蚯蚓粪配比的泥炭基质特性及其栽培的小型西瓜幼苗生长状况

戴小红 黄鹂鸣

摘  要  以蚯蚓糞按照不同体积比替代泥炭作为基质开展小型西瓜育苗试验，研究蚯蚓粪配比的泥炭基质特性及其栽培的小型西瓜幼苗生长状况。结果表明，随着蚯蚓粪添加比例的增加，基质的pH、电导率（Electric conductivity， EC）、干容重、湿容重总体呈逐渐上升趋势，最大持水量、总孔隙度、毛管孔隙度则呈逐渐下降趋势，当蚯蚓粪所占比例达到或超过50%可能给基质物理特性带来不利影响。添加了蚯蚓粪的基质，细菌和真菌数量明显下降，尤以细菌数量的降幅最大，微生物总量随之大幅降低。小型西瓜幼苗在S2基质（含10%蚯蚓粪）中的株高、茎粗、生物量、根长、根表面积均为最高，生长状况最好，综合评价得分最高，表明在泥炭基质中添加10%蚯蚓粪有利于提升小型西瓜育苗效果。相关性分析结果显示，小型西瓜幼苗的生长受基质物理特性的影响较大，其茎粗、根长及综合评价得分与基质干、湿容重呈极显著或显著负相关，与基质最大持水量、总孔隙度和毛管孔隙度呈极显著或显著正相关。

关键词  蚯蚓粪;泥炭;基质特性;小型西瓜;幼苗生长中图分类号  S627      文献标识码  A

Properties of Peat Based Substrates Mixed with Vermicompost and Growth ofMini-watermelon SeedlingsCultivated in the Mixed Substrates

DAI Xiaohong， HUANG Liming

Zhanjiang Experimental Station， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Zhanjiang， Guangdong 524013， China

Abstract  A mini-watermelon nursery trial was conducted on substrates with vermicompost replacing peat in different volume ratio， and substrate properties as well as seedling growth were studied. The results showed that with the increase of vermicompost proportion， the pH， electrical conductance （EC）， dry and wet bulk density of substrate increased almost gradually， meanwhile the maximum water holding capacity， total porosity and capillary porosity decreased gradually. It might be harmful to substrate physical properties when vermicompost proportion reached or exceeded 50%. With the addition of vermicompost， the quantity of bacteria and fungi in the substrate decreased obviously， especially that of bacteria. The plant height， stem diameter， biomass， root length and root surface area of mini-watermelon seedlings grown in substrate S2 （containing 10% vermicompost） were all the highest. Thus the growth situation and comprehensive evaluation score were all the best. It indicated that the addition of 10% vermicompost in peat was beneficial to improving the mini-watermelon nursery effect. According to the result of correlation analysis， the growth of mini-watermelon seedlings was greatly affected by the physical properties of substrates. Specifically， the stem diameter， root length and comprehensive evaluation score of mini-watermelon seedlings was extremely significant or significant negative correlation to dry and wet bulk density of substrate， while extremely significant or significant positive correlation to maximum water holding capacity， total porosity and capillary porosity.

Keywords  vermicompost; peat; substrate properties; mini-watermelon; seedling growth

DOI10.3969/j.issn.1000-2561.2019.09.003

育苗是园艺栽培的重要环节。在现代农业生产中普遍采用穴盘育苗，因其具有生产效率高、成苗质量好、移栽缓苗快和操作简便等优点，适合工厂化和规模化园艺生产的需要^[1-2]。基质是穴盘育苗的关键因素之一，良好的基质理化特性对壮苗形成至关重要。目前主流育苗基质仍以泥炭为主，其性能优良、育苗效果好，但泥炭具有资源不可再生性，价格较高，且作为单一基质具有再吸水力较差、酸性较强等不可克服的局限性^[3-4]，因此寻找其他基质材料替代或部分替代泥炭在育苗基质中的作用有利于生态环境保护、生产成本控制以及基质性能的改善。蚯蚓粪是通过蚯蚓消化有机废弃物而产生的均匀颗粒，具有良好的团粒结构，酸碱度中性，具有保水保肥性能，且富含养分，有利于植物生长^[5]。本研究通过在泥炭育苗基质中添加不同比例的蚯蚓粪，研究蚯蚓粪对泥炭基质特性和小型西瓜幼苗生长的影响，旨在为园艺生产中规模化育苗基质的选择及蚯蚓粪的基质化利用提供参考。

