供试材料包括基质材料、植物材料和化学添加剂, 其中基质主体材料为深圳市绿化管理树枝粉碎厂的园林植物废弃物堆肥产品(以下简称为树枝肥), 基质添加物为椰糠、泥炭、珍珠岩和蛭石; 植物材料为金钻、鸭脚木幼苗, 白三叶、奶油青菜和四季小白菜种子, 由东莞桥头苗圃提供; 化学添加剂为湿润剂-壬基酚聚氧乙烯醚(OP)。

1.2.1 树枝肥生物毒性试验

用相当于待测树枝肥干重的30、20和10倍的蒸馏水浸泡, 振荡2 h后纱布过滤, 得到树枝肥不同浓度的浸提液J₁、J₂、J₃, 以蒸馏水为对照组。提取液10 mL加到铺有2层滤纸的9 cm培养皿中, 在每个培养皿播种100粒, 分别播种白三叶和奶油青菜种子, 每个品种3组重复, 以蒸馏水为空白对照。在室温下进行发芽试验, 记录种子发芽数, 计算发芽率; 并使用电子游标卡尺测定发芽种子的根的长度, 根据公式计算发芽指数^[6]。

1.2.2 树枝肥添加湿润剂试验

植物废弃物由于其表面存在蜡质等疏水基团, 具有斥水性^[7], 导致基质难润湿, 再湿性差, 无法稳定的给植物供应水分, 本试验通过研究不同浓度湿润剂处理的基质对种子发芽率的影响^[8], 筛选合适的湿润剂添加浓度。

湿润剂OP设0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、3.0%五个体积比浓度水平, 分别记为CK、OP₁、OP₂、OP₃、OP₄、OP₅, 每处理重复2次, 每升基质中均匀喷施各处理湿润剂100 mL^[9], 空白以纯净水代替, 混匀后风干基质待测。每盆基质用量均为3 L, 撒播100粒白三叶种子, 15 d后统计种子发芽率。

1.2.3 配方试验及理化性质、重金属含量测定

将基质材料树枝肥、椰糠、泥炭、珍珠岩和蛭石按不同配比混配出不同的配方, 粒径过< 10 mm孔径的筛网, 并测定不同配方基质的理化性质, 筛选符合常规固体无土栽培基质理化性质指标^[10]的基质配方, 并测定重金属含量。其中容重、孔隙度测定参照程斐的方法^[11], pH、电导率EC、盐基交换量CEC等参考国家林业标准(LY/T系列)的相关规定^[12]。重金属含量测定参考国家标准, 采用原子吸收分光光度法测定^{[13, 14]}。

1.2.4 观叶植物盆栽试验及指标测定

试验设T₁~T₆ 6个处理, 以及CK₁(树枝肥)和CK₂(营养土)2个对照。基质在使用前均匀喷洒适量浓度的湿润剂并晾干, 提前1~2 d进行消毒处理。盆栽试验每盆基质用量均为3 L, 栽培试验每种植物定植3盆, 每盆1株。所有处理于2016年4月26日完成, 培养3个月, 记录金钻的存活率及生长情况, 包括株高、冠幅、叶绿素、生物量等指标。

1.2.5 数据的统计与分析

运用Excel 2013对试验数据进行整理、统计和制表, SPSS 20.0对试验数据进行方差分析, 并采用隶属函数法对植株形态指标进行综合评价, 植株形态综合评价指数值越大, 说明植株生长越好^[15]。

基质中的植物毒性物质会对种子萌发和植物生长产生抑制作用。因此, 可用基质浸提液中植物种子的发芽指数(GI)来直接、快速的衡量基质是否对植物有毒有害, 或用来衡量农林生物质废弃物是否腐熟完全。一般认为, 当种子发芽指数达到50%时, 表明堆肥已达腐熟, 其植物毒性被认为已降至植物能够忍耐的水平; 当种子发芽指数达到80%时, 其植物毒性基本消失^[6]。

由表1可看出, 不同浓度的树枝肥浸提液的白三叶及奶油青菜的发芽率均大于80%(0.8), 发芽指数均大于1, 说明树枝肥已腐熟。不同浓度浸提液下白三叶及奶油青菜的发芽指数即均高于对照, 且随着浸提液浓度的增加, 奶油青菜发芽指数也越高。其中10倍的蒸馏水浸泡树枝肥浸提液(NJ₃)的发芽指数最高, 高达1.18; 20倍的蒸馏水浸泡树枝肥浸提液的白三叶(NJ₃)发芽指数最高, 高达1.18, 可能是树枝肥浸提液中含有营养物质, 对白三叶及奶油青菜种子发芽及根系生长有一定促进作用。由此可见树枝肥已腐熟, 无毒性, 可直接用于栽培基质的研究。

