不同茬口无土栽培基质水浸液对西葫芦幼苗生长及光合特性的影响

张文斌，许耀照，陈修斌

(1.张掖市经济作物推广站，甘肃 张掖 734000;2.河西学院 甘肃省河西走廊特色资源利用重点实验室，甘肃 张掖 734000)



不同茬口无土栽培基质水浸液对西葫芦幼苗生长及光合特性的影响

张文斌1，许耀照2，陈修斌2

(1.张掖市经济作物推广站，甘肃 张掖 734000;2.河西学院 甘肃省河西走廊特色资源利用重点实验室，甘肃 张掖 734000)

文章研究不同茬口的无土栽培基质水浸液对作物生长的影响，旨为无土栽培基质循环利用提供依据。通过分析无土栽培迎茬基质水浸液(Y1)、连茬2 a基质水浸液(Y2)、连茬3a 基质水浸液(Y3)和蒸馏水(CK)处理下西葫芦幼苗生长和生理参数的变化特征，探讨了不同茬口无土栽培基质水浸液对西葫芦幼苗生长和光合特性的影响。结果表明：与CK相比 Y1处理西葫芦幼苗的株高、地上部鲜/干重、地下部鲜/干重、根冠干重比、叶绿素a、叶绿素b、叶绿素(a+b)、叶绿素a/b、气孔导度(Gs)、净光合速率(Pn)、瞬时水分利用效率(WUE)、瞬时羧化效率(CE)和瞬时光能利用率(LUE) 等都明显增加；Y2和Y3处理西葫芦幼苗的地上部鲜/干重、地下部干重、叶绿素a/b,蒸腾速率(Tr)，Gs和细胞间隙CO2浓度(Ci) 等明显降低；Y3处理西葫芦幼苗的根冠干重、Pn、CE和LUE依次降低了33.3%、20.9%、11.1%和16.6%，且不同茬口间处理差异达显著水平(p<0.05)。 由此可见，连茬3 a后无土栽培基质可抑制西葫芦幼苗生长，并能降低其叶片的光合生理特性。表4，参30。

不同茬口;基质;水浸液;西葫芦;幼苗生长;叶绿素含量;光合特性

0 引 言

有机生态型无土栽培不是用天然土壤和传统营养液灌溉植物根系，而是以有机废弃物为基质原料，使用有机固态肥并直接用清水灌溉作物的一种无土栽培技术[1]。进行无土栽培需具备日光温室和大棚等保护设施，在保护设施内主要采用基质槽栽培的形式，适宜采用的基质有草炭、蛭石、珍珠岩、炭化稻壳、椰子壳、棉籽壳、树皮、锯末、刨花、葵花秆、砂、砾石、陶粒、甘蔗渣、炉渣和酒糟等，可以选择当地丰富的工农业废弃物，如单独使用的珍珠岩基质，也可选择不同体积比的混合基质，以满足作物生长对基质理化特性的需求。已有的研究结果为不同配比基质筛选设施番茄生长的配方[2]和选择黄瓜生长的适宜比例[3]；不同基肥配比和追肥配施对番茄的无害化生产[4]；适宜专用肥配施满足蔬菜的需肥特性[5]；芦苇末和工农业废弃物栽培基质的理化特性[6,7]；堆沤和増施氮肥的基质生物处理方法[8]；灌水下限， “U”型栽培槽，秸秆为基质的发酵和栽培技术，大棚结构、中药渣和河沙的栽培基质、供水系统和有机营养的配制，最佳株行距和适宜整枝的辣椒等栽培技术[9-12]。沙漠、戈壁滩等非耕地面积占我国陆地总面积的七分之一,主要分布在我国西北地区，其中甘肃省的面积达1 934.78万hm2，以河西走廊为主[13]。河西走廊每年可产生3 470.10×104t 有机废弃物，其中78.8%为畜禽粪便、18.6%为作物秸秆、2.3%为各种废渣和0.3%为饼肥[14]。近年来，为缓解粮菜争地矛盾[15]，日光温室生产逐步向非耕地发展，结合有机生态型无土栽培技术，在非耕地区域生产蔬菜，能充分有效地利用当地丰富的工农业废弃物，实现有机生态无土栽培，生产满足市场需求的优质蔬菜，也能调节当地农业产业结构，改善有机废弃物对环境的污染，实现农业增效和农民增收，对促进当地农业可持续发展具有重要的意义。

