綠化廢棄物好氧堆肥和蚯蚓堆肥作為蔬菜育苗基質研究

龔小強，李素艷，李　燕，孫向陽（北京林業大學林學院，北京100083）

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綠化廢棄物好氧堆肥和蚯蚓堆肥作為蔬菜育苗基質研究

龔小強，李素艷，李燕，孫向陽
（北京林業大學林學院，北京100083）

摘要：為減少泥炭的開采和提高綠化廢棄物的再利用率，探討綠化廢棄物好氧堆肥和蚯蚓堆肥替代泥炭作為蔬菜育苗基質的可行性，將好氧堆肥、蚯蚓堆肥、泥炭按不同體積混配制成6種基質：對照（泥炭），T1（好氧堆肥），T2（蚯蚓堆肥），T3［V（好氧堆肥）∶V（泥炭）=1∶1］，T4［V（蚯蚓堆肥）∶V（泥炭）=1∶1］，T5［V（好氧堆肥）∶V（蚯蚓堆肥）∶V（泥炭）=1∶1∶1］，采用完全隨機設計，對3種不同耐鹽性蔬菜甘藍Brassica oleracea（高耐鹽性）、萵苣Lactuca sativa（中耐鹽性）、西葫蘆Cucurbita pepo var.ovifera（低耐鹽性）進行育苗試驗，重復10次·處理(-1)，研究不同基質的理化性質及其對蔬菜幼苗生長影響，并采用隸屬函數評價各基質配方的優劣。結果表明：T4處理基質的理化性質的各項指標均在無土栽培基質的理想范圍，甘藍、萵苣和西葫蘆幼苗在其中的生長質量綜合評價指數分別為0.52，0.52，0.54高于對照0.33，0.49，0.49，成本較對照降低了41.56%，可用作甘藍、萵苣和西葫蘆育苗代用基質。表7參23

關鍵詞：園藝學；綠化廢棄物；好氧堆肥；蚯蚓堆肥；栽培基質；蔬菜育苗

隨著世界各國設施農業的迅速發展，泥炭作為傳統理想栽培基質，其用量也急劇增加［1］。然而，泥炭是一種不可再生資源，并且其開采會對濕地生態環境造成嚴重破壞。目前，許多國家已明令禁止對泥炭進行開采，并轉而尋求其他可替代泥炭的資源［2-3］。有機固體廢棄物因其來源廣泛、產生量巨大，并且含有豐富的營養物質而備受關注。許多研究表明［4-8］，有機固體廢棄物（例如城市污泥、牛糞、豬糞、蘑菇渣和廚余垃圾等）經過合理的好氧堆肥或蚯蚓堆肥處理后，可部分或完全替代泥炭作為栽培基質。近年來，中國城市綠化快速發展導致綠化廢棄物產生量也急劇上升，進行好氧堆肥或蚯蚓堆肥處理后，產品用作栽培基質，不但可以實現綠化廢棄物減量化、無害化、資源化處理，還可以減少栽培過程泥炭使用量，節約生產成本。張璐等［9］研究表明，綠化廢棄物經堆肥處理后，其產品可替代50%泥炭用于青蘋果竹芋Calathca rotundifola‘Fasciata’栽培。張強等［10］研究表明，綠化廢棄物經堆肥處理后，其產品以30%～50%比例混配于素土，對大花馬齒莧Purslane herb，矮牽牛Petunia hybrida和彩葉草Coleus blumei等3種草花的生長具有顯著促進作用。吳益鋒［11］研究表明，綠化廢棄物經堆肥處理后，其產品添加80%替代泥炭用于一串紅Salvia splendens栽培，其效果優于純泥炭基質。目前，以綠化廢棄物為原料的栽培基質研究多集中于花卉栽培，而針對蔬菜栽培的研究相對較少，并且，原料處理多局限于好氧堆肥技術，鮮見應用蚯蚓堆肥技術。因此，本研究擬將綠化廢棄物通過好氧堆肥和蚯蚓堆肥2種技術處理后，將所得產品用于替代泥炭進行甘藍Brassica oleracea，萵苣Lactuca sativa和西葫蘆Cucurbita pepo 等3種不同耐鹽性蔬菜育苗栽培，通過基質理化性質和幼苗生長發育指標分析，以期篩選出適合蔬菜育苗且價格低廉的基質類型與配比，為綠化廢棄物資源化利用探索新的途徑。

