不同配方沼渣基质对黄瓜育苗质量的影响
doi: 10.11838/sfsc.1673-6257.24426
李金霞1 , 陈思瑾2 , 李娟3 , 陈年来1 , 孙小妹1 , 方三叶4 , 王昱5
1. 甘肃农业大学资源与环境学院,甘肃 兰州 730070
2. 甘肃农业大学生命科学学院,甘肃 兰州 730070
3. 高台县经济作物技术推广站,甘肃 张掖 734300
4. 甘肃方正节能科技服务有限公司,甘肃 张掖 734300
5. 兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃 兰州 730050
基金项目: 甘肃省高校产业支撑项目(2020C-39) ; 甘肃省科技厅乡村振兴专项(23CXNA0002) ; 甘肃省科技厅科技重大专项 (24ZDNA004) ; 甘肃省科技重点研发计划(20YF8NH154)
Effects of biogas residue mixed substrates on growth and photosynthesis of cucumber seedlings
LI Jin-xia1 , CHEN Si-jin2 , LI Juan3 , CHEN Nian-lai1 , SUN Xiao-mei1 , FANG San-ye4 , WANG Yu5
1. Collage of Resource and Environmental Sciences,Gansu Agricultural University,Lanzhou Gansu 730070
2. Collage of Life Sciences,Gansu Agricultural University,Lanzhou Gansu 730070
3. Economic Crops Technology Promotion Station of Gaotai County,Zhangye Gansu 734300
4. Gansu Fangzheng Energy Saving Technology Service Co. Ltd.,Zhangye Gansu 734300
5. School of Energy and Power Engineering,Lanzhou University of Technology,Lanzhou Gansu 730050
摘要
开展以沼渣为主要原料的新型有机栽培基质的研究对高效利用沼气发酵残余物和农业可持续发展具有重要现实意义。将沼渣与泥炭、蛭石和珍珠岩按一定粒径和质量比混配成 4 种复合基质,以商品基质为对照 CK,以黄瓜种子为试验材料,研究混配基质的理化性质及其对黄瓜幼苗生长的影响。结果表明:(1)不同配方沼渣基质容重范围为 0.19 ~ 0.22 g/cm3 ,均极显著低于 CK;电导率范围为 1.58 ~ 2.15 mS/cm,GS2、GS3、GS4 处理的电导率均显著高于 CK;总孔隙度为 60.30% ~ 68.65%;混配基质的 pH 值和铵态氮含量均显著高于 CK,有机质和有效磷含量分别表现为 GS4>GS3>GS1>CK>GS2 和 GS2>GS1>GS3>CK>GS4。(2)不同配方沼渣基质黄瓜幼苗的株高、叶面积、根体积、地上鲜重、地下干重、总鲜重、总干重等均高于 CK,其中 GS3 处理的出苗率、株高、茎粗、地上鲜重、总干重、壮苗指数和生长函数(G)值均高于其他处理,表现出明显的生长优势。(3)主成分分析结果表明幼苗株高、茎粗、叶面积、地上鲜重与铵态氮、有效磷、pH 值、电导率正相关,根体积与气水比、铵态氮正相关,地下鲜重与与持水孔隙度和持水能力负相关,Mantel 分析显示壮苗指数和 G 值主要受铵态氮、容重、总孔隙度、持水能力和电导率的影响。(4)通过综合评价可知,GS3 处理综合评价指数最高(0.61),黄瓜幼苗综合生长状况最佳。综上,沼渣部分替代泥炭进行黄瓜育苗可以有效提高黄瓜幼苗质量,G3 配方处理黄瓜穴盘苗质量最佳。
Abstract