西葫芦，又名美洲南瓜(CucurbitapepoL.)，是我国总产量仅次于黄瓜的主要商品蔬菜，也是冬春设施栽培的主要蔬菜之一。但关于不同茬口无土栽培基质水浸液对西葫芦幼苗生长和光合特性的影响报道较少。为了可持续利用河西走廊丰富的有机废弃物资源，本研究以不同茬口的有机生态型无土栽培基质为材料，探讨其水浸液对西葫芦幼苗生长和光合特性的影响，旨在为有机生态型无土栽培基质的循环利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试西葫芦品种为中葫4号，由中国农业科学院蔬菜花卉研究所选育。有机生态型无土栽培基质采自张掖市临泽县平川镇荒漠区现代农业示范园区，迎茬(2013年定植)、连茬2 a(2012年定植)和连茬3 a(2011年定植)，无土栽培基质(玉米秸秆(V)∶炉渣(V)∶菇渣(V)∶牛粪(V)=3.5∶2∶1.5∶1)为当地生产中广泛应用，无土栽培基质采自地下式栽培槽中距栽培面20 cm处，栽培槽南北延长，其上内径 60 cm、其下内径58 cm，槽深25 cm，分别取3个不同茬口栽培槽中3处混匀的基质10 L，将基质带回实验室风干，混匀备用。

1.2 试验方法

基质水浸液制备：分别将迎茬、连茬2 a和连茬3 a基质风干混匀后，与蒸馏水按1∶5(V∶V)比例混合，在5L烧杯中浸泡48 h，将基质中能溶于蒸馏水的物质全部充分溶解后过滤，制备成迎茬基质水浸液(Y1)、连茬2a基质水浸液(Y2)和连茬3a基质水浸液(Y3)，以蒸馏水为对照(CK)，水浸液置于棕色细口瓶中备用。迎茬基质水浸液(Y1)、连茬2a 基质水浸液(Y2)和连茬3a 基质水浸液(Y3)的pH分别为7.43，7.45和7.55，其电导率(EC)值依次为1.14 mS·cm-1，1.47 mS·cm-1和1.97 mS·cm-1。

西葫芦幼苗培养：于河西学院农业与生物技术学院教学与科研示范基地选取相对含水量一致的田园土，装入发芽盒(口径13 cm×19 cm×12 cm)；中葫4号种子先后经1%次氯酸钠浸泡10 min，蒸馏水吸胀4 h，恒温箱 (温度为25±1℃) 催芽2d后，于每一发芽盒中播种4粒。之后将发芽盒置于节能二代日光温室中，每隔2 d向发芽盒中加入200 mL不同茬口基质的水浸液，对照加入200 mL蒸馏水，重复3次，连续处理3次后西葫芦幼苗进行田间常规管理。

1.3 测定项目

幼苗生长指标测定：不同茬口基质的水浸液处理西葫芦幼苗后在日光温室内常规管理30天测定其幼苗株高、地上部鲜/干重、地下部鲜/干重并计算根冠干重比。同时，采用乙醇浸提法[16]测定幼苗第2片完全展开叶的叶绿素含量，取新鲜幼苗叶片，洗净擦干水分，去叶脉并剪碎，称取0.2 g混匀的叶片放入试管(15 mm×150 mm)中，加入10 mL 95 %乙醇，用封口膜将试管口密封，避光浸提24 h，待植物组织变白后，吸取浸提上清液4 mL，分别测定665 nm和649 nm的吸光度值(722S型分光光度计，上海习仁科学仪器有限公司，中国)，参考高俊凤等[16]的公式计算叶片鲜重叶绿素含量。

ca=13.95A665-6.88A649

(1)

cb=24.96A649-7.32A665

(2)

