基質中不同廚余廢棄物配比對理化性質及蔬菜生長的影響

錢佳宇，林永鋒，楊玉梅，俞仕福，3，李 季，張雪洪，徐 飛，徐天祥，田光明，5*

[1.中國農業大學有機循環研究院（蘇州），江蘇蘇州 215100；2.山東省濱州市農業農村局，山東濱州 256699；3.蘇州華優洞庭枇杷科技發展有限公司，江蘇蘇州 215164；4.蘇州太湖現代農業發展有限公司，江蘇蘇州 215164；5.浙江大學，浙江杭州310058]

根據2019 年12 月實施的《生活垃圾分類標志》（GB/T 19095—2019）中定義，廚余廢棄物主要是指易腐爛的、含有機質的生活垃圾[1]，具有高含水率、高油脂、高有機質、易腐爛等特點[2]，若處理不妥善，會污染城市水體、土壤、大氣，甚至危及人體健康[3]。2020 年9 月1 日修訂后的《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》推行實施，其中明確要求將廚余廢棄物進行無害化、資源化處理。推進廚余廢棄物的資源化利用，對實現環境和經濟的可持續發展具有重要意義。目前，廚余廢棄物的資源化利用技術主要包括厭氧消化、好氧堆肥、生物飼料、昆蟲養殖、熱處理技術及生物煉制生產高附加值化學品等[4]。其中應用普遍的是好氧堆肥技術，具有處理周期短、堆料分解徹底、有效殺滅病原微生物的特點，且技術成熟、操作簡單、二次污染小[5]，通過好氧堆肥技術處理廚余廢棄物，可以變廢為寶、化害為利，有效解決廚余廢棄物填埋或焚燒造成的資源浪費和環境污染問題，實現社會效益、經濟效益和生態效益的統一[6]。

廚余廢棄物堆肥不僅養分充足、有機質含量高，而且雜質少，幾乎不含重金屬和有毒物質，是一種理想的栽培育苗基質，具有良好的推廣利用價值[7]。目前關于廚余廢棄物作栽培基質原料的研究還較少，現有育苗基質原料主要為農林有機廢棄物、畜牧業工業廢棄物和城市污泥等[8]。有研究表明，農林廢棄物經過發酵處理后，可以替代傳統栽培基質，在育苗和常規栽培中都取得了良好的效果[9-11]；張春英等研究表明在基質中添加廚余廢棄物堆肥可以顯著提高基質中有機質、全氮、速效磷等含量，促進雞冠花的生長[12]。為了更好地挖掘和利用各種有機廢棄物資源，本試驗以廚余廢棄物、農林廢棄物為蔬菜栽培基質原料，探究不同配比對基質養分變化及蔬菜生長的影響，尋求最佳基質配比，以期為廚余廢棄物的資源化利用、蔬菜有機基質栽培技術的改進和發展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試廚余廢棄物堆肥為完全腐熟堆肥，首先將餐廚廢棄物進行預處理，包括去除雜質、淋洗等，并經三相分離后去除大部分的油脂和鹽分，然后添加鋸末混合，在生物干化一體機內進行攪拌和發酵，經過2～3 d 后，得到水分為65%～70%的一次發酵物料；接著將一次發酵物料與農林廢棄物混合，調節碳氮比為25～35，水分為55%～60%，進行高溫好氧堆肥，得到腐熟的有機肥料。供試的農林廢棄物堆肥原料包括枝條、蘆葦、落葉、菌菇渣及秸稈，經好氧堆肥發酵后制得。供試植物為當地菘菜、白菜。

1.2 試驗地點

試驗場為蘇州吳中區東山蔬菜基地大棚。

1.3 試驗方法

試驗于2020 年7 月開始，將綠化后的枝條（15%）、蘆葦（20%）、落葉（20%）、菌菇渣（25%）及秸稈（20%）打碎混勻，灑水保持濕度，制成發酵床，放置在空地上進行發酵，20 d后，即可正常使用。本試驗取此基質加上一定比例的臨湖腐熟肥料，拌勻，裝入長約45 cm、寬約17 cm 的盆中，填裝無需壓實，每盆填裝基質約2 kg。試驗設置6 個處理，即T1處理：基質土（枝條、蘆葦、落葉、菌菇渣、秸稈，下同）100%；T2 處理：廚余廢棄物肥料10%+基質土90%；T3 處理：廚余廢棄物肥料20%+基質土80%；T4處理：廚余廢棄物肥料30%+基質土70%；T5處理：廚余廢棄物肥料40%+基質土60%；T6 處理：肥料50%+基質土50%。

白菜、菘菜于2020 年8 月5 日種植在東山蔬菜基地，白菜單盆約裝2 kg 的基質混肥料，6 個處理，每個處理30盆，3次重復。蔬菜均松土點播，常規管理。

1.4 測定項目及方法

8月2日，基質混合后、蔬菜栽植前進行基質樣品采集，并于9 月7 日試驗結束后進行基質樣品采集和蔬菜樣品采集。測定蔬菜植株的株高、葉片數、葉綠素含量、單株鮮重及總氮磷鉀含量；測定栽培基質的容重、孔隙度、pH 值、EC 值及有機質、總氮、有效磷、速效鉀含量。

株高：測定植株自然高度，從莖基部至植株最高點，單位cm。葉片數：選擇1 株植株，數其所有的自然葉片。葉綠素含量（SPAD 值）：選在晴朗無陰雨的上午9:00—11:00，利用葉綠素儀SPAD-502測定植物葉片的SPAD 值。鮮重：清理植物樣品，用分析天平稱重。干重：將植物樣品放入烘箱，用105 ℃殺青0.5 h，再將溫度調至75 ℃烘干樣品，直到重量恒定為止，稱其干重。

植株的氮磷鉀含量按照《土壤農化分析》(第三版)[13]測定。植物樣進行前期處理制成烘干樣，稱完干重后，經粉碎研磨進行氮、磷、鉀含量測定。先用濃H2SO4-H2O2進行消煮，磷含量采用