1　材料與方法

1.1試驗材料

供試好氧堆肥制備：當季綠化廢棄物（枯枝落葉、樹枝修剪物和草坪修剪物等）取自朝陽園林綠化廢棄物消納中心，原材料粉碎至粒徑1～2 cm，將100 kg材料采用條垛式（長2.0 m，寬1.5 m，高0.6 m）方式進行好氧發酵處理，堆肥初始將堆體的含水量調節至65%左右，添加尿素將碳/氮比調至25，7 d翻堆1次，堆肥整個過程保持含水量65%左右，堆肥60 d后，至各項指標顯示達到腐熟，備用。

供試蚯蚓堆肥制備：上述原材料進行好氧堆肥（消除堆肥材料中不利于蚯蚓生長物質）20 d后好氧堆肥停止，將材料按2 kg分置于各個塑料反應容器（長40.5 cm，寬30.5 cm，高14.5 cm）中，并加入200 g風干牛糞（蚯蚓初期生長食物），調節材料水分至70%，之后每個反應容器加入20條太平2號蚯蚓（無生殖環）進行蚯蚓堆肥，整個處理過程定時補充水分，維持水分70%左右。蚯蚓堆肥時間至60 d后，篩選出蚯蚓和蚯蚓卵，所得蚯蚓堆肥備用。

供試泥炭：泥炭為荷蘭丹麥進口的品氏泥炭，購于北林科技股份有限公司。

供試種子：試驗以甘藍、萵苣和西葫蘆等3種不同耐鹽性蔬菜種子為試驗用種，其中甘藍耐鹽性最強，萵苣耐鹽性中等，西葫蘆耐鹽性最弱，均由中國農業科學院蔬菜花卉研究所提供。

1.2試驗方案

本試驗于2014年11月至2015年1月在北京林業大學北林科技股份有限公司溫室進行。試驗共設6各處理：對照ck（泥炭），T1（好氧堆肥），T2（蚯蚓堆肥），T3［V（好氧堆肥）∶V（泥炭）=1∶1］，T4［V（蚯蚓堆肥）∶V（泥炭）=1∶1］，T5［V（好氧堆肥）∶V（蚯蚓堆肥）∶V（泥炭）=1∶1∶1］，各基質理化性質見表1和表2。

基質混配之后分別裝入140 mm×100 mm的塑料花盆中，分別將甘藍、萵苣和西葫蘆等3種蔬菜種子播入基質，10粒·盆-1，重復10次·處理-1。除栽培基質外，其他環境條件與栽培管理措施均保持一致，整個栽培過程無外加營養施入。播種60 d后，隨機選出幼苗10株·處理-1，植株取出洗凈，測定不同處理植株株高、冠幅、葉片數、根長和莖直徑，記錄各處理幼苗的鮮質量。

1.3測定項目及方法

基質容重、總孔隙度、持水空隙、通氣孔隙特性的測定參照龔小強［12］的方法：取風干基質加入200 mL環刀（W0）中，記錄質量W1，浸泡24 h后記錄質量W2，自然瀝干4 h記錄質量W3，最后在65℃下烘干至恒量，記錄質量W4，按下列公式計算：基質容重（g·cm-3）=（W4-W0）/200；總孔隙度（%）=［（W2-W4）×100%］/200；通氣空隙（%）=［（W2-W3）×100%］/200；持水空隙=總孔隙度-通氣空隙。

基質理化性質（電導率、pH值、全氮、全鉀、全磷、陽離子交換量、腐殖酸、鈉、鈣、鎂、鐵、銅、鋅、錳）參照鮑士旦［13］的方法測定。

幼苗植株形態指標和生物量測定：幼苗洗凈后用直尺測量幼苗株高、根長和冠幅；用游標卡尺測定莖直徑（子葉下部2/3處）；計算幼苗展開葉數（除子葉外）；用精度0.01 g電子天平稱量洗凈后的幼苗鮮質量。

