辣椒育苗基质研究

贾廷新，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)

近年来，我国的设施园艺产业迅猛发展，随着设施生产面积的增加，种植作物种类及设施类型的多样化，管理水平的不断提高，大大提高了农业经济作物的产量和质量，设施园艺的栽培总面积每年以平均18.5%的增长率增长[1].为了解决耕地紧张、生产效率低等问题，将无土栽培与设施园艺结合，在一定程度上可缓解耕地紧张的情况，也更进一步提高了作物的产量和品质.无土栽培改变了传统的栽培方式，在全世界设施园艺生产中得到了快速发展[2]，基质无土栽培技术也越来越受到广大农民的欢迎，基质的需求也随之越来越大[3].辣椒(Capsicumannuum)是人们喜食的蔬菜和辛辣香料作物，是世界第二大消费蔬菜，其含有维生素，类胡萝卜素和矿物质等多种人体需要的营养成分深受人们的喜爱[4]，因此辣椒的生产必然会带来巨大收益，为了促进辣椒早熟，提高产量和品质，利用基质育苗成为辣椒生产的重要环节[5].

禽畜粪便在生物质资源总量中占比最大[6]，甘南州是我国“六大牧区”之一，畜牧业是全州的基础产业和特色产业，全州每年可利用的羊粪总量约为40万t.羊粪中含有较高的N、P、K元素，取用和处理都比较方便，是制作有机基质的上佳原料[7].腐殖酸主要是植物遗骸经过微生物的分解与转化，在一系列化学反应中积累起来的有机物质，它的总量数以万亿吨计，因其天然性和绿色环保受到了国内外科技人员的广泛关注[8].目前，腐殖酸在农业领域中的应用主要是作为肥料[9]、保水剂[10]及土壤改良剂[11].此外，草炭因其良好的理化性质一直被作为基质原料使用[12]，加入适宜草炭更有利于幼苗的生长，但基于可持续利用的发展观念，需要高质量和低成本的材料来代替部分或者全部草炭[13].

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，伴随着大量禽畜粪便的产生，这些禽畜废弃物没有被合理的利用，不但会影响资源的浪费，而且会导致一系列环境问题[14].为了让畜牧业绿色可循环发展，寻找让农业废弃物变废为宝的途径具有非常重要的现实意义.大量研究表明，将牛粪基质化能很好地提高资源利用率[15-16]，但将羊粪基质化利用进行茄果类蔬菜育苗的研究相对较少.因此，本试验选用腐熟羊粪、腐殖酸煤、国产草炭，再加入无机原料珍珠岩，研究它们作为辣椒育苗基质的适宜配比，为甘南草原羊粪的再利用和代替部分草炭提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 材料及仪器

1.1.1 材料 陇椒10号辣椒，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.商品基质由寿光市土博士育苗基质厂生产，并与腐殖酸煤、草炭购于兰州农意农业生产资料有限公司.

1.1.2 仪器 PHSJ-4F型pH计；DDS-307A型电导率仪；K1100型凯氏定氮仪；AP1302型火焰分光光度计.

1.2 试验设计

试验于2020年5月～8月在甘肃省农业科学院内进行，采用四因素三水平的正交试验设计，共有9种不同配比的基质(表1)，以常规商品育苗基质作对照，每个处理设置4个重复，每个重复8株.选取完整、大小均匀的辣椒种子进行催芽处理，待种子露白，选择发芽相对一致的种子移入32孔装有育苗基质的穴盘中，苗期采取常规方法管理.每种配料的理化性质见表2.

表1 不同处理的基质配比(质量比)

1.3 测定指标与方法

1.3.1 基质物理、化学性质的测定 各基质的容重、总孔隙度、通气孔隙度、持水孔隙度、pH、EC、有机质含量、水解性氮含量、速效磷含量、速效钾含量，按国家农业行业标准NY/T 2018-2012(蔬菜育苗基质)规定的方法测定.共有9个处理，每个处理设置3次重复，每个重复测定3次.

