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基于混料均匀设计的无土栽培基质研究与应用

王攀磊, 潘艳华, 郭玉蓉, 李向东, 姚照兵

王攀磊, 潘艳华, 郭玉蓉, 等. 基于混料均匀设计的无土栽培基质研究与应用[J]. 云南农业大学学报(自然科学), 2018, 33(5): 797-803. DOI: 10.12101/j.issn.1004-390X(n).201707016
引用本文: 王攀磊, 潘艳华, 郭玉蓉, 等. 基于混料均匀设计的无土栽培基质研究与应用[J]. 云南农业大学学报(自然科学), 2018, 33(5): 797-803. DOI: 10.12101/j.issn.1004-390X(n).201707016
Panlei WANG, Yanhua PAN, Yurong GUO, et al. Formulation Optimization of Soilless Culture Substrate by Using Uniform Mixture Design Method[J]. JOURNAL OF YUNNAN AGRICULTURAL UNIVERSITY(Natural Science), 2018, 33(5): 797-803. DOI: 10.12101/j.issn.1004-390X(n).201707016
Citation: Panlei WANG, Yanhua PAN, Yurong GUO, et al. Formulation Optimization of Soilless Culture Substrate by Using Uniform Mixture Design Method[J]. JOURNAL OF YUNNAN AGRICULTURAL UNIVERSITY(Natural Science), 2018, 33(5): 797-803. DOI: 10.12101/j.issn.1004-390X(n).201707016

基于混料均匀设计的无土栽培基质研究与应用

基金项目: 云南省科技惠民专项(农业)专项(2016RA005)
详细信息
    作者简介:

    王攀磊(1988—),男,山西运城人,硕士,助理研究员,主要从事农业环境、植物营养与栽培。E-mail: wangpanlei@aliyun.com

    通信作者:

    潘艳华(1964—),女,云南建水人,学士,研究员,主要从事农业环境综合治理。E-mail: kmpyh829@163.com

  • 中图分类号: S

摘要:
目的 近年来,高端高效高质的农业生产对无土栽培基质的需求日趋增多,而草炭作为其主要原料因不可再生性来源日趋减少。因此,针对本土资源,研究新型基质合成材料全部或部分替代传统材料及配方技术,开发新型基质具有重要现实意义。
方法 选择甘蔗渣、中药渣、褐煤以及传统原料草炭和珍珠岩,采用混料均匀设计,开展白菜育苗、栽培试验,通过调查统计发芽率、农艺性状、产量和产投比并进行二阶回归模拟,优选最佳育苗、栽培基质配方。
结果 不同配方对白菜的育苗发芽率、栽培农艺性状、产量、产投比具有显著影响,不同应用及目的回归模拟的最佳基质配方分别为:(1)以成苗率为目标的育苗最佳基质配方为φ(甘蔗渣):φ(中药渣):φ(褐煤):φ(草炭):φ(珍珠岩)=1.27%:26.76%:13.49%:4.14%:54.33%;(2)以产量为目标的栽培最佳配方为φ(甘蔗渣):φ(中药渣):φ(褐煤):φ(草炭):φ(珍珠岩)=52.71%:1.39%:1.66%:42.26%:1.98%;(3)综合各种原料成本及产量的最优栽培基质配方为φ(甘蔗渣):φ(中药渣):φ(褐煤):φ(草炭):φ(珍珠岩)=7.18%:1.39%:66.03%:21.60%:3.80%。
结论 (1)采用混料均匀设计方法,可以高效、准确地从多种原料中筛选最优配方;(2)利用甘蔗渣或褐煤替代部分草炭基质后,可以达到增加产出、节约成本和保护资源的目的。

 

Formulation Optimization of Soilless Culture Substrate by Using Uniform Mixture Design Method

