不同无土栽培基质对高羊茅生长的影响

杨浩，王百田，武晶
(水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室，北京林业大学水土保持学院，北京100083)

泥炭是目前世界上公认的园艺植物最天然、最优良、最无污染的“绿色生物基质”，被广泛运用于花卉园艺栽培之中。但由于其资源分布不均且在短期内为不可再生资源，泥炭的过分开采已经受到环保人士的反对。因此，研究开发新的基质材料，探求合成理想的栽培基质势在必行[1]。笔者针对这一状况，充分利用丰富的天然资源，如林下的枯枝落叶、腐殖质及草本燃烧的灰烬为主要材料进行配比组合，用于多年生草本高羊茅的栽培试验，探索更新型环保的无土栽培基质。
无土栽培基质的研究在国外研究起步较早，研究方向主要是利用工农业废弃物生产无土栽培有机基质，如泥炭、椰子纤维、堆置树皮、锯末屑、蔗糖、炭化稻壳、菇渣、芦苇沫、腐殖质、洋麻纤维等[2-5] ,由于这些有机基质具有孔隙度高，固氮能力强，保水保肥性能好，微生物活性强等优点[2-3]，因此成为了草坪草无土栽培基质主要原料。中国无土栽培进入正式研究阶段是在20 世纪70 年代，山东农业大学首先开始无土栽培生产试验。20 世纪80 年代中期，由于人民生活水平和认识的逐步提高，以生产无污染、洁净卫生的蔬菜、水果为直接目的，中国无土栽培技术的研究蓬勃兴起，并且开始研究其理化性质对蔬菜发育的影响[6-8]。进入20 世纪90 年代以后，国内一些科研人员和生产单位逐渐将无土栽培的研究应用领域拓展到园林绿化方面。如南京农业大学的李谦盛等人[1]以椰子纤维、树皮、锯木屑、蔗渣、菇渣、芦苇末等有机废弃物进行堆制、发酵，生产出价格低廉、环保的无土栽培基质；山西省农科院畜牧兽医研究所的王运琦等人[9]利用无害废弃物作为基础材料，组配成7 种复合基质进行地毯式草皮卷的无土栽培，研究结果表明基础材料炉渣、醋渣、秸秆经组配后，生产的栽植草皮无杂草、生长周期短、重量轻且易于铺装，不仅降低了运输成本，而且栽植草皮卷效果良好。尤云桂等人研究表明[10]利用农作物秸秆、农副产品加工废料、食用菌生产加工废料（椰壳、棉籽壳、稻草、谷壳、砻糠、木屑）等单独或按照一定比例混合使用栽植马尼拉草皮毯，可使地表达到快速绿化的效果。天津师范大学化学与生命科学学院的多立安等人[11]以生活垃圾为基质，选用几种可行性强的材料为配材，进行生活垃圾生产地毯式草皮基质的选配，研究发现配材锯木屑在生活垃圾生产地毯式栽植草皮的基质配制中应用价值最大。现在越来越多的研究已经集中向低成本、简单快速、经济环保方向发展，因此以腐殖质、枯树叶、草木灰、草炭等这些成本低、易获取的原料最为泥炭未来的代替品，具有很重要的现实意义。

1 试验材料与方法
1.1 基质材料
该试验于2007 年4—9 月在北京林业大学西山林场试验基地进行，基质配方遵循成本低、易获得的原则，最终确定为草炭、腐殖质、枯落物为主要原料，按不同比例进行混合伴加一定量的化肥和保水剂，与试验地原土进行对照，共设4 种配方(表1)。基质搅拌均匀后装入用无纺布自制的小袋并用针线封口，每个小袋的规格为：23.5 cm×21 cm ×3 cm，每隔7 天浇水一次并进行生长指标的测定。
表1 不同基质配方处理(V:V:V)

1.2 测定项目与分析方法
(1)基质物理性质的测定。容重、总孔隙度、通气孔隙度的测定采用饱和浸提法；基质EC值：采用电导率法测定；pH值：采用电位法测定。
(2)基质养分含量的测定。全氮：采用开氏定氮法测定；全磷：采用碳酸钠碱熔－钼锑抗比色法法测定；全钾：采用NaOH熔融－火焰光度法测定；有机质：采用重铬酸钾溶液法测定。
(3)试验数据的分析方法。首先对不同基质处理下高羊茅的生长（或生理）指标的显著性进行方差分析，对不同处理间差异显著情况进行多重比较。
(4) 在此基础上用SPSS 软件对4 种基质的理化性质与高羊茅生长指标进行相关分析，建立理化指标与生长指标间的相关性。
(5)最优方案的评选：应用MATLAB7.0 软件，从样本相关矩阵出发，对6 个主要生长指标进行主成分分析，计算出各生长指标的特征根和贡献率，将累积方差贡献率达到85%以上的性状作为主成分。列出主成分的函数表达式，然后计算出各主成分的综合得分并以此为根据对基质配方进行选择。

