枸杞枝條復配基質對番茄幼苗生長和光合的影響

李 堃，曲繼松，張麗娟，朱倩楠

(寧夏農林科學院 種質資源研究所，寧夏 銀川 750002)

草炭是無土栽培、育苗基質和土壤改良劑中不可缺少的材料，在園藝和環(huán)保等產業(yè)中占有重要地位。草炭不僅富含多種營養(yǎng)成分，還具有疏松透氣、保水保肥的優(yōu)點，然而其形成時間長、消耗速度快，是有限的天然資源[1]，過度開采會破壞生態(tài)環(huán)境[2]。近年來，農業(yè)有機廢棄物排放量日趨增加，對環(huán)境保護造成巨大壓力，科研工作者將農業(yè)廢棄物研發(fā)成無土栽培基質，不僅解決了農業(yè)環(huán)境污染和資源浪費兩大難題[3]，還為無土栽培提供了優(yōu)質的有機基質。王瑞琪等[4]向糠醛渣中添加一定量的硫磺，不僅可以替代草炭，還可以改良土壤，提高土壤中氨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量，降低土壤pH值。曲繼松等[5-6]以發(fā)酵的檸條粉替代草炭，與珍珠巖和蛭石按不同比例混配成檸條粉復合基質，研究表明V(檸條粉)∶V(珍珠巖)∶V(蛭石)=3∶1∶1或3∶1∶2的基質配比方案適于茄子育苗，V(檸條粉)∶V(珍珠巖)∶V(蛭石)=3∶1∶1或4∶1∶2的基質配比方案適于辣椒育苗。李爽等[7]將發(fā)酵腐熟的玉米秸稈與草炭、蛭石、沙子和田園土按不同體積比混配種植馬鈴薯脫毒苗，當玉米秸稈、草炭、蛭石的體積比為1∶1∶2時更有利于馬鈴薯脫毒苗的生長。張碩等[8]將完全發(fā)酵后的玉米芯、甘蔗渣與不同體積的草炭、蛭石混合配比，玉米芯、蛭石、草炭體積比為1∶1∶1和甘蔗渣、蛭石體積比為1∶1的復合基質可作為黃瓜育苗基質使用。吳英杰等[9]研究表明，爐渣與菇渣體積比為1∶1的混配基質是適合辣椒生長的無土栽培基質配方。

枸杞種植是寧夏地區(qū)的農業(yè)優(yōu)勢主導產業(yè)，至2016年寧夏枸杞種植面積高達6萬hm2，占全國枸杞種植面積的50%以上。在枸杞種植管理中，每年12月至下一年的1-3月都需要對不帶葉的粗硬枸杞枝條進行修剪，除此之外，在枸杞生長期還需要不斷地將不結果枝條(俗稱“幼條”)剪掉。目前，大部分被修剪下來的枸杞枝條僅作為燃料使用，利用價值十分低，若將每年修剪下來的枸杞枝條開發(fā)利用，作為替代草炭的育苗基質，不僅可以為基質的生產提供來源，還可以降低寧夏等西北地區(qū)的育苗成本。馮海萍等[10-11]結合寧夏特色產業(yè)，向廢棄的枸杞枝條中添加尿素、雞糞等物質后進行發(fā)酵，開發(fā)出枸杞枝條基質，不僅為基質的生產提供了來源，還可以調整基質的孔隙度、容重、pH值等性質。本研究將馮海萍等開發(fā)的枸杞枝條基質與珍珠巖、蛭石按不同體積配比，進行番茄育苗試驗，以“壯苗二號”育苗基質作為對照，分析枸杞枝條復配基質的物理性狀及其對番茄幼苗生長的影響，以期篩選出適宜番茄育苗的枸杞枝條基質復配方案，為枸杞枝條復配基質的研發(fā)和生產做鋪墊。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2016-10-25-12-23在寧夏農林科學院園林場試驗基地的日光溫室內進行，供試番茄品種為‘合作903’大紅番茄，由上海番茄研究所培育。育苗基質材料為枸杞枝條、珍珠巖、蛭石和“壯苗二號”育苗基質。枸杞枝條來源于寧夏枸杞種植基地，經(jīng)過發(fā)酵后使用。具體發(fā)酵方法為：將修剪下來的枸杞枝條粉碎成0.5～1.0 cm的碎屑裝入發(fā)酵池(1 m×1 m×1 m)，并加入3.0 kg尿素和20.0 kg消毒雞糞，混合均勻后用塑料薄膜覆蓋，保持60%～65%的相對含水量，高溫密閉發(fā)酵75 d。采用文獻[12]的方法測得發(fā)酵枸杞枝條的化學性質為：pH=7.80，全氮12.5 g/kg，全磷2.73 g/kg，全鉀15.2 g/kg，有機碳358 g/kg。