The research on new organic cultivation substrates using biogas residue as the main raw material is of great practical significance for further efficient utilization of biogas fermentation residues and sustainable agricultural development. This study used cucumber seeds as experimental materials and mixed biogas residue with peat,vermiculite,and perlite in a certain mass ratio to form four composite matrices. The physical and chemical properties of the mixed matrices and their effects on the growth of cucumber seedlings were studied using commercial matrix as a control(CK). The results showed that: (1)The bulk density range of different formulations of biogas residue matries varied from 0.19 to 0.22 g/cm3 ,all of them were significantly lower than that of CK. The electrical conductivity ranged from 1.58 to 2.15 mS/cm,with treatments GS2, GS3,and GS4 showing significantly higher conductivity than CK. The total porosity ranged from 60.30% to 68.65%. The pH value and ammonium nitrogen content of the mixed substrates were both significantly higher than CK,while the organic matter and available phosphorus content ranked as:GS4>GS3>GS1>CK>GS2 and GS2>GS1>GS3>CK>GS4,respectively. (2)The cucumber seedlings grown in different formulations of biogas residue substrates had higher plant height,leaf area, root volume,above-ground fresh weight,underground dry weight,total fresh weight,and total dry weight than CK,with treatment GS3 showing the highest germination rate,plant height,stem thickness,above-ground fresh weight,total dry weight,seedling vigor index,and growth function(G)value,which demonstrated a clear growth advantage,compared to other treatments.(3)Principal component analysis analysis indicated that the plant height,stem thickness,leaf area, and above-ground fresh weight of the seedlings were positively correlated with ammonium nitrogen,available phosphorus, pH value,and electrical conductivity. Root volume was positively correlated with air-water ratio and ammonium nitrogen. Underground fresh weight was negatively correlated with water-holding porosity and water-holding capacity. Mantel analysis showed that the seedling vigor index and G value were mainly influenced by ammonium nitrogen,bulk density,total porosity,water-holding capacity,and electrical conductivity.