1  材料与方法

1.1材料

供试蚯蚓粪由木薯渣和牛粪经“大平二号”蚯蚓（Eisenia foetida）消化而得，全氮含量1.66%、全磷含量0.59%、全钾含量0.86%、有机质含量31.68%;供试泥炭（芬兰进口，育苗专用）购于市场，全氮含量1.01%、全磷含量0.35%、全钾含量0.32%、有机质含量79.15%。按照不同体积比添加蚯蚓粪替代泥炭作为育苗基质，基质编号与配比见表1。将配制好的基质装入32孔穴盘中，每种基质分别装满1个穴盘，每个处理各重复2次，随机排列。播种前将基质充分润湿。

1.2 方法

1.2.1  种子处理  供试小型西瓜（Citrullus lanatus）品种为‘美月（中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所选育）。种子于30 ℃烘1～2 d后，55 ℃温汤浸种，再经0.1%高锰酸钾处理20 min，清水洗净种子，用湿纱布包好置于30 ℃条件下催芽，待种子胚根≤2 mm时播入穴盘中育苗。

1.2.2  基质pH与电导率（Electric conductivity， EC）测定  于播种前对基质取样并风干。将风干基质与去离子水以1∶5（m∶V）的比例混合浸提，2 h后取滤液，分别用pH计（PHS-3C）和电导率仪（DDS-12DW）测定其pH和EC值，每处理3次重复。

1.2.3  基质物理性质测定  于育苗试验开始前与结束后各取样1次，参照刘庆超^[6]的方法测定基质的干容重、湿容重、总孔隙度、通气孔隙度和毛管孔隙度，每处理3次重复。

1.2.4  基质微生物计数  采用稀释平板法^[7]進行基质微生物计数。细菌计数用10^-4、10^-5、10^-6稀释度的菌悬液，以牛肉膏蛋白胨培养基进行培养;真菌和放线菌计数用10^-3、10^-4、10^-5稀释度的菌悬液，分别以PDA培养基和改良高氏Ⅰ号培养基进行培养，每个稀释度各设3次重复。样品菌落数按下式计算：

N=∑C/ （n₁+0.1n₂）d

式中，N为样品菌落数，C为平板菌落数，n₁为第1稀释度平板个数，n₂为第2稀释度平板个数，d为稀释因子。

1.2.5  幼苗管理与生长指标测定  育苗试验于2017年1—2月在中国热带农业科学院湛江实验站开展。育苗期日间温度约22 ℃，夜间温度约18 ℃。育苗期间仅适时浇水，不施肥，其他管理措施同常规育苗。于成苗期对幼苗生长指标进行测定，指标包括：株高、茎粗、真叶数、茎叶干重、根干重、叶绿素含量、叶色指数、根长、根表面积和根体积。其中，株高用钢卷尺测量基质表面到幼苗生长点的高度;茎粗用游标卡尺测量幼苗基部高0.3～0.5 cm处的直径;真叶数为每株幼苗上完全展开的真叶数量;每处理取样10株，2次重复。茎叶干重和根干重采用烘干法测定，将各单株的茎叶和根分开，置于105 ℃杀青30 min，75 ℃烘干至恒重，分别称量各单株的茎叶干重和根干重，每处理取样5株，2次重复。叶绿素含量采用80%丙酮（体积分数）直接浸提法^[8]测定，同时测定类胡萝卜素含量，以叶绿素和类胡萝卜素含量的比值作为叶色指数，比值越大，叶色越绿;根长、根表面积和根体积采用托普根系分析仪进行测定;叶绿素及根系指标测定每处理取样3株，2次重复。

1.3数据处理

应用SPSS 24.0软件进行统计分析，包括基质理化性质、小型西瓜幼苗生长指标、基质微生物数量的方差分析与Duncans多重比较（a=0.05），基于主成分分析对各基质育苗效果的综合评价，以及幼苗生长状况与基质特性的Pearson相关分析等。

