小麦秸秆复合基质的理化指标及其对黄瓜幼苗生长和光合参数的影响

曾清华，毛兴平，孙 锦，郭世荣，①，刘超杰

草炭为目前生产上广泛采用的有机栽培基质，也是迄今为止世界各国公认的最好的无土栽培基质之一［1］。但草炭是不可再生资源，大量开采可造成生态环境的不可逆破坏；且由于草炭资源分布不均及运输费用增加，草炭的使用成本大幅提高，限制了草炭的合理利用。因此，筛选和研制成本低、效果好、管理方便、符合环保要求的新型栽培基质必然成为基质研究的热点之一［2］。可用于无土栽培的基质很多，蔗渣、菇渣、锯末、芦苇末和棉籽壳等经过处理或者与其他基质混合均可作为无土栽培基质［3－4］。

中国作物秸秆资源量巨大，仅在2006年就超过了7.6×108t［5］。但长期以来秸秆资源没有得到充分合理的利用，大量秸秆被丢弃或焚烧，不仅造成资源浪费，同时也导致大气环境污染［6－7］。因此，资源化利用秸秆对发展生态农业和可持续农业的意义重大。目前农作物秸秆的主要利用方式为秸秆还田［8］，但仍存在许多问题和一定的困难。

作者以小麦（Triticum aestivum L.）秸秆基质（发酵）、草炭、珍珠岩和蛭石为试材，按不同比例进行混配，研究了小麦秸秆复合基质的理化性状及其对黄瓜（Cucumis sativus L.）幼苗生长和光合参数的影响，以期探讨小麦秸秆基质作为蔬菜育苗基质的可行性。

1 材料和方法

1.1 材料

实验于2010年9月至11月在南京农业大学试验基地的连栋温室中进行。供试黄瓜品种为‘津春2号’（‘Jinchun No.2’）。供试小麦秸秆基质、蛭石、珍珠岩和草炭均由山东高唐泉林生态科技有限公司提供。小麦秸秆基质的制作方法为：小麦秸秆风干后粉碎至1～5 cm，含水量控制在约60％，堆成条剁状进行高温静态堆制，期间通过翻堆补充水分与氧气，150 d后风干备用。小麦秸秆基质的主要理化性状为：容重0.43 g·cm－3、总孔隙度80.8％、水气比7.59、电导率6.80 mS·cm－1、pH8.42。

1.2 方法

1.2.1 基质配制及幼苗栽培方法 共配制10种基质，视为10个处理，用小麦秸秆基质（XJ）、蛭石（ZS）、珍珠岩（ZZ）和草炭（CT）进行混配。T1：纯小麦秸秆基质；T2：V（XJ）∶V（ZS）=75∶25；T3：V（XJ）∶V（ZZ）=75∶25；T4：V（XJ）∶V（CT）=75∶25；T5：V（XJ）∶V（ZS）=50∶50；T6：V（XJ）∶V（ZZ）=50∶50；T7：V（XJ）∶V（CT）=50∶50；T8：V（XJ）∶V（ZS）∶V（ZZ）=50∶25∶25；T9：V（XJ）∶V（ZS）∶V（CT）=50∶25∶25；T10：V（XJ）∶V（ZZ）∶V（CT）=50∶25∶25。对照基质不含小麦秸秆基质，为V（CT）∶V（ZS）=2∶1的复合基质。每处理均3次重复。

选取饱满、整齐一致的黄瓜种子，用55℃清水浸种15 min后置于温度（29±1）℃的培养箱内催芽，并选取发芽一致的种子进行播种。采用72孔穴盘育种，每孔播1粒种子，每处理播3个穴盘，视为3次重复，随机区组排列。实验期间，每天仅浇清水。各基质的理化性状在混配后、育苗前测定；待幼苗长至三叶一心时取样进行生长和光合指标测定。

1.2.2 基质理化指标测定 参照郭世荣［9］的方法测定基质的容重、总孔隙度、持水孔隙度、通气孔隙度和水气比；参照刘超杰等［10］的方法测定基质大颗粒（直径大于2.0 mm）、中颗粒（直径0.5～2.0 mm）和小颗粒（直径小于0.5 mm）含量；参照程斐等［11］的方法测定基质的pH值和电导率。每处理3次重复。

1.2.3 幼苗生长及光合指标测定 每处理取5株黄瓜幼苗测定以下指标。参照刘超杰等［12］的方法测定幼苗的株高、茎粗、鲜质量、干质量和壮苗指数；用EPSON EXPERSSION1680台式扫描仪（美国爱普生公司）和WinRHIZO图像分析软件（加拿大Regent公司）分析根总长、根总体积、平均单根直径和根尖总数。采用乙醇－丙酮－水混合液浸提法［13］测定叶片叶绿素含量；使用Li－6400型便携式光合测定系统（美国LI－COR公司）于晴天上午的9：00至11：00测定功能叶的光合参数。

