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添加草炭对基质栽培番茄生理特性、产量与品质的影响
白龙强1 李衍素2 贺超兴2 张志斌2 于贤昌2*
（1 山东农业大学园艺学院，山东泰安 271018；2 中国农业科学院蔬菜花卉研究所，北京 100081）
草炭是无土栽培常用的有机基质，但属于不可再生资源，长期开采会使资源枯竭，地貌和生态环境遭到破坏（刘伟 等，2006）。随着人们环境保护意识的日益增强，世界各国均在研究草炭的替代物。国内科研工作者针对价格低廉、资源丰富的各种农业废弃物（作物秸秆、禽畜粪便、食用菌渣、各种木材的锯末等）积极开展研究，开发环保、生态型栽培基质。例如，梁巧明等（2006）报道，以蔗渣、菌渣、杂木屑、花生壳等废料作基质培养蝴蝶兰，取得了较好的效果；韩道杰等（2008）以发酵玉米秸秆∶羊粪∶大田土壤为2 V ∶1 V ∶1 V 的比例配制的栽培基质能显著促进番茄生长发育；王英华等（2008）、于庆文等（2011）分别试验了以稻壳∶鸡粪∶大田土壤为3 V ∶1 V ∶1V 的基质配方和双孢菇渣∶羊粪∶炉渣∶细河沙为15 V ∶6 V ∶8V ∶6 V 的基质配方，均获得了成功；冯冰等（2010）经研究后指出，麦秆、玉米秸秆和椰糠均可代替草炭配制栽培基质，且效果不亚于草炭基质。
目前，关于生态型栽培基质的研究倾向于利用替代材料完全取代草炭，片面地注重草炭资源的保护，忽视了对这一宝贵资源的高效利用。草炭疏松多孔，持水能力强，有较强的离子交换能力和盐分平衡能力，富含有机质、大量元素和微量元素及生物活性物质和维生素等（赵玉成，1992；欧阳平 等，2005）；含有大量的腐植酸，是生产腐植酸肥料的重要原材料（邢方红和赵辉，2005；李鹏 等，2007）。腐植酸可以改良土壤，提高肥效，增强作物吸收能力，刺激作物生长，提高抗逆性，改善产品品质，对蔬菜的优质高产具有重要价值（梅慧生 等，1980；李鹏 等，2007；马海刚 等，2009；程亮 等，2011）。
本试验利用设施蔬菜简易有机基质栽培技术（于贤昌， 2011）栽培番茄（Lycopersiconesculentum Mill.），在栽培基质中添加20%（体积比）草炭，初步探讨添加草炭对栽培基质理化性状和番茄生长、生理特性、产量和品质的影响，为进一步研究草炭资源在蔬菜基质栽培中的合理利用提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验在中国农业科学院蔬菜花卉研究所日光温室内进行。供试番茄品种为中国农业科学院蔬菜花卉研究所选育的中杂11 号。试验用草炭购自黑龙江，其他基质原料购自河北廊坊，自行堆制腐熟。
1.2 试验设计
试验各处理栽培基质配方见表1。
栽培土槽横断面为等腰梯形，上口宽40 cm，底宽25cm，高25 cm，长5 m，槽间距1.4 m。每槽添加基质至与上口平齐，总体积约为0.41 m3。
栽培土槽横断面为等腰梯形，上口宽40 cm，底宽25cm，高25 cm，长5 m，槽间距1.4 m。每槽添加基质至与上口平齐，总体积约为0.41 m3。
采用完全随机区组设计，每栽培槽为1 个小区，4 次重复。种子催芽后于2011 年2 月25 日播种，4月8 日选取长势一致、健康无病虫害的幼苗定植，每667 m2 定植3 000 株。番茄长至6 穗果时打顶。各处理分别进行追肥，以平衡不同基质配方中的速效N、P、K 含量。追肥计算方法为：化肥施用量=（1.5 倍番茄目标产量所需养分量-有机基质中的速效养分量）/化肥中养分吸收率（N 为60%，P 为30%，K 为60%）（李建勇 等，2007）；番茄目标产量设为7 500 kg·（667 m2）-1，按每形成1 000 kg 番茄果实植株需吸收N 2.540 kg、P 0.751 kg、K 4.347 kg 确定所需养分量（高贤彪 等，1999）。其他管理按常规方法进行。
1.3 测定项目
