牛粪基质对甜瓜幼苗生长、光合的影响

毛 柯，田巧玲，余丰秋，张嘉欣，周璐瑶，樊宇婷，王吉庆

（1河南农业大学园艺学院，郑州 450002；2河南省濮阳县农业农村局，河南濮阳 457100；3镇平县种子技术服务站，河南南阳 474200）

0 引言

草炭又称泥炭，具有无菌、无虫、无草籽、疏松透气和保水保肥的特性[1]，是现代园艺生产中广泛使用的重要育苗及栽培基质，在自然条件下形成草炭约需上千年时间，过度开采会加快草炭的消耗速度，使其体现出“不可再生”资源的特点，同时会破坏湿地环境，加剧全球的温室效应[1-4]。因此，国内外学者较为重视研究草炭的替代基质。国外开发了椰子壳、锯末等替代基质，并应用于商业化生产[5]。中国在以木糖渣、芦苇末、蚯蚓粪和牛粪等工农业废弃物为原料开发草炭替代基质方面也作了较为深入的研究，但进行商业化生产的报道还不多见[6-9]。

牛粪作为养殖业的副产品，具有来源广、质量稳定、价格便宜的特点，且含氮量低，作为育苗基质不易出现“烧苗”现象，因此，前人进行了诸多以发酵牛粪为原料制作园艺育苗和栽培基质的研究。马李军等[10]认为（椰糠+园土）:牛粪体积比为10:4的复合基质适合五彩观赏椒盆栽；张润花等[11]研究表明菇渣:牛粪体积比为3:1的复合基质对番茄和西瓜育苗效果最好；潘绍坤等[12]研究表明体积比为20%牛粪+50%发酵菌渣+30%草炭土的育苗基质配方可使茄子出芽率达100%；闫英[13]的研究表明番茄植株的株高、茎粗、根量在牛粪:炉渣体积比为3:2的复合基质中表现最好。从已有研究看，牛粪在基质中体积占比范围在18%～60%，且最高占比60%的配方与炉渣混配，市场上没有商品化炉渣供应，存在炉渣原料不易得的问题，且炉渣原料也缺乏相应标准，即使应用也难以保证牛粪基质质量的稳定性。

为了充分利用牛粪原料，本试验以牛粪为主原料，以商业蛭石、珍珠岩为辅料调整牛粪原料的通透性、附以酸碱性调节物质、矿质营养物质等设计牛粪基质配方，并使牛粪体积占比等于60%，以期探索规模化利用牛粪生产替代草炭育苗基质的可行性。

1 材料与方法

1.1 试验时间和地点

本试验于2019年6月—8月在河南农业大学园艺实验站大棚内进行。

1.2 试验材料

试验采用的甜瓜品种是‘日本甜宝’，由郑州金阳光种子有限公司繁育，试验采用的穴盘规格为18孔穴盘，发酵牛粪、鸡粪和有机肥（商业标准，N+P2O5+K2O≥5%，有机质≥45%，中微量元素≥10%，腐殖酸≥10%，黄腐酸钾≥8%，富含EM菌等调节剂）由河南省花花牛集团田金生物科技有限公司提供，蛭石（粒径≥5 mm）、珍珠岩（园艺基质）为大颗粒物，购自河南省郑州市陈砦花卉市场，柠檬酸与过磷酸钙购自试剂公司，纯度为化学剂。

1.3 试验方法

试验采用随机区组设计，共设置6个处理，重复3次，各重复内的穴盘随机摆放，处理配方和编号如表1。草炭基质pH 4.89，EC值为2.32 mS/cm，用柠檬酸调节的牛粪基质pH 5.83，EC值为2.49 mS/cm，用过磷酸钙调节的牛粪基质pH 6.52，EC值为2.98 mS/cm，其牛粪基质处理分别加入2 g尿素和3 g磷酸二氢钾。

表1 牛粪基质配方

将甜瓜种子进行温汤浸种，先用55℃的温水浸泡甜瓜种子20 min，使其受热均匀，再置于30℃温水中浸泡5 h，浸泡完毕后将种子放入放有湿润滤纸的培养皿中，在黑暗环境下进行催芽。待甜瓜种子出芽后播种，播种时胚根向上每穴播1粒种子，播种穴深1 cm，用蛭石覆盖，然后浇透水，覆盖地膜保湿，每个处理播3盘，随机排列。待60%幼苗出土时，及时去掉地膜，水分管理参照范淑丽[14]的方法。温度管理参照梁增文[15]的方法。待甜瓜幼苗长至四叶一心时进行取样，每个处理随机取15株幼苗进行烤株。