1.3.2 出苗率的测定

出苗率=辣椒幼苗出苗数/播种的辣椒幼苗总数

1.3.3 植株生长生理指标的测定 培育30 d后开始测量辣椒生长和生理指标： 株高：用直尺测量；茎粗：用游标卡尺测量子叶处茎粗.植株干鲜质量：测定辣椒地上部分时，先剪取地上部分以便装入纸袋，称得的质量即为鲜质量，然后将装入辣椒地上部的纸袋放入105 ℃烘箱进行杀青30 min，最后再将温度降至80 ℃烘72 h至恒质量后，称得的质量即为其地上部干质量.叶面积：用作物叶片形态测定仪TPYX-A测定.

表2 配料的理化性质

壮苗指数=(茎粗/株高+地下部干质量/地上部干质量)x全株干质量[17]

根冠比=地下干质量/地上干质量

叶绿素：采用SPAD-502 Plus型便携式叶绿素仪测定；可溶性蛋白含量：考马斯亮蓝G-250染色法测定[18]；可溶性糖含量：蒽酮法测定[19].

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2007进行数据的统计，利用SPSS 25.0软件进行单因素方差分析(Duncan法).主成分分析计算公式：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.综合得分高的为最优基质配方.

2 结果与分析

2.1 不同配比基质的理化性质与养分含量

由表3可见，各处理和对照pH整体偏弱酸性，其中对照pH最低，T7的pH最大，各处理的pH均处于5.30～6.06；不同配比基质的EC值差异较大，CK的EC值较低，显著低于其他处理，T7的EC值最大，T9次之，显著高于其他处理；各配比基质容重在0.334～0.485 g/cm3，T1和T6的容重显著高于CK，其他处理的容重与CK无显著差异；基质通气孔隙度以CK最高，T1次之；持水孔隙度以T5最高，CK最低，T5较CK提高了179%；各处理基质的总孔隙度均在60%～90%的理想范围内，T5的总孔隙度显著高于CK与其他处理.总孔隙度大，说明基质比较疏松，容纳的空气和水的量大，有利于根系的生长[20]，T5较CK更适合植株的生长；从表3中还可以看出，各配方基质的水解性氮含量之间差异显著，除T1和T2外，其余各配方基质的碱解氮含量都高于CK；各配方基质的速效磷含量以CK最高，T5次之；速效钾含量以T5最高，达到了1 597 mg/kg，比CK提高了391%；各配方基质的有机质含量均高于CK，其中T1有机质含量最高，比CK提高了83%，在各配方基质的化学性质中，除了速效磷含量低于CK，其他均高于CK，这表明各配方基质的养分高于CK，能为植株提供更高的养分.

表3 不同配比育苗基质理化性质

2.2 不同配比基质对辣椒幼苗生长的影响

2.2.1 不同配方基质对辣椒出苗率的影响 由表4可见，播种后第3天，开始记录辣椒出苗率，到播种第18天完全出苗.在播种后第3天到播种后第12天期间，不同配比基质辣椒的出苗率间差异显著，其中T5的出苗率最高，远高于其他处理，在播种后第6天，各处理间的出苗率排序为T5>CK>T4>T6>T7>T2>T8>T9>T1,在播种后第9天，除T1和T9外，各处理间出苗率增长速度逐渐下降，在第18天时各处理的出苗率达到最大，均在87%以上.在播种后第3天到播种后第12天期间，T5的出苗率最高，这表明T5更适合辣椒种子的生长.

