菇渣堆肥复配基质对黄瓜穴盘苗生长效应的综合评价

2023-11-25李其胜顾大路董青君殷小冬杨文飞杜小凤文廷刚贾艳艳徐永刚

江苏农业学报 2023年6期

李其胜, 顾大路, 董青君, 殷小冬, 杨文飞, 杜小凤, 文廷刚, 贾艳艳, 杨威, 徐永刚

(1.江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所,江苏淮安 223001;2.淮阴师范学院,江苏淮安 223300)

无土育苗是以草炭和蛭石等通气较好的材料作为基质,并浇施营养液进行育苗的一种方法[1]。该方法不仅可以保护根系,有效减轻病虫害,还有利于培育优质壮苗,提高幼苗的成活率和品质[2]。传统的草炭商品基质价格高,且是不可再生资源,寻找成本低、理化特性好的材料替代草炭作为育苗基质已成为当前的研究热点[3]。

据统计,中国年产约1.60×107t菇渣,如能将其堆肥化处理后作为育苗基质,不仅可以减少环境污染,还能变废为宝[4-5]。菇渣中含有丰富的多糖、蛋白质、有机质和多种酶等活性物质,且理化性质接近草炭[6],经堆肥后适合作为育苗基质。菇渣经发酵腐熟后能够降低其盐分和有害物质含量,提高腐殖化程度,增加养分含量[7]。田锁霞等[6]研究了菇渣和园林废弃物堆肥的理化性质及其在黄瓜育苗中替代草炭的效果,发现其替代比例不宜超过40%;陈贻钊等[8]认为将海鲜菇菇渣和红泥土复配可以满足西瓜幼苗的生长要求,其中海鲜菇菇渣用量为70%最为适宜;董传迁等[9]的研究结果表明,与利用秸秆堆肥和食用菇菇渣混合配制而成的草炭基质相比,玉米秸秆和棉籽壳、菇渣作为育苗基质育出的辣椒幼苗质量明显较好。

菇渣经高温堆肥后能达到无害化腐熟标准,但因其氮、磷、钾总养分含量较低,不能单独作为基质用于育苗[10]。牛粪堆肥是牛粪经发酵腐熟后的有机肥料,其养分含量较高,是良好的育苗基质材料[11]。前人研究结果表明,将牛粪堆肥添加园土进行育苗,可增加基质中的养分含量,显著提高蔬菜幼苗的壮苗指数和叶绿素含量[12-14]。尽管已有相关菇渣堆肥基质研究,但菇渣堆肥和牛粪堆肥、蛭石复配基质进行果蔬类育苗研究较少,且菇渣堆肥和牛粪堆肥在养分含量、电导率等理化性质方面存在互补优势。不同原材料的菇渣堆肥用于育苗基质的效果也存在差异。因此,本研究拟以主要成分为木屑、玉米芯和甘薯渣的菇渣堆肥搭配牛粪堆肥、草炭、蛭石进行不同配比,通过测定各配方的基质特性及其对黄瓜幼苗生长的影响,筛选出适宜黄瓜生长的最优基质配方,旨在为农业废弃物的合理利用提供新的途径。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试菇渣堆肥制备:菇渣为杏鲍菇栽培废料,其成分主要是木屑、玉米芯和甘薯渣等,经过粉碎,加入生物炭、微生物菌剂等添加剂,在泡沫箱中进行好氧发酵,堆体初始含水率调节至60%左右,每2 d翻堆1次,经过21 d,各项指标显示堆肥腐熟完成。菇渣堆肥的基本理化性质如下:pH 7.90,电导率1.75 mS/cm,有机碳含量365.73 g/kg,全氮含量20.60 g/kg,全磷含量6.28 g/kg,全钾含量17.34 g/kg,发芽指数140%,含水率36.34%。