表1

表1

表1 树枝肥生物毒性试验结果 处理 发芽率/% 发芽势/% 发芽指数 BCK 83 78 1.00 BJ1(1:30) 93 91 1.27 BJ2(1:20) 93 90 1.51 BJ3(1:10) 91 87 1.40 NCK 97 94 1.00 NJ1(1:30) 95 94 1.04 NJ2(1:20) 96 95 1.08 NJ3(1:10) 98 94 1.18 注:GI=(基质萃取液中种子发芽率× 种子根长)/(对照种子发芽率× 种子根长)。

表1 树枝肥生物毒性试验结果

湿润剂处理对基质完全浸湿效果以及种子发芽率的影响见表2。T₁、T₂、T₃分别表示初次、再次和三次湿润时间。由表可看出, 不同浓度的湿润剂处理下, 基质完全浸湿时间大大降低, 显著低于对照。初次湿润时间随着OP浓度的增加呈先降低后升高的趋势, 且再次湿润时间和3次湿润时间均低于初次湿润时间。其中, OP₁即0.5%的湿润剂对白三叶种子发芽率无影响, 与CK相同, 均为72.5%, 湿润效果较好, 大大缩短基质完全湿润时间。因此筛选出合适的湿润剂添加浓度为0.5%, 此浓度湿润剂可明显改善基质润湿能力, 且不影响种子发芽率。

表2

表2

表2 湿润剂处理对基质完全浸湿效果及种子发芽率的影响 处理 润湿能力 发芽率/ % T1 T2 T3 OP1 10.9 6.5 5.9 72.5 OP2 10.1 8.8 7.4 58.0 OP3 7.8 7.5 4.9 66.0 OP4 7.8 5.9 6.9 63.5 OP5 8.2 9.5 7.0 52.5 CK 173.9 234.2 263.8 72.5

表2 湿润剂处理对基质完全浸湿效果及种子发芽率的影响

将基质主体材料树枝肥, 辅料椰糠、泥炭、珍珠岩和蛭石按不同体积配比混配出不同的配方, 筛选出6种符合常规固体无土栽培基质理化性质指标基质配方, 具体配方及其理化性质及重金属含量见表3、4。由表可见, 试验筛选出T₁~T₆各配方基质的容重为0.19~0.26 g· cm^-3, 总孔隙度为77.21%~88.31%, 通气孔隙度16.06%~35.40%, 持水孔隙度52.22%~62.94%, 大小孔隙比1:1.50~1:3.92, pH值6.66~7.39, EC值0.48~0.75 mS· cm^-1, CEC值740~1 240 μ mol· g^-1; Cu为31.6~80.3 mg· kg^-1, Zn为68.6~123.2 mg· kg^-1, Pb为6.0~9.3 mg· kg^-1, 未检测出Cd含量。可见T₁~T₆理化性质及重金属含量基本满足土壤理化性质要求, 可作为无土栽培基质研究应用, 但最终配方是否为最佳栽培基质则需要通过植物栽培试验验证。

表3

表3

表3 育苗栽培基质产品体积比配方 处理 树枝肥 椰糠 泥炭 珍珠岩 蛭石 T1 3 1 T2 3 1 1 T3 3 1 1 T4 3 1 1 T5 4 1 1 T6 4 1 1 1

表3 育苗栽培基质产品体积比配方

表4

表4

表4 育苗栽培基质理化性质及重金属含量 编号 粒径/ mm 容重/ (g· cm-3) 总孔隙 度/% 通气孔 隙/% 持水孔 隙/% 孔隙比 pH值 EC值/ (mS· cm-1) CEC/ (μ mol· g-1) 重金属含量(mg· kg-1) Cu Zn Pb Cd 树枝肥 - 0.20 84.00 39.00 45.00 1.17 7.48 0.75 960 28.5 170.3 8.6 - T1 < 5 0.22 85.15 24.09 61.06 2.54 7.37 0.71 1 240 39.7 81.5 6.4 - T2 < 5 0.25 79.00 16.06 62.94 3.92 6.66 0.48 970 80.3 123.2 6.3 - T3 < 5 0.19 88.31 35.40 52.91 1.50 7.39 0.61 950 31.6 73.8 7.1 - T4 < 5 0.22 84.39 26.74 57.65 2.16 7.23 0.58 790 60.9 103.1 6.0 - T5 < 5 0.24 80.61 28.39 52.22 1.87 7.12 0.75 740 37.0 89.3 9.3 - T6 < 5 0.26 77.21 22.41 54.80 2.45 7.08 0.56 1 020 33.9 68.6 7.2 - 标准范围 0.5~10.0 0.1~0.8 > 75 > 15 > 60 1:1.5~1:4 6.0~7.5 0.5~3.0 300~1 000 100 250 160 0.5