表4 不同配比基质对辣椒出苗率的影响

2.2.2 不同配方基质对辣椒幼苗生长的影响 干鲜质量是评价幼苗质量的重要指标，试验中不同配比基质对辣椒幼苗干鲜质量的影响见表5.T5的地上部鲜质量和地上部干质量最大，T4次之，均高于CK，显著高于其他处理，T5和T4地上部鲜质量分别比CK高38.3%、17.2%，地上部干质量分别比CK高20.1%、9.6%.地下部鲜质量和地下部干质量以处理CK最大，T5次之，且显著高于其他处理，这说明T5处理地上部干物质积累量较大，育苗效果较好.由表5可见，T5的植株最高，T4次之，T1植株最矮，其他处理间差异不显著，其中T5、T4的株高较CK分别提高了28.1%、13.5%；T5、T4、T7的茎粗都显著高于CK，CK与T6、T8、T9间无显著差异，T2的茎粗最小，T2、T1、T3间差异不显著；T5的叶面积最大，达到了2 026 mm2，和CK间差异不显著,T1的叶面积最小为698 mm2，T5较T1提高了190%，各处理间叶面积的排序为T5>CK>T4>T8>T9>T6>T7>T2>T3>T1；T1和CK的根冠比差异不明显，T5的根冠比显著低于CK；在壮苗指数中CK最高，T5仅次于CK.

表5 不同配比基质对辣椒生长的影响

2.3 不同配方基质对辣椒生理指标的影响

由图1可见，T5处理叶绿素SPAD值最高，T6仅次于T5，T6和T5显著高于CK，T5、T6处理的SPAD值较CK分别提高了3.37%、2.1%，T4和CK间无显著性差异，T1叶绿素SPAD值最小，T2、T8、T9处理间差异不显著，各处理间叶绿素含量排序为T5>T6>CK>T4>T2>T8>T9>T3>T7>T1，这表明T5能够更好地进行干物质的积累.

图1 不同配比基质对辣椒叶片中叶绿素含量的影响Figure 1 Effects of different substrates on chlorophyll content in pepper leaves

从图2可以看出， T5处理可溶性糖含量最高，T4处理次之，T5和T4处理显著高于CK和其他处理，T5和T4的可溶性糖含量较CK分别提高了13.6%、4.6%，表明T5处理新陈代谢旺盛，利于植株生长；CK处理的可溶性蛋白含量最高，为3.21 mg/g，T4、T5处理次之，T5与CK、T4、T9处理之间无显著差异，T3处理含量最低为2.15 mg/g，可溶性蛋白含量由大到小排序为CK>T4>T5>T9>T7>T8>T6>T2>T1>T3，表明CK、T4、T5处理植株长势较好，合成了较多的蛋白质.

图2 不同配比基质对辣椒叶片可溶性糖含量和可溶性蛋白含量的影响Figure 2 The effect of different matrix ratios on the soluble sugar content and soluble protein content of pepper leaves

2.4 不同配比基质对辣椒幼苗生长、生理指标影响的综合性评价

主成分分析是将多个指标通过正交变换转化为个数较少、彼此不相关并且可以综合反映原来多个性能指标的综合指标，并计算样本相关矩阵的累积贡献率，一般以累积贡献率达85%以上确定主成分个数[21].对各处理生长及生理指标数据进行主成分分析，利用降维原理，得到用来评价各个生长、生理指标的主成分，即用较少的几个综合指标代替原来较多的评价指标，使得这些指标保留原来指标绝大多数信息[22].如表6所示，发现前两个主成分的累积贡献率为85.18%，符合条件，说明所提取的公因子已经有很好的代表性，因此选用提取出的两个主成分代替原来的13项指标变量.从表6可以看出第一主成分贡献率达到67.874%，第一主成分中主要以地上鲜质量的影响为主；第二主成分贡献率为17.3%，第二主成分中主要以地下干质量的影响为主.

表6 相关系数矩阵的特征值、贡献率及累计贡献率

利用因子得分系数阵，将所有的主成分表示为各个变量的线性组合，得出各个处理第一主成分和第二主成分的具体参考值，再结合两个主成分的贡献率，得出综合得分，进而得到综合排名.由表7可以看出，T5处理综合得分远高于CK和其他处理，说明T5基质配方对辣椒幼苗更有益，为最适基质配方.

