土壤調理劑對作物種子發芽率和苗期生長的影響

摘要：為了探尋Phyto-CatTM土壤調理劑對中國本土作物的普適性，設置不同濃度梯度的Phyto-CatTM土壤調理劑稀釋液，研究了Phyto-CatTM土壤調理劑對小麥（Triticum aestivum L.）、玉米（Zea mays L.）、番茄（Solanum lycopersicum L.）、辣椒（ Capsicum annuum L.）、不結球白菜（Brassica chinensis L.）種子發芽率和苗期性狀的改良效果。在此基礎上，采用主成分分析法對試驗數據降維，并建立函數關系式綜合分析Phyto-CatTM土壤調理劑的作用效果。結果表明，較低濃度的Phyto-CatTM土壤調理劑可顯著提高小麥、番茄、辣椒種子的發芽率，高濃度Phyto-CatTM易使培養皿雜菌滋生，降低種子發芽勢和發芽率；Phyto-CatTM土壤調理劑對供試作物的苗期性狀均有顯著的改良效果，且8 mg/L的Phyto-CatTM土壤調理劑作用效果已經超過史丹利水溶肥。由此可知，Phyto-CatTM土壤調理劑對作物種子發芽率和苗期性狀的改良效果顯著，可以在改良土壤結構的同時為作物提供優于化肥的肥效，間接提高作物的產量與品質。

關鍵詞：土壤調理劑；作物；種子發芽率；苗期性狀；改良效果

中圖分類號：S156.2" " " " "文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2023）06-0056-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2023.06.011 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Effects of soil conditioner on seed germination rate and seedling growth of crop

ZHAO Hong-kai1， JIANG Qing-gao2， QU Wei1， SONG Li-fen1

（1.Yantai Research Institute， China Agricultural University， Yantai" 264670， Shandong， China；

2.Land Reserve and Utilization Center of Yantai City， Yantai" 265141， Shandong， China）

Abstract： To explore the general applicability of Phyto-CatTM soil conditioner to local crops in China， different concentration gradients of Phyto-CatTM soil conditioner dilutions were set up to study the improvement effect of Phyto-CatTM soil conditioner on seed germination rate and seedling traits of wheat（Triticum aestivum L.）， maize（Zea mays L.）， tomato（ Solanum lycopersicum L.）， pepper（ Capsicum annuum L.） and non-heading Chinese cabbage （Brassica chinensis L.）. On this basis， principal component analysis was used to reduce the dimensionality of the experimental data， and a functional relationship was established to comprehensively analyze the effect of Phyto-CatTM soil conditioner. The results showed that the low concentration of Phyto-CatTM soil conditioner could significantly improve the germination rate of wheat， tomato and pepper seeds， while the high concentration of Phyto-CatTM soil conditioner tended to breed miscellaneous bacteria in the dishes and reduce the seed germination potential and germination rate. Phyto-CatTM soil conditioner had a significant improvement effect on the seedling traits of the tested crops， and the effect of 8 mg/L Phyto-CatTM soil conditioner had exceeded that of Stanley water soluble fertilizer. Thus， it can be seen that Phyto-CatTM soil conditioner is very effective in improving seed germination and seedling traits of crops， improving soil structure and providing better fertilization effect than chemical fertilizers， and indirectly improving crop yield and quality.

Key words： soil conditioner； crop； germination rate； seedling traits； improvement effect

