北方地区不同基质对辣木幼苗生长的影响及相关性分析
2017-11-09徐海军程薪宇王晓飞孙宇峰
徐海军 程薪宇 王晓飞 孙宇峰*
(1.黑龙江省科学院大庆分院，大庆 163319； 2.东北林业大学森林植物生态学教育部重点实验室，哈尔滨 150040)
北方地区不同基质对辣木幼苗生长的影响及相关性分析
徐海军1,2程薪宇1王晓飞1孙宇峰1*
(1.黑龙江省科学院大庆分院，大庆 163319； 2.东北林业大学森林植物生态学教育部重点实验室，哈尔滨 150040)
研究高寒地区设施条件下，不同基质对多油辣木(MoringaoleiferaLam.)及其两个改良种PKM1、PKM2的苗木生长阶段株高、地径、形态解剖等特征的影响，筛选适宜的栽培基质。结果表明，珍珠岩+园土+腐殖土(1∶2∶1,T1)、草炭+河沙+腐熟蘑菇基料(3∶1∶1,T2)、园土+腐殖土+草炭+河沙(2∶1∶1∶1,T3)、园土(CK)4个基质中，T2基质最适宜辣木生长，其有机质高达49.97 g·kg-1、孔隙度76.84%、容重为0.58 g·cm-3、速效N、P、K等肥力指标也显著高于其它处理(P<0.05)；在T2基质中，辣木生长速度显著快于其它处理(P<0.05)，定植71 d多油辣木、PKM1、PKM2三个品种株高依次是80.2、115.67、81.0 cm，较园土(CK,T4)分别增长了38.3%、25.7%、28.6%；地径依次为13.27、17.47、15.08 mm，较对照分别增粗了32.0%、14.6%、39.0%；T2处理的地上部分的发育最快，60 d茎表皮完全死亡、破裂，最外层形成周皮，韧皮纤维及木质部较其它处理发达；结合基质的8个向量因子与辣木株高、地径相关性分析，可知：有机质含量高、通气性、保水性及供肥能力较好的基质更加适宜辣木生长，各因子对辣木生长影响大小顺序依次为有机质、速效钾、含水率、孔隙度、容重、碱解氮、速效磷(P<0.05)。
传统辣木；栽培基质；因子分析
辣木(MoringaoleiferaLam.)系辣木科(Moringaceae)辣木属(Moringa)多年生落叶乔木，原产于印度西部喜马拉雅山区，广泛分布于热带、亚热带干旱及半干旱地区，性喜光、喜温、耐旱且抗逆性强，属多用途经济树种，其叶片、果荚富含多种矿物质和维生素，作为蔬菜和食品有增进营养、食疗保健的功能[1～2]，同时在饲用[3～4]、化工[5]、油用[6]、药用[7～10]、污水治理及水源净化[11～13]等方面也有独特的经济价值，因此被誉为“神奇之树”。辣木营养丰富，作为食品、药用和饲料的开发潜力较大，非洲一些国家将辣木鲜叶作为蔬菜，嫩果荚作为食品，干种子和苗木根作为调味料，用以解决贫困地区蛋白质摄入不足问题；古巴主要利用辣木替代部分饲料粮发展畜牧业[14]；我国引种栽培辣木的历史较短，以开发辣木嫩叶和果荚为重点，产品涵盖食品、保健品、药品和饲料等多个领域，但辣木的种植及开发利用在国内仍处于初级阶段，尚未形成规模化产业体系[15]。
随着我国南方地区辣木栽培种植规模不断扩大，辣木种植产业也不断向北推移，通过不断的探索和研究，北方高寒地区辣木的引种和设施栽培技术也取得了阶段性进展，为丰富北方蔬菜资源，促进辣木资源的开发利用提供了科学基础。目前，辣木设施栽培的研究报道多集中在种子预处理[16]、基质与催芽的关系[17]、不同栽培基质对辣木产量的影响[18]、光强对辣木生理影响[19]、叶面肥对辣木生长影响等方面。针对栽培基质的研究也多着重于基料配比的差异对辣木产量的影响，而忽略了基质理化性质差异性对辣木生长的影响[18,20]，适宜的栽培基质能为植物提供稳定协调的土壤环境，满足植物的生长需求，在相应的设施条件下可以达到人工预期的生产目的。本文根据北方气候特点，选择当地常见的、易获取的基料进行混配，研究基质差异性对辣木生长的影响，为北方设施条件下辣木基质筛选提供科学依据。
1 试验地概况
试验设在大庆市大同区高台子镇省级农业示范园区日光温室内，温室为东西走向、面南背北、整体偏西5°～8°，后墙2 m、有夯实的土壤保温层，温室前茬作物为叶菜类蔬菜。
温室常年生产，冬季人工采暖，室内平均温度18.9℃，白天温度最高可达40.3℃，夜晚最低可降至10.2℃；夏季完全开放。
2 材料与方法
2.1 试验材料
选用多油辣木(MoringaoleiferaLam.)及其两个改良种PKM1、PKM2，2015年1月10日，用1%的多菌灵浸种6 h后播种；2月9日定植，在75 d后定干处理。
2.2 试验方法
栽培基质设置4个处理：①珍珠岩+园土+腐殖土(1∶2∶1,T1)；②草炭+河沙+腐熟蘑菇基料(3∶1∶1,T2)；③园土+腐殖土+草炭+河沙(2∶1∶1∶1,T3)；④园土(对照,T4)；每个处理基质配制好后回填到种植池内，种植池由红砖堆砌而成，规格为长为5.0 m、宽为1.0 m、高为0.4 m，每个种植池内定植苗木22株，株行距为0.45 m×0.60 m；3次重复，随机区组排列。