2  结果与分析

2.1蚯蚓粪配比的泥炭基质特性

2.1.1  基质pH和EC值  经测定，各参试基质的pH介于6.2～6.9，微酸性至近中性。由图1A可知，随着泥炭被蚯蚓粪替代比例的增大，基质pH虽然没有严格按照添加比例逐步递增，但也表现出相应的上升趋势，表明添加蚯蚓粪在一定程度上有利于偏酸性基质pH的提高。EC的大小反映基质溶液中可溶性盐类的多少^[1]，7种基质的EC值介于0.223～0.343 mS/cm，属于较低的范围，基本不会对植株产生盐害。图1B显示，随着基质中蚯蚓粪含量的增加，EC值总体上也呈递增趋势。

2.1.2  基质容重  参试基质在育苗前后的容重变化如图2所示。各基质在育苗前的干、湿容重范围分别为0.16～0.97、0.98～1.49 g/cm³;育苗后的干、湿容重范围分别为0.16～0.86、1.00～ 1.39 g/cm³。其中，S1基质的干、湿容重均为最低，在育苗后干容重基本保持不变，湿容重略有上升;S7基质的干、湿容重均为最高，在育苗后干、湿容重均有所下降，且降幅最大;S4基质育苗后的干、湿容重降幅仅次于S7基质;S2基质的干容重在育苗后略有下降，湿容重基本不变;其余基质的干、湿容重在育苗后均有所下降。总体来看，育苗前和育苗后基质的干、湿容重均随着蚯蚓粪添加比例的增加而呈现逐渐上升趋势;添加蚯蚓粪比例较高的基质在育苗前后干、湿容重的变化幅度要大于添加蚯蚓粪比例较低的基质。

2.1.3  基质最大持水量  各参试基质在育苗前、后的最大持水量范围分别为0.50～5.13、0.57～ 4.93 g/g。如图3所示，育苗前和育苗后基质的最大持水量均随着蚯蚓粪添加比例的增加而呈逐渐下降趋势。各参试基质中，仅S1基质育苗后的最大持水量低于育苗前，其余基质育苗后的最大持水量均高于育苗前。S1、S2、S3等蚯蚓粪含量较低的基质在育苗前后的最大持水量变化幅度明显大于其余蚯蚓粪含量较高的基质。

2.1.4  基质孔隙度  各参试基质在育苗前、后的总孔隙度范围分别为52.17%～82.05%、53.63%～ 84.12%，通气孔隙度范围分别为3.03%～3.55%、3.37%～6.95%，毛管孔隙度范围分别为48.68%～ 79.02%、48.63%～77.17%。如图4所示，育苗前和育苗后基质的总孔隙度和毛管孔隙度均随着蚯蚓粪添加比例的增加而逐渐降低。除了S5基质在育苗后的总孔隙度略低于育苗前以外，其余基质在育苗后的总孔隙度较之育苗前均有不同程度的上升，其中蚯蚓粪含量低的S2、S1基质以及蚯蚓粪含量高的S6、S7基质的总孔隙度上升幅度较大。毛管孔隙度方面，S2、S4基质在育苗后略有上升，其余基质则为下降;育苗前后毛管孔隙度变化幅度最大的是S1基质，其后依次为S5、S2、S3基质，蚯蚓粪含量较高的S6、S7基质在育苗前后的毛管孔隙度变化最小。育苗前各参试基质的通气孔隙度受蚯蚓粪添加量的影响较小，差异不显著;育苗后的通气孔隙度均高于育苗前，其中蚯蚓粪含量低的S1、S2基质以及蚯蚓粪含量高的S6、S7基质上升幅度较大，这与基质总孔隙度的上升幅度变化趋势相呼应。

2.1.5  基质微生物数量  不同基质中的微生物数量如表2所示。其中，不含蚯蚓粪的S1基质细菌数量最多，约为其余基质的4～9倍，蚯蚓粪含量较高的S6、S7基质的细菌数量低于蚯蚓粪含量较低的S2基质，但高于其余基质。真菌数量以S1基质为最多，S4基质最少，其余基质间差异不显著。各参试基质的放线菌数量有一定差异，但未达显著水平。从微生物总量来看，仍以S1基质为最高，S2基质次之，S4基质最低，其余基质间差异不显著。基质微生物数量的变化与蚯蚓粪添加量无明显对应关系。综上，添加了蚯蚓粪的基质，细菌和真菌数量较之对照S1基质均有所下降，尤以细菌数量的落差最大，微生物总量也随之大幅降低。基质微生物数量的减少可能是添加蚯蚓粪后微生物间的拮抗作用造成的，但还需更多证据支持。

