劉明池，季延海，趙孟良，武占會(huì)

（1青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院，西寧810016；2北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心，北京100097；3農(nóng)業(yè)部都市農(nóng)業(yè)（北方）重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100097）

菊芋發(fā)酵秸稈復(fù)合基質(zhì)對番茄生長發(fā)育的影響

劉明池1,2，季延海2,3，趙孟良1，武占會(huì)2,3

（1青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院，西寧810016；2北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心，北京100097；3農(nóng)業(yè)部都市農(nóng)業(yè)（北方）重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100097）

為探索菊芋發(fā)酵秸稈部分替代草炭等緊缺資源的技術(shù)，研究不同配比菊芋發(fā)酵秸稈復(fù)合基質(zhì)對番茄生長發(fā)育的影響，驗(yàn)證菊芋秸稈在無土栽培基質(zhì)中的應(yīng)用效果，篩選菊芋發(fā)酵秸稈復(fù)合基質(zhì)的適宜配比，試驗(yàn)選取草炭:蛭石=2:1的體積比作為對照(CK)栽培基質(zhì)，設(shè)置發(fā)酵后菊芋秸稈的添加比例為20%（T1）、40%(T2)、60%(T3)、80%(T4)、100%(T5)，測定復(fù)合基質(zhì)的理化性狀并進(jìn)行番茄栽培試驗(yàn)。結(jié)果表明：菊芋發(fā)酵秸稈添加量越大，持水能力越強(qiáng)；隨著菊芋添加量的增大，總孔隙度、通氣孔隙增加，持水孔隙下降，大小孔隙比增大。在株高上以T2最高，T5最低，T2比對照、T5分別高14.18%、22.39%。番茄品質(zhì)上，菊芋發(fā)酵秸稈的添加提高了VC的含量，T5處理比對照增加12.07%；可溶性糖的含量隨著菊芋秸稈添加量的增大呈先增大后變小的趨勢，其中最高處理T3比對照高45.10%；可溶性固形物含量T3最高，與其他各處理間差異顯著，T1含量最低。單株產(chǎn)量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，以T1最高，與其他各處理間差異顯著，比對照顯著增加23.16%；T5處理比對照降低37.71%。試驗(yàn)表明添加一定比例的菊芋發(fā)酵秸稈后，由于復(fù)合基質(zhì)理化性質(zhì)的優(yōu)化，促進(jìn)了番茄的生長發(fā)育，適宜番茄基質(zhì)栽培菊芋發(fā)酵秸稈的復(fù)配量為20%～40%。

復(fù)合基質(zhì)；菊芋；番茄；秸稈

0 引言

中國是設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，從面積和產(chǎn)量來看，中國設(shè)施農(nóng)業(yè)位于世界前列[1-2]。但是，在中國設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中出現(xiàn)的大水大肥等管理方式，導(dǎo)致了設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤栽培中的連作障礙、土壤次生鹽漬化、營養(yǎng)供需不均衡、病蟲害難以防治等缺點(diǎn)[3-4]。無土栽培是應(yīng)用于設(shè)施農(nóng)業(yè)的先進(jìn)栽培技術(shù)，具有避免土傳病蟲害及連作障礙、節(jié)水節(jié)肥以生產(chǎn)的可控性等諸多優(yōu)點(diǎn)，已成為設(shè)施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的可靠途徑[5-7]。世界上90%以上的無土栽培是采用基質(zhì)栽培的方式，而基質(zhì)是基質(zhì)栽培成功與否的基礎(chǔ)和關(guān)鍵[8-9]。目前，應(yīng)用面積最廣和最多的基質(zhì)是草炭和巖棉[10-11]，但這2種基質(zhì)成本越來越昂貴，且草炭屬短期內(nèi)不可再生的自然資源，長期開采會(huì)使資源枯竭，地貌和生態(tài)環(huán)境遭到破壞，而巖棉的不可降解性也會(huì)造成環(huán)境污染。因此，各國都在研究草炭和巖棉的替代物，如以色列用牛糞和葡萄渣，英國用椰子殼纖維等均獲得良好效果[12-13]。王新右等[14]研究了以發(fā)酵腐熟的玉米秸稈和牛糞為主要成分，并復(fù)配草炭、蛭石、爐渣灰等基質(zhì)原料對日光溫室黃瓜的影響，結(jié)果表明秸稈:牛糞:草炭:蛭石:河沙＝2:3.5:1:1:2.5配方的黃瓜產(chǎn)量、結(jié)瓜數(shù)和干鮮質(zhì)量均最高。

