沼渣混配基质对黄瓜和番茄生长、产量及品质的影响

王玉 ，易丹丹 ，王健 ，束胜 ，2，孙锦 ，2，郭世荣 ，2

（1.南京农业大学园艺学院，210095；2.南京农业大学（宿迁）设施园艺研究院）

我国长期存在经济发展与资源短缺矛盾，随着经济发展，我国重要能源资源短缺进一步加剧了对经济发展的制约。石化能源的广泛使用会释放大量温室气体，生物质能源是可再生能源，可减少温室气体排放[1]。沼气工程以作物秸秆、禽畜代谢物等农业废弃物为主要原料进行厌氧发酵，变废为宝，产生洁净新能源的过程，可最大化利用生物质能源[2，3]。随着沼气工程迅速发展，每年会产生大量沼渣，沼渣直接排放对环境造成严重污染，而其安全处理程序复杂且成本较高。沼渣含丰富的有机质、腐植酸和N、P、K等，可作为有机基质应用于无土栽培，有效改善基质理化性状、微生物群落结构，减少作物病虫害的发生，进而提高作物产量及品质[4～9]。目前，沼渣作基肥、替代部分化肥作追肥是生产上主要的利用模式，而将沼渣作基质在蔬菜无土栽培中的应用鲜有报道。

醋糟为酿造食醋过程中产生的废弃物，每年排放量在300万t左右，其粗蛋白及纤维素含量丰富，同时富含 Ca、P、Fe、Zn、Se 等[10]。 研究表明，醋糟经过二次发酵可用于无土栽培。吴芯夷等[11]认为，与草炭和蛭石混配基质相比，醋糟复合基质更适于小型西瓜幼苗生长。 李蒙等[12]以醋糟∶草炭∶蛭石=5∶3∶2（体积比）基质栽培樱桃番茄，利于番茄生长，不仅增加了产量，且改善了番茄果实风味品质，并认为醋糟混配基质可替代草炭∶蛭石=2∶1的传统基质用于樱桃番茄栽培。此外，将醋糟、草炭和蛭石按6∶3∶1的体积比复配成混合基质栽培黄瓜，与传统基质相比，醋糟混配基质促进了黄瓜生长，提高了黄瓜产量、抗氧化和苯丙素代谢途径相关的酶活性，增强了植株对枯萎病的抗性[13，14]。虽然醋糟在蔬菜育苗及栽培中得到了一定应用，但其颗粒粗，酸性，通气孔隙大，持水保肥能力差，不能单独使用；相反，沼渣颗粒小，呈碱性，持水孔隙大，因此将沼渣与醋糟混合可弥补单一基质缺陷，然而将沼渣与醋糟复合成基质，研究其在蔬菜育苗及栽培中的应用尚未报道。本试验以沼渣、醋糟和蛭石按一定比例混配成复合基质，研究复合基质的理化性质，及复合基质对黄瓜和番茄育苗及栽培效果的影响，以期筛选出适合黄瓜和番茄无土育苗和栽培的最佳沼渣—醋糟复配基质配比，为沼渣和醋糟的资源化利用提供有效途径。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试黄瓜（Cucumis sativusL.）品种为津春1号，由天津科润农业科技股份有限公司黄瓜研究所提供；供试番茄（Solanum lycopersicumL.）品种为合作903，从南京理想种苗有限公司购得。基质材料为沼渣、醋糟和蛭石，沼渣为鸡粪经厌氧发酵正常产气后的产物，由江苏苏港和顺生物科技有限公司提供；醋糟和蛭石由镇江培蕾基质科技发展有限公司提供，基质材料基本理化性状见表1。

1.2 试验处理

试验设置6个处理，以沼渣、醋糟和蛭石为原料，混配成不同的基质配比组合（表2）作为育苗和栽培基质配方。本试验分为两部分。

试验Ⅰ：试验于2017年3～6月在南京农业大学牌楼试验基地的玻璃温室内进行。严格按各处理体积比，量取沼渣、醋糟和蛭石，充分搅拌混匀，然后装入50孔穴盘，以镇江培蕾育苗专用基质为对照（CK1）。黄瓜和番茄种子在清水中浸种6 h，在28～30℃培养箱催芽，黄瓜种子催芽12 h，番茄种子催芽48 h。然后选取发芽一致的种子播种于50孔穴盘，每孔1粒，每个处理重复3次。每天上午根据天气情况及基质干湿程度适量浇水。播种15 d内记录种子出苗状况，播种30 d后测定幼苗生长及生理指标。