1.3 数据处理和分析

采用Excel2010和SPSS10.0软件对实验数据进行统计和处理。

2 结果和分析

2.1 小麦秸秆复合基质理化性状的比较

供试11种基质的理化性状见表1。表1数据显示：基质T1的容重、总孔隙度、持水孔隙度和水气比均高于或显著高于对照和其他复合基质，而其通气孔隙度却显著低于对照及其他复合基质，即：小麦秸秆基质与蛭石、珍珠岩和草炭混配，均降低或显著降低了混配基质的容重、总孔隙度、持水孔隙度和水气比，却使通气孔隙度显著提高。基质T1的小颗粒含量为52.7％，显著高于对照和其他复合基质，而其大、中颗粒含量却最低。基质T1的pH值和电导率均显著高于对照和其他复合基质，随着复合基质中小麦秸秆基质比例的降低，各基质的pH值和电导率呈下降趋势，但均显著高于对照。

表1 小麦秸秆复合基质的理化性状1）Table1 Physicochem ical properties of m ixed substrates of wheat（Triticum aestivum L.）straw1）

2.2 小麦秸秆复合基质对黄瓜幼苗生长的影响

2.2.1 对幼苗形态指标的影响 不同比例的小麦秸秆复合基质对黄瓜幼苗形态指标的影响见表2。由表2可知：随着复合基质中小麦秸秆基质比例的降低，黄瓜幼苗的株高、茎粗、根总长、根总体积、平均单根直径和根尖总数呈上升趋势。当小麦秸秆基质的比例高于50％时，T1、T2、T3和T4处理组黄瓜幼苗的形态指标均显著低于对照和其他复合基质，其中以T1处理组黄瓜幼苗的各指标最低；当小麦秸秆基质的比例降至50％时，T9处理组黄瓜幼苗的表现最佳，其株高、茎粗、根总长、根总体积、平均单根直径和根尖总数均显著高于对照和其他复合基质。

2.2.2 对幼苗生物量和壮苗指数的影响 不同比例的小麦秸秆复合基质对黄瓜幼苗生物量和壮苗指数的影响见表3。由表3可知：处理组黄瓜幼苗的生物量和壮苗指数的变化趋势与其形态指标一致，均随复合基质中小麦秸秆基质比例的降低呈上升趋势。当小麦秸秆基质的比例高于50％时，T1、T2、T3和T4处理组黄瓜幼苗的地上部、根和全株的鲜质量和干质量以及壮苗指数均显著低于对照和其他复合基质，这可能与这些基质具有较高的电导率、pH值以及较低的通气孔隙度有关。当小麦秸秆基质的比例降至50％时，以T9处理组黄瓜幼苗的生长最佳，其地上部、根和全株的鲜质量和干质量以及壮苗指数均最大，显著高于对照和其他复合基质，说明这一比例的复合基质水气比合适、持水性能良好，有利于根系生长；基质T5和T7也有较好的育苗效果；但基质T6的育苗效果较差，这可能是因为该基质中珍珠岩比例过高，通气孔隙度过大，保水性能降低，不利于根系发育。

表2 小麦秸秆复合基质对黄瓜幼苗形态指标的影响1）Table2 Effect of m ixed substrates of wheat（Triticum aestivum L.）straw on morphological indexes of Cucumis sativus L.seedling1）

表3 小麦秸秆复合基质对黄瓜幼苗生物量和壮苗指数的影响1）Table3 Effects of m ixed substrates of wheat（Triticum aestivum L.）straw on biomass and strength index of Cucum is sativus L.seedling1）

2.3 小麦秸秆复合基质对黄瓜幼苗叶片叶绿素含量和光合参数的影响

2.3.1 对叶绿素含量的影响 不同比例小麦秸秆复合基质对黄瓜幼苗叶片叶绿素含量的影响见表4。各处理组黄瓜幼苗叶片叶绿素含量的变化趋势与其形态指标和生物量相似。T9处理组幼苗叶片叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量最高，T5和T7处理组也较高。当小麦秸秆基质的比例高于50％时，T1、T2、T3和T4处理组幼苗叶片的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素的含量显著低于对照和其他复合基质。

2.3.2 对光合参数的影响 不同比例小麦秸秆复合基质对黄瓜幼苗叶片光合参数的影响见表5。由表5可知：T9处理组黄瓜幼苗叶片的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率均最高，T5、T7和T10处理组也较高，但与对照均无显著差异；T1、T2和T3和T4处理组幼苗叶片的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均显著低于对照，水分利用效率也低于对照，但差异不显著。各处理组幼苗叶片的胞间CO2浓度与对照均无显著差异。

