酒糟等農業廢棄物的堆肥化及水稻育秧基質研發①

張林利，吳大霞，劉 曄，劉曉丹，袁尚鵬，姜 瑛，汪 強

酒糟等農業廢棄物的堆肥化及水稻育秧基質研發①

張林利，吳大霞，劉 曄，劉曉丹，袁尚鵬，姜 瑛*，汪 強

(河南農業大學資源與環境學院，鄭州 450002)

本試驗旨在以農業有機廢棄物酒糟為主要原料，制成高效水稻育秧基質。首先，以酒糟配合小麥秸稈、菇渣進行發酵腐熟試驗，得到腐熟基質原料。然后，以蛭石、珍珠巖為輔料制成不同配比的基質進行水稻育秧試驗，篩選高效水稻育秧基質。結果表明，通過堆肥發酵得到的腐熟堆肥，可作為水稻育秧基質的原料，以(酒糟+秸稈)堆肥60% + 蛭石30% + 珍珠巖10%(T6)處理的綜合效果最好，其在水稻幼苗的株高，全氮、磷、鉀含量，根系活力等方面顯著優于市售商品基質(T8)處理，分別比T8處理增加13.94%、12.68%、24.62%、5.77%、15.78%，是較理想的水稻育秧基質。

酒糟；農業有機廢棄物；堆肥發酵；水稻育秧基質

水稻在我國種植范圍廣泛[1]，稻谷總產量約占糧食總產量的40%[2-3]。我國水稻栽培的主要方式是育秧移栽，其主要優點有作業集中、節省用種、增加復種指數[4]等。隨著水稻種植面積的增加，對育秧土的需求也隨之增加，由于技術、資金等的影響，人們通過挖取肥力高、生產性能好的本田土壤作為生產育秧的基質，造成耕作層土壤的大量流失，不利于水稻生產的可持續發展[5]。基于此，研究成本低、高效環保的無土育秧基質成為農業生產可持續發展的必需。

我國是農業大國，農業有機廢棄物資源豐富，其不合理處置如焚燒、閑置，不僅造成資源浪費，而且還帶來了嚴重的環境污染[6]。農業廢棄物經過堆肥腐熟后，養分含量高，保水保肥性能好，可作為育秧基質[7-8]。現今使用的水稻育秧基質主要包括以下兩種：一種是以本田土、肥料及生長調節劑等混合而成的基質，另一種是以其他資源經過不同的處理如堆肥發酵加工而成的基質。傳統基質的營養成分單一，配制過程繁瑣；新型基質的可取之處有容重輕、原材料廉價易得、養分配比適宜、理化性質適宜等[9]。但目前對水稻育秧基質的開發利用還存有一些問題。如使用某些質地較輕的材料經過一系列處理加工后保水性得到了提高，但滲水性卻仍較差；用草木灰育秧，育出的秧苗偏弱；用蛭石、珍珠巖等礦物質作為水稻育秧基質，普遍存在盤根性差，取秧苗時易斷裂，上插秧機時易散架等問題。

我國酒糟產量大、生產時間集中，且富含多種營養元素[10]。在前人的研究中，農業廢棄物酒糟被廣泛地用于生產飼料、有機肥、培養食用菌等[11-12]，但其對酒糟的利用率低，且未經加工的酒糟酸度較高、適口性差，故不能直接用于飼料[13]。現已有相關研究將酒糟作為基質材料的一部分用于育秧試驗中[14]，如浩折霞等人[15]將酒糟與牛糞配合進行不同配比的育秧基質研究，探究適宜西瓜、番茄等果蔬生長的育秧基質配比；康驚濤等人[16]將粉煤灰、酒糟、污泥等進行混合配比，制成不同配比的育秧基質進行育秧，結果表明其可以滿足棉花、苜蓿等的生長。

本試驗利用農業廢棄物酒糟為主要原料，配合小麥秸稈、菇渣進行單獨及混合堆肥試驗，探究堆肥發酵過程中堆體各指標的變化規律并得到腐熟的堆肥。堆肥腐熟完成后，配合蛭石、珍珠巖等材料制成不同配比水稻育秧基質，進行育秧試驗，從而篩選出適合水稻育秧的最適基質配比，旨在為我國農業廢棄物的高效利用、環境友好型育秧基質的研制進行初步探索。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗的主要材料有鮮酒糟(取自河南新鄉龍泉酒業)、小麥秸稈(取自河南省農科院實驗田，已經過堆肥處理)、菇渣(取自河南滎陽蘑菇種植基地，已經過堆肥處理)、粉碎蛭石、珍珠巖、某品牌市售水稻育秧基質、水稻(由廣西恒茂農業科技有限公司提供的兩優1號)。主要原料的部分理化性質見表1。

