酒糟沼渣在番茄基質育苗上的應用

車艷麗 李彥明 楊其長 程瑞鋒* 范青山

(1.中國農業科學研究院 農業環境與可持續發展研究所，北京 100193；2.中國農業大學 資源與環境學院，北京 100193；3.海軍農業新技術試驗培訓基地， 北京 102101)

厭氧發酵是酒糟資源化利用的重要手段之一，沼渣、沼液的合理利用不僅關系到沼氣工程的順利運行，也是其經濟效益的重要來源。較為粗放的沼渣、沼液的利用，不僅效率低下，還可能帶來二次環境污染。沼渣作為厭氧消化產物中固含量最多的成分，不僅營養豐富，而且質地疏松，適合作為作物栽培基質使用。有機基質栽培是無土栽培的一個研究熱點[1]，近年來作為沼渣高值利用的新途徑的沼渣人工基質技術也日益受到重視[5]。已有沼渣基質化研究主要以栽培基質為主[2-4]；范少英等[5]在1991年沼渣應用到育苗基質中，沼渣和煤渣制備復合基質。隨著有機廢棄物基質化研究的深入，進行了關于沼渣應用于育苗的研究。李忠琴等[6]利用沼渣和華美草炭、立陶宛草炭混合配制育苗基質，結果發現2份沼渣+1份立陶宛草炭是黃瓜、番茄、甘藍育苗的良好基質，花椰菜和青菜以2份沼渣+1份立陶宛草炭+0.5 份Ca基質為最佳；王麗麗等[7]研究了不同添加量豬糞和雞糞沼渣在番茄育苗基質中化肥的替代情況，發現10%沼渣添加量的情況下可以完全替代化肥，且不同類型沼渣的氮素形態不同；李妮等[8]發現在育苗基質中添加15%和30% 沼渣，番茄、黃瓜和茄子的育苗效果最佳；李金懷等[9]將沼渣應用到油茶育苗基質中，添加沼渣對油茶扦插苗存活、地徑、苗高、新梢生長等有一定的影響，對葉面葉綠素和N、P、K含量有顯著影響，添加15%的沼渣育苗綜合效果較好；王玉等[10]研究了雞糞沼渣、醋糟、蛭石的不同配比的黃瓜和番茄育苗基質，結果表明雞糞沼渣(100%)處理中的As、Cd、Pb、Cr、Cu、Zn含量顯著高于對照，As、Cd、Pb、Cr等4種重金屬均未達到國家一級標準，并且該處理的黃瓜和番茄均未出苗，表明該沼渣作為基質不利于種子萌發及生長，該研究篩選出最適合黃瓜和番茄的育苗基質配方；劉娟等[11]探討基質中添加不同比例腐熟沼渣對西瓜幼苗生長的影響，發現腐熟沼渣40%+泥炭40%+蛭石15%+珍珠巖5%的配比不僅可以提高出苗率、株高、莖粗、地上部鮮重和根系鮮重等，同時該基質對西瓜幼苗生長具有促進作用。已有研究所用的沼渣原料基本上都是來源于畜禽糞污、秸稈等農業廢棄物，來源廣泛且復雜，難以形成穩定一致的基質產品，另外，其有害及限量成分難以得到控制，嚴重制約了沼渣基質化的應用推廣。關于酒糟沼渣應用于基質育苗的研究報道很少，因此，為研究酒糟沼渣基質化的可行性、最佳配方比例及相關參數，擬以醬香型白酒酒糟沼渣為研究對象，采用植物營養和園藝栽培學的知識以及環境工程學方法，以期獲得醬香白酒糟厭氧沼渣的最優基質配方及相關評價參數，從而為酒糟沼渣應用于育苗基質提供理論和應用基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗在中國農業大學資源與環境學院實驗室進行，試驗時間為2017年11月1日—2018年8月15日。試驗所用酒糟、沼渣和窖泥均由貴州茅臺酒廠綠生有機肥有限責任公司；沼渣是通過中溫厭氧發酵(35～37 ℃)，CRTS工藝，發酵周期為30～45 d，然后經過兩級螺旋擠壓后得到，分為粉碎和未粉碎，粗渣為固液分離后的沼液經過臥螺離心后得到的沼泥(質量比3∶1)和沼渣混合后加入少量鮮酒糟(總質量的20%～25%)好氧發酵后得到，發酵周期為45 d；細渣為粗渣經過半濕物料粉碎機粉碎后得到。蛭石和商品育苗基質(草炭)均購自北京市中蔬大森林花卉市場。

