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摘 要： 采用单因素完全随机设计，设置3种基质配比（火山石、黏土），对向日葵（Helianthus annuus）生长季末的苗高、茎粗、生物量，以及根系体积、表面积、长度、根尖数、平均直径进行分析。结果表明：基质配比对向日葵生长的影响显著，主要体现在干物质积累、根系发育，及土壤物理指标方面。通过对比，提供了一种较理想的基质配比，可培育高质量向日葵一年生容器苗，并提高向日葵产量。
关键词： 向日葵（Helianthus annuus）; 小规格容器苗; 基质配比; 生物量; 根系生长
中图分类号： S 63 文献标志码： A 文章编号： 1000-5137（2020）06-0671-06
Abstract： The experiment was designed in a completely random way using a single factor of cultivation substrate compositions （lapilli and clay soil）.Sunflower （Helianthus annuus） lived in the substrates were analyzed on their height，stem diameter，biomass，root volume，root surface area，length，root tip number at the end of the growing season.The results showed that there were significant influences of substrate compositions on sunflower growth，which mainly embodied in the accumulation of dry biomass，root system development，and soil physical indicators.Finally，an optimal substrate composition was found and used for the annual container seedlings of sunflower to increase its quality and yield.
Key words： sunflower（Helianthus annuus）; small-container seedling; cultivation substrate composition; biomass; root growth
0 引 言
根系是植物存活和生长发育的重要器官，起着固着植株和吸收运输水分和养分的作用，是决定植物产量和品质的基础，同时也是与土壤发生接触的前沿，受到土壤质量的直接影响。所以研究土壤-根系关系具有重要意义。在土质黏重地区，土壤渗透速率差是制约植物生长的主要因素，也是土壤改良的重点。目前对于菊科植物基质配比的研究多以草炭土、珍珠岩、河沙、泥炭、蛭石等作为基质来研究其物理性状对幼苗生长的影响[1]。以火山石和黏土作为栽培基质的相关研究较少，国内赵帆等[2]在铁皮石斛的栽培基质中以松树皮、水苔、火山石、刨花为基质，得出以质量比为m（火山石）∶m（松树皮）∶m（刨花）=10∶4∶1的基质，更适合苏州地区家庭模式栽培。
向日葵（Helianthus annuus）别名太阳花，是菊科向日葵属的一年生草本植物，其原产北美洲，在世界各地均有栽培，是重要的油料作物，同时也具有极高的观赏价值。因其播种出苗快，幼苗生长迅速，幼苗生长需要大量的营养，更容易通过幼苗的生长检测土壤基质的适应性[3]。在向日葵栽培基质中混以火山石的研究尚未见报道。本研究以向日葵为供试对象，设计火山石和黏土按不同比例混合后的3种基质，在水肥、光照、温度等栽培条件相同的情况下，研究其对向日葵生长的影响，筛选出最佳栽培基质配比，并研究了不同渗透速率情形下根系的形态响应特征，旨在为向日葵优质容器苗的培育提供理论依据和技术参考。
1 材料与方法
1.1 实验环境及实验材料
本实验选用河北双星种业双星八号食用葵。栽培介质中的火山石来自浙江义乌生产的纳丽雅品牌，所用规格：粒径约1 cm。实验地点在上海师范大学奉贤校区植物种质资源开发协同创新中心科研基地（30°50′34″N，121°31′45″E）内，自然光照。
