枸杞枝条粉复配园艺基质对辣椒育苗的影响

曲继松，李 堃，张丽娟，朱倩楠，田永强，高丽红

(1.中国农业大学 园艺学院，北京 100093；2.宁夏农林科学院 种质资源研究所，银川 750002)

草炭是现代园艺无土栽培生产中广泛使用的基质原料，在自然条件下草炭形成约需上千年时间，过度开采利用，使草炭的消耗速度加快，显现出“不可再生”资源的特点[1-2]。很多国家已经开始限制草炭的开采，导致草炭的价格不断上涨[3]，同时国内草炭资源分布不均匀，受产地所限，长途运输无疑会增加育苗成本[4]，因此，开发和利用来源广泛、性能稳定、价格低廉，又便于规模化商品生产的草炭替代基质的研究已成为热点。农林废弃物资源的合理利用已成为当前世界大多数国家共同面临的问题[1]。合理开发高效利用农林废弃物资源，既有利于消减环境污染，变废为宝，又有利于农业生产系统的可持续发展，促进循环农业和低碳经济，还可以为建立资源节约型社会提供新途径。国外大量研究表明，许多农业废弃物，如蔬菜废弃物[5]、园林废弃物[6]、牛圈垫料[7]、食用菌栽培废料[8]、修剪肥料[9]、稻秸秆[10]及葡萄酒下脚料[11]等均可用来发酵生产基质，用于园艺作物的育苗和栽培。项目组在柠条基质应用[12]和枸杞枝条粉发酵[13]方面做了前期研究，国内对宁夏丰富廉价的资源生产替代草炭作为园艺基质进行了大量的研究，利用麦秆、玉米秆和菇渣等材料尝试对基质进行产业化开发，效果较佳[14-16]，利用各种农产废弃物(芦苇末、竹废弃物、花生壳和醋糟等)作为原料配制有机生态型无土栽培基质栽培蔬菜，其产量和品质均得到大幅度提高[17-19]。

枸杞(LyciumbarbarumL.)是宁夏回族自治区特色主导产业之一，种植面积在6.67万hm2以上，在枸杞种植管理中，每年12月至竖年的1-3月都需要对不带叶的粗硬枸杞枝条进行修剪，除此之外，在枸杞生长期还需要不断地将不结果枝条(俗称“幼条”)剪掉。目前，大部分被修剪下来的枸杞枝条仅作为燃料使用，利用价值十分低，若将每年修剪下来的枸杞枝条开发利用，作为替代草炭的育苗基质，不仅可以为基质的生产提供来源，还可以降低宁夏等西北地区的育苗成本。本研究将项目组开发的枸杞枝条粉基质与珍珠岩、蛭石按不同体积配比进行辣椒育苗试验，以“壮苗二号”育苗基质作为对照，分析枸杞枝条粉复配基质的物理性状及其对辣椒幼苗生长的影响，筛选出适宜辣椒育苗的枸杞枝条粉基质复配方案，为枸杞枝条粉复配基质的研发和生产提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2016-10-25-2016-12-25在宁夏农林科学院园林场试验基地的日光温室内进行，供试辣椒品种为‘陇椒5号’。育苗基质材料为：枸杞枝条、珍珠岩、蛭石和“壮苗二号”育苗基质。枸杞枝条来源于宁夏枸杞种植基地，经过发酵后使用。具体发酵方法为：将修剪下来的的枸杞枝条粉碎成0.5～1.0 cm的碎屑装入发酵池(1 m× 1 m×1 m)，并加入3.0 kg的尿素和20.0 kg的消毒鸡粪，混合均匀后用塑料薄膜覆盖，保持 60%～65%的相对含水量，高温密闭发酵75 d。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，共设11个处理(表1)。各处理重复3次，每处理1个穴盘，CK使用“壮苗二号”育苗基质(pH 5.82，电导率2.24 mS·cm-1，全氮15.55 g·kg-1，速效氮942 mg·kg-1，速效磷281 mg·kg-1，速效钾2 740 mg·kg-1)。播种前，辣椒种子温汤浸种15 min后于室温中浸泡8 h，然后用湿毛巾包裹放置于28 ℃的培养箱中催芽48 h，当70%的种子露白时点播于98穴标准育苗穴盘中。试验期间日光温室环境控制为白天最高温度28 ℃，夜间最低温度10 ℃，日平均湿度为40%。不同处理的田间管理统一，辣椒育苗期每天浇清水。