供試作物為番茄Lycospersiconesukurentamu，品種為‘田立方-盆栽紅’，購自田立方種業企業店。

1.2 試驗方法

1.2.1試驗設計

首先將發酵后沼渣與未發酵沼渣進行粉碎處理，進行粒徑分析和吸水性能測，對測定結果進行評價。再以發酵沼渣和未發酵沼渣為試驗材料，按沼渣添加量為20%、40%、60%、80%、100%的梯度與蒸餾水進行混合配制，共計10 個處理，每個處理設3次重復，進行發芽試驗，計算發芽指數。

按照表1的16 個復配基質配方，以商品草炭育苗基質)(草炭蛭石混合基質)為對照，共17個處理，每個處理設3次重復，進行穴盤育苗試驗。先在實驗室選取飽滿的番茄種子進行催芽，當種子露白超過80%時再進行播種，將露白的種子播于72 穴盤的基質中，并覆蓋少量蛭石，于每天8:00—9:00、12:30—1：30、18:00—19:00各澆1 次水。播種 10 d 后，測定出苗率，在播種后30 d，每個重復選擇10 株測定其葉片數、株高、莖粗、葉面積、地上(下)部的干鮮重，計算番茄幼苗的壯苗指數，從而對復配基質進行評價，從中擇出最優基質配方。

表1 番茄育苗復配基質配方(干物質質量比)Table 1 Tomato seedling compound matrix formula (dry weight mass ratio)

1.2.2測定項目和方法

基質測試包括物理和化學指標，物理指標包括容重、總孔隙度、通氣孔隙度、持水孔隙度，化學指標包括pH、電導率EC，測試方法參照NY/T 2118—2012[12]。

粒徑分析：將一定質量的基質分別過孔徑為1、2、3、4、5 mm的篩子進行篩分，稱取各個級別的質量，并計算各個級占總質量的百分比，%。

發芽指數(GI)：將基質樣品過篩(2 mm)，取鮮樣10 mL加入50 mL蒸餾水，混合后震蕩1 h浸提，然后在3 000 r/min離心20 min，過濾后取濾液5 mL，注入裝有濾紙的清潔培養皿中，將20 粒番茄種子均勻放入其中，25 ℃培養箱中恒溫培養48 h，以蒸餾水為對照計算發芽率指數。發芽指數計算公式如下：

試驗結果測試包括生物學特性，生物特性包括株高、莖粗、葉面積，株高、莖粗測試方法參照《園藝植物研究法》[13]，葉面積采用長寬積系數法測量(番茄葉面積系數0.35)[14]。

壯苗指數計算公式如下：

1.2.3精密儀器和藥品規格

本研究室內使用儀器為北京海天友成科技有限公司生產的SPAD502測試儀。

1.3 統計分析

數據采用Excel 2016軟件進行數據處理和作圖。通過SPSS 18.0軟件進行數據方差和Pearson相關分析，多重比較采用Duncan法。

2 結果與分析

2.1 基質材料理化性質

從表2 可以看出，沼渣、發酵沼渣和窖泥都呈堿性。EC值以酒糟最高，發酵過的沼渣EC值顯著高于未發酵沼渣，窖泥、蛭石和草炭EC值比較低。窖泥容重最高，接近于1.00 g/cm3，酒糟和粉碎的沼渣容重也較大，都超過0.31 g/cm3，其他原料的EC均在合理范圍內。原料中酒糟、粉碎后的沼渣和窖泥總孔隙度偏低，未粉碎沼渣孔隙度較大，達到35.10%，窖泥通氣孔隙只有0.36%，持水空隙度方面，只有發酵后沼渣、窖泥、蛭石和草炭在合理范圍內，酒糟和沼渣的通氣空隙較小。因此，酒糟和窖泥在多項指標均偏差較大，不適合直接用作基質，而窖泥的高容重、低EC值的特點可以作為填充料使用。從沼渣和發酵沼渣理化性質來看，細渣在容重，孔隙度方面都好于沼渣及粗渣，但是EC值較高，未粉碎沼渣容重太低，持水能力弱，粉碎以后沼渣容重太高，過于緊實，通氣保水性較差，可見，單一的沼渣類原料難以滿足育苗基質的理化性狀要求，需要經過復配。