Abstract:
Purpose In recent years, the demand for high-quality agricultural products has been increasing, and the soilless substrate production has been expanding in agricultural field with the deepening awareness of food safety. Peat has been widely used all over the world in recent decades as the main material of the traditional substrate, but the peat source is decreasing and even exhausted because of its non-renewable, high priced, and environmental protection requirements. Therefore, it is of great practical significance to study the new matrix synthetic materials in whole or in part to replace the peat substrate, and to develop new soilless culture substrates.
Method We selected several organic materials including bagasse, medicinal herb residue and lignite. The above three materials were mixed together with perlite and peat by different proportion, and then made into ten mixture substrates by using the method of uniform mixture design. The ten mixture substrates were carried out on cabbage breeding and cultivation experiment. In this study, the germination rate, seedling rate, fresh weight, yield and value to cost ratio (VCR) were measured, and the data was simulated with the proportion of materials by regression model.
Result Different mixture substrates had significant effects on the germination rate, seedling rate, agronomic traits, yield and VCR (P<0.05). The most optimal formulations of seedling rate, yield, and VCR wereφ(bagasse):φ(medicinal herb residue):φ(lignite):φ(peat):φ(perlite)=1.27%:26.76%:13.49%:4.14%:54.33%; 52.71%:1.39%:1.66%: 42.26%:1.98%;7.18%:1.39%:66.03%:21.60%:3.80%, respectively.
Conclusion (1) The uniform mixture Design method can be used to select the optimal formula from a variety of raw materials with high efficiency and accuracy. (2) Reduced cost and increased output was achieved by replacing peat partly from bagasse or lignite.

 

  • 基质是无土栽培的重要组成部分。在全球范围内,农业的集约化、单一化种植和化肥农药的过分投入,引发了土壤退化、病虫害泛滥、面源污染等诸多环境问题[1-2]。与传统栽培相比,无土栽培产量高、效益大、产品品质好[3];水肥利用效率更高,省水、省工、省肥;能够预防虫害疾病,减少根际疾病;预防面源污染,减少种植过程中肥料、农药、除草剂等农业投入品的排放[4-5]。此外,由于穴盘育苗省工、省力,便于优良品种推广和机械化移栽,因此无土基质也广泛应用于穴盘育苗[6]。近10年来,随着设施农业的不断扩大,中国的无土栽培得到迅猛发展,云南的特色经济作物花卉、蔬菜、烟草等,也是应用无土栽培最广的作物。长期以来,草炭和腐殖土是云南省自主生产及应用较多的无土栽培基质的主要原料,但由于其资源具有不可或不易再生性,加之环境保护的需要,来源日趋枯竭[7]。因此,在本地资源中寻求来源稳定、效果良好、可替代草炭和腐殖土的原料,探索研究相应的合成及生产工艺,研制开发新的混合基质产品势在必行[6]。甘蔗渣、中药渣、褐煤资源作为云南省优势产业,来源丰富稳定,其中,甘蔗渣富含纤维素和木质素,容重小、透气性好和稳定性高,中药渣富含有机质及氮磷钾养分,褐煤富含腐殖酸,三者均有配制无土栽培基质的潜质,具有广阔的应用前景和开发潜力。

    混料设计是针对试验中每个组分的比例必须非负且总和为1而提出的回归设计,广泛用于配方筛选和优化研究,但由于配方试验水平设置通常较多,一般的混料试验需要设置较多的试验次数方能进行回归分析,因此,本研究同时采用了均匀设计方法,以实现在设置水平数较多时通过较少试验次数达到配方优化的目的,即混料均匀设计,它能够考察各试验因素在所有因素混料中所占比例对目标响应的影响[8],相比混料设计(单纯形设计)其试验点设置更具代表性,所需试验点较少,与每个因子的水平数一致[9]。混料均匀设计在化工、材料工业、医药等领域有广泛应用[10-12],但在无土栽培领域尚未见相关报道。

    因此,本研究采用混料均匀设计方法,选取几种基质原料以不同比例组配配方,通过开展白菜育苗、栽培试验,以发芽率、产量、产投比等作为评价指标,建立以上指标和不同原料比例的二阶回归模型,优选出新型混合基质以替代单一的草炭基质,降低生产成本和操作管理难度,提高和改善作物的产量和品质。