1.2 实验设计
培育基质配比为：S1组，火山石60.0%、黏土17.9%、堆肥20.0%、复合肥2.0%，质量分数;S2组，火山石30.0%、黏土47.9%、堆肥20.0%、复合肥2.0%，质量分数;S3组，黏土77.0%、堆肥20.0%、复合肥2.0%，质量分数，如表1所示。经过2周穴盘育苗后，于2020年5月13日筛选出生长状态良好且相似的36棵植株移栽至外口径为18 cm、底径13 cm、高15 cm的花盆中。将36棵植株样本进行3种处理，每个处理设置12个重复。分别于2020年6月1日、10日、20日，7月1日测量苗木的株高、地径[4]。具体方法为：每个处理水平选取12盆幼苗，分别用卷尺和游标卡尺测定其株高及地径，第1次测定时用记号笔进行标记，以确保之后每次测定的幼苗为同一株[5]。当向日葵叶片微黄时进行收获，采用整株挖掘法。收获后按处理方向归类，每个处理选出3棵用来做土壤容重、孔隙度、含水量、滲透速率实验，其余9棵用电子天平分别测定植株根、茎、叶、枝，以及花托的鲜重。用烘干箱80 ℃烘干至恒重，烘干后按处理方向分别测定根、冠的干重。
1.3 指标测定及数据分析 2020年7月上旬，测量基质S1，S2，S3处理的向日葵一年生容器苗生长量并进行收获，每个处理随机选取12株代表性苗木，并随机选择其中3株，采用环刀法测定其土壤容重、孔隙度、渗透速率，采用烘干法测土壤含水量。利用加拿大Epson Twain Pro扫描仪获取形态结构图像，并用WinRHIZOPro2009b根系分析系统软件（Regent Instruments Canada Inc.）对扫描图像分析，得到根长、表面积、根体积、根平均直径、根尖数等形态学参数[6]。扫描后的根在80 ℃下烘干至恒重，分别记录基质S1，S2，S3处理下根的干重，其地上部和地下部的干重之比即为向日葵的根冠比。采用Microsoft Excel 2017进行数据整理，SPSS 21.0统计分析软件对数据进行差异显著性检验（LSD法）。
2 结果与分析
2.1 3种基质配比土壤的物理指标
3种基质处理的向日葵土壤容重、孔隙度、渗透性、含水量比较见表2。相比S2和S3，S1处理的土壤的各项指标都显著提高。单因素方差分析结果表明：3种基质处理的土壤容重、孔隙度中，S1和S2，S3存在显著性差异（p<0.05），S2和S3无显著性差异;渗透性上，S1和S2，S3处理存在显著性差异（p<0.05），S2和S3无显著性差异;含水量均有显著性差异（p<0.05）。
2.2 不同基质配比对根干重和根冠比的影响
S1处理组的向日葵容器苗的根干重均值达到7.66 g，高于S2处理组的6.49 g，远高于S3处理组的5.32 g（表3）。采用S1处理的向日葵容器苗的根冠比最大为0.16，高于S2处理组的0.10和S3处理组的0.11。说明S1处理组的向日葵容器苗根系发育较好，而地上部生长相对较弱，表現出更好的根系生长特性。单因素方差分析结果表明：根干重方面，S1，S2处理组都与S3处理组有显著性差异（p<0.05），S1处理组和S2处理组之间无显著性差异;根冠比方面，S1处理组与S2，S3处理组都有显著性差异（p<0.05），S2和S3处理组之间无显著性差异。
2.3 不同基质配比对向日葵根系生长的影响
不同基质配比对向日葵一年生容器苗的根系生长的影响见图1，由图1（a）～1（d）可知：当基质中火山石质量分数达到60.0%时（S1处理组），向日葵容器苗的根表面积、根体积、平均直径、根尖数均高于基质中不含火山石的S3处理，根表面积、根体积、平均直径表现出显著性。当基质中火山石质量分数达到30.0%时（S2处理组），由图1（a）～1（c）可知，根表面积、根体积、平均直径均高于不含火山石的S3处理组;由图1（c），1（d）可知，根尖数、总根长S2处理组低于S3处理组。综合而言，S1基质配比能显著提高向日葵一年生容器苗的生长和根系发育，比较适用于向日葵容器苗的培养。单因素方差分析结果表明：根表面积方面，S1，S2处理组均与S3处理组有极显著性差异（p<0.01），S1和S2处理组之间无显著性差异;根体积方面，S1和S3处理组之间呈显著性差异（p<0.05），S1和S2处理组、S2和S3处理之间无显著性差异;根尖数方面，S1和S3处理组均与S2处理间有极显著性差异（p<0.01），S1和S3处理组之间无显著性差异;总根长、平均直径方面，3种处理间无显著性差异。