表2 供試基質原材料理化性狀Table 2 Physical and chemical properties of raw materials of test matrix

2.2 沼渣基質粒徑分析

從圖1(a)和(b)可以看出，Z0中小粒徑分布較少，小于2 mm的粒徑總共僅占6.22%，而大粒徑分布較多，大于2 mm粒徑的超過90%，其中大于 5 mm 粒徑的達到38.09%。F0中小粒徑居多，小于2 mm的粒徑占了約70%，其次是2～3 mm，約占30%。由圖2(a)和(b)所示，沼渣經過好氧發酵以后粒徑發生了很大變化，基質粒徑分布相對均勻，D0小于3 mm粒徑的基質超過80%，大于 4 mm 粒徑的比例達到9.8%，DF0大粒徑(>4 mm)僅僅為3.8%，2 mm以下的顆粒超過了70%。

圖1 不同處理未發酵沼渣的粒徑分布圖Fig.1 Particle diameter distribution of unfermented biogas residue in different treatments

因此，沼渣大顆粒較多，透氣但不保水，粉碎后沼渣小顆粒較多，保水但不透氣，從粒徑分布來看都不適合直接做基質，發酵以后沼渣粒徑發生了很大變化，更加適做基質。

2.3 沼渣基質吸水能力分析

由圖2可以看出，發酵后的物料(D0和DF0)吸水能力在30 min內高于未發酵物料(Z0和F0)，5 min 內吸水能力差異較大，且變化幅度較小。未發酵物料在5 min內吸水速率相當，都在35%左右，F0在5 mm到10 mm吸水速率有大幅度增長，增幅接近17%，而在30 min，Z0和F0吸水能力分別達到53.80%和57.89%，相差并不大。說明發酵后的沼渣可以提高基質在前30 min的吸水能力，提高水分利用率，減少水分流失。

圖2 不同處理發酵沼渣的粒徑分布圖Fig.2 Particle diameter distribution of fermented biogas residue in different treatments

2.4 沼渣基質的生物性狀評價

對于有機物料的生物抑制性或毒性，通常用發芽指數(GI)進行評價，該指數在一定程度上可以表明基質對種子的生物抑制性或促進作用，發芽指數越大，表明基質的生物抑制性越小，甚至有促進作用。一般認為，當GI值不小于80%時可用于植物生產[15]。

由圖4可知，未發酵沼渣在各個添加比例的GI值都要高于發酵沼渣，隨著添加比例的增加，GI值呈現下降趨勢。在添加量是20%時，GI值最高，未發酵和發酵沼渣GI分別達到165.29%和131.98%，所有處理的發芽指數均高于80%，說明沼渣可以直接用于基質育苗和栽培，并且有一定的促進作用(20%、40%和60%)，且隨著沼渣添加比例的減少，發芽指數在升高。

圖3 不同處理時間對基質吸水能力的影響Fig.3 Effect of different fertilizer treatments on stem diameter of tomato

圖4 不同添加比例對沼渣發芽指數的影響Fig.4 Effect of different proportion on germination index of biogas residue

2.5 不同配方育苗基質理化性狀分析

對16 種不同配方的酒糟厭氧沼渣復配基質和對照(商用草炭育苗基質)進行了理化性質測定，如表3所示,除了對照pH在6以下，其他處理都高于6，隨著添加沼渣添加量的減少，pH和EC呈現下降趨勢，D和DF處理有較高的EC，添加量在40%和60%時，EC值下降到1 000 uS/cm以各個處理的容重都在合理范圍內。孔隙度方面，總孔隙度位于60%～80%，通氣孔隙和持水空隙變化差異較大。從理化性質分析可以看出，純沼渣都呈堿性，EC值相對較高，且發酵后沼渣高于未發酵，經過復配以后，理化性狀都在育苗基質合理范圍內。蛭石和窖泥的添加可以有效的降低復配基質的pH和EC值，蛭石可以降低基質容重，提高基質通氣性，具有一定保水功能，可以和沼渣吸水能力差形成互補，窖泥可以提高基質容重，增加基質保水性。綜合各個處理來看，理化性質比較良好的處理為沼渣添加量為40%和60%的處理。需要進一步通過育苗試驗來驗證。