供试黄瓜品种为致绿0159,市售。供试商品基质购自淮安市柴米河有限公司。牛粪堆肥、泥炭(丹麦进口品氏泥炭)、蛭石均为市售。

1.2 试验设计

试验于2022年7月在淮安市农业科学研究院温室大棚内进行。将菇渣堆肥、牛粪堆肥、草炭和蛭石按不同比例复配,各配比组合见表1。试验共设8个处理,分别以草炭基质(CK1)和市售育苗基质(CK2)为对照。基质混配后装入50孔育苗盘中,每穴1粒种子,播种后覆盖1 cm厚基质,每个处理3盘(即每处理3次重复,每重复50株幼苗)。播种完成后将基质浇透,在子叶展平期喷施复合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)水溶液,含量为0.1%,5 d后追施1次。

表1 不同基质配方

1.3 样品采集与测定

播种后5 d调查各处理出苗率,待种苗长到4叶1心(播种后20 d)后,每盘随机选取10株幼苗,测定株高、茎粗、叶绿素相对含量(SPAD值)、叶长、叶宽、地上部鲜质量和地下部鲜质量。测定时小心取出幼苗及根部基质,用游标卡尺测量株高和茎粗。将地上部和地下部用剪刀剪开后置于烘箱中,烘至恒质量后称取干质量。用SPAD仪测定叶绿素相对含量(SPAD值,取平均值)。根冠比和壮苗指数计算如下:

根冠比=地下部干质量/地上部干质量

(1)

壮苗指数=(茎粗/株高+地下部干质量/地上部干质量) ×总干质量

(2)

基质pH和电导率(EC)分别采用pH计和电导率仪测得;基质有机碳含量、全氮含量、全磷含量、速效磷含量和碱解氮含量的测定参照鲁如坤[15]的方法。

基质容重和孔隙度测定参照NY/T2118-2012的方法:称取已知容积为200 ml的环刀质量,记为M1;将干燥后的基质样品加入此环刀中,称取质量,记为M2;将装满基质样品的环刀浸泡在水中24 h,称取质量,记为M3;将环刀中水分沥干后,称取质量,记为M4,具体计算方式如下:

容重(g/cm3)=(M2-M1)/200

(3)

总孔隙度(%)=(M3-M2)/200×100%

(4)

通气孔隙度(%)=(M3-M4)/200 ×100%

(5)

持水孔隙度(%)=总孔隙度(%)-通气孔隙(%)

(6)

气水比=通气孔隙/持水孔隙

(7)

1.4 黄瓜植株形态指标的综合评价

植物形态指标综合评价采用隶属函数法[16],综合得分越高,说明植株生长效果越好。用下列公式计算:

U(Ea)=(Ea-Eb)/(Eb-Ec)。式中,U(Ea)为某一生长指标在各处理的隶属函数值;Ea为某一生长指标的测定值,Eb和Ec为该指标在各配方基质中的最大值和最小值。求各处理所有生长指标的隶属函数值的平均值,即为综合评价指数。

1.5 数据处理

采用Duncan’s法检验各处理间的差异性(P<0.05)。采用Excel 2016和Origin 2022b进行制表和作图。

2 结果与分析

2.1 不同茹渣堆肥复配基质的理化性质

由表2和表3可知,各处理基质原料配比不同,其理化性质也不相同。各处理育苗基质的容重为0.15～0.34 g/cm3,添加菇渣基质(T1～T6)的容重大于对照组,其中T6容重最大,CK1容重最小。添加菇渣的基质(T1～T6)总孔隙度和持水孔隙度显著低于CK1,尤以T2基质孔隙度最小。T5基质的通气孔隙度为9.17%,显著高于CK2处理,与其他处理相比无显著差异。气水比以T5基质最高,为0.17。

表2 不同茹渣堆肥复配基质的物理性质

表3 不同茹渣堆肥复配基质的化学性质

pH和EC是影响基质效果的重要指标,一般育苗基质适宜的pH为5.5～7.5,适宜的EC值小于2.6 mS/cm[17]。与CK1和CK2相比,添加菇渣的基质能显著增加基质pH和EC。T3基质的pH最高,为7.86,显著高于T5、T6基质和对照。各基质的EC值为0.74～3.34 mS/cm,其中T5基质的EC值最大,CK1的EC值最小。与对照(CK1、CK2)相比,添加菇渣堆肥的基质T1～T6能显著增加速效磷以及T4～T6基质能显著增加碱解氮含量。随着菇渣添加比例减少,基质速效养分含量也减少。CK1的有机质含量均高于其他基质,CK2有机质含量最低,为396.22 g/kg。与速效养分相似,不同基质处理全量养分差异明显,T1～T6基质全氮和全磷含量显著高于CK1和CK2处理。

