有机发酵基质理化性质变化及对甜瓜出苗的影响

王应梅，申耀东，杨宗贤，何苗，王晓璟，李娟，刘衍晨，杜红斌

（塔里木大学园艺与林学学院/南疆特色果树高效优质栽培与深加工技术国家地方联合工程实验室，新疆 阿拉尔 843300）

近年来，随着基质育苗的迅速发展，工业化育苗对优良基质的需求越来越大。常规的草炭育苗基质由于运输成本高、资源地生态价值重要［1-2］等原因，使得其价格一步步攀升，开发新型优质且低成本的基质迫在眉睫。有研究发现将农、林、绿化、园艺等产业生产遗留的有机废弃物，经高温堆肥生产为有机发酵基质是一条可行的道路［3］。将这些有机废弃物发酵腐熟后作为育苗基质，不仅能解决基质需求的问题，还能促进资源的利用，但不是所有发酵得到的基质都能够直接用于育苗。因此，探究有机发酵基质理化特性，对基质的研发与应用具有重要意义。

我国每年都会有大量的树叶、锯末和菇渣［4］材料产生，这些材料来源广泛、价格低廉，是制作育苗基质的理想材料。目前，已有大量研究将树叶、锯末和菇渣等材料发酵腐熟后作为育苗基质。尚春明等［5］研究了菇渣与珍珠岩、蛭石的混配，发现珍珠岩∶菇渣∶蛭石=1∶1∶1为培育番茄苗的最佳基质配方。李宇等［6］也进行了菇渣与蛭石、珍珠岩复配基质育苗的研究，发现菇渣复配基质的物理性状在理想基质范围内，基质出苗率前期不如对照，但是后期逐渐与草炭基质持平且超过对照，最优处理配比为菇渣∶珍珠岩∶蛭石=5∶1∶4。李天鹏等［7］在菇渣基质中添加蚯蚓粪育苗，发现2∶1和8∶1混合基质最适宜番茄幼苗生长发育，形成壮苗。王鹏等［8］以悬铃木和加杨的落叶为材料，将其堆腐后进行花卉育苗，发现悬铃木基质较加杨基质更有利于花卉的生长发育。伍琪等［9］采用锯末、米糠混合发酵基质进行油茶育苗试验并取得成功。王德欢等［10］将锯末与蚯蚓粪、蛭石复配后育苗，发现锯末∶蚯蚓粪∶珍珠岩=3∶1∶1育苗效果较好。此前的研究通常将有机发酵基质按一定比例与无机基质或多种有机质发酵基质复混后育苗，通过观察苗的生长来判定基质的适用情况，对有机发酵基质本身的性质研究较少，且基质配方多变，这使得基质本身的性质不够明确。

本试验以树叶基质、草酸树叶基质、锯末基质和菇渣基质为材料，进行甜瓜育苗试验。设置四个单一基质处理和2个复混基质处理，以常规育苗基质（草炭∶蛭石=2∶1）作为对照，研究有机发酵基质对甜瓜出苗的影响，对比分析育苗前和出苗后基质理化性质变化，探究有机发酵基质理化特性，以期为有机发酵基质的研制及应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用树叶基质是塔里木大学校园内杨树、梧桐等行道树的秋季落叶发酵腐熟而来，草酸树叶基质是塔里木大学校园内杨树、梧桐等行道树的秋季落叶经过草酸溶液前处理后发酵腐熟而来。菇渣基质为发酵腐熟的棉籽壳菌袋平菇菌渣，锯末基质为发酵腐熟的白杨树锯末。对照采用草炭为进口品氏0～6 mm的草炭，基质辅料蛭石和珍珠岩购买于新疆阿克苏市乌什县。供试甜瓜品种为‘花花牛’。

1.2 试验设计

试验设置7个育苗基质处理，如表1所示，以草炭∶蛭石=2∶1作为对照（CK），采用营养钵育苗，每个处理播种80个营养钵，且重复3次；取配制好并且浇透水后的基质样品，风干后测定育苗前基质理化性质。播种9 d后开始统计出苗数量，此后每3 d统计一次；破心（子叶完全展平，第一片真叶露出）后每个处理随机取苗30株，测定幼苗生长指标，同时取基质测定出苗后基质理化性质。育苗过程中采取相同的管理措施，且水肥管理中只浇自来水。