表1 试验所用基质材料的理化性质

表2 沼渣混配基质配方组合（体积比）

表3 沼渣混配基质的理化性质

表4 沼渣混配基质重金属元素含量 mg/kg

试验Ⅱ：2017年8月在南京农业大学牌楼试验基地的玻璃温室内进行黄瓜和番茄育苗。番茄和黄瓜种子经浸种、催芽后播于镇江培蕾育苗基质，育苗30 d后选长势一致的幼苗移栽于装有不同基质配方的栽培桶中，以镇江培蕾栽培专用基质为对照（CK2）。黄瓜和番茄均采用丰盛牌栽培桶，型号为AB350（上口直径×下底直径×高=29.5 cm×19 cm×22.5 cm），每桶填充7 L基质，黄瓜每桶栽培2株，番茄每桶栽培1株，每处理16株，坐果后开始浇1/2浓度的Hoagland营养液，2 d浇1次，每次浇1 L。

1.3 测定指标与方法

①试验Ⅰ、Ⅱ基质理化性质测定 基质容重、总孔隙度、通气孔隙度以及持水孔隙度等物理性质参照郭世荣[15]的方法测定。根据郭世荣[15]的方法测定基质的pH值和电导率（EC值）：称取50 g风干的混配基质，在250 mL去离子水中浸泡3 h，然后过滤，滤液用雷磁PHSJ-4A型pH计测定pH值，用雷磁DDS-11C电导率仪测定EC值。

②试验Ⅰ幼苗生长及生理指标的测定 播种后每天记录1次出苗数，直到不再出苗。播种30 d后，每个处理随机选取10株幼苗用直尺测量根基到生长点的高度即株高。用游标卡尺测定子叶下1 cm处茎粗。分别测定地上部和地下部鲜质量后装入信封，105℃杀青15 min，以75℃烘干至恒重，再分别测定地上部和地下部干质量。壮苗指数利用公式计算：壮苗指数=（茎粗/株高+地下部干质量/地上部干质量）×整株干质量[16]。

根系活力采用氯化三苯基四氮唑（TTC）染色法测定[17]：取洗净、擦干的根尖0.5 g，放入试管，加0.4%TTC溶液5 mL和pH值7.0磷酸缓冲液5 mL，充分浸没根尖并在37℃恒温箱暗保温1～2 h后，加入1 mol/L硫酸2 mL以停止反应。取出根样，滤纸吸干，在研钵中加乙酸乙酯3～4 mL充分研磨。将提取液转移至刻度试管，用乙酸乙酯洗涤2～3次，最后加乙酸乙酯定容至10 mL，在485 nm处比色。

③叶绿素含量测定 试验Ⅱ中植株叶片叶绿素含量采用乙醇—丙酮—水混合液浸提法测定[18，19]。

④光合速率测定 试验Ⅱ中植株光合速率测定如下：于晴天9：00～11：00采用便携式光合测定系统（Li-6400，USA）测定净光合速率（Pn）。测定时环境条件如下：测定光源为红蓝光源，温度为25℃，光强为800 μmol·m-2·s-1，CO2浓度 380 μL/L，叶片温度（25±1.5）℃，空气湿度80%～90%。

⑤试验Ⅱ果实产量及品质测定 每个处理选取10株测定果实质量，果实收获后用天平称重并记录，计算平均单果质量和单株产量。

表5 沼渣混配基质对黄瓜和番茄幼苗生长的影响

表6 沼渣混配基质对黄瓜和番茄叶片重金属含量影响 mg/kg

将烘干的叶片磨碎后过0.5 mm筛，采用H2SO4-H2O2方法消煮，用美国PerkinElmer生产的Optima 8000 ICP-OES 等离子体发射仪测定 Cu、Zn、As、Pb、Cr、Cd 元素含量[20]。

采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量、考马斯亮蓝比色法测定可溶性蛋白含量、2，6-二氯酚靛酚法测定维生素C含量[21]。