表1 試驗材料及其主要理化性質

1.2 試驗方法

1)有機堆肥試驗。試驗設置酒糟、酒糟+秸稈、酒糟+菇渣3個處理，秸稈、菇渣為調理劑，分別添加于酒糟中混合堆肥，且根據堆料含水率及C/N的要求添加調理劑[17]。充分混勻后酒糟、酒糟+秸稈、酒糟+菇渣處理的含水率分別為66%、67.3%、66.2%，C/N分別為14.11、28.06、25.37。將各處理物料混勻后堆成圓垛式結構，采用人工堆積自然通風的方式堆肥。每3天人工翻堆1次，翻拌均勻后采用四分法取樣，取出約500 g裝入無菌袋帶回實驗室。堆置期間每天下午3:00測定堆體溫度(翻堆前)，同時記錄環境溫度。待堆體腐熟后進行第二階段的試驗。

2)水稻基質育秧試驗。試驗設計如表2所示。試驗過程中，稻種在室內晾曬2 ~ 3 d后以20% 鹽水選種，去除秕子及雜物，清水洗去種子表面的鹽分。水浸催芽，定期換水。待種子吸水膨脹出芽2 mm時，攤晾，播種。其中各個配方均以1.5% 的硫酸水溶液調節至pH 5.0左右[18]。每個處理重復3次，按常規生產方式裝盤育秧。各處理隨機擺放，保持生長環境一致，生長至第22天采樣。

表2 不同基質配比處理

1.3 測定項目與方法

堆肥試驗階段：測定指標包括溫度、pH、電導率(EC)、全氮、全磷、全鉀、有機質、含水率、發芽指數(GI)；水稻基質育秧試驗階段：基質測定指標包括pH、EC、容重、全氮、全磷、全鉀；植株測定指標包括株高、莖粗、地上部干重、根干重、氮、磷、鉀、根系活力。

測定方法參照《土壤農化分析》[19]和《無土栽培基質理化性狀測定方法及其應用研究》[20]。

1.4 數據處理

采用SPSS 20.0、Excel 2010和OriginPro 8.5進行方差分析和制圖。各處理間差異采用LSD法進行多重比較，各指標間相關性采用Pearson法進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 有機堆肥試驗結果

2.1.1 不同堆肥處理的溫度、pH、EC、含水率隨發酵時間的變化 由圖1可知，在整個堆肥過程中，各處理堆體的溫度變化趨勢基本一致，呈先升高后下降，最終趨于平穩的趨勢。從堆肥第2天開始3個處理即開始升溫，其中酒糟+菇渣處理升溫最快在第3天即達到50 ℃，在第8 天達到最高值(70 ℃)；酒糟處理在堆肥后第4 天溫度達到54 ℃，在第9 天達到最高值(67 ℃)；酒糟+秸稈處理在第6 天達到50 ℃，在第11 天達到最高值(70 ℃)。

酒糟、酒糟+秸稈、酒糟+菇渣3個處理的pH整體上均呈增加的趨勢，堆肥結束時的pH比初始時分別提高了79.2%、16.6%、12.5%。其中，酒糟處理在整個發酵過程中pH一直上升，且在堆肥結束時的增加幅度最大；而酒糟+秸稈、酒糟+菇渣兩個處理在堆肥初始階段即第0 ~ 6 天時，pH略有下降。在堆肥后期，3個處理的pH均維持在6.6 ~ 6.7。堆肥結束時，3個處理的EC值在4.4 ~ 5.6 mS/cm，均有所升高。

在整個堆肥過程中，3個處理的水分含量均呈逐漸下降的趨勢，其中水分的損失主要發生在第0 ~ 18天，而后期的水分損失較少。酒糟、酒糟+秸稈、酒糟+菇渣3個處理的最初含水率分別為66.0%、67.3%、66.2%，堆肥結束時，含水量維持在37.4% ~ 43.5%。在整個堆肥過程中，3個處理的水分散失量分別為 37.4%(酒糟處理)、43.5%(酒糟+秸稈處理)和40.2%(酒糟+菇渣處理)。