叶绿体色素的含量(mg·g-1FW)=(C×V×n)/W

(3)

式中：C—色素含量(mg·L-1)；V—提取液体积(mL)；n—稀释倍数；W—叶片鲜重(g)。

幼苗光合特性测定：当西葫芦幼苗长到三叶一心时，选取第2片完全展开的真叶，于上午11:00测定，叶片的光合特性指标(CIRAS-2便携式光合作用测定系统，汉莎科学仪器有限公司，美国)，包括蒸腾速率(Tr，mmol H2O·m-2·s-1)、气孔导度(Gs，molH2O m-2·s-1)、净光合速率(Pn，μmol CO2·m-2·s-1)和细胞间隙CO2浓度(Ci，μmol·mol-1)等参数，分别计算瞬时水分利用效率(WUE/μmolCO2mmol-1H2O=Pn/Tr[17])、瞬时羧化效率(CE/molCO2m-2·s-1=Pn/Ci[18])和瞬时光能利用率(LUE/μmolCO2mmol-1=Pn/PAR[19])。每个处理测6株同一叶位的光合指标，取其平均值。

1.4 数据处理

利用Excel 2003和DPS 13.5软件对数据进行统计分析，采用新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同茬口无土栽培基质水浸液对西葫芦幼苗生长的影响

不同茬口无土栽培基质的水浸液对西葫芦幼苗生长有不同的影响，见表1。迎茬基质水浸液(Y1)处理的西葫芦幼苗株高、地上部鲜重、地下部鲜重、地上部干重、地下部干重和根冠干重比分别较对照增加15.6 %、72.5 %、100.5%、68.3%、80.5 %和58.3 %，差异达显著水平(p<0.05)。连茬2 a基质水浸液(Y2)处理的西葫芦幼苗株高、地下部鲜重和根冠干重比较对照分别增加3.6 %、33.0 %和20.8 %；地上部鲜重、地上部干重和地下部干重较对照分别降低32.8 %、19.0 %和1.2 %，差异达显著水平(p<0.05)。连茬3a 基质水浸液(Y3)处理的西葫芦幼苗株高、地上部鲜重、地下部鲜重、地上部干重、地下部干重和根冠干重比分别较对照分别降低25.1%、28.6%、0.7%、17.8%、47.6%和33.3%，差异达显著水平(p<0.05)。

表1 基质水浸液对西葫芦幼苗生长的影响

注:同列数据不同小写字母表示差异显著(p=0.05)，下表同。根冠比=地下部干重/地上部干重。

Note：Different letters mean significant differences at 5% level in the same group.The same as below.

迎茬基质水浸液(Y1)、连茬2 a基质水浸液(Y2)和连茬3a 基质水浸液(Y3)处理的西葫芦幼苗株高和地下部鲜/干重依次明显降低，不同茬口间差异达显著水平(p<0.05)，连茬2 a基质水浸液(Y2)和连茬3a 基质水浸液(Y3)处理的西葫芦幼苗地上部鲜/干重无明显差异，但明显低于迎茬基质水浸液(Y1)的处理，差异达显著水平(p<0.05)。迎茬基质水浸液(Y1)和连茬2 a基质水浸液(Y2)处理的西葫芦幼苗根冠干重比无明显差异，但明显高于连茬3a 基质水浸液(Y3)处理，差异达显著水平(p<0.05)。