3 讨 论
土壤结构与水分等特征对植物根系生长具有显著影响[7-10]。植物根系在不同的土壤环境中通过信号传递和生理调节，提高植物对土壤资源的利用效率，进而促进自身生长发育[11-14]。不同基质配比处理的土壤，对地上部生长的作用机理是多方面和综合的，有物理因素如机械阻力，化学因素如激素，生理因素如水分和营养等，只是在特定条件下某种因素的影响会更强些。本研究结果表明：增加基质中火山石含量可提高土壤孔隙度和渗透性，增加含水量，从而促进向日葵一年生容器苗植株的生长，改善容器限制对植株的影响。比较3种不同基质配比处理对向日葵根系干重、根冠比的影响，S1和S3处理组之间有显著性差异，S1处理组的根系总干重、根冠比都明显大于S3处理组，说明提高基质中的火山石配比可以显著改善向日葵容器苗的生长。提高基质中火山石配比的土壤，容重降低，土壤孔隙度、含水量和渗透速率提高。向日葵的地下根系生长指标显示：根体积、根表面积、平均直径、根尖数上，S1处理组均高于S2和S3处理组。其中，S1处理组和S3处理组的根体积有显著性差异（p<0.05）;S1处理组和S3处理组的根表面积有极显著性差异（p<0.01）。
本实验结果与银杏（Ginkgo biloba）、广玉兰（Magnolia grandiflora）、香樟（Cinnamomum camphora）、悬铃木（Platanus acerifolia）、巨柏（Cupressus gigantea）对土壤渗透速率的根系响应特征较一致[15-16]，即较高的土壤渗透速率和含水量有利于根系生长，能提高根长、根表面积、根体积等生长量指标。与玉米的表现不完全一致，后者随着土壤穿透阻力的增加而表现为根总长减小，但根直径增加[17]。本实验发现，黏土条件下向日葵细根更多，根直径更小。这是否与玉米是单子叶植物须根系结构特点有关，需要进一步的实验证明。
4 结 论
本研究用一年生双星八号食用葵为材料，设计添加火山石、黏土，并施加堆肥、复合肥等作为基质材料，研究以火山石和黏土不同比例混合后的3种基质对食用向日葵生长的影响。实验结果表明：基质配比中火山石含量最高的S1组土壤的容重更小，孔隙度、含水量、渗透速率更高，适合向日葵的生长发育需要，可作为培育向日葵容器苗的栽培基质。
参考文献： [1] 尹文亮，钟倩兰，孔卫晨.万寿菊栽培基质配比筛选试验 [J].安徽农学通报，2017，23（9）：119-123.
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（责任编辑：顾浩然，郁慧）
关键词： 向日葵（Helianthus annuus）; 小规格容器苗; 基质配比; 生物量; 根系生长
中图分类号： S 63 文献标志码： A 文章编号： 1000-5137（2020）06-0671-06
Abstract： The experiment was designed in a completely random way using a single factor of cultivation substrate compositions （lapilli and clay soil）.Sunflower （Helianthus annuus） lived in the substrates were analyzed on their height，stem diameter，biomass，root volume，root surface area，length，root tip number at the end of the growing season.The results showed that there were significant influences of substrate compositions on sunflower growth，which mainly embodied in the accumulation of dry biomass，root system development，and soil physical indicators.Finally，an optimal substrate composition was found and used for the annual container seedlings of sunflower to increase its quality and yield.