1.4 数据处理

用Excel 2016对数据进行初步处理，使用SPSS 19.0软件采用Duncan's新复极差法进行显著性分析（P＜0.05）并用Origin 8软件进行作图。

2 结果与分析

2.1 沼渣混配基质理化性质比较

如表3所示，所有处理容重在0.20～0.32 g/cm3，均低于对照。T2处理总孔隙度最高，为78.56%，CK2最小，为54.45%。通气孔隙方面，所有处理均高于对照，其中T4处理最高，达18.55%，比CK1和CK2分别增加69.72%和192.59%。T1和T2处理的持水孔隙与CK1相比无显著差异，但是T3～T6处理的持水孔隙均显著低于对照。气水比是衡量基质水气平衡的一个重要指标，一般适合幼苗生长基质的气水比在0.25～0.50，对照与T1处理较低，其他处理气水比均在适宜植物生长的范围内，且T4处理气水比最高，为0.43。所有处理pH值均高于对照，其中T1处理最高，为8.03，且混配基质pH值随沼渣含量的增加而升高。除T6处理pH值呈酸性，T1～T5处理的pH值均呈碱性。纯沼渣电导率（EC值）最高，为6.99 mS/cm，各处理EC值随沼渣含量的降低有升高趋势。

从表 4 可以看出， T1处理 Cu、Zn、As、Cd、Pb、Cr元素含量均最高，显著高于对照，分别为86.20、298.91、0.19、0.10、17.54、13.62 mg/kg，其中 Zn 元素含量比国家二级标准高48.91 mg/kg，而Cu和Hg元素含量均超过国家一级标准，但低于国家二级标准，As、Cr、Pb、Cd 元素含量均低于国家一级标准。 T2～T6处理各重金属元素含量均在安全范围内，其中Cu和Zn元素含量随沼渣添加量的增多而增加，且As、Cd、Pb、Cr含量均未达到国家一级标准。

2.2 沼渣混配基质对黄瓜和番茄幼苗生长的影响

①出苗 从图1可看出，不同基质配方对黄瓜和番茄出苗情况有一定影响，对黄瓜影响较大。T1处理中黄瓜和番茄均未出苗，表明纯沼渣不利于植物生长。T4处理黄瓜出苗最早，比CK1提前1 d左右，出苗速度最快，在第5天出苗率已超过92%，比CK1增加53.33%。T5处理黄瓜出苗率仅次于T4处理，第6天出苗率100%。T2、T3和T6处理比CK1出苗晚，基本在第4天才开始出苗，T3处理出苗率高于CK1，而T2和T6处理均低于CK1（图1A）。除T1处理，不同处理番茄出苗率较高，出苗率为82.2%～92.6%，其中CK1、T3和T6处理出苗率最高，而CK1和T6处理出苗最快，第5天出苗率分别为80.02%和90.51%（图1B）。

②幼苗生长 从表5可知，所有处理中T3～T5处理黄瓜苗生长较好，其中T5处理黄瓜苗株高最高，为10.63 cm，比CK1增加了41.73%，所有处理茎粗均无显著差异。壮苗指数是衡量幼苗健壮程度的指标，T4处理黄瓜苗壮苗指数显著高于其他处理，其次是CK1、T5和T3处理，3个处理之间无显著性差异 （表5）。对于番茄而言，CK1植株最高，达到20.47 cm，而T3和T6处理茎粗优于其他处理，其中T6处理地上部和地下部干、鲜质量最高，其次是CK1。T6处理壮苗指数也高于其他处理，比CK1增加了17.24%。

③根系活力 T4处理黄瓜苗根系活力最高，比CK1增加了32.14%，而T3处理的黄瓜苗根系活力次之，显著高于CK1，T6处理的黄苗瓜根系活力最低，比CK1降低了28.57%，而T2和T5处理与CK1相比没有显著性差异。所有处理的番茄苗根系活力均高于黄瓜苗的根系活力，其中T6处理的番茄苗根系活力最高，其次为T2处理，分别比CK1增加了16.28%和11.63%，而 T3～T5处理根系活力均低于 CK1（图 2）。

