不同电导率的有机营养液种植番茄效果分析

辛 鑫，贾 琪，李 琦，武永军，杨振超

(1.西北农林科技大学 园艺学院，陕西杨凌 712100；2.西北农林科技大学 生命学院，陕西杨凌 712100)

有机基质无土栽培是一种不使用天然土壤而用基质的无土栽培技术[1]，能比较有效地解决土壤连作障碍。该技术利用非可耕地生产蔬菜，提高品质，减少农药使用，充分利用农业废弃物，从而实现农业生产的可循环发展。目前中国农业处于转型期，循环农业是国内农业发展的必经之路[2]。

有机基质的选择应因地制宜，选材方式应体现廉价、经济、丰富、环保的理念[3]，蔬菜秸秆是无土栽培有机基质较好的选择。中国蔬菜产量逐年增加，而曾经蔬菜秸秆大量焚烧造成严重环境污染[4]。蔬菜秸秆作为主要的农业废弃物含有大量的营养物质，蔬菜残株的N、P、K总量在57～96g/kg，以体积比1∶1.5蒸馏水浸提蔬菜残株，测得浸提液pH为6.1～8.15,番茄、黄瓜、辣椒和茄子的浸提液电导率(σ值)分别为7.8、9.7、9.2和5.6，电导率可以反映浸提液中离子的含量[5]，由此可见蔬菜秸秆含有较高的营养物质，不合理的焚烧处理造成极大的资源浪费。

通过相关番茄秸秆发酵配制有机肥研究表明，应用沤堆发酵的秸秆可以提高番茄的品质及番茄幼苗的壮苗指数[6]。农业部设施园艺工程重点实验室通过研究番茄秸秆堆肥产物应用配比对番茄生长发育、产量与品质的影响，得出7.5%的混配比例种植番茄对促进番茄生长，增强番茄植株光合作用能力，提高番茄产量的效果最优[7]。在前期试验的基础上，本试验利用体积比7.5%的番茄茎秆堆制腐熟残渣与蛭石、珍珠岩混合做基质，探究番茄有机基质栽培最适合的营养液浇灌浓度。为有机基质无土栽培的生产实践提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2018年3月至7月完成，试验地点在陕西杨凌。种植株距30 cm，试材为番茄(Lycopersiconeseulentum)‘粉宴’。

处理以体积比7.5%的番茄茎秆堆制腐熟残渣与蛭石、珍珠岩混合做基质，有氧堆制腐熟残渣是按照番茄茎秆(kg)∶清水=1∶2，添加3%的得海龙农用复合微生物菌剂(由潍坊康恩地生物技术有限公司提供[8])，混合均匀堆制，后期浇灌不同σ值的番茄秸秆浸提液作为有机营养液，不同栽培基质理化性质和养分质量分数见表1，有机营养液大量元素质量浓度见表2，微量元素质量分数见表3，氨基酸质量分数见表4。对照浇灌山崎营养液[9-10]。

1.2 试验设计

设置有机基质浇灌不同σ值营养液与常规基质浇灌山崎营养液为对照[11]，K(有机营养液)设3个不同的电导率分别为：1 mS/cm、2 mS/cm、 4 mS/cm，共3个处理(表5)。

表1 不同栽培基质基本理化性质与养分质量分数Table 1 The physicochemical property and mass fraction of nutrition of different culture matrixes

表2 营养液硝态氮、铵态氮、速效磷、速效钾质量浓度Table 2 Mass concentration of nitrate nitrogen,ammonium nitrogen,available phosphorus,and available potassium in nutrient solutions

表3 营养液微量元素质量分数Table 3 Mass fraction of microelements in nutrient solution

注：检出限：Fe，1 mg/kg；Mn，0.1 mg/kg；Zn，0.5 mg/kg；Cu， 0.2 mg/kg。

Note:Detection limit：Fe，1 mg/kg；Mn，0.1 mg/kg；Zn，0.5 mg/kg；Cu， 0.2 mg/kg.

