不同配比基质对辣椒生长及生理代谢的影响

邹悦，王晓巍,2，颉建明，王文丽

(1.甘肃农业大学园艺学院，甘肃 兰州 730070；2.甘肃省农业科学院蔬菜研究所，甘肃 兰州 730070；3.甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所，甘肃 兰州 730070)

辣椒(Capsicumannuum)属茄科辣椒属，为一年生或有限多年生草本植物，富含维生素、矿物质和类胡萝卜素等多种人体所需的营养物质，是无土栽培种植面积最广的蔬菜之一[1].无土栽培具有节约水资源、避免土传病虫害及生产过程可控性强等优点，在全球设施农业中广泛应用[2].随着我国无土栽培产业的快速发展，栽培基质成为研究的热点问题之一，栽培基质质量的优劣直接影响到作物的生长和发育[3].

草炭是国内外公认的无土栽培优良基质原料，但由于其短期不可再生，长期过度开采必然会造成资源短缺和生态环境破坏，这严重制约了无土栽培产业的发展[4].因此，近年来各省农业科研工作者立足本地资源，寻求开发经济有效、来源广泛且可再生的新型栽培基质材料来满足基质栽培的需要[5].有大量研究报道证明，经发酵腐熟后的农业有机废弃物(作物秸秆、畜禽粪便、菇渣等)可以代替或部分替代草炭，作为新型栽培基质，并已取得不错的效果[6-7].甘南藏族自治州是甘肃省的主要畜牧业基地，在畜牧业快速发展的同时，伴随着大量牛羊粪的产生，但其综合利用率很低[8]，这些牧业有机废弃物若未被资源化利用，任其堆积，会造成严重的环境污染和有机资源浪费.将畜禽粪便基质化是目前畜牧业生产中废弃物资源化利用的主要方式之一[9-10].基质化可以将畜禽粪便中的有效养分再次利用，不仅实现了农业废弃物的高效循环，还减轻了其对生态环境的压力，保证了畜牧业的健康绿色可循环发展.因此，开发利用甘南藏族自治州牧区低成本绿色环保型基质，对无土栽培产业的发展和农业废弃物的有效利用具有非常重要的现实意义.

羊粪因其粪质较细，发酵速度快，有机质、氮、磷、钾养分含量高等优点，是生产上常见的一种传统弱碱性农家肥[11-12]，通常将羊粪经过堆肥发酵灭菌处理后作为有机肥施入到土壤中[13-14].但将羊粪基质化利用进行茄果类蔬菜栽培的研究相对较少.因此，本试验以辣椒为试材，以草原羊粪和草炭为基质原料，按不同体积比复配后，分析不同复配基质的理化性质及其对辣椒生长的影响，并运用主成分分析法综合筛选出最佳的基质配方，为辣椒新型栽培基质和高原牧区畜禽粪污循环利用提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试辣椒品种为陇椒3号，购于甘肃民圣农业科技有限责任公司.

羊粪取自甘南藏族自治州夏河县甘加草原，经高温发酵腐熟后过4 mm筛备用.

商品基质(寿光市土博士育苗基质厂生产)与草炭均购于兰州农意农业生产资料有限公司.

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，共设12个处理，以商品基质作为对照(CK)，基质配比及处理编号见表1.每处理21盆，每盆2株，3次重复.辣椒定植前测定复配基质及对照的理化性质、养分含量.各处理基质的理化性质见表2～3.

试验于2019年8～10月在甘肃省农业科学院蔬菜研究所玻璃温室内进行.选取大小一致、饱满健康的辣椒种子，温汤浸种催芽后进行播种，育苗期间采取常规的管理方法，待幼苗长至5片真叶时移栽.采用盆栽方法，盆栽容器为上径13 cm、底径8 cm、高度9.5 cm的白色塑料盆，基质装盆高度7.5 cm，为防止水分及养分的流失，要将花盆托盘放置在花盆底部，选取具有5片真叶、长势基本一致的健康辣椒苗定植于盆中，每盆定量浇水.整个试验过程中只浇清水，其他操作同温室常规管理.

表1 供试基质配方(体积比)

表2 不同配方基质的物理性质

表3 不同配方基质的化学性质

1.3 测定指标及方法

1.3.1 基质理化性质测定 基质体积质量、总孔隙度、通气孔隙度、持水孔隙度、气水比、pH值和EC值的测定参照NY/T2018-2012标准.

