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摘要：为获得经济实用的育苗基质并实现废弃物的资源化利用，将玉米秸秆粉碎腐熟后添加不同体积比的风化煤、牛粪、蛭石组成复合基质，替代草炭用于番茄育苗;并测定复合基质的理化特性及养分性状，研究复合基质对番茄出苗率及幼苗生长的影响。结果表明，腐熟玉米秸秆和风化煤复合基质具有较好的理化性质，在10%腐熟玉米秸秆、30%风化煤、10%腐熟牛粪、50%蛭石组成的复合基质下番茄幼苗出苗率达100%，番茄幼苗地上部和地下部干质量、壮苗指数等方面表现最好，番茄幼苗叶绿素含量和根系活力均显著提高。而在腐熟玉米秸秆和牛粪同等配比条件下，风化煤添加量对番茄幼苗生长的影响较大，添加30%风化煤可促进番茄幼苗生长，而添加20%风化煤番茄幼苗生长迟缓。一定配比的腐熟玉米秸秆和风化煤可替代草炭用于番茄育苗基质，可进一步加强腐熟玉米秸秆与不同添加量风化煤配比对番茄幼苗生长的影响及机制研究。
关键词：玉米秸秆;风化煤;复合基质;番茄幼苗;腐熟;生长指标
中图分类号：S641.206 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2021）16-0117-05
基质育苗是用培养基质迅速大量培育作物秧苗或种子苗的现代化育苗方法，具有苗程短、出苗整齐均匀、成苗率高、病害轻、育苗技术易于标准化、幼苗便于长途运输等优点，适合于工厂化和规模化育苗[1-2]。基质是工厂化育苗的基础，直接影响幼苗的质量和育苗效果，它是根据幼苗生长的需要，利用有机、无机材料及微生物制剂配制而成的人工土壤[3]。目前，工厂化育苗大多采用草炭复合基质，草炭是一种优良的育苗基质原料，但属于短期不可再生资源，经过多年的开采储量日益减少，而近年来草炭的价格也越来越高，迫使人们寻求新原料来代替草炭[4-5]。
我国农作物秸秆资源丰富，其中玉米秸秆产量最大。新疆是重要的玉米种植地区，每年可产生大量的玉米秸秆。但大部分秸秆被焚烧或弃置，造成环境污染和资源浪费。已有研究结果表明，玉米秸秆腐熟后添加其他原料可培育出高质量的辣椒幼苗[6]。牛粪也是一种良好的有机肥料。何余湧等研究发现，增加牛粪施用量可提高矮象草的饲用价值[7]。冯锡鸿等的研究结果表明，在传统理想育苗基质（草炭 ∶ 蛭石体积比=2 ∶ 1）中加入5%的牛粪对番茄幼苗生长的促进作用最大[8]。此外，已探明新疆现在的煤炭储量为2.44万亿t，煤炭表层受风化作用，含氧量增高、发热量降低，已转化为含有20%～80%再生腐殖酸的风化煤。按照风化煤含量为煤炭含量的1%估算，风化煤资源量将达到2 000亿t。以往新疆大量的风化煤都作为煤炭废料，进行回填处理，造成资源浪费。已有研究结果表明，新疆风化煤经活化处理可变废为宝，转化为腐殖酸有机肥;与常规施肥相比，施用腐殖酸专用肥的农作物平均增产8%以上，同时土壤结构得到改善，作物品质得到提高[9]。冯锡鸿等利用风化煤、泥炭、稀土元素、蛭石等制成的复合基质具有较好的理化性质，可用于多种蔬菜和瓜果的培育[10]。郝玉梅等研究发现，风化煤与茶粕、豆粕等制成的复合基质可促进冬瓜幼苗生长[11]。因此，玉米秸秆、风化煤、牛粪等在育苗基质上均具有较好的应用价值，值得进一步综合开发应用。
