賈廷新，王曉巍,2，頡建明，王文麗

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所，甘肅 蘭州 730070；3.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所，甘肅 蘭州 730070)

近年來，我國的設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，隨著設(shè)施生產(chǎn)面積的增加，種植作物種類及設(shè)施類型的多樣化，管理水平的不斷提高，大大提高了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，設(shè)施園藝的栽培總面積每年以平均18.5%的增長率增長[1].為了解決耕地緊張、生產(chǎn)效率低等問題，將無土栽培與設(shè)施園藝結(jié)合，在一定程度上可緩解耕地緊張的情況，也更進(jìn)一步提高了作物的產(chǎn)量和品質(zhì).無土栽培改變了傳統(tǒng)的栽培方式，在全世界設(shè)施園藝生產(chǎn)中得到了快速發(fā)展[2]，基質(zhì)無土栽培技術(shù)也越來越受到廣大農(nóng)民的歡迎，基質(zhì)的需求也隨之越來越大[3].辣椒(Capsicumannuum)是人們喜食的蔬菜和辛辣香料作物，是世界第二大消費(fèi)蔬菜，其含有維生素，類胡蘿卜素和礦物質(zhì)等多種人體需要的營養(yǎng)成分深受人們的喜愛[4]，因此辣椒的生產(chǎn)必然會帶來巨大收益，為了促進(jìn)辣椒早熟，提高產(chǎn)量和品質(zhì)，利用基質(zhì)育苗成為辣椒生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)[5].

禽畜糞便在生物質(zhì)資源總量中占比最大[6]，甘南州是我國“六大牧區(qū)”之一，畜牧業(yè)是全州的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和特色產(chǎn)業(yè)，全州每年可利用的羊糞總量約為40萬t.羊糞中含有較高的N、P、K元素，取用和處理都比較方便，是制作有機(jī)基質(zhì)的上佳原料[7].腐殖酸主要是植物遺骸經(jīng)過微生物的分解與轉(zhuǎn)化，在一系列化學(xué)反應(yīng)中積累起來的有機(jī)物質(zhì)，它的總量數(shù)以萬億噸計(jì)，因其天然性和綠色環(huán)保受到了國內(nèi)外科技人員的廣泛關(guān)注[8].目前，腐殖酸在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用主要是作為肥料[9]、保水劑[10]及土壤改良劑[11].此外，草炭因其良好的理化性質(zhì)一直被作為基質(zhì)原料使用[12]，加入適宜草炭更有利于幼苗的生長，但基于可持續(xù)利用的發(fā)展觀念，需要高質(zhì)量和低成本的材料來代替部分或者全部草炭[13].

甘南藏族自治州是甘肅省的主要畜牧業(yè)基地，在畜牧業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，伴隨著大量禽畜糞便的產(chǎn)生，這些禽畜廢棄物沒有被合理的利用，不但會影響資源的浪費(fèi)，而且會導(dǎo)致一系列環(huán)境問題[14].為了讓畜牧業(yè)綠色可循環(huán)發(fā)展，尋找讓農(nóng)業(yè)廢棄物變廢為寶的途徑具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義.大量研究表明，將牛糞基質(zhì)化能很好地提高資源利用率[15-16]，但將羊糞基質(zhì)化利用進(jìn)行茄果類蔬菜育苗的研究相對較少.因此，本試驗(yàn)選用腐熟羊糞、腐殖酸煤、國產(chǎn)草炭，再加入無機(jī)原料珍珠巖，研究它們作為辣椒育苗基質(zhì)的適宜配比，為甘南草原羊糞的再利用和代替部分草炭提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料及儀器

1.1.1 材料 隴椒10號辣椒，購于甘肅民圣農(nóng)業(yè)科技有限責(zé)任公司.羊糞取自甘南藏族自治州夏河縣甘加草原，經(jīng)高溫發(fā)酵腐熟后過4 mm篩備用.商品基質(zhì)由壽光市土博士育苗基質(zhì)廠生產(chǎn)，并與腐殖酸煤、草炭購于蘭州農(nóng)意農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料有限公司.