1.3.1 栽培基质理化性状的测定 按照郭世荣（2003）的方法测定基质的pH 值、EC 值、容重、比重与总孔隙度。基质碱解氮含量用碱扩散法测定，速效磷含量用钼蓝比色法测定，速效钾含量用钼酸铵浸提—火焰光度计法测定，有机质含量用重铬酸钾容量法测定（鲍士旦，1986）。
1.3.2 番茄生长指标及生理指标的测定 番茄长至6 穗果时，每小区随机选取5 株，用米尺测量茎基部到生长点的长度作为株高，用游标卡尺测定第4 节正中间的茎粗，用叶面积仪（AM300，英国ADC 公司）测定总叶面积，然后用LI-6400 便携式光合作用测定系统（美国LI-COR 公司）测定第6 片功能叶的光合参数。上述指标测定完毕后，将番茄植株的茎、叶分开，用去离子水冲洗干净，擦干，称取鲜质量后置于烘箱内105 ℃杀青15 min，然后70 ℃烘干至恒质量后测定其干质量。另取鲜样用液氮冷冻后测定相关生理指标。分别用氯化三苯基四氮（TTC）法和考马斯亮兰G-250 染色法测定根系活力和可溶性蛋白含量（赵世杰，2000），分别用丙酮提取法、蒽酮法、滴定法和2，6-二氯酚靛酚滴定法测定总叶绿素、可溶性糖、有机酸和VC 含量（郝建军，2007），用石油醚抽取比色法测定番茄红素含量（张连富和丁霄霖，2001）。用凯氏定氮法测定氮素含量（赵世杰，2000），微波消煮后使用电感耦合等离子体光谱仪（美国Perkin Elme 公司）测定其他矿质元素含量（王小平和李柏，2010）。产量按单株产量×3 000 株计算。
1.3.3 番茄品质指标的隶属函数值 参照宋洪元等（1998）的隶属函数值计算方法。
X（μ）=（X – X min）/（X max- X min）
式中，X 为测定值，Xmax 为该指标测定的最大值，Xmin 为该指标测定的最小值。
将各处理不同品质指标的隶属函数值进行累加，求其平均值，即为番茄品质综合评价指数，其值越大，说明品质越好。
1.4 数据处理
所有测试指标均3 次重复，采用Microsoft Excel 2010 软件进行数据处理，采用DPS 6.55 软件的LSD 法进行方差分析与差异显著性检验。
2 结果与分析
2.1 添加草炭对栽培基质的理化性状与肥力状况的影响
由表2 可以看出，添加草炭后T2+处理的基质容重较T2 处理有所下降，而T1+、T3+处理分别较T1、T3 处理降低不明显。本试验所用栽培基质的pH 较高，为7.37～7.82，添加20%草炭使基质的pH 值降低，使之趋于中性，更为接近番茄生长最适宜的土壤pH 值（范业宽，2002）。添加草炭对基质的总孔隙度和通气孔隙度影响不一，但增加了持水孔隙度，表明添加草炭增强了基质的持水能力。电导率（EC）反映了基质中的可溶性盐含量，添加20%草炭后，各基质的EC 值显著升高，说明添加草炭提高了基质中的可溶性盐含量。对基质中各种速效养分含量的测定结果表明（表3），添加20%草炭显著增加了基质中碱解氮含量，有机质含量也有所增加，速效钾含量没有明显变化，但速效磷含量有所降低。
2.2 栽培基质中添加草炭对番茄生长的影响
2.2 栽培基质中添加草炭对番茄生长的影响
与未添加草炭的T1、T2、T3 处理相比较，T1+、T2+处理的株高以及T1+、T2+、T3+处理的茎粗、叶面积和茎、叶干质量均显著增加，说明在栽培基质中添加草炭明显促进了番茄的生长，提高了其干物质的积累（表4）。
2.3 栽培基质中添加草炭对番茄根系活力和叶片矿质元素含量的影响
根系活力表征植物根系的吸收能力，根系活力越强，植物根系吸收水分与养分的能力越大（宋轩，2001）。添加20%草炭显著提高了基质栽培番茄的根系活力，T1+、T2+、T3+处理分别比T1、T2、T3 处理的根系活力提高了49.8%、50.7%和35.7%（表5）。
作物需要各种矿质元素以维持正常的生理活动，良好的矿质营养是作物高产优质的必要条件。基质中添加20%草炭影响了番茄植株的矿质营养状况。与T1、T2 处理相比，T1+、T2+处理番茄叶片的P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn 和Cu 含量均有所增高，而T3+处理的P、K、Mg、Fe、Mn、Cu 含量也较T3 处理有所增加（表5），表明栽培基质中添加草炭提高了番茄对这些元素的吸收。