表4 小麦秸秆复合基质对黄瓜幼苗叶片叶绿素含量的影响1）Table4 Effect of m ixed substrates of wheat（Triticum aestivum L.） straw on chlorophyll content in leaf of Cucum is sativus L.seed ling1）

3 讨论和结论

栽培基质的固、液、气三相比例是影响植物根系生长发育的重要因素，容重和孔隙度是衡量其比例是否恰当的简单指标。郭世荣［1］认为：理想基质的容重应为0.1～0.8 g·cm－3，总孔隙度应为54％～96％，而水气比应为2.0～4.0。本实验中，纯小麦秸秆基质（T1）的容重为0.43 g·cm－3、总孔隙度为80.8％，均在理想基质的要求范围之内；但其水气比为7.59，明显高于理想基质的上限值，表明纯小麦秸秆基质的持水孔隙度过大而通气孔隙度过小，这与其中的小颗粒含量过高，而大、中颗粒含量较低有关。添加蛭石、珍珠岩和草炭，均能降低或显著降低小麦秸秆复合基质的容重、总孔隙度、持水孔隙度、水气比和小颗粒含量，却显著提高其通气孔隙度以及大、中颗粒含量，并且各指标的变化幅度随着蛭石、珍珠岩和草炭所占比例的提高而增大；当蛭石、珍珠岩和草炭所占比例增至50％时，小麦秸秆复合基质的容重、总孔隙度和水气比分别降至0.26～0.33 g·cm－3、63.0％ ～71.7％和2.01～3.75，均在理想基质的要求范围之内。

表5 小麦秸秆复合基质对黄瓜幼苗叶片光合参数的影响1）Table5 Effect of m ixed substrates of wheat（Triticum aestivum L.）straw on photosynthetic parameters of leaf of Cucum is sativus L.seed ling1）

有机废弃物腐熟基质通常含有丰富的营养元素并具有较高的电导率，单独使用将对植物根系构成一定的逆境胁迫，影响植物生长［1，14－15］，因此，在以小麦秸秆基质为主料配制育苗基质时，降低复合基质的电导率是关键，一般通过添加电导率较低的草炭或蛭石达到该目的。研究结果表明：添加蛭石、珍珠岩和草炭均能显著降低小麦秸秆复合基质的电导率，其中，复合基质T5和T9的电导率显著低于其他复合基质。李谦盛等［16］认为：蛭石混配时易破碎，其添加量以不超过30％为宜。因此，T5不适合作育苗基质，而T9的理化性状最佳。随复合基质中小麦秸秆基质比例的降低，黄瓜幼苗的形态指标（包括株高、茎粗、根总长、根总体积、平均单根直径和根尖总数）、生物量（包括地上部、根和全株的鲜质量和干质量）以及壮苗指数均呈上升趋势，其中采用T9栽培的黄瓜幼苗的各项指标均显著高于对照和其他复合基质。

植物叶片中光合色素含量对光合作用的影响较大，外界环境的改变首先引起光合色素含量的变化，进而导致光合能力改变［17］。采用复合基质T9栽培的黄瓜幼苗叶片的叶绿素含量显著高于对照和其他复合基质，使其能够吸收和传递较多的光能用于光合作用，进而使其拥有最大的净光合速率，最终使黄瓜幼苗干物质的积累增加，促进了幼苗的生长。

一般认为导致叶片光合速率降低的原因主要包括气孔限制因素和非气孔限制因素［18］，主要根据气孔导度和胞间CO2浓度的变化方向进行判断。根据寇伟锋等［19］的判断方法，本实验中采用复合基质T9栽培的黄瓜幼苗叶片的气孔导度上升、胞间CO2浓度下降，表明是非气孔限制因素引起了黄瓜幼苗叶片净光合速率的上升。

综合以上分析结果，添加蛭石、珍珠岩或草炭，均能降低或显著降低小麦秸秆复合基质的容重、总孔隙度、持水孔隙度、水气比、小颗粒含量、pH值和电导率，却能显著提高通气孔隙度以及大、中颗粒含量。如果添加同比例的蛭石、珍珠岩或草炭，则珍珠岩能更有效地提高复合基质的通气孔隙度，草炭能更有效地降低复合基质的pH值，而蛭石能更有效地降低复合基质的电导率。在供试的11种基质中，按V（小麦秸秆基质）∶V（蛭石）∶V（草炭）=50∶25∶25的比例混配的复合基质的理化性状最佳，用该复合基质进行育苗，黄瓜幼苗叶片叶绿素含量最高、净光合速率最大，长势较好，故该配方的小麦秸秆复合基质可作为黄瓜育苗基质。

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