基于主成分分析的腐殖酸添加浓度对番茄幼苗生长效果研究

赵雄伟，宫彬彬，徐昱松，王 宁，吴晓蕾，高洪波

（1.河北农业大学 科教兴农中心，河北 保定071001；2.河北农业大学 园艺学院,河北 保定071001）

近年来，蔬菜工厂化育苗技术在生产中普遍应用，已成为保障蔬菜生产的关键节点技术。工厂化育苗的关键是基质，其中基质中含有和添加的腐殖酸浓度会直接影响成苗的质量，同时由于基质的EC值（电导率）不同，导致腐殖酸的作用效果也不尽相同。本试验在不同EC值基质中添加不同浓度腐殖酸，研究EC值与腐殖酸含量之间的相互作用，以期深入探究基质EC值和腐殖酸添加浓度对番茄幼苗生长的影响。许多研究表明适宜EC值的基质可以促进幼苗发育，施羊林等［1］发现EC=1.1 mS/cm可以促进温室草莓幼苗的生长，王玮玮等［2］发现EC=1.8 mS/cm可以促进牛角、羊角型辣椒盆栽的生长量增加。对于腐殖酸来说，作为一种天然有机高分子化合物，能增强土壤的保水能力并提高有效养分的含量［3-5］。许多研究表明腐殖酸可以提高幼苗生长速度及指标，刘美等［6］发现向基质中添加20 g/L腐殖酸对番茄幼苗的生长指标的增加有着明显的促进作用；刘宇锋等［7］发现基质腐殖酸添加量为2.0 mg/kg时明显促进辣椒幼苗的生长发育；符昌武等［8］发现基质腐殖酸含量为30%能显著提高烟草苗品质；王小雪等［9］腐殖酸专用肥可以显著提高玉米地上、地下部生物量的增长。

由于幼苗品种不同，腐殖酸添加量和EC值的最适范围也有所不同。目前针对基质EC值和腐殖酸添加量单独作用对幼苗生长的影响研究较多，但针对不同EC浓度基质中添加腐殖酸对蔬菜秧苗品质影响的研究还很少，且基质EC值与腐殖酸的互作适宜浓度也并不明确。本试验以物理性质相似但EC值具有差异（0.63、0.84 mS/cm）的2个混配基质作为原料，分别添加2、4 g/L腐殖酸后配制成育苗基质，在主成分分析的基础上研究了基质EC值与腐殖酸添加量对番茄幼苗综合生长指标的影响，筛选不同基质EC值下腐殖酸适宜添加量，为蔬菜工厂化基质的配制提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验时间和地点

试验于2018年7-12月在保定市华农蔬菜专业合作社育苗温室内进行。

1.2 试验材料

供试番茄品种为‘粉都53’，供试基质为椰糠、草炭和充分腐熟的菇渣，添加的腐殖酸为含量85%农用腐殖酸（山东鲁盛）。

1.3 基质处理

配制物理性质相似、但EC值存在显著差异的两种原料作为育苗基质，配方分别为椰糠∶菇渣∶草炭=1∶3∶1 (A)和椰糠∶菇渣∶草炭=1∶1∶2 (B)，腐殖酸添加浓度为2、4 g/L，共6个处理，以不添加腐殖酸的基质以及商道育苗基质作为对照（A1、A2、CK）。采用72孔穴盘，每组处理种植2盘。根据课题组前期的研究结果，在EC相同的情况下，同一容重和气水比的基质育苗效果没有差异［10］，本研究主要研究不同EC浓度基质中添加不同量腐殖酸的作用效果（表1）。

表1 基质配方和腐殖酸添加量Table 1 The formula of substrate and adding content of humic acid

1.4 幼苗培养

番茄种子经浸种催芽后，播种在盛有不同处理基质的穴盘中，按常规工厂化育苗方法进行管理。温室温度控制在28±0.2/18±0.2 ℃，空气湿度控制在70%～90%，正常光照。待幼苗长至四叶一心时，每处理选取15株长势一致的幼苗进行取样，测定幼苗株高、茎粗、鲜重干重、叶绿素含量等指标，并计算壮苗指数。