菊芋(Helionthus tuborosus L.)又稱洋姜，為菊科向日葵屬多年生草本植物[15-16]。近年來，菊芋在食品配料[17-18]、生物技術(shù)[19]、荒漠化治理[20]、生物質(zhì)能源[21]等方面都有了廣泛的研究和應(yīng)用。目前關(guān)于菊芋的研究重點(diǎn)在其塊莖的綜合開發(fā)和利用上，菊芋地上部分還沒有得到有效利用，菊芋的綜合價(jià)值未能得到充分體現(xiàn)。菊芋地上莖葉蛋白質(zhì)、糖分等營養(yǎng)成分較高，生物量占全株總量的40%～50%，667 m2產(chǎn)量可達(dá)2 t以上[15]。本試驗(yàn)研究菊芋秸稈在無土栽培基質(zhì)中的應(yīng)用技術(shù)，在分析測定復(fù)合基質(zhì)理化性狀的基礎(chǔ)上，篩選菊芋發(fā)酵秸稈復(fù)合基質(zhì)的適宜配比，旨在探索菊芋發(fā)酵秸稈部分替代草炭等緊缺資源的途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)使用北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜中心研發(fā)的封閉式槽培系統(tǒng)，菊芋秸稈腐熟發(fā)酵選用的是北京園圃園藝公司的農(nóng)作物秸稈發(fā)酵劑，秸稈切碎后用水浸泡，同時(shí)拌發(fā)酵劑，再用塑料覆蓋，然后高溫腐熟3個(gè)月以上。選用腐熟發(fā)酵后的菊芋秸稈、草炭、蛭石作為基質(zhì)，番茄品種為荷蘭瑞克斯旺公司的‘豐收’。試驗(yàn)于2015年3—6月，在北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心現(xiàn)代化溫室內(nèi)進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置6個(gè)處理，以草炭:蛭石=2:1（體積比）為對照，菊芋秸稈添加量分別為20%、40%、60%、80%、100%，如表1所示。每個(gè)試驗(yàn)處理有5個(gè)栽培槽，每個(gè)栽培槽放9 L基質(zhì)，3次重復(fù)；試驗(yàn)全程澆灌番茄專用營養(yǎng)液，營養(yǎng)液配方為北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心劉增鑫[22]地下水改良配方。

表1 試驗(yàn)處理L

1.3 測定項(xiàng)目及方法

基質(zhì)物理性質(zhì)：容重、持水能力、總孔隙度、通氣孔隙、持水孔隙、大小孔隙比；采用常規(guī)方法進(jìn)行測定[5,22]。

番茄生長指標(biāo)：使用直尺測定株高；使用游標(biāo)卡尺測定莖粗；葉片數(shù)直接計(jì)數(shù)；單株干重、單株鮮重是在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)取樣品在105℃下殺青，然后在75℃下烘干至恒重，永電子天平稱重；產(chǎn)量是在番茄果實(shí)成熟后直接采收稱重。

番茄葉綠素含量使用SPAD-502手持式葉綠素測定儀測定功能葉片SPAD值。

番茄品質(zhì)：VC含量采用鉬藍(lán)比色法測定；可溶性固形物使用便攜式數(shù)顯糖度計(jì)測定；可滴定酸采用酸堿滴定法測定；可溶性糖采用蒽酮比色法測定[23-25]。