番茄（Lycopersicon esculentum Mill.）是一种全世界广泛种植的重要蔬菜作物，具有营养丰富、用途广泛、产量高、栽培季节长等特点[12-13]。新疆是我国番茄种植面积最大的省级行政区[14]，每年番茄育苗基質的需求量较大，但新疆位于我国西北部，距离草炭产地东北和西南较远，使用草炭作为育苗和栽培基质成本较高。因此，利用新疆本地丰富的农业废弃物资源开发出效果好的基质将可降低生产成本。由此，本试验就地取材，利用新疆地区丰富的玉米秸秆，经腐熟后按不同体积比添加风化煤、腐熟牛粪制成复合基质，初步研究腐熟玉米秸秆和风化煤复合基质理化、养分性状及其对番茄幼苗生长的影响，以期为资源化利用农作物秸秆及风化煤培育番茄幼苗提供可行性分析，降低番茄幼苗的育苗成本，为生态环境的改善提供科学指导。
1 材料与方法
1.1 试验材料
玉米秸秆、风化煤、番茄种子均由新疆五家渠市鼎盛农业有限责任公司提供。育苗基质原料的理化性质见表1。pH值和电导率（基质 ∶ 水体积比=1 ∶ 5）等分别采用pH计（型号：FE20-FiveEasyTM，梅特勒-托利多集团生产）和电导率仪（型号：Orion160）测定;有机质含量采用浓硫酸-重铬酸钾高温外加热氧化-硫酸亚铁滴定法测定[15];采用H2SO4-H2O2消煮，用凯氏定氮仪测定氮（N）含量;用钼锑抗比色法测定磷（P）含量，用火焰光度计（型号：FP640）测定钾（K）含量[16]。穴盘采用72孔（6×12孔）长方形塑料育苗盘。
1.2 试验设计
将新鲜干燥玉米秸秆粉碎，在玉米秸秆和牛粪中分别添加发酵菌剂，调节含水量至65%～70%，装于塑料袋中，置于25 ℃恒温培养室内发酵;当发酵袋内玉米秸秆质地松软，呈褐色，具有潮湿泥土气味时发酵完成。采用随机区组设计，设置9个处理和1个对照（表2），其中复合基质采用腐熟后的玉米秸秆、风化煤、腐熟牛粪、蛭石按不同体积配比，以传统理想育苗基质（草炭 ∶ 蛭石体积比=2 ∶ 1）为对照。将混合均匀的基质装入穴盘内，每个处理1盘，每个处理设3次重复。番茄种子先用0.5% NaClO经表面消毒后放于浸水的滤纸上，置于25 ℃培养箱中催芽48 h，选取已发芽的种子，播种至装有混合基质的育苗盘中，每孔播种1颗，播种深度约0.5 cm，播后浇透水，对照处理则覆盖蛭石，其余处理覆盖相应混合基质，待出苗后记录出苗日期和出苗数。整个幼苗期均以清水浇灌。试验采用随机区组排列，每3 d重新随机排列各穴盘位置。待苗龄为30 d时，收获所有番茄幼苗植株地上部和地下部，测量株高、茎粗。
1.3 测定项目与方法 1.3.1 腐熟玉米秸秆和风化煤复合基质理化性质的测定 各处理配比完成后，取样测定复合基质的物理、化学和养分特性。
1.3.2 番茄幼苗的测定 用卷尺测量从穴盘基质表面到植株生长点的高度即株高;在上胚轴中间位置用游标卡尺测量茎粗。分别收获番茄幼苗植株地上部和地下部，依次用自来水和蒸馏水冲洗，采用烘干法，于105 ℃杀青30 min，70 ℃烘干48 h后称质量。壮苗指数=茎粗/株高×单株干质量。叶绿素浓度采用95%乙醇提取法[17]，以每克鲜叶的叶绿素含量（mg/g）来表示;根系活力采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法测定，以每克鲜叶单位时间被还原的氯化三苯基四氮唑的量[mg/（g·h）]来表示[18]。
1.4 数据统计分析
采用Excel 2010计算数据的平均值和标准偏差，使用SPSS 18.0进行单因素方差分析，用图基（Tukey）检验进行多重比较（α=0.05），采用Origin 8.5绘制数据图。
2 结果与分析
2.1 腐熟玉米秸秆和风化煤复合基质的理化性质分析