1.5 测定指标及方法

1.5.1 形态指标的测定 株高为根部到生长点之间的高度，茎粗为第一片真叶下部茎秆粗度。将幼苗从根茎处剪开，分为地上部和地下部，用纯净水洗净后擦干测量鲜重；置于110 ℃烘箱内杀青15 min后在80℃烘干至恒重，测其干重。

1.5.2 测量叶绿素含量及SPAD值 采用丙酮-乙醇浸提法，用紫外分光光度计（岛津UV-1900）测定在663、645、440 nm下吸光度，测定叶绿素和类胡萝卜素含量［11］。用叶色指数仪（SPAD-502，美国）测定叶片SPAD值。指标测定重复5次，取平均值。1.5.3 计算壮苗指数 番茄幼苗壮苗指数按公式“（总叶绿素含量/株高）×全株干重”进行计算［12］。

1.6 分析方法

采用Microsoft Excel 2013和SPSS 22.0软件对数据进行整理和分析，采用Duncan法进行多重比较。使用SPSS 22.0软件对指标进行主成分分析以及双因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同浓度腐殖酸混合基质对番茄幼苗株高影响

如图1所示，随着基质腐殖酸添加量的增加，番茄幼苗的株高呈现出逐渐升高的趋势，且B组处理（EC值为0.63 mS/cm）的添加效果更为明显，其中幼苗株高以B3处理最高。

图1 基质EC值和腐殖酸添加浓度对番茄幼苗株高的影响Fig.1 Effects of substrate EC value and humic acid adding concentration on plant height of tomato seedling

与对照处理相比，B3处理株高提高42.7%，B2、A3和B1处 理 分 别 提 高40.0%、36.5%和19.41%，均呈现显著差异；但是A1、A2处理与对照处理差异不显著。

2.2 不同浓度腐殖酸混合基质对番茄幼苗茎粗影响

如图2所示，随着基质腐殖酸添加量的增加，番茄幼苗的茎粗也呈现出逐渐升高的趋势，B组处理（EC值为0.63 mS/cm）的添加效果更为明显。各处理中B3处理的茎粗最大，与对照相比提高24.03%，呈显著差异；A1、A2、A3、B1和B2与对照相比差异不显著。

图2 基质EC值和腐殖酸添加浓度对番茄幼苗茎粗的影响Fig.2 Effects of substrate EC value and humic acid adding concentration on stem diameter of tomato seedling

2.3 不同浓度腐殖酸混合基质对番茄幼苗干重和鲜重影响（表2）

表2 基质EC值和腐殖酸添加浓度对番茄幼苗鲜重和干重的影响Table 2 Effects of substrate EC value and humic acid adding concentration on fresh weight and dry weight of tomato seedling

如表2所示，基质中腐殖酸添加量对番茄幼苗生物量有明显的影响，地上部和与地下部的干重和鲜重均随着腐殖酸添加量的增加呈逐渐升高的趋势，但是效果在较低EC值条件下（0.63 mS/cm，B组处理）好于较高EC值处理（0.85 mS/cm，A组处理）。其中，B3处理的幼苗地上部和地下部干重和鲜重在所有处理中均最高，分别比对照提高38.04%、11.11%、23.72%和33.33%，显著高于其他处理；其次为B2和A3处理，幼苗地上部和地下部鲜重均显著高于B1和A2处理；A1处理的地上部与地下干、鲜重最低，其中地下干、鲜重显著低于对照及其他处理。

2.4 不同浓度腐殖酸混合基质对番茄幼苗叶片光合色素含量的影响

如表3所示，在基质中适量添加腐殖酸，可一定程度上提高番茄幼苗叶片光合色素含量，且随腐殖酸添加量提高B组处理叶片光合色素含量提高的幅度明显大于A组处理，其中，B3处理的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素含量均最高，与对照相比分别显著提高38.27%、33.33%、27.14%、29.20%；A2、A3、B2处理的叶绿素a、总叶绿素和类胡萝卜素含量同样显著高于对照，但叶绿素b含量与对照无差异；A1处理的的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素含量均最低，且显著低于对照。

