沼肥對玉米種子萌發及幼苗生長的影響

曹宇東，陰美曉，田永蘭，張化永

（華北電力大學工程生態學與非線性科學研究中心，北京 102206）

沼肥是人畜糞便和作物秸稈、垃圾等廢棄物經過厭氧發酵得到的沼液、沼渣的統稱［1-3］。營養成分全面，富含腐殖質等有機質、氮磷鉀、維生素、各種微量元素等，可以迅速被作物吸收利用，促進植物生長［4，5］。近年來，許多研究都表明施用沼肥在提高作物產量，改善作物質量，防治病蟲害，改善土壤結構方面有顯著的作用［6-9］。然而在實際的生產活動中，沼肥的性質往往與發酵的原料有密切關系，不同類型的發酵原料所產生的沼肥的肥效、有機質含量、污染物含量也各不相同，對植物的生長也有所差異［10，11］。

沼肥在施用過程中對植物的影響受到普遍關注。現階段，大部分研究集中在沼肥對植物幼苗階段的影響，此階段植物生長較快，受外界因素的干擾影響較大［12-15］。劉媛媛等［16］的研究發現稀釋 100 倍的沼液催熟和浸種對早熟禾的效果最好，活力指數相較于對照組分別提高了35.38%、39.49%。李金懷等［17］對沼氣工程產生的沼渣進行分析發現，沼渣具有良好的育苗基質的物理性質，營養成分有利于苗木生長，而且氮磷鉀受發酵原料條件等的影響較大。馮海瑋等［18］采用田間試驗發現沼渣處理后青菜產量較空白組提升704～1 481 kg/hm2。

永定河上游的洋河流域內建有京津綠色農副產品基地，是優良的糧食、蔬菜與瓜果產地，有機肥需求量大［19］。而且流域內秸稈產量大，但是秸稈的綜合利用效率較低，農村家庭養殖和畜牧業生產的牲畜糞便產生量巨大，是生產有機肥的優質原料。然而受到技術條件的限制，有機肥生產主要以自制為主，缺少成熟的工藝條件［20］。因此，根據區域種植規律以及植物生長需求，采用厭氧發酵技術處理生活污水和生物質原料，生產高品質沼肥，可以滿足根系覆土、植物生長需求。因發酵原料、發酵溫度、pH、發酵工藝等對發酵產物沼液、沼渣的影響較大，且沒有較統一的結論，導致后續的合理利用存在諸多的問題［21］。之前對牛糞、豬糞、雞鴨糞等糞類原料對沼肥的影響研究較多［21，22］，而秸稈類對沼肥的影響研究還較少。

本研究選擇牛糞作為接種物，不同的農業廢棄物（玉米秸稈、草莓藤葉、番茄藤葉、酒渣、葡萄藤和葡萄葉）作為發酵底物，經過厭氧發酵制得不同種類的沼肥，以當地常見的經濟作物玉米作為受試植物進行試驗。通過研究沼液浸種和沼渣對玉米種子發芽和幼苗生長的影響，旨在了解不同種類的沼肥對植物生長的影響，以期為永定河上游洋河流域同類地區的厭氧發酵和有機肥生產技術的研發提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗種子為玉米（Zea maysL.）種子鄭單958，購自山東富易公司。選取顆粒飽滿、大小均勻、健康無病等各項指標良好的種子，用去離子水清洗并用酒精消毒備用。營養土購自北京市大興金奇樹花卉市場，陰涼避光儲存。

試驗共設置了9 種沼肥處理，各處理原料組成見表1。原料與水混合后在500 mL 發酵罐（有效容積300 mL）內厭氧發酵。發酵在中溫條件（37.0±0.2）℃，8%總固體濃度下運行，發酵總周期59 d。接種物為洋河流域某奶牛場采得的儲備牛糞，底物為某農場和某葡萄園采得的農業廢棄物。制得的沼肥經8 000 r/min 離心5 min 分離得到沼液和沼渣，均置于4 ℃的冰箱中儲存備用。