使用Excel 2010和SPSS 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同菊芋秸稈添加量基質(zhì)物理性質(zhì)比較

試驗(yàn)分別在定植前、定植后60天、定植后100天測定了復(fù)合基質(zhì)的物理性質(zhì)。從表2可以看出，菊芋的添加降低了草炭和蛭石基質(zhì)的容重，且添加量越大，在生長過程中容重變化越小，T5處理3次測量容重均為0.11 g/cm3，無變化。但隨著菊芋秸稈添加量的增大，復(fù)合基質(zhì)容重偏離理想基質(zhì)(0.1～0.8)要求越大。在持水能力上，菊芋發(fā)酵秸稈添加量越大，持水能力越強(qiáng)，菊芋秸稈的添加使復(fù)合基質(zhì)持水能力隨定植時(shí)間的增加逐漸降低。表2顯示，隨著菊芋添加量的增大，總孔隙度、通氣孔隙增加，持水孔隙呈下降趨勢，大小孔隙比增大。菊芋秸稈的添加使復(fù)合基質(zhì)的通氣孔隙更加趨于理想基質(zhì)的通氣孔隙要求(＞15%)。

表2 復(fù)合基質(zhì)不同時(shí)期的物理性質(zhì)

表3 不同菊芋添加量對番茄株高的影響cm

2.2 不同菊芋秸稈添加量對番茄生長的影響

從表3中可以看出番茄最終的株高隨著菊芋秸稈添加量的增加呈先上升后下降的趨勢。在前3次的測定中CK高于其他處理，從第4次測定（定植后46天）T1、T2處理均高于CK。最終以T2最高，T5最低，T2比對照、T5分別高14.18%、22.39%。CK最后一次測定株高大于T4、T5。

表4顯示定植后的莖粗變化，從表中可以看出CK的莖粗在整個(gè)測定過程中均最大，顯著高于其他處理，莖粗隨著菊芋秸稈的添加呈下降的趨勢，T3最低，比對照低39.15%。

番茄的葉片數(shù)以CK最多，隨著菊芋秸稈添加的增加呈降低的趨勢，且CK與T1、T2間差異不顯著。T4處理最低，比對照減少19.78%（見表5）。12.07%；可溶性糖的含量隨著菊芋秸稈添加量的增大呈先增大后變小的趨勢，其中最高處理T3比對照高45.10%，T3、T4間差異不顯著?？扇苄怨绦挝锖縏3最高，與其他各處理間差異顯著，T1含量最低。可滴定酸含量隨菊芋秸稈添加量的增大基本呈降低的趨勢，但各處理間差異不顯著。

番茄功能葉片的SPAD值能反映葉片葉綠素含量，各處理SPAD值隨著栽培周期的增加均表現(xiàn)出降低的趨勢。除第一次測定外，各處理測定值均高于對照。最后一次測定中SPAD值以T2最高，CK最低，整體呈先上升后下降的趨勢（見表6）。

2.3 不同菊芋秸稈添加量對番茄品質(zhì)的影響

通過品質(zhì)指標(biāo)的測定（見表7），可以看出菊芋發(fā)酵秸稈的添加提高了VC的含量，T5處理比對照增加

表4 不同菊芋添加量對番茄莖粗的影響mm

表5 不同菊芋添加量對番茄葉片數(shù)的影響片

表6 不同菊芋添加量對番茄葉色的影響

2.4 不同菊芋秸稈添加量對番茄產(chǎn)量的影響

從圖1、圖2中可以看出，番茄單株鮮重和干重均隨菊芋秸稈添加量的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，地上部和地下部表現(xiàn)與全株表現(xiàn)一致。全株鮮重T1處理最大，與T2處理差異不顯著，比CK顯著增加36.31%，T5處理比CK顯著降低41.68%。全株干重與鮮重表現(xiàn)一致，T1處理最大，與T2處理差異不顯著，T1處理比CK顯著增加44.84%，T5處理最小，比CK降低34.83%。