表3 基质EC值和腐殖酸添加浓度对番茄幼苗叶绿素含量的影响Table 3 Effects of substrate EC value and humic acid adding concentration on chlorophyll contents of tomato seedling

2.5 不同浓度腐殖酸混合基质对番茄幼苗SPAD的影响

如图3所示，随着腐殖酸添加量的增加，SPAD值呈现逐渐升高的趋势，且B组（EC值0.63 mS/cm）处理SPAD值升高的幅度高于A组（EC值0.85 mS/cm）。

图3 基质EC值和腐殖酸添加浓度对番茄幼苗SPAD的影响Fig.3 Effects of substrate EC value and humic acid adding concentration on SPAD value of tomato seedling

其中以B3处理的SPAD值最大，与对照相比提高了23.99%；A2、A3、B2处理与对照相比无显著差异，但A1处理的叶片SPAD值比对照降低18.72%，显著低于对照及其他处理。

2.6 不同浓度腐殖酸混合基质对番茄幼苗壮苗指数的影响

壮苗指数能够较为准确的反映育苗基质的优劣，如图4所示，在不同EC值基质中，番茄幼苗壮苗指数均随着腐殖酸添加量的提高呈逐渐升高的趋势，且在相同腐殖酸添加量的条件下，以B组（EC值0.63 mS/cm）处理的植株壮苗指数较高。在所有处理中，B3处理壮苗指数最高，比对照相提高31.91%，呈显著差异；A2、A3和B2与对照差异不显著，A1、B1处理分别比对照降低17.5%和20.51%。

图4 基质EC值和腐殖酸添加浓度对番茄幼苗壮苗指数的影响Fig.4 Effects of substrate EC value and humic acid adding concentration on seedling index of tomato seedling

2.7 不同浓度腐殖酸混合基质对番茄幼苗综合指标的影响

2.7.1 番茄秧苗指标主成分分析 由于不同处理间番茄秧苗的单个指标表现不一致，因此，利用主成分分析［13］构建秧苗的综合指标，综合指标的建立采用主成分加权求和的方法。番茄秧苗11项单一指标的主成分分析结果见表4，从表中可以看出，番茄秧苗主要指标分为了3个主成分，总计贡献率达到89.10%。

表4 番茄秧苗主成分分析结果Table 4 Principal component analysis results of tomato seedlings

3个主成分得分系数矩阵见表5，主成分1=0.024×SPAD+0.152×株高+0.181×茎粗+0.189×地上部鲜重+0.183×地上部干重+0.183×地下部鲜重+0.177×地下部干重-0.005×叶绿素a+0.042×叶绿素b+0.014×总叶绿素+0.020×类胡萝卜素；主成分2=-0.022×SPAD+0.041×株高+0.012×茎粗+0.027×地上部鲜重+0.014×地上部干重+0.002×地下部鲜重-0.011×地下部干重+0.266×叶绿素a+0.265×叶绿素b+0.294×总叶绿素+0.271×类胡萝卜素；主 成 分3=0.881×SPAD-0.288×株 高+0.068×茎 粗+0.010×地上部鲜重+0.006×地上部干重+0.083×地下部鲜重+0.101×地下部干重+0.074×叶绿素a-0.144×叶绿素b-0.005×总叶绿素+0.022×类胡萝卜素；将主成分1、2、3合成综合指标。综合指标=主成分1×0.49+主成分2×0.29+主成分3×0.09。

表5 主成分评分系数矩阵Table5 Component scoring coefficient matrix

2.7.2 综合指标多因素方差分析 对得出的番茄秧苗综合指标进行多因素方差分析，结果如表6所示，不加入腐殖酸的条件下不同基质间生长没有明显差异，P=0.061，这与之前的研究结果一致；加入腐殖酸后综合指标之间存在明显差异，P＜0.001，说明腐殖酸可以显著提高番茄秧苗品质；同时基质与腐殖酸之间存在明显的互作，P=0.003，表明在不同类型基质中添加腐殖酸作用效果不一致。根据方差分析结果可以确定最终在0.63 mS/cm EC值条件下添加4 g/L腐殖酸（B3处理）效果最好。