化肥過量施用不僅會造成土壤板結、土壤鹽堿化、地下水污染等嚴重的環境問題，還會使農作物的質量下降，甚至造成農作物大面積減產［1，2］。Phyto-CatTM土壤調理劑（下文簡稱Phc土壤調理劑）由美國Bio-organic公司生產，是生物催化劑性質的土壤調理劑。國內學者曾以不結球白菜（Brassica chinensis L.）為試驗對象，研究該土壤調理劑對不結球白菜生理性狀與土壤理化性質的改良效果，結果表明Phc土壤調理劑具有發揮土壤本身潛力、挖掘土壤中殘留養分的作用［3］。俄羅斯莫斯科作物研究所的研究結果表明，Phc土壤調理劑可以提高番茄（ Solanum lycopersicum L.）和茄子（Solanum melongena L.）的產量，并有助于得到雜交番茄［4］。墨西哥國立自治大學研究人員發現，2 mg/L的Phc土壤調理劑使辣椒（Capsicum annuum L.）增產50%，4 mg/L的Phc土壤調理劑使辣椒增產60%［5］。阿聯酋研究人員的研究結果表明，Phc土壤調理劑處理組番茄最終產量是空白對照的2倍，且處理組的株高、莖粗、根長均顯著高于對照組［6］。由此可見，國外對于Phc土壤調理劑的研究主要集中在番茄、茄子、辣椒等茄科作物上［4-6］，而國內未見有關Phc土壤調理劑對茄科作物影響的研究，因此將其推廣到國內茄科作物生產之前，需要做大量的適應性研究。同時考慮到小麥（Triticum aestivum L.）、玉米（Zea mays L.）、水稻（Oryza sativa L.）等糧食作物的耕地大多是化肥污染的重災區，農民為了追求產量連年追肥，導致中國基礎口糧的質量和產量嚴重下降［7，8］，因此研究Phc土壤調理劑對小麥、玉米等糧食作物的性狀改良和土壤理化性質的改良具有戰略意義。本研究采用雙因素多水平方法，設置不同Phc土壤調理劑濃度梯度，研究其對小麥、玉米、番茄、辣椒和不結球白菜（Brassica chinensis L.）種子發芽狀況與苗期性狀的影響，以期為改良作物性狀和減輕農田化肥污染提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試作物有小麥、玉米、番茄、辣椒和不結球白菜。其中，小麥、玉米品種由煙臺當地種子公司提供；番茄品種為黑貓L402，由西安禾嘉種苗有限公司提供；辣椒品種為朝研新六號，由天津朝研種苗科技有限公司提供；不結球白菜品種為蘇州青，由天津金宇種業公司提供。對照肥料為史丹利水溶肥，由史丹利農業集團有限公司提供，其主要成分N含量為15%，P2O5含量為15%，K2O含量為15%。供試土壤調理劑為美國 Bio-organic公司生產的 Phyto-CatTM土壤調理劑，產品形態為液態溶液，其主要成分為酵母抽提物和非離子表面活性劑，其中含烷氧基聚乙烯氫氧基乙醇（CAS號：68131-40-8） 9.0%，植物和礦物來源的生物有機催化劑酵母Ⅱ（ CAS 號： 68876-77-7）水溶液91.0%。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子預處理 選取足量子粒飽滿、大小一致且無病蟲害的小麥、玉米、番茄、辣椒、不結球白菜種子，用 0.5%次氯酸鈉溶液消毒5 min，然后用無菌蒸餾水沖洗5遍，最后轉入55 ℃溫水中浸種4 h備用。

1.2.2 種子發芽試驗 以小麥種子的發芽試驗為例，其余作物種子的處理方法與小麥相同。該試驗設置CK（對照，蒸餾水）、F1（2 mg/L的Phc土壤調理劑）、F2（4 mg/L的Phc土壤調理劑）、F3（6 mg/L的Phc土壤調理劑）、F4（8 mg/L的Phc土壤調理劑）共5個處理，取浸種完畢的小麥種子500粒，按均數給每處理分配100粒種子，并設置3個重復。將各處理種子按順序分別置于形狀、大小均相同的培養皿（先鋪上濕濾紙）中，放恒溫箱內，溫度設置為20 ℃。每天按照試驗處理分別用0、2、4、6、8 mg/L濃度的Phc土壤調理劑沖洗各組種子，并維持培養基中處理液含量在5.0 mL±0.1 mL，記錄種子發芽情況。

1.2.3 苗期試驗 苗期試驗以穴盤試驗的形式進行，該試驗設置了CK、T1、T2、T3、T4、T5共6個處理，處理方式詳見表1。取6個規格相同的32孔穴盤，在播種后按照處理順序分別對每個穴盤進行不同的處理。將穴盤置于25 ℃恒溫條件下培養。

采用完全隨機設計方法將每個穴盤分成5組，每組包含6個育苗穴即為每組的6個重復。分別將小麥、玉米、番茄、辣椒、不結球白菜種子播入各組育苗穴中，每個孔穴播種15粒種子。