    (1)试验时间与地点

    试验于2016年11月—2017年2月在玉溪市乐土科技有限公司温室大棚进行。

    (2)供试材料

    主要原料:甘蔗渣、中药渣、褐煤、草炭、珍珠岩(表1)。除珍珠岩外,每种原料均过筛,粒径为1~5 mm。甘蔗渣和中药渣经过发酵处理,为腐熟产品。

    表  1  原料理化性状
    Table  1.  Main physical and chemical properties of the materials
    原料种类
    materials
    容重/(g·cm−3)
    bulk density
    pH 电导率/(μs·cm−1)
    conductivity
    持水孔隙度/%
    water-holding porosity
    通气孔隙度/%
    aeration porosity
    甘蔗渣bagasse 0.12 6.80 812 45.2 44.5
    中药渣medicinal herb residue 0.23 7.50 1 966 67.0 13.0
    褐煤lignite 0.72 6.19 300 27.5 5.0
    草炭peat 0.08 6.40 250 75.0 20.0
    珍珠岩perlite 0.10 6.8 53.0 40.0
    注:容重测定方法参照NY525,pH、电导率、孔隙度测定方法为饱和浸提法(SME法)[13-15]
    Note: The bulk density was determined according to NY525, and pH, conductivity, water-holding porosity , aeration porosity according to the saturated media extract (SME) method.
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    附加原料:水凝胶。品名:聚丙烯酸钾型SAP (农林级);型号:SHK220N;生产厂家:青岛首科新材料有限公司。吸水倍率>=350 (纯水,mL/g),pH 6.0~7.5。

    其他材料:育苗穴盘,162孔。栽培营养钵高度和直径均为21 cm。

    本试验采用混料均匀设计。均匀设计采用5因素10次试验,选择Un(ns)的设计表,其中s=5,n=10,即U10(n5)。在均匀设计表的基础上,采用混料设计,10个配方配置如表2所示。育苗试验采用托盘育苗,共10个配方。育苗容器为穴盘,栽培试验栽培容器为营养钵。

    表  2  混料均匀试验设计表
    Table  2.  Uniform mixture design table
    处理
    treatments
    X1
    甘蔗渣
    bagasse
    X2
    中药渣
    medicinal herb residue
    X3
    褐煤
    lignite
    X4
    草炭
    peat
    X5
    珍珠岩
    perlite
    T1 23.1 13.9 16.3 2.3 44.4
    T2 13.9 40.4 6.1 37.6 2.0
    T3 52.7 29.9 7.1 3.6 6.7
    T4 29.3 16.5 33.2 15.7 5.2
    T5 18.1 1.4 15.6 29.2 35.7
    T6 1.3 13.2 28.2 48.8 8.6
    T7 37.8 5.7 4.4 33.9 18.2
    T8 10.2 4.7 66.0 4.8 14.3
    T9 6.9 27.5 1.7 9.6 54.3
    T10 4.0 35.5 30.2 16.6 13.6
    注:表中各原料配比为体积分数。
    Note: The percentage of materials in each treatment was expressed in volume.
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    此外,每个配方均添加水凝胶,育苗基质水凝胶添加量为10 mg/mL,栽培基质添加量为1 g/L。基质混合过程中添加适量水分保证基质含水量在60%左右。

    育苗。基质装盘后,将育苗盘放入清水育苗池,吸水5 h后取出,以后每隔1 d放入清水池吸水1次,每次5 h。育苗15 d后,清水育苗池改为1:1 000的肥水池。

    栽培。每个配方处理4次重复。基质混合后装入营养钵,浇透水后移栽。各处理浇水量一致,每2 d浇水1次,每次浇水量为500 mL/盆。各处理施肥量一致,移栽1周后施肥,团棵期施肥3次,每次每盆施肥量为100 mL的1‰营养液[m(N):m(P2O5):m(K2O)=16:10:14];莲座期和结球期施肥3次,每次每盆施肥量为3.5 g复合肥[m(N):m(P2O5):m(K2O)=16:10:14]和1.5 g尿素。