表1 各處理沼肥的發酵原料組成

1.2 方法

1.2.1 沼液試驗 分別用稀釋一倍的沼液浸泡玉米種子18 h，以去離子水浸種的作為對照，在恒溫恒濕培養箱（HWS-160，寧波江南儀器廠）中培養，每組3次重復。培養溫度（25.0±1.0）℃，暗培養，相對濕度60%，每天補充適量的去離子水。每天記錄各處理玉米種子的發芽數，種子胚芽長至種子長度的一半時視為發芽，并在處理第7 天后每處理取10 粒測量胚芽長、胚根長、胚芽重量和胚根重量［23］。計算種子的發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數［16］，具體公式如下：

1.2.2 沼渣試驗 沼渣和營養土以1∶9 的濕重比例混合均勻放入盆中靜置1 d，以純營養土為對照，每盆100 g。在每盆靜置后的土壤中播種5 粒玉米種子，覆土4 cm 左右。置于光照培養箱（GXZ-300B，寧波江南儀器廠），12 h 光照，12 h 黑暗，（27.0±1.0）℃下生長，早晚澆水。第7 天記錄玉米種子發芽率，并保留長勢最好的1 株繼續生長。第14 天統計玉米幼苗的葉片數，測量株高，稱量莖葉鮮重和根鮮重。將莖葉和根在（105±1）℃下烘干1 h，稱量莖葉干重和根干重。

1.2.3 數據分析與統計 采用Microsoft Excel 和SPSS 軟件進行數據的處理分析，用Origin 軟件繪制圖片，采用鄧肯氏新復極差法（DMRT）（P=0.05）進行顯著性檢驗［16］。

2 結果與分析

2.1 沼液浸種對玉米種子發芽和幼苗生長的影響

2.1.1 沼液對玉米種子發芽的影響 分析種子的發芽勢、發芽率、發芽指數和活力指數能評價種子的發芽能力、發芽質量和種子活力情況。如表2 所示，對照玉米種子的發芽率為61.67%，略低于其他相關試驗對照組的發芽率［23］，發芽率較低的原因可能是浸種時間過長、種子之間的差異等造成的。與對照相比，玉米秸稈沼液浸種顯著提高玉米種子活力指數，玉米秸稈沼液浸種處理玉米種子的發芽率、發芽指數、活力指數分別比對照增長了2.69%、5.04%和131.60%。而其他溶液處理沼液對玉米種子發芽具有抑制作用，其發芽勢、發芽率、發芽指數均低于對照。除牛糞沼液處理外，其他處理活力指數均高于對照。

表2 沼液浸種對玉米種子發芽的影響

沼液浸種作為一種簡單、高效的種子處理技術被廣泛應用到農業生產活動當中，其在濃度上也往往表現為低促高抑的作用［16，24］。試驗中大部分處理沼液浸種對玉米種子發芽無明顯作用或有抑制作用，可能是沼液中的微量元素、水解酶、滲透壓等不同因素共同作用的結果［16］。其他的研究表明［25］，提高稀釋倍數可以緩解這種抑制作用，在合適的條件下還可以進一步促進種子的發芽。

2.1.2 沼液對玉米幼苗生長的影響 圖1 為不同沼液處理對玉米幼苗生長的影響。從圖1 可以看出，沼液浸種對玉米幼苗的生長有促進作用。對照的芽長、根長分別為（3.35±0.21）和（5.42±0.34）cm。其中，對芽長促進作用最明顯的為番茄藤葉沼液，為（10.34±0.26）cm，相較對照提升208.66%。玉米秸稈沼液對根長的促進作用最明顯，為（10.17±0.42）cm，比對照高87.64%。

圖1 沼液對玉米幼苗生長的影響

2.1.3 沼液對玉米幼苗生物量的影響 如圖2 所示，沼液浸種對玉米幼苗的鮮重影響較大，而對根的鮮重影響較小。對照的幼苗鮮重、根鮮重分別為（0.14±0.01）和（0.10±0.02）g。所有處理沼液浸種的玉米幼芽重和根重均大于對照。其中酒渣沼液浸種的 幼 苗 重 最 大 ，為（0.42±0.02）g，較 對 照 增 長200.00%。葡萄藤沼液處理的根重最大，為（0.15±0.02）g，較對照增長50.00%。