基质中有机质、全氮、全磷、全钾的测定参照NY 525-2012有机肥标准.

1.3.2 辣椒植株生长与生理指标的测定 定植40 d后开始测量辣椒生长和生理指标.

株高用直尺测量茎基部到生长点的长度(cm).

茎粗采用电子游标卡尺测量辣椒子叶下端茎基部直径.

叶面积(cm2)采取最大功能叶长×叶宽的方法计算，从叶尖沿叶脉至叶柄起点的距离为叶片长度，叶片最宽距离为叶片宽度.植株干质量用电子天平测定：将辣椒植株清洗干净，吸干表面水分，分别将地上部及地下部植株鲜样置于烘箱内105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒质量，称量干质量，并计算全株干质量[15].

根冠比和壮苗指数[16]的计算方法为：

根冠比=地下干质量/地上干质量

壮苗指数=(茎粗/株高+地下干质量/地上干质量)×全株干质量

叶绿素相对含量采用SPAD-502 Plus型便携式叶绿素仪测定，参照戴小红等[17]的测定方法；

根系活力采用TTC法测定[18].

1.3.3 辣椒根际土壤样品的采集及根际微生物数量的测定 根际基质样品采集方法[19]：将辣椒根系从盆中完整倒出，放置在干净牛皮纸上，抖落与根系松散结合的基质，然后用刷子将与根系紧密结合的基质轻轻刷下来作为根际基质，快速装入无菌密封袋后置于4 ℃冰箱中保存.每个处理重复3次，整个采样过程戴无菌手套进行.

辣椒植株根际微生物数量测定参照文献[20].

1.4 数据处理与分析

主成分分析法[21]计算公式：

综合得分(F)=λ1F1+λ2F2+，…，λnFn

式中：λ表示对应主成分的贡献率；Fn表示单个主成分得分值.综合得分越高，表明基质配方越良好.

2 结果与分析

2.1 不同配方基质对辣椒生长指标的影响

由表4显示，M7、M8和M9处理的辣椒植株株高、茎粗及叶面积生长指标较好，均优于CK；M1、M2和M11处理的辣椒株高、茎粗及叶面积显著低于CK；M7处理的地上部干质量和地下部干质量均最高，与CK相比，分别提高了4.73%、12.24%；各处理的根冠比与CK相比无显著性差异，其中M10处理的根冠比最高，其次是M7处理，M1处理和M2处理的根冠比最低；M7处理的壮苗指数最高，显著高于CK及其他处理，较CK提高了14.61%，说明使用M7处理的基质配方栽培时，辣椒植株栽培效果较好.

表4 不同配方基质对辣椒生长的影响

2.2 不同配方基质对辣椒生理指标的影响

由图1-A可看出，CK和 M7的叶绿素相对含量最高，M11处理的叶绿素相对含量显著低于CK及其他处理，较CK低25.17%，说明单一的草炭基质并不能满足辣椒生长的需求.

根系活力可以较好地反映出植株生长情况.由图1-B可知，M7处理的根系活力显著高于其他各处理，为371.07 mg/(g·h)，比CK高出5.28%，M8、M9处理的根系活力与CK相比无显著性差异；M1和M2处理的根系活力最低，较CK相比显著降低了77.21%、75.57%.

图注上不同字母表示在0.05水平差异显著.Different lowercase letter mean significant different(P<0.05).图1 不同配方基质处理对辣椒叶绿素相对含量(SPAD)和根系活力的影响Figure 1 Effect of different nursery media on chlorophyll SPAD value and root activity of pepper seeding

2.3 不同配方基质对辣椒根际基质微生物数量的影响

由表5可知，所有复配基质中，细菌数量以M7处理最高，显著高于CK及其他各处理，与CK相比增加10.08%，M8、M9处理与CK差异不显著；M7、M8和M9处理的放线菌数量与CK差异不显著；真菌数量以M9处理的最高，其次是M10处理，较CK相比，分别增加了60.43%、39.04%；微生物总量以M7处理最高，较对照高出9.73%；M1处理的放线菌数量、真菌数量和总菌数均显著低于CK与其他各处理，较CK减少了44.83%、23.53%、58.82%.

