高峰，颉振东，吕剑，张天浩，郁继华，肖雪梅，李静，秦海娟

(1.甘肃农业大学园艺学院，甘肃 兰州 730070；2.山东农业大学林学院，山东 泰安 271018)

随着近年来戈壁农业的发展，基质无土栽培技术在非耕地区域得到大面积推广，栽培基质的需求量也越来越大[1].黄瓜(CucumissativusL.)是戈壁农业生产中的主栽蔬菜之一，其根系不发达，抗性较弱，对于栽培基质的性能要求较高.草炭因其较好的理化性状在世界范围内被广泛作为栽培基质使用，但基于其可持续利用与湿地保护的需要[2-7]，加之价格不断上涨，生产上需要高质量和低成本栽培基质的来代替草炭[8].

2016年，我国食用菌产量约为3 596余万t，菌渣年产生量约1亿余t[9].菌渣经过发酵后因其较高的有机质含量和保水保肥能力常被作为栽培基质原料使用[10-12].2016年，甘肃省牛存栏量约512.87万头[13]，每年产生牛粪约12 821.75万t[14].牛粪经堆肥处理后具备良好基质原料所具有的大部分要求，且牛粪堆肥作为育苗基质较其他粪便堆肥更有利于蔬菜幼苗的生长[15].也有研究表明使用发酵后的菌渣和牛粪进行配比的复合基质可作为栽培基质使用[16-17].此外，河西地区是甘肃主要棉花产区，每年产生大量棉花秸秆，棉花秸秆具有吸水性强、质量轻、吸附性能大等优点，可用于改良基质性状，还可做到就地取材降低成本，其基质化利用对于以基质无土栽培为核心的戈壁农业的可持续发展具有重要意义.本试验选用腐熟牛粪、发酵菌渣和发酵棉花秸秆等农业废弃物，探讨其作为黄瓜栽培基质的可行性及适宜的配比，以期筛选出能够替代草炭型基质的黄瓜栽培基质.

1 材料与方法

1.1 材料及仪器

试验以“津旺609”黄瓜为试材；选取发酵菌渣、腐熟棉花杆、发酵牛粪、蛭石，按照不同体积比例，复配成不同的基质(表1)，以常规栽培基质(草炭∶蛭石=7∶3)作为对照.

表1 不同处理的基质配比(体积比)

仪器：HI8314型pH计；DDS-307A型电导率仪；K1100型凯氏定氮仪；AP1302型火焰分光光度计.

1.2 试验方法

试验于2018年11月至2019年8月在甘肃农业大学玻璃温室及在园艺学院蔬菜栽培生理实验室进行.共设计5种不同的基质配比(表1)，以传统栽培基质(草炭∶蛭石=7∶3)作为对照.采用随机区组试验设计，选取完整，均匀的黄瓜种子经温汤浸种消毒，放入恒温培养箱中进行催芽，待种子露白，选择发芽相对一致的种子，移至72孔穴盘中育苗.育苗期间采取常规的管理方法，待幼苗长至三叶一心时定植，定植后采用常规栽培方法管理.每个处理设30个重复.

1.3 测定指标与方法

1.3.1 基质理化性状的测定 基质容重采用环刀法[18]；土壤有机质用重铬酸钾容量法[19]；pH值按水∶土=10∶1的比例用HI8314型pH计测定[20].EC值用DDS-307A型电导率仪测定.

基质风干样经粉碎过65目筛后进行基质养分含量测定：碱解氮用减扩散法测定，有效磷用碳酸氢钠提取-钼锑抗比色法[21]，有效钾用乙酸铵浸提-火焰分光光度法使用AP1302型火焰分光光度计测定.全氮、全磷、全钾的测定先将样品使用H2O2-H2SO4消煮法消煮前处理，取其消煮液稀释后进行测定，全氮用K1100型凯氏定氮仪测定[22]，全磷用氢氧化钠熔融钼锑抗比色法[23]，全钾用火焰光度法[24].

1.3.2 基质酶活性的测定 基质脲酶活性、基质蔗糖酶活性、基质过氧化氢酶活性、基质磷酸酶活性的测定参考关松荫的方法测定[25].

1.3.3 生长及生理指标的测定 使用直尺测定株高；使用游标卡尺测定茎粗(子叶下方1/3处)；地上部、地下部鲜质量采用电子天平测定，地上部、地下部干质量是将植株在烘箱内105 ℃杀青30 min后于80 ℃条件下烘干至恒量，使用电子天平测定；取幼苗的地下部，用超纯水洗净并擦干后采用TTC法测定根系活力[26]；，使用80%丙酮浸提法测定叶绿素含量[26]；可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定[27].

根冠比=地下部干质量/地上部干质量

1.3.4 黄瓜植株形态指标的综合评价 对不同复合基质栽培下的黄瓜植株，利用下式求形态指标隶属值[28]：

式中，Xi为指标测定值，Xmin、Xmax为所有参试材料某一指标的最小值和最大值.