2.1.2 不同堆肥處理的各養分含量及GI隨發酵時間的變化 由圖2可知，3個處理在堆肥過程中全氮含量的變化總體呈先升高后降低再升高最后趨于平穩的趨勢；全磷含量的變化總體呈先升高后降低再升高最后趨于平穩的趨勢；全鉀含量在第0 ~ 18天緩慢增加，在第18 ~ 24 天時劇增，之后趨于平緩。至堆肥結束，酒糟處理全氮含量為32.2 g/kg，與初期相比下降2.6%；酒糟+秸稈處理全氮含量為34.5 g/kg，提升35.0%；酒糟+菇渣處理全氮含量為35.5 g/kg，提升15.0%。酒糟、酒糟+秸稈、酒糟+菇渣處理的全磷含量分別比堆肥初期升高130.6%、112.0%、73.6%，全鉀含量分別比堆肥初期升高475.8%、296.8%、486.3%。

圖1 不同堆肥處理在腐熟過程中溫度、pH、EC、含水率隨發酵時間的變化

各處理堆肥的有機質含量基本呈直線下降趨勢，至堆肥結束時，酒糟、酒糟+秸稈、酒糟+菇渣處理的有機質含量較初期分別下降41.7%、41.0%、24.2%，酒糟+菇渣處理的降幅最小。各處理的C/N值均隨堆置時間的延續呈下降趨勢。本試驗堆肥結束時，酒糟、酒糟+秸稈、酒糟+菇渣處理的GI分別為86.3%、97.7%、93.2%。

圖2 不同堆肥處理在腐熟過程中堆體的各養分含量及GI隨發酵時間的變化

2.2 水稻育秧基質試驗結果

2.2.1 不同配比水稻基質理化性狀 由表3可知，T1、T2、T3三個處理的EC值均在4 mS/cm以上、容重均在0.6 g/cm3以上，T4、T5、T6、T7、T8五個處理的EC值均在2.6 mS/cm以下、容重在0.338 ~ 0.459 g/cm3，顯著低于T1、T2、T3處理。T6處理的容重為0.459 g/cm3，與其他處理的差異顯著。T6處理全氮、磷、鉀含量顯著高于其他7個處理，分別比T8處理增加25.6%、11.9%、24.7%；T2、T4和T6都是添加秸稈的處理，與相應添加菇渣的處理T3、T5和T7相比，全鉀含量顯著上升。

2.2.2 不同配比基質對水稻幼苗農藝性狀及養分含量的影響 由表4可知，T6處理在水稻幼苗的株高、氮含量、磷含量、鉀含量、根系活力等方面顯著優于其他處理。以水稻幼苗株高來看，T6處理最高，比T8處理增加13.94%；T6處理氮、磷、鉀含量分別高出T8處理12.68%、24.62%、5.77%；與基質中磷含量相比，水稻幼苗中磷含量較低，主要是因為磷在基質中易被固定，導致磷的利用效率不高。

T6處理在水稻莖粗、地上部干重、根干重方面雖然未顯著優于T8處理，但仍然是最優處理，分別比T8處理高出2.17%、10.61%、7.16%。

表3 不同配比水稻基質理化性狀

注：同列數據后不同小寫字母表示不同處理間差異在＜0.05水平上顯著，下同。

表4 不同配比基質水稻幼苗農藝性狀及養分含量

2.2.3 基質特性與水稻生長指標的關系 由表5可知，基質EC與基質容重呈極顯著正相關，與基質全磷、全鉀含量呈極顯著負相關，與基質全氮含量呈顯著負相關；基質容重與基質全磷含量呈極顯著負相關；基質全氮、磷、鉀含量之間均呈顯著或極顯著正相關。由此說明，基質EC在一定程度上反映了基質的養分供應能力。

植株的株高與基質全氮含量、全鉀含量、植株地上部干重、根干重、根系活力均呈極顯著正相關，與基質全磷含量、植株莖粗均呈顯著正相關；植株莖粗、地上部干重、根干重、磷含量、根系活力均與基質EC、容重、全氮含量、全磷含量、全鉀含量呈顯著或極顯著相關；植株的莖粗與植株磷含量呈顯著正相關、與根系活力呈極顯著正相關；植株地上部干重、根干重均與植株磷含量、根系活力呈極顯著正相關。由此可說明植株生長的好壞與基質的理化性質和養分含量密切相關，同時植株的部分農藝性狀之間也密切相關。

表5 水稻幼苗生長指標與基質理化性質的相關性

注：*表示在<0.05水平相關性顯著；**表示在<0.01水平相關性極顯著。

3 討論

堆肥在高溫發酵時可殺死大多數病原菌和寄生蟲，且農業廢棄物經過堆肥腐熟后，性狀適宜，養分釋放充分，可作為有機肥料、土壤調節劑或優良的基質[21-22]，因此被認為是一種農業廢棄物資源化、無害化、減量化的有效手段。