在溫室培養的第28 天測定小麥、玉米、不結球白菜各項指標，第35天測定番茄各項指標，第42天測定辣椒各項指標。

1.3 測量指標及方法

1.3.1 種子發芽勢、發芽率的測定 發芽率和發芽勢的測定方法參照文獻［9］。發芽試驗開始后，每天記錄種子的發芽數量，將已經發芽的種子從培養皿中清除，并按照以下公式計算種子的發芽勢和發芽率。

種子發芽勢=發芽前3 d的種子數/種子總數×100%

種子發芽率=發芽的總種子數/種子總數×100%

當每個處理的3次重復的數值均在最大容許誤差范圍內，則取3次重復平均數為種子的發芽勢和發芽率。

1.3.2 苗期農藝性狀的測定 取樣時每個孔穴隨機取5株壯苗，測量其平均株高、莖粗、主根長度、綠葉面積、葉齡等指標。株高為地面至植株最高處的距離；莖粗為幼苗莖稈中部直徑；主根長度為主根從頭部到尾部的長度；綠葉面積按照單片綠葉面積=葉長×葉寬×0.7計算，單株綠葉面積為單片綠葉面積之和；植株葉齡計算規則：植株每有一片展開葉記為1個葉齡，伸出葉葉齡按照伸出葉長度/展開葉長度×0.8計算，將植株所有葉片葉齡求和即為植株葉齡。

1.3.3 苗期生理性狀的測定 幼苗葉片葉綠素含量采用分光光度計法測量［10］。幼苗根系活力使用TTC法測定［11］。

1.4 數據處理

采用Microsoft Office Excel 2016、SPSS 26.0軟件對數據進行差異顯著性分析和多重比較，使用MATLAB 2018a對數據進行建模分析。

2 結果與分析

2.1 Phc土壤調理劑對作物種子發芽率和發芽勢的影響

由表2可以看出，F1處理的小麥、番茄、辣椒種子的發芽率和發芽勢分別比CK提高了8.70%、5.32%、21.52%和7.61%、17.07%、28.33%，與CK的差異均達顯著水平（Plt;0.05），表明2 mg/L的Phc土壤調理劑對小麥、番茄、辣椒種子的萌發有顯著的促進作用。對于玉米和不結球白菜種子，各處理濃度的Phc土壤調理劑對其發芽的作用效果均無顯著差異，表明玉米和不結球白菜種子的發芽過程不受本試驗設置濃度范圍Phc土壤調理劑的影響。

2.2 Phc土壤調理劑對作物苗期農藝性狀和生理性狀的影響

由表3可知，Phc土壤調理劑對小麥、玉米等糧食作物，番茄、辣椒等茄科作物以及不結球白菜的苗期性狀改良效果均達顯著水平（Plt;0.05），且Phc土壤調理劑對不同作物重點影響的部位也有所差異。

對于小麥、玉米等糧食作物，與CK相比，Phc土壤調理劑分別使小麥和玉米的平均株高、平均根長、綠葉面積以及根系活力提升16.29%～23.19%、5.40%～50.79%、9.56%～28.67%、3.81%～22.86%和31.74%～60.42%、16.80%～85.40%、34.46%～56.55%、8.55%～32.18%，表明Phc土壤調理劑對小麥和玉米的根系生長與植株發育有顯著的促進效果。T5處理的小麥幼苗發育水平介于T3處理和T4處理之間，T5處理的玉米幼苗發育水平大致與T2處理相當，表明肥料對小麥的作用效果相當于6～8 mg/L的Phc土壤調理劑作用效果，肥料對玉米的作用效果大致相當于4 mg/L的Phc土壤調理劑作用效果。

對于番茄、辣椒等茄科作物，與CK相比，8 mg/L的Phc土壤調理劑（T4處理）使番茄和辣椒平均株高、平均莖粗、平均根長、綠葉面積、植株葉齡、根系活力、葉綠素含量分別顯著提高81.70%、71.08%、50.88%、67.70、48.92%、42.15%、60.09%和67.45%、39.93%、67.92%、55.63%、18.67%、32.82%、67.05%。T5處理的辣椒幼苗的平均莖粗、綠葉面積、葉綠素含量與T2處理沒有顯著差異，平均株高、植株葉齡、根系活力與T3處理沒有顯著差異；T5處理的番茄幼苗發育水平大致介于T1處理和T2處理之間。這表明史丹利肥料對辣椒的作用效果大致相當于4～6 mg/L的Phc土壤調理劑作用效果，對番茄的作用效果大致相當于2～4 mg/L的Phc土壤調理劑作用效果。