(4)Through comprehensive evaluation,it was found that treatment GS3 had the highest comprehensive evaluation index(0.61),indicating the best overall growth condition of the cucumber seedlings. In conclusion,partially replacing peat with biogas residue in cucumber seedling cultivation could effectively improve the quality of cucumber seedlings,with the G3 treatment providing the best quality of cucumber seedlings.
随着沼气产业的蓬勃发展,特别是大型沼气厂的建设,沼液和沼渣的有效处理已成为制约沼气产业可持续发展的主要因素之一[1]。沼渣是作物秸秆或 / 和畜禽粪便经厌氧发酵后再行固液分离得到的固体废弃物,厌氧发酵原料中的矿物质和其他营养物质主要留在沼渣中。含有微量元素、氨基酸、酶类和有益微生物的沼渣可作为植物肥料,如果科学处理和合理应用,其资源利用价值将得到最大化。育苗是蔬菜生产过程中的重要环节,育苗基质的质量是影响蔬菜幼苗生长的主要因素之一[2]。泥炭因其良好的阳离子交换能力、较少的植物毒性物质和较低的堆积密度等优势,已被广泛应用于育苗和提高作物产量[3]。随着育苗产业的发展和扩张,对泥炭的需求急剧增加,使泥炭成本增加的同时也使土壤碳库遭到破坏,导致大量温室气体的排放[4]。面对种苗业的市场需求增长和泥炭资源相关环境保护政策的制约,寻找环境友好、高质量、低成本的可替代育苗基质原料是育苗基质生产中亟须解决的问题。
现有研究中,有机废物通常被堆肥以生产有机肥料作为幼苗基质[5]。目前已有开展以菇渣[6]、椰糠[7]、花生壳[8]、蔗渣[9]、砻糠灰[10]、蚯蚓粪[11]、牛粪[12]、羊粪[13]等农林牧业废弃物为原料开发泥炭替代基质。蚯蚓粪替代泥炭后显著提高了基质的容重、pH 值、速效钾和有效磷含量[11], 20% 生物氢烷工程沼渣用于叶菜类育苗基质生产时幼苗综合生长状况最佳[14],园林废弃物堆肥和牛粪有机肥替代进口泥炭可以有效提高金盏菊品质[15],还有研究表明花生壳替代泥炭土能提升基质肥力促进金线莲生长,33% 泥炭土 +67% 花生壳的基质效果最佳[16]。尽管已有农林牧业废弃物可以部分替代泥炭作为蔬菜和花卉的育苗基质,但关于将沼气残留物用作蔬菜育苗生产的泥炭替代物的研究很少,替代比例、可行性及育苗效果等均需开展针对性研究。沼渣作为优质有机肥料的同时具备栽培基质原料的潜在应用价值。在育苗中使用沼气残留物不仅可以对残留物进行资源化处理,还可以节省幼苗成本。高价值的育苗基质亦可提高沼渣废物的价值。开展以沼渣为主要原料的新型有机栽培基质研究及应用,对进一步开展沼气发酵残余物的高效利用和农业可持续发展具有重要的现实意义。本研究将沼渣作为一种有潜力的泥炭替代品,与泥炭、蛭石和珍珠岩按一定质量比混配成复合基质,以商品基质为对照,选用目前生产上栽培面积较大、穴盘育苗技术应用比较普遍的黄瓜为试验材料,对比研究沼渣混配基质与商品基质的理化特性及其对黄瓜幼苗生长特性的影响,分析幼苗生长指标与基质理化性质的相关性,以期筛选出适合黄瓜育苗和栽培的以沼渣为主的最佳复配基质配方,探索规模化利用沼渣生产替代泥炭育苗基质的可行性,为设施蔬菜育苗栽培生产过程中沼渣的合理应用提供基础研究数据,也为沼渣的资源化利用提供有效途径。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试材料为“欣鲁源”商品育苗基质(对照基质,山东)和由牛粪沼渣(简称沼渣)、泥炭、珍珠岩、蛭石按不同比例组成的混配基质。供试黄瓜品种为‘中农 6 号’。