表3 不同處理基質的理化性狀Table 3 Physical and chemical properties of different substrates

2.6 不同基質配方對番茄出苗率的影響

出苗率對于無土栽培復配基質的配方篩選是一個非常重要的指標。如圖5所示，不同基質配方對番茄出苗率有極大影響，隨著沼渣添加比例增加，出苗率呈下降趨勢，未發酵沼渣的出苗率高于發酵沼渣，100%添加粉碎發酵物料的處理(DF0)出苗率只有77.31%，比對照低20.27%。所有處理中只有添加60%未粉碎沼渣的處理(Z2)番茄出苗率可以達到對照處理水平。可見，沼渣基質對番茄出苗有一定的抑制作用，且發酵沼渣的抑制作用更加明顯。

圖5 不同基質配方對番茄幼苗出苗率的影響Fig.5 Effect of different matrix formula on the emergence rate of tomato seedlings

2.7 不同基質配方對番茄植株生物學性狀的影響

2.7.1對番茄株高和莖粗的影響

從圖6可以看出，所有處理的株高和莖粗都顯著高于對照，說明沼渣基質可以促進番茄幼苗生長。綜合比較可以得出，粉碎沼渣(F)處理株高和莖粗表現最差，F2的株高和莖粗僅為47.10和2.07 mm，沼渣發酵粉碎的處理(DF)株高和莖粗在各個添加比例都比較好，DF2處理的株高和DF0處理的莖粗最高，分別達到147.17和3.61 mm。發酵沼渣株高和莖粗優于未發酵沼渣。

圖6 不同基質配方對番茄株高和莖粗的影響Fig.6 Effect of different matrix formula on plant height and stem diameter of tomato

2.7.2不同基質配方對番茄幼苗葉片的影響

植株葉片葉是植物制造有機養料的重要器官，光合作用的主要載體，是基質育苗一個重要的衡量指標。如圖7所示：所有處理的葉面積、葉片數和葉綠素含量都高于對照，粉碎后沼渣處理(F)的表現最差；番茄葉面積與莖粗有一致的變化規律，發酵沼渣的處理要優于未發酵沼渣，沼渣和發酵沼渣未粉碎處理(Z和D)的葉面積與添加比例呈現負相關，而發酵粉碎沼渣處理(DF)隨著添加量的增加，葉面積增大；葉片數在低沼渣添加比例的情況下，變化幅度不大，隨著添加量的增加，葉片數變化幅度加大，在100%的添加比例下，DF0和Z0葉片數相差1.8個；40%和60%添加比例葉綠素含量要高于80%和100%，且Z、D和DF處在以100%的處理葉綠素含量最低。

圖7 不同基質配方對番茄葉片數(a)、葉面積(b)及葉綠素(c)的影響Fig.7 Effect of different matrix formula on the number (a), area (b) and chlorophyll (c) of tomato leaves

2.7.3不同基質配方對番茄生物量的影響

植株生物量是當前生長情況體現，也是衡量干物質積累量的指標，壯苗指數是衡量秧苗素質的數據。如表4所示，不同處理的地上部和地下部生物量及壯苗指數差異較大，總體來看，沼渣處理的番茄生物量和壯苗指數都顯著高于對照，不同添加量的處理并未呈現規律性變化。發酵沼渣地上部鮮重和干重高于未發酵沼渣，發酵粉碎沼渣(DF)高于發酵未粉碎沼渣(D)，以DF2處理最高，且顯著高于其他處理，地上部鮮重和干重分別為23.59和1.81 g，而Z0、Z1和F處理鮮重和干重都較低，數值都沒有達到10和1 g。地下部鮮重和干重與地上部并沒有呈現很好的相關性，說明不同添加比例和沼渣處理方式對根冠影響不一致，Z3根鮮重最高，DF3的根干重最高，都與其他處理有顯著性差異。Z0、Z1和F處理根鮮重和干重并不是所有處理中最低的，可見，基質育苗地下部和地上部協調至關重要。壯苗指數方面，前5位的依次為D0>Z2>D3>DF2>Z3，都沒有顯著性差異。DF2地上部生物量和根干重最大，且顯著高于其他處理，說明DF2配方的地上部和地下部協調性較好。