2.3 数据采集及测定方法
样品及数据采集：定植20 d后开始株高、地径的数据采集，每隔7～10 d采集一次；基质土样在定植64 d后采集，采根系附近土壤，每个处理随机取5个；植物解剖材料在定植60 d时，随机选择3株PKM1苗木，分别采集根、茎、叶材料并用FAA固定。
测定方法：株高用精度1 mm的钢卷尺测定；地径用精度为0.01 mm的游标卡尺测定；土壤含水率用烘干法；土壤容重、孔隙度用环刀法测量；土壤有机质用重铬酸钾外加热法测定；速效氮用碱解扩散法；速效磷用钼锑抗比色法；速钾用火焰光度法；解剖结构利用GMA半薄切片法。
2.4 数据处理
用SPSS(16.0)对数据进行One-Way ANOVA分析(P<0.05)，LSD多重比较，借助Excel软件进行数据分析、制图。
3 结果与分析
3.1 基质理化性质差异性分析
4个栽培基质的容重、孔隙度、含水量有显著差异(P<0.05)，其中，T2基质容重最小，仅为0.58 g·cm-3，显著小于其它3个处理，T4处理(园土)的容重最大，高达1.17 g·cm-3，是T2的两倍，4个基质容重由小到大依次为T2
表1 不同基质理化性质差异性分析
注：列中相同字母表示差异不显著(P<0.05,LSD)。
Note:The same letters in column indicate lack of significant differences(P<0.05,LSD)。
4种基质在有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、土壤酸度等化学性状方面也存在显著差异(P<0.05)。有机质含量T2处理显著高于其它3个处理，大小顺序依次为T2>T1>T3>T4；碱解氮T2处理最高、T3处理最低，大小顺序依次为T2>T4>T1>T3；速效磷T2处理含量最高，T3处理最低，T1处理与T4差异不显著；速效钾T2处理含量最高，T1处理次之，T3处理与T4差异不显著；4种基质的pH值差异不显著，范围均在6.5～7.0，可见，在弱酸条件下，4种栽培基质中，T2肥力最优，速效供肥能力最强。
3.2 不同基质对辣木苗木生长的影响
PKM1的株高在T2处理始终显著高于其它3个处理(P<0.05)，在70 d时T1～T4平均株高依次为99.8、115.67、104.13和92.0 cm；平均每7～10 d的高生长量分别为14.6、16.8、15.1和13.6 cm(图1A)；地径的增长趋势和株高基本同步(图1B)，T2处理始终显著高于其它3个处理，在定植70 d后T1～T4平均地径分别达到15.92、17.47、16.13和15.24 mm；平均每7～10 d的地径增长量分别为2.48、2.62、2.50和2.42 mm；可见，4个基质处理中，T2处理对PKM1的生长促进作用最为显著。
多油辣木的生长速度较PKM1稍缓慢，在定植70 d株高最高可达89 cm(图1C)；4个处理中，T2处理的株高显著高于其它处理，定植70 d后T1～T4平均株高依次为71.4、80.2、55.6和58.0 cm，平均每7～10 d的高生长量分别为11.8、13.0、8.9和9.4 cm；地径变化趋势与株高相似，在苗木初期生长，T2处理的地径显著高于其它处理；定植40 d之后，T2与T1差异不显著，但地径生长速度仍然显著高于其它处理(图1D)，在70 d后，T1～T4平均地径分别达到12.43、13.27、9.74和10.05 mm；平均每7～10 d的地径增长量分别为1.82、1.84、1.35和1.47 mm；可见，T2处理较其它3个处理对多油辣木苗木生长的促进作用显著。
PKM2苗木的生长速度也较PKM1缓慢，在定植70 d株高最高可达90.0 cm(图1E)，在苗木生长阶段，T2处理的株高显著高于其它处理；在定植70 d后T1～T4平均株高依次为63.8、81.0、66.8和63.0 cm，平均每7～10 d的高生长量分别为10.3、13.2、11.2和10.5 cm；地径生长，T2处理显著高于其它处理(图1F)；在定植70 d后，T1～T4平均地径分别达到10.95、15.08、10.05和10.85 mm；平均每7～10 d的地径增长量分别为1.65、2.32、1.47和1.60 mm，可见，T2处理对PKM2苗木生长的促进作用仍显著高于其它3个处理。
图1 不同栽培基质对辣木的生长影响Fig.1 The effects of different cultivation medium on the Moringa seedling growth
综上所述，栽培基质对辣木苗木的生长有显著的影响，尤其是T2基质在多油辣木、PKM1、PKM2均表现出显著的促进作用。