1.3 测定指标及方法

发酵物物理性状的测定：测定干质量体积、总孔隙度、通气孔隙和持水孔隙[20]，计算方法如下式(1)～(4)[12]所示。

Wd=(G-H)/V

(1)

Wt=(Q-G)/V×100%

(2)

Wa=(Q-L)/V×100%

(3)

Wp=Wt-Wa

(4)

式中：H为取基质+环刀的质量，g；Q为水中浸泡24 h后基质+环刀的质量，g；L为水分自由沥干后基质+环刀的质量，g；G为烘至质量恒定后基质+环刀的质量，g；V为环刀容积，cm3；Wd为干质量体积，g/cm3；Wt为总孔隙度，%；Wa为通气孔隙度，%；Wp为持水孔隙，%。

辣椒幼苗生长指标的测定：辣椒出苗40 d时，分别取样测定辣椒幼苗的株高、茎粗、叶片数、最长根的根长及总根体积。辣椒幼苗三叶一心时测定地上部、地下部干鲜质量，计算壮苗指数和根冠比，计算公式为：壮苗指数=(茎粗/株高+地下部干质量/地上部干质量)×全株干质量；根冠比=单株地下部干质量/单株地上部干质量。每处理取样5株，重复3次。

辣椒幼苗光合及荧光指标的测定：辣椒幼苗三叶一心时，选取3个晴天10:00测定光合指标(TPS-2便携式光合作用测定系统)和荧光指标(Handy PEA荧光仪)。光合指标包括净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2摩尔分数(Ci)，叶绿素荧光指标包括光化学量子效应(Fv/Fm)、潜在活性(Fv/Fo)、单位反映中心吸收光能(ABS/RC)、能量散耗(DIo/RC)、最大光化学效率(在t=0时)(ΦPo)和用于电子传递的量子产额(t=0时)(ψEo)。测定时育苗温室内部光照强度为(1 000±50) μmol·m-2·s-1，CO2摩尔分数为(400±20) μmol·mol-1。测定叶片为秧苗最高一片完全展开功能叶，每个处理测量3片叶，随机取样。

表1 各处理混配体积比Table 1 Different processing materials mixed volumic ratio

辣椒幼苗生理指标的测定：辣椒幼苗三叶一心时，参照《植物生理学实验指导教程》[21]，使用TTC法测定根系活力，用丙酮乙醇混合法测定叶绿素质量分数，同时测定辣椒幼苗的丙二醛(MDA)质量摩尔浓度、超氧化物歧化酶(SOD)活性和过氧化物酶(POD)活性。

1.4 数据处理

使用Excel 2007进行数据处理，使用DPS v 7.05软件LSD检验法进行方差分析。数据以“平均数±标准差”表示。

2 结果与分析

2.1 不同复配基质的成本核算

由表2可见，在成本核算方面，“壮苗二号”育苗基质为520元·m-3(2015-2017年3 a平均价格)，发酵后枸杞枝条粉为600元·m-3(目前试验阶段所有操作均为人工处理，若工厂化生产成本约为现有成本的30%～40%)，珍珠岩300 元·m-3，蛭石300元·m-3，在材料易得性方面，“壮苗二号”育苗基质、珍珠岩、蛭石均为商品，经过工厂化加工处理后，在市场上购买即可，视为易得材料，发酵后枸杞枝条粉经过田间收集(修剪后枸杞枝条—免费材料、可再生)、粉碎、堆腐发酵等程序后获得，人工、添加发酵助剂等成本则核算为600元·m-3，亦视为易得材料，且具有环保、可持续及再生资源等特点。

