秦伟 刘震 王民乾 闫延梅 石红梅 姜涛 陈昆
摘 要：為探究作物秸秆在西瓜育苗中的利用价值，以西瓜品种‘甜王为试材，利用分别腐熟的油菜、小麦、生姜秸秆各自与蛭石、珍珠岩按照一定的比例复配基质作处理，分别记为XM处理（小麦∶蛭石∶珍珠岩=2∶1∶1）、SJ处理（生姜∶蛭石∶珍珠岩=1∶1∶1）、YC处理（油菜∶蛭石∶珍珠岩=2∶1∶1），草炭∶蛭石∶珍珠岩=2∶1∶1作对照，研究不同作物秸秆复配基质对西瓜幼苗光合能力、壮苗指数及根系活力的影响。结果表明：YC、SJ、XM处理下，西瓜幼苗叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b和类胡萝卜素含量均高于对照，且以YC处理最大，较对照分别增加17.42%，25.00%，6.21%和28.57%，与对照差异显著（P<0.05）。净光合速率以YC处理下值最大，较对照提高39.85%，与对照差异显著（P<0.05）。不同复配基质处理下，气孔导度和蒸腾速率二者具有相同的变化规律，与净光合速率呈现正相关关系，与胞间CO2浓度负相关。
CK处理下，西瓜幼苗叶片胞间CO2浓度值最大。西瓜幼苗壮苗指数和根系活力在YC处理下均高于对照， 在SJ处理下均低于对照。总之，在YC处理下，西瓜幼苗光合能力最强，根系活力最高，壮苗指数值最大，完全可以利用油菜秸秆复配基质替代草炭基质进行西瓜育苗。
关键词：西瓜;复配基质;光合能力;壮苗指数;根系活力
中图分类号：S651 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2020.06.006
Abstract：
In order to explore the utilization value of crop straw in watermelon seedling， the watermelon variety "Tianwang" was used as the test material， and the fully decomposed rape， wheat， ginger straw and peat were mixed with vermiculite and perlite in a certain proportion to study the effect of different crop straw mixed matrix on the photosynthetic capacity， seedling strength index and root activity of watermelon seedlings. The results showed that the contents of chlorophyll a， chlorophyll b， chlorophyll a + b and carotenoid in watermelon seedlings treated with YC， SJ and XM were all higher than those in the control， and YC treatment was the largest， increased by 17.42%， 25.00%， 6.21% and 28.57% respectively， which was significantly different from the control （P<0.05）. The net photosynthetic rate of YC treatment was the highest， which was 39.85% higher than that of the control （P<0.05）. The stomatal conductance and transpiration rate had the same change rule under different compound substrate treatments， showing a positive correlation with net photosynthetic rate and a negative correlation with intercellular CO2 concentration. Under CK treatment， the intercellular CO2 concentration of watermelon seedling leaves was the highest. The seedling growth index and root activity of watermelon were higher under YC treatment than that of the control， and lower under SJ treatment. In a word， under YC treatment， watermelon seedlings have the strongest photosynthetic capacity， the highest root activity， and the largest index value of strong seedlings. Therefore， rape straw composite substrate can be used to replace peat substrate for watermelon seedling.
