新型无土栽培基质配比对4种叶菜类蔬菜生长发育和产量的影响——以煤矸石、油菜秸秆等组成的栽培基质为例

童贯和，张科贵，刘天骄，罗 勋

（淮南师范学院生命科学系，安徽淮南232001）

基质栽培是目前蔬菜无土栽培的主要形式，占蔬菜无土栽培的90%以上[1]。基质栽培又分为有机基质栽培、无机基质栽培和混合基质栽培。其中的混合基质即有机生态型无土栽培基质是由有机、无机原料混合而成的，由于其可生产无污染、安全、优质、营养的绿色蔬菜[2]，在我国已获得了广泛的应用。混合基质的有机原料一般为农作物秸秆、农产品加工后的废弃物等；无机原料种类较多，如珍珠岩、蛭石、炉渣、河沙等。农作物秸秆是重要的农业资源，含有丰富的氮、磷、钾及多种微量元素[3，4]，而煤矸石是煤炭开采和洗选过程的产物，矸石中除了含有丰富的钾外，还含有一定量的氮和磷，同时煤矸石还具有吸热、贮热和较耐风化的特点[5]。

我国每年的社会生产活动都要形成大量的工农业废弃物（如农作物秸秆、煤矸石等），这些废弃物的不断堆积和排放不仅占用了大量的土地，而且还会破坏当地的生态环境[6，7]。目前我国工农业废弃物的利用率均不高，每年都有大量的农作物秸秆被焚烧[8]，堆积如山的煤矸石也只有少量用于制砖、烧制水泥及充填塌陷区复田[9]，综合利用率不到30%。因此，如何充分有效地利用工农业废弃物，对于减少资源浪费，改善当地生态环境质量和农业可持续发展都具有十分重要的意义。本研究以煤矸石、油菜秸秆和猪粪等废弃资源为原料，配制有机生态型无土栽培基质，并在该基质上种植白菜 （Brassica chinensis L.）、生菜 （Lactuca sativa）、 苋 菜（Amarantus mangostanus L.）和菠菜（Spinacia oleracea L.）4 种叶菜类蔬菜，研究由煤矸石与腐熟油菜秸秆按不同的体积比组成的混合基质的理化性质，以及栽培在该基质上的蔬菜生长发育状况，以期找出煤矸石与腐熟油菜秸秆组成的有机生态型无土栽培基质栽培蔬菜的最佳配方，为煤矸石、农作物秸秆等废弃资源的再利用寻找一条新的途径。

1 材料与方法

1.1 试验材料

煤矸石采自淮南市大通矿区，经人工破碎成1mm～10 mm的不同粒径。油菜秸秆取自淮南市三河乡曹庵镇第二村民组当年秸秆，风干后分别粉碎至l cm～5 cm，添加15%(质量分数)蒸汽高温消毒猪粪（取自淮南市曹庵农业综合开发公司养猪场）与l%(质量分数)尿素，含水量60%左右，碳氮比为30左右，进行高温静态堆制，以塑料薄膜密闭。通过翻堆补充水分与氧气，第1次翻堆于堆制后第4 d进行，然后每7 d进行翻堆1次(共5次)，再每15d进行翻堆1次(共2次)，后期保持自然状态，堆制腐熟结束后风干。菜园土取自淮南市郊蔬菜种植区，土壤为马肝土。主要原料基本理化性状见表1。已有研究[10-12]已对所用的煤矸石、油菜秸秆和消毒猪粪以及由它们组成的混合基质的重金属污染进行了生态风险评价，以土壤环境质量一级标准值为参比的评价结果为安全与优良。

表1 主要原料基本理化性质

供试作物：白菜、生菜、苋菜和菠菜4种蔬菜种子由淮南市种子公司提供。

1.2 试验设计

试验共设5个处理，按下列配方（体积比）配制混合基质，T1：煤矸石∶腐熟油菜秸秆=2∶8；T2：煤矸石∶腐熟油菜秸秆 =3∶7；T3：煤矸石∶腐熟油菜秸秆 =4∶6；T4：煤矸石∶腐熟油菜秸秆=5∶5；T5：煤矸石∶腐熟油菜秸秆=6∶4；以菜园土为对照（CK）。将5种混合基质及土壤分别装入高30cm，直径30cm的花盆中，装盆高度28cm。装盆时，对照处理菜园土一次性施入基肥，施化肥量为尿素0.33 g/kg、过磷酸钙 0.83 g/kg、氯化钾 0.25 g/kg[13]，相当于施入 N 0.15 g/kg、P 0.05 g/kg、K 0.13 g/kg；5种混合基质处理不施化肥。4种蔬菜种子经消毒浸种催芽后分别播种于128穴育苗盘中，出苗30d后当幼苗长至3叶1心时定植，每盆定植2株，采用完全随机区组设计，每种处理4次重复，常规栽培管理。4种蔬菜盆栽试验于2011年2月初开始至2011年5月底结束，试验在淮南师范学院生命科学系实验中心栽培室中进行，