复配基质T2～T10成本为450～525 元·m-3，较低的是T2和T7，均为450 元·m-3，较高的是T6，为525元·m-3，略高于CK(520 元·m-3)。

表2 复配基质配方成本核算(以配制1 m3为例)Table 2 Compound matrix recipe cost accounting table(take the preparation of 1 m3 matrix as an example)

2.2 不同复配基质的理化性状

由表3可以看出，各复配处理基质的干体积质量均为0.14～0.16 g·cm-3，且显著低于CK，说明枸杞枝条粉与其他物料复配可以降低干体积质量。各复配处理基质的总孔隙度、通气孔隙及持水孔隙均显著高于CK，较CK分别高出 26.7%～96.75%、52.56%～366.25%、 19.15%～86.22%，说明枸杞枝条复配基质的保水性和通气性优于“壮苗二号”育苗基质，育苗基质中添加枸杞枝条可以增加基质的孔隙度。通过表3可知，基质配比中枸杞枝条所占比例越大，配比基质的干体积质量越小，总孔隙度越大，大小孔隙比越小；基质配比中蛭石所占比例越大，配比基质的干体积质量越大，总孔隙度越小，大小孔隙比越大。

由表4可知，枸杞枝条粉基质的pH与电导率均略高于“壮苗二号”，有机质、全氮、碳氮比均与“壮苗二号”基本接近；但枸杞枝条粉复配基质的全氮、速效氮、速效磷和速效钾质量分数却显著高于“壮苗二号”，其中速效氮质量分数是“壮苗二号”基质的 2.89倍、全氮为2.26倍、速效钾为 1.78倍、速效磷1.46倍。枸杞枝条粉复配基质与“壮苗二号”基质有机质、全氮质量分数相近，但速效养分(速效氮、速效磷、速效钾)，枸杞枝条粉复配基质显著高于“壮苗二号”基质。

表3 不同复配基质的物理性状Table 3 Physical properties of different substrates formula

注：同列数据后标不同字母表示差异显著(P<0.05)，下表同。

Note:Different letters show significant difference between treatments atP<0.05 accordding to LSR test,the same below.

表4 不同复配基质的化学性状Table 4 Chemical properties of different substrates formula

2.3 不同复配基质对辣椒幼苗生长指标的影响

表5显示，T1、T2、T3和T4处理辣椒幼苗的株高、茎粗、叶片数、总根体积等生长指标较好，且优于CK；T7处理辣椒的株高、茎粗、根体积等指标最差，且低于CK。在出苗40 d时，T4和T10处理的叶片数较多，与CK差异不显著。在出苗40 d时，T1、T2、T3、T4和T6处理的株高分别比CK高15.72%、7.64%、10.92%、 33.84%和6.55%，T1、T4、T8和T10茎粗分别比CK高9%、16%、4.5%和4%，T4和T10的叶片数略高于CK，所有复配基质的根长均高于CK。其余复配基质(除T9处理)的总根体积均高于CK。分析可知，T9处理辣椒幼苗长势最弱，T6处理长势最强。

2.4 不同复配基质对辣椒干鲜质量、根冠比及壮苗指数的影响

由表6可知，T6处理辣椒幼苗的地上部鲜质量最高，每株达到0.657 g，T4处理次之，T6和T4处理地上部鲜质量分别比CK提高22.12%和14.31%。T5处理辣椒的地上部干质量最大，较CK高11.11%。由根冠比可看出，各处理的根冠比与CK相比无显著性差异，其中T2处理辣椒的根冠比值最大，CK和T9处理辣椒的根冠比最小。由壮苗指数可知，T10处理的壮苗指数最大，较CK高 41.93%，其次为T6处理，说明使用T10和T6处理的基质复配方案育苗时，辣椒幼苗的品质较优。