由表3可以看出，不同处理的容重无显著性差异，各处理容重均在番茄幼苗生长适宜范围（0.2～0.8 g/cm3）内。番茄幼苗在总孔隙度为70%～90%的基质中可正常生长，本试验除T5处理的总孔隙度为62.9%外，其他各处理复合基质的总孔隙度均在适宜范围内。番茄幼苗生长的理想基质通气孔隙为15%～30%，各处理基质的通气孔隙最高为33.4%，最低为23.2%，均在适宜范围内。番茄幼苗适宜生长的基质持水孔隙为40%～75%，各处理的持水孔隙为48.8%～69.4%，均在适宜范围内。
腐熟玉米秸秆和风化煤复合基质的pH值和电导率均明显大于对照，但均在基质适宜的pH值（6.0～7.5）和电导率（
关键词：玉米秸秆;风化煤;复合基质;番茄幼苗;腐熟;生长指标
中图分类号：S641.206 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2021）16-0117-05
基质育苗是用培养基质迅速大量培育作物秧苗或种子苗的现代化育苗方法，具有苗程短、出苗整齐均匀、成苗率高、病害轻、育苗技术易于标准化、幼苗便于长途运输等优点，适合于工厂化和规模化育苗[1-2]。基质是工厂化育苗的基础，直接影响幼苗的质量和育苗效果，它是根据幼苗生长的需要，利用有机、无机材料及微生物制剂配制而成的人工土壤[3]。目前，工厂化育苗大多采用草炭复合基质，草炭是一种优良的育苗基质原料，但属于短期不可再生资源，经过多年的开采储量日益减少，而近年来草炭的价格也越来越高，迫使人们寻求新原料来代替草炭[4-5]。
我国农作物秸秆资源丰富，其中玉米秸秆产量最大。新疆是重要的玉米种植地区，每年可产生大量的玉米秸秆。但大部分秸秆被焚烧或弃置，造成环境污染和资源浪费。已有研究结果表明，玉米秸秆腐熟后添加其他原料可培育出高质量的辣椒幼苗[6]。牛粪也是一种良好的有机肥料。何余湧等研究发现，增加牛粪施用量可提高矮象草的饲用价值[7]。冯锡鸿等的研究结果表明，在传统理想育苗基质（草炭 ∶ 蛭石体积比=2 ∶ 1）中加入5%的牛粪对番茄幼苗生长的促进作用最大[8]。此外，已探明新疆现在的煤炭储量为2.44万亿t，煤炭表层受风化作用，含氧量增高、发热量降低，已转化为含有20%～80%再生腐殖酸的风化煤。按照风化煤含量为煤炭含量的1%估算，风化煤资源量将达到2 000亿t。以往新疆大量的风化煤都作为煤炭废料，进行回填处理，造成资源浪费。已有研究结果表明，新疆风化煤经活化处理可变废为宝，转化为腐殖酸有机肥;与常规施肥相比，施用腐殖酸专用肥的农作物平均增产8%以上，同时土壤结构得到改善，作物品质得到提高[9]。冯锡鸿等利用风化煤、泥炭、稀土元素、蛭石等制成的复合基质具有较好的理化性质，可用于多种蔬菜和瓜果的培育[10]。郝玉梅等研究发现，风化煤与茶粕、豆粕等制成的复合基质可促进冬瓜幼苗生长[11]。因此，玉米秸秆、风化煤、牛粪等在育苗基质上均具有较好的应用价值，值得进一步综合开发应用。
番茄（Lycopersicon esculentum Mill.）是一种全世界广泛种植的重要蔬菜作物，具有营养丰富、用途广泛、产量高、栽培季节长等特点[12-13]。新疆是我国番茄种植面积最大的省级行政区[14]，每年番茄育苗基質的需求量较大，但新疆位于我国西北部，距离草炭产地东北和西南较远，使用草炭作为育苗和栽培基质成本较高。因此，利用新疆本地丰富的农业废弃物资源开发出效果好的基质将可降低生产成本。由此，本试验就地取材，利用新疆地区丰富的玉米秸秆，经腐熟后按不同体积比添加风化煤、腐熟牛粪制成复合基质，初步研究腐熟玉米秸秆和风化煤复合基质理化、养分性状及其对番茄幼苗生长的影响，以期为资源化利用农作物秸秆及风化煤培育番茄幼苗提供可行性分析，降低番茄幼苗的育苗成本，为生态环境的改善提供科学指导。