若某一指标与植株形态负相关，可通过反隶属函数计算其隶属函数值：

将不同基质配比的不同指标的隶属函数值进行累加，求其平均值，即为综合评价指数.

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2010进行数据的统计和计算，用SPSS 20.0软件Duncan行单因素方差分析(P<0.05).

2 结果与分析

2.1 不同配方基质的养分含量

由表2可知，所有基质pH值在4.71～7.68之间，配方基质处理间无显著性差异，但与T0相比，pH值整体偏碱性；基质EC值在0.31～2.66 ms/cm之间，均在作物适宜的EC值的范围之内[29]；基质容重在0.224～0.302 g/cm3之间，除T2外，其他处理容重均显著大于T0，T1的容重显著大于其他处理，其余各处理间无显著性差异；总孔隙度均在54%～96%的理想范围之内，T1的总孔隙度显著高于T0与其他处理，其他各处理与T0的总孔隙度差异不显著.

表2 栽培基质理化性状

邓肯氏显著性检验，不同小写字母表示差异显著(P<0.05).

Different small letters indicate significant difference atP<5% level by Duncan＇s multiple test．

由表3可知，4种复配基质中的有机质、全磷、全钾、碱解氮、速效磷和速效钾均显著高于T0.其中T4处理基质有机质含量最高，为271.21 g/kg，且全氮、全钾、碱解氮和速效钾含量均显著高于其他处理；全磷和速效磷最高为T1，分别为4.03、919.72 g/kg.

2.2 不同配方基质的相关酶活性

基质酶活性如图1所示，脲酶活性除T4与T0差异不显著外，T1(1.361 mg/g ))较T0、T2、T3和T4差异显著；配方基质的蔗糖酶活性、磷酸酶活性、过氧化氢酶活性均显著高于T0，其中T3和T4的蔗糖酶活性显著高于T1和T2，但各处理之间无显著性差异；T0磷酸酶活性显著小于各处理，其余各处理间无显著差异；各处理的过氧化氢酶活性较T0均显著高，而各配方基质处理间无显著差异.

图1 不同基质比对基质酶活性的影响Figure 1 Effect of different substrate ratios on substrate enzyme activity

2.3 不同配方基质对黄瓜植株生长和生理的影响

2.3.1 不同配方基质对黄瓜植株干鲜质量的影响 各配方基质下黄瓜植株生长25 d后各复合基质对黄瓜幼苗干鲜质量的影响如图2所示：所有配方黄瓜植株的地上部鲜质量、地下部鲜质量、地上部干质量、地下部干质量均高于T0，其中除地下部干质量与T1地下干质量未达显著水平外，其余均与T0差异显著.

T2种植的黄瓜植株地上部鲜质量最大，为37.175 g，且显著高于其他各处理；黄瓜地下部鲜质量、地上部干质量、地下部干质量T4均为最大，且与其他配方下生长的黄瓜植株地下鲜质量和地上部干质量达显著水平，地下干质量中虽与T2、T4无显著差异，但其地下部干质量为最大.T2全株干质量最大，为3.071 g，但与T4无显著性差异.

2.3.2 不同配方基质对黄瓜植株生长的影响 各处理黄瓜株高在定植25 d内的变化如图3所示：随着播种时间的增加，其各配方下黄瓜株高均呈上升趋势.T0在播种后5、10、15、25 d株高均低于其他复配基质.播种后25 d，黄瓜植株高度最高的为D配方基质下生长的黄瓜植株，为29.51 cm，最矮的为T0，高度为11.54 cm.黄瓜株高由高到低依次为T4>T3>T2>T1>T0.各复配配方株高T0分别提高155.72%、137.18%、132.67%和122.18%，其余各配方间无显著性差异.

图4为黄瓜幼苗在不同复配基质下定植25 d后的茎粗变化：随着播种天数的增加，其茎粗不断增大，但增幅有所不同.在播种后25 d，T4处理黄瓜茎粗最粗，为6.88 mm.T0处理最细，为4.91 mm，且各配方基质黄瓜茎粗显著大于T0，且较T0分别提高40.12%、35.44%、35.03%和32.18%，其余各配方间无显著性差异.黄瓜茎粗由粗到细依次为T4>T3>T2>T1>T0.

图4 不同基质比对黄瓜茎粗的影响Figure 4 Effect of different substrate ratios on cucumber stem diameter

图5 不同基质比对黄瓜叶片数的影响Figure 5 Effect of different substrate ratios on the number of cucumber leaves

图5为黄瓜幼苗在不同复配基质下播种25 d后的叶片数的变化：随着播种时间的增加，其各配方下黄瓜叶片数均呈上升趋势.T0在播种后5、10、15、25 d叶片数均少于其他复配基质.其中在播种后25 d，T4处理黄瓜叶片最多，为9片，T0处理叶片数最少，为6片；且各配方叶片数均显著多于T0，增幅分别为42.95%、37.12%、33.05%和30.7%，其余各配方间无显著性差异.