1.3 样品采集与测定

取内径10 cm、高16 cm的硬质聚已烯圆管，底部放一块与圆管外径相同的塑料圆板作管底，用透明胶紧密粘连使其不漏水，圆筒体积为1256 cm3，重量为W0。将自然风干的混合基质加满圆筒，质量为W1，浸泡水中24h，质量为W2，将圆筒口用已知重量(W3)的湿润纱布包住，把圆筒倒置，让圆筒中的水分流出，直至没有水渗出，称重为W4。按以下公式计算[14]：

容重 =（W1-W0）/1256；

总孔隙度 =（W2-W1）/1256×100%；

通气孔隙 =（W2-W4+W3）/1256×100%；

持水孔隙=总孔隙度-通气孔隙；

大小孔隙比=通气孔隙/持水孔隙；

4种蔬菜于定植后30 d和55 d分别取样，测定株高（自然株高：量取生长状态的植物从茎基部到冠层顶部表面的高度）、单株地上鲜重、单株地下鲜重以及单株叶片数，同时计算出鲜重根冠比。

基质和土壤pH值采用(水土比2.5∶1)p H酸度计（电位法）测定，EC值采用（水土比5.0∶1）DDS-307电导率仪测定[15]，有机质采用重铬酸钾法(外加热法)测定，全N采用半微量凯氏定氮法测定，碱解N用扩散法测定，全P和有效磷（P）用钼锑抗比色法测定，全K和速效钾（K）用火焰光度计法测定[16]。

数据采用Duncan’s新复极差测验法和Micros oft Excel(Office XP)统计软件分析。

2 结果与分析

2.1 混合基质的理化特性

以煤矸石、腐熟油菜秸秆为原料混合而成的5种栽培基质的理化特性见表2。由表2看出，在5种混合基质中，随着煤矸石含量的逐渐增加，基质的容重逐渐增加，总孔隙度、通气孔隙、持水孔隙以及大小孔隙比均有所下降。但这些指标的变化幅度均处于植物正常生长的适合范围内[17]。与土壤（CK）相比，由于混合基质中有机质含量较高，使基质的容重降低，孔隙度增加，水气比较为合理，所以能够更好地协调根系水分和气体供应之间的矛盾。

由表2还可看出，在5种混合基质中，随着煤矸石含量的逐渐增加，基质的有机质、EC、全N、碱解N和C/N下降，pH值、全P、全K、有效P和速效K有所增加。表明随着煤矸石含量的增加，基质的供N能力、供肥潜力降低，但基质的供P、K能力增强。与土壤（CK）相比，基质的营养丰富，各种营养成分比例协调。

表2 混合基质的理化性质

2.2 混合基质对4种叶菜类蔬菜株高的影响

株高可反映出植物生长过程中的生长态势。白菜、生菜、菠菜和苋菜4种蔬菜分别在定植后30 d和55 d测定株高，其结果见表3。由表3看出，定植30 d和55 d的4种蔬菜的株高，以CK的为最小，且与生长在5种混合基质上的相比，T1处理 30d 无差异，55d 差异显著或极显著；T2、T3、T4和 T5处理（除白菜30d的T2及55d的T5无差异外）差异显著或极显著。表明混合基质比土壤更好地促进了蔬菜的生长。5种混合基质中，随着煤矸石含量的逐渐增加，4种蔬菜的株高呈现出先增加后减小的趋势，T3处理的株高最大，定植30 d的T 1处理、定植55d的T5处理的最小，但各处理间差异不显著（除生菜外）。结果表明T3配方基质更能促进蔬菜株高的增加，而有机质含量较高的T1配方基质肥效期较长。

表3 混合基质对4种叶菜类蔬菜株高的影响 （单位：cm）

2.3 混合基质对4种叶菜类蔬菜叶片数的影响

叶菜类蔬菜的叶片数能够反映出植株的分生速度。定植30d和55 d的4种蔬菜的叶片数测定结果见表4。由表4知，定植30d和55 d的4种蔬菜的叶片数，以CK的为最少，且与生长在5种混合基质上的相比，定植30 d，除菠菜的T 3处理差异极显著外，其余处理均无差异；定植55d后，生菜各处理均呈显著或极显著差异，白菜和菠菜除T5处理差异较小外，其余处理呈显著或极显著差异，苋菜的T4、T5处理无差异，其他处理差异显著或极显著。表明混合基质可促进叶菜类蔬菜的叶片发育。5种混合基质中，随着煤矸石含量的逐渐增加，4种蔬菜的叶片数呈现出先增加后减少的趋势，T3处理的叶片数最多，定植30d的T1处理、定植55d的T5处理的最少，各处理间差异较小。说明T3配方基质较优，T1配方基质前期供肥能力较弱，后期较强。

