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作为一个现代栽培系统，与传统土壤培养相比，无土栽培可以通过控制养分溶液的数量、成分和生长介质来显著提高园艺植物的产量和质量。目前，石棉和黑胶是通常用于温室生产的两种培养基质。石棉具有最佳的化学性质和物理性能，几十年来一直广泛用于温室种植。

然而，石棉是一种不可生物降解的产品，其来自不可再生资源的生产过程是能源密集型的，并对环境造成巨大影响。此外，石棉与负面健康影响有关。

考虑到温室生产的增长以及处理和处置用过的石棉产品的困难，我们应该更加努力回收石棉或减少制造过程中的高能源需求。

成本和环境问题正在促使种植者寻找替代的可持续和可回收材料，如树皮、堆肥，特别是椰壳来取代石棉。在许多热带和亚热带国家，椰壳是植物来源最丰富的有机废物之一，具有高孔隙率、良好的曝气和高保水能力。

它经常用作纯基质或成分，是园艺生产中作为生长介质的稳定材料。它也可以重复使用，例如，在种植模块中与草莓一起使用。在水培系统中，一些种植者甚至更喜欢有机基质而不是无机基质，因为有潜力用有机基质进行良好的植物生产。

先前的研究表明，与泥炭培养的L. vulgare Lam相比，添加浮石或稳定木纤维的黑麦可以改善植物生长和营养。Scagel报告说，当植物在与椰壳混合的介质中培养时，许多黑疣物种的生长可以促进；但介质中的黑疝体含量从未超过20%。

如果可归类可以用作没有其他不可持续基质的单基质，那么温室生产对环境的影响就可以减少，并实现可持续生产。近年来，纯黑胶基质越来越多地用于一些软果植物，如草莓和蓝莓，以及百合、西红柿和黄瓜。

然而，石棉和椰壳的物理、化学和生物特性大不相同，这可能会影响植物生长和果实质量。之前关于西红柿的报告显示，与石棉相比，第一桁架的果壳显著增加了作物、光合作用、单个水果重量、水果总产量和水果有机酸的K和S的吸收。

然而，关于黄瓜的相关研究较少，因此需要更深入地了解椰壳种植的特点，以改善椰壳基质的使用和管理，特别是对于温室黄瓜的高质量生产。

这项工作的主要目的是调查和比较商业石棉和椰壳对黄瓜生长、化学元素、水果质量和风味物质的影响。此外，我们还分析了石棉和椰壳的化学元素，以及其灌溉排水管的化学元素。这项研究的发现极大地促进了现代温室中新颖和改进的基于椰壳的种植的发展，突出了成本效益和可持续性。

一、植物材料和生长条件

该实验于2020年秋季在上海的一个温室中进行（北纬31.4°，西经121.5°，P。R。中国）。黄瓜种子（Cucumis sativus L. cv.Deltastar, Rijk Zwaan Distribution B.V., De Lier, the Netherlands）于2021年9月15日播种。

并在石棉立方体（10厘米×10厘米×7厘米，Grodan，Roermond，荷兰）或椰壳立方体（10厘米×10厘米×6.5厘米，100%0-6毫米椰子，EC < 1，pH值5.8-6.8在自然光条件下生长的黄瓜幼苗。最大光合作用光子通量密度（PPFD）约为1200 μmol m-2 s-1。

白天和晚上的温度分别保持在25±2°C（白天）和17±2°C（晚上）。改良的Hoagland营养液（pH = 5.5，EC = 2.0 dS m-1）用于定期灌溉黄瓜幼苗。当植物达到7-8叶时，黄瓜幼苗分别被转移到石棉板（100厘米×20厘米×7.5厘米）和胚壳板（100厘米×20厘米×8厘米，50%0-6毫米的胚壳，50%10-20毫米的胚壳，EC < 1，pH值5.8-6.8）。

通过自动灌溉系统用营养液（pH = 5.5–6.5，EC = 2.8–3.2 dS m-1）灌溉植物。每株植物每天每按80-100 J cm-2滴一滴100毫升的辐射量。

所有石棉板或石棉板的灌溉频率和体积相同，排水率每天保持在20%左右。灌溉系统的A罐（500升）包含Ca（NO3）2 87.5公斤，EDTA-Fe 750克，灌溉系统的B罐（500升）包含KNO3 25公斤，MgSO4 30公斤，KH2 PO4 12公斤，K2 SO4 3公斤，Na2 B4 O7 90克，MnSO4 120克

二、实验结果分析

1、不同基质对黄瓜植物生长、光合作用和作物生产力的影响

在移植后20天内，在石棉和黑胶基质上种植的作物之间没有发现植物高度的显著差异。在移植后28天和36天内，在石棉板上生长的黄瓜的植物高度分别比在石棉板上生长的黄瓜高出约3.9%和4.1%。

在石棉鳍中生长的植物的LAI明显高于在石棉中生长的植物，在移植后16天内达到3的值。当LAI达到3时，定期从下面去除完全生长的叶子是温室的常见做法。

在移植16天后，LAI从2.8保持在3.3。两种基质之间的气体交换参数没有差异，但在整个收获季节，在石棉中生长的单一植物的产量明显高于在石棉中生长的产量。

2.不同底物对黄瓜元素、氨基酸和风味物质的影响

为了研究不同基质对黄瓜植物元素积累的影响，我们分析了在石棉和黑棉中生长的黄瓜植物的叶子和果实中的宏观和微量营养素浓度。结果表明，在黑泥中种植的黄瓜的叶子和果实中Ca、Mg、S、Cl和Zn的含量明显高于在石棉中种植的含量。在石棉中生长的黄瓜富含Fe、Mn、Cu和Mo。果实中P、K、Na和Cl的含量明显高于叶子，但这些元素在两种基质之间没有意义。