    (1)统计发芽率、农艺性状、产量。分别在育苗5、10、30 d后统计白菜发芽率,并在育苗30 d后测定白菜苗的株高、根长、叶鲜重、根鲜重。移栽30 d后测定有效叶数、最大叶长、最大叶宽、最大叶面积,移栽50 d后收获测产。

    (2)计算产投比:产投比(g/CNY)=白菜产值(CNY)/配方成本(CNY),每棵白菜单价按2元计算,基质成本按栽培二茬作物计算。

    (3)利用DPS软件进行混料均匀设计、方差分析、二次多项式逐步回归分析。

    二次多项式逐步回归分析:对于白菜育苗、栽培的各指标与基质原料用量间的数学关系y=f (X1X2X3,……Xn),可以用1个k次多项式逼近进行数据拟合。一般情况下,用二次多项式已足够说明问题[16]。混料设计的约束条件为X1+X2+X3+X4+X5=1,X5可用X1X2X3X4表示。建立二次回归数学模型为

    ${{y}} = {b_0} + \mathop \sum \limits_{i = 1}^m {b_i}{X_i} + \mathop \sum \limits_{i = 1}^m {b_{1i}}X_i^2 + \mathop \sum \limits_{i < j}^m {b_{ij}}{X_i}{X_j} + \varepsilon $

    根据上述模型可模拟白菜育苗、栽培各指标的最佳预期结果及相应的基质原料比例。

    各处理配方发芽率及成苗率如表3所示。从5、10 d育苗结果看,除T8处理的5 d发芽率较低外,其余各处理的发芽率无显著差异。总体而言,处理T1、T6的发芽率最好,其次为T5、T7,而T8的发芽率最差。从育苗30 d的成苗率统计结果看,相比于育苗5、10 d发芽率,各配方成苗率均有不同程度的下降,其中T9成苗率最高,达96.30%,其次为T3发芽率,其他配方发芽率均在40%~60%之间。

    表  3  白菜5、10 d发芽率及30 d成苗率统计
    Table  3.  The germination rates on the 5th, 10th days and the seedling rate on the 30th day
    时间/d time T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10
    5 100.00 a 92.59 a 91.36 a 87.65 a 93.83 a 96.30 a 93.83 a 64.20 b 91.36 a 90.12 a
    10 96.30 a 90.12 a 93.83 a 91.36 a 95.06 a 96.30 a 95.06 a 86.42 a 93.83 a 90.12 a
    30 61.73 c 41.98 d 76.54 b 51.85 cd 46.91 d 43.21 d 61.73 c 51.85 cd 96.30 a 54.32 c
    注:表中不同字母表示不同配方处理的发芽率差异显著(P<0.05);下同。
    Note: Different letters in the same rows indicate that different treatments had significant effects (P< 0.05) on the seedling rate; the same as below.
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    利用二次多项式逐步回归,以X1X3X4X5对白菜30 d成苗率进行二阶回归,得到配方各原料比例与白菜鲜重的回归方程:y=45.2+0.015 5X12+0.019 9X42−0.029 8X1X4,回归模型方差P=0.003,决定系数R2=0.83,Durbin-Watson统计量d=1.97,模型具有显著意义。通过模型计算,X1=1.27,X2=26.76,X3=13.49,X4=4.14,X5=54.33时,白菜30 d成苗率可达98.54%。

    表4所示:各配方处理移栽30 d后白菜农艺性状以及单株产量呈显著差异(P<0.05)。具体而言,T7农艺性状及单株产量最好,单株产量达927.6 g,显著高于其他处理;其次为T5、T6,单株产量在700~800 g之间;再次为T4、T8,单株产量在500 g左右;而其余处理单株产量均低于400 g。从各处理配方组成来看,单株产量较高的T5、T6、T7草炭含量均较高,比例在30%~50%之间,而表现相对较好的T4和T8处理含有较高比例的甘蔗渣和褐煤。