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區(qū)組設計，共設10個處理，T1處理全部使用枸杞枝條，其余9個處理中枸杞枝條、珍珠巖、蛭石的體積比分別為2∶1∶1(T2)、3∶1∶1(T3)、4∶1∶1(T4)、5∶1∶1(T5)、6∶1∶1(T6)、3∶1∶2(T7)、4∶1∶2(T8)、5∶1∶2(T9)、6∶1∶2(T10)，以“壯苗二號”育苗基質作為對照(CK)，各處理重復3次。

播種前，番茄種子溫湯浸種15 min后再于室溫浸泡8 h，然后用濕毛巾包裹放置于28 ℃的培養(yǎng)箱中催芽48 h，當70%的種子露白時點播于98穴標準育苗穴盤中。試驗期間日光溫室環(huán)境溫度控制為白天最高28 ℃，夜間最低10 ℃，日平均濕度40%。不同處理的田間管理統(tǒng)一，由于枸杞枝條的氮、鉀含量比較豐富，番茄育苗期不再施肥，每天只澆清水。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 基質物理性狀 取基質加滿在一定體積的環(huán)刀(環(huán)刀質量W0)中，于水中浸泡24 h后，稱質量得W1，水分自由瀝干后再稱質量得W2，放入烘箱內烘至質量恒定后稱質量得W3，按以下公式計算各指標：

Wd=(W3-W0)/V；

Wt=(W1-W3)/V×100%；

Wa=(W1-W2)/V×100%；

Wp=Wt-Wa；

Wa-p=Wa/Wp。

式中：Wd為干體積質量，Wt為總孔隙度，Wa為通氣孔隙度，Wp為持水孔隙，Wa-p為大小孔隙比。

1.3.2 番茄幼苗生長指標 于番茄出苗20，30和40 d時，分別取樣測定番茄幼苗的株高、莖粗、葉片數(shù)、最長根的長度及總根體積。番茄幼苗三葉一心時測定地上部、地下部的干質量和鮮質量，計算壯苗指數(shù)和根冠比。計算公式為：壯苗指數(shù)(g/株)=(莖粗/株高+地下部干質量/地上部干質量)×全株干質量；根冠比=單株地下部干質量/單株地上部干質量。

1.3.3 番茄幼苗光合及熒光指標 番茄幼苗三葉一心時，于晴天上午10：00測定光合指標(TPS-2便攜式光合作用測定系統(tǒng))和熒光指標(Handy PEA熒光儀)。光合指標包括凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)，葉綠素熒光指標包括光化學量子效應(Fv/Fm)、單位反映中心吸收光能(ABS/RC)、能量散耗(DIo/RC)、最大光化學效率(ΦPo)、用于電子傳遞的量子產額(ψEo)。

1.3.4 番茄幼苗生理指標 番茄幼苗三葉一心時，參照《植物生理學實驗指導》[13]，使用TTC法測定根系活力，丙酮乙醇混合法測定葉綠素含量，同時測定番茄幼苗的丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性和過氧化物酶(POD)活性。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2007軟件對試驗數(shù)據(jù)進行處理，使用DPS v7.05軟件LSD檢驗法進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 枸杞枝條不同比例復配基質的物理性狀

枸杞枝條不同比例復配基質的物理性狀見表1。

表1 枸杞枝條不同比例復配基質的物理性狀Table 1 Physical properties of different compound matrix based on Chinese wolfberry pruning branches

注：同列數(shù)據(jù)后標不同字母表示差異顯著(P<0.05)，下表同。

Note:Different letters show significant difference between treatments atP<0.05 according to LSR test,the same below.

