聶文星，于建興，李加友，陳雨

(嘉興學(xué)院 生物與化學(xué)工程學(xué)院，浙江 嘉興 314001)

草炭是濕地條件下植物殘體不完全碳化所形成的產(chǎn)物[1]，主要化學(xué)成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，具有保水、透氣和改良土壤等性能[2]。同時，草炭含有豐富的腐植酸，以及氮、磷、鉀等營養(yǎng)成分[3]，是純天然的有機(jī)物質(zhì)，具有無菌、無毒、無公害、無污染、無殘留等優(yōu)點(diǎn)，是優(yōu)良的栽培基質(zhì)。

無土栽培具有省地、省水、省肥、受環(huán)境影響小、作物生長快、產(chǎn)量高、質(zhì)量好、病蟲害少等諸多優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，是我國推廣建設(shè)“綠色生態(tài)”農(nóng)業(yè)的理想方式[4]。傳統(tǒng)的無土栽培基質(zhì)以草炭為主。由于我國對草炭資源進(jìn)行了限制性開采，草炭價格逐年升高，這制約了無土栽培技術(shù)的推廣和發(fā)展。目前，世界各國都在積極研究草炭的替代物，如加拿大用鋸末、以色列用牛糞和葡萄渣、英國用椰子殼等，均取得良好效果[5]。

本試驗(yàn)以水稻秸稈為原料，通過自然發(fā)酵，制備人工草炭，對比人工草炭和天然草炭理化性質(zhì)的差異，以及對櫻桃蘿卜出苗率和果實(shí)營養(yǎng)的影響，為基于秸稈發(fā)酵的人工草炭研發(fā)和應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2016—2017年在嘉興學(xué)院生化實(shí)驗(yàn)中心溫室進(jìn)行。所用基質(zhì)材料包括由水稻秸稈制備的人工草炭、采購的天然草炭和蛭石。

1.2 人工草炭制備

選用嘉興市郊當(dāng)年收割的水稻秸稈，風(fēng)干粉碎，過孔徑0.5 mm的篩板，得到直徑<0.5 mm的秸稈粉。按每1 kg秸稈粉加入2.7 L水、300 mL助腐劑的比例混合、拌勻，裝入發(fā)酵桶中，自然發(fā)酵30 d，期間定時翻堆，之后取出自然風(fēng)干，即為人工草炭。

1.3 處理設(shè)計

選用市售普通蛭石混合人工草炭或天然草炭作為復(fù)合基質(zhì)對櫻桃蘿卜進(jìn)行培養(yǎng)。共設(shè)計5個復(fù)合基質(zhì)配方：A，人工草炭∶蛭石1∶1(體積比，下同)；B，人工草炭∶蛭石2∶1；C，人工草炭∶蛭石3∶1；D，人工草炭∶蛭石3∶2；E(對照)，天然草炭∶蛭石2∶1。

育苗實(shí)驗(yàn)在日光溫室內(nèi)進(jìn)行，以55 ℃水燙種15 min，之后浸種6 h，播種。每個處理播種2育苗盤，每盤75孔，完全隨機(jī)排列。

待出苗率基本穩(wěn)定時，每處理抽樣10株，移栽入直徑13 cm的花盆內(nèi)。每天澆水1次，每次用噴壺均勻噴澆，澆透為止，培養(yǎng)30 d。

1.4 測定指標(biāo)及方法

1.4.1 草炭理化性質(zhì)

將發(fā)酵獲得的人工草炭和市場購置的天然草炭分別取樣干燥后，進(jìn)行性能檢測。容重：利用一定容積的環(huán)刀切割未攪動的自然狀態(tài)的草炭(基質(zhì))，使草炭(基質(zhì))充滿其中，稱量后，計算單位體積的烘干質(zhì)量。比重：將已知質(zhì)量的草炭(基質(zhì))放入液體中，排盡空氣，求出由草炭(基質(zhì))代換出的液體的體積。以烘干草炭(基質(zhì))(105 ℃)質(zhì)量除以體積，即為草炭(基質(zhì))比重。有機(jī)質(zhì)含量測定采用高錳酸鉀氧化法[6]；氮含量測定采用凱氏定氮法[7]；鉀、磷含量測定采用電感耦合等離子體法[8]。