    表  4  移栽后30 d农艺形状及最终产量
    Table  4.  Main agronomic characters after transplanting 30 days and yield after transplanting 50 days
    处理
    treatm-ents
    最大叶长/cm
    length of maximum leaf
    最大叶宽/cm
    width of maximum leaf
    最大叶面积/cm2
    area of maximum leaf
    叶数
    leaf number
    单株产量/g
    yield perplant
    T1 9.95 ef 5.85 e 29.09 ef 9 c 285.5 de
    T2 12.60 cd 7.88 c 49.80 d 11 b 316.4 de
    T3 11.00 de 6.68 d 36.92 e 11 b 197.9 e
    T4 15.18 b 8.75 c 66.56 c 11 b 493.3 c
    T5 20.63 a 12.70 b 130.68 b 14 a 803.9 b
    T6 20.95 a 12.83 b 134.59 b 14 a 718.9 b
    T7 22.25 a 13.98 a 155.69 a 14 a 927.6 a
    T8 14.00 bc 7.90 c 55.27 cd 11 b 547.7 c
    T9 7.13 g 4.60 f 16.39 f 7 d 305.0 de
    T10 8.75 fg 5.15 ef 22.54 f 9 c 373.5 d
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    为了描述白菜产量与各配方原料比例之间的关系,利用DPS软件对数据进行分析,采用逐次回归的方法剔除影响较小的变量,求解二次多项式回归方程。选取不同的自变量进行回归后,得到不同的回归方程。若X1X3X5不参与回归,则得到模型1,回归方程为y=480−13.2X1+22.56X4−0.294X42,此时P<0.001,方差分析结果显著,Durbin-Watson统计量d=1.31。若X4不参与回归,则得到模型2,回归方程为y=840−1.01X2+0.372X12+0.179X42−0.884X1X2−0.106X1X3−0.323X1X4−0.499X2X4−0.178X3X4,此时P<0.001,方差分析结果显著,Durbin-Watson统计量d=1.52。若X2不参与回归,回归方程方差分析不显著。

    本次模拟的4个回归模型对应的最佳配方和预期如表5所示。由表5可知:最佳单株产量是1 762 g,各原料X1X2X3X4X5比例组成为52.71%、1.39%、1.66%、42.26%和1.98%;次佳单株产量是895 g,共有3个组合配方,分别为X1:X2:X3:X4:X5=44.52%:1.39%:10.64%:38.77%:4.65%;X1:X2:X3:X4:X5=4.29%:1.39%:49.6%:38.4%:6.33%;X1:X2:X3:X4:X5=6.07%:1.39%:8.04%:38.58%:45.93%。

    表  5  产量、产投比回归模型模拟最佳配方及预期
    Table  5.  Most optimal formulation of yield and VCR calculated by regression model
    项目
    item
    模型models 最佳比例/% most optimal formulation 预期结果(Y)
    expected results
    X1 X2 X3 X4 X5
    产量yield 模型1model 1 44.52 1.39 10.64 38.77 4.65 894.6
    模型1 model 1 4.29 1.39 49.6 38.4 6.33 894.6
    模型1 model 1 6.07 1.39 8.04 38.58 45.93 894.6
    模型2 model 2 52.71 1.39 1.66 42.26 1.98 1 762.9
    产投比VCR 模型1 model 1 1.81 1.39 88.55 4.4 3.85 4.19
    模型2 model 2 7.18 1.39 66.03 21.6 3.8 4.49
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    通过市场调查云南省内各原料的成本,计算得出各配方成本及其栽培白菜的产投比,如表6所示。

