葡萄枝条复配基质对番茄根际养分及产量品质的影响

Effects of grapevine pruning compound substrate on rhizosphere nutrients and yield quality of tomato

摘要

目的 针对宁夏贺兰山东麓葡萄修剪枝条废弃量大、资源化利用不足等问题，筛选适宜番茄栽培的葡萄枝条复配基质配方并阐明其作用机制。 方法 以番茄‘伊亚’为材料，采用葡萄枝条发酵物、草炭、珍珠岩分别按体积比20∶50∶30（T1）、30∶40∶30（T2）、40∶30∶30（T3）、50∶20∶30（T4）配制葡萄枝条复配基质，以商品基质为对照（CK），比较各处理番茄根际基质养分、酶活性、细菌群落多样性及番茄根系生长状况、果实品质与产量，对不同复配基质配方进行综合评价并分析其作用机制。 结果 4种葡萄枝条复配基质对番茄根际基质养分与理化性质均产生了一定影响，整体上以T3、T4处理的综合效果较优，均有效维持或提升了全磷、速效氮、碳氮比、pH及电导率，改善了根际环境。与CK相比，T2、T3和T4处理酶活性均有不同程度提升，其中以T4处理基质的碱性磷酸酶、脲酶和纤维素酶活性最高，且均显著高于其他处理。复配基质T3和T4处理均可有效提高番茄根际细菌群落多样性，增加放线菌门（Actinobacteriota）而降低变形菌门（Proteobacteria）与绿弯菌门（Chloroflexi）的相对丰度。冗余分析表明，全氮、全磷和电导率是驱动细菌群落组成变化的关键因子。T4处理在促进番茄根系生长与改善品质指标上总体表现最佳，产量可达238.55 t/hm²，产投比为1.83，净收益40.09万元/hm²。不同复配基质综合得分的排序为：T4>T3>T2>CK>T1。 结论 葡萄枝条发酵物、草炭、珍珠岩按体积比50∶20∶30复配基质（T4）为番茄栽培的最优基质配方，其通过提升根际养分与酶活性，并在全磷与pH驱动下重塑番茄根际微生物群落，促进番茄根系生长发育、品质提升并实现增产增收，为贺兰山东麓葡萄枝条的基质化利用与资源化循环提供了可推广的技术路径与理论支撑。

Abstract

Objective This study aims to screen for suitable formulations of grapevine pruning compound substrate for tomato cultivation and elucidate the underlying mechanisms，thereby relieving the problem of ma-ssive grapevine pruning wastes and their low resource utilization efficiency in the eastern foothills of the Helan Mountains in Ningxia. Method Using the tomato variety ‘Iya’ as the test material，composite substrates were prepared by mixing fermented grapevine prunings，peat moss，and perlite at volume ratios of 20∶50∶30 （T1），30∶40∶30 （T2），40∶30∶30 （T3），and 50∶20∶30 （T4）.Commercial substrate was set as the control （CK）.Rhizosphere substrate nutrients，enzyme activities，bacterial community diversity，as well as tomato root growth，fruit quality，and yield were compared across treatments.Furthermore，a comprehensive evaluation of different substrate formulations was conducted，and their functional mechanisms were analyzed. Result All four grapevine compound substrates exerted certain effects on the nutrient content and physicochemical properties of tomato rhizosphere.Overall，T3 and T4 exhibited superior comprehensive performances，effectively maintaining or increasing total phosphorus，available nitrogen，carbon-to-nitrogen ratio，pH，and electrical conductivity，thereby improving the rhizosphere environment.Compared with CK，enzyme activities in T2，T3，and T4 increased to varying degrees.Among these，T4 exhibited the highest activities of alkaline phosphatase，urease，and cellulase，all of which were significantly higher than those in other treatments.Both T3 and T4 compound substrate treatments effectively increased the diversity of the tomato rhizosphere bacterial community，increasing the relative abundance of Actinobacteriota while decreasing those of Proteobacteria and Chloroflexi.Redundancy analysis indicated that total nitrogen，total phosphorus，and electrical conductivity were the key factors driving bacterial community composition variation.T4 exhibited the best overall performance in promoting tomato root growth and improving quality indicators，achieving a yield of 238.55 t/hm²，an input-output ratio of 1.83，and a net profit of 400 900 yuan/hm².The comprehensive scores for the different composite substrates ranked as follows：T4>T3>T2>CK>T1. Conclusion A compound substrate （T4），consisting of fermented grapevine prunings，peat moss，and perlite at a volume ratio of 50∶20∶30，was identified as the optimal formulation for tomato cultivation.By enhancing rhizosphere nutrient availability and enzymatic activities，and by reshaping the rhizosphere microbial community under the driving effects of total phosphorus and pH，this treatment promoted tomato root growth and development，improved fruit quality，and increased yield and profit.This provides a sca-lable technical approach and theoretical support for substrate utilization and resource recycling of grapevine pru-nings in the eastern foothills of the Helan Mountains.