表4 混合基质对4种叶菜类蔬菜叶片数的影响 （单位：个）

2.4 混合基质对4种叶菜类蔬菜根冠比的影响

根冠比既能反映植物光合产物的分配状况，也能反映植物根系的生长发育结果。定植30d和55d的4种蔬菜的根冠比测定结果见表5。由表5可知，定植30 d和55d的4种蔬菜的根冠比，以CK的为最小，且与生长在5种混合基质上的相比，定植30d，菠菜和苋菜除T3处理有差异外其余处理无差异，白菜除T5处理无差异外其余处理差异极显著，生菜的T4、T5处理无差异，其余处理差异显著或极显著；定植55d，T2、T3处理有显著或极显著差异，T1处理除生菜外均呈显著或极显著差异，T4处理的白菜和苋菜差异显著或极显著，但生菜和菠菜无差异，T5处理除苋菜外其余均无差异。表明混合基质能够促进植物根系的生长发育。5种混合基质中，随着煤矸石含量的逐渐增加，4种蔬菜的根冠比呈现出先增加后减小的趋势，T3处理的根冠比最大，T5最小，T3与T5间有差异（除菠菜外），其余各处理间差异较小。显示T3配方基质更有利于蔬菜根系的生长，T5配方基质较差。

表5 混合基质对4种叶菜类蔬菜根冠比的影响

2.5 混合基质对4种叶菜类蔬菜鲜重的影响

叶菜类蔬菜的地上鲜重大小能够反映出蔬菜产量的高低。定植30d和55d的4种蔬菜的鲜重测定结果见表6。由表6可知，定植30 d和55 d的4种蔬菜的鲜重，以CK的为最小，且与生长在5种混合基质上的相比，除30 d苋菜的T1、T2处理无差异外，其余处理均呈显著或极显著差异。表明混合基质比土壤更有利于蔬菜产量的增加。5种混合基质中，随着煤矸石含量的逐渐增加，4种蔬菜的鲜重呈现出先升高后下降的趋势，T3处理的鲜重最大，定植30 d的T 1处理、定植55d的T5处理的最小。表明T 3配方基质对蔬菜作物鲜重的增幅更大，但煤矸石含量较高的T5配方基质后期肥效略显不足。

3 讨论与结论

3.1 结论

以煤矸石、腐熟油菜秸秆配制而成的栽培基质营养丰富、水气协调，理化特性明显优于土壤。其上栽培的4种叶菜类蔬菜的株高、叶片数、根冠比、鲜重均显著高于土壤栽培，表明混合基质对蔬菜的生长发育具有更好地促进作用。在混合基质的5种配比中，以T3混合基质配比（煤矸石与腐熟油菜秸秆的体积比为4∶6）为最优，其次为T2和T4。

表6 混合基质对4种叶菜类蔬菜鲜重的影响 （单位：g/株）

3.2 讨论

栽培基质是植物生长的基础和媒介，也是无土栽培技术的关键。优良的无土栽培基质应具备四项基本功能，即固定作物能力、保肥供肥能力、保水供水能力及透气能力[18]。本试验以煤矸石、腐熟油菜秸秆配制而成的混合基质在完全不使用化学肥料的前提下，不仅为蔬菜生长提供了稳定、协调的水、肥、气根际环境，支持、固定植物良好（表2），而且混合基质不存在重金属污染[10-12]，基本满足了蔬菜有机生态型无土栽培对基质的要求[19]，可使生产的蔬菜产品达到A级或AA级的“绿色食品”标准[11，12]。

本试验结果表明，混合基质上栽培的4种叶菜类蔬菜的株高、叶片数、根冠比、鲜重均显著高于土壤栽培，说明混合基质能够更好地促进植物生长发育[20]。究其原因，一方面可能是由于混合基质的容重较轻、总孔隙度较大，大小孔隙比适中（表2），供氧和保水能力均较强，有利于植物根系的生长发育；另一方面可能是由于混合基质中的有机质含量较高，有机质中含有的N、P、K、Ca、Mg和微量元素等多种养分经微生物分解，转化成蔬菜可吸收利用的有效养分，保证了植物的营养需求。这一试验结果与佟小刚等以腐熟葵花杆作基质配料形成的混合基质上栽培生菜的试验结果相一致[21]。

混合基质的理化性质不仅取决于基质的原料组成，也取决于基质配方的优劣。本试验研究结果表明，5种混合基质上栽培的4种蔬菜的株高、叶片数、根冠比、鲜重均以T 3处理的较大（表 3、4、5、6），说明 T3处理的基质配方较优，其理化特性更能满足植物生长发育的需要，促进了蔬菜作物的高产、稳产。而T1处理的这4项生长指标与T 5处理相比，在蔬菜生长前期（定植 30d）较低，但后期（定植 55d）却较高（表 3、4、5、6），表明腐熟油菜秸秆含量较高的T1处理短期供肥能力不及煤矸石含量较高的T5处理，但T1处理肥效长而稳定，促进了蔬菜作物的后期生长发育。当然，目前我们还无法建立混合基质的理化特性与其供肥能力之间的函数关系式，有关此类问题尚需作进一步的研究。

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