1.2 试验设计
育苗试验于 2023 年 5—7 月在甘肃农业大学校园日光温室内进行。4 个育苗基质配方采用一定粒径和质量分数的沼渣、珍珠岩、蛭石、泥炭配制而成,GS1[m(珍珠岩)∶ m(蛭石)∶ m(泥炭)∶ m(沼渣)=1∶4∶4∶10]、GS2[ m(珍珠岩)∶ m(蛭石)∶m (泥炭)∶m (沼渣)=1∶4∶4∶9]、GS3[m (珍珠岩)∶ m(蛭石)∶ m(泥炭)∶ m(沼渣)= 1∶4∶4∶11]、GS4[m(珍珠岩)∶ m(蛭石)∶ m (泥炭)∶ m(沼渣)=1∶4∶4∶7]。采用 105 孔穴盘育苗,育苗前,分别严格按各处理成分称取沼渣、珍珠岩、蛭石和泥炭,充分搅拌均匀,并在播种前测定混配基质理化性质。将各配方混配基质及商品基质(CK)拌水混匀后装入穴盘,做好标记,浇透水,黄瓜种子 50℃温汤浸种 30 min,浸种期间不断搅拌。装填好基质的穴盘叠放并按压 0.5 cm 深的小坑,将黄瓜种子平放,每穴 1 粒,每个处理播 3 盘,为 3 次重复。播种后覆盖 0.5~1.0 cm 厚度的同种基质,以刚好完全覆盖种子为宜,将穴盘置于日光温室中育苗。每天上午根据天气情况及基质干湿程度称重浇灌清水,各处理干湿程度基本保持一致。
1.3 测定指标与方法
1.3.1 基质理化性状指标
黄瓜播种之前测定混配基质和商品基质的理化特性,测定指标包括容重、总孔隙度、通气孔隙度、持水孔隙度、持水能力、pH 值、电导率、有机质和速效氮磷含量。基质容重采用环刀法测定; 总孔隙度、通气孔隙度和持水孔隙度的测定采用行业标准 NY/T2118—2012 规定的方法。基质铵态氮的测定采用氯化钾浸提-靓酚蓝比色法,有效磷的测定采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法;有机质的测定采用重铬酸钾外加热法。pH 值和电导率分别用雷磁 pHS-25 型 pH 计及雷磁 DDSJ-308 型电导率仪测定用去离子水浸提(水土比为 10∶1)后的滤液[17]
1.3.2 幼苗形态特征指标
播种后第 3 d 开始统计不同配比基质和对照商品基质中黄瓜的出苗率,出苗率 = 每盘出苗数 / 每盘孔数 ×100%。取播种后 20 d 的黄瓜幼苗,每个穴盘内避开周边位置,随机取 10 株进行株高(精度 1 mm 钢卷尺测定以穴盘基质表面到生长点的高度)、茎粗(精度 0.01 mm 电子游标卡尺在茎基部 1 cm 处测量)、叶面积(LI-COR 便携式叶面积仪测定)、根体积(排水法)、植株地上部与地下部的鲜重以及干重的测定(分别将地上部和地下部样品仔细清洗分离后称量鲜重,将称完鲜重的材料装入已编号的牛皮纸袋,置烘箱中 105℃杀青 30 min, 65℃烘 48 h 至恒重测定干物质重)。计算单株总鲜质量、单株总干质量、根冠比(干重)、壮苗指数及生长函数(G)。其中,根冠比 = 地下部分干质量 / 地上部分干质量,壮苗指数 =(茎粗 / 株高 + 根冠比)× 全株干质量,生长函数(G)= 全株干质量 / 育苗天数。
1.4 数据统计分析
采用 SPSS 19.0、Graphpad Pism 9.5 和 R 4.3.3 进行数据分析及数据可视化。采用 Mantel 分析确定指标间的相关性,采用主成分分析分析基质理化性质对幼苗生长的影响。采用隶属函数法对基质幼苗生长发育指标进行综合评价,若某一指标与幼苗长势正相关,则采用以下公式计算:X(u1)=(Xi-Xmin)/ (Xmax-Xmin);若某一指标与幼苗长势负相关,则采用以下公式计算:X(u2)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin),式中,i=1,2,3,···,n,X(u1) 和 X(u2) 分别为隶属函数值,Xi 为不同配比基质幼苗某一指标的测定值,Xmin、Xmax 为某一测定指标的最小值和最大值。将各处理所有指标的隶属函数值叠加后取平均值作为综合评价指数,综合评价幼苗质量。
2 结果与分析
2.1 沼渣混配基质的理化性质