3.3 不同基质条件下辣木微观结构的差异性
解剖分析不同基质条件下PKM1微观结构的变化，结果发现：4个处理的苗木根部发育基本处于同一水平，结构没有明显差别，而地上器官却有明显变化。
根：辣木根为四原型(图2:C)，培养60 d时，各处理根部结构较为相似。根表皮及部分外皮层已脱落(图2:A，箭头所示)，且已有次生结构形成(图2:C)。韧皮束均呈环状分布，形成层发达(图2:B)。木质束由1～10余列导管分子组成，分布均匀，髓发达(图2:C)。
茎：培养至60 d时，除T4处理的茎表皮及皮层保留较为完整外(图2:D)，其余处理茎表皮及皮层细胞均出现不同程度破损，其中T2处理的表皮此时已由尚未栓质化的周皮替代(图2:E)，与其它处理相比，T2处理的韧皮纤维及木质部亦最为发达(图2:F,I)。
叶：培养至60 d时，T4叶柄切面心形或倒三角形(图2:J)，而T2为近圆形或椭圆形(图2:K)，其余处理叶柄切面形态介于二者之间。叶柄与茎结构相似，T2的纤维亦最为发达(图2:K)。叶柄远轴面维管束分布较近轴面密集叶柄中央具髓(图2:J,K)。各处理叶片结构无明显区别，上表皮及下表皮均由1层细胞组成，细胞横切面近长方形，细胞外切向壁轻微增厚，近轴端叶肉由1～2层栅栏组织组成，远轴端叶肉由海绵组织组成，二者厚度近似相等，叶片主脉维管束为外韧型，呈扇形分布，无次生生长，维管束附近厚角组织不发达(图2:L)。
除了以上的传统入学教育，在入学教育中还要注意对学生进行心理健康教育、恋爱观教育、性知识教育、各种安全教育、贫困生教育、诚信教育、感恩教育基础文明教育。
3.4 栽培基质理化性质与苗木生长相关性
测定的8个向量因子与辣木苗木相关性分析(表2)结果表明，有机质、含水率、速效钾、孔隙度、碱解氮、速效磷与辣木生长有显著正相关性(P<0.05)，土壤容重呈显著负相关性；对于辣木苗木的高生长，各因子影响大小顺序依次为有机质、速效钾、含水率、孔隙度、容重、碱解氮、速效磷；而对于辣木苗木的增粗生长，基质的物理结构与其相关性似乎更为密切，因子相关性由强到弱的顺序依次为有机质、含水率、容重、孔隙度、速效钾。
图2 PKM1结构 A.根表皮脱落;B.根形成层;C.中柱;D. T4处理根茎表皮;E. T2处理茎周皮;F. T4处理茎韧皮纤维;G. T2处理茎韧皮纤维;H. T4处理茎木质部;I. T2处理茎木质部;J. T4叶柄;K. T2叶柄;L. T2叶片 c.形成层;co.皮层;e.表皮;f.纤维;pt.栅栏组织;p.周皮;ph.韧皮部;pi.髓;sp.海绵组织;vb.维管束;v.导管;x.木质部Fig.2 PKM1 structure A. Root epidermis fall off; B. Root cambium; C. Stele; D. Root epidermis of T4 treatment; E. Stem periderm of T2 treatment; F. Phloem fibers of stem of T4 treatment; G. Phloem fibers of stem of T2 treatment; H. Stem xylem of T4 treatment; I. Stem xylem of T2 treatment; J. Petiole of T4; K. Petiole of T2; L. Leaf of T2 c. Cambium; co. Cortex; e. Epidermis; f. Fiber; pt. Palisade tissue; p. Periderm; ph. Phloem; pi. Pith; sp. Spongy parenchyma; vb. Vascular bundle; v. Vessel; x. Xylem
含水量Moisturecontent(%)土壤容重Unit-weight(g·cm-3)孔隙度Porosity(%)有机质Organicmatter(g·kg-1)碱解氮Availablenitrogen(mg·kg-1)速效磷Availablephosphorus(mg·kg-1)速效钾Availablepotassium(mg·kg-1)pH值pHvalue株高PlantheightPearsoncorrelation0.567**-0.498**0.498**0.616**0.376**0.303*0.589**-0.173Sig.(2-tailed)0.0000.0000.0000.0000.0030.0190.0000.187地径BasediameterPearsoncorrelation0.402**-0.393**0.393**0.418**0.2160.1750.377**-0.090Sig.(2-tailed)0.0010.0020.0020.0010.0970.1810.0030.496