植株綜合評價應用模糊數學中的隸屬函數值法［14］。采用以下公式求各個指標的隸屬函數值：R（xi）= （xi-xmin）/（xmax-xmin）。式中xi為某一指標測定值，xmin和xmax為所該指標的最小值和最大值，將植株的不同指標的隸屬函數值進行累加后求其平均值，即為植株綜合評價指數，值越大，說明植株生長越好。

1.4數據處理方法

實驗數據采用Microsoft Office Excel 2003和SPSS 18.0數據處理軟件，進行方差分析和多重比較。

2　結果與討論

2.1不同基質的理化性質分析

由表1可以看出：基質容重ck最小，T3和T4次之，T1，T2和T5較大，其中T3和T4與ck差異不顯著，T1，T2和T5與ck差異顯著，可見綠化廢棄物好氧堆肥和蚯蚓堆肥容重較高，添加量的提高會增大基質容重。de BOODT等［15］認為理想栽培基質最大容重應小于0.40 g·cm-3，因此，T1～T5和ck基質容重均處于理想范圍內。總孔隙度和通氣孔隙變化趨勢一致，均為T2最小，T1，T4和T5次之，ck和T3較大，其中T2與ck，T3差異顯著，與其余處理差異不顯著，可見綠化廢棄物蚯蚓堆肥總孔隙度和通氣孔隙均較小，其添加會降低基質總孔隙和通氣孔隙，這與MENDOZA-HERNáNDEZ等［16］研究蚯蚓堆肥用作甜瓜Cucumis melo育苗基質結果一致。de BOODT等［15］認為理想基質總孔隙度應大于85%，而通氣孔隙應為20%～30%。本試驗中，6個處理總孔隙度均在理想栽培基質范圍內，通氣空隙T2低于理想栽培基質要求，T4與理想范圍接近，其他處理均在理想范圍內。T2總孔隙度和通氣孔隙均較小的原因可能是純蚯蚓堆肥含有較多細小團聚顆粒引起。基質持水孔隙變化趨勢為T2最高，ck，T1，T4，T5次之，T3最低，其中T2與T3間差異顯著。連兆煌［17］提出理想基質持水孔隙應大于60%，可見6個處理持水孔隙均在理想范圍內，并且純蚯蚓堆肥基質T2保水性最好。蚯蚓堆肥保水性強的原因可能是其含有的大量腐殖質物質作用引起［18］。

表1　不同基質的物理化學性質Table 1 Physical and chemical properties of different growing media

不同處理基質的pH值差異明顯，其中T1最高，T2，T3，T4和T5次之，ck最低，其中T1～T5與ck差異顯著。栽培基質pH值主要有2方面影響：一方面不同習性植物對pH值要求不同，同時，植物不同生長時期對pH值要求也不盡相同；另一方面，pH值影響養分的有效含量和形態。大量元素在pH值為6時有效性最大，基質pH值過高，鐵離子Fe2+，銅離子Cu2+，鋅離子Zn2+，錳離子Mn2+等易發生沉淀變為無效養分，而pH值過低，一些微量元素不僅有效性降低而且還會產生毒害作用［19］。連兆煌［17］提出理想基質pH值應在pH 6.0～7.5范圍內為宜。可見，除ck和T4符合理想栽培基質pH值要求范圍，其余處理pH值均高于這一范圍。好氧堆肥和蚯蚓堆肥基質pH值偏高原因可能是堆肥過程多余的有機氮未被微生物降解，而多以銨鹽的形式釋放，因而提高了堆肥產品的pH值［20］。基質的電導率以T2最高，T1，T4和T5次之，再次為T3，ck最低，T1～T5與ck差異達顯著。電導率是基質浸提液中可溶性鹽質量濃度指標，可以反映基質當中可溶性養分總量，電導率過高會構成滲透逆境，導致植物鹽害，電導率過低則營養不足以維持植物正常生長。理想基質要求電導率應小于2.6 mS·cm-1［21］，可見，各栽培基質處理均位于理想水平內。T2純蚯蚓堆肥基質的電導率最高的原因可能是，相比好氧堆肥，蚯蚓堆肥過程中有機物質在微生物作用下降解釋放出大量的可溶性礦質營養的同時，蚯蚓也會消化有機物質并排出大量可溶性營養元素，因此具有更高營養元素含量［22］。