沼渣混配基质和商品基质的物理性质如表1所示。不同配方沼渣基质容重在 0.19~0.22 g/cm3 之间,均极显著低于 CK(P<0.01),GS3 处理的容重显著高于 GS2 和 GS4 处理。各配方基质的总孔隙度为 60.30%~68.65%,其中 GS2 基质总孔隙度最低(60.30%),相较与 CK,GS2 和 GS3 处理的总孔隙度分别低 17.51% 和 12.41%,差异均达到显著性水平(P<0.05)。通气孔隙度表现为 CK>GS1>GS4>GS2>GS3,GS2、GS3、GS4 处理的总孔隙度均显著低于 CK 和 GS1 处理。持水孔隙度表现为 GS4>GS3>CK>GS2>GS1,GS4 和 GS3 处理的持水孔隙度均显著高于其余处理。GS2、GS3、GS4 处理的气水比极显著低于 CK 和 GS1 处理(P<0.01)。持水能力表现为 GS4>GS1>GS2>GS3>CK,GS1~GS4 各处理较 CK 分别高 19.17%、10.95%、9.60% 和 7.93%。沼渣混配基质的电导率为 1.58~2.15 mS/cm, GS1 处理与 CK 相较无显著差异,其他处理均显著高于 CK。
不同配方沼渣基质化学特性如表2所示。pH 值表现为 GS3>GS1>GS2>GS4>CK,混配各处理较 CK 分别高 19.17%、10.95%、9.60% 和 7.93%,差异均达到极显著水平(P<0.01)。有机质含量表现为 GS4>GS3>GS1>CK>GS2,GS4 处理显著高于其他各处理。铵态氮含量表现为 GS1>GS3>GS4>GS2>CK, GS1~GS4 各处理的铵态氮含量均显著高于 CK,分别高 93.85%、78.56%、93.85% 和 80.50%,GS1 和 GS3 处理间无显著差异。有效磷含量表现为 GS2>GS1>GS3>CK>GS4,GS4 和 CK 处理间无显著差异。
2.2 沼渣混配基质对黄瓜幼苗生长的影响
2.2.1 发芽率
图1可知,不同配方沼渣基质对黄瓜种子的萌发均具有一定影响。播种 3 d 后黄瓜在各基质中的发芽率效果排序为 GS3>GS1>GS2>CK>GS4,播种 7 d 后黄瓜在各基质中的发芽率效果排序为 GS3>GS2>GS1>GS4>CK,播种 9 d 后不同配方沼渣基质处理 GS1~GS4 中,GS3 处理出苗率最高。
1沼渣混配基质物理特性
注:不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05),不同大写字母表示处理间差异极显著(P<0.01),下同。
2沼渣混配基质化学特性
1沼渣混配基质对黄瓜发芽率的影响
2.2.2 幼苗形态特征
在供试的 4 种配方沼渣基质和商品基质中播种 20 d 后黄瓜幼苗的各项生长指标见图2。不同配方沼渣基质黄瓜幼苗的株高均高于 CK,GS1 和GS3 处理较 CK 分别高 41.76% 和 41.03%,差异均达到极显著水平(P<0.01)。茎粗表现为 GS3>GS1>GS2>CK>GS4,相较于 CK、GS1、GS2、GS4 处理,GS3 处理显著高 10.71%、4.86%、6.21%、 20.82%。对黄瓜幼苗叶面积而言,GS1、GS2、GS3 处理极显著高于 CK 和 GS4 处理(P<0.01)。幼苗根体积 GS3>GS1>GS4>GS2>CK,GS3 处理极显著高于其他处理,GS2、GS4 处理与 CK 相比无显著差异。
2.2.3 生物量分配
不同沼渣基质配方处理黄瓜幼苗地上鲜重和总鲜重均高于 CK,其中处理 GS3 的地上鲜重最高,其次是处理 GS1 和 GS2。处理 GS1 的总鲜重最高,处理 GS4 的总鲜重与 CK 相比无显著差异。处理 GS1、GS2、GS3 的总鲜重较 CK 分别高 55.94%、 35.61%、47.45%,差异极显著(P<0.01)。不同沼渣基质配方处理黄瓜幼苗地下干重和总干重均高于 CK,其中处理 GS3 的总干重最高,其次是处理 GS2 和 GS1。CK 总干重较 GS1、GS2、GS3 处理分别低 14.78%、22.47%、39.31%,差异均达到极显著水平(P<0.01)。
2沼渣混配基质对黄瓜幼苗形态指标的影响
注:不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05),不同大写字母表示处理间差异极显著(P<0.01),下同。
3沼渣混配基质对黄瓜幼苗生物量分配的影响
2.2.4 幼苗质量