Graphical abstract

关键词

葡萄废弃枝条 / 复配基质 / 番茄 / 根际基质 / 品质与产量

Key words

grapevine pruning waste / compound substrate / tomato / rhizosphere substrate / quality and yield

宁夏贺兰山东麓作为我国三大葡萄主产区之一，已形成3.667万hm²的酿酒葡萄集中连片种植基地^［1］，约占全国葡萄种植面积的40%。随着产业规模的扩大，冬季修剪产生的葡萄枝条废弃物数量激增。据测算，每年产生的废弃葡萄枝条达12~15 t/hm^{2 ［2］}，若处置不当可能会成为土传病原和害虫的传播介质，进而威胁区域生态稳定。另一方面，葡萄枝条富含有机质及N、P、K等养分，还含有纤维素、半纤维素等有机组分^［3］，具有开发为再生基质材料的潜力，并可在保水、供肥等方面发挥作用，对提升农业资源循环利用效率具有重大意义。

传统育苗基质高度依赖草炭、蛭石等不可再生资源，过度开采会带来生态风险。在基质栽培技术迭代与设施农业扩张的双重驱动下，葡萄枝条资源化利用的现实需求与应用价值日益凸显，并已在多个领域开展探索实践。在园艺作物栽培方面，发酵腐熟的葡萄枝屑部分替代50%草炭用于草莓栽培，可降低生产成本并提升产量与品质^［4］。意大利学者Puglia等^［5］的盆栽试验发现，葡萄枝条与牛粪按3∶1比例混合堆肥处理后，其理化性质接近商品草炭基质。在复合基质中添加椰糠与菇渣，能够显著促进作物的生长发育。如将椰糠、菇渣、珍珠岩按体积比5∶4∶1的比例复配并结合水肥一体化技术，对设施番茄生长的作用效果最优^［6］；双孢菇菌渣堆肥与蛭石按体积比5∶5复配时，对番茄幼苗的促生效果最佳^［7］；以椰糠、菇渣与草炭组成的三元复合基质，还可通过优化土壤孔隙结构使番茄根系活力提升42%^［8］。在食用菌栽培方面，以不同比例葡萄枝条作为平菇栽培基质的研究显示，葡萄枝条碎屑体积占比为45%时，平菇品质最佳，生物学效率达106.07%^［9］；当添加体积比为62%~67%时，平菇产量与外观表现优良；体积比为75%时，生物学转化率仍达90.15%，综合效益十分突出^［10］。这些研究成果为废弃葡萄枝条的应用提供了有益参考。最新研究发现，基质理化性质可通过“基质‑根系‑微生物”互作网络影响作物表型，其中适度提高电导率（EC）有利于提升番茄产量与品质，但超过阈值则会造成减产^［11］；适量添加葡萄枝条有助于优化土壤真菌群落，提高木质素分解菌的相对丰度并抑制病原菌^［12］，这为葡萄枝条基质的优化应用提供了理论支撑。

目前葡萄枝条复配基质对日光温室番茄根际养分、微生物群落及产量和品质的影响作用机制尚不清晰。本研究以普通商品基质为对照，将葡萄枝条发酵物、草炭与珍珠岩按不同体积比复配后开展番茄栽培试验，系统评估各处理番茄根际基质养分与酶活性、微生物群落结构等环境特征的变化以及其对番茄根系性状、果实品质与产量的影响，旨在立足宁夏资源与产业禀赋，开发可部分替代草炭、蛭石的新型环保基质，为实现农业废弃物高效消纳与资源循环利用，推动区域葡萄-蔬菜产业链的绿色可持续发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试作物：‘伊亚’番茄品种，由宁夏天缘种业有限公司提供。