3 討 論

3.1 沼渣制備育苗基質的可行性及理化性狀評價

已有農林廢棄物制備基質研究發現好氧腐熟是很有必要而且有益處。腐熟發酵可以通過高溫殺滅病原菌和雜草種子，同時可以改善基質理化性質，降低C/N，提高基質穩定性[16]。柴小媛[17]研究豬糞、牛糞、菇渣和鋸末配制育苗基質，發現隨著發酵時間的延長，提高了小白菜的發芽指數，降低了基質毒害性，同時認為有機基質進行堆肥發酵可以提高基質的吸水和保水性。劉聰[18]研究表明有機熟料比生料更加穩定，其育苗效果更好，還篩選出了適合黃瓜和番茄育苗的基質配方。

本研究的酒糟沼渣，雖然經過厭氧發酵，不存在病原菌等問題，但是酒糟沼渣90%以上都是稻殼，木質素、纖維素含量高，容重太小，持水能力弱，因此特進行了發酵和粉碎處理。先對4種基礎物料的粒徑進行了分析，認為發酵以后物料更加適合直接做育苗基質。基質的水分特性分為吸水性和保水性，吸水性是指基質一定時間能吸入的水分量，是提高灌溉效率和制定灌溉策略的依據之一。而大多數有機物料表面有一層蠟質，有一定的斥水性，造成基質灌溉效率低下，常常下層基質難以吸到水分。本研究同樣表明，發酵后的基質30 min內的吸水速率要高于未發酵沼渣。發芽指數是衡量基質生物毒性和抑制性最方便的方法，發酵后的沼渣發芽指數要高于未發酵沼渣。綜上，沼渣好氧發酵以及發酵后粉碎是制備育苗基質的有效途徑。

表4 不同基質處理對番茄幼苗的地上部和地下部發育的影響Table 4 Effects of different substrate treatments on the growth of tomato seedlings

沼渣經過發酵和粉碎，以及添加窖泥和蛭石，大多數處理的理化性狀可以達到要求范圍。發酵沼渣的EC值顯著高于未發酵沼渣，EC值和基質物料中鹽濃度成正相關，EC值過高會對植物產生抑制和毒害，發酵過程EC值升高可能與沼渣有機物降解成小分子物質有關，包括銨鹽、磷酸鹽和有機酸鹽等。本研究的高EC值處理(D0和DF0)出現了一定的抑制作用。

3.2 不同配比基質對番茄育苗影響

育苗基質的合理配比是秧苗生長及其質量的基礎，間接的決定定植后的產量、品質等生產力。秧苗質量很難以一個具體的指標來衡量，多采用壯苗指數來表示，但是壯苗指數的計算方法和適用作物都有差異[19-20]，本研究采用比較廣泛的計算公式(莖粗/株高×全株干重)[21]，本研究壯苗指數前五位的不存在顯著性差異，結合株高、莖粗、葉片情況和干物質積累等指標，結果顯示DF2(m(細渣)∶m(蛭石)∶m(窖泥)=15∶8∶2)處理適合番茄基質育苗，且對生長有促進作用，同樣，馬小龍[21]也得到類似結果，養豬場沼渣發酵以后復配珍珠巖和蛭石(6∶1∶1)是番茄很好的育苗基質，且可替代草炭性基質。

4 結 論

酒糟沼渣經過不同處理得到的沼渣基質，可以用作番茄育苗，但不適合單獨使用，對種子萌發和出苗率有一定的抑制作用，但對秧苗生長有促進作用，這種抑制和促進可能和高EC值有關，需混配其他原料，好氧發酵腐熟是沼渣基質化得一個必要工藝。本研究沼渣經過發酵、粉碎后復配窖泥和蛭石取得了很好的育苗效果。基質配方為細渣、蛭石、窖泥質量比15∶8∶2，該配方具有促進番茄生長、提高生物量及壯苗指數的作用。