不同基质中黄瓜幼苗的根冠比、壮苗指数和 G 值均存在一定差异。其中,GS1 混配基质中幼苗的根冠比均高于其他基质。GS1、GS2、GS4 处理极显著高于 GS3 和 CK(P<0.01)。GS3 混配基质中幼苗的壮苗指数和 G 值均高于其他基质,表现出明显的生长优势,GS2 混配基质次之。GS4 处理的壮苗指数和 G 值与 CK 相比无显著差异(P>0.05)。
2.3 幼苗生长与基质理化性质间的主成分分析
分析沼渣混配基质理化性质对幼苗生长的影响。第 1、2 主成分累计贡献率达 68.6%,PC1 的贡献率为 46.6%,其中载荷较高的基质理化性质是pH 值、铵态氮、通气孔隙度、总孔隙度、气水比、有效磷等指标;PC2 的贡献率为 22.0%,载荷较高的理化性质是电导率、有机质、持水孔隙度和持水能力等指标。幼苗株高、茎粗、叶面积、地上鲜重与铵态氮、有效磷、pH 值、电导率呈正相关;根体积与气水比、铵态氮呈正相关,与基质容重、总孔隙度和通气孔隙度呈负相关;地下鲜重与持水孔隙度和持水能力呈负相关(图5)。
2.4 育苗质量与基质理化性质间的相关性分析
Mantel 相关性分析结果表明,黄瓜幼苗总干重主要受基质铵态氮、容重、总孔隙度、持水孔隙度、电导率的影响,壮苗指数主要受铵态氮、容重、总孔隙度、持水孔隙度的影响,生长函数 G 主要受容重、总孔隙度、持水能力、电导率和铵态氮的影响(图6
4沼渣混配基质对黄瓜幼苗质量的影响
5幼苗生长与基质理化性质间的主成分分析
注:BD:容重;TP:总孔隙度;AP:通气孔隙度;WHP:持水孔隙度; AP/WHP:气水比;WHC:持水能力;EC:电导率;pH:pH 值;OM:有机质;A-N:铵态氮;A-P:有效磷。PH:株高;SD 茎粗;LA:叶面积;RV:根体积;SFW:地上鲜重;RFW:地下鲜重;TDW:总干重; SI:壮苗指数;G:生长函数 G。下同。
2.5 不同基质配比对黄瓜幼苗质量影响的综合评价
黄瓜的株高、茎粗、叶面积、鲜重、干重、根体积和根冠比等指标均可以反映幼苗的生长信息,但单一指标难以准确、全面地反映各基质中幼苗的生长发育状况,因此以这些指标作为生长介质质量的综合评价指标,采用隶属函数法对幼苗质量进行综合评价,结果如表3所示。沼渣混配基质的隶属函数平均值均高于 CK,表现为 GS3>GS1>GS2>GS4>CK。GS1、GS2 和 GS3 的隶属函数平均值均大于 0.5。根据基于生长指标的隶属函数综合评价,GS3 处理的黄瓜幼苗质量最佳。
6黄瓜幼苗质量与基质理化指标间的相关性分析
3黄瓜幼苗生长指标的隶属函数值及幼苗质量综合评价
注:深灰色底纹:隶属函数值 =0.7~1.0;浅灰色底纹:隶属函数值 =0.5~0.7;无底纹:隶属函数值 =0~0.5。PH:株高;SD 茎粗;LA:叶面积;TFW:总鲜重;TDW:总干重;R/S:根冠比;RV:根体积。
3 讨论
3.1 沼渣混配基质的理化特性
基质配方直接影响幼苗的生长发育,良好的基质配比可以为幼苗提供协调稳定的水、肥、气,是幼苗根系健康生长的基础[18]。理想的基质应具有高持水量、高总孔隙度和低容重等特点[19]。泥炭是植物育苗的优良基质,但作为不可再生资源其商业用途具有负面环境效应。本研究以沼渣作为生长介质进行部分替代泥炭用于黄瓜育苗,沼渣与泥炭、蛭石和珍珠岩按一定粒径和质量比混配后,各处理容重降低,均显著低于 CK。基质的容重与物料粒径和总孔隙度有关,Abad 等[20]研究表明理想基质的容重应小于 0.4 g/cm3,所有沼渣混配基质的容重都符合该推荐范围,保证气体能够通过基质自由交换,同时可运输性好,运输成本低。栽培基质适宜植物生长的总孔隙度、通气孔隙度和持水孔隙度的推荐范围分别为 54%~96%、15%~30% 和 36%~77%[21-22]。本研究中,各处理的通气孔隙度与 CK 相比有所降低,GS2、GS3、GS4 处理的通气孔隙度显著低于 CK,GS1 和 GS2 处理的持水孔隙度与 CK 相比有所降低,GS3 和 GS4 处理的持水孔隙度显著高于 CK 和其他处理,但沼渣混配基质的总孔隙度(60.3%~68.7%)、通气孔隙度 (16.5%~27.4%)和持水孔隙度(41.2%~48.1%) 均符合此推荐范围。