2.2 不同茬口无土栽培基质水浸液对西葫芦幼苗叶绿素含量的影响

无土栽培的基质水浸液对西葫芦幼苗叶绿素含量有明显的影响，见表2。迎茬基质水浸液(Y1)处理的西葫芦幼苗叶绿素a、叶绿素b、叶绿素(a+b)和叶绿素a/b分别较对照分别增加44.4%、38.7%、41.3%和5.4%，差异达显著水平(p<0.05)。连茬2 a基质水浸液(Y2)处理的西葫芦幼苗叶绿素b和叶绿素(a+b)分别较对照分别增加23.8%和17.8%，对叶绿素a无明显影响；而叶绿素a/b较对照降低18.9%，差异达显著水平(p<0.05)。连茬3a 基质水浸液(Y3)处理的西葫芦幼苗叶绿素b和叶绿素(a+b)较对照分别增加17.9%和0.87%，而叶绿素a和叶绿素a/b较对照分别降低46.0%和54.1%。差异达显著水平(p<0.05)。

迎茬基质水浸液(Y1)、连茬2a 基质水浸液(Y2)和连茬3 a基质水浸液(Y3)处理的西葫芦幼苗叶绿素a、叶绿素b、叶绿素(a+b)和叶绿素a/b依次明显降低，不同茬口间差异达显著水平(p<0.05)。

表2 基质水浸液处理对西葫芦幼苗叶绿素含量的影响

2.3 不同茬口无土栽培基质水浸液对西葫芦幼苗叶片Tr、Gs、Ci和Pn的影响

不同茬口无土栽培基质的水浸液对西葫芦幼苗叶片光合特性有明显的影响，见表3。迎茬基质水浸液(Y1)处理的西葫芦幼苗叶片Pn较对照分别增加172.5%，差异达显著水平(p<0.05)；而Tr和Ci较对照分别降低1.04%和18.16%，差异未达到显著水平。连茬2 a基质水浸液(Y2)处理的西葫芦幼苗叶片Pn较对照增加21.7%，差异未达到显著水平(p>0.05)。而Gs较对照降低18.4%，差异达显著水平(p<0.05)。连茬3 a基质水浸液(Y3)处理的西葫芦幼苗叶片Tr,Gs和Pn较对照分别降低28.7%、35.9%和20.9%,差异达显著水平(p<0.05)。

表3 基质水浸液处理对西葫芦幼苗叶片Tr、Gs、Ci和Pn的影响

迎茬基质水浸液(Y1)和连茬2a 基质水浸液(Y2)处理的西葫芦幼苗蒸腾速率无明显差异，但明显高于连茬3 a基质水浸液(Y3)处理，差异达显著水平(p<0.05)。迎茬基质水浸液(Y1)、连茬2 a基质水浸液(Y2)和连茬3 a基质水浸液(Y3)处理的西葫芦幼苗气孔导度和光合速率依次明显降低，不同茬口间差异达显著水平(p<0.05)，但不同茬口基质水浸液处理西葫芦幼苗胞间CO2浓度无明显差异。

2.4 不同茬口无土栽培基质水浸液对西葫芦幼苗叶片WUE,CE和LUE的影响

无土栽培迎茬基质水浸液(Y1)处理的西葫芦幼苗叶片WUE,CE和LUE分别较对照分别增加175.6%、244.4% 和112.6%，差异达显著水平(p<0.05)。连茬2 a基质水浸液(Y2)处理的西葫芦幼苗叶片WUE和LUE分别较对照增加43.3%和108.0%，差异达显著水平(p<0.05)。连茬3 a基质水浸液(Y3)处理的西葫芦幼苗叶片LUE较对照降低16.6%，差异达显著水平(p<0.05)，见表4。

迎茬基质水浸液(Y1)、连茬2 a基质水浸液(Y2)和连茬3 a基质水浸液(Y3)处理的西葫芦幼苗瞬时水分利用效率依次明显降低，不同茬口间差异达显著水平(p<0.05)。连茬2 a基质水浸液(Y2)和连茬3a 基质水浸液(Y3)处理的西葫芦幼苗瞬时羧化效率无明显差异，但明显低于迎茬基质水浸液(Y1)的处理，差异达显著水平(p<0.05)。迎茬基质水浸液(Y1)和连茬2a 基质水浸液(Y2)处理的西葫芦幼苗瞬时光能利用率无明显差异，但明显高于连茬3a 基质水浸液(Y3)处理，差异达显著水平(p<0.05)。