在試驗(yàn)后期，由于受到番茄褪綠病毒的嚴(yán)重影響，只進(jìn)行了3次果實(shí)采收。通過圖3可以看出，單株產(chǎn)量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，以T1最高，與其他各處理間差異顯著，比對照顯著增加23.16%。T5處理比對照降低37.71%。

表7 不同菊芋添加量對番茄品質(zhì)的影響

圖1 不同菊芋添加量對番茄單株鮮重的影響

圖2 不同菊芋添加量對番茄單株干重的影響

圖3 不同菊芋添加量對番茄單株產(chǎn)量的影響

3 結(jié)論

（1）對基質(zhì)的理化性質(zhì)分析表明：菊芋發(fā)酵秸稈的容重(0.11 g/cm3)、持水孔隙(57.9%)較低，不符合理想基質(zhì)容重0.1～0.8 g/cm3和持水孔隙大于60%的要求，而其通氣孔隙(26%)、總孔隙度(83.9%)大，滿足理想基質(zhì)通氣孔隙大于15%和總孔隙度大于75%的要求。草炭蛭石混合基質(zhì)容重(0.35 g/cm3)、持水孔隙(66.11%)較大，符合理想基質(zhì)的要求，而通氣孔隙(7.04%)、總孔隙度(73.14%)較低，不符合理想基質(zhì)的要求。因此，菊芋發(fā)酵秸稈和草炭蛭石的復(fù)合基質(zhì)實(shí)現(xiàn)了容重、總孔隙度、通氣孔隙、持水孔隙等基質(zhì)性質(zhì)的互補(bǔ)。

（2）菊芋秸稈發(fā)酵后與草炭蛭石以不同比例復(fù)配后進(jìn)行番茄栽培試驗(yàn)，因添加比例的不同，番茄生長、產(chǎn)量、品質(zhì)等表現(xiàn)存在顯著差異。適宜菊芋發(fā)酵秸稈的添加量，可提高番茄的株高、葉片數(shù)和功能葉片SPAD值。菊芋發(fā)酵秸稈的添加顯著提高了番茄果實(shí)VC、可溶性糖和可溶性固形物含量，菊芋發(fā)酵秸稈的添加還顯著提高了番茄的產(chǎn)量和單株的干鮮重，表明添加一定比例的菊芋發(fā)酵秸稈后，由于復(fù)合基質(zhì)理化性質(zhì)的優(yōu)化，促進(jìn)了番茄的生長發(fā)育。

（3）綜合考慮菊芋發(fā)酵秸稈對草炭的替代量以及復(fù)合基質(zhì)對番茄的生長、品質(zhì)、產(chǎn)量的影響，以在草炭和蛭石的基質(zhì)中添加20%～40%的菊芋發(fā)酵秸稈，效果最佳。

4 討論

無土栽培基質(zhì)中，草炭是世界各國普遍認(rèn)為最好的介質(zhì)之一[26]，其具有團(tuán)粒結(jié)構(gòu)好、陽離子交換量大、纖維含量豐富、保水保肥能力強(qiáng)，植物致病菌侵染少等優(yōu)點(diǎn)，是蔬菜育苗基質(zhì)和無土栽培基質(zhì)的常見組分[10-11]。而草炭短期內(nèi)不可再生、資源緊缺，使用過度會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境，購買成本越來越高。中國無土栽培常采用草炭、蛭石和珍珠巖[27]進(jìn)行不同體積比混合配制作為混合基質(zhì)，使用過程中存在供液時(shí)透氣性差、含水量偏高及草炭用量大、成本高的缺點(diǎn)。試驗(yàn)中草炭蛭石混合基質(zhì)也存在著總孔隙度和通氣孔隙較差，不符合理想基質(zhì)的要求，但容重和持水孔隙則符合理想基質(zhì)的要求。而菊芋發(fā)酵秸稈則存在著容重、持水孔隙較低，不符合理想基質(zhì)的要求，但總孔隙度和通氣孔隙較大，符合理想基質(zhì)的要求。菊芋發(fā)酵秸稈與草炭蛭石按照一定比例進(jìn)行混合配制，能夠?qū)崿F(xiàn)容重、持水孔隙、總孔隙度和通氣孔隙間的互相彌補(bǔ)，達(dá)到理想基質(zhì)的要求。