供试基质：普通商品基质和葡萄枝条复配基质（宁夏中青生物科技有限公司提供）。其中葡萄枝条复配基质是将废弃葡萄枝条经两级粉碎后，与水洗牛粪按体积比1∶1混配，添加VT-1000菌剂（北京沃土天地生物科技提供，可降解粗蛋白和纤维素，抑腐抑菌，防控土传病害，提升速效养分^［13］），然后采用好氧发酵，经升温、高温（55~65 ℃维持5~7 d）、降温、腐熟4个阶段的堆肥处理，结合链板式与自走式发酵，按阶段调整翻堆频率，保障堆体中氧气≥10%，经过35 d发酵和30 d陈化即为葡萄枝条发酵物，再添加不同比例草炭、珍珠岩等辅料制成。

1.2 试验设计

试验于2023年3－12月在宁夏回族自治区银川市贺兰县宁夏园艺产业园15号日光温室（38°18' N，106°15' E）内进行。试验以商品基质（草炭∶蛭石∶珍珠岩为3∶1∶1）为对照（CK），将处理好的葡萄枝条发酵物、草炭和珍珠岩分别按照体积比20∶50∶30，30∶40∶30，40∶30∶30，50∶20∶30进行复配，即为4个试验处理（T1、T2、T3、T4）用基质，其基本理化性质如表1所示。试验采用槽式栽培，栽培槽长3 m、宽1.2 m、深0.4 m。各处理设3次重复，共计15个试验小区，所有处理的水肥管理及其他栽培措施均保持一致。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 番茄根际基质理化性质及酶活性的测定

待番茄进入盛果期，每处理选取6株长势一致的植株，在根际附近设置5个采样点，清理杂物后挖取0~30 cm根际基质并混合均匀，采用五点取样法取样后将土样分为两份：一份自然风干后过孔径2 mm粗筛后，用于理化性质分析；另一份于4 ℃冷藏保存，用于酶活性测定。

基质理化性质参照《土壤农业化学标准分析方法》测定，其中pH、EC分别用电极法和电导仪测定，全氮、速效氮用碱解扩散法测定，全磷用高氯酸-硫酸法测定，速效磷用钼锑抗比色法测定，速效钾用醋酸铵-火焰光度法测定；脲酶、碱性磷酸酶、纤维素酶、过氧化氢酶活性分别用次氯酸钠比色法、磷酸苯二钠比色法、二硝基水杨酸比色法、高锰酸钾滴定法测定。

1.3.2 番茄根际基质微生物多样性的测定

先用体积分数75%酒精消毒器具后，每处理挖取6株完整植株样品（包括根系），抖落根际附着基质至消毒器具中并充分混合，过孔径2 mm无菌筛，于-80 ℃冷冻保存。

采用OMEGA Soil DNA Kit （D5625-01）试剂盒，按试剂盒操作步骤提取样本基因组DNA，并检测其纯度与浓度。使用带Barcode标签的特异引物及高保真DNA聚合酶，对选定基因的V3-V4可变区进行PCR扩增。PCR产物电泳检测后，采用Quant-iT^TM PicoGreen^TM dsDNA Assay Kit进行切胶回收。参照电泳初步定量结果，利用Microplate reader （BioTek，FLx800）荧光定量系统对回收产物进行精确定量，再按各样本测序量要求调整比例并混合。使用Illumina公司TruSeq Nano DNA LT Library Prep Kit 构建文库，经Agilent Bioanalyzer 2100和Promega QuantiFluor质检合格后，进行上机测序^［14］。

将合格文库送至专业测序公司，采用Illumina MiSeq PE300平台进行高通量测序；用QIIME2软件处理原始数据，获得有效序列并聚类为OTU（97%相似性）；进行物种分类注释，获得门、纲等不同分类水平的物种组成；计算Alpha多样性指数中的观测物种数（observed_species）指数、香农多样性指数（Shannon）、丰富度指数（Chao1）和物种丰富度估算指数（abundance-based coverage estimator，ACE），分析Beta多样性（PCoA分析、RDA分析）。其中Alpha多样性中的观测物种数指数是指实际测序中检测到的物种数量，该值越高，表明样本中的物种数目越多；Chao1指数用于估计群落中未观测到的物种总数；Shannon指数用于评估群落的物种多样性，该指数越高，代表样品的物种多样性越丰富；而ACE指数可以通过样本中物质个体数量的分布，校正未检测到的稀有物种。