表1 基质配比情况

1.3 基质理化性质与甜瓜苗测定指标及方法

1.3.1 幼苗形态指标测定

采用游标卡尺测量子叶长、子叶宽、株高和茎粗。采用万深扫描仪和根叶分析系统分析子叶叶面积、根长、根数和根体积。采用SPAD-502便携式叶绿素仪测定子叶叶绿素含量（SPAD）。使用万分之一天秤称量幼苗地上部鲜重和根鲜重，计算根冠比，计算式如下：

1.3.2 基质物理性质测定

取容积为V的容器（250 mL），称重记为W0，装满风干基质，称重记为W1，包两层纱布，用皮筋绑紧，浸泡水中24 h，称重记为W2，将容器倒置，水分自然沥干后再称重记为W3，取下纱布皮筋称重记为W4。W0～W4，均以g为单位，基质容重及孔隙度按以下公式计算：

1.3.3 基质化学性质和养分含量测定

取风干基质5 g，加入50 mL蒸馏水，37℃条件下165 r/min震荡浸提30 min，过滤后用pH计测定pH值，用电导仪测电导率。分别采用碱解扩散法、乙酸铵浸提火焰光度法和碳酸氢钠浸提钼锑抗比色法测定碱解氮、速效钾和有效磷含量。

1.3.4 理化性质变化

以变化幅度量化出苗后基质各个理化指标的变化情况，计算公式为：

1.4 数据分析

采用软件Microsoft Office Excel 2019和DPS 7.05进行试验数据的整理分析。

2 结果与分析

2.1 有机发酵基质对甜瓜出苗的影响

2.1.1 不同基质处理出苗情况

由表2分析可知，CK在不同时间的出苗数较为接近，且在第9天统计时出苗数已达到75.67株，说明CK出苗较早。CK的出苗率仍为最高，说明CK处理甜瓜出苗最好。在有机发酵基质处理T1～T6中，T5处理出苗率最高，且与CK无显著性差异，其余5个有机发酵基质处理出苗率均显著低于CK。出苗时间除CK以外，T5处理的出苗时间在第9天的出苗数高于其余5个有机发酵基质处理，且在随后两次统计中出苗数的增加少于其余5个有机发酵基质处理，说明T5处理出苗时间相对较早且集中，而其余5个处理出苗时间晚且出苗时间分散。T5处理出苗相对较早，出苗率最接近CK，是除CK外6个有机发酵基质处理中出苗最好的处理。

表2 不同基质处理出苗率

2.1.2 不同基质处理出苗结束时甜瓜幼苗形态指标

由表3分析可知，子叶大小，叶长、叶宽和叶面积均为CK最大，T5处理次之，T6处理子叶最小。而T6处理叶绿素含量最高，这可能是菇渣基质富含叶绿素合成的元素。除T6处理外，各处理间的株高均无显著性差异，说明除菇渣基质外，其余基质处理对株高的影响较小。CK茎粗最大，T2处理茎粗最小，T3和T5处理与CK不存在显著差异。复混蛭石的T1处理与单一的树叶基质T3处理各个指标之间均不存在显著差异，复混蛭石的T2处理子叶大小显著高于单一的草酸树叶基质T4处理，其他指标之间差异不显著，说明在树叶基质中添加蛭石对甜瓜幼苗地上部生长没有影响，但在草酸树叶基质中添加蛭石能促进甜瓜幼苗子叶的增大。

表3 不同基质处理对甜瓜幼苗地上部形态指标的影响

由表4分析可知，各处理基质的根长和根尖数都显著小于CK，T5锯末基质的根体积与CK无显著差异。除T5和T1处理的根鲜重与CK差异不显著外，其余处理地上部鲜重与根鲜重均显著小于CK。T4处理根冠比与T1存在显著性差异，其他各基质处理之间均无显著差异，说明除T4处理外，其他基质的幼苗根冠比都较为合理，根系生长与地上部生长协调。复混蛭石的T1和T2处理与单一T3和T4处理之间每个根系指标均无显著性差异，说明在树叶和草酸树叶基质中添加蛭石对甜瓜出苗期间的根系发育影响不大。