表4 基质水浸液对西葫芦幼苗叶片WUE、CE和LUE的影响

3 讨论与结论

有机生态型无土基质栽培是实现设施农业可持续发展的途径之一，基质是作物的生长介质，也是作物水、气和肥等物质的来源。有机生态型无土栽培基质在种植作物后会积累大量盐分和作物根系分泌物，不利于下茬作物生长和发育。郭世荣等[20]认为基质栽培后存在二次污染，并在灌溉和植物根系分泌物作用下基质的结构和理化性质都会改变，严重时影响后茬作物的生长，连作年限越久，越不利作物生长。理想基质的pH值通常在 6.0～7.5之间[21]，基质的EC值超过1.25 mS·cm-1会对植物构成渗透逆境[22]。本研究发现，无土栽培基质迎茬、连茬2 a和连茬3 a后，其基质水浸液的pH值依次逐渐升高，连茬3 a后基质水浸液的pH值为7.55；无土栽培基质迎茬、连茬2 a和连茬3 a后，其基质水浸液的EC值明显升高，连茬3 a后基质水浸液EC值为1.97 mS·cm-1，都高于理想基质的 pH值[21]和EC值[22]，这说明连茬3 a后无土栽培基质水浸液的酸度和基质内可溶性盐分都不适宜作物正常生长。

幼苗质量是蔬菜秧苗对环境的适应性以及所具备的潜在生产能力[23]。根冠比的大小反映了植物地下部分与地上部分的相关性，在作物生长的苗期要增大根冠比。本研究发现，迎茬后基质的水浸液明显促进西葫芦幼苗的生长，幼苗株高、地上部鲜/干重、地下部鲜/干重和根冠干重比较对照明显增加，但连茬2a和连茬3a的基质水浸液处理西葫芦幼苗地上部鲜/干重和地下部干重比均明显低于对照，连茬3a后无土栽培基质的水浸液抑制了西葫芦幼苗的生长，明显降低了根冠干重比，这表明连茬3 a后已显著影响西葫芦幼苗地下部分与地上部分的相关性。

作物壮苗应有好的形态指标和强的生理特性，植物叶绿素含量直接影响其叶片的光合能力[24]。叶绿素可反映植物的生长发育状况、其含量以及叶绿素a、叶绿素b的相对比值常常用作研究植物生长发育的生理指标[25]。本研究发现迎茬后基质水浸液明显增加了西葫芦幼苗的叶绿素含量，能保证叶片有较高的光合能力；连茬2 a后基质水浸液能促进叶绿素的合成，但降低了叶绿素a/b的比值；连茬3 a后基质水浸液明显降低了西葫芦幼苗的叶绿素含量和叶绿素a/b的比值，减弱了叶片的光合能力。叶绿素a/b的比值低，表明光合单位较大，收集光的能力强，光补偿点低; 高的叶绿素a/b值有利于其保持更高的光合速率、光合能力和更稳定的光合结构[26]，结果显示，连茬3 a的无土栽培基质影响了西葫芦幼苗的光合机构，增大了光合单位。

光合作用是分析环境因素影响植物生长发育和代谢能力的重要手段[27]。本试验发现迎茬后基质水浸液处理能增加西葫芦幼苗叶片的气孔导度和增强叶片的光合速率；连茬2 a后基质水浸液处理可降低其叶片的蒸腾速率、气孔导度和细胞间隙CO2浓度，但能维持高的光合速率；连茬3 a后基质水浸液处理明显降低了西葫芦幼苗叶片的光合特性。