沼渣的添加改善了基质的 pH 值和电导率,且随沼渣添加量的增加而增加,可能是由于厌氧发酵过程分解利用了有机物,大部分矿物被保留下来,导致沼渣含盐量高[23]。一般,理想基质的 pH 值为 5.8~6.8,电导率 <2.5 mS/cm[20]。本研究中,所有处理的电导率都在理想值范围内,处理 CK、 GS1、GS2 和 GS4 符合理想基质的 pH 值,GS3 处理的 pH 值略高于推荐范围,这可能与本研究中选取的沼渣和泥炭 pH 值较高有关。Greco 等[24]的研究结果表明蚯蚓粪、堆肥和固体消化物可以作为种植鼠尾草的泥炭的有效替代品,伍梦起等[25]研究发现 <30% 的猪粪沼渣施用比例可显著改善育苗基质的通气孔隙度、提高养分含量,显著促进玉米、黄瓜、水稻幼苗生长,本研究也发现了同样的结果,沼渣混配基质在容重、孔隙度、有机质、营养元素方面与泥炭基质 CK 相比具有相似或更好的性能,利用沼渣作为生长介质替代泥炭种植黄瓜幼苗是可行的。
3.2 沼渣混配基质对育苗质量的影响
株高和茎粗可以直观地反映出植株的生长状况,植物生物量体现了各器官生物量分布差异和植物适应环境的生长策略,是衡量幼苗生长发育状况的重要指标[26]。本研究观察到不同沼渣混配基质处理的幼苗株高、茎粗、生物量存在差异,说明基质配方导致了株高、茎粗和生物量差异。Zhang 等[27]研究表明蘑菇渣替代泥炭作为育苗基质增加了番茄和黄瓜幼苗的株高、叶面积及生物量。王玉等[28]的研究中沼渣混合基质促进了番茄出苗率、株高、茎粗、根系活力和壮苗指数,本研究结果与之一致,相关性分析结果表明添加沼渣的混配基质通过调节 pH 值、电导率、容重、孔隙度,增加有机质、铵态氮、有效磷含量,可以提高幼苗的总生物量,育苗效果较好。黄瓜幼苗在 GS1、 GS2、GS3 处理的生长参数最好,其株高、茎粗、叶面积、鲜重和干重均高于 CK 处理。与 CK 相比, GS1、GS2、GS3 处理的沼渣混配基质幼苗具有较大的茎粗、根体积和根干重,这一结果可归因于沼渣提供的养分,沼渣在与珍珠岩、蛭石和泥炭混配成复合基质后,一方面有利于蓄水保肥,另一方面有利于植物对水分和养分的吸收。本研究中黄瓜幼苗株高、茎粗、叶面积、地上鲜重和总干重均与基质铵态氮、有效磷含量呈正相关,氮与叶面积、叶绿素合成、叶片光合能力、气孔导度和蒸腾速率密切相关,磷参与了植物光合作用、呼吸作用、能量代谢和信号转导等重要过程[29],沼渣混配基质中的营养物质对黄瓜幼苗的生长性能产生了积极影响。
壮苗指数和 G 值是反映植株幼苗质量和育苗成效的重要参数[30]。壮苗指数是衡量植物生长状况的一个综合指标,能够对幼苗的质量进行反映,体现出幼苗内部与外部、地上部与地下部之间协调生长,符合幼苗综合质量的特性[31]。G 值反映了幼苗在单位时间内的平均干物质积累速率,被视为生长健康和有活力的标志。宋志刚[32]的研究表明,以油菜秸秆或稻草秸秆为主的混配基质均能明显提高番茄幼苗的生物量及壮苗指数,能够替代泥炭进行番茄育苗。Meng 等[33]的研究表明奶牛粪沼渣替代部分泥炭作为生长介质可减少二氧化碳排放、产生经济效益,番茄和辣椒幼苗生长在 50% 的奶牛粪肥沼渣培养基中最佳,兔粪 60%~100% 代替泥炭对黄瓜和金盏菊的育苗性能更为适宜。本试验结果表明,沼渣混配基质处理的壮苗指数均高于 CK,随着沼渣添加量的增加,黄瓜幼苗的壮苗指数呈升高趋势。GS4 处理与 CK 壮苗指数相似,表明沼渣适合作为黄瓜育苗基质,35% 的添加量可以满足幼苗的营养需求。在 GS3 处理下,黄瓜幼苗壮苗指数和 G 值最大,育苗效果最佳。
4 结论
本研究结果表明沼渣是泥炭的合适替代品,在泥炭中添加沼渣改善了生长基质的物理和化学特性,促进了黄瓜幼苗的生长。GS3 混配基质中幼苗的壮苗指数和 G 值均高于其他基质,表现出明显的生长优势,GS2 混配基质次之。基于生长指标的隶属函数综合评价表明黄瓜在 GS3 处理时的幼苗质量最好。因此,GS3 配方(珍珠岩∶蛭石∶泥炭∶沼渣 =1∶4∶4∶11)育苗性能最佳。沼渣混配比例可根据不同作物的不同需求进一步优化。
1沼渣混配基质对黄瓜发芽率的影响
2沼渣混配基质对黄瓜幼苗形态指标的影响
3沼渣混配基质对黄瓜幼苗生物量分配的影响
4沼渣混配基质对黄瓜幼苗质量的影响
5幼苗生长与基质理化性质间的主成分分析
6黄瓜幼苗质量与基质理化指标间的相关性分析
1沼渣混配基质物理特性
2沼渣混配基质化学特性
3黄瓜幼苗生长指标的隶属函数值及幼苗质量综合评价
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