2.4 栽培基质中添加草炭对番茄叶绿素含量、光合速率和产量的影响
由表6 可以看出，添加20%草炭后，T1+、T3+处理番茄总叶绿素含量分别比T1、T3 处理显著增加，但T2+处理较T2 处理没有明显变化。光合速率的测定结果显示，T1+、T2+处理分别比T1、T2 处理提高了15.2%和11.4%，差异显著，但T3+处理较T3 处理没有明显变化。
基质中添加20%草炭后，T1+、T2+、T3+处理的番茄产量分别为7.947、8.149、7.339 t·（667 m2）-1，分别比T1、T2、T3 增加42.9%、35.2%、14.6%，差异显著。说明基质中添加草炭能显著增加番茄的产量。
2.5 栽培基质中添加草炭对番茄品质的影响
基质中添加20%草炭对番茄果实各品质指标的影响不一（表7）。T1+处理的番茄红素、可溶性糖含量有所增加，其他指标均降低；T2+处理的可溶性蛋白、番茄红素和可溶性糖含量均显著增加；而T3+处理除可溶性糖含量显著降低外，其他指标均增加。根据综合评价指数，T2+、T3+处理分别较T2、T3 处理提高了0.17 和0.34 个百分点，但T1+处理的综合评价指数比T1 处理降低了0.32 个百分点。总体来讲，基质中添加草炭提高了番茄品质。
3 结论与讨论
草炭一般呈酸性，我国的草炭pH 值平均为5.87，常见区间为5.0～6.0（孟宪民，2004）。本试验结果表明，普通栽培基质的pH 为中性偏碱，在栽培基质中添加20%（体积比）草炭，能够降低栽培基质的pH 值，使其趋向中性。而介质的酸碱度影响植物根系的生长、呼吸速率、对矿物质和水分的主动吸收和运输等（郭培国 等，2000）。在pH 值为6.5～7.5 的中性环境中，各种营养元素的有效性较高（范业宽，2002）。例如，在pH 值7.8 左右的土壤中，配合柠檬酸进行滴灌施肥，能够降低土壤pH 值，提高土壤中P、Fe 的有效性，增加了番茄的产量（肖艳 等，2004）。
草炭常用于土壤改良，可疏松土壤、降低容重、增加孔隙度、改善耕层结构，提高土壤持水能力和保温性能（赵玉成，1992）。基质容重通常要求在0.1～0.8 g·cm-3 的范围内，容重为0.5 g·cm-3 时最适合植物生长（冯冰 等，2010）。适当的孔隙度有利于基质保持水分及热量、提高有效养分的利用率，促进作物的生长发育和产量的提高（张国红 等，2006）。并且，过大的土壤孔隙度影响养分的扩散，减弱作物根系与土壤的相互作用，减少根系对养分的吸收，降低作物产量（Arvidsson，1999）。本试验中T1 处理基质的养分含量较高，pH 值也较适宜，但长势较弱，产量偏低，这可能是由于孔隙度较大造成的；其余处理基质的孔隙度则较适宜番茄生长。草炭富含腐殖酸（邢方红和赵辉，2005；李鹏 等，2007）。腐殖酸是一类具有良好生物活性的有机高分子物质。大量研究表明，腐殖酸可较好地刺激作物根系的生长发育，提高根系活力，促进作物对矿质元素的吸收，改善产品品质（梁太波 等，2007；马海刚 等，2009；柳洪鹃 等，2011）。本试验中，栽培基质中添加草炭，显著促进了番茄的生长，提高了番茄的根系活力，使番茄叶片多种矿质元素含量增加，产量和品质提高，这可能与草炭中含有腐殖酸有关。草炭中Ca、Mg、Fe、Mn、Zn 等元素含量较高（赵玉成，1992；刘庆超 等，2007）。施用草炭，提高了土壤养分含量，促进了烤烟的生长（郭群召和殷英，2005）。在栽培基质中添加草炭，必然可提高基质中Ca、Mg 及各种微量元素的供应量。
总之，本试验所用基质配方中添加20%（体积比）草炭，显著促进了番茄的生长和产量的增加。因此，在进行基质栽培时，应重视草炭的应用，利用少量草炭提高作物产量，充分发挥秸秆、牛粪、稻壳等资源的生产潜力，获得最大效益。但针对不同的作物，不同的基质配方中添加多大比例的草炭可兼顾高产高效，尚需进一步研究。