表6 综合指标的多因素方差分析Table 6 Multivariate analysis of comprehensive index

3 讨论与结论

基质EC值是衡量基质可溶性盐离子的重要指标，也是衡量基质肥力的主要因子，对幼苗的生长起着关键性作用，适宜的EC值可以促进幼苗更好的生长。王中原等［14］研究表明无土栽培模式下EC=0.8 mS/cm可以促进草莓幼苗的营养生长；张二震等［15］试验表明采用EC=0.7 mS/cm的营养液浓度水平最适合于水培苦苣生产。本试验中，当腐殖酸添加量相同时，A、B两组处理两两对比，均是B组处理的幼苗形态和生理指标更为优秀，且B1处理与对照相比生长情况相接近，表明番茄幼苗在EC值较低（0.63 mS/cm）的B组基质中种植的番茄幼苗的生长效果更好，说明适宜的基质EC值可以更好的促进植株幼苗的生长。

腐殖酸作为一种有机酸，在作物生长过程中可以通过促进根系吸收，促进细胞生长，从而促进作物生长和发育［16-19］。孙志梅等［20］在辣椒上施用浓度为0.1～0.27 g/kg的腐殖酸复合肥（纯养分量）效果显示，不同用量腐殖酸复合肥施对辣椒产量和生理活性的影响比等养分量的无机复合肥效果具有优势；王宇函等［21］研究了不同浓度腐殖酸对油菜幼苗生长的影响，证明了腐殖酸可以促进油菜幼苗的生长，但是具有一定的浓度效应，其中1‰～2‰是油菜幼苗生长的适宜浓度。高家合等［22］研究表明，营养液中添加20～60 mg/kg腐殖酸可以促进烤烟的生长，且60 mg/kg效果最佳。本试验中，向同种基质中加入不同浓度腐殖酸，随着腐殖酸添加浓度上升，番茄幼苗的形态和生理指标也不断增高，且当腐殖酸添加量达到4 g/L时（A3和B3）效果最佳。由此证明，在基质中适宜添加腐殖酸可以促进幼苗的生长发育，提高幼苗的生理指标。

研究发现，在两种不同的基质中添加腐殖酸对作物幼苗的生长促进效果也有所不同，这在许多研究中也有所体现［23-25］，但对其原因还需要进行更深入的研究。本试验中，向物理性质基本相似但EC值不同的基质中添加腐殖酸，虽然番茄幼苗各项指标均呈现升高的趋势，但是在EC值较低（0.63 mS/cm）的B组基质中对番茄幼苗的干鲜重和光合色素含量等促进作用更明显，而且随着腐殖酸添加浓度升高，B组幼苗的干鲜重和光合色素含量等指标增高的趋势显著高于A组，由此说明腐殖酸的添加量与基质本身EC值存在交互作用，互相影响，但是在不同腐殖酸添加量和EC值中间可以找到最佳结合点，这还需要进一步的研究。

本试验中，在育苗基质中添加腐殖酸后，番茄幼苗的株高、茎粗、干鲜重、叶绿素含量和壮苗指数均有一定程度的提升，并且在2种基质中均随着腐殖酸含量的增加，EC值较低（0.63 mS/cm）的B组基质促进效果更加明显。在所有处理中，以EC值较低（0.63 mS/cm）的基质中添加腐殖酸浓度为4g/L时效果达到最好，且与对照及其他处理呈显著差异，因此在基质配比为椰糠∶菇渣∶草炭=1∶1∶2（EC值为0.63 mS/cm）的基质中添加4 g/L腐殖酸可以作为番茄育苗的推荐基质，对提高番茄幼苗生长发育具有一定的促进作用，值得在生产中推广应用。