由表1可以看出，各處理復配基質的干體積質量均在0.14～0.16 g/cm3，且顯著低于CK，說明枸杞枝條基質與其他基質復配可以降低干體積質量。各處理復配基質的總孔隙度、通氣孔隙度及持水孔隙均顯著高于CK，說明枸杞枝條復配基質的保水性和通氣性優(yōu)于壯苗二號育苗基質，育苗基質中添加枸杞枝條可以增加基質的孔隙度。由不同處理對比結果可知，基質配比中枸杞枝條所占比例越大，配比基質的干體積質量越小，總孔隙度越大，大小孔隙比越??；基質配比中蛭石所占比例越大，配比基質的干體積質量越大，總孔隙度越小，大小孔隙比越大。

2.2 枸杞枝條不同比例復配基質對番茄幼苗生長指標的影響

如表2所示，T5、T6和T10處理番茄幼苗的株高、莖粗、葉片數(shù)、總根體積等生長指標較好，且總體優(yōu)于CK；T8和T9處理番茄的株高、莖粗、總根體積等指標較差，且總體低于CK。在出苗40 d時，T5、T6、T10處理的株高分別比CK高45.87%，41.30%和14.36%，莖粗分別比CK高7.97%，12.68%和7.25%。對生長指標進行綜合分析可知，T8和T9處理番茄幼苗長勢最弱，T10處理番茄幼苗的長勢較強，T5和T6處理番茄幼苗的長勢最強。

表2 枸杞枝條不同比例復配基質對番茄幼苗生長指標的影響Table 2 Effects of different compound matrix based on Chinese wolfberry pruning branches on tomato growth index

2.3 枸杞枝條不同比例復配基質對番茄幼苗干鮮質量、根冠比和壯苗指數(shù)的影響

由表3可知，T6處理番茄幼苗的地上部鮮質量最高，T10處理的地上部鮮質量較高，二者的地上部鮮質量分別比CK高31.43%和26.05%。T5處理番茄的地下部、地上部干質量最大，其中地下部干質量比CK高16.33%，地上部干質量比CK高32.43%。由根冠比可以看出，各處理的根冠比與CK相比無顯著性差異，其中T3處理番茄的根冠比最大，T8和T9處理番茄的根冠比最小。由壯苗指數(shù)可知，T5處理的壯苗指數(shù)最大，比CK高4.51%，其次為T10處理，說明使用T5和T10處理的基質復配方案育苗時，番茄幼苗的質量較優(yōu)。

表3 枸杞枝條不同比例復配基質對番茄幼苗干鮮質量、根冠比和壯苗指數(shù)的影響Table 3 Effects of different compound matrix based on Chinese wolfberry pruning branches fresh,dry weight,root/shoot and healthy index of tomato

2.4 枸杞枝條不同比例復配基質對番茄幼苗光合指標和熒光指標的影響

由表4可知，T2處理番茄的Pn最低，T10處理番茄的Pn最高；T5、T6、T7、T8和T10處理番茄的Pn顯著高于CK，分別比CK高26.92%，25.13%，41.79%，37.95%和51.28%。T3、T4處理番茄的Gs和Tr最低，T8處理番茄的Gs和Tr最高，其中T8處理番茄的Gs顯著高于CK，T3、T4處理番茄的Tr顯著低于CK，而其他處理番茄的Gs和Tr與CK無顯著性差異。各處理番茄的Ci均顯著低于CK，其中T3處理番茄的Ci最低。

表4 枸杞枝條不同比例復配基質對番茄幼苗光合指標的影響Table 4 Effects of different compound matrix based on Chinese wolfberry pruning branches photosynthetic parameters of tomato

Fv/Fm反映了最大PSⅡ的光能轉換效率，F(xiàn)v/Fo則與有活性的反應中心的數(shù)量成正比關系。由表5可知，T1處理番茄的Fv/Fm最高，T6和T9處理番茄的Fv/Fm較高，其中T1處理的Fv/Fm僅比CK高0.28%。各處理番茄的Fv/FO以CK最高，其次為T1、T6和T9處理，且均與CK無顯著差異。各復配基質的ABS/RC和DIo/RC均高于CK，其中T4處理的ABS/RC最高，比CK高15.24%，T7處理的DIo/RC最高，比CK高43.08%。T1和T6處理的ΦPo最高，但與CK無顯著性差異，T1處理的ΦPo比CK高0.28%，T6處理的ΦPo與CK相同。ψEo主要反映PSⅡ受體側的變化，各復配基質ψEo均低于CK，T7最低，僅為CK的42.55% 。