    表  6  原料成本及配方成本、产投比
    Table  6.  Materials cost, mixtures cost and mixtures VCR
    处理treatments T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10
    成本/(CNY·m−3) cost 239.0 327.3 169.3 219.3 360.0 394.4 352.2 171.2 297.6 236.1
    产投比VCR 1.59 1.29 1.56 3.00 2.98 2.43 3.51 4.27 1.37 2.11
    注:原料成本分别为甘蔗渣150 CNY/m3, 中药渣120 CNY/m3,褐煤105 CNY/m3,草炭650 CNY/m3,珍珠岩350 CNY/m3
    Note:The costs of material are as following: bagasse 150 CNY/m3, medicinal herb residue 120 CNY/m3, lignite 105 CNY/m3, peat 650 CNY/m3, perlite 350 CNY/m3.
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    为了描述白菜产投比与各配方原料比例之间的关系,利用二次多项式逐步回归,求解回归方程。若X3不参与回归,则得到模型1,回归方程为y=4.31−0.073 8X2−0.001 45X1X5,此时P<0.01,方差分析结果显著,Durbin-Watson统计量d=2.25;若X4不参与回归,则得到模型2,回归方程为y=3.33−0.049 3X2+0.000 281X32−0.000 302X52,此时P<0.01,方差分析结果显著,Durbin-Watson统计量d=1.94。若X1X2X5不参与回归,回归方程方差分析不显著。

    通过不同的自变量进行回归后得到不同的回归方程。结果表明:本次模拟的最佳产投比为4.49,此时各原料X1X2X3X4X5比例组成为7.18%、1.39%、66.03%、21.60%和3.80%;次佳产投比是4.19,此时配方X1:X2:X3:X4:X5=1.81%:1.39%:88.55%:4.40%:3.85%。

    不同配方在育苗5、10 d后的白菜发芽率无显著差异。根据30 d成苗率评价育苗效果,则模拟回归方程为y=45.2+0.015 5X12+0.019 9X42−0.029 8X1X4,模拟最佳栽培配方为φ(甘蔗渣):φ(中药渣):φ(褐煤):φ(草炭):φ(珍珠岩)=1.27%:26.76%:13.49%:4.14%:54.33%,此时预期成苗率达98.54%,高于本试验最高值96.3%。

    由甘蔗渣、中药渣、褐煤、草炭和珍珠岩5种原料组成不同比例配方中,甘蔗渣和草炭比例高的配方白菜栽培的效果最好,回归方程为y=840−1.01X2+0.372X12+0.179X42−0.884X1X2−0.106X1X3−0.323X1X4−0.499X2X4−0.178X3X4,模拟最佳栽培配方为φ(甘蔗渣):φ(中药渣):φ(褐煤):φ(草炭):φ(珍珠岩)=52.71%:1.39%:1.66%:42.26%:1.98%,此时预期白菜单株产量1 763 g,高于本试验最高值927.6 g。

    若考虑各原料的成本差异,则产投比和原料比例的二阶回归方程为y=3.33−0.049 3X2+0.000 281X32−0.000 302X52,模拟最佳栽培配方为φ(甘蔗渣):φ(中药渣):φ(褐煤):φ(草炭):φ(珍珠岩)=7.18%:1.39%:66.0%:21.60%:3.80%,此时预期产投比达4.49,高于本试验最高值4.27。

    综上所述,从育苗效果看,以中药渣、褐煤和珍珠岩为主的基质配方最好;从栽培效果看,栽培产量以甘蔗渣和草炭为主的基质配方最高,而产投比则以褐煤和草炭为主的基质配方最高。由本试验测得各原料理化性状可知,相比其他原料,甘蔗渣容重低、通气孔隙度高,具有替代草炭的潜力,其作为蔬菜、瓜果、花卉等无土栽培基质的研究国内外已有报道[17-21],但由于保水性相对较差,因此配合草炭后效果更佳。褐煤腐殖酸含量丰富,但由于容重较高、保水性较差,因此在无土栽培领域的研究相对较少,目前的相关研究主要集中于漂浮育苗[22-24]。本试验研究发现:褐煤和水凝胶混合后,由于水凝胶本身对水分、养分的固持和缓释作用[25],使得二者的混合胶体具有保水、保肥的作用,加之含有较高含量的腐殖酸,是优秀的无土栽培原料。褐煤中的腐殖酸含有大量的羧基和酚羟基等活性基团,能与各种肥料形成螯合物或络合物进行离子交换和物理吸附等,从而起到蓄水保肥、提高肥料利用率的作用[26-27],与此同时,肥料中的盐、钾、钠、铵等离子具有活化腐殖酸的作用[28-29],因此,在无土栽培中应用褐煤可达到良好的栽培效果。另有研究表明:利用褐煤腐殖酸与普通型保水剂交联,制成的腐殖酸复合保水剂具有抗旱保水、固土保墒、促进植物生长的作用[30]