對于不結球白菜，與CK 相比，Phc土壤調理劑分別使不結球白菜平均株高、平均莖粗、平均根長、綠葉面積、植株葉齡、根系活力、葉綠素含量提高了25.57%～83.91%、34.13%～117.96%、16.55%～49.79%、10.62%～41.89%、7.11%～34.52%、8.86%～33.54%和5.58%～37.21%。T5處理的不結球白菜的幼苗發育水平介于T1處理和T2處理之間，表明肥料對不結球白菜幼苗的作用效果相當于2～4 mg/L的Phc土壤調理劑作用效果。

2.3 Phc土壤調理劑對不同作物作用效果的綜合分析

由作物苗期農藝性狀和生理性狀的統計結果可知，Phc土壤調理劑對作物不同指標的影響有所不同。但由于指標過于繁雜且相互調和，其相互之間的具體關系以及Phc土壤調理劑作用效果的綜合分析依然缺乏，因此為了更直觀地表現Phc土壤調理劑對作物各指標的作用效果，引入主成分分析法將作物各指標進行降維統計分析［12］。

2.3.1 數據檢驗 由表4可知，作物各指標之間有著較強的相關性，其中作物的平均莖粗與綠葉面積的相關性系數為0.730，植株葉齡與綠葉面積、平均莖粗的相關性系數分別為0.942、0.754，葉綠素含量與平均根長的相關性系數為0.773，均達極顯著水平（P＜0.01）。信息重疊效應明顯，需要對其進行降維。

2.3.2 公共因子提取與解釋 由表5可知，前三個主因子的特征值分別為3.227、1.776、1.316，其累計方差貢獻率達90.271%，表明這3個主因子可以很好地代表原始變量。為了更準確地理解計算結果，采用因子旋轉法得到旋轉成分矩陣進行分析，詳見表6。

由表5、表6可知，公因子F1的方差貢獻率達46.105%，主要表征平均莖粗、綠葉面積、植株葉齡3個指標。從實踐角度看，平均莖粗、綠葉面積、植株葉齡載荷較高且向F1靠攏，載荷系數分別為0.885、0.941、0.949，表征的是植株莖葉的發育狀況，因此將因子F1描述為莖葉發育。因子F2的方差貢獻率為25.367%，主要表征平均株高、平均根長、葉綠素含量3個指標，三者的載荷系數分別為0.757、0.797和0.933，表征的是植株的地上部、地下部協同發育狀況，因此將因子F2描述為協調發育。因子F3的方差貢獻率為18.798%，該因子主要表征根系活力，其載荷系數高達0.963，因此F3被描述為根系活力。

2.3.3 Phc土壤調理劑作用效果綜合分析 為了便于比較Phc土壤調理劑作用下各作物實際受到影響的程度，采用回歸法得到因子得分矩陣，如表7所示。由表7可知各因子的得分計算式：

[SF1]=-0.135X1+0.346X2+0.070X3+0.346X4+0.331X5+0.079X6-0.063X7；

[SF2]=0.390X1-0.097X2+0.353X3-0.057X4-0.003X5-0.072X6+0.456X7；

[SF3]=0.372X1+0.206X2-0.160X3+0.014X4-0.092X5+0.725X6-0.087X7。

由于上述3個因子的含義各不相同，因此單個因子無法全面反映Phc土壤調理劑的作用效果。故將各因子的方差貢獻率按比例折算構成權重，再將各因子的權重與各因子相乘求和即得出Phc土壤調理劑的綜合作用得分SF，再將各作物在不同濃度下的綜合得分進行計算得到表8。SF加權公式：SF=0.511[SF1]+0.281[SF2]+0.208[SF3]。

由表8可知，番茄的[SF1]和[SF3]均較高，表明Phc土壤調理劑對番茄的莖葉發育和根系活力等性狀的改良效果尤為顯著。辣椒的[SF1]和[SF2]排名較靠前，而[SF3]排名較靠后，表明Phc土壤調理劑對辣椒的莖葉發育和地上、地下部協調發育的效果較好，但對其根系活力作用效果不大。小麥的[SF3]較高，表明Phc土壤調理劑對小麥根系活力的改良效果有突出的優勢。玉米的[SF2]排名靠前，表明Phc土壤調理劑促進玉米地上、地下部協調發育效果尤為顯著。不結球白菜的[SF2]因子排名比[SF1]、[SF3]因子都靠前，表明Phc土壤調理劑對不結球白菜的地上、地下部協調發育促進效果尤為突出。