表5 枸杞枝條不同比例復配基質對番茄幼苗熒光指標的影響Table 5 Effects of different compound matrix based on Chinese wolfberry pruning branches fluorescence of tomato

2.5 枸杞枝條不同比例復配基質對番茄幼苗生理指標的影響

由表6可知，T10處理番茄的葉綠素a、葉綠素b及總葉綠素含量均最高，T4處理最低。由方差分析結果可知，T5、T6和T10處理番茄的總葉綠素含量顯著高于CK，分別比CK高11.70%，11.70%和17.02%，而T1、T2、T3和T4處理番茄的葉綠素總量顯著低于CK，說明T10處理番茄幼苗的光合作用較強，有利于干物質的累積。根系活力與幼苗的生長情況密切相關，T3和T9處理番茄的根系活力最高且顯著高于CK，T4、T5、T6和T7處理番茄的根系活力與CK無顯著性差異，其中T3和T9處理番茄的根系活力比CK高5.22%，T5和T6處理番茄的根系活力比CK高3.48%。T2、T3和T4處理番茄的MDA含量顯著高于CK，說明使用T2、T3和T4處理的復配基質種植番茄時，幼苗的受傷害程度較高；T5、T6、T7、T8、T9和T10處理番茄的MDA含量低于CK，分別比CK低19.08%，14.25%，40.02%，39.03%，60.47%和39.65%。T10處理番茄的POD活性與CK無顯著性差異，T3和T7處理番茄的POD活性顯著高于CK，分別比CK高68.98%和16.79%，其余處理番茄POD活性均顯著低于CK。各處理番茄SOD活性均低于CK，其中以T3處理番茄SOD活性最高。

表6枸杞枝條不同比例復配基質對番茄幼苗生理指標的影響
Table 6 Effects of different compound matrix based on Chinese wolfberry pruning branches physiological parameters of tomato

處理 Treatment葉綠素a/(mg·g-1)Chlorophyll a葉綠素b/(mg·g-1)Chlorophyll b總葉綠素/(mg·g-1)Chlorophyll(a+b)根系活力/(mg·g-1·h-1)Root activityMDA含量/(mmol·g-1)MDA contentPOD活性/(U·g-1)POD activitySOD活性/(U·g-1)SOD activityT10.53±0.01 ef0.21±0.00 de0.74±0.01 ef0.97±0.01 f9.67±1.26 c166.67±6.80 f406.34±21.42 cdT20.55±0.02 de0.22±0.02 de0.77±0.04 de1.08±0.02 de20.82±0.66 a188.29±6.80 e369.51±30.73 deT30.52±0.02 ef0.19±0.01 e0.71±0.03 ef1.21±0.00 a12.10±1.35 b417.12±6.80 a558.81±51.31 bT40.46±0.01 f0.18±0.02 e0.65±0.03 f1.13±0.06 cd12.10±0.45 b225.23±5.63 d416.63±16.65 cT50.75±0.07 a0.30±0.03 ab1.05±0.10 a1.19±0.01 ab6.53±0.83 def167.57±7.15 f403.17±19.96 cdT60.76±0.00 a0.29±0.00 ab1.05±0.01 a1.19±0.04 ab6.92±1.64 de214.41±10.23 d148.12±7.73 hT70.73±0.00 ab0.28±0.00 bc1.01±0.00 ab1.18±0.04 ab4.84±0.79 fg288.29±9.49 b163.96±20.82 hT80.68±0.02 bc0.25±0.01 cd0.93±0.03 bc1.06±0.04 e4.92±1.11 efg197.30±11.78 e356.44±33.08 efT90.62±0.02 cd0.25±0.01 cd0.86±0.02 cd1.21±0.05 a3.19±0.50 g187.39±6.81 e284.75±44.21 gT100.77±0.13 a0.33±0.06 a1.10±0.16 a1.05±0.02 e4.87±1.51 fg240.54±5.41 c316.83±13.77 fgCK0.66±0.02 bc0.28±0.02 bc0.94±0.04 bc1.15±0.02 bc8.07±1.61 cd246.85±5.63 c624.16±8.76 a