陽離子交換量（CEC）和腐殖酸含量反應了栽培基質的緩沖能力和保肥供肥能力，ck的陽離子交換量和腐殖酸含量最高，T3，T4和T5其次，再次為T1和T2，其中ck與T1～T5差異顯著。ck顯著高于其他處理基質，表明ck具有較大的緩沖能力和持續穩定的供肥能力；T1和T2的陽離子交換量和腐殖酸含量較低，說明堆肥基質緩沖能力和保肥供肥能力較差，但堆肥基質含有大量的營養元素可以彌補這一缺點。

2.2不同基質營養元素質量分數分析

由表2可以看出：各處理基質的營養元素質量分數有較大的差異。基質氮質量分數以T2為最高，其次為T5，T1和T3，再次為T4，ck最低，ck顯著低于其他處理。磷和鉀質量分數變化趨勢相同，均為T1，T2和T5的較高，T3和T4次之，ck最低，3組處理間差異顯著。鈉、鈣、鎂質量分數趨勢相同，均呈現T1和T2較高，T3，T4和T5其次，ck最低，3組處理間差異顯著。基質中的鐵質量分數為T1和T2較高，其次為T5，再次為T3和T4，ck最低，T1～T5均與ck差異顯著。銅質量分數以T2最高，其次為T1，再次為T5，T3和T4，ck最低，ck顯著低于其他處理。鋅質量分數以T1，T2，T3和T4較高，均顯著高于ck，T5較低，與ck無顯著差異。錳質量分數以T1和T2較高，其次T5，再次為T4和T3，ck最低，ck顯著低于其他處理。基質營養元素質量分數總體表現為T1，T2和T5較高，T3和T4居中，ck最低。可能原因是，與泥炭相比好氧堆肥和蚯蚓堆肥產品本身具有較高的營養元素質量分數，因此基質營養元素質量分數隨著好氧堆肥和蚯蚓堆肥的添加比例提高而增加。

表2　不同基質的大量和微量營養元素質量分數Table 2 Macro and micronutrient contents of different growing media

2.3不同基質蔬菜幼苗生長分析

2.3.1不同基質對甘藍幼苗生長影響由表3可見：甘藍幼苗株高表現為蚯蚓堆肥基質T2，T4和T5顯著大于ck，好氧堆肥基質T1和T3與ck差異不顯著。可能原因是，蚯蚓堆肥相比好氧堆肥富含能促進植物生長的激素，以及營養元素，因而促進植物生長［23］。甘藍幼苗莖直徑T3和T5顯著高于T2和ck，T1，T2和T4與ck差異不顯著。可能原因是T3和T5基質總孔隙度和通氣孔隙度較大，因此基質疏松透氣，更有利于植株莖生長（表1）。甘藍葉片數T5最高，顯著高于其他處理；T4次之，顯著高于T3；T1，T2和T3與ck差異不顯著。甘藍冠幅T4和T5顯著高于T1，T2，T3和ck；T1，T2，T3和ck之間差異不顯著。T4和T5甘藍葉片數和冠幅較對照提高，可能因為基質含有較高的氮素等葉生長所需營養，而且pH值相對其他處理較低（表1），營養元素有效性高，從而更有利于幼苗葉片的生長。甘藍根長T1，T2，T3，T5和ck差異不顯著，T4顯著低于其他處理。甘藍鮮質量T4和T5顯著高于T1，T2，T3和ck；T1，T2和T3與ck差異不顯著。表明蚯蚓堆肥添加30%～50%的基質有利于植株生物量的積累。這一結果與鄭金偉等［5］研究蚯蚓堆肥在添加50%時生菜Lactuca sativa var.ramosa生物量積累最大的結果相一致。可能原因是T4和T5處理中，蚯蚓糞添加比例適中，因而孔隙度和保水性等物理性質適宜，后期營養供應充足，有利于植株生物量的積累。