從總體上看，番茄的綜合得分最高，其次是辣椒、小麥、玉米等作物，表明Phc土壤調理劑對番茄的苗期性狀改良效果最明顯，且對小麥、玉米等國內主要糧食作物生長也有較好的促進效果。

3 小結與討論

本研究采用雙因素多水平完全隨機試驗方法設計試驗，利用主成分分析方法處理試驗數據，并在此基礎上建立了綜合得分評價模型［13，14］，分析了Phc土壤調理劑對作物種子的發芽率、發芽勢與苗期性狀的影響，對結果綜合分析后主要得出以下結果與建議。

3.1 Phc土壤調理劑對種子發芽率的作用分析

種子發芽試驗的結果表明，與CK相比，2 mg/L的Phc土壤調理劑使小麥、番茄、辣椒種子發芽高峰期提前1～2 d，其發芽率分別提高了8.70%、5.32%、21.52%，表明較低濃度的Phc土壤調理劑可促進小麥、番茄、辣椒種子萌發，使種子的發芽高峰期提前，發芽率提高。

高濃度土壤調理劑對小麥、番茄、辣椒種子發芽產生抑制效果，在試驗過程中，4 mg/L以上濃度的Phc土壤調理劑處理均出現了不同程度的雜菌滋生、種子發霉腐爛等現象，作用濃度達到8 mg/L時抑制效果最明顯，分別使小麥、番茄、辣椒種子發芽率降低7.61%、11.70%、3.80%。

3.2 Phc土壤調理劑對作物苗期性狀的作用分析

3.2.1 Phc土壤調理劑可以替代無機復合肥對作物追肥 Phc土壤調理劑對小麥、玉米、番茄、辣椒、不結球白菜的苗期性狀均有改良作用，且隨濃度升高作用效果越顯著。值得注意的是，無論是哪種作物，史丹利復合肥作用效果均相當于2～8 mg/L的Phc土壤調理劑作用效果。這表明Phc土壤調理劑對土壤的友好性和對作物苗期性狀改良效果均不亞于無機化肥，Phc土壤調理劑可以替代無機化肥對小麥、玉米、番茄、辣椒、不結球白菜等作物追肥。

3.2.2 Phc土壤調理劑對不同作物的作用效果各有側重 對統計數據降維后共得出3個公因子，分別是莖葉發育、協調發育、根系活力。莖葉發育狀況良好使葉片光合作用、營養物質轉運能力隨之增強［15］。根系活力提高可以增加植株對礦質養分和水分的吸收傳遞［16］。植株地上部、地下部協調發展可以維持植株較優的根冠比，增強植株的抗逆性［17，18］。

結果表明，Phc土壤調理劑對番茄莖葉發育和根系活力的改善尤為有益，可以幫助番茄植株更好地度過幼苗期，為花芽分化做出充足的準備。Phc土壤調理劑對辣椒的莖葉發育和地上部、地下部協調發育有突出的促進作用，可以提高辣椒幼苗的根冠比和抗逆性。以上結果均表明，Phc土壤調理劑對中國本土的番茄、辣椒的作用具有普適性，適宜做深入研究并進一步推廣。

3.3 試驗不足與未來展望

由于本試驗設置Phc土壤調理劑的最高濃度為8 mg/L，因此只能得出Phc土壤調理劑在作物苗期的最佳作用濃度為8 mg/L這一結論。后續試驗中可以繼續設置更高濃度梯度，研究不同作物的最適濃度。

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收稿日期：2022-05-19

基金項目：煙臺市校地融合發展項目（2021XDRHXMQT19）

作者簡介：趙泓凱（2000-），男，山東青島人，在讀碩士研究生，研究方向為土壤肥料，（電話）18513859711（電子信箱）zhhk9668@163.com；通信作者，宋麗芬，副教授，主要從事土壤肥料綜合利用研究，（電子信箱）15805351189@126.com。