1.1.2 儀器 PHSJ-4F型pH計(jì)；DDS-307A型電導(dǎo)率儀；K1100型凱氏定氮儀；AP1302型火焰分光光度計(jì).

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020年5月～8月在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院內(nèi)進(jìn)行，采用四因素三水平的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共有9種不同配比的基質(zhì)(表1)，以常規(guī)商品育苗基質(zhì)作對照，每個(gè)處理設(shè)置4個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)8株.選取完整、大小均勻的辣椒種子進(jìn)行催芽處理，待種子露白，選擇發(fā)芽相對一致的種子移入32孔裝有育苗基質(zhì)的穴盤中，苗期采取常規(guī)方法管理.每種配料的理化性質(zhì)見表2.

表1 不同處理的基質(zhì)配比(質(zhì)量比)

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 基質(zhì)物理、化學(xué)性質(zhì)的測定 各基質(zhì)的容重、總孔隙度、通氣孔隙度、持水孔隙度、pH、EC、有機(jī)質(zhì)含量、水解性氮含量、速效磷含量、速效鉀含量，按國家農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 2018-2012(蔬菜育苗基質(zhì))規(guī)定的方法測定.共有9個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)測定3次.

1.3.2 出苗率的測定

出苗率=辣椒幼苗出苗數(shù)/播種的辣椒幼苗總數(shù)

1.3.3 植株生長生理指標(biāo)的測定 培育30 d后開始測量辣椒生長和生理指標(biāo)： 株高：用直尺測量；莖粗：用游標(biāo)卡尺測量子葉處莖粗.植株干鮮質(zhì)量：測定辣椒地上部分時(shí)，先剪取地上部分以便裝入紙袋，稱得的質(zhì)量即為鮮質(zhì)量，然后將裝入辣椒地上部的紙袋放入105 ℃烘箱進(jìn)行殺青30 min，最后再將溫度降至80 ℃烘72 h至恒質(zhì)量后，稱得的質(zhì)量即為其地上部干質(zhì)量.葉面積：用作物葉片形態(tài)測定儀TPYX-A測定.

表2 配料的理化性質(zhì)

壯苗指數(shù)=(莖粗/株高+地下部干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量)x全株干質(zhì)量[17]

根冠比=地下干質(zhì)量/地上干質(zhì)量

葉綠素：采用SPAD-502 Plus型便攜式葉綠素儀測定；可溶性蛋白含量：考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測定[18]；可溶性糖含量：蒽酮法測定[19].

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，利用SPSS 25.0軟件進(jìn)行單因素方差分析(Duncan法).主成分分析計(jì)算公式：綜合得分(F)=λ1F1+λ2F2+…λnFn，式中：λ表示對應(yīng)主成分的貢獻(xiàn)率；Fn表示單個(gè)主成分得分值.綜合得分高的為最優(yōu)基質(zhì)配方.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同配比基質(zhì)的理化性質(zhì)與養(yǎng)分含量

由表3可見，各處理和對照pH整體偏弱酸性，其中對照pH最低，T7的pH最大，各處理的pH均處于5.30～6.06；不同配比基質(zhì)的EC值差異較大，CK的EC值較低，顯著低于其他處理，T7的EC值最大，T9次之，顯著高于其他處理；各配比基質(zhì)容重在0.334～0.485 g/cm3，T1和T6的容重顯著高于CK，其他處理的容重與CK無顯著差異；基質(zhì)通氣孔隙度以CK最高，T1次之；持水孔隙度以T5最高，CK最低，T5較CK提高了179%；各處理基質(zhì)的總孔隙度均在60%～90%的理想范圍內(nèi)，T5的總孔隙度顯著高于CK與其他處理.總孔隙度大，說明基質(zhì)比較疏松，容納的空氣和水的量大，有利于根系的生長[20]，T5較CK更適合植株的生長；從表3中還可以看出，各配方基質(zhì)的水解性氮含量之間差異顯著，除T1和T2外，其余各配方基質(zhì)的堿解氮含量都高于CK；各配方基質(zhì)的速效磷含量以CK最高，T5次之；速效鉀含量以T5最高，達(dá)到了1 597 mg/kg，比CK提高了391%；各配方基質(zhì)的有機(jī)質(zhì)含量均高于CK，其中T1有機(jī)質(zhì)含量最高，比CK提高了83%，在各配方基質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)中，除了速效磷含量低于CK，其他均高于CK，這表明各配方基質(zhì)的養(yǎng)分高于CK，能為植株提供更高的養(yǎng)分.