圖2 沼液對玉米幼苗重和根重的影響

試驗結果表明，沼液浸種會影響玉米種子的發芽，但能促進玉米幼苗的生長。氮磷鉀、氨基酸等營養和活性物質一定程度上促進了種子的新陳代謝，對玉米的生長有調控作用，但較高的電解質濃度則會脅迫種子，較高的滲透壓會破壞種子內外的平衡，導致種子萌發受到抑制［26］。因此，結合玉米發芽和苗期生長狀況綜合分析，玉米沼液最適合用作浸種液，其對玉米種子發芽的抑制作用較小，活力指數最高。在將來的生產實踐過程中，可以進一步降低沼液浸種濃度以提高種子發芽質量。

2.2 沼渣對玉米種子發芽和幼苗生長的影響

2.2.1 沼渣對玉米種子發芽的影響 該部分試驗主要探究施加沼渣后，玉米種子發芽和發芽后到三葉期這段時間玉米幼苗的生長狀況。由圖3 可以看出，施用沼渣使玉米種子發芽率下降。對照的種子全部發芽，而施用葡萄藤沼渣的種子發芽率最低，為73.33%。

圖3 沼渣對玉米種子發芽率的影響

2.2.2 沼渣對玉米幼苗生長的影響 如圖4 所示，不同種類的沼渣對玉米幼苗的生長影響存在一定程度上的差異。經過14 d 的培養，玉米幼苗的葉片均在3～4 片，此時玉米處于三葉期階段，這是玉米生長的第一個轉折點，將從自養轉到異養生活。施用不同種類的沼渣（除葡萄藤沼渣）均對玉米幼苗的株高有促進作用，其中牛糞沼渣促進作用最明顯。對照平均株高為（34.09±0.95）cm，而牛糞沼渣處理的玉米幼苗株高最高，為（39.05±1.95）cm，較對照提升14.55%。

圖4 沼渣對玉米幼苗生長的影響

2.2.3 沼渣對玉米幼苗生物量的影響 從表3 可以看出，施用不同的沼渣對玉米幼苗的生長均有促進作用，這與其他研究結果相似［27，28］。牛糞沼渣對玉米幼苗鮮物質量的提升最多，為（3.82±0.41）g，較對照提升66.81%。

表3 沼渣對玉米幼苗生物量的影響

3 小結

本研究分析了不同種類的沼液、沼渣對玉米種子發芽和幼苗的影響，結果表明，50%的沼液（除玉米秸稈沼液）對玉米種子的發芽率和發芽勢有較大的抑制作用，然而能促進玉米幼苗芽和根的生長。其中玉米沼液對種子的促進作用最明顯，其發芽率、發芽指數、活力指數分別比對照增長了2.69%、5.04%和131.60%。番茄沼液對芽長促進作用最明顯，玉米沼液對根長促進作用最明顯。酒渣沼液對芽重促進作用最明顯，而葡萄藤沼液對根重促進作用最明顯。沼渣對玉米種子的發芽率沒有促進作用。施用不同種類的沼渣（除葡萄藤沼渣）均對玉米幼苗的株高有促進作用，其中牛糞沼渣促進作用最明顯，較對照提升14.55%。沼渣對玉米幼苗的生長均有促進作用。牛糞沼渣對玉米幼苗鮮物質量的提升最多，較對照提升66.81%。牛糞沼渣、酒渣沼渣和玉&酒沼渣的促進作用最大，對玉米幼苗的根、莖葉鮮物質量和干物質量具有明顯提升。

綜上所述，沼肥（除玉米秸稈沼液）對玉米種子的發芽有一定程度的抑制作用，而沼肥對玉米幼苗的生長有明顯的促進作用。玉米秸稈沼液對玉米幼苗生長的促進作用最明顯，牛糞沼渣對玉米幼苗的生長促進作用最明顯。基于以上的研究結果，玉米秸稈沼液和牛糞沼渣適合制成有機肥在生產中應用，并且在今后的研究中用更低濃度的沼液浸種，可能提高玉米種子的發芽率。為了進一步了解沼肥的作用，沼肥中的氮磷鉀等詳細組成也需要進一步研究。