2.2 蚯蚓粪配比的泥炭基质中小型西瓜幼苗的生长状况

2.2.1  小型西瓜幼苗的形态和生物量  对各参试基质中小型西瓜幼苗的形态指标和生物量进行了测定，结果表明：不同基质中的小型西瓜幼苗在株高、茎粗、叶绿素含量、叶色指数、生物量上均存在一定差异，但在真叶数量上无显著差异。如图5A所示，S2基质中的小型西瓜幼苗株高最高，茎粗最大，S6基质中的株高最低，茎粗最小;其余基质中的幼苗在株高上无显著差异，S5、S7基质中的幼苗茎粗则明显较S3、S4、S1基质中的要小;各参试基质中幼苗的真叶数平均为3.21，差异不显著。由图5B可知，S3和S7基质中幼苗的叶绿素含量较高，S1基质中幼苗的叶绿素含量最低，其余处理间无显著差异;幼苗叶色指数则以S4基质处理的最低，其余处理间无显著差异。生物量测定结果（见图5C）显示，S2基质中幼苗的茎叶干重和根干重均為最高，生物量显著高于其他处理;对照S1基质中幼苗的茎叶干重和生物量高于除S2外的其余处理，但根干重较S4和S6基质的要低。总体来看，S2基质中的小型西瓜幼苗生长情况较好，育苗效果要优于对照S1和其余基质。

2.2.2  小型西瓜幼苗的根系生长情况  根系作为与基质紧密接触的植物器官，其生长情况受到基质的直接影响。不同基质中小型西瓜幼苗的根长、根表面积、根体积测定结果见表3。其中以S2基质中小型西瓜幼苗的根系生长情况最好，根长和根表面积均为最高，S5基质中的均为最低，前者的根长和根表面积分别约为后者的2.6倍和2.4倍。对照S1基质中幼苗的根长与S2基质中的相当，根表面积则略低于S2基质处理。其余基质中幼苗的根长和根表面积均不如对照。各参试基质中幼苗的根体积虽有一定差异，但未达到显著水平。

2.3小型西瓜幼苗生长状况的综合评价

采用主成分分析法对不同基质中小型西瓜幼苗的生长状况进行了综合评价，经分析共提取出3个成分，方差贡献率分别为：38.887%、30.891%、16.639%，累积方差贡献率为86.417%，表明这3个成分基本能够反映小型西瓜幼苗的生长状况。基于各成分的得分系数（表4）及其方差贡献率计算得到各基质的各成分得分和综合得分，结果见表5。根据综合评价结果，S2基质中的小型西瓜幼苗生长状况最好，综合得分8.410，排名第1。对照S1基质综合得分8.137，排名第2。其余基质的综合得分介于3.696～5.895，育苗效果均不如对照S1基质，尤以S5基质中的小型西瓜幼苗生长状况最差，综合得分最低。

2.4小型西瓜幼苗生长状况与基质特性的相关性分析

从表6可以看出，小型西瓜幼苗的茎粗和叶片叶绿素含量受基质特性指标的影响较大。其中茎粗与基质干、湿容重为极显著负相关，与毛管孔隙度、总孔隙度为极显著正相关，与最大持水量为显著正相关，与EC为显著负相关，表明幼苗茎粗受基质理化性质尤其是物理性质的影响较大，基质容重大、总孔隙度和毛管孔隙度低、最大持水量小、EC值高，可能都不利于幼苗茎粗的增长。叶片叶绿素含量与基质中的细菌、真菌数量均为显著负相关，这可能是由于细菌、真菌的存在与幼苗形成了一定的营养竞争关系所致。其余形态指标和生物量与基质特性指标的相关性均不显著。幼苗的根长与基质干、湿容重为显著负相关，与基质总孔隙度、毛管孔隙度和最大持水量为显著正相关，可知当基质容重大、总孔隙度和毛管孔隙度低、最大持水量小时均不利于小型西瓜幼苗根系延伸。幼苗根表面积、根体积与基质特性指标的相关性则未达到显著水平。由表6还可看出，综合评价得分与基质物理特性各指标间的相关关系和根长与相同指标的相关关系一致，即当基质容重大、总孔隙度和毛管孔隙度低、最大持水量小时综合得分较低，育苗效果较差。