表3 不同配比育苗基質(zhì)理化性質(zhì)

2.2 不同配比基質(zhì)對辣椒幼苗生長的影響

2.2.1 不同配方基質(zhì)對辣椒出苗率的影響 由表4可見，播種后第3天，開始記錄辣椒出苗率，到播種第18天完全出苗.在播種后第3天到播種后第12天期間，不同配比基質(zhì)辣椒的出苗率間差異顯著，其中T5的出苗率最高，遠(yuǎn)高于其他處理，在播種后第6天，各處理間的出苗率排序?yàn)門5>CK>T4>T6>T7>T2>T8>T9>T1,在播種后第9天，除T1和T9外，各處理間出苗率增長速度逐漸下降，在第18天時(shí)各處理的出苗率達(dá)到最大，均在87%以上.在播種后第3天到播種后第12天期間，T5的出苗率最高，這表明T5更適合辣椒種子的生長.

表4 不同配比基質(zhì)對辣椒出苗率的影響

2.2.2 不同配方基質(zhì)對辣椒幼苗生長的影響 干鮮質(zhì)量是評價(jià)幼苗質(zhì)量的重要指標(biāo)，試驗(yàn)中不同配比基質(zhì)對辣椒幼苗干鮮質(zhì)量的影響見表5.T5的地上部鮮質(zhì)量和地上部干質(zhì)量最大，T4次之，均高于CK，顯著高于其他處理，T5和T4地上部鮮質(zhì)量分別比CK高38.3%、17.2%，地上部干質(zhì)量分別比CK高20.1%、9.6%.地下部鮮質(zhì)量和地下部干質(zhì)量以處理CK最大，T5次之，且顯著高于其他處理，這說明T5處理地上部干物質(zhì)積累量較大，育苗效果較好.由表5可見，T5的植株最高，T4次之，T1植株最矮，其他處理間差異不顯著，其中T5、T4的株高較CK分別提高了28.1%、13.5%；T5、T4、T7的莖粗都顯著高于CK，CK與T6、T8、T9間無顯著差異，T2的莖粗最小，T2、T1、T3間差異不顯著；T5的葉面積最大，達(dá)到了2 026 mm2，和CK間差異不顯著,T1的葉面積最小為698 mm2，T5較T1提高了190%，各處理間葉面積的排序?yàn)門5>CK>T4>T8>T9>T6>T7>T2>T3>T1；T1和CK的根冠比差異不明顯，T5的根冠比顯著低于CK；在壯苗指數(shù)中CK最高，T5僅次于CK.

表5 不同配比基質(zhì)對辣椒生長的影響

2.3 不同配方基質(zhì)對辣椒生理指標(biāo)的影響

由圖1可見，T5處理葉綠素SPAD值最高，T6僅次于T5，T6和T5顯著高于CK，T5、T6處理的SPAD值較CK分別提高了3.37%、2.1%，T4和CK間無顯著性差異，T1葉綠素SPAD值最小，T2、T8、T9處理間差異不顯著，各處理間葉綠素含量排序?yàn)門5>T6>CK>T4>T2>T8>T9>T3>T7>T1，這表明T5能夠更好地進(jìn)行干物質(zhì)的積累.

