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环保、成本低廉的栽培基质是解决设施土壤退化问题的主要措施和无土栽培技术革新的关键。本研究通过在蚯蚓粪原位替代土壤和蚯蚓原位处理中添加惰性碳源生物炭替代蚯蚓粪和牛粪中部分总碳,提高基质保肥保水性能,改善养分状况,增加作物对养分吸收,构建出一种栽培基质持续自我更新和作物原位轮作的新型无土栽培系统,研究其对蚯蚓粪基质性状、作物生长及产量品质的影响。取得的主要结果如下:1.蚯蚓粪持续更新无土栽培系统对基质理化性质及番茄生长发育的影响第一茬在种植垄铺设蚯蚓粪定植番茄,养殖垄铺设牛粪并投放蚯蚓使其产生蚯蚓粪为第二茬作物定植做准备。（1）随着生物炭替代蚯蚓粪中总碳比例增大,蚯蚓粪基质pH、EC和有机质含量均呈持续增大趋势。对于基质养分,与对照CK相比,当生物炭替代蚯蚓粪基质中3%的总碳时,基质速效磷含量最高,显著增加10.10%（p＜0.05）;当生物炭替代蚯蚓粪中5%的总碳时,基质全氮含量、速效氮含量和速效钾含量均最高,显著增加15.96%、92.20%和85.74%（p＜0.05）。对于基质酶活性,与对照CK相比,当生物炭替代蚯蚓粪基质中3%的总碳时,基质蔗糖酶活性最高,显著增加52.09%（p＜0.05）;当生物炭替代蚯蚓粪中5%的总碳时,基质脲酶活性和碱性磷酸酶活性均最高,显著增加 86.49%和 18.66%（p＜0.05）。（2）本研究通过高通量测序结果表明,对照CK相比,随着生物炭替代蚯蚓粪中总碳比例增加,细菌Shannon指数整体呈先降低后升高趋势;细菌Simpson指数整体呈现先升高后降低趋势,其中生物炭替代比例为2%、3%和5%时细菌多样性最低。对于微生物优势菌门,番茄根际基质细菌优势菌门中占比大于10%的均为放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和厚壁菌门（Firmicutes）。其中,真菌优势菌门中占比大于10%的均为子囊菌门（Ascomycota）、未分类真菌（unclassified）和被孢霉菌门（Mortierellomycota）。（3）随着生物炭替代蚯蚓粪中总碳比例增大,番茄植株叶片气孔导度、蒸腾速率、胞间CO2浓度、植株全氮含量、植株地下部全钾含量、番茄维生素C含量均呈持续增大趋势。对于植株长势,与对照CK相比,当生物炭替代蚯蚓粪中3%的总碳时,番茄茎粗相对生长速率最高,显著增加95.79%（p＜0.05）;当生物炭替代蚯蚓粪中5%的总碳时,植株株高相对生长速率、叶面积相对生长速率均为最高,显著增加38.03%和15.30%（p＜0.05）。对于植株光合作用参数,与对照CK相比,当生物炭替代蚯蚓粪中3%的总碳时,叶片净光合速率,显著增加13.70%（p＜0.05）;对于番茄品质,与对照CK相比,当生物炭替代蚯蚓粪中5%的总碳时,番茄可溶性固形物和可溶性糖含量均为最高,显著增加7.31%和35.64%（p＜0.05）。对于番茄产量,当生物炭替代蚯蚓粪中3%的总碳时,番茄产量最高,与对照相比显著增加33.28%（p＜0.05）,产量最高为9378.39 kg/（667m2）。（4）本研究通过对番茄果实LC-MS分析可知,蚯蚓粪持续更新无土栽培系统中生物炭替代蚯蚓粪中总碳比例为3%和5%时,果实中主要差异代谢物为L-丝氨酸、L-谷氨酰胺和L-色氨酸,三者均参与氨酰tRNA生物合成过程。上述三种氨基酸又通过糖酵解、糖异生和三羧酸循环转化为糖类物质,进而影响果实中糖类物质含量。根据主成分综合评价可知,当生物炭替代蚯蚓粪中5%的总碳时,对于蚯蚓粪基质养分、酶活性等性状效果最好,番茄果实品质最优,产量最高,为本研究最佳比例。2.蚯蚓粪持续更新无土栽培系统对基质理化性质及甜瓜生长发育的影响第一茬收获后养殖垄与种植垄调换,在原养殖垄蚯蚓原位处理生成的蚯蚓粪上定植第二茬甜瓜,在原种植垄上继续蚯蚓原位处理牛粪使其产生蚯蚓粪,为下一茬作物定植做准备。（1）随着生物炭替代牛粪中总碳比例增大,产出的蚯蚓粪基质pH、EC和有机质含量均呈持续增大趋势。对于基质养分,与对照CK’相比,当生物炭替代牛粪中2%的总碳时,生成的蚯蚓粪速效磷含量最高,显著增加18.00%（p＜0.05）;当生物炭替代牛粪中3%的总碳时,生成的蚯蚓粪中全氮、速效氮和速效钾含量均最高,显著增加21.40%、162.1%和23.48%（p＜0.05）。对于基质酶活性,与对照CK’相比,当生物炭替代牛粪中2%的总碳时,生成的蚯蚓粪碱性磷酸酶和蔗糖酶活性均最高,显著增加36.13%和33.96%（p＜0.05）;当生物炭替代牛粪中5%的总碳时,生成的蚯蚓粪脲酶活性最大,显著增加41.35%（p＜0.05）。（2）随着生物炭替代牛粪中总碳比例增大,甜瓜植株叶片气孔导度、蒸腾速率、胞间CO2浓度、植株全钾含量、甜瓜有机酸含量均呈持续增大趋势。对于植株光合参数,与对照CK’相比,当生物炭替代牛粪中5%的总碳时,甜瓜叶片净光合速率最大,显著增大59.54%（p＜0.05）。对于甜瓜品质,与对照CK’相比,当生物炭替代牛粪中2%的总碳时,甜瓜可溶性固形物和可溶性糖含量最高,显著增加24.18%和23.31%（p＜0.05）;当生物炭替代牛粪中3%的总碳时,甜瓜果实维生素C,显著增加58.65%（p＜0.05）;当生物炭替代牛粪中3%的总碳时,甜瓜产量最高,显著增加 62.67%（p＜0.05）,产量最高为 4277.35 kg/（667m2）。根据主成分综合评价可知,当生物炭替代牛粪中3%的总碳时,对生成的蚯蚓粪养分、酶活性等性状效果最好,甜瓜品质最优,产量最高,为本研究最佳比例。综合来看,两种模式的基质对于作物的生长发育及品质产量的提升具有显著影响。生物炭替代牛粪中部分总碳整体效果优于替代蚯蚓粪中部分总碳,为设施园艺作物无土栽培提供低成本化、高产化、优质化理论依据。