表3　不同基質對甘藍幼苗生長影響Table 3 Effect of different growing media on plant growth of cabbage seedlings

2.3.2不同基質對萵苣生長影響由表4可以看出：萵苣株高T1最低，顯著低于其他處理；其次是T2，顯著低于T3，T4和T5；T3，T4和T5與ck無顯著差異。萵苣莖直徑、葉片數和冠幅均表現為T1和T2顯著低于ck，T3，T4和T5與ck差異不顯著。各處理基質萵苣根長差異不顯著。萵苣植株鮮質量T1和T2顯著低于其他處理，T3，T4，T5和ck之間差異不顯著。T3，T4和T5萵苣生長形態指標和生物量接近或高于ck，而T1和T2則低于ck。可能原因是，雖然T1～T5基質均提高了營養元素質量分數，但萵苣是一種中等耐鹽植物，而T1和T2的電導率相對較高（表1），進而影響萵苣的營養元素吸收，不利于作物生長，影響了植株生長發育和其生物量的積累。

表4　不同基質對萵苣幼苗生長影響Table 4 Effect of different growing media on plant growth of lettuce seedlings

2.3.3不同基質對西葫蘆生長影響由表5可以看出：西葫蘆株高T2，T4和T5與ck差異不顯著，T1和T3顯著低于ck。西葫蘆莖直徑T4顯著高于ck，其他處理與ck差異不顯著。西葫蘆葉片數T3和T4與ck差異不顯著，其他處理均顯著低于ck。西葫蘆冠幅T2，T4，T5與ck差異不顯著，T1和T3顯著低于ck。各處理基質西葫蘆生根長和鮮質量與ck均差異不顯著。西葫蘆生長形態指標和生物量T4處理接近或高于ck，而T1，T2，T3和T5處理基質均低于ck，可能原因是T4處理相對其他處理具有較低的pH值和電導率，而且蚯蚓堆肥中含有較多微量元素和植物生理活性物質促進效應高于基質鹽分較高的不利效應，因此促進了其生長。

表5　不同基質對西葫蘆幼苗生長影響Table 5 Effect of different growing media on plant growth of zucchini seedlings

2.4不同基質對甘藍、萵苣和西葫蘆的生長發育綜合評價

在對苗株生長效果評價時，僅通過單一指標比較并不能準確地反應各處理苗株的綜合性狀差異。本研究采用模糊數學中隸屬函數的方法，求出6個主要指標（株高、莖直徑、葉片數、冠幅、根長和生物量）的隸屬函數值平均值，進行綜合評價。結果表明（表6）：甘藍在T1，T2，T3，T4和T5處理的綜合評價指數分別為0.34，0.37，0.39，0.52和0.61，均高于ck（0.33）。萵苣在T4處理的綜合評價指數為0.52，高于ck（0.49）；T3和T5處理的綜合評價指數分別為0.47和0.48，接近于ck；T3和T5處理的綜合評價指數分別為0.24和0.25，均低于ck。西葫蘆在T4處理的綜合評價指數為0.54，高于ck（0.49），而其他處理的綜合評價指數均低于ck。綜上可見，甘藍、萵苣和西葫蘆的幼苗均在T4處理中生長性狀高于ck。因此，T4處理基質可以作為甘藍、萵苣和西葫蘆的代用基質。

表6　不同基質對甘藍、萵苣和西葫蘆的生長發育綜合評價Table 6 Comprehensive evaluation on growth and development of cabbage, lettuce and zucchini in different substrates