圖1 不同配比基質(zhì)對辣椒葉片中葉綠素含量的影響Figure 1 Effects of different substrates on chlorophyll content in pepper leaves

從圖2可以看出， T5處理可溶性糖含量最高，T4處理次之，T5和T4處理顯著高于CK和其他處理，T5和T4的可溶性糖含量較CK分別提高了13.6%、4.6%，表明T5處理新陳代謝旺盛，利于植株生長；CK處理的可溶性蛋白含量最高，為3.21 mg/g，T4、T5處理次之，T5與CK、T4、T9處理之間無顯著差異，T3處理含量最低為2.15 mg/g，可溶性蛋白含量由大到小排序?yàn)镃K>T4>T5>T9>T7>T8>T6>T2>T1>T3，表明CK、T4、T5處理植株長勢較好，合成了較多的蛋白質(zhì).

圖2 不同配比基質(zhì)對辣椒葉片可溶性糖含量和可溶性蛋白含量的影響Figure 2 The effect of different matrix ratios on the soluble sugar content and soluble protein content of pepper leaves

2.4 不同配比基質(zhì)對辣椒幼苗生長、生理指標(biāo)影響的綜合性評價(jià)

主成分分析是將多個(gè)指標(biāo)通過正交變換轉(zhuǎn)化為個(gè)數(shù)較少、彼此不相關(guān)并且可以綜合反映原來多個(gè)性能指標(biāo)的綜合指標(biāo)，并計(jì)算樣本相關(guān)矩陣的累積貢獻(xiàn)率，一般以累積貢獻(xiàn)率達(dá)85%以上確定主成分個(gè)數(shù)[21].對各處理生長及生理指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，利用降維原理，得到用來評價(jià)各個(gè)生長、生理指標(biāo)的主成分，即用較少的幾個(gè)綜合指標(biāo)代替原來較多的評價(jià)指標(biāo)，使得這些指標(biāo)保留原來指標(biāo)絕大多數(shù)信息[22].如表6所示，發(fā)現(xiàn)前兩個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率為85.18%，符合條件，說明所提取的公因子已經(jīng)有很好的代表性，因此選用提取出的兩個(gè)主成分代替原來的13項(xiàng)指標(biāo)變量.從表6可以看出第一主成分貢獻(xiàn)率達(dá)到67.874%，第一主成分中主要以地上鮮質(zhì)量的影響為主；第二主成分貢獻(xiàn)率為17.3%，第二主成分中主要以地下干質(zhì)量的影響為主.

表6 相關(guān)系數(shù)矩陣的特征值、貢獻(xiàn)率及累計(jì)貢獻(xiàn)率

利用因子得分系數(shù)陣，將所有的主成分表示為各個(gè)變量的線性組合，得出各個(gè)處理第一主成分和第二主成分的具體參考值，再結(jié)合兩個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率，得出綜合得分，進(jìn)而得到綜合排名.由表7可以看出，T5處理綜合得分遠(yuǎn)高于CK和其他處理，說明T5基質(zhì)配方對辣椒幼苗更有益，為最適基質(zhì)配方.