我们在黄瓜水果中检测到了17种游离氨基酸，包括精氨酸（Arg）、丙氨酸（Ala）、天冬氨酸（Asp）、半胱氨酸（Cys）、甘氨酸（Gly）、谷氨酸（Glu）、组氨酸（His）、异亮氨酸（Leu）、赖氨酸（Lys）、蛋氨酸（Met）

脯氨酸（在石棉中种植的黄瓜果实比在石棉下种植的黄瓜果实含有更多的His（增加24.7%）、Leu（增加10.8%）、Ile（增加15.1%）、Phe（增加20.2%）、Lys（增加25.5%）、Asp（增加8.5%）、Glu（增加26.5%）和Pro（增加18.2%）。

与石棉相比，在石棉中种植的黄瓜果实明显增加了Ser（增长9.6%）、Arg（增长7.1%）、Ala（增长3.4%）和Tyr（增长2.5%）。其他游离氨基酸（Thr、Val、Met、Gly和Cys）在石棉和黑棉中生长的黄瓜果实没有区别。

3.新底物和旧底物中元素成分的差异

新基质中的大多数元素都低于使用过的基质。Ca、Mg、Mn、Cu和Zn元素在新岩棉和新椰壳中含量较低。然而，这些元素在用过的基质中显著增加，除Cu元素外，用过的石棉中的浓度明显高于用过的石棉。

用过的石棉中铜的含量是用过的石棉荴的6.2倍。在新石棉（22.75 mg kg-1）中检测到S，明显高于新石棉（3.22 mg kg-1），但与用过的石棉（26.12 mg kg-1）相比，使用过的石棉（151.00 mg kg-1）中显著增加。

与新石棉和用过的石棉相比，新石棉和用过的石棉在Na、P、K、Cl和B中的含量更高。新椰壳（0.07 mg kg-1）中的铁含量高于新石棉（0.05 mg kg-1），但使用过的黑棉（0.11 mg kg-1）中的铁含量低于使用过的石棉（0.21 mg kg-1）。

三、测定原理

石棉作为传统上用于温室作物生产的基质，由于对环境和生态的负面影响，其局限性。尽管椰壳作为石棉的替代品越来越受欢迎，但对其在温室生产中的表现的彻底调查仍然很少。

LAI，定义为每单位地面面积的总叶面积，是评估作物生长的有用指数，它不仅有助于估计当前的干物质产量，还有助于预测随后的生长和产量。

将LAI从2增加到3会使光拦截率从80%增加到90%，而将LAI从3增加到4只会增加4%。在本研究中，与移植开始时（0-16d）时在石棉中生长的黄瓜植物的叶面积更大，LAI更高，移植后20天植物高度更高。

较高的植物高度和LAI表明，由于光合作用的光拦截增加，在椰壳中生长的黄瓜植物的生长速度更高。我们发现，在石棉中种植的黄瓜植物也有更高的产量，尽管黄瓜叶的气体交换参数在石棉或椰壳中没有区别。

之前的研究还发现，与土壤种植相比，当将椰壳用作栽培基质时，可以显著增加甜椒的果实产量，这一结果是由于在椰壳中生长的胡椒植物具有更大的植物高度、叶长、叶宽和茎厚度。与石棉和泥炭相比，椰壳在西红柿中也显示出更高的个体水果重量和总水果重量。

四、椰壳不仅增加了LAI和产量，还增加了必需氨基酸和风味物质的浓度

在这项研究中，我们测量了黑桃和石棉的化学元素及其排水，还评估了作为基底的黑棉和石棉对黄瓜生长、水果质量、风味物质和多元素的影响。我们发现椰壳是一种潜在的基质，可以广泛用于温室黄瓜生产。

与石棉相比，椰壳在基质中显示P、K、Ca和Mg含量较高，在排水中显示Fe、Cu和Mn含量较低。椰壳不仅增加了LAI和产量，还增加了必需氨基酸（His、Leu、Ile、Phe、Lys、Asp、Glu和Pro）和风味物质（TC、PS、TP、CLL、CuB和LA）的浓度。

很少有研究过椰壳对黄瓜果实的氨基酸特征和一些特殊风味物质的影响，需要进一步深入研究来阐明生理和生化机制，但我们的研究有助于开发和改进椰壳作为无土基质的应用，以实现低石棉可持续园艺。

参考文献：

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2、Nutritionally essential amino acids. Hou Y., Wu G.

3、Study on the concentration of tomato nutrient solution in pot culture with coconut bran composite substrate.Jia L., Yanhai J., Baoju W., Zhanghui W., Liu Mingchi, Wang Liping.

4、Effects of commercial rock wool strip and coco coir strip on growth, photosynthesis, yield and fruit quality of cucumber. He L., Ding X., Jin H., Zhang Hongmei, Cui J., Zhou Q., Yu J.

5、Effects of arbuscular mycorrhizal fungus on growth and quality of greenhouse spring cucumber. Guo Fang, Wang Tiecheng, He Zhao, Xu Jin, Wang Shujuan, Zhu Ning.