1.3.3 植株根系特征值的测定

盛果期每处理随机选取6株番茄，挖取根系并通过MRS-3200A3L扫描仪进行扫描，用Win RHIZO软件统计根系总长度、总表面积、总体积，采用TTC法测定根系活力，分析不同复配基质对番茄根系特征的影响。

1.3.4 果实品质及产量的测定

在番茄盛果期每处理采摘第2，3穗番茄果实各10颗，榨汁后分别用钼蓝比色法、蒽酮比色法、考马斯亮蓝G-250染色法、水杨酸比色法测定维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白和硝酸盐含量；用TD-45折光仪测定可溶性固形物含量；用氢氧化钠滴定法测定有机酸含量。其中可溶性糖、可溶性固形物和有机酸含量以其占鲜质量的质量分数（%）表示。

全生育期内，以试验小区为单位，每小区选取6株番茄，测定1~5穗果产量，折算成单位面积产量；按试验期间银川市番茄市场收购价3.7元/kg，计算各处理净收益及产投比，分析经济效益。

1.3.5 复配基质性能综合评价

采用隶属函数法对各指标进行标准化处理，分析番茄根际基质养分、细菌多样性、根系指标、产量及品质间的相关性；通过变异系数分析法筛选出可用于综合评价的指标；采用主成分分析法对筛选后的指标进行降维分析，计算主成分贡献率和综合得分，构建综合评价模型以筛选最佳基质配比。

1.4 数据处理与统计分析

试验数据采用Excel 2021软件进行整理，使用SPSS 20.0软件进行单因素方差分析，通过邓肯法（Duncan’s）检验差异显著性（P<0.05），并采用Origin 2021绘制柱状图、散点图、相关性热图等；采用相关性分析法、变异系数分析法与主成分分析法全面评估各处理的应用效果。

2 结果与分析

2.1 不同复配基质处理对番茄根际基质养分与理化性质的影响

由表2可知，与CK相比，4个复配基质处理下盛果期番茄根际基质全氮含量均显著降低，但4个基质处理间无显著差异。T4处理速效氮含量最高（47.23 mg/kg），虽与CK无显著差异但均显著高于其余处理。各处理碳氮比均高于CK，其中以T3处理的碳氮比（13.98）显著高于其余处理，而其余处理间差异不显著。CK与T3、T4处理的全磷含量相比无显著差异，但以T4的全磷最高（2.28 g/kg）。速效磷以CK最高（35.01 mg/kg），且显著高于除T2外的其他处理。与对照CK相比，速效钾以T2处理最高（90.18 mg/kg），T3最低，较T2显著降低了8.77%。pH值以T4处理最高（6.70）。EC值以T3处理最高（2.12 mS/cm），T2处理最低，相对于T3处理降低了20.75%。整体来看，葡萄枝条复配基质处理可以有效改善番茄根际基质的养分供应能力和理化性质，为番茄生长提供了更优的根际环境，其中以T3和T4处理的综合效果较为突出。

2.2 不同复配基质处理对番茄根际基质酶活性的影响

由图1可见，与CK相比，碱性磷酸酶活性以T4处理最高（3.8 mg/（g·d）），且显著高于其他处理。除T1外，其余各处理脲酶活性均显著高于CK，其中以T4处理最高（55 mg/（g·d）），表明合理配比的复配基质可显著提升番茄根际基质的氮素转化能力。T1、T2、T3、T4处理的过氧化氢酶活性均显著高于CK，其中T3和T4处理活性较高且无显著差异，说明复配基质能有效增强根际抗氧化能力。纤维素酶活性随复配基质中葡萄枝条发酵物的增加而显著升高，以T4处理活性最高（3.8 mg/（g·d）），且显著高于其他处理，说明复配基质能有效促进有机质分解。综上，葡萄枝条复配基质T3、T4处理可显著提升番茄根际基质酶活性，增强基质养分转化、有机质分解及其抗氧化能力，从而优化根际微环境，为番茄植株提供更有利的生存环境。

