孫嬌嬌 尚慶茂

（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部園藝作物生物學與種質創(chuàng)制重點實驗室，中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所，北京 100081）

育苗基質是幼苗養(yǎng)分的主要來源，基質中養(yǎng)分含量對培育壯苗至關重要。在選配基質時，首先應了解基質的理化性狀，特別是速效氮、磷、鉀的含量，可以大致了解基質的營養(yǎng)狀態(tài)。在游瑩卓等（2014）的研究中，黃瓜育苗基質的最適配比（體積比）為草炭34%～45%，蛭石20%～31%，珍珠巖35%～43%；計算得到黃瓜育苗基質適宜的養(yǎng)分范圍是堿解氮399.0～513.5 mg · kg-1，速效鉀329.0～397.5 mg · kg-1，速效磷26.4～30.1 mg ·kg-1，有機質29.5%～36.3%。季托等（2018）研究表明，茄子無土育苗基質的最適配比（體積比）為草炭36%～62%，蛭石20%～27%，珍珠巖24%～43%；計算得到茄子育苗基質適宜的養(yǎng)分范圍是速效氮612.9～830.1 mg · kg-1，速效鉀184.6～299.3 mg · kg-1， 速 效 磷61.6～103.4 mg ·kg-1，有機質30.5%～52.6%。在幼苗生長過程中，基質本身養(yǎng)分含量往往達不到幼苗生長要求，僅根據(jù)幼苗生長狀態(tài)施肥或灌溉營養(yǎng)液，易對幼苗造成營養(yǎng)缺乏脅迫，若提前了解基質中養(yǎng)分的含量，便可避免這種情況的發(fā)生。因此在穴盤育苗管理過程中，及時了解基質中養(yǎng)分含量變化，適時供應養(yǎng)分，對培育健壯幼苗至關重要。

礦質養(yǎng)分檢測是判斷育苗基質養(yǎng)分豐缺的基礎和前提。目前基質礦質養(yǎng)分的檢測方法一般是參照土壤養(yǎng)分含量的檢測方法。土壤養(yǎng)分檢測方法有常規(guī)法和速測法。常規(guī)法有堿解擴散法（測定有效氮含量）、Olsen 法和Bray1 法（測定有效磷含量）、乙酸銨法（測定速效鉀含量）等，測量值準確度較高。但測試時每一種有效養(yǎng)分采用一種浸提劑，浸提時間長，操作復雜，費工費時，效率低，且污染環(huán)境（劉春生和楊守祥，1997；劉秀珍 等；2007；郝冠軍 等，2016）。而速測法因其測量快速、簡便、并在較短的時間內(nèi)同時浸提出土壤中的速效N、P、K 等多種成分，受到國內(nèi)外研究者的重視，日益發(fā)展起來（王蕓，2013）。較為著名的有1941年提出的Morgan 法，試劑由1 mol · L-1NH4ACHAC、15% CaCl2組成，它可以用于酸性和中性土壤的P、K、NO3--N、NH4+-N 的提取測定，后經(jīng)Wolf 修正，加入二乙基三胺五乙酸（DTPA）可以同時提取陽離子微量元素（Wolf，1982）。1954 年，Mehlich 提出Mehlich-1 法（簡稱M1 法），試劑由0.012 5 mol · L-1H2SO4、0.05 mol · L-1HCl 組成，可提取P、K、Ca、Mg、Na、Mn 和Zn，適用于陽離子交換量小于0.1 mol · kg-1，有機質含量小于5%的酸性砂質土壤（Mehlich，1953；Benton，1998；張文芳，2007）。Soltanpour-Schwab 法（簡稱ABDTPA 法）在1977 年被提出，試劑是由1.0 mol · L-1NH4HCO3、0.005 mol · L-1DTPA 組 成，可 同 時 提取P、K、Na、Fe、Mn、Zn、As、Cd 和NO3-，適用于pH ＞7.5，但不含過量的Ca 或Na 的堿性土壤。這種試劑的pH 不穩(wěn)定，須現(xiàn)用現(xiàn)配，或在礦物油中保存（Soltanpour & Schwab，1977；李立平等，2004）。1982 年Mehlich 再 次 提 出Mehlich-3法（簡稱M3 法），試劑是由0.015 mol · L-1NH4F、0.25 mol · L-1NH4NO3、0.001 mol · L-1乙二胺四乙酸（EDTA）、0.2 mol · L-1CH3COOH、0.13 mol ·L-1HNO3組成。M3 法能夠同時提取P、K、Ca、Mg、Na、Cu、Zn、Fe、Mn、B、Mo 等多種有效養(yǎng)分，適用于酸性、中性和石灰性土壤；但無法提取速效氮，且含有微量氟（劉肅和李酉開，1995；劉秀珍 等，2007）。