1.4.2 櫻桃蘿卜出苗率

從播種到出苗穩(wěn)定期間，每隔2天對櫻桃蘿卜種子出苗率進(jìn)行觀察與測定，計算出苗率。

1.4.3 果實(shí)營養(yǎng)分析

待櫻桃蘿卜成熟，收獲塊根，隨機(jī)抽取各組樣品，每組2個平行，采用費(fèi)林法測定還原糖含量、凱氏定氮法測定總蛋白質(zhì)含量、2,6-二氯靛酚滴定法測定維生素C(VC)含量[9]。

2 結(jié)果與分析

2.1 人工草炭與天然草炭理化性狀對比

如表1所示，2種草炭的有機(jī)質(zhì)含量均較高(62.4%～65.2%)，但在氮、磷、鉀含量方面，人工草炭較天然草炭有較大優(yōu)勢，含磷、鉀、氮量高。人工草炭的總孔隙度大于天然草炭，容重小于天然草炭，說明人工草炭的通透性優(yōu)于天然草炭。二者指標(biāo)間差異的原因可能在于微生物作用周期差別：天然草炭埋于地表土層，經(jīng)長時間微生物作用，其中的礦物元素轉(zhuǎn)化為有機(jī)質(zhì)；而人工草炭以新鮮秸稈為原料，僅經(jīng)歷了短時間的發(fā)酵(一般不超過3個月)，其中的礦物元素利用(轉(zhuǎn)化)率和微生物生長量均比天然草炭低。

表1 人工草炭與天然草炭部分理化指標(biāo)對比

孔隙度大說明基質(zhì)較輕，較疏松，可容納的空氣和水較多，有利于根系生長，但植物易漂浮，錨定植物的效果較差；反之，則基質(zhì)較重，較堅實(shí)，水分和空氣的容納量小，不利于根系伸展，須增加供液次數(shù)。對于不同的農(nóng)作物，理想基質(zhì)的容重應(yīng)在0.1～0.8 g·cm-3，總孔隙度應(yīng)在54%～96%[10]。利用蛭石分別與2種草炭混合配比，得到的5組混合基質(zhì)的容重和總孔隙度見圖1，基本符合基質(zhì)要求。

圖1 復(fù)合基質(zhì)的容重和總孔隙度

2.2 復(fù)合基質(zhì)對種子出苗率的影響

出苗率檢測結(jié)果(圖2)表明：8～10 d各組的出苗率基本穩(wěn)定，最終出苗率都在80%以上，其中：A組出苗率最高，B組與對照組持平，而C、D組則略低于對照組。該結(jié)果與張文文等[11]存在差異，同樣的基質(zhì)配比，辣椒最終出苗率最高的是人工草炭∶蛭石體積比2∶1組，說明不同作物育苗對基質(zhì)的響應(yīng)不同，應(yīng)開展針對性的試驗(yàn)。

圖2 不同基質(zhì)對櫻桃蘿卜種子出苗率的影響

觀測期內(nèi)，A組的出苗率始終明顯高于對照組，說明該復(fù)合基質(zhì)對櫻桃蘿卜種子發(fā)芽有促進(jìn)作用，用秸稈發(fā)酵生產(chǎn)的人工草炭可替代天然草炭用于植物育苗。B組和D組的出苗率在前期較對照組有優(yōu)勢。這可能是由于秧苗生長初期根系延展旺盛，要求基質(zhì)的孔隙度大、容重小，以人工草炭與蛭石復(fù)合的基質(zhì)在這方面有優(yōu)勢。

2.3 復(fù)合基質(zhì)對櫻桃蘿卜營養(yǎng)成分的影響

如表2所示，從櫻桃蘿卜的還原糖、蛋白質(zhì)和VC含量上來看，基于人工草炭的復(fù)合基質(zhì)效果均優(yōu)于對照組，其中，以D組在3項(xiàng)指標(biāo)上均最高：還原糖含量4.90%，蛋白質(zhì)含量0.781%，VC含量340 mg·kg-1(以濕重計)。

表2 不同基質(zhì)對蘿卜營養(yǎng)成分的影響

3 小結(jié)

以新鮮秸稈發(fā)酵制備人工草炭，其有機(jī)質(zhì)含量與天然草炭接近，但氮、磷、鉀含量，以及總孔隙度等指標(biāo)優(yōu)于天然草炭。分別采用人工草炭和天然草炭與蛭石復(fù)配，檢測其對櫻桃蘿卜種子出苗率和營養(yǎng)成分的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在合適的配比下，人工草炭基質(zhì)下櫻桃蘿卜的種子出苗率和所測試的營養(yǎng)成分指標(biāo)優(yōu)于天然草炭。說明所制得的人工草炭可以替代天然草炭用于育苗、栽培。