2.3 不同复配基质处理对番茄根际基质细菌群落结构的影响

2.3.1 番茄根际基质细菌Alpha多样性

常用Alpha多样性衡量特定区域或生态系统内部的物种多样性。基于16S rRNA基因高通量测序结果，当测序序列数为0~10 000时，各样本的微生物Alpha多样性曲线随样本测序序列数量的增加呈快速上升趋势；当测序序列数大于30 000后，所有样本的Alpha多样性曲线均逐渐趋于平缓并接近平台期。测定中发现，CK样本的观测物种数最高，T1的观测物种数最低，这表明本研究的测序数据量已足够充分，Alpha多样性指数不会随测序序列数量的增加而发生显著变动，测序结果能够稳定、准确地反映各样本中微生物的物种组成特征，满足后续微生物群落结构分析的要求。

图2是不同处理番茄根际基质细菌群落Alpha多样性的箱线图，图中中位线代表数据的集中趋势，箱体长度反映数据的离散程度，上下限为非异常值的极值范围，可清晰对比各组间的差异。由图2可知，T4处理的观测物种数指数最高，且显著高于除T3以外的其他处理；Shannon指数以T4处理最高，但与CK、T2、T3无显著差异；Chao1指数以T4最高，与T3无显著差异，但显著高于其余处理；ACE指数在CK、T1、T3、T4间无显著差异，但均显著高于T2处理。综上可知，与CK相比，T1处理的观测物种数指数、Shannon指数和Chao1指数均为最低，而T4处理的观测物种数指数、Shannon指数、Chao1指数和ACE丰富度指数均较高，这表明T4处理的葡萄枝条复配基质可以有效改善番茄根际微生物群落的Alpha多样性。

2.3.2 番茄根际基质细菌Beta多样性

为了探究不同复配基质处理下番茄根际基质细菌是否存在差异，采用主坐标分析（PCoA）进行判断，结果见图3。

由图3可见，各处理组的样本重复点呈现良好的聚集性，提示样本重复性佳；第一主成分（PC1）与第二主成分（PC2）的解释率分别为42.79%和28.19%，累计解释率达70.98%。在PC1轴上，CK与T1组的细菌群落组成具有较高相似性，而T2、T3、T4组细菌群落组成更为接近。在PC2轴上，T3与T4组的细菌群落组成高度趋同，与CK、T1组间存在明显的空间分异，表明其群落组成差异显著。

为揭示不同葡萄枝条复配基质处理下番茄根际细菌群落结构与环境因子的响应关系，采用冗余分析（redundancy analysis，RDA）进行判断。结果（图4）显示，RDA1轴和RDA2轴分别解释了58.72%和18.05%的总变异，两轴累计解释度达76.77%，表明该分析可以有效反映细菌群落组成与环境因子间的关系。样本分布上，CK处理样本集中于RDA1轴的负方向，与放线菌门（Actinobacte-riota）、绿弯菌门（Chloroflexi）等类群显著相关；T1、T2 处理样本分布于RDA1轴中间区域，与拟杆菌门（Bacteroidota）关联较强；而T3、T4处理样本则集中于RDA1轴正方向，与变形菌门（Proteobacteria）、芽单胞菌门（Gemmatimonadota）等类群紧密相关，说明葡萄枝条复配基质处理显著改变了番茄根际基质细菌群落的结构，且T3、T4处理与CK的细菌群落结构存在明显差异。环境因子箭头方向进一步表明，全氮、全磷、速效氮及电导率等因子与RDA1轴正方向高度正相关，是驱动T3、T4处理细菌群落结构变化的关键因子；而碳氮比、pH则与RDA1轴负方向呈正相关，与CK处理下的优势类群分布密切相关。此外，速效磷、速效钾与T2、T3处理及拟杆菌门等类群存在较强正相关。综合来看，葡萄枝条复配基质处理（T3和T4）通过调控番茄根际基质全氮、全磷及电导率等理化性质，显著重塑了根际基质细菌的群落结构，促进了变形菌门、芽单胞菌门等功能类群的富集，而CK处理则更有利于放线菌门和绿弯菌门的生长。