Key words：
watermelon; compound matrix; photosynthetic capacity; strong seedling index; root activity
草炭具有较为理想的理化性质，在作物育苗和无土栽培中被大量使用，致使草炭被大量的无节制的开发利用，对生态资源造成严重威胁和破坏[1]。另外，因为草炭是不可再生资源，极其有限，加之运输成本的不断提高，草炭购买价格也在不断上涨，造成使用草炭进行育苗和无土栽培成本大幅提高，压缩了种植户的利润空间。因此，国内外都在寻找可以替代草炭的有机质，其中以有机废弃物为研究重点，如作物秸秆、种子壳、菇渣、树皮等。由于这些有机废弃物含有较高的有机物质和礦质元素，从理论上讲，这些有机废弃物利用有效的方法和处理设备处理后具备替代草炭的可能。众多的试验研究也证明了这一点。朱增勇[2]研究认为，玉米秸秆和鸡粪1∶1.5的比例配施，番茄长势优于草炭蛭石3∶1的对照。苏丽影[3]研究得出，利用玉米秸秆复配基质培育的番茄、黄瓜、茄子、辣椒等蔬菜作物的长势、净光合速率及壮苗指数均高于草炭蛭石对照。曾清华等[4]研究认为，小麦秸秆：草炭：螟石按36∶54∶10的比例混配基质，有利于甜椒幼苗叶绿素含量的提高。任志雨等[5]研究指出，作物秸秆与草炭或蛙石混配可改善秸秆基质的理化性状，且以50%秸秆与50%草炭混配栽培效果最佳，最有利于黄瓜的形态建成及叶绿素含量的增加。郝树芹等[6]研究指出，在生姜秸秆∶蛭石∶珍珠岩=3∶2∶2处理下，黄瓜幼苗叶片净光合速率最大，可以利用生姜秸秆替代草炭进行黄瓜育苗。曾清华等[7]研究认为，小麦秸秆、草炭、蛭石按2∶1∶1的比列进行基质复配较对照（草炭∶蛭石=2∶1）有利于黄瓜幼苗叶片净光合速率的提高。近年来，小麦秸秆、生姜秸秆、树木枝条也被广泛应用于丝瓜、苦瓜等蔬菜基质育苗研究上。
西瓜（Citrullus lanatus（Thunb.） Matsum. et Nakai）堪称“盛夏之王”，在我栽培面积较大，育苗时需要大量的草炭基质，然而当前有关作物秸秆复配基质用于西瓜育苗方面的研究尚鲜见报道。为此，本文通过选用充分腐熟的油菜、生姜、小麦秸秆作为新型基质与蛭石、珍珠岩进行复配，研究其对西瓜幼苗光合能力、壮苗指数及根系活力的影响，以期探寻西瓜育苗最佳的作物秸秆复配基质，为有机废弃物的再利用提供理论支持。
1 材料和方法
1.1 试验材料
供试西瓜品种为‘甜王。供试秸秆材料为小麦、生姜、油菜秸秆，基质复配材料为蛭石与珍珠岩。小麦、生姜、油菜秸秆自然风干后，用粉碎机分别将其粉碎成长1 cm左右的小段，添加尿素使C/N调节至25∶1～30∶1范围，补充水分使含水量60%～65%，将秸秆分别高温静态堆放，上塑料膜以加快腐熟过程，腐熟期间需翻动2～3次并补充水分和氧气，约30 d后秸秆变黑、变软、易被拉断，即可风干备用。分别腐熟后的秸秆在与蛭石、珍珠岩复配后，均不添加草炭，喷洒多菌灵杀菌剂用于预防苗期病害。
1.2 试验方法
试验于2019年2月在商丘市农林科学院闫集试验站智能温室进行。试验按2∶1∶1的体积比例复配基质，设置4个处理，分为CK对照（草炭∶蛭石∶珍珠岩=2∶1∶1）、XM处理（小麦∶蛭石∶珍珠岩=2∶1∶1）、SJ处理（生姜∶蛭石∶珍珠岩=1∶1∶1）、YC处理（油菜∶蛭石∶珍珠岩=2∶1∶1）。将西瓜种子置于55 ℃温水中浸泡10 min，再在常温下浸泡10 h，期间用手搓洗种子，以去除表皮粘液，并更换清水，然后置于催芽室进行催芽。催芽结束后，将露白的种子播种于50孔穴盘内，每穴播种一粒，芽尖向下并覆盖1 cm左右的基质。每处理均设3次重复，每个重复播种5盘，共计60盘。白天温度26～30 ℃，夜间15～19 ℃，空气湿度65%～75%，白天光照12 h，基质保持湿润状态，见干则补充水分，在2叶1心、3叶1心时分别喷施0.2%磷酸二氢钾1次作叶面肥。当西瓜幼苗4叶1心时，进行相关指标的测定。
1.3 测定指标与方法
采用95%乙醇提取法测定叶绿素含量[8];采用美国产Li-6 400光合仪测定西瓜幼苗到三叶片的净光合速率。采用氯化三苯基四唑（TTC）法测定根系活力[9];壮苗指数=（茎粗/株高+地下部干质量/地上部干质量）×全株干质量。
1.4 数据处理
采用Microsoft Excel 2007进行数据处理和作图，采用SPSS进行统计分析，采用Duncan信复极差法对数据进行显著性分析。
2 结果与分析
2.1 不同秸秆复配基质对西瓜幼苗光合色素含量的影响
由表1可知，不同秸秆基质复配对西瓜幼苗叶绿素含量的影响存在差异。YC、SJ、XM处理下，西瓜幼苗叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b和类胡萝卜素含量均高于对照，这说明利用作物秸秆进行基质复配可以提高西瓜幼苗光合色素含量。其中，以YC处理最大，较对照分别增加17.42%，25.00%，6.21%和28.57%，与对照差异显著（P<0.05），说明利用油菜秸秆进行基质复配较生姜秸秆、小麦秸秆及草炭复配基质更有利于提高西瓜幼苗的叶绿素含量。XM处理次之，SJ处理虽高于对照，但与对照差异不显著（P<0.05）。