表5 不同复配基质辣椒幼苗生长指标的变化Table 5 Changes of different substrate formulas on growth index of pepper seedling

表6 不同复配基质辣椒干质量、根冠比及壮苗指数的变化Table 6 Changes of different substrate formulas on fresh,dry mass,root/shoot and healthy index of pepper seedling

2.5 不同复配基质对辣椒幼苗生理指标的影响

根系活力与幼苗的生长情况密切相关。由表7可知，所有复配基质的根系活力均显著高于CK，T6处理辣椒的根系活力最高，为1.060 mg·g-1·h-1，其中T6处理辣椒的根系活力比CK高19.54%，T2和T9处理的根系活力比CK高12.78%。T1、T2、T3、T5和T8处理的MDA质量摩尔浓度显著高于CK，T4、T6、T7、T9和T10处理辣椒的MDA质量摩尔浓度低于CK，分别较CK低20.25%、10.09%、11.34%、8.24%和6.33%。各处理辣椒幼苗POD活性均显著低于CK，T3处理仅为CK的34.83%。T6、T8、T9和T10处理辣椒幼苗SOD活性均高于CK，其中T9最高，达到650.68 U·g-1，较CK高出 17.29%。

2.6 不同复配基质对辣椒幼苗叶片叶绿素质量分数的影响

由表8可知，T10处理辣椒的叶绿素a、叶绿素b及叶绿素总量的质量分数最高，分别为 0.656 9、0.309 0、0.966 0 mg·g-1，较CK分别高出21.33%、44.32%和27.86%；T4处理的叶绿素a质量分数最低，仅为0.313 1 mg·g-1，比CK低42.17%。T5处理的叶绿素b和总叶绿素质量分数最低，比CK分别低43.34%和42.06%。

2.7 不同配比基质对辣椒幼苗光合指标的影响

由表9可知，T2处理辣椒幼苗的Pn最低，T6处理最高，T6、T7和T10处理的Pn均显著高于CK，分别较CK高50.14%、4.13%和4.68%。T5、T6、T8、T9和T10处理辣椒幼苗的Gs和Tr均高于CK，T10处理辣椒的Gs和Tr最高，较CK分别高出85.45%、41.27%；各处理辣椒的Ci显著低于CK，其中T3处理辣椒的Ci最低，较CK低8.94%。

表9 不同复配基质辣椒幼苗光合指标的变化Table 9 Changes of different substrate formulas on photosynthetic index of pepper seedling

2.8 不同复配基质对辣椒幼苗荧光指标的影响

由表10可知，光化学量子效应(Fv/Fm)是表明光化学反应状况的一个重要参数，Fv/Fm反映了荧光诱导动力学曲线上升过程的O-P段的 PSⅡ光合电子传递能力，T1和T6处理番茄的Fv/Fm和潜在活性(Fv/Fo)最高，T10处理番茄的Fv/Fm较高，其中T1处理的Fv/Fm比CK高 0.28%。各复配基质的单位反映中心吸收光能(ABS/RC)和能量散耗(DIo/RC)均高于CK，其中T4处理的ABS/RC最高，比CK高15.24%，T7处理的DIo/RC最高，比CK高43.08%。T1和T6处理的最大光化学效率(在t=0时)(ΦPo)最高，但与CK无显著性差异，T1处理的ΦPo比CK高0.28%。

表10 不同复配基质辣椒幼苗荧光指标的变化Table 10 Changes of different substrate formulas on fluorescence index of pepper seedling