2.3.3 番茄根际基质细菌群落组成的差异

图5显示，在门水平上，各处理均以变形菌门为优势类群，相对丰度为31.82%~38.86%，其余优势菌门按丰度依次为放线菌门、绿弯菌门、酸杆菌门（Acidobacteriota）、拟杆菌门、芽单胞菌门、厚壁菌门（Firmicutes）、髌骨菌门（Patescibacteria）、粘球菌门（Myxococcota）及其他类群；各处理变形菌门占比均超31%，且以CK组的丰度最高；与CK相比，复配基质处理下变形菌门、绿弯菌门的相对丰度均有所降低，放线菌门、拟杆菌门、厚壁菌门及粘球菌门的丰度均有所提高。在纲水平上，各处理均以α-变形菌纲（Alphaproteobacteria）、γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）和放线菌纲（Actinomycetia）为主要类群，其相对丰度分别为18.87%~26.90%，11.95%~17.44%和7.49%~13.33%；拟杆菌纲（Bacteroidia）、芽单胞纲（Gemmatimonadetes）等类群的相对丰度均低于10%。

2.4 不同复配基质处理对番茄植株根系特征的影响

由图6可知，与对照相比，各处理番茄根系总长度、总表面积、总体积及根系活力均以T4处理表现最优，且均显著高于其他处理，其根系总长度达2 046.89 cm，总表面积为1 343.37 cm²，总体积最大225.16 cm³，根系活力为143.30 μg /（g·h）。其中CK处理各项指标均最差，其根系总长度、总体积和根系活力分别较T4处理降低2.38%，9.40%和38.09%。此外，T1与T2处理番茄根系的总表面积、总体积、根系活力均无显著差异，但均显著高于CK，CK与T3处理的总表面积无显著差异，但均显著低于其他处理。

2.5 不同复配基质处理对番茄品质指标的影响

由表3可知，不同复配基质处理番茄果实的维生素C、可溶性蛋白、可溶性固形物含量均以T4处理最高，且显著高于CK与其他处理，与CK相比分别提升了17.48%，16.35%和17.23%。不同复配基质处理对番茄果实的可溶性糖和有机酸含量均无显著影响。各处理间番茄果实的硝酸盐含量存在一定差异，以CK处理显著高于各复配基质处理，其中T1处理最低，与CK相差0.32 mg/kg。

2.6 不同复配基质处理对番茄产量及经济效益的影响

由表4可见，各处理番茄的面积产量表现为T4> T2>T3>CK>T1，其中T4处理最高，为238.55 t/hm²；T1处理的产量最低，为181.19 t/hm²。以采收时银川市番茄3.7元/kg的平均市场价为依据计算经济效益，结果表明，T4处理净收益最高，可达40.09万元/hm²，产投比（经济效益产出/成本投入）达1.83，比T1处理上升了22.95%。

2.7 不同复配基质性能的综合评价

为科学有效地筛选出适宜番茄种植的最佳复配基质，本研究对各处理番茄根际基质养分、细菌多样性、根系指标、番茄产量及品质间的相关性和变异系数进行了分析，结果见图7。图7显示，基质pH与番茄根系形态指标（总长度、总表面积、总体积）、产量及多数品质指标（维生素、可溶性糖、可溶性蛋白）均呈极显著正相关；基质全氮、速效氮、全磷、速效磷、电导率与细菌多样性指数（Shannon、Chao1、observed-species）及多数基质酶活性呈显著正相关，而与根系活力、碳氮比呈负相关；番茄产量与根系形态指标、基质酶活性、细菌多样性指数及品质指标之间均呈极显著正相关，表明良好的根系发育、较高的基质酶活性与微生物多样性对番茄产量和品质形成具有协同促进作用；碳氮比与根系活力、有机酸含量呈显著正相关，但与多数基质酶活性、产量及多样性指标呈负相关，反映了基质碳氮平衡对番茄生长及微生物群落的调控效应。

对不同指标的变异特征及离散程度进一步分析（表5）显示，速效氮（AN）、全磷（TP）、电导率（EC）、碱性磷酸酶活性（ALP）、脲酶活性（URE）、纤维素酶活性（CEL）、根系总长度（RL）、根系总表面积（SA）、根系总体积（RV）、产量（Yield）与维生素C含量（VC）的变异系数均大于0.1，因此选取这些指标作为后续综合评价的依据。