Key words： sunflower（Helianthus annuus）; small-container seedling; cultivation substrate composition; biomass; root growth
0 引 言
根系是植物存活和生长发育的重要器官，起着固着植株和吸收运输水分和养分的作用，是决定植物产量和品质的基础，同时也是与土壤发生接触的前沿，受到土壤质量的直接影响。所以研究土壤-根系关系具有重要意义。在土质黏重地区，土壤渗透速率差是制约植物生长的主要因素，也是土壤改良的重点。目前对于菊科植物基质配比的研究多以草炭土、珍珠岩、河沙、泥炭、蛭石等作为基质来研究其物理性状对幼苗生长的影响[1]。以火山石和黏土作为栽培基质的相关研究较少，国内赵帆等[2]在铁皮石斛的栽培基质中以松树皮、水苔、火山石、刨花为基质，得出以质量比为m（火山石）∶m（松树皮）∶m（刨花）=10∶4∶1的基质，更适合苏州地区家庭模式栽培。
向日葵（Helianthus annuus）别名太阳花，是菊科向日葵属的一年生草本植物，其原产北美洲，在世界各地均有栽培，是重要的油料作物，同时也具有极高的观赏价值。因其播种出苗快，幼苗生长迅速，幼苗生长需要大量的营养，更容易通过幼苗的生长检测土壤基质的适应性[3]。在向日葵栽培基质中混以火山石的研究尚未见报道。本研究以向日葵为供试对象，设计火山石和黏土按不同比例混合后的3种基质，在水肥、光照、温度等栽培条件相同的情况下，研究其对向日葵生长的影响，筛选出最佳栽培基质配比，并研究了不同渗透速率情形下根系的形态响应特征，旨在为向日葵优质容器苗的培育提供理论依据和技术参考。
1 材料与方法
1.1 实验环境及实验材料
本实验选用河北双星种业双星八号食用葵。栽培介质中的火山石来自浙江义乌生产的纳丽雅品牌，所用规格：粒径约1 cm。实验地点在上海师范大学奉贤校区植物种质资源开发协同创新中心科研基地（30°50′34″N，121°31′45″E）内，自然光照。
1.2 实验设计
培育基质配比为：S1组，火山石60.0%、黏土17.9%、堆肥20.0%、复合肥2.0%，质量分数;S2组，火山石30.0%、黏土47.9%、堆肥20.0%、复合肥2.0%，质量分数;S3组，黏土77.0%、堆肥20.0%、复合肥2.0%，质量分数，如表1所示。经过2周穴盘育苗后，于2020年5月13日筛选出生长状态良好且相似的36棵植株移栽至外口径为18 cm、底径13 cm、高15 cm的花盆中。将36棵植株样本进行3种处理，每个处理设置12个重复。分别于2020年6月1日、10日、20日，7月1日测量苗木的株高、地径[4]。具体方法为：每个处理水平选取12盆幼苗，分别用卷尺和游标卡尺测定其株高及地径，第1次测定时用记号笔进行标记，以确保之后每次测定的幼苗为同一株[5]。当向日葵叶片微黄时进行收获，采用整株挖掘法。收获后按处理方向归类，每个处理选出3棵用来做土壤容重、孔隙度、含水量、滲透速率实验，其余9棵用电子天平分别测定植株根、茎、叶、枝，以及花托的鲜重。用烘干箱80 ℃烘干至恒重，烘干后按处理方向分别测定根、冠的干重。
1.3 指标测定及数据分析 2020年7月上旬，测量基质S1，S2，S3处理的向日葵一年生容器苗生长量并进行收获，每个处理随机选取12株代表性苗木，并随机选择其中3株，采用环刀法测定其土壤容重、孔隙度、渗透速率，采用烘干法测土壤含水量。利用加拿大Epson Twain Pro扫描仪获取形态结构图像，并用WinRHIZOPro2009b根系分析系统软件（Regent Instruments Canada Inc.）对扫描图像分析，得到根长、表面积、根体积、根平均直径、根尖数等形态学参数[6]。扫描后的根在80 ℃下烘干至恒重，分别记录基质S1，S2，S3处理下根的干重，其地上部和地下部的干重之比即为向日葵的根冠比。采用Microsoft Excel 2017进行数据整理，SPSS 21.0统计分析软件对数据进行差异显著性检验（LSD法）。
2 结果与分析
2.1 3种基质配比土壤的物理指标
3种基质处理的向日葵土壤容重、孔隙度、渗透性、含水量比较见表2。相比S2和S3，S1处理的土壤的各项指标都显著提高。单因素方差分析结果表明：3种基质处理的土壤容重、孔隙度中，S1和S2，S3存在显著性差异（p<0.05），S2和S3无显著性差异;渗透性上，S1和S2，S3处理存在显著性差异（p<0.05），S2和S3无显著性差异;含水量均有显著性差异（p<0.05）。