2 结果与分析
2.1 不同基质的理化性质分析
由表2 可以看出4 种基质配方的全氮含量中，A、B、D大致相等，C基质含量最高，约为前者的2~3 倍。全磷含量相差较大，B、D明显高于A、B，A为最小，仅为0.68 g/kg。全钾含量中B、C、D基质均高于A，约为它的两倍。pH都呈弱碱性，均在7.5 附近，适合高羊茅生长。有机质含量从大到小依次为C>B>D> A，且波动较大。容重从小到大依次为C>B>A> D，最小的D为0.31 g/cm3。电导率由高到低为C> B> A> D，最低为配方D，仅为0.19。
2.2 不同基质处理对高羊茅生长指标的影响
选取播种日50 天后各个基质上高羊茅的生长指标（包括株高、叶长、叶宽、分蘖数、盖度、生物量）进行方差分析。方差分析的结果显示：在0.05 的检验水平下，除了分蘖数F 值6.889 大于检验值F0.05=4.07，差异显著之外；其余的5 个生长指标差异均不显著，在此不再一一列出。从表3 可以看出：从平均株高来看，C>D>B>A。从平均叶长来看，D> B> C>A；由分差分析可知A、B、C、D间叶长无显著差异，但是通过多重比较发现D基质叶长明显高于A，基质B、C之间无显著差异。从平均叶宽来看，B>D>A>C。从平均分蘖数来，C>D>B>A；但是通过多重比较发现C基质分蘖数明显高于A、B、D，但A、B、D之间差异不显著。从平均盖度来看，C>D>B>A。从平均生物量来看，D>C>B>A；通过多重比较发现D基质分蘖数明显高于A，B、C之间差异不显著。

注：表中数据为3 次重复的平均值；同一列中数值标注不同字母表示用LSD多重比较法分析得出的不同处理间差异显著情况，a=0.05 水平；未作标记的表示彼此间无显著差异。
2.3 不同基质理化性质与高羊茅生长指标的相关分析
由表4 可以看出，对株高影响较大的理化指标为pH和全钾，其次为全磷、有机质和全氮，而且它们相关系数都较大。对叶长影响较大的理化指标为PH 值、全磷和全钾；对叶宽影响较大的理化指标为全氮，其次是有机质和容重。对分蘖数影响较大的理化指标为全氮和有机质。对盖度影响最大的理化指标为全氮和有机质。对生物量影响较大的理化指标为PH 值和全磷，其次为全钾。

2.4 高羊茅生长指标的相关分析
用数学统计方法对高羊茅的6 个生长指标进行主成分分析，求得6 个特征根和相对应的6 个特征向量，但是后3 个特征根已经非常小，几乎接近于零。特征根和贡献率如表5 所示，可以看出：第1 个主成分的特征根为4.21，方差贡献率为70.2% ，代表了全部性状信息的70.2%，是最重要的主成分；第2 个主成分的特征根为1.75，方差贡献率为29.2% ，代表了全部性状信息的29.2%，是次重要的主成分；第3 个主成分的特征根为0.04，方差贡献率仅为0.61%。前2 个主成分的累积贡献率已经达到99.4%，大于85%，因此选取前2 个主成分(株高和叶长)作为高羊茅生长指标选择时的综合指标。根据因子得分系数阵，将所有主成分表示为各个变量的线性组合：
Y1=-0.227X1 + 0.166X2-0.159X3 + 0.212X4 + 0.22X5 +0.199X6 ……………………………………………（1）
Y2=0.164X1 + 0.409X2 + 0.418X3-0.249X4-0.212X5 +0.306X6 ……………………………………………（2）
根据以上公式可以算出第一主成分和第二主成分的具体参考值，结合2 个主要因子的贡献率，计算出基质配方的综合比较结果，如表6所示。

3 结论与讨论
（1）通过基质理化指标与生长指标的相关分析，可以看出磷、钾含量和pH都对高羊茅生长指标的主要因子（叶长、叶宽）的影响较大，因此在选用基质时可以主要考虑磷、钾含量和pH的指标值。
（2）从基质材料来分析：C基质D基质都是枯树枝和草木灰比例搭配，C 中加入了腐殖质（体积比例60%），D中加入了草炭（体积比例50%），综合得分结果显示C得分大于D。说明这种配方时，腐殖质要优于草炭，但两者差异不大。A、B、C基质都是腐殖质、枯树枝和草木灰比例搭配，但腐殖质的含量依次增大C>B>A,而主成分分析综合得分显示C>B>A，说明随着腐殖质含量的增加基质对高羊茅生长促进作用越明显。
（3）由于试验条件以及高羊茅的生长周期所限，此试验是在温室大棚内进行的，由于植物所生长的环境与自然状态下有较大差别，研究结论有一定的局限性。而且时间的紧迫性使得制成的基质只有4 种，至于这所选的四种物质能否以更好的比例搭配对植物生长更为有益, 所造基质在进行其他植物无土栽培能否发挥作用，有待进一步研究。