1.4 测定指标和方法

基质容重、总孔隙度、通气孔隙度等特性的测定参照郭世荣[16]的方法。地上、地下部鲜重用天平测量；株高、茎粗和根长用游标卡尺测量；叶片数（主脉长度大于3 cm或5 cm）和出苗数用数数的方式调查；叶面积用打孔法计算；光合指标用光合仪测定；叶绿素含量用SPAD-502叶绿素计测定。

1.5 数据处理分析

所有统计分析均使用Microsoft Excel 2010和SPSS软件包进行。

2 结果与分析

2.1 不同处理的物理性质比较

由表2可知，随着牛粪基质中珍珠岩比例的增加，基质容重、总孔隙度呈上升趋势，通气孔隙度呈先上升后下降趋势，持水孔隙度呈先下降后上升趋势。牛粪基质容重均高于对照草炭基质，其处理I、处理II与其最接近；除处理III外，牛粪基质的容重、总孔隙度、通气孔隙度和持水孔隙度分别处于0.1～0.3 g/cm3、72%～76%、15%～30%、56%～60%之间，总孔隙度、通气孔隙度和持水孔隙度均低于草炭基质。

表2 不同处理的物理性质比较

基质为作物的生长提供水、气、肥等根际环境，基质性状的优劣直接影响作物的生长、产量和品质[17]。容重和孔隙度是衡量基质物理性质的两个重要指标，分别反映基质的重量、通气和持水状况，适宜的容重和孔隙度便于基质运输、保持水分、维持幼苗呼吸，提供幼苗生长所需的营养和环境[18]。

2.2 不同处理对甜瓜出苗率的影响比较

由图1可知，各处理甜瓜出苗率随着观测天数的增加呈上升趋势，处理I和处理III甜瓜出苗率在后2天上升趋势较快，第4天时分别达到58.7%和60.7%，较为接近草炭基质甜瓜的出苗率66.7%。处理II甜瓜出苗率最低，显著低于其他处理。图1表明：处理I和处理III起始出苗数低，但出苗率上升趋势较快，最终出苗数显著高于其他牛粪基质，且最接近草炭基质。

图1 不同牛粪配比基质与草炭基质对甜瓜出苗率的影响比较

2.3 不同处理对甜瓜幼苗光合指标的影响比较

叶绿素是植物进行光合作用的主要色素，其含量与植物的营养状况有关，是影响植物光合作用的因素之一[19]。净光合速率是指植物光合作用积累的有机物，净光合速率越高，植物积累的有机物就越高[20]。由图2可知，随着牛粪基质中珍珠岩比例的增加，甜瓜幼苗的净光合速率(A)呈下降趋势，叶绿素含量(B)呈先下降后上升趋势，胞间CO2浓度(C)呈先上升后下降趋势；添加柠檬酸处理的甜瓜幼苗净光合速率和叶绿素含量均显著高于添加过磷酸钙的处理，胞间CO2浓度显著降低；添加有机肥处理的甜瓜幼苗叶绿素含量和胞间CO2浓度显著高于添加鸡粪的处理，净光合速率显著降低。

处理I甜瓜幼苗的净光合速率最高，相比草炭基质显著提高了14.1%，胞间CO2浓度最低，相比草炭基质降低了12.8%，处理III、处理V幼苗的净光合速率与草炭基质幼苗无显著性差异；处理V甜瓜幼苗的叶绿素含量最高，相比草炭基质显著提高了6%。图2表明，处理I可显著提高甜瓜幼苗的净光合速率，处理V可显著提高甜瓜幼苗的叶绿素含量。

图2 不同配比牛粪基质与草炭基质对甜瓜幼苗光合指标的影响比较

2.4 不同处理对甜瓜幼苗形态指标的影响比较

幼苗通过叶片光合作用合成有机物，供给植物生长发育所需的养分，因此，叶片数越多，合成的有机物就越多[21]。幼苗根系吸收水分、矿物质等，根系越发达，幼苗质量越好[22]。由表3可知，随着牛粪基质中珍珠岩比例的增加，甜瓜幼苗的叶片数、根长、地下部鲜重呈下降趋势，株高、叶面积和地上部鲜重呈先下降后上升趋势，茎粗呈先上升后下降趋势。添加柠檬酸处理的甜瓜幼苗株高与茎粗显著低于添加过磷酸钙的处理，根长、叶面积和地下部鲜重均显著高于添加过磷酸钙的处理，两者的叶片数和地上部鲜重无显著性差异。添加鸡粪处理的甜瓜幼苗根长、叶面积和地下部鲜重显著高于添加有机肥的处理，茎粗显著低于对方，两者的株高、叶片数和地上部鲜重无显著性差异。