表4 不同基质处理对甜瓜幼苗根系的影响

2.2 不同配方有机发酵基质理化性质变化分析

2.2.1 不同配方有机发酵基质物理性质变化

参照《蔬菜育苗基质标准(NY/T2118—2012)》［11］（后文如无特殊说明，提及的育苗基质标准均为该标准），基质容重应在0.2～0.6之间，总孔隙度应大于60%，通气孔隙度大于15%，持水孔隙度大于45%，气水比应在0.25～0.50之间。通过表5分析并与该标准对比，T5处理物理性质较为符合要求，其余基质处理包括CK都各有欠缺。出苗后，所有基质物理性质均有不同程度变化。在容重上，除T6处理小幅度降低外，其余处理趋于增加，其中T1、T2和T4增加幅度超过20%。出苗后CK的容重更接近育苗基质标准要求，有机发酵基质处理的容重也均在育苗基质标准要求的范围内。在总孔隙度上，T5和T6处理与CK变化趋势一致，都表现为减少，T1～T4处理变化趋势则反之，表现为增加。所有处理通气孔隙度大幅减少，通气性变差。持水孔隙度除T6处理菇渣基质与CK一致减少外，其余处理都表现为增加。气水比是通气孔隙度与持水孔隙度的比值，反映基质的水气协调程度，出苗后有机发酵基质处理气水比大幅度下降，水气协调性变差。综合评价，基质孔隙结构劣化。复混蛭石的T1、T2处理和T3、T4单一基质处理孔隙度变化趋势一致，但变化幅度相对较小，说明添加蛭石可以减缓基质孔隙结构的劣化。

表5 不同基质处理物理性质变化

2.2.2 不同配方有机发酵基质化学性质变化

由表6分析可知，所有处理育苗前和出苗后的pH均在育苗标准范围5.5～7.5内。育苗后T5和T2处理pH值下降，其余基质处理pH均上升，但下降和上升的幅度都较小，基质pH值相对稳定。基质EC值除T5处理与CK接近外，其余处理在育苗前均高于育苗基质标准要求，出苗后所有处理均表现为下降，除T5处理降低幅度较小外，其余处理下降幅度均较大，其中菇渣下降最大，达到49.14%，这可能与菇渣本身含盐量较高有关。

表6 不同基质处理化学性质变化

2.2.3 不同配方有机发酵基质养分含量变化

由表7分析可知，碱解氮含量无论育苗前还是出苗后均在标准范围50～500 mg/kg内，其中T1、T2、和T6处理碱解氮含量相对育苗前降低，变化趋势与CK一致，而T3、T4和T5则与CK相反，其中T4处理上升幅度较小，仅有5.03%，基本上与育苗前保持稳定，而T5处理上升幅度较大，增加了26.32%。育苗前基质有效磷含量已经超出育苗基质标准10～100 mg/kg的要求，出苗后基质有效磷含量大幅度增加，这可能对苗的生长产生不利影响。速效钾含量在出苗后全部表现为降低，说明基质中的可溶性钾养分极易流失，但由于育苗前，速效钾含量远超育苗基质标准50～600 mg/kg的要求，因而速效钾含量降低对于育苗是有利的。

表7 不同基质处理养分含量变化

3 讨论

基质是种子萌发生长的载体，种子萌发所需的水分、气体、养分等条件均由基质提供，同时也能起到缓冲温度、pH值等过度变化的作用［12-13］，因而选用性质优良的基质是育苗的关键环节之一，理化性质良好稳定的基质，才能给苗的萌发生长提供合适的根系环境。本研究除CK外的6个试验处理中，树叶和菇渣的基质处理出苗率均较低，仅有锯末基质出苗率与对照处理接近，子叶展平真叶破心后，幼苗长势各个处理均不如对照处理，这说明树叶、菇渣和锯末基质在育苗中仍然存在不足，这主要表现在基质本身理化性质的不足和育苗过程中基质的理化性质变化较大，稳定性较差上。