1 材料与方法
1.1 试验材料
玉米秸秆、风化煤、番茄种子均由新疆五家渠市鼎盛农业有限责任公司提供。育苗基质原料的理化性质见表1。pH值和电导率（基质 ∶ 水体积比=1 ∶ 5）等分别采用pH计（型号：FE20-FiveEasyTM，梅特勒-托利多集团生产）和电导率仪（型号：Orion160）测定;有机质含量采用浓硫酸-重铬酸钾高温外加热氧化-硫酸亚铁滴定法测定[15];采用H2SO4-H2O2消煮，用凯氏定氮仪测定氮（N）含量;用钼锑抗比色法测定磷（P）含量，用火焰光度计（型号：FP640）测定钾（K）含量[16]。穴盘采用72孔（6×12孔）长方形塑料育苗盘。
1.2 试验设计
将新鲜干燥玉米秸秆粉碎，在玉米秸秆和牛粪中分别添加发酵菌剂，调节含水量至65%～70%，装于塑料袋中，置于25 ℃恒温培养室内发酵;当发酵袋内玉米秸秆质地松软，呈褐色，具有潮湿泥土气味时发酵完成。采用随机区组设计，设置9个处理和1个对照（表2），其中复合基质采用腐熟后的玉米秸秆、风化煤、腐熟牛粪、蛭石按不同体积配比，以传统理想育苗基质（草炭 ∶ 蛭石体积比=2 ∶ 1）为对照。将混合均匀的基质装入穴盘内，每个处理1盘，每个处理设3次重复。番茄种子先用0.5% NaClO经表面消毒后放于浸水的滤纸上，置于25 ℃培养箱中催芽48 h，选取已发芽的种子，播种至装有混合基质的育苗盘中，每孔播种1颗，播种深度约0.5 cm，播后浇透水，对照处理则覆盖蛭石，其余处理覆盖相应混合基质，待出苗后记录出苗日期和出苗数。整个幼苗期均以清水浇灌。试验采用随机区组排列，每3 d重新随机排列各穴盘位置。待苗龄为30 d时，收获所有番茄幼苗植株地上部和地下部，测量株高、茎粗。
1.3 测定项目与方法 1.3.1 腐熟玉米秸秆和风化煤复合基质理化性质的测定 各处理配比完成后，取样测定复合基质的物理、化学和养分特性。
1.3.2 番茄幼苗的测定 用卷尺测量从穴盘基质表面到植株生长点的高度即株高;在上胚轴中间位置用游标卡尺测量茎粗。分别收获番茄幼苗植株地上部和地下部，依次用自来水和蒸馏水冲洗，采用烘干法，于105 ℃杀青30 min，70 ℃烘干48 h后称质量。壮苗指数=茎粗/株高×单株干质量。叶绿素浓度采用95%乙醇提取法[17]，以每克鲜叶的叶绿素含量（mg/g）来表示;根系活力采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法测定，以每克鲜叶单位时间被还原的氯化三苯基四氮唑的量[mg/（g·h）]来表示[18]。
1.4 数据统计分析
采用Excel 2010计算数据的平均值和标准偏差，使用SPSS 18.0进行单因素方差分析，用图基（Tukey）检验进行多重比较（α=0.05），采用Origin 8.5绘制数据图。
2 结果与分析
2.1 腐熟玉米秸秆和风化煤复合基质的理化性质分析
由表3可以看出，不同处理的容重无显著性差异，各处理容重均在番茄幼苗生长适宜范围（0.2～0.8 g/cm3）内。番茄幼苗在总孔隙度为70%～90%的基质中可正常生长，本试验除T5处理的总孔隙度为62.9%外，其他各处理复合基质的总孔隙度均在适宜范围内。番茄幼苗生长的理想基质通气孔隙为15%～30%，各处理基质的通气孔隙最高为33.4%，最低为23.2%，均在适宜范围内。番茄幼苗适宜生长的基质持水孔隙为40%～75%，各处理的持水孔隙为48.8%～69.4%，均在适宜范围内。
腐熟玉米秸秆和风化煤复合基质的pH值和电导率均明显大于对照，但均在基质适宜的pH值（6.0～7.5）和电导率（