本研究率先對菊芋秸稈的利用進(jìn)行了研究，這對于實(shí)現(xiàn)菊芋的綜合開發(fā)利用以及減少草炭等使用對環(huán)境的破壞有著重要的意義。菊芋地上部生物量豐富，有著很好的開發(fā)利用前景，要實(shí)現(xiàn)菊芋發(fā)酵秸稈復(fù)合基質(zhì)的產(chǎn)業(yè)化利用，還應(yīng)加大對菊芋發(fā)酵秸稈的基礎(chǔ)性質(zhì)的研究，明確菊芋發(fā)酵秸稈的基本成分，確立最佳的復(fù)合配比，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品的開發(fā)等方面的研究。

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Fermented Jerusalem Artichoke Straw Affecting the Growth and Development of Tomato

Liu Mingchi1,2,Ji Yanhai2,3,Zhao Mengliang1,Wu Zhanhui2,3

(1Academy of Agricultural and Forestry Sciences of Qinghai University,Xi’ning 810016,Qinghai,China;2Vegetable Research Center of Beijing Academy of Agricultural and Forestry Sciences,Beijing 100097,China;3Key Laboratory of Urban Agriculture(North),Ministry of Agriculture,Beijing 100097,China)

To find a partial substitution of peat moss for soilless cultivation,mixing fermented straw of Jerusalem artichoke(FSJA)with peat moss is a technical solution.In this study,the effects of compound substrates with different proportions of FSJA on the growth and development of tomato were detected to select the optimum proportion of FSJA.In the control group(CK),peat moss:vermiculite=2:1;5 treatments were set with the proportions of FSJA being 20%(T1)、40%(T2)、60%(T3)、80%(T4)and 100%(T5).Physicochemical properties of the compound substrates were tested and cultivation experiments were conducted.The results showed that higher proportion of FSJA resulted in larger water-holding capacity,total porosity,aeration porosity and void ratio,and lower water-holding porosity.Plant height of T2increased by 14.18%and 22.39% compared with that of T5and CK,respectively.VC contents of tomato fruit in the 5 treatments were all higher than that of CK,and VC content of T5was 12.07%higher than that of CK.The content of soluble sugar firstincreased and then decreased with the increasing proportion of FSJA,and soluble sugar content of T3,which was the highest among the treatments,was 45.10%higher than that of CK.Soluble solid content of T3was significantly higher than that of other treatments,and soluble solid content of T1was the lowest.Yield per plant of T1was the highest in all the treatments,and was 23.16%higher than that of CK,while T5was 37.71%lower than that of CK.The results indicated that a certain percentage of FSJA could enhance the physicochemical properties of compound substrate and improve growth and development of tomato,20%-40%volume proportion of FSJA was suitable for tomato cultivation.

Compound Substrate;Jerusalem Artichoke;Tomato;Straw

S626

A論文編號：cjas16030008

青海大學(xué)昆侖學(xué)者科技專項(xiàng)“菊芋功能活性物質(zhì)評價(jià)與綜合利用”；農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)“京津冀種植業(yè)高效用水可持續(xù)發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”(201303133-2)；北京市科技計(jì)劃項(xiàng)目“番茄設(shè)施高產(chǎn)技術(shù)集成與示范”(D151100004515001)。

劉明池，男，1966年出生，研究員，博士，主要從事設(shè)施蔬菜與無土栽培的研究。通信地址：100097北京市海淀區(qū)彰化路50號北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心，Tel：010-51503519，E-mail：liumingchi@nercv.org。

2016-03-08，

2016-05-11。