3  讨论

作为植物的生长介质，基质能够起到固定根系，协调水分、养分和氧气供给的作用。具备良好的理化特性是基质获得理想应用效果的前提。目前关于基质应具备的理想特性尚无统一标准，一般认为，容重（主要指干容重）低于0.8 g/cm³、总孔隙度介于70%～90%之间、pH维持在弱酸性至中性、EC值相对较低的基质较利于植物生长^[9-12]。在评判基质优劣时上述标准可供参考，同时还应结合植物的实际生长状况综合考虑。本研究中当蚯蚓粪添加量达到50%时，基质干容重已上升至约0.7 g/cm³，总孔隙度降至70%以下，最大持水量显著降至不足1.00 g/g，可知相关指标已接近或超过上述标准阈值，其后随着蚯蚓粪添加量的增大，干容重持续上升，总孔隙度和最大持水量则持续下降。由此可见，当蚯蚓粪添加量达到或超过50%时可能对泥炭基质的物理特性带来负面影响。添加了蚯蚓粪的基质，其pH和EC较之S1基质（泥炭）均有一定程度的提升，但提升幅度不大，当添加量达到90%时，基质pH和EC仍在适宜范围内，表明蚯蚓粪添加未对泥炭基质的化学特性造成不利影响。

综合评价结果显示，在蚯蚓粪添加量仅为10%的S2基质中小型西瓜幼苗的生长状况最好，综合评价得分最高，其次为不含蚯蚓粪的S1基质，蚯蚓粪含量较高的其余基质得分均较低，进一步印证了泥炭基质中的蚯蚓粪添加量不宜过高。在前人的相关研究中也有类似结果，如卓少明^[13]认为在以蚯蚓粪作为基质培育豌豆苗菜时，所加蚯蚓粪比例应控制在30%以内效果最好。陈小锦等^[14]在考察蚯蚓粪改良红壤的效果及对不结球白菜生长的影响时，发现蚯蚓粪用量为5%～10%时会促进不结球白菜幼苗生长，但添加20%以上的蚯蚓粪反而会抑制不结球白菜幼苗的生长。毕明飞^[15]也发现，随着烟草育苗基质中蚯蚓粪比例的增加，煙苗的各项指标呈先增加后降低的趋势，在蚯蚓粪基质比例为40%时烟草育苗效果最好。本研究中以添加10%蚯蚓粪的泥炭基质较适宜小型西瓜育苗，幼苗生长较快较好，有利于缩短育苗周期，提升育苗效果。从基质成本来看，参试蚯蚓粪约为0.5元/L，仅为进口泥炭成本的1/2，蚯蚓粪替代泥炭的比例越高，基质成本的节省幅度越大，以添加10%蚯蚓粪计算，可使基质成本下降5%。

相关性分析结果显示，小型西瓜幼苗的茎粗、根长及其综合评价得分受基质理化性质尤其是物理性质的影响较大，具体来说，当基质容重大、总孔隙度和毛管孔隙度低、最大持水量小时可能不利于小型西瓜幼苗茎粗的增长和根系的伸长，植株生长较差，进而导致综合评价得分较低。本研究中当蚯蚓粪添加量较高时，会使得基质容重上升、总孔隙度和毛管孔隙度降低、最大持水量减少，因此泥炭基质中添加蚯蚓粪的比例不宜过高。根据相关性分析结果，基质的化学性质指标pH、EC对小型西瓜幼苗生长的影响较小，这可以理解为在育苗阶段，种子萌发及其初期生长对外界的营养供给依赖度较低，基质养分浓度高甚至会“烧苗”，但对外界的水分供给依赖度较高，这也在一定程度上解释了为什么育苗基质的物理性质对幼苗生长的影响较大。

综上，本研究可总结如下：①蚯蚓粪对泥炭基质的性能改善具有一定作用，可以部分替代泥炭在育苗基质中的应用，但添加量不宜过高，当其所占比例达到或超过50%可能给泥炭基质的物理特性带来负面影响;②采用泥炭基质进行小型西瓜育苗时，添加适量蚯蚓粪有利于提升育苗效果、缩短育苗周期、节约基质成本，蚯蚓粪添加比例以10%为宜;③基质物理性质对小型西瓜幼苗的生长影响较大，在基质选配时应充分考虑其良好物理性质的形成，这對其他设施瓜菜育苗基质的选配也具有一定参考意义。

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