酸鉀[19]，丙烯酸樹脂[20]和聚丙烯酰胺[21]，具有易吸水、儲水的多泡孔結構，可以減少基質水分蒸發，提高持水能力[22]。其中主要成分為聚丙烯酸鉀的生金沙吸水保水能力最強，但反復吸水能力及節水能力較差，可能是由于基質中大量鹽分離子會阻止其反復吸收水分[23]。主要成分為淀粉系高吸水性樹脂的基石抗旱最大吸水能力、保水能力僅次于生金沙，但反復吸水能力最佳。淀粉系高吸水性樹脂的多泡孔狀微觀結構和大量親水基團[24]，使其具有更為持久的強吸水和保水性。李永勝等[25]在復合基質中發現淀粉系高吸水性樹脂的添加可提高基質持水量，使作物在持續較高溫度條件下仍能維持生長。于明英等[26]在基質培育小油菜中同樣利用高吸水性樹脂材料作為保水劑提高了基質保水性，改善了小油菜幼苗生長狀態及生物量積累。基石抗旱同樣能夠延緩基質水分蒸發，保水性和吸水性均較佳，因此選擇其作為基質中保水劑材料。

塞子苗的形成與幼苗根系多少、長短以及基質的黏結能力相關，可用于評估育苗質量的好壞。凹凸棒石和膨潤土具有較強的黏結性，在多個領域得到廣泛應用[27-28]。本研究中利用凹凸棒石和膨潤土作為黏結劑，結果發現加入黏結劑后，塞子苗的形成率顯著提高，崩壞率隨黏結劑用量增加而呈現下降趨勢，且黏結劑加入后壯苗指數增加，說明有利于幼苗生長。肖建國等[29]研究結果表明，基質中添加凹凸棒石后烤煙產量和品質顯著提升，魏榮道等[30]研究結果表明，基質中添加凹凸棒石能促進番茄、黃瓜、玉米等增產。原因可能是凹凸棒石略帶負電荷，使其含有鐵、鈣、鎂等微量元素，為幼苗生長提供營養[31]，并且它們的黏結性可以促進基質中團聚結構的形成，提高容重，形成較好的孔隙結構[32]。不添加黏結劑的情況下，所形成的的塞子苗緊實度不高，遇到外力時容易碎裂，但同時發現黏結劑用量過高時反而會導致壯苗指數下降。范如芹等[33]研究結果表明，凹凸棒石過量添加會導致基質容重偏大，不利于作物生長，而少量添加不僅能有效改善基質性能同時有利于促進番茄根系生長。李福建等[34]研究結果表明，少量凹凸棒石黏土添加顯著促進麥苗生長以及提高葉綠素、蛋白質含量，但添加量超過30 g/kg時，會對小麥幼苗生長不利。原因可能是添加黏結劑過多后，基質內部部分通氣孔隙受到阻塞，幼苗根系呼吸作用受到影響，使得幼苗發育不良。凹凸棒石1作為一種層鏈狀過渡結構的黏土礦，具有較好的吸附性、黏結性，且有利于幼苗生長，選擇其作為基質黏結劑材料。

針對實踐中發現育苗基質存在的保水性差和基質移栽時緊實度差這兩個問題，保水劑在吸脹后更利于持水[35-36]，黏結劑在吸水后黏結性較強[37]，二者以適當比例復配添加到基質中可以獲得兼具二者優點的功能性育苗基質，從而同時解決這兩個問題。試驗將保水劑基石抗旱和黏結劑凹凸棒石1按照不同比例進行復配，結果表明基質中添加復配組合后，出苗率顯著提高，干旱下幼苗萎蔫率顯著降低，其中處理T5（0.2%基石抗旱+4.0%凹凸棒石1）萎蔫率最低，且可溶性糖和可溶性蛋白質含量顯著提高，可溶性糖可以調節滲透勢，可溶性蛋白在多個生理過程發揮作用，表明處理T5有利于提高幼苗抗逆性。

本研究將保水劑和黏結劑復配，分別利用其保水和黏結性能，研制兼具兩種特性的功能性育苗基質，通過篩選最終確定0.2%保水劑基石抗旱+4%黏結劑凹凸棒石1為推薦配方。為蔬菜育苗提高水分利用效率，縮短澆水周期，提高幼苗質量，縮短緩苗時間，減少人力成本提供借鑒。

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（責任編輯：成紓寒）