2.2 不同秸秆复配基质对西瓜幼苗光合特性的影响
由表2可以看出，不同秸秆基质复配对西瓜幼苗光合参数的影响不同。西瓜幼苗叶片净光合速率以YC处理下值最大，XM次之，SJ处理第三，较对照分别提高39.85%，27.95%，11.58%，且与对照差异显著（P<0.05），说明利用油菜、小麦和生姜秸秆进行基质复配均能提高西瓜幼苗净光合速率。气孔导度和蒸腾速率二者具有相同的变化规律，不同处理间数值大小依次为：YC>XM>SJ>CK，与净光合速率呈现正相关关系，其中YC处理下二者较对照分别增加60.64%，37.37%，与对照差异显著（P<0.05）。CK处理下，西瓜幼苗叶片胞间CO2浓度值最大，SJ次之，XM第三，YC处理值最小，与净光合速率呈现负相关关系，其中YC处理较对照CK降低18.99%，与对照差异显著（P<0.05）。
2.3 不同秸秆复配基质对西瓜壮苗指数和根系活力的影响
由图1可以得出，不同秸秆基质复配能够影响西瓜幼苗壮苗指数大小及根系活力的高低。在YC、XM处理下，西瓜幼苗壮苗指数均高于对照，且以YC处理下值最大，XM次之，较对照分别增加10.87%，6.52%，与对照差异显著（P<0.05），说明油菜秸秆和小麦秸秆用于基质复配有利于提高西瓜幼苗的健壮程度;SJ处理壮苗指数低于对照，较对照降低6.52%，但与对照差异不显著（P>0.05），说明利用生姜秸秆进行基质复配不利于培育西瓜壮苗。根系活力在YC、XM处理下，高于对照，较对照分别提高26.45%，16.95%，与对照差异显著说明油菜秸秆和小麦秸秆用于基质复配有利于提高根系对外界营养物质的吸收能力;SJ处理下根系活力最低，且与对照差异显著（P<0.05），说明生姜秸秆基质不利于根系的生长健壮。
3 结论与讨论
研究表明，叶片叶绿素指标与秧苗质量有着密切的关系，因此叶绿素指标已被用作评价蔬菜秧苗质量的关键参数[10]。本试验结果表明，YC、SJ、XM三个处理下，西瓜幼苗叶片光合色素含量均高于对照，且以YC处理下值最大，这表明这三个处理的西瓜秧苗质量均高于对照，这可能是因为秸秆中的有机质含有较多的氮磷钾以及各种微量元素，其中全磷、全钾、全氮以及速效钾、速效磷含量均高于草炭[11]，能够为西瓜幼苗的生长提供充足的养分供应。
光合作用是绿色植物进行生长发育的物质基础。本试验结果表明，在YC处理（油菜∶蛭石∶珍珠岩=2∶1∶1）下，西瓜幼苗叶片净光合速率最大，可见不同作物对不同基质的响应存在差异。本试验结果还表明，不同处理叶片净光合速率与叶绿素含量变化规律一致，二者呈现正相关关系，在YC处理下西瓜幼苗叶片叶绿素含量最高时，净光合速率也达到最大值，这可能是因为外界环境的改变（如育苗基质的差异）首先引起光合色素含量的变化，进而对叶片的光合能力的强弱产生影响[12]。气孔因素和非气孔因素均能引起植物叶片净光合速率的降低，至于哪种因素引起叶片净光合速率的降低，可通过胞间CO2浓度（Ci）和气孔导度（Gs）的变化方向进行判断。Farquhar和Sharkey[13]研究指出，在Ci保持不变或上升的情况下，Gs呈现下降趋势，可判定此时的净光合速率降低主要由叶肉细胞同化能力降低等非气孔因素所致;若在Ci降低时，Gs呈现下降趋势，可判定此时的净光合速率降低主要由气孔因素引起。本试验条件下，不同处理和对照Ci大小依次为YC>XM>SJ>CK，而Gs大小依次为CK>SJ>XM>YC，二者呈现负相关关系，这表明CK叶片净光合速率低于其他处理的原因是非气孔限制因素引起的，这也说明利用作物秸秆进行复配的基质是完全可以替代草炭用于西瓜播种育苗。
壮苗指数的大小可以直接判定秧苗质量的好坏[14]。宋志刚[15]研究认为，以油菜秸秆或稻草秸秆为主的复合基质均能显著增加番茄幼苗的株高、茎粗、叶片数，并提高其壮苗指数，能够替代草炭进行番茄育苗。可见，不同基质对不同作物幼苗健壮程度的影响不同，即便同一作物不同品种对基质的响应亦存在差异。本试验结果表明，在YC处理下，西瓜幼苗壮苗指数最大，由此可判定在该处理下培育的西瓜幼苗较其他处理健壮，这与宋志剛[15]在番茄幼苗上的观点一致，这可能是因为作物秸秆在腐熟过程中释放的化感物质提高了基质中酶的活性[16]，促进了养分的循环，有利于加快植株生长。根系是植物吸收水分与养分的重要器官，因此保持较高的根系活力是确保植物正常高效生长的关键因素。本试验条件下，YC、SJ、XM秸秆复配基质均能提高西瓜幼苗根系活力，这可能是因为添加腐熟的作物秸秆后，改善了育苗基质的理化性质[17]，优化了根系的生长环境，促进了根系活力的提高。
本试验研究了不同秸秆复配基质对西瓜幼苗形态建成、光合能力及根系活力的影响，但对秸秆复配基质的理化性质、基质中微生物群落结构、基质中酶活性以及移栽定植后植株生长状况和西瓜品质的影响还有待下一步进行深入研究。
总而言之，在YC（油菜 ∶ 蛭石 ∶ 珍珠岩=2 ∶ 1 ∶ 1）处理下，西瓜幼苗光合能力最强，根系活力最高，壮苗指数值最大，这表明完全可以利用油菜秸秆复配基质替代草炭基质进行西瓜育苗。
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