在育苗基質礦質養(yǎng)分檢測時，因育苗基質容重、孔隙度、緩沖性、酸堿性等都不同于土壤，測量結果與實際值偏差較大。且上述方法浸提劑配方存在較多離子，對礦質養(yǎng)分含量測定有干擾，浸提劑廢液的處理也會污染環(huán)境。本試驗以去離子水作為浸提劑，以固液比、浸提溫度、振蕩時間為因素組成多個處理，篩選出固液比、浸提溫度、振蕩時間的最優(yōu)浸提處理組合，旨在探索一種高效、操作簡便、綠色無污染的基質礦質養(yǎng)分浸提方法，既適應于各種類型基質，又能配合先進儀器如電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀、自動流動注射儀等進行測定分析，節(jié)約成本，提高效率，為育苗基質科學精準施肥提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料

供試基質是將粉碎或解壓后的進口草炭、國產(chǎn)草炭，按體積比1∶1 混合，并加入1 kg · m-3水溶速效復合肥花無缺（N-P-K 為20-20-20+TE，購自上海永通化工有限公司）后，與蛭石、珍珠巖按體積比7∶1∶2 配制成混合基質，攪拌均勻，自然風干，待測。供試基質理化性質為：容重0.14 g ·cm-3、總孔隙度71.10%、持水孔隙65.29%、相對含水量7.79%、pH 5.66。其中進口草炭為品氏托普草炭，粒徑0～10 mm，pH 5.5，購自北京林大林業(yè)科技股份有限公司；國產(chǎn)草炭為敖珠牌，粒徑0～10 mm，購自中蔬種業(yè)科技有限公司；蛭石和珍珠巖全部采用園藝級（粒徑3～5 mm），購自河北靈壽縣匯鑫蛭石廠。

1.2 方法

1.2.1 浸提液制備 以固液比（1∶5、1∶10、1∶20）（m∶m，下同）、浸提溫度（25、50 ℃）、振蕩時間（2、5、10 h）3 個因素進行組合，共18個處理，每個處理3 次重復。浸提液制備采用去離子水振蕩浸提-真空抽濾法。用電子天平準確稱取風干基質10 g（精確度±0.001 g），置于300 mL 玻璃三角瓶中，按照基質∶浸提劑為1∶5、1∶10、1∶20 分別加入浸提劑去離子水，封口膜封口，放入振蕩強度為180 r · min-1，溫度設定為25、50 ℃的全溫振蕩培養(yǎng)箱（HZQ-F160 型，北京博宇寶威實驗設備公司）中振蕩2、5、10 h，取出，待測。安裝抽濾裝置（布氏漏斗、1 000 mL 抽濾瓶和硅膠管，杭州紹峰科技有限公司；真空泵，AP-9950，天津奧特賽恩斯儀器有限公司），真空泵在抽濾前調(diào)至-80 kPa，在布氏漏斗中墊入2 層定量濾紙（直徑9 cm，中速），將振蕩液全部倒入后，用硅膠密封蓋密封。啟動真空泵進行抽濾（真空泵壓力一直維持在-80 kPa），直至5 s 內(nèi)無液滴滴落時關閉真空泵。倒出抽濾瓶中的濾液（純色透明液體）裝入聚丙乙烯塑料瓶中，置于4 ℃冰箱內(nèi)保存，備用。

1.2.2 礦質養(yǎng)分測定 待所有處理抽濾完成后，取濾液進行礦質養(yǎng)分測定。NO3

--N、NH4+-N 含量測定采用流動注射法（王慧敏和唐玉霞，2016），P、K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、Zn、Na 含量測定采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（王金云和李小娜，2017），Cu 含量測定采用電感耦合等離子體質譜法（陳磊磊 等，2017），Cl 含量測定采用離子色譜法（唐靜 等，2017）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016 軟件處理數(shù)據(jù)，采用優(yōu)劣距離法對數(shù)據(jù)進行分析，以綜合評判礦質養(yǎng)分浸提效率高低，篩選出最優(yōu)浸提處理組合。

2 結果與分析

2.1 固液比、浸提溫度、振蕩時間對育苗基質礦質養(yǎng)分浸提效率的影響

由表1 可知，龐大的數(shù)據(jù)不容易直觀地看出13 種礦質養(yǎng)分綜合浸提效率最好的處理，通過對比礦質養(yǎng)分的浸提含量，能夠大致看出基質的營養(yǎng)狀態(tài)。從浸提效率上可以看出，處理17 的浸提含量最高，處理12 的浸提含量最低。從NH4+-N浸提效率來看，處理18 的浸提效率最高，相比于最低浸提效率的處理3 高39.60%；從P 的浸提效率來看，18 個處理浸提含量在12.639 0～74.368 2 mg · kg-1范圍內(nèi)浮動，最高處理浸提效率是最低處理的5.88 倍；從K 的浸提效率來看，浸提含量最高的處理17 比浸提效含量最低的處理1 高49.30%。另外，從18 個處理的N、P、K 浸提含量可以觀察到基質中游離N、K 的含量比P 含量高。