2.2 不同茹渣堆肥复配基质对黄瓜幼苗生长的影响

从表4可知,所有基质的黄瓜出苗率达95%以上,其中T6基质出苗率最高,为99.33%。T6基质黄瓜幼苗的株高、茎粗和叶长均为最高值,分别为33.27 cm、4.71 cm和7.88 cm。与其他基质相比,CK2的叶绿素相对含量最高,T6基质次之,分别为36.40和31.01,显著高于CK1。地上部干质量和地下部干质量以CK2和T6基质较高。由图1和图2可知,T6基质的根冠比和壮苗指数均显著高于其他处理(壮苗指数中CK2除外),分别为0.21和0.12。

表4 不同茹渣堆肥复配基质对黄瓜幼苗生长的影响

CK1、CK2、T1、T2、T3、T4、T5、T6见表1。不同小写字母表示基质间差异显著(P<0.05)。

2.3 不同茹渣堆肥复配基质对黄瓜幼苗生长影响的综合评价

运用隶属函数法对各茹渣堆肥复配基质的黄瓜幼苗生长指标进行综合评价(表5)。CK1、T3、T4和T6基质的出苗率的评价系数明显高于其他基质。T6基质的株高、茎粗、叶长和叶宽的评价系数最高,数值均为1.00。地上部干质量和SPAD值评价系数以CK2最高,T6基质次之。根冠比评价系数以T6基质最高。地下部干质量和壮苗指数评价系数以CK2和T6基质较高。

通常某一复配基质的作物生长指标评价系数越大,说明使用该复配基质育苗效果更好[18]。在所有复配基质中,T6基质的综合评价指数最高,数值为0.90,其次是CK2,综合评价指数为0.73。综合评价指数最低的为CK1,仅为0.15。各复配基质下黄瓜幼苗生长综合评价指数的排序为T6>CK2>T4>T3>T5>T2>T1>CK1。

表5 不同茹渣堆肥复配基质下黄瓜幼苗生长指标的综合评价

2.4 茹渣堆肥复配基质特性与黄瓜幼苗生长指标的相关性

对黄瓜幼苗生长指标与育苗基质的理化性质进行相关性检验,结果(表6)显示,幼苗株高、茎粗与基质容重呈显著正相关,与有机质含量呈显著负相关;幼苗叶长、叶宽与基质容重、pH、电导率、速效磷含量、碱解氮含量、全氮含量和全磷含量呈显著正相关,与基质总孔隙度、持水孔隙度和有机质呈显著负相关;幼苗SPAD值和地上部干质量均与基质速效磷含量呈显著负相关;黄瓜幼苗根冠比与基质容重呈显著正相关。

表6 黄瓜幼苗生长指标与基质特性相关性分析

3 讨论

3.1 茹渣堆肥复配对育苗基质理化性质的影响

研究结果表明,未经腐熟的菇渣中含有许多对作物幼苗产生毒害作用的物质,需经高温发酵堆肥后才能作为无土栽培基质[19]。菇渣堆肥富含丰富的有机质和营养物质,可以显著提升基质的肥力,并提高幼苗成活率[20]。基质理化特性的好坏直接关系到幼苗的生长发育[21-22]。pH和电导率是衡量基质能否用于育苗的重要因子[23]。本研究中,所有处理的pH和EC值均处于适宜范围内,其中添加菇渣堆肥和牛粪堆肥处理的EC值偏高。浩折霞等[14]通过试验也发现,牛粪堆肥不适宜单独作为基质,需与草炭、蛭石等按照一定的比例进行混配来降低基质EC值。基质的容重和孔隙度是影响幼苗根系生长的重要指标[24]。前人研究认为,理想基质的容重为0.2～0.8 g/cm3,总孔隙度应为60%～90%[25]。试验结果表明,除T2、T3基质,其他基质的容重、总孔隙度均在适宜范围内,添加菇渣堆肥的复配基质容重显著高于CK1,总孔隙度、持水孔隙度均显著低于CK1。这是因为菇渣堆肥和牛粪堆肥有着较小的比表面积和孔隙度,可以有效改良草炭基质容重小等特点[26]。基质中养分含量的高低能够反映植物幼苗生长质量健康状况[14]。本研究中,菇渣堆肥复配基质的全量养分和速效养分含量均显著高于草炭基质,其中茹渣堆肥添加比例最高的T1基质养分含量最高,这与孙朝辉等[27]的研究结果相似,其研究结果表明茹渣堆肥复配基质的速效钾、碱解氮、速效磷含量随菇渣堆肥添加比例增加而明显上升。