2.4 不同配方基质的综合评价

对不同配方基质处理中辣椒株高、茎粗、叶面积、地上干质量、地下干质量、根冠比、壮苗指数、叶绿素相对含量、根系活力、微生物数量等13个指标进行主成分分析.一般情况下，选取特征值大于1且

表5 不同配方基质对辣椒根际基质中微生物数量的影响

累计方差贡献率大于85%作为主成分选取的标准[22].本试验根据SPSS软件的统计分析结果，选取前两个作为主成分因子，分别为F1和F2(表6)，累计方差贡献率达到91.826%>85%，说明能较好地反映原始数据的信息，其中F1可以解释77.177%的数据变量，F2可以解释14.650%的数据变量.

将提取出的两个主成分的得分值带入综合评价函数公式(F=F1×77.177%+F2×14.650%)，计算出每个处理中两个主成分的综合得分，并依据综合得分值大小对其进行排序，结果见表7.由表7可知，M7的综合得分为3.773，高于CK及其他各处理，与辣椒生长的生长情况和2项生理指标的表现一致，据此可知，M7配方是本试验条件下筛选出的最佳基质配方.

表6 主成分列表及方差贡献率

表7 综合主成分值

3 讨论

近年来，设施农业中有关全部替代或部分代替草炭基质配方的报道较多.羊粪是常见的弱碱性热性肥料，生产上通常被用作有机肥料，然而将羊粪作为栽培基质材料的报道相对较少.于庆文等[25]发现以双孢菇渣∶羊粪∶炉渣∶细河沙=15∶6∶8∶6比例混合作为基质，栽培的辣椒生长最好.本试验中，M1～M9处理的有机质、全氮、全磷、全钾含量均优于CK，表明这些处理配方养分含量丰富，能够满足辣椒生长所需，M7处理的pH、EC值均在作物生长的安全范围内(pH 6.0～7.5；EC1～4 ms/cm)[24-25].根系是植物重要的组成器官，不仅能够支撑固定植株，还可吸收利用土壤中的水分和养分供给植物生长所需.根系活力通常作为评判根生长状况的重要生理特征指标，根系越发达，根系活力越强，植株对养分和水分的吸收越好，相应的植株长势就越好[26]，根系活力的强弱直接影响作物地上部的生长发育、品质和产量.本试验中，M7处理的根系活力最大，表明M7配方辣椒植株吸收水分及养分的能力强，其株高、茎粗、叶面积也相应较大，干物质量也最大.叶片是植物进行光合作用的重要场所，叶面积越大越有利于植物进行光合作用、呼吸作用及蒸腾作用等.本试验条件下，CK、M7和M8处理的辣椒叶面积较大，相应的叶绿素相对含量也较高，表明其的光合作用较强，生长势良好.

基质微生物是基质的重要组成部分，基质微生物的种类和数量对作物生长发育有很重要的作用，不仅参与植物的生长代谢过程，而且参与基质中各种物质的转化过程，能够维持基质性状的稳定[27].良好的栽培基质应能为作物生长提供良好的根际微生物环境，栽培基质原料与配比的不同不仅会影响基质理化性状，也会影响基质微生物的数量、种类及酶活性.根际因受其作物根系活动的影响，根际微域的理化性质方面区别于土壤主体，根际土壤微生物通过自身活动来促进植物对养分的吸收与利用，进而影响植物的生长[28].程立巧等[29]研究认为，根际细菌和放线菌数量多的基质配方处理，有利于番茄的生长，根际微环境中的养分释放量高于其他配比基质.孟焕文等[30]在有机基质栽培番茄试验中发现，栽培基质中的微生物数量以细菌最多，放线菌次之，真菌最少，细菌数量会一定程度上影响番茄产量.本试验中，M7处理的细菌、放线菌、真菌数及微生物总量均高于对照，该处理下辣椒长势也较其他处理好，说明羊粪和草炭复配基质能够为辣椒生长提供良好的根际微生物环境.

4 结论

M7(羊粪∶草炭体积比=4∶6)配方的基质理化性质适宜，该配方下辣椒株高、叶面积、干物质量、根冠比、壮苗指数、微生物总数量均最高，主成分综合得分最高，为3.773.因此，M7配方的栽培基质可以替代商品基质进行辣椒栽培.使用经过发酵腐熟的甘南草原羊粪作为蔬菜栽培基质的主原料，符合绿色农业可持续循环发展的要求，具有广阔的应用前景.