    在云南省无土栽培市场,花卉上主要应用的基质除进口草炭(以pindstrup、jiffy为主)和椰糠外,还有自行配制配方如草炭+珍珠岩(2:1)、破碎陶粒+草炭(2:1)、红土+腐叶土基质、树皮+蛭石等,大都以经验或整数比调节配方,虽然能够达到一定的栽培效果和生产目标,但若以最佳栽培效果或最佳产投比作为目标,则并不一定是最佳比例配方。本试验采用混料均匀设计,通过模拟计算得到最佳比例配方,具有高效、准确的筛选特征,并且可用于多原料基质的筛选,亦可根据生产目标调整配方,实用性较强。此外,从筛选结果看,无论是育苗栽培效果还是生产成本,本试验优选的几种新型基质配方均具有替代草炭基质的潜力,配方所采用的甘蔗渣、中药渣、褐煤原料在云南本地均可达到量产规模,且价格实惠,方便运输,前景可观。

    在本试验中,还存在需要进一步探讨研究的问题:(1)利用混合基质进行作物栽培时,考虑不同的混合结构和合成工艺(如不同原料分层分布)对作物栽培的影响;(2)保水剂的定量研究以及保水剂对养分释放的影响;(3)容器栽培时基质中的水分时间变化规律以及空间迁移规律。

  • 表  1   原料理化性状

    Table  1   Main physical and chemical properties of the materials

    原料种类
    materials
    容重/(g·cm−3)
    bulk density
    pH 电导率/(μs·cm−1)
    conductivity
    持水孔隙度/%
    water-holding porosity
    通气孔隙度/%
    aeration porosity
    甘蔗渣bagasse 0.12 6.80 812 45.2 44.5
    中药渣medicinal herb residue 0.23 7.50 1 966 67.0 13.0
    褐煤lignite 0.72 6.19 300 27.5 5.0
    草炭peat 0.08 6.40 250 75.0 20.0
    珍珠岩perlite 0.10 6.8 53.0 40.0
    注:容重测定方法参照NY525,pH、电导率、孔隙度测定方法为饱和浸提法(SME法)[13-15]
    Note: The bulk density was determined according to NY525, and pH, conductivity, water-holding porosity , aeration porosity according to the saturated media extract (SME) method.
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    表  2   混料均匀试验设计表

    Table  2   Uniform mixture design table

    处理
    treatments
    X1
    甘蔗渣
    bagasse
    X2
    中药渣
    medicinal herb residue
    X3
    褐煤
    lignite
    X4
    草炭
    peat
    X5
    珍珠岩
    perlite
    T1 23.1 13.9 16.3 2.3 44.4
    T2 13.9 40.4 6.1 37.6 2.0
    T3 52.7 29.9 7.1 3.6 6.7
    T4 29.3 16.5 33.2 15.7 5.2
    T5 18.1 1.4 15.6 29.2 35.7
    T6 1.3 13.2 28.2 48.8 8.6
    T7 37.8 5.7 4.4 33.9 18.2
    T8 10.2 4.7 66.0 4.8 14.3
    T9 6.9 27.5 1.7 9.6 54.3
    T10 4.0 35.5 30.2 16.6 13.6
    注:表中各原料配比为体积分数。
    Note: The percentage of materials in each treatment was expressed in volume.
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    表  3   白菜5、10 d发芽率及30 d成苗率统计