3.2 不同茹渣堆肥复配基质对黄瓜幼苗生长发育的影响

不同茹渣堆肥复配基质由于理化性质不同,其育苗效果也各不相同。前人通过将菇渣和蛭石混合配制育苗基质,发现其可以显著促进黄瓜幼苗生长、提高生物量和根系活力[28]。赵海亮等[13]的研究结果表明,在沙化土中添加腐熟的牛粪和菇渣,可以有效促进番茄植株生长发育,提高番茄产量。本试验测定了黄瓜幼苗的各项生长发育指标,结果表明,添加菇渣堆肥和牛粪堆肥的复配基质(T1～T6)黄瓜幼苗的株高、茎粗、叶长、叶宽及地下部干质量较CK1明显增加。根冠比和壮苗指数是反映幼苗质量高低的重要指标[29-34]。本研究中,T6基质的根冠比和壮苗指数显著高于其他处理,表明在其复配基质中黄瓜幼苗生长更健壮,根系更发达。与传统基质相比,菇渣堆肥复配基质的养分含量较高,一是因为菇渣堆肥和牛粪堆肥具有丰富的氮、磷等大量营养元素和中微量营养元素;二是因为菇渣堆肥和牛粪堆肥具有团粒结构,使得基质养分不易淋失,在育苗过程中能持续供给有效养分[8];此外,菇渣堆肥复配基质的容重和通气孔隙度等物理性质也得到有效改善,具有保持水分和通气、促进幼苗扎根的作用。

仅通过单一指标不能准确判断在各复配基质中植株的生长质量[35],本试验采用隶属函数法对黄瓜幼苗各生长指标进行综合评价分析,发现T6基质的综合评价指数最高,其后依次为CK2、T4、T3、T5、T2、T1、CK1,这说明植株生长综合评价指数随着菇渣用量增加而降低,尤以T6基质的30%添加量对幼苗健壮生长最为适合。不同原材料的菇渣堆肥可能对幼苗生长效果不同,如常晓晓等[36]利用以主要成分为棉籽壳和麦糠的菇渣作为基质育苗,结果表明,菇渣和蛭石3∶1复合基质的幼苗综合评价系数最高。而陈菲等[37]认为,菇渣粒径大小是影响基质理化特性的重要因素,粒径不同对基质育苗效果影响也不同。

3.3 茹渣堆肥复配基质理化性质与黄瓜幼苗生长指标的相关性

本研究中,黄瓜幼苗叶长、叶宽与基质养分含量(氮、磷)呈显著正相关关系,说明较高的基质养分含量有利于植株叶片生长,促进幼苗生长发育[38]。株高、叶长、叶宽与基质的容重呈显著正相关关系,与基质总孔隙度呈显著负相关关系,这和前人的研究结果相似,容重大,基质总孔隙度小,有利于幼苗扎根,促进幼苗健壮[39]。叶片SPAD值与基质电导率、速效磷含量呈显著负相关关系,这是因为随着菇渣堆肥添加比例的增加,复配基质中的速效磷含量增加,但同时也增加了基质中可溶性盐含量,盐分含量较高可能会抑制光合作用过程中各种酶的活性,影响叶片光合作用,不利于叶绿素的形成。这与李蒙等[39]采用砻糠灰混配基质在甜瓜栽培上的应用研究结果相反,其结果表明EC值越大,SPAD值也越大,这是因为砻糠灰较菇渣堆肥养分含量少且EC值小,EC值增大不会对幼苗造成毒害,且会增加基质中的营养物质,促进幼苗有机物质的合成,从而增加黄瓜幼苗的叶绿素相对含量。