表7 不同处理辣椒的生长生理指标综合评价结果

3 讨论

育苗基质作为无土栽培过程中的核心，影响着幼苗的生长状况，它具有很重要的作用，如保持养分、水分的供应、提供稳定协调的根际环境条件、还具有透气性和缓冲性，这样的条件下植株才可以健康的生长[23].一般育苗基质的pH值以5.8～7.0为好，辣椒在微酸性环境中生长良好，当pH>8时会出现生长不良等现象[24].EC值会直接影响到幼苗的生长状况，育苗基质适宜EC值范围为0.5～2.6 ms/cm[25].在本研究中，将腐熟的羊粪与传统草炭和腐殖酸煤混合，各配方基质的pH、EC、容重、孔隙度都在适宜范围内，其中pH为5.30～6.06，各配方基质EC值为0.27～1.13 ms/cm，容重0.334～0.485 g/cm3，符合理想育苗基质的物理性质[26]；总孔隙度越大，基质越轻，容纳空气和水的量也越大，有利于根的发育[27]，在本试验中，不同配比基质的总孔隙度均在60%～90%的理想范围内，T5处理的总孔隙度显著高于CK与其他处理；适宜的育苗基质应该具备一定理化性质，将禽畜粪便进行合理的复配可以使得基质拥有良好的理化性质，提高基质的养分含量[28].芦伟等[29]研究发现羊粪可以促进植物根系发育，提高产量.本研究中，T5配方中的碱解氮含量、速效钾含量、有机质含量均显著高于CK和其他处理，为辣椒幼苗的生长提供了丰富的营养物质，故该配方下辣椒长势最好.

杨建波等[30]研究发现出苗率的好坏影响后期作物的产量，出苗率越好则说明基质适合幼苗的培育，在本试验中，T5处理出苗速度最快，出苗率最高，达到了93.75%，显著高于对照和其他处理，这表明T5配方基质更适合幼苗的生长；叶绿素含量能够反映叶片的光合能力，植物生长所需要的能量是通过光合作用来完成的，因此叶绿素含量也能很好地反映植株生长情况[31]；本研究中T5处理的叶绿素含量高于其他处理，说明T5处理生长较好，有机物合成较多.孙常青等[32]研究认为，植物体内的可溶性糖和可溶性蛋白有很重要的作用，可溶性糖是碳水化合物代谢和贮藏的主要形式，含量越高，新陈代谢越旺盛，长势也越好；可溶性蛋白是构成细胞组织的主要材料，与生命活动息息相关，它的含量在一定程度上决定了植株的生理状况[33].研究中T5处理的可溶性糖含量显著高于其他处理，可溶性蛋白含量和CK、T4处理相同，均高于其他处理，这表明T5处理生长旺盛代谢能力较强，这与孙常青的研究结果相似.

王瑞霞等[34]利用主成分分析法评价油菜的抗旱性，筛选出了抗旱性品种；王娟等[35]利用主成分分析法综合评价影响基质理化性质的主要因子.试验中对各处理的生长及生理指标数据利用主成分分析法进行综合评价，得到各基质的综合排名，其中T5的综合排名最高，说明T5基质配方更适合辣椒幼苗生长，为最适基质配方.

4 结论

不同配方的复合基质的容重、孔隙度、pH、EC等基质理化性质都在适宜范围内，符合育苗基质的要求，其中T5的水解性氮含量、速效钾含量、有机质含量都显著高于CK，T5的可溶性糖含量和叶绿素SPAD值显著高于CK.利用主成分分析法对不同处理进行综合打分，最终得出T5处理为4.383分，排名第一，远高于CK的2.714分，为最佳配比.因此，以甘南草原羊粪发酵物代替部分草炭循环再利用进行辣椒育苗应用前景广阔.