2.3.3 不同配方基质对黄瓜植株根系活力的影响 图6为黄瓜在不同配比基质中定植25 d后黄瓜的根系活力.T0处理的根系活力最低，为134.56μg/(g·h)，T4的根系活力最高，为196.22 μg/(g·h)，均显著高于其他处理，而其余各处理之间的根活力无显著差异.

图6 不同基质配比对黄瓜根系活力的影响Figure 6 Effects of different substrate ratios on root activity of cucumber

2.3.4 不同配方基质对黄瓜叶片叶绿素含量的影响 图7为各处理黄瓜叶片叶绿素含量：配方基质处理叶绿素a含量、叶绿素b含量和叶绿素a+b含量均显著高于T0，其中T4、T3、T2叶绿素a含量分别较T1提高11.35%、10.33%和9.02%；T1的叶绿素b含量显著高于T2，但与T3、T4不显著；T3和T4的叶绿素总含量显著高于T1，分别提高6.3%和4.46%，其余各处理间无显著差异.

2.3.5 不同配方基质对黄瓜叶片可溶性蛋白含量的影响 图8为不同基质配比基质黄瓜播种25 d后叶片中可溶性蛋白的含量：各处理较T0可溶性蛋白含量均显著提高，其中T4的可溶性蛋白含量最高，为1.04 mg/g，且显著高于其他配方.其余各配方间无显著差异.

2.3.6 不同配方基质对黄瓜植株生长指标影响的综合性评价 利用综合隶属函数的方法，对不同基质栽培黄瓜幼苗生长情况进行多指标综合评价，并计算其综合评价系数，值越大，则植株生长越好.由表4可知除根冠比外各处理的综合评价指标均大于T0，其中T4除地上部鲜质量、和根冠比外其余指标的评价系数均为1，综合评价系数0.93为各处理中最高，T1的综合评价指标为各处理中最低，为0.5；T2的全株干质量和地上部干质量指标评价系数分别为0.99和0.96，综合评价系数为0.80，仅次于T4处理；T3的地上部鲜质量指标评价系数为1，综合评价系数为0.77仅高于T1.

图7 不同基质配比对黄瓜叶绿素含量的影响Figure 7 Effects of different substrate ratios on root activity of cucumber

图8 不同基质配比对黄瓜叶片可溶性蛋白含量的影响Figure 8 Effect of different substrate ratios on soluble protein content in cucumber leaves

从综合评价指标可以看出各处理的综合评价系数均高于T0，T4的植株干质量指标评价系数和综合指标评价系数最高，黄瓜干物质积累量多，是较适宜的栽培基质.

3 讨论

为作物创造良好的根系环境是基质栽培的核心，如养分、水分、空气和良好的土壤酶活性，而这些因素均与基质理化性状密切相关[30-31].将农业废弃物进行合理配比的复配基质往往拥有良好理化性状，张颖等研究发现将菌渣与草炭、蛭石复配后可将菌渣过高的EC值降低到适宜水平[32]；郑剑超将菌渣和草炭、珍珠岩复配增加其持水孔隙度，增强了其保水能力[33]；周宇等将黄沙和炉渣复配后复合基质的有机质、有效氮、有效磷和有效钾含量均较单一基质有所提高[34].在本研究中，将发酵后的牛粪、菌渣与发酵后的棉花杆、蛭石混合后的复配基质的养分含量显著高于T0，pH、EC值容重和孔隙度在适宜范围之内，符合理想栽培基质的理化性状，其中T4的全氮、全钾、速效氮和速效钾含量显著高于其他处理，T1的全磷和速效磷含量显著高于其他处理.

表4 不同比例的基质对黄瓜植株生长指标影响的综合性评价

研究表明使用菌渣复配基质作为黄瓜的栽培基质可提高黄瓜光合及生长[31,33-35].在本研究中，T4的可溶性蛋白含量和根系活力显著高于其他处理，叶绿素a+b含量高于其他处理.在本研究中，以菌渣为主要材料的T4的株高、茎粗、叶片数及全株干质量为各处理中最优，地下部鲜质量显著高于其他处理，综合评价指标为0.93，为最适栽培基质.而T2的株高、茎粗、叶片数及全株干质量与T4无显著差异，综合评价指标为0.8，所以也可作为适宜的黄瓜栽培基质使用.

4 结论

合理配比的发酵菇渣复合基质容重、孔隙度、pH值、EC值等理化性质方面符合黄瓜栽培基质要求，其中T4的全氮、全钾、速效氮和速效钾含量显著高于其他处理；从栽培效果来看，T4的可溶性蛋白含量、根系活力、干物质含量和叶绿素a+b含量显著优于其他处理，综合评价指标为0.93，为本试验中最佳处理，可以代替传统草炭型基质用于黄瓜栽培.