3 讨 论

复配基质需根据不同基质材料的理化性质及幼苗的生物学特性进行配比，部分研究表明，辣椒栽培中基质适宜的干体积质量范围为0.1～0.8 g·cm-3[22-24]，本试验各处理枸杞枝条复配基质的干体积质量均在该范围内，说明枸杞枝条复配基质作为育苗基质是可行的。将枸杞枝条粉与其他辅料复配可以降低干体积质量、增加基质的孔隙度，配比基质中枸杞枝条所占比例越大，配比基质的干体积质量越小，总孔隙度越大，大小孔隙比越小。蒋卫杰等[25]提出的大小孔隙比以0.25～0.5为宜的标准，本试验T3、T4、T5和T10处理的大小孔隙均在此范围之内且优于CK。田吉林等[26]提出的，基质总孔隙度的适宜范围为60%～90%，通气孔隙度>15%、持水孔隙>45%的标准，刘超杰等[27]采用的基质初始含水率在30%～35%之间，直接利用不同孔径的筛网进行半湿粉碎，简化了程序。醋糟基质随着粉碎程度的增加，减少了醋糟基质的大颗粒，增加了小颗粒，不仅改变了醋糟基质的孔隙度，而且还增加了醋糟基质的水气比，提高了醋糟基质的持水能力，本试验的T3、T6和T10处理枸杞枝条复配基质的物理性状最适宜。

叶绿素荧光测定技术作为一种无损伤的快速探针用于植物的光合生理研究已有大量报道[28-29]，本试验各处理单位反应中心吸收光能(ABS/RC)和能量散耗(DIo/RC)的值均大于CK，说明枸杞枝条复配基质辣椒幼苗叶片受胁迫时单位反应中心承担的光能转换任务更多。用于电子传递的量子产额(ψEo)主要反映了PSⅡ受体侧的变化，CK处理ψEo值达到最大，说明“壮苗二号”基质使得辣椒幼苗叶片用于QA下游电子传递的量子减少，PSⅡ反应中心捕获的激子中用于QA下游电子传递的激子占捕获激子总数的比例减少，PSⅡ受体侧QA下游的电子传递接收的能量占总能量的比例值都是降低的。根据Strasser等[30]的能量流动模型，植物叶片吸收的总能量(ABS)，一部分以荧光的形式释放，大部分被反应中心(RC)捕获(TR)，被反应中心捕获的能量中有一部分通过QA 的还原氧化导致电子传递(ET)；另一部分以热耗散的形式释放(DI)。

MDA是膜脂过氧化分解的主要产物之一，其质量摩尔浓度与植物的受伤害程度呈正相关，POD和SOD等抗氧化酶可以减轻自由基对膜系统的过氧化伤害，提高植物的抗逆性[31]，T10处理辣椒的MDA质量摩尔浓度较低，比CK低 6.33%，SOD和POD活性较高，说明该处理辣椒的受伤害程度明显低于CK，并且抗逆性强。

4 结 论

将不同处理基质的物理性状与辣椒穴盘苗的指标综合分析可知，T10处理的枸杞枝条复配基质较适于辣椒穴盘育苗，T6次之。添加枸杞枝条可降低复配基质的体积质量，提高复配基质的通气孔隙和持水孔隙。T10处理茎粗比CK高4%，T6处理辣椒幼苗的长势最强且地上部鲜质量每株达到0.657 g，根系活力达到1.060 mg·g-1·h-1，MDA比CK低10.09%，净光合速率达到5.45 μmol·m-2·s-1；T10处理的壮苗指数比CK高41.93%，叶绿素a、叶绿素b及叶绿素总量的质量分数分别为0.656 9 mg·g-1、 0.309 0 mg·g-1、0.966 0 mg·g-1，净光合速率分别较CK高4.68%，T10处理辣椒的气孔导度和蒸腾速率较CK分别高出 85.45%、 41.27%。通过综合性状分析得出：V(枸杞枝条)∶V(珍珠岩)∶V(蛭石) =6∶1∶2和 6∶1∶1为辣椒育苗的最适枸杞枝条基质配比方案，可作为园艺育苗基质进行开发和利用。