3 討 論

復配基質需根據(jù)不同基質材料的理化性質及幼苗的生物學特性進行配比，部分研究表明，番茄栽培中基質適宜的干體積質量為0.1～0.8 g/cm3[14-18]，本研究中各處理枸杞枝條復配基質的干體積質量均在該范圍內，說明枸杞枝條作為栽培基質是可行的。將枸杞枝條基質與其他基質復配可以降低干體積質量、增加基質的孔隙度，配比基質中枸杞枝條所占比例越大，基質的干體積質量越小，總孔隙度越大，大小孔隙比越小。根據(jù)蔣衛(wèi)杰等[19]提出的大小孔隙比以0.25～0.5為宜的標準，T3、T4、T5和T10處理的大小孔隙比較適宜，且優(yōu)于CK。根據(jù)田吉林等[20]提出的基質總孔隙度為60%～90%、通氣孔隙度>15%、持水孔隙>45%的標準，T3和T10處理枸杞枝條復配基質的物理性狀最適宜。

在育苗方面，由10種基質番茄幼苗的株高、莖粗、葉片數(shù)、根長和根體積綜合分析可知，使用T5處理(V(枸杞枝條)∶V(珍珠巖)∶V(蛭石)=5∶1∶1)和T10處理(V(枸杞枝條)∶V(珍珠巖)∶V(蛭石)=6∶1∶2)復配基質育苗時，番茄幼苗的株高、莖粗、葉片數(shù)和根體積指標較好，壯苗指數(shù)較大，長勢最強。通過葉綠素含量和光合參數(shù)比較得出，使用T10處理復配基質育苗時，番茄幼苗的葉綠素含量最高，比CK高17.02%；番茄的凈光合速率(Pn)最高，比CK高51.28%，說明T10處理的復配基質方案利于番茄光合作用以及干物質的累積。

葉綠素熒光測定技術作為一種無損傷的快速探針用于植物的光合生理研究已有大量報道[21-22]。Fv/Fm反映了熒光誘導動力學曲線上升過程中O-P段的PSⅡ光合電子傳遞能力，光化學量子效應(Fv/Fm)反應了最大PSⅡ的光能轉換效率，在非脅迫條件下該參數(shù)變化極小，脅迫條件下該參數(shù)明顯下降，F(xiàn)v/Fo則與有活性的反應中心的數(shù)量成正比關系。根據(jù)Strasser等[23]的能量流動模型，植物葉片吸收的總能量(ABS)，一部分以熒光的形式釋放，大部分被反應中心(RC)捕獲，被反應中心捕獲的能量中有一部分通過QA的還原氧化導致電子傳遞(ET)，另一部分以熱耗散的形式釋放(DI)。本研究中，各復配基質處理番茄幼苗單位反應中心吸收光能(ABS/RC)和能量散耗(DIo/RC)的值均大于CK，說明復配基質葉片受脅迫時單位反應中心承擔的光能轉換任務更多。用于電子傳遞的量子產額(ψEo)主要反映了PSⅡ受體側的變化，CK處理ψEo值最大，說明壯苗二號基質上番茄幼苗葉片用于QA下游電子傳遞的量子減少，PSⅡ反應中心捕獲的激子中用于QA下游電子傳遞的激子占捕獲激子總數(shù)的比例減少，PSⅡ受體側QA下游的電子傳遞接收的能量占總能量的比例降低。

MDA是膜脂過氧化分解的主要產物之一，其含量與植物的受傷害程度呈正相關[15,24]，POD和SOD等抗氧化酶可以減輕自由基對膜系統(tǒng)的過氧化傷害，提高植物的抗逆性[16]。本研究結果表明，T10處理番茄的MDA含量較低，比CK低39.65%，SOD和POD活性較高，說明該處理番茄的受傷害程度明顯低于CK，并且抗逆性強。

將不同處理基質的物理性狀與番茄穴盤苗的生長、光合和生理指標綜合分析后可知， T10處理的枸杞枝條復配基質較適于番茄穴盤育苗，T6處理次之。