注：**.相关性显著，0.01水平(2t检验);*相关性显著，0.05水平(2t检验)
Note:**. Correlation is significant at the 0.01 level(2-tailed);*. Correlation is significant at the 0.05 level(2-tailed).
4 讨论
辣木速生性较强，一般3个月内能长至1.7 m左右，在设施条件下80 d左右就需要截干控制株高[20]，为了提高鲜叶产量，提前进入盛产期，选配适宜的栽培基质尤为重要。
辣木适宜疏松、通气良好的土壤环境，杨焱[18]等人研究认为适当配比的基质能使其容重与总空隙度趋于合理。在4个栽培基质当中，T2基质(草炭+河沙+腐熟蘑菇基料)的有机质含量较高，孔隙度达76.84%，容重为0.58 g·cm-3(表1)，其速效N、P、K含量显著高于其它处理，这样的基质质地较轻且十分疏松，具有较好的通气性、持水性及供肥能力，适宜辣木生长。
多油辣木及其两个改良种PKM1、PKM2在不同基质中的株高、地径生长响应变化趋势基本一致，均表现为T2基质生长量最大(图1)。生长过程中，传统辣木在定植47～60 d出现了株高增长缓慢现象，而另外两个培育种却没有出现此现象，这可能与品种间的差异性有关，不过并不妨碍了解各基质对辣木生长影响的观测结果，并且从3个品种的生长性状看，无论在季节动态趋势，还是生物量积累均表现为T2最优。显微观测定植60 d辣木各器官的微观结构可知，4个处理地上部分的发育有明显差别(图2)。T2处理的茎表皮完全死亡、破裂，最外层形成周皮，而T4(对照)的茎表皮及皮层保留较为完整；T2处理的韧皮纤维及木质部较其它处理发达，可见，T2基质有利于细胞快速发育。
根据相关性分析(表2)，有机质、孔隙度、容重、含水率与苗木生长表现极为相关(P<0.01)。有机质含量的增加可改善基质的疏松度、提高孔隙度，有利于根系扩展，同时有机质还为微生物活动提供碳源，影响基质养分状况；孔隙度影响土壤空间结构，反映土壤的通气性和保水性，75%～80%的孔隙度促使基质通气性良好，含有充足的空气供植物和微生物呼吸代谢，这点对辣木生长极为重要，辣木具块状根极怕涝，积水或土壤粘重易引起根部腐烂，此外，基质中大量的毛管孔隙还可以吸持水分，为植物提供生长必要的水分供给；容重从表观上反映基质的质地轻重，与孔隙度关系非常密切，孔隙越多容重会越小，容重在0.55 g·cm-3左右较易形成适宜辣木生长的土壤结构。因此，有机质、孔隙度、容重、含水率能综合反映基质结构性状，其相关性表明基质结构性状对辣木苗木的生长有极显著的影响，各因子影响大小顺序依次为有机质、含水率、孔隙度、容重；除了基质结构性状与苗木生长极相关外，速效钾、碱解氮、速效磷与苗木的生长也显著相关(P<0.05)，尤其是速效钾表现出极相关性(P<0.01)，生产中钾素对辣木抗倒伏和促生长作用明显，这可能与钾元素比较集中地分布在植物代谢最活跃的器官和组织中，能促进植物体内酶的活化，同时还促进糖代谢、蛋白质合成有关，矿质养分对苗木生长影响大小顺序依次为速效钾、碱解氮、速效磷。
从总体分析，为了营造辣木苗木生长适宜的土壤环境，生产中应尽量调节土壤结构，使其通气、持水性良好，同时补充养分并适当调增钾素养分的配比量。
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Research fund of Heilongjiang academy of sciences
introduction：XU Hai-Jun(1979—),male,Ph.D candidate,mainly engaged in the study of plant cultivation and plant nutrition.
date:2016-11-07
EffectsofDifferentCultureMediumonMoringaSeedlingGrowthandCorrelationanalysisinNorthernChina
XU Hai-Jun1,2CHENG Xin-Yu1WANG Xiao-Fei1SUN Yu-Feng1*
(1.Daqing Branch of Heilongjiang Academy of Sciences,Daqing 163319；2.Key Lab. of Forest Plant Ecology, Ministry of Education,Northeast Forestry University,Harbin 150040)