表1 固液比、浸提溫度、振蕩時間對礦質養(yǎng)分浸提效率的影響

基質內(nèi)的中量元素Ca、Mg、S 含量的多少對育苗也相當重要。Ca、Mg、S 的浸提效率都表現(xiàn)為處理18 最高，處理1 最低。

微量元素含量雖然少，卻是植物生長發(fā)育必不可少的。18 個處理中Fe 的浸提含量在17.525 9～49.949 1 mg · kg-1范 圍 內(nèi) 浮 動；Mn 的浸提含量為2.320 4～4.400 7 mg · kg-1；Cu、Zn、Na、Cl 的浸提含量分別為0.107 3～0.347 0 mg ·kg-1、1.121 7～2.558 0 mg · kg-1、0.093 0～0.171 8 g ·kg-1、0.103 7～0.121 3 g · kg-1，都表現(xiàn)為處理18 最高，處理1 最低。

綜上，NO3--N、K 浸提效率最高的處理組合為固液比1∶20、浸提溫度50 ℃、振蕩時間5 h，NH4+-N、P、Ca、Mg、S、Fe、Mn、Cu、Zn、Na、Cl 浸提效率最高的處理組合為固液比1∶20、浸提溫度50 ℃、振蕩時間10 h。盡管利用本試驗中的試驗方法可以對基質中的每一種礦質養(yǎng)分的含量進行較為準確的測量和分析，但是在實際生產(chǎn)應用中往往需要綜合評價基質的浸提效率，因此在本試驗已獲得的結果之上，利用優(yōu)劣距離法來對13種養(yǎng)分的浸提效率進行綜合描述與評價。

2.2 優(yōu)劣距離法模型的建立

優(yōu)劣距離法，即TOPSIS（technique for order preference by similarity to an ideal solution）法，是一種逼近理想狀態(tài)的排序方法。該方法充分利用原始多項指標數(shù)據(jù)間的信息，設定理想?yún)⒄罩?，將原始資料數(shù)據(jù)歸一化后構成規(guī)范化決策矩陣，計算出各評價單位與負理想值和正理想值之間的距離，來反映各評價單位之間的差距，根據(jù)此差距得出各評價單位與正理想值的相對接近程度來進行排序，進而達到客觀評價目的（張世玲 等，1997；黃煥宗，2016）。

利用優(yōu)劣距離法對18 個處理組合進行綜合評價，需先對13 種礦質養(yǎng)分浸提效率分別做出評價，若13 項指標呈現(xiàn)同一趨勢，即礦質營養(yǎng)的浸提組合的優(yōu)劣取決于礦質養(yǎng)分浸提效率高低，則可直接將數(shù)據(jù)構成原始數(shù)據(jù)矩陣A 進行后續(xù)分析。本試驗結果表明，13 項指標已呈現(xiàn)同一趨勢，因此將13 項指標的浸提含量數(shù)值形成原始數(shù)據(jù)矩陣A。

其中aij為第i 個處理的第j 個效率指標，i=1，2，…m，j=1，2，…n，見表1。

將A 矩陣利用公式歸一化后構造規(guī)范決策矩陣B。

其中bij=aij/〔∑（aij）2〕0.5，見表2。

根據(jù)矩陣B 確定指標最優(yōu)化狀態(tài)和最劣化狀態(tài)，分別構成最優(yōu)向量解B+和最劣向量解B-，然后計算各處理的評價指標與最優(yōu)向量解和最劣向量解的距離，用差的平方和的平方根值表示，最后計算各處理的浸提效率指標值與最優(yōu)值相對接近程度。

最優(yōu)化狀態(tài)：B+=（b1+，b2+，…，bn+）

即B+=（0.249 2，0.270 8，0.404 6，0.283 6，0.295 6，0.271 5，0.262 3，0.392 9，0.323 8，0.378 5，0.332 8，0.322 3，0.252 6）

最劣化狀態(tài)：B-=（b1-，b2-，…，bn-）

即B-=（0.225 5，0.194 0，0.068 8，0.189 9，0.196 1，0.212 0，0.205 3，0.137 8，0.170 7，0.117 0，0.145 9，0.174 5，0.215 9）bj+=Max｛b1j，b2j，…，bmj｝bj-=Min｛b1j，b2j，…，bmj｝