表7 不同處理辣椒的生長生理指標(biāo)綜合評價(jià)結(jié)果

3 討論

育苗基質(zhì)作為無土栽培過程中的核心，影響著幼苗的生長狀況，它具有很重要的作用，如保持養(yǎng)分、水分的供應(yīng)、提供穩(wěn)定協(xié)調(diào)的根際環(huán)境條件、還具有透氣性和緩沖性，這樣的條件下植株才可以健康的生長[23].一般育苗基質(zhì)的pH值以5.8～7.0為好，辣椒在微酸性環(huán)境中生長良好，當(dāng)pH>8時(shí)會出現(xiàn)生長不良等現(xiàn)象[24].EC值會直接影響到幼苗的生長狀況，育苗基質(zhì)適宜EC值范圍為0.5～2.6 ms/cm[25].在本研究中，將腐熟的羊糞與傳統(tǒng)草炭和腐殖酸煤混合，各配方基質(zhì)的pH、EC、容重、孔隙度都在適宜范圍內(nèi)，其中pH為5.30～6.06，各配方基質(zhì)EC值為0.27～1.13 ms/cm，容重0.334～0.485 g/cm3，符合理想育苗基質(zhì)的物理性質(zhì)[26]；總孔隙度越大，基質(zhì)越輕，容納空氣和水的量也越大，有利于根的發(fā)育[27]，在本試驗(yàn)中，不同配比基質(zhì)的總孔隙度均在60%～90%的理想范圍內(nèi)，T5處理的總孔隙度顯著高于CK與其他處理；適宜的育苗基質(zhì)應(yīng)該具備一定理化性質(zhì)，將禽畜糞便進(jìn)行合理的復(fù)配可以使得基質(zhì)擁有良好的理化性質(zhì)，提高基質(zhì)的養(yǎng)分含量[28].蘆偉等[29]研究發(fā)現(xiàn)羊糞可以促進(jìn)植物根系發(fā)育，提高產(chǎn)量.本研究中，T5配方中的堿解氮含量、速效鉀含量、有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于CK和其他處理，為辣椒幼苗的生長提供了豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，故該配方下辣椒長勢最好.

楊建波等[30]研究發(fā)現(xiàn)出苗率的好壞影響后期作物的產(chǎn)量，出苗率越好則說明基質(zhì)適合幼苗的培育，在本試驗(yàn)中，T5處理出苗速度最快，出苗率最高，達(dá)到了93.75%，顯著高于對照和其他處理，這表明T5配方基質(zhì)更適合幼苗的生長；葉綠素含量能夠反映葉片的光合能力，植物生長所需要的能量是通過光合作用來完成的，因此葉綠素含量也能很好地反映植株生長情況[31]；本研究中T5處理的葉綠素含量高于其他處理，說明T5處理生長較好，有機(jī)物合成較多.孫常青等[32]研究認(rèn)為，植物體內(nèi)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謝和貯藏的主要形式，含量越高，新陳代謝越旺盛，長勢也越好；可溶性蛋白是構(gòu)成細(xì)胞組織的主要材料，與生命活動(dòng)息息相關(guān)，它的含量在一定程度上決定了植株的生理狀況[33].研究中T5處理的可溶性糖含量顯著高于其他處理，可溶性蛋白含量和CK、T4處理相同，均高于其他處理，這表明T5處理生長旺盛代謝能力較強(qiáng)，這與孫常青的研究結(jié)果相似.

王瑞霞等[34]利用主成分分析法評價(jià)油菜的抗旱性，篩選出了抗旱性品種；王娟等[35]利用主成分分析法綜合評價(jià)影響基質(zhì)理化性質(zhì)的主要因子.試驗(yàn)中對各處理的生長及生理指標(biāo)數(shù)據(jù)利用主成分分析法進(jìn)行綜合評價(jià)，得到各基質(zhì)的綜合排名，其中T5的綜合排名最高，說明T5基質(zhì)配方更適合辣椒幼苗生長，為最適基質(zhì)配方.

4 結(jié)論

不同配方的復(fù)合基質(zhì)的容重、孔隙度、pH、EC等基質(zhì)理化性質(zhì)都在適宜范圍內(nèi)，符合育苗基質(zhì)的要求，其中T5的水解性氮含量、速效鉀含量、有機(jī)質(zhì)含量都顯著高于CK，T5的可溶性糖含量和葉綠素SPAD值顯著高于CK.利用主成分分析法對不同處理進(jìn)行綜合打分，最終得出T5處理為4.383分，排名第一，遠(yuǎn)高于CK的2.714分，為最佳配比.因此，以甘南草原羊糞發(fā)酵物代替部分草炭循環(huán)再利用進(jìn)行辣椒育苗應(yīng)用前景廣闊.