育苗前，锯末基质的物理性质完全达到育苗基质标准要求，pH值适宜，EC较低，这可能就是锯末基质出苗较好的原因，而其余基质处理出苗率都相对较低，这可能与基质理化性质不足有关。基质主要存在通气性不足和EC值偏高两个问题，但在孙延稳等［14］和葛桂民等［15］研究中，菇渣基质通气孔隙度较高，这与本研究结果相反，可能是由于所用菇渣材料差异较大造成的。李月娟等［16］研究发现，基质的通气孔隙度对扦插生根影响最大，说明基质的通气孔隙度是影响基质理化性质的重要指标，本试验所用对照和锯末基质通气孔隙度偏低，但基质出苗率却高于其他处理，说明通气孔隙度不是影响甜瓜出苗的主要因素。王景瑞［17］认为基质EC的极限值为2.5 mS/cm，《绿化用有机质标准（GB/T 33891—2017）》［18］中也要求扦插或育苗基质的EC值小于或等于2.5 mS/cm，本试验发现树叶和菇渣基质EC值都高于2.5 mS/cm，过高的EC值对甜瓜出苗产生了胁迫，使得出苗率较低。

出苗后，基质理化性质都有较大变化。物理性质变化主要表现为容重、总孔隙度和持水孔隙度增加，通气孔隙度和气水比下降，这与张沛健等［19］采用桉树皮基质育苗后理化性质变化趋势基本一致，其中，锯末基质总孔隙度在育苗后降低，这可能是锯末基质颗粒细小，相互团结所致，而菇渣基质容重、总孔隙度和持水孔隙度在育苗后都表现为下降，与其他基质变化趋势相反，这可能是由于菇渣基质吸水后体积膨胀，导致容重变轻，总孔隙度挤压减少，加之菇渣基质细小颗粒占比较大，育苗过程中小颗粒因浇水而流失，由小颗粒构成的持水孔隙随之减少。综合分析，育苗后基质物理性质劣化，说明有机发酵基质物理结构稳定性弱。试验发现复混蛭石的树叶、草酸树叶处理通气孔隙度和气水比的下降程度都明显小于其单一基质处理，说明添加蛭石有利于维持树叶和草酸树叶基质结构的稳定，但蛭石添加比例还需进一步研究优化。化学性质中，pH升高和降低幅度都较小，pH值较为稳定，而EC值大幅度下降，说明基质中的离子易于在育苗的水分管理过程中淋洗流失，且育苗后基质速效氮磷钾含量仍然较高，养分含量丰富，在实际应用中，可通过洗盐的方式降低基质的EC值，以解决有机发酵基质EC值偏高的问题。养分含量方面，树叶、草酸树叶和锯末基质碱解氮含量增加，其余基质处理减少，有效磷含量大幅度增加，速效钾含量大幅度降低，这与赵宏亮等［20］研究的辣椒育苗后基质碱解氮、有效磷和速效钾养分都减少的结果存在差异。碱解氮和有效磷含量的增加可能是育苗过程中基质发生了二次发酵腐解，释放出了氮、磷养分，同时磷肥在基质中移动较慢，不易被水分淋洗而流失［21］，而速效钾养分易于淋溶，且基质中钾含量较高，因而育苗后速效钾养分必然下降。

4 结论

在除CK外的6个试验处理中，甜瓜出苗率均低于对照，其中锯末基质与对照无显著性差异，幼苗长势均弱于对照，甜瓜出苗效果较差。与育苗前相比，出苗后基质理化性质均发生变化。物理性质中，容重和持水孔隙度菇渣基质降低，其余基质增加，总孔隙度锯末和菇渣基质降低，其余基质增加，通气孔隙度和气水比各个处理均下降，其中树叶、草酸树叶、锯末和菇渣基质孔隙度和气水比大幅度变化，基质孔隙结构稳定性较差。化学性质中，出苗后基质pH值都基本保持稳定，除锯末基质外，EC值大幅下降，基质离子易流失。在养分含量上，树叶、草酸树叶和锯末基质碱解氮含量增加，其余基质处理减少，有效磷含量均增加，速效钾含量均降低。