表7 沼渣混配基质对黄瓜和番茄产量及品质的影响

2.3 沼渣混配基质对黄瓜和番茄叶绿素含量及光合作用的影响

由图3可知，不同处理对叶绿素的含量具有显著影响。T4处理黄瓜叶片叶绿素a含量最高，其次为T5和T3处理，分别比CK2增加15.27%、12.60%和5.73%，而T2和T6处理的叶绿素a分别比CK2降低3.44%和7.63%。黄瓜叶绿素b的变化趋势与叶绿素a一致，T4处理最高，比CK2增加了22.09%。对于番茄叶绿素a而言，T1～T3处理与CK2没有显著性差异，但T4～T6处理显著高于CK2，分别增加了10.29%、25.71%和23.43%，T4～T6处理番茄叶绿素b含量与CK2相比分别增加11.61%、33.93%和25.00%，而T1处理番茄叶绿素b含量比CK2降低14.26%。

从图4可看出，除T2处理，T3～T6处理黄瓜叶片的净光合速率（Pn）分别比CK2增加24.00%、44.00%、1.60%和8.00%。T1处理番茄的Pn比CK2降低22.94%，但 T2～T6处理番茄的Pn与 CK2相比分别提高62.38%、51.38%、66.97%、60.55%和61.01%。

图2 沼渣混配基质对黄瓜（A）和番茄（B）根系活力的影响

2.4 沼渣混配基质对黄瓜和番茄叶片重金属含量的影响

沼渣施于蔬菜时，会造成某些重金属在蔬菜中积累，分析沼渣混配基质对黄瓜和番茄叶片中各重金属含量的影响。如表6所示， 黄瓜叶片中 As、Cd、Cr元素均未检测到，且Cu、Zn元素含量均低于国家蔬菜重金属标准含量；T2处理Pb含量超过安全标准0.03 mg/kg，而 T3处理 Pb元素含量刚好达到国家标准含量，表明各处理Pb元素含量随沼渣添加量的增加而升高且均显著高于对照。T1～T6处理的番茄叶片中 As、Cd、Cr元素也均未检测到，其中各处理Zn含量均远低于国家标准；而T1处理Cu和Pb元素含量分别高于国家标准 2.45、0.03 mg/kg，T2处 理 Pb含量超过国家标准0.01 mg/kg，T3～T6处理Cu和Pb元素含量均低于国家标准。

图4 沼渣混配基质对黄瓜（A）和番茄（B）光合速率的影响

2.5 沼渣混配基质对黄瓜和番茄产量及品质的影响

由表7可知，不同处理对黄瓜和番茄的产量有显著影响。T2处理黄瓜单果质量显著低于CK2，而 T3～T6处理黄瓜和番茄单果质量显著高于CK2，T4处理单果质量最大，分别比CK2增加了26.68%和27.38%。单株产量与单果质量具有相同的趋势，T4处理黄瓜和番茄单株产量最高。T3～T6处理黄瓜可溶性糖含量与CK2相比分别增加60.32%、58.98%、26.64%和46.49%，而T2处理黄瓜可溶性糖含量比CK2降低20.17%。各处理黄瓜可溶性蛋白和维生素C含量均高于CK2。除了T1处理，其他处理的番茄可溶性糖含量均高于CK2，且T4处理最高，比CK2增加46.27%。T1～T6处理番茄可溶性蛋白比CK2分别增加 86.61%、83.04%、130.80%、149.55%、120.98%和115.18%。T1～T6处理番茄VC含量均高于CK2， 分别增加 1.75%、5.19%、15.69%、27.88%、20.94%和29.63%。各处理中，T4处理番茄单果质量、单株产量、可溶性糖、可溶性蛋白及VC含量均较高。