We investigated the effects of different cultivation medium on seedling growth ofMoringaoleiferaLam., PKM1 and PKM2 under the facilities in northern China, the plant height, base diameter, anatomical shape character, and analyzed relationship between cultivation medium and growth of Moringa seedling. The results showed that peat+sand+rotten mushrooms base material(3∶1∶1, T2) was better fit for Moringa seedling growth than the other three treatments which are perlite+garden soil+humus(1∶2∶1, T1), garden soil+humus+peat+sand(2∶1∶1∶1, T3) and garden soil(CK). The contents of organic matter, porosity, and unit weight in T2substrate are 49.97 g·kg-1, 76.84%, and 0.58 g·cm-3, respectively. The available N, P, K in T2are significantly higher than other treatments(P<0.05). The growth speed of Moringa seedling in T2substrate are significantly faster than other treatments. After 71-day planting, the plant height ofM.oleifera, PKM1 and PKM2 are 80.2, 115.67, and 81.0 cm, respectively, increased by 38.3%, 25.7%, and 28.6% more than T4(CK), respectively, and the base diameter are 13.27, 17.47, and 15.08 mm, respectively, increased by 32.0%, 14.6%, and 39.0% more than T4(CK), respectively. The aboveground part of seedling grows rapidly under T2treatment. After 60-day culture, the skin of seedling under T2is completely dead and broken up. The phloem fiber and xylem are the most developed among four treatments. So relationship between eight vector factors of substrate and plant height, base diameter were analyzed, the result indicate that the cultivation medium which contain high content of organic matter, with capacity of permeability and water retention is more suitable for the growth of Moringa seedling. The factors which are significantly correlative to growth of Moringa seedling are organic matter, available potassium, moisture content, porosity, bulk density, N and P(P<0.05).
Moringaoleifera；cultivation medium；factor analysis
黑龙江省科学院科研基金项目
徐海军(1979—)，男，博士研究生，主要从事植物栽培及植物营养学研究。
* 通信作者：E-mail：sunyf888@163.com
2016-11-07
* Corresponding author：E-mail：sunyf888@163.com
S567.1；S322.2
A
10.7525/j.issn.1673-5102.2017.02.012