1.3 测量项目与方法

每个处理随机选取4株进行测量。株高：用直尺测量植株根茎部到生长中心的高度(cm)，茎粗：用游标卡尺测量根茎部与基质接触部位上 1 cm处的粗度(mm)，最大叶面积=最大叶长×最大叶宽[12]；取自生长点向下第3片功能叶鲜样 0.1 g测叶绿素质量分数，用体积分数96%乙醇浸提至白色，紫外分光光度计分别测量波长665 nm,649 nm下的吸光度值，每个处理随机取样3株，并计算叶绿素质量分数，取平均值[13]；测量生长点向下第3片功能叶的光合系统参数，采用Li-6800便携式光合仪测量番茄叶片的光合特性[14]；果实成熟后随机选取5个番茄测量单果质量，结果取平均值；随机选取5株，每次采收时单独记产，统计单株产量并根据种植密度(株行距)，以每株三穗果来估算667 m2产量[15]；在手持数显糖酸计(PAL-BX/ACID5，Atago日本)的棱镜玻璃面上滴2滴番茄汁，进行观测，读取视野中明暗交界线上的刻度，第1次读数即为可溶性固形物含量(%)，第2次读数为有机酸(%)，糖酸比指可溶性固形物与有机酸的比值[16]；可溶性蛋白、维生素C、硝酸盐分别采用考马斯亮蓝G-250染色法、钼蓝比色法、水杨酸-硫酸法测量[17]；ST20C-C型EC仪测量电导率(σ)值；氯化钾浸提-连续流动分析仪测量硝铵态氮[16]；碳酸氢钠浸提法-连续流动分析仪测量速效磷；醋酸铵浸提-火焰光度计法测量速效钾[17]；ACS2 000高效毛细管电泳仪液相色谱一体机测量各氨基酸质量分数[18]，仪器为北京彩陆科学仪器有限公司提供。

为找到最佳处理，必须对各项指标进行综合评价。以各项指标的平均值来统计分析数据，由于各项指标数据之间计量单位和量纲不同，不便于数据综合分析，因此，在对番茄总体进行综合评价之前需根据马庆华等的隶属函数法将数据转化为隶属函数值，正相关指标(株高、茎粗、叶面积、叶绿素、净光合速率、单果质量、产量、可溶性固形物、糖酸比、维生素C、可溶性蛋白)根据公式U=X/T计算,负相关指标(硝酸盐)根据公式U=1-X/T计算。其中：X为该指标平均值；T为每列指标的总值；U为该项指标隶属函数值[18]。

表4 各营养液氨基酸质量分数Table 4 Mass fraction of amino acids in nutrient solution

1.4 数据处理

采用Excel 2007软件进行数据整理，用SPSS20 Ducan’s新复极差法进行数据的方差分析(P≤0.05)。数据以“平均数±标准差”表示，利用层次分析法进行综合分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对番茄形态的影响

由表6可知：番茄植株K1处理株高最大，CK次之，CK与K1、K2、K3均无显著性差异，较K2、K3增加1.85%、1.96%；CK茎粗最大，与K2、K3均无显著性差异，且较K2、K3分别增加17.24%、19.18%；CK叶面积最大且与其他处理具有显著性差异，较K1、K2、K3分别增加 29.50%、26.10%、12.83%。综上所述，CK形态上最健壮。

表5 试验处理Table 5 Test processing table

表6 不同处理下番茄的植株形态Table 6 Different treatment on tomato plants morphology

注：同列数据后标不同小写字母表示差异显著(P≤0.05)。下表同。

Note:Different lowercase letters in each column mean significant difference atP≤0.05 level.The same below.

2.2 不同处理对番茄产量的影响

由表7可知：单果质量最大的是CK，其次是K2，两者无显著性差异，以K1最小，显著低于其他处理；CK单株产量与667m2产量最大，较K3分别增加46.61%、46.61%，较K2分别增加 57.40%、57.31%；K1、K2、K3在单株产量及667m2产量上均无显著性差异，顺序为K3>K2>K1,K3较K2分别增长7.36%、7.29%，较K1分别增加21.28%、21.217%；综上所述，CK处理有利于提高番茄产量。

2.3 不同处理对番茄叶片叶绿素的影响

由表8可知：番茄叶绿素a，叶绿素b，叶绿素(a+b)均随着σ的增加而增加。K3叶绿素a最大且与其他处理呈现显著性差异，较K1、K2分别增加85.65%、39.28%；叶绿素b在处理间均无显著性差异，K3较K1、K2分别增加2.91%、 16.92%；叶绿素(a+b)以K3最大，与其他处理形成显著性差异，分别较K1、K2增加65.40%、 34.69%；K3叶绿素a、叶绿素b、叶绿素(a+b)分别较CK增加24.56%、35.97%、 26.19%。综上所述，K3有助于番茄叶片叶绿素累积。

2.4 不同处理对番茄叶片光合速率的影响

净光合速率以CK最大，K2次之，处理间随σ增加呈现先升高后下降的变化趋势(表9)，CK净光合速率较K2增加6.04%，K2较K1、K3分别增加1.07%、3.22%；蒸腾速率以CK最快，其次是K1，K2与K3无显著性差异；胞间CO2摩尔分数以K1最大，CK次之，K1胞间CO2摩尔分数较K2、K3增加42.04%、43.50%；气孔导度以K1最大，其次是K3，CK最小，K1气孔导度较K2、K3、CK分别增加63.97%、 18.30%、 111.37%。综上所述，K2的光合能力最强。