2.5篩選出的代用基質成本核算

基質成本按以下公式計算：P=P1×C1+P2×C2。其中P為基質成本；P1和P2為基質各組分的單價；C1和C2為基質中各組分所占體積比例。基質成本具體核算如表7所示。可見，T4處理基質成本比ck降低了41.56%，表明T4代用基質能在提高甘藍、萵苣和西葫蘆幼苗質量的前提下，顯著降低生產成本，因此，可以用作甘藍、萵苣和西葫蘆的育苗基質。

表7　篩選出的甘藍、萵苣和西葫蘆代用基質成本核算Table 7 Cost of the selected ideal growing medium for cabbage, lettuce and zucchini

3　結論

好氧堆肥替代泥炭用作栽培基質具有良好的總孔隙和通氣孔隙度，而蚯蚓堆肥由于細小顆粒含量較多，高比例添加對總孔隙和通氣孔隙度有不利影響，但添加50%時達到理想基質要求。蚯蚓堆肥基質相對于好氧堆肥基質具有更高的持水孔隙，保水性較好。好氧堆肥和蚯蚓堆肥均能提高基質的營養元素含量，但較高pH值和電導率是其應用的限制因子，生產中建議采用添加硫磺等弱酸性物質或天然有機酸物質來降低基質pH值，并采取淋洗措施降低基質電導率。

對耐鹽性高的甘藍，T1～T5處理均可以替代泥炭應用于栽培，中等耐鹽的萵苣則T3，T4和T5處理可以替代泥炭應用于栽培，對耐鹽性低的西葫蘆，僅T4可以替代泥炭應用于栽培。5種替代基質中T4處理即V（蚯蚓堆肥）∶V（泥炭）=1∶1，對3種不同耐鹽性蔬菜育苗均能促進幼苗生長，綜合效果最好，相比對照成本降低41.56%，建議在蔬菜育苗生產中應用。

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Compost and vermicompost from green wastes as substrates for vegetable seedlings cultivation

GONG Xiaoqiang, LI Suyan, LI Yan, SUN Xiangyang
（College of Forestry, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China）

Abstract:To reduce the overuse of peat and to increase the recycling rate of green wastes for vegetable seedling cultivation, the feasibility of using green waste compost and vermicompost to replace peat as a growth media was evaluated.Six media were prepared by mixing green waste compost and vermicompost with peat at different rates by volume including ck（peat）, T1（compost）, T2（vermicompost）, T3（compost + peat at 1∶1 V/V）, T4（vermicompost + peat at 1∶1 V/V）, T5（compost + vermicompost + peat at 1∶1∶1 V/V）.Thereafter, three vegetable species with different salt tolerance: cabbage（most salt tolerance）, lettuce（moderate salt tolerance）, and zucchini（less salt tolerance）were germinated and grown in the six media.The physical and chemical properties of the different growing media were determined, and the growth of seedlings was also measured.The analysis method of subordinate function was used to evaluate the pros and cons of different growing media.All treatments were replicated ten times, in a completely randomized design.Results indicated that the physical and chemical properties of T4were all within adequate range for use as a containerized substrate in horticulture.The comprehensive evaluation index for seedlings of T4versus the control were higher with T4: cabbage （0.52 and 0.33）, lettuce（0.52 and 0.49）, and zucchini（0.54 and 0.49）.Additionally, the cost with T4was 41.56% less.Therefore, this treatment could be used successfully as a medium replacing peat for production of cabbage, lettuce, and zucchini seedlings.［Ch, 7 tab.23 ref.］

Key words:horticulture; green waste; compost; vermicompost; growing substrate; vegetable seedling cultivation

作者簡介：龔小強，從事固體廢棄物資源化再利用研究。E-mail：styybl@163.com。通信作者：李素艷，副教授，博士，從事農林廢棄物再利用研究。E-mail：lisuyan@bjfu.edu.cn

基金項目：國家林業局林業科學技術推廣項目（［2012］39）

收稿日期：2015-04-07；修回日期：2015-05-09

doi:10.11833/j.issn.2095-0756.2016.02.013

中圖分類號：S606；S317

文獻標志碼：A

文章編號：2095-0756（2016）02-0280-08