表4 育苗栽培基质理化性质及重金属含量

不同基质配方栽培的金钻植株, 生长势最好的为CK₂营养土, 各指标值最佳; 最差为CK₁树枝肥, 其各指标值最差。可见树枝肥可单独作为基质, 但效果不如混配基质。

由表5可见, 不同栽培基质的金钻形态指标值存在差异。其中, CK₂、T₂、T₃、T₄株高增量值均高于平均值2.6 cm, 且CK₂> T₂> T₄> T₃; CK₂、T₁、T₃、T₄冠幅增值量值均高于平均值9.1 cm, 且CK₂> T₃> T₄> T₁; CK₂、T₁、T₃、T₄、T₅的SPAD值均高于平均值55.3, 且CK₂> T₅> T₃> T₄> T₁; CK₂、T₃、T₄地上鲜重值均高于平均值14.2 g, 且CK₂> T₃> T₄; CK₂、T₃、T₄地下鲜重值均高于平均值11.2 g, 且CK₂> T₄> T₃; CK₂、T₃、T₄地上干重值均高于地上干重平均值1.9 g, 且CK₂> T₃> T₄; CK₂、T₃、T₄地下干重值均高于地下干重平均值1.7 g, 且CK₂> T₄> T₃; 根冠比的平均值为1.0 g, 但在一定范围内, 根冠比越低, 植物生长势越好, CK₂、T₁、T₃、T₅均低于平均值, 且CK₂< T₃< T₁< T₅。采用SPSS软件对不同指标值进行方差分析, 发现T₁~T₆之间差异不显著, 并且低于对照CK₂(营养土)。

表5

表5

表5 不同基质金钻形态指标 处理 株高增量/ cm 冠幅增量/ cm 叶绿素 SPAD 地上鲜重/ g 地下鲜重/ g 地上干重/ g 地下干重/ g 根冠比 CK1 2.1 a 6.8 b 49.1 a 7.6 b 7.5 b 0.9 b 1.1 a 1.3 a CK2 3.3 a 13.2 a 60.1 a 30.1 a 18.7 a 4.4 a 2.5 a 0.7 b T1 2.5 a 9.4 ab 55.7 a 12.1 b 10.0 ab 1.6 b 1.4 a 0.9 ab T2 2.9 a 8.3 ab 50.1 a 10.5 b 8.3 b 1.4 b 1.3 a 1.0 ab T3 2.7 a 10.3ab 57.3 a 19.1 ab 12.9 ab 2.4ab 1.8 a 0.8 ab T4 2.8 a 9.7 ab 57.2 a 15.3 b 13.3 ab 2.0ab 2.3 a 1.1 ab T5 2.4 a 7.8 ab 58.4 a 10.9 b 10.8 ab 1.6 b 1.6 a 1.0 ab T6 2.0 a 7.4 ab 54.7 a 8.4 b 8.3 b 1.1 b 1.4 a 1.3 a 注:同列数据后无相同小写字母, 表示组间差异显著。

表5 不同基质金钻形态指标

利用模糊数学中隶属函数的方法, 对不同基质条件下的金钻植株生长情况, 进行多指标综合评价。不同基质金钻生理指标隶属函数值结果见表6。综合评价指数均大于0.5, 可入选为栽培理想基质。试验结果表明, 金钻成活率均为100%, 盆栽金钻的T₃、T₄各项指标高于平均值, T₃基质综合评价指数高达0.6, 由于基质配方中未添加营养成分, 故栽培效果不如营养土, 但该配方基质中金钻植株生长状况、观赏品质较优, 筛选出金钻栽培的最优基质配方为T₃, 即树枝肥:椰糠:珍珠岩体积比为3:1:1, 可能原因是珍珠岩可以增加基质的透气性。

表6

表6

表6 不同基质下植株生理指标隶属函数值 处理 株高增量 冠幅增量 SPAD 地上鲜重 地下鲜重 地上干重 地下干重 根冠比 平均 CK1 0.1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 CK2 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 T1 0.4 0.4 0.6 0.2 0.2 0.2 0.2 0.7 0.4 T2 0.7 0.2 0.1 0.1 0.1 0.1 0.2 0.5 0.2 T3 0.5 0.5 0.7 0.5 0.5 0.4 0.5 0.8 0.6 T4 0.6 0.5 0.7 0.3 0.5 0.3 0.9 0.3 0.5 T5 0.3 0.2 0.8 0.1 0.3 0.2 0.4 0.5 0.4 T6 0.0 0.1 0.5 0.0 0.1 0.1 0.2 0.0 0.1

表6 不同基质下植株生理指标隶属函数值