采用主成分分析法，对前期筛选出的变异系数大于0.1的11项指标进行综合分析，以全面评估不同复配基质处理下番茄植株的生长发育状况。分析结果（表6）显示，前2个主成分的累计方差贡献率达到84.669%，能够较好地反映原始指标的整体信息。据此构建的主成分线性模型如下：

PC1=0.22X1+0.22X2+0.23X3+0.38X4+0.33X5+0.32X6+0.31X7+0.31X8+0.31X9+0.30X10+0.34X11；

PC2=0.46X1+0.46X2+0.41X3+0.02X4+0.06X5-0.10X6-0.34X7-0.29X8-0.34X9-0.20X10+0.20X11。

式中：X1代表速效氮；X2代表全磷；X3代表电导率；X4代表碱性磷酸酶活性；X5代表脲酶活性；X6代表纤维素酶活性；X7代表根系总长度；X8代表根系总表面积；X9代表根系总体积；X10代表产量；X11代表维生素C含量。

综合得分Y=0.73×PC1+0.27×PC2，得分越高表明该处理对各项指标的综合促进作用越显著。

由表7的综合评价排名可知，各处理得分从高到低依次为T4>T3>T2>CK>T1。其中以T4处理，即葡萄枝条发酵物、草炭和珍珠岩按体积比50∶20∶30复配的基质综合得分最高，达2.68，因此确定该配方为本研究中番茄栽培的最佳基质配方。

3 讨 论

针对宁夏贺兰山东麓葡萄产业园每年修剪葡萄枝条废弃量大、资源化利用不足且可能危及园区生态环境稳定等问题，本研究以葡萄废弃枝条与牛粪混合发酵产物为核心组分，与草炭、珍珠岩按不同比例复配制备栽培基质，系统探究了不同复配基质处理后‘伊亚’番茄盛果期根际基质的养分特征、细菌群落多样性、基质酶活性及其对番茄果实品质与产量的影响机制。结果表明，与常规基质相比，以发酵葡萄废弃枝条为原料的复配基质可不同程度提升根际基质细菌多样性与酶活性，改善番茄果实品质并提高产量，为葡萄废弃枝条的高值化利用提供了有效途径。

根际基质是作物根系获取养分与缓释养分贮存的主要载体，兼具固定支撑、持水保肥、与营养液协同调控及优化根际环境、提升作物品质等功能^［15］。有研究表明，葡萄枝条富含有机质及无机养分，与牛粪协同发酵可以加速有机质降解与腐殖化，提升再生基质的肥力与稳定性^［16］，在基质中添加腐熟牛粪可缓释基质养分含量、改善根际微环境、平衡基质pH并提高基质中氮、磷、钾含量^［17］。当基质pH值为5.5~7.5、EC值为1.00~3.50 mS/cm、全氮含量为1.71~3.23 g/kg、速效氮含量为50.00~500.00 mg/kg、全磷含量为1.50~3.0 g/kg、速效磷含量为10~100 mg/kg、速效钾含量为50~150 mg/kg、碳氮比为10~20时，能够为植株生长提供良好的根际环境，有利于植株的生长发育^［17-20］。本研究各处理下复配基质的主要养分含量与理化指标总体位于此适宜区间内，说明所制备基质能够满足番茄的正常生长需求。

基质酶活性是表征微生物活动、养分循环与能量转化强度的重要生物学指标，对土壤肥力与生态功能具有重要指示意义，被视为“生态生物传感器”^［21］。本研究中，随复配基质中葡萄枝条发酵物用量增加，番茄根际基质脲酶、纤维素酶与碱性磷酸酶活性整体呈升高趋势，其中以T4处理最高，这与添加蔬菜秸秆发酵物制备的栽培基质^［22］和用堆肥、秸秆等废弃物拌制的促根基质^［23］能显著提升番茄根系抗氧化酶活性并促进生长的研究结果一致。该结果说明，葡萄枝条发酵产物提供的有机碳源与活性组分改善了根际基质结构并激活了微生物群落，促进了养分的矿化与转化，进而提高了基质酶活性并增强了作物对养分的吸收与利用^［24-25］。