表3 不同处理对甜瓜幼苗形态指标的影响比较

草炭基质的甜瓜幼苗株高、叶面积和地上部鲜重均显著高于牛粪基质处理，处理I、处理IV和处理V三指标与草炭基质最接近；处理I幼苗茎粗、叶片数与草炭基质无显著性差异，根长和地下部鲜重显著高于其它处理，相比草炭基质幼苗分别显著增加了19.3%和60.6%；处理II幼苗茎粗显著高于其它处理，相比草炭基质幼苗茎粗显著增加了49.1%；处理III、处理IV和处理V各形态指标表现不突出。

3 结论

（1）珍珠岩在配制基质中所的占比例影响基质的物理性状和甜瓜幼苗的生长、光合特性。随着珍珠岩比例的增加，基质容重、总孔隙度呈上升趋势；甜瓜幼苗的叶片数、根长、地下部鲜重和净光合速率呈下降趋势；基质通气孔隙度、甜瓜幼苗茎粗和胞间CO2浓度呈先上升后下降趋势；基质持水孔隙度、甜瓜幼苗株高、叶面积、地上部鲜重和叶绿素含量呈先下降后上升趋势。

（2）添加鸡粪的处理相对优于添加有机肥的处理，其甜瓜幼苗净光合速率、根长、叶面积和地下部鲜重显著高于添加有机肥的处理，甜瓜幼苗叶绿素含量、胞间CO2浓度和茎粗显著低于添加有机肥的处理，两者的株高、叶片数和地上部鲜重无显著性差异。

（3）添加柠檬酸处理相对优于添加过磷酸钙的处理，其甜瓜幼苗净光合速率、叶绿素含量、根长、叶面积和地下部鲜重均显著高于添加过磷酸钙的处理，甜瓜幼苗胞间CO2浓度、株高和茎粗显著低于添加过磷酸钙的处理，两者的叶片数和地上部鲜重无显著性差异。

（4）处理I牛粪基质可以替代草炭基质用于甜瓜幼苗。该基质的容重、总孔隙度、通气孔隙度、持水孔隙度和甜瓜出苗率与草炭基质较为相近，且甜瓜幼苗叶片胞间CO2浓度较对照草炭基质降低了12.8%，净光合速率较对照高14.1%；幼苗根长和地下部鲜重分别较对照提高了19.3%、60.6%。

（5）Aigo[23]认为适宜作物生长的基质必须具有4个方面的性质：供给水分、供给养分、保证根际的气体交换、为植株提供支撑。张德威[24]和Garcia Gomez[25]研究认为基质的pH值和EC值是重要参数，一般作物正常生长的pH 5.00～7.00，EC范围为0.75～3.49 mS/cm。本试验中经酸性物质调节后的牛粪基质pH值和EC值均在前人研究的理想基质范围内，具备为幼苗提供良好的矿物营养吸收条件。李谦盛[26]研究表明，理想基质的容重、总孔隙度、通气孔隙度和持水孔隙度应分别在0.1～0.8 g/cm3、60%～90%、15%～30%和40%～75%之间。本试验中除处理III外，其他牛粪处理的基质容重、总孔隙度、通气孔隙度和持水孔隙度均在其范围内，可以为幼苗提供良好的通气性和透水性。梁志卿等[27]研究表明随着珍珠岩比例的增加，基质总孔隙度呈上升趋势，本试验结果与该结论一致。

（6）进一步值得研究的问题为：此配比牛粪基质是否适用于其他作物幼苗生长？

4 讨论

草炭资源分布不平衡，过度开采会破坏生态环境，因此寻找草炭基质的替代原料对保护生态环境有重要意义。诸多研究表明以牛粪为主的复配基质与草炭基质有相似的理化性质，此外，中国统计局显示中国养牛存样量达8915.3万头以上，具备以牛粪为育苗栽培基质的优势。

试验中以鸡粪和柠檬酸作为营养和酸性调节物质，鸡粪的氮、磷、钾等养分含量和抗生素含量高于牛粪，且有机质含量超过25%（不超过国家标准），可以补充牛粪基质养分不足的问题。另外，当前市场上工业级柠檬酸价格为0.0048元/g，用柠檬酸调节牛粪基质的pH值和EC值，所耗成本并不高，却可以使甜瓜幼苗获得较好的生长环境。