表7 不同处理下的番茄产量Table 7 Different treatment on yield of tomato

表8 不同处理下番茄叶绿素质量分数Table 8 Different treatment on tomato chlorophyll mass fraction

表9 不同处理下番茄叶片光合特性Table 9 Different treatment on tomato photosynthetic charateristics of tomato leaves

2.5 不同处理对番茄品质性状的影响

由表10可知：可溶性固形物随着有机营养液σ值的升高呈现先上升后下降的变化趋势，K2最大，K3次之，K2、K3分别较CK增加 30.89%，22.39%；糖酸比随着σ值的升高呈现先升高后降低的变化趋势，K2最大，与CK无显著性差异，较CK增加0.45%，K2糖酸比与K1、K3呈显著性差异，较K1、K3增加172.25%、43.63%；维生素C随着σ值的升高呈现上升趋势，以K3最大，较K1、K2、CK分别增加16.12%、4.29%、29.93%；可溶性蛋白随着σ值升高呈现上升趋势，以K3最大，较K1、K2、CK增加35.67%、19.61%、 39.84%；硝酸盐质量分数随着σ值的升高呈现先上升后下降的变化趋势，以K2最大，其次是CK,K2较CK增加2.43%。综上所述，使用有机营养液栽培的番茄品质更佳。

2.6 层次分析法综合分析各处理

通过AHP层次分析法综合分析可知，以品质为极重要测量指标情况下，K3得分是最高的，其次是K2，K1最低(表11，表12)。

表10 不同处理下番茄的品质Table 10 Different treatment on quality of tomato

表11 番茄各项指标最终权重Table 11 Final weights of tomato indicators

表12 番茄各处理指标最终得分Table 12 Final scores of tomato treatments indicators

3 讨论与结论

有机营养液可以有效改善蔬菜的品质。秸秆经过浸提发酵后产生的营养液可作为有机营养液，也叫堆肥茶，富含大量的营养物质，同时含有大量的代谢物质及益生菌，可以显著改善土壤性状，提高作物根系活力。秸秆是农作物的主要副产品，营养丰富，是十分宝贵的生物资源，有效利用作物秸秆，对农田生态系统的改善，农业可持续发展，及其生产低成本、多样化、无害化的栽培基质具有重要意义。

本研究浇灌σ=1 mS/cm的K1处理株高在各处理中最高，而茎粗最小，可能是植株缺乏营养，为了生长发育将仅有的营养供给于植株的营养生长，说明K1不利于番茄的生长。K1、K2、K3处理的三穗果产量均显著低于CK，这是由于有机营养液中微量元素质量分数Fe≤1.000 mg/kg，Mn≤0.100 mg/kg，Cu≤0.2 mg/kg，Zn≤ 0.500 mg/kg，因仪器限制其他微量元素无法具体测出，可能是部分微量元素缺乏造成作物产量的降低，微量元素的均衡可以明显降低作物的“午休”现象提高光合日积累[19]，特别是高温季节的光合日积累，K3叶绿素质量分数大于CK，可能因为K3浇灌的有机营养液Mo质量分数大于CK，而Mo有助于促进番茄叶片的类胡萝卜素和叶绿素前体物质的合成[20]。CK净光合速率高于其他处理，这是因为微量元素的均衡施用有助于作物光合速率的提高，通过测量营养液氨基酸质量分数，发现有机营养液中富含各类氨基酸，自20世纪以来，陆续有研究发现植物可以吸收氨基酸等有机氮，近10 多年来，获得植物在田间直接吸收利用氨基酸的有利证据，营养液中丙氨酸、谷氨酸、赖氨酸可以增加合成叶绿素，调节开放气孔，这与试验K3叶绿素质量分数显著大于CK结果一致[21]。品质方面，氨基酸可以参与植物各种生理活动，K2、K3可溶性固形物大于CK，K2糖酸比大于CK，可能因为植物吸收营养液中的缬氨酸，而缬氨酸可以提高果实的可溶性固形物和糖酸比，这与Lei等[21]的研究结果一致，而氨基酸是植物可溶性蛋白合成前体物质，番茄作物吸收有机营养液中的氨基酸，从而提高K1、K2、K3的可溶性蛋白质量分数，降低硝酸盐的质量分数[22]，有机营养液维生素C质量分数均高于CK，这与刘伟等的营养液中低质量分数的氨基酸可以提高番茄维生素C质量分数的结论相一致[23]。

由本研究结果可知，利用有机基质无土栽培番茄，后期浇灌有机营养液可以有效促进品质的提升，综合所有指标，有机营养液K3处理较优。

本试验利用番茄茎秆堆制腐熟得到的浸提液作为有机营养液，分别设置不同的电导率值，突破以往的研究，同时本研究量化了有机营养液电导率梯度，为今后有机营养液选择电导率的标准提供参考依据。