植物根际细菌多样性和群落组成与植物生长和产量关系密切^［26］。微生物通过竞争与拮抗作用增强植物抑制病害的能力并受控于基质理化性质（如pH、养分），维持土壤生态系统功能和农业可持续性^［27-28］。因此，优化基质配方并增加益生菌群落多样性是提升基质栽培效果的关键策略^［26］。陈宏昊等^［29］研究发现，菇渣与锯末按体积比1∶1复配后可显著提高黄瓜根际基质细菌多样性、丰富度及代谢功能。园林废弃物枝叶等通过覆盖处理能显著提高土壤养分（有机质、速效氮磷钾）及细菌多样性（Shannon和Chao1指数）^［30］，这与本研究中T4处理复配基质对番茄根际细菌群落多样性具有促进作用的结果基本一致。本研究表明，与CK相比，葡萄枝条复配基质处理可以改变番茄根际基质中细菌菌门水平的组成，其中放线菌门相对丰度增加，变形菌门、绿弯菌门相对丰度下降。这是由于葡萄枝条发酵物的加入，使基质中生物炭、有机质等物质含量提升，对微生物群落结构产生了直接或间接的影响^［31］，说明葡萄废弃枝条复配基质可以更好地促进有机物降解，从而增强植物的病害抵御能力以适应恶劣环境。本研究对番茄根际细菌优势菌门及细菌多样性与环境因子进行的相关性分析发现，葡萄废弃枝条复配基质通过调控根际基质全氮、全磷及电导率等理化性质，显著重塑了细菌群落结构，促进了变形菌门、芽单胞菌门等功能类群的富集。

适宜的基质配比可优化植物根际通气性、保水性与养分有效性，是激活植物根系生理功能、提升植株综合抗性、实现作物优质高产的关键技术环节。本研究对基质化学性质与番茄根系生长、细菌多样性、产量及品质指标的相关性分析发现，番茄生长、品质指标与基质理化性质、酶活性及细菌多样性存在显著关联：基质pH与番茄根系形态、产量、品质及基质酶活性均呈极显著正相关；基质氮磷养分、EC与细菌多样性及多数酶活性呈显著正相关，碳氮比则与酶活性、产量及多样性指标呈负相关；番茄产量与根系形态、酶活性及细菌多样性呈极显著正相关，体现了三者对产量品质形成的协同促进作用。基于综合评价排序筛选出葡萄枝条复配基质T4为最优配方，该处理下番茄植株根系长度达2 046.89 cm，根表面积为1 343.37 cm²，根体积达225.16 cm³，根系活力最高达143.30 μg/（g·h），番茄果实维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白、可溶性固形物等品质指标均表现最佳，番茄产量达238.55 t/hm²，产投比高为1.83，净收益达40.09万元/hm²，这一结果与李波等^［32］的研究结论相似。综上可知，优质复配基质可通过协同优化番茄根际基质物理结构、化学性质及养分供应模式，显著提升番茄产量并改善果实品质，同时降低生产成本。其核心优势还在于能实现农业废弃物的循环利用与资源高效转化，不仅具备显著的经济效益，更对非耕地设施栽培场景具有极强的适配性与应用价值。

4 结 论

葡萄枝条发酵物、草炭和珍珠岩按体积比50∶20∶30的比例复配是番茄的最佳栽培基质，该复配基质可以为番茄提供生长所需的适宜养分，番茄根际基质的酶活性、根际细菌群落多样性均有所提升；番茄植株的根系生长指标、果实品质指标表现最佳；番茄产量最高可达238.55 t/hm²，产投比为1.83，净收益可达40.09万元/hm²。针对宁夏贺兰山东麓葡萄产业园年修剪枝条废弃量大的现状，本研究为该区域废弃葡萄枝条的资源化提供了可推广的技术路径与理论支撑，对推动葡萄产业循环经济的“再利用、再循环”有重要实际意义。

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基金资助

宁夏回族自治区自然科学基金项目(2024AAC03121)

宁夏回族自治区重点研发计划项目(2021BEF02016)

宁夏回族自治区重点研发计划项目(2023BCF01054)