2.3 基質礦質養(yǎng)分浸提方法優(yōu)選

優(yōu)劣距離法對原始數(shù)據(jù)進行歸一化處理后，消除了不同量之間的影響，根據(jù)對象與正理想解、負理想解之間的距離來衡量“優(yōu)勢程度”。相對接近程度在0～1 之間，該值越接近1，說明評價的處理接近最優(yōu)水平程度越高，距離最劣水平越遠，則該處理最優(yōu)，反之則差（張世玲 等，1997）。通過表3 可以直觀地看出，從處理1 至處理18，C+值呈遞減趨勢，從0.595 3 降至0.020 8，C-值呈遞增趨勢，從0.020 0 增至0.598 0，Di值逐漸增大，從0.032 5 增至0.966 4。處理18 的Di值排序第1，距離最優(yōu)值最近，礦質養(yǎng)分綜合浸提含量最高，即固液比1∶20，浸提溫度50 ℃，振蕩時間10 h 為最佳處理。

表2 各處理13 項指標歸一化后的bij 值

表3 各處理指標值與最優(yōu)向量解相對接近程度排序

3 結論與討論

本試驗利用優(yōu)劣距離法篩選出育苗基質13種礦質養(yǎng)分綜合浸提效率最優(yōu)的組合，為固液比1∶20，浸提溫度50 ℃，振蕩時間10 h。對每個元素浸提效率進行方差分析，基質礦質養(yǎng)分的浸提效率與浸提條件有著密切的相關性，其中固液比、浸提溫度最為密切，振蕩時間次之。有研究表明，土壤中的有效銅、鋅、鐵、錳4 種微量養(yǎng)分含量測定值會隨溫度的升高而增加，與浸提溫度呈顯著正相關（宋鋼 等，1989；李淑玲 等，2002）。固液比（基質質量∶浸提劑體積）對有效磷的提取有極顯著影響，對有效鉀的提取有顯著影響；振蕩時間對基質中NO3--N、NH4+-N、有效磷、有效鉀的提取均無顯著影響（謝嘉霖 等，2009，2014）。

使用中性浸提劑去離子水提取的是基質中水溶性養(yǎng)分，代表的是基質養(yǎng)分的強度因素。相對于土壤通用浸提劑M3 和AB-DTPA，去離子水雖浸提含量低但對浸提物料沒有要求，無論是酸性還是堿性土壤或基質均可浸提，且浸提養(yǎng)分種類豐富，只要可溶于水的養(yǎng)分，均可被浸提；另外，去離子水作為浸提劑，對環(huán)境無污染。而ABDTPA 與M3 通用浸提劑卻對浸提土壤有要求，AB-DTPA 法僅適用于pH ＞7.5，但不含過量的Ca 或Na 的堿性土壤，M3 法適用于酸性、中性和石灰性土壤；AB-DTPA 浸提劑僅可同時提取P、K、Na、Fe、Mn、Zn、As、Cd 和NO3-，M3 浸 提劑雖可同時提取P、K、Ca、Mg、Na、Cu、Zn、Fe、Mn、B、Mo 等多種有效養(yǎng)分，但無法提取速效氮，且含有微量氟；另外AB-DTPA 浸提劑和M3 浸提劑中的化學成分不僅污染環(huán)境，試驗操作也較為危險（Soltanpour & Schwab，1977；劉肅和李酉開，1995；李立平 等，2004；劉秀珍 等，2007）。綜上所述，本試驗選用去離子水作為通用浸提劑，為試驗提供了綠色、環(huán)保、高效的浸提介質。

優(yōu)劣距離法的提出是基于對歐幾里德范數(shù)測度的優(yōu)劣解距離法進行分析得到的，廣泛應用于多目標決策分析（蔡治華，1998）。在林建潮等（2016）的研究中，采用TOPSIS 法對某醫(yī)院2008～2014 年護理質量的8 個指標進行綜合評價，結果合理，應用靈活，可作為醫(yī)院護理質量評價的一種方法。李亦然等（2018）利用TOPSIS 法，綜合13 項水土保持效益指標，對不同混交林的水土保持綜合效益進行評價，篩選出適合石灰?guī)r山地和砂石山地的混交林。Li 等（2019）利用TOPSIS 法對碳纖維復合材料加工技術進行優(yōu)化，選擇最佳切削條件，通過驗證結果準確。本試驗利用優(yōu)劣距離法，在指標較多、影響?zhàn)B分浸提效率因素復雜的18 個處理中篩選出最優(yōu)處理組合，結果科學可靠。