    Table  3   The germination rates on the 5th, 10th days and the seedling rate on the 30th day

    时间/d time T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10
    5 100.00 a 92.59 a 91.36 a 87.65 a 93.83 a 96.30 a 93.83 a 64.20 b 91.36 a 90.12 a
    10 96.30 a 90.12 a 93.83 a 91.36 a 95.06 a 96.30 a 95.06 a 86.42 a 93.83 a 90.12 a
    30 61.73 c 41.98 d 76.54 b 51.85 cd 46.91 d 43.21 d 61.73 c 51.85 cd 96.30 a 54.32 c
    注:表中不同字母表示不同配方处理的发芽率差异显著(P<0.05);下同。
    Note: Different letters in the same rows indicate that different treatments had significant effects (P< 0.05) on the seedling rate; the same as below.
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    表  4   移栽后30 d农艺形状及最终产量

    Table  4   Main agronomic characters after transplanting 30 days and yield after transplanting 50 days

    处理
    treatm-ents
    最大叶长/cm
    length of maximum leaf
    最大叶宽/cm
    width of maximum leaf
    最大叶面积/cm2
    area of maximum leaf
    叶数
    leaf number
    单株产量/g
    yield perplant
    T1 9.95 ef 5.85 e 29.09 ef 9 c 285.5 de
    T2 12.60 cd 7.88 c 49.80 d 11 b 316.4 de
    T3 11.00 de 6.68 d 36.92 e 11 b 197.9 e
    T4 15.18 b 8.75 c 66.56 c 11 b 493.3 c
    T5 20.63 a 12.70 b 130.68 b 14 a 803.9 b
    T6 20.95 a 12.83 b 134.59 b 14 a 718.9 b
    T7 22.25 a 13.98 a 155.69 a 14 a 927.6 a
    T8 14.00 bc 7.90 c 55.27 cd 11 b 547.7 c
    T9 7.13 g 4.60 f 16.39 f 7 d 305.0 de
    T10 8.75 fg 5.15 ef 22.54 f 9 c 373.5 d
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    表  5   产量、产投比回归模型模拟最佳配方及预期

    Table  5   Most optimal formulation of yield and VCR calculated by regression model

    项目
    item
    模型models 最佳比例/% most optimal formulation 预期结果(Y)
    expected results
    X1 X2 X3 X4 X5
    产量yield 模型1model 1 44.52 1.39 10.64 38.77 4.65 894.6
    模型1 model 1 4.29 1.39 49.6 38.4 6.33 894.6
    模型1 model 1 6.07 1.39 8.04 38.58 45.93 894.6
    模型2 model 2 52.71 1.39 1.66 42.26 1.98 1 762.9
    产投比VCR 模型1 model 1 1.81 1.39 88.55 4.4 3.85 4.19
    模型2 model 2 7.18 1.39 66.03 21.6 3.8 4.49
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    表  6   原料成本及配方成本、产投比

    Table  6   Materials cost, mixtures cost and mixtures VCR

    处理treatments T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10
    成本/(CNY·m−3) cost 239.0 327.3 169.3 219.3 360.0 394.4 352.2 171.2 297.6 236.1
    产投比VCR 1.59 1.29 1.56 3.00 2.98 2.43 3.51 4.27 1.37 2.11
    注:原料成本分别为甘蔗渣150 CNY/m3, 中药渣120 CNY/m3,褐煤105 CNY/m3,草炭650 CNY/m3,珍珠岩350 CNY/m3
    Note:The costs of material are as following: bagasse 150 CNY/m3, medicinal herb residue 120 CNY/m3, lignite 105 CNY/m3, peat 650 CNY/m3, perlite 350 CNY/m3.
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出版历程
  • 通信作者:  潘艳华 kmpyh829@163.com
  • 收稿日期:  2017-07-10
  • 修回日期:  2017-12-13
  • 网络首发日期:  2018-08-31

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