本試驗以農業廢棄物酒糟為主要原料，并配合小麥秸稈、菇渣進行堆肥發酵，監測其腐熟過程中堆體溫度、養分含量、理化性質等指標的變化。堆肥過程中堆體溫度的變化反映了堆體內微生物活動的變化，是堆肥進程的宏觀反映[23]。根據我國堆肥衛生標準[24]，堆體溫度高于50 ℃，并且保持5 ~ 7 d以上，可使堆肥達到無害化。本試驗在堆肥結束時，3個處理的溫度在50 ℃以上的持續時間均超過7 d，說明所有處理均已達到堆肥無害化標準。堆肥過程中堆體pH、EC、氮、磷、鉀、有機質、C/N、含水率等各指標在30 d之后均趨于平穩，在堆肥結束時，氮、磷、鉀含量均有所升高，3個處理的pH均維持在6.6 ~ 6.7，EC 值在4.4 ~ 5.6 mS/cm，達到了有機肥腐熟時的要求(pH 5.5 ~ 8.0、EC 9 mS/cm)[25]。本試驗各處理的C/N值均隨堆置時間的延續呈下降趨勢。盧秉林等[26]以=(終點C/N)/(初始C/N) 評價腐熟度，并認為值應介于0.53 ~ 0.72或0.49 ~ 0.59。本試驗在堆肥結束時，酒糟、酒糟+秸稈、酒糟+菇渣處理的值分別為0.73、0.59、0.69，符合堆肥腐熟要求。本試驗GI分別為86.3%、97.7%、93.2%，劉雙[27]的研究表明，當 GI 達到80% ~ 85% 時，即可以認為堆肥沒有植物毒性或堆肥已腐熟。綜合分析以上各指標，其均在堆肥第30 ~ 36 天時趨于平穩，結合堆肥無害化處理相關標準，可證明本堆肥試驗在第36 天結束時已完成堆肥腐熟，可用于下一步試驗。

植物生長需要良好的水、肥、氣、熱等條件，在溫度和水分條件相同的情況下，影響植物生長的是基質的理化性質及養分含量等[28-29]。浩折霞等[15]研究表明，當物料EC 值小于2.6 mS/cm時，對種子發芽沒有抑制作用，可作為育秧基質。容重是基質的基本物理性質，直接影響基質蓄水和通氣性，并間接影響土壤肥力和植物生長狀況。根據仲海洲[30]的研究可知，一般情況下，基質的容重在0.1 ~ 0.8 g/cm3，植物生長效果最好。但由于水稻育秧時的播種密度較大，所以對基質容重的要求略高，其研究結果表明，水稻育秧基質的容重在0.23 ~ 0.41 g/cm3效果較好。在本試驗中，T4、T5、T6、T7、T8五個處理的EC 值均小于2.6 mS/cm，容重在0.338 ~ 0.459 g/cm3，更適宜作為水稻育秧基質。由于水稻的特殊生理生化特性，水稻秧苗喜好偏酸的環境[31]，研究認為基質pH以4.5 ~ 5.5最適宜水稻發芽、出苗及幼苗生長。故本試驗在初始時即將各個基質的pH調至5.0左右，保證了水稻幼苗的出苗。基質中養分含量的大小，反映了基質的供肥能力和強度，是培育健壯秧苗的保障。本試驗T6處理基質全氮、磷、鉀含量顯著高于其他處理，分別比T8處理高25.6%、11.9%、24.7%，與EC值規律相一致。在全氮、磷、鉀含量方面，T6處理高于T4處理，T7處理高于T5處理，差異達到顯著水平，說明不同原料混合堆肥發酵更有利于養分的釋放。這與盧秉林等[32]的研究結果相一致，其研究表明，豬糞和小麥秸稈配比能明顯加速物質分解，抑制氨氣揮發，從而減少氮素損失。