植物水分利用效率是反映植物生长中能量转化效率的重要指标[28]。瞬时羧化效率越高，其对 CO2同化能力越强[29]，光能利用效是植物固定太阳能效率的指标[30]。本研究发现迎茬和连茬2 a后基质水浸液处理能增加西葫芦幼苗叶片的瞬时水分利用效率、瞬时羧化效率和瞬时光能利用率；连茬3 a后基质水浸液处理则降低了西葫芦幼苗叶片的羧化效率和瞬时光能利用率，结果显示，连茬3 a栽培的基质降低了西葫芦幼苗叶片对能量转化效率、CO2同化能力和固定太阳能的效率。但不同茬口的无土栽培基质内含物的营养成分的变化和其含量的高低需要进一步研究。

综上所述，有机生态型无土基质栽培中，迎茬明显促进了西葫芦幼苗生长、增加了叶绿素含量和增强了其叶片光合特性；连茬2 a和连茬3 a时基质的pH值和EC值都高于作物适宜生长的范围，连茬3 a栽培的基质显著抑制了西葫芦幼苗生长和降低了其叶片光合生理特性。无土栽培基质连茬3 a后不利于作物正常的生长发育。

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Effects of Water Extracts from Different Soilless Cultivation Media on Growth and Photosynthetic Characteristics of Pumpkin Seedlings

ZHANG Wenbin1,XU Yaozhao2,CHEN Xiubin2

(1.ZhangyeExtensionStationforCashCrops，Zhangye734000,China; 2.KeyLaboratoryofHexiCorridorResourcesUtilizationofGansu,HexiUniversity，Zhangye734000,China)

The examination of the water extracts effects from difffernt soilless cultivation media on crop growth could provide guidelines for recycling the use of soilless cultivation media.The growth and physiological parameters of pumpkin seedlings from water extracts of soilless cultivation media were analyzed and discussed.The soilless media included alternate cropping (Y1),2-year continuous cropping (Y2),3-year continuous cropping (Y3),and distilled water was designed as (CK) treatment.Compared with CK treatment,pumpkin seedlings with Y1 treatment showed a significant increase in all following parameters,they were plant height,fresh and dry weight of aboveground plant,fresh and dry weight of underground plant,dry weight of plant root-shoot ratio,chlorophyll a,chlorophyll b,chlorophyll (a+b),chlorophyll a/b,stomatalconductance (Gs) ,netphotosynthetic rate (Pn),instantaneous water use efficiency (WUE),instantaneous carboxylation efficiency (CE) and instantaneous light energy utilization(LUE).However,pumpkin seedlings with Y2 and Y3 treatments showed a decrease in fresh and dry weight of aboveground plant,fresh and dry weight of underground plant,dry weight of plant root-shoot ratio,chlorophyll a/b,Tr,GsandCi.Moreover,pumpkin seedlings with Y3 treatment showed a significant decreased(p<0.05) plant root-shoot dry weight ratio by 33.3%,Pn by 20.9%,CE by 11.1% of and LUE by 16.6%,respectively.Y3 teatment could negatively affect seedling growth index and photosynthetic parameters to pumpkin seedlings.

rotation systems; medium;water extracts; pumpkin;seedlings growth; chlorophyll content ;photosynthetic characteristics

10.11689/j.issn.2095-2961.2016.04.004

2095-2961(2016)04 -0234-06

2016-02-24；

2016-07-01.

甘肃省科技支撑计划项目-农业类 (1304NKCG137); 甘肃省2014年农业技术推广及基地建设项目(甘财农2014[295]);甘肃省2015年省级财政农牧渔业新品种新技术引进推广与良种场建设项目(张财农〔2015〕107).

张文斌(1966-),男,甘肃永登人,推广研究员,主要从事设施蔬菜栽培技术研究与示范工作.

许耀照(1975-),男,甘肃榆中人,在读博士,副教授,主要从事设施栽培与生理方面的研.

S642.6；Q945.11

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