3 讨论

适宜的基质理化性质是培育健壮幼苗的关键，沼渣基质pH值、EC值均较高，醋糟pH值、EC值较低，粒径大，持水孔隙小，两者不适宜直接作育苗基质，需与其他有机或无机基质混合使用调节其理化性质。育苗基质的理想容重为0.3～0.75 g/cm3，总孔隙度为60%～90%，通气孔隙为15%～30%，持水孔隙为40%～75%，气水比为 0.25～0.50[22，23]。 本试验各处理基质的容重在0.20～0.32 g/cm3、总孔隙度在60.30%～75.90%、持水孔隙42.86%～62.84%、气水比为0.21～0.43，表明各处理的容重、总孔隙度、持水孔隙等物理性质均在基质理想物理性质范围内。郭世荣[15]认为理想基质pH值应呈中性或弱酸性，而黄瓜在pH值5.5～7.2范围内均可正常生长，碱性环境下Fe、Mn等元素有效性降低。本试验各处理除T6外，均呈弱碱性，尤其是T1和T2处理碱性更强，种子发芽率降低，加上持水孔隙过高，植株长势弱，产量低。潘静娴等[24]研究结果表明，基质pH值过高会对甜瓜种子和幼苗产生灼烧，并降低出苗率。本试验中，T1处理黄瓜和番茄均未出苗，可能是由于纯沼渣pH值和EC值过高，导致种子灼烧；栽培试验表明，T1处理黄瓜不能生长。因此沼渣不能单独作为基质，应与其他基质混合使用。虽然T4处理pH值为7.23，呈弱碱性，但黄瓜出苗最早，且出苗速度最快，利于获得壮苗；对番茄而言，T6处理出苗最快，生物量最高，壮苗指数高于其他处理。结果表明，黄瓜和番茄对育苗基质理化性质要求存在一定差异，作物生长情况是由基质的孔隙度、pH值和EC值等理化性质综合作用的结果。

动物粪便中含一些微量有害重金属，可被蔬菜吸收并危害人类身体健康。研究结果表明，沼渣长期施用会造成土壤中重金属积累，且白菜中重金属含量会随沼渣施用而增多[25]。此外，武立叶等[26]研究了猪粪沼渣作为基肥，灌溉不同浓度的沼液对豇豆重金属含量的影响，发现当沼液的浓度较大时豇豆重金属含量有所增加，但均低于国家标准。本试验将沼渣及混配基质各重金属元素与国家标准进行对比，发现纯沼渣Zn含量超过国家二级标准，具有一定锌污染隐患，但当其与醋糟、蛭石以一定比例混配后，可降低其含量，达到安全利用标准，然而黄瓜和番茄植株中Zn元素含量远低于国家标准。各处理混配基质中Cu元素含量较高，均超过国家一级标准，仅T1处理番茄植株Cu元素含量超过国家标准。虽然各混配基质中Pb元素含量低于国家一级标准，但是当沼渣占比超过60%，黄瓜和番茄植株易出现Pb元素超标的现象，表明植物对重金属的吸收存在差异，且Pb元素更容易被植物吸收。本研究发现，沼渣混配基质Cu和Zn等重金属元素含量较高，但是沼渣施用量低于60%，黄瓜和番茄植株中各重金属元素均低于国家标准，与秦文弟等[27]研究结果一致，主要原因是发酵后的沼渣和醋糟中含丰富有机质，对重金属等离子的吸附能力非常强，可减少植物对重金属的吸收。

沼渣营养元素含量较高，可为植物生长提供充足营养，混配基质各营养元素含量随沼渣含量的增加而升高。因此，沼渣可作为基肥或按一定比例添加到基质中，以促进植物生长。李彧等[28]研究发现基质中添加20%沼渣最利于番茄生长，获得壮苗。植物生长状况可直观反映基质对幼苗生长的影响，T3、T4、T5处理黄瓜幼苗各生长及生理指标均较高，其中T4处理黄瓜出苗率、壮苗指数、根系活力等最高；T3、T6处理番茄幼苗各生长及生理指标均较高，但T3处理番茄根系活力较低，而T6组各指标显著最高。因此，T4（沼渣∶醋糟∶蛭石=4∶4∶2）、T6（沼渣∶醋糟∶蛭石=2∶6∶2）沼渣混配基质可分别培育健壮黄瓜和番茄苗，并提高出苗率，可分别作为黄瓜和番茄育苗基质，促进黄瓜和番茄生长，获得优质壮苗。产量和品质是评价基质配方优劣的最重要指标。前人研究表明，沼渣复合基质可提高番茄果实产量和品质[5]。本试验表明,沼渣占比不超过50%利于提高黄瓜和番茄产量、可溶性糖、可溶性蛋白以及VC含量，尤其以T4处理最好，表明T4沼渣混配基质可作为黄瓜和番茄栽培基质。