秧苗素質的好壞直接關系到水稻產量的形成和品質的優劣[33]。株高反映的是植物的外部形態變化，它的提高能夠很好地反映出植株具有較好的長勢。莖粗的增加有利于莖維管束的發育，為保障水稻穗數和形成大穗提供了必要的秧苗基礎。本試驗研究中，T6處理在水稻幼苗的株高、莖粗方面為最優處理。張云江[34]的研究表明，良好的基質有利于秧苗株高、莖粗的增加。植株中的氮、磷、鉀含量則反映出秧苗的營養狀況。本試驗研究中，T6處理在水稻幼苗的氮、磷、鉀含量等方面顯著優于其他處理，周勁松等[35]的研究表明，植株中氮、磷、鉀含量的高低與秧苗素質密切相關，說明T6處理的秧苗素質更好。根系活力是指根系新陳代謝的活動能力，是反映根系吸收功能的重要指標。根系活力越大，根系代謝、吸收礦物營養和水分的能力越強，更有利于形成健壯的秧苗[36]。T6處理在根系活力方面為最優處理，且顯著高于其他7個處理。

由柴小媛[37]的研究結果可知，添加蛭石和珍珠巖，可以提高基質的飽和含水量，從而促進水稻幼苗的良好生長。在本試驗中T4、T5、T6、T7處理與T1、T2、T3處理相比，在基質理化性質和秧苗素質方面優勢明顯，從而說明添加了適宜比例的蛭石和珍珠巖更有利于水稻秧苗的生長。胡雨彤等[38]的研究也有類似結果，其研究表明，無機、有機基質按照一定比例混合而成的育秧基質，彌補單一基質的缺陷，其在容重、養分含量等方面更加適合水稻生長發育的需求。

秧苗素質的差異是不同育秧基質理化性狀綜合作用的結果。T6處理優于T4處理，T7處理優于T5處理，T6處理為最優處理。說明不同原料混合堆肥發酵的理化性質較單一原料發酵更適宜于用作水稻育秧基質，這與基質理化性質的結果相一致。曾清華等[39]的研究表明，小麥秸稈用作甜辣椒育秧基質可培育出健壯的秧苗，而菇渣[40]由于在種植菌菇時已消耗部分營養物質，故秸稈較菇渣更適宜于用作水稻育秧基質。

通過Pearson相關性分析可知，植株的秧苗素質與基質理化性質呈極顯著相關。由此可說明植株生長的好壞與基質的理化性質和養分含量密切相關，同時植株的部分農藝性狀之間也密切相關，這與趙婷婷等[41]的研究結果相一致，其研究結果表明，秧苗素質各指標之間相關性顯著。

4 結論

本試驗以農業廢棄物酒糟為主要原料，配合小麥秸稈、菇渣進行堆肥發酵，在堆肥至第30 ~ 36天時，各指標均趨于平穩，結合堆肥無害化相關標準，可證明本堆肥試驗在第36 天結束時已完成堆肥腐熟，可用于下一步試驗。

將腐熟好的產物配合珍珠巖、蛭石，制成不同配比的水稻育秧基質，以T6處理即(酒糟+秸稈)堆肥60%+蛭石30%+珍珠巖10%，對水稻幼苗的株高、莖粗、地上部干重、根干重和氮、磷、鉀含量及根系活力的綜合效果最佳，且整體優于市售水稻育秧基質，可作為水稻育秧基質使用。

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Preparation of Rice Seedling Substrates by Composting Agricultural Waste Such as Lees

ZHANG Linli , WU Daxia, LIU Ye, LIU Xiaodan, YUAN Shangpeng, JIANG Ying*, WANG Qiang

(College of Resources and Environment, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)

The purpose of this experiment is to prepare the efficient rice seedling substrate with agricultural organic waste of lees as the main raw material. First, wheat straws and mushroom residues were fermented and decomposed completely into substrate material, then vermiculite and perlite were added as the ingredients to produce various formula substrates for rice seedling experiment in order to secreen the optimal one. The results showed that the above raw materials could be used to prepare rice seedling substrates. The formula of 60% compost (lees + wheat straws) + 30% vermiculite + 10% perlite (Treatment T6) had a best comprehensive effect, the plant height, contents of nitrogen, phosphorus and potassium as well as root activity of T6 treatment were 13.94%, 12.68%, 24.62%, 5.77% and 15.78% higher than those of the commercial rice seedling substrate (Treatment T8), respectively. The above results provide theoretical bases for the resource utilization of lees and other agricultural wastes and for the development of environment-friendly seedling substrates.

Lees; Agricultural organic waste; Composting; Rice seedling substrate

S141.5S154.4

A

10.13758/j.cnki.tr.2019.04.008

國家重點研發計劃項目(SQ2017ZY060063-05)和河南省科技攻關計劃(國際科技合作)項目(162102410031)資助。

(JY27486@163.com)

張林利(1989—)，女，河南省滑縣人，碩士研究生，主要從事農業資源利用研究。E-mail：zll2365@163.com