2.2 不同基质配比对根干重和根冠比的影响
S1处理组的向日葵容器苗的根干重均值达到7.66 g，高于S2处理组的6.49 g，远高于S3处理组的5.32 g（表3）。采用S1处理的向日葵容器苗的根冠比最大为0.16，高于S2处理组的0.10和S3处理组的0.11。说明S1处理组的向日葵容器苗根系发育较好，而地上部生长相对较弱，表現出更好的根系生长特性。单因素方差分析结果表明：根干重方面，S1，S2处理组都与S3处理组有显著性差异（p<0.05），S1处理组和S2处理组之间无显著性差异;根冠比方面，S1处理组与S2，S3处理组都有显著性差异（p<0.05），S2和S3处理组之间无显著性差异。
2.3 不同基质配比对向日葵根系生长的影响
不同基质配比对向日葵一年生容器苗的根系生长的影响见图1，由图1（a）～1（d）可知：当基质中火山石质量分数达到60.0%时（S1处理组），向日葵容器苗的根表面积、根体积、平均直径、根尖数均高于基质中不含火山石的S3处理，根表面积、根体积、平均直径表现出显著性。当基质中火山石质量分数达到30.0%时（S2处理组），由图1（a）～1（c）可知，根表面积、根体积、平均直径均高于不含火山石的S3处理组;由图1（c），1（d）可知，根尖数、总根长S2处理组低于S3处理组。综合而言，S1基质配比能显著提高向日葵一年生容器苗的生长和根系发育，比较适用于向日葵容器苗的培养。单因素方差分析结果表明：根表面积方面，S1，S2处理组均与S3处理组有极显著性差异（p<0.01），S1和S2处理组之间无显著性差异;根体积方面，S1和S3处理组之间呈显著性差异（p<0.05），S1和S2处理组、S2和S3处理之间无显著性差异;根尖数方面，S1和S3处理组均与S2处理间有极显著性差异（p<0.01），S1和S3处理组之间无显著性差异;总根长、平均直径方面，3种处理间无显著性差异。
3 讨 论
土壤结构与水分等特征对植物根系生长具有显著影响[7-10]。植物根系在不同的土壤环境中通过信号传递和生理调节，提高植物对土壤资源的利用效率，进而促进自身生长发育[11-14]。不同基质配比处理的土壤，对地上部生长的作用机理是多方面和综合的，有物理因素如机械阻力，化学因素如激素，生理因素如水分和营养等，只是在特定条件下某种因素的影响会更强些。本研究结果表明：增加基质中火山石含量可提高土壤孔隙度和渗透性，增加含水量，从而促进向日葵一年生容器苗植株的生长，改善容器限制对植株的影响。比较3种不同基质配比处理对向日葵根系干重、根冠比的影响，S1和S3处理组之间有显著性差异，S1处理组的根系总干重、根冠比都明显大于S3处理组，说明提高基质中的火山石配比可以显著改善向日葵容器苗的生长。提高基质中火山石配比的土壤，容重降低，土壤孔隙度、含水量和渗透速率提高。向日葵的地下根系生长指标显示：根体积、根表面积、平均直径、根尖数上，S1处理组均高于S2和S3处理组。其中，S1处理组和S3处理组的根体积有显著性差异（p<0.05）;S1处理组和S3处理组的根表面积有极显著性差异（p<0.01）。
本实验结果与银杏（Ginkgo biloba）、广玉兰（Magnolia grandiflora）、香樟（Cinnamomum camphora）、悬铃木（Platanus acerifolia）、巨柏（Cupressus gigantea）对土壤渗透速率的根系响应特征较一致[15-16]，即较高的土壤渗透速率和含水量有利于根系生长，能提高根长、根表面积、根体积等生长量指标。与玉米的表现不完全一致，后者随着土壤穿透阻力的增加而表现为根总长减小，但根直径增加[17]。本实验发现，黏土条件下向日葵细根更多，根直径更小。这是否与玉米是单子叶植物须根系结构特点有关，需要进一步的实验证明。
4 结 论
本研究用一年生双星八号食用葵为材料，设计添加火山石、黏土，并施加堆肥、复合肥等作为基质材料，研究以火山石和黏土不同比例混合后的3种基质对食用向日葵生长的影响。实验结果表明：基质配比中火山石含量最高的S1组土壤的容重更小，孔隙度、含水量、渗透速率更高，适合向日葵的生长发育需要，可作为培育向日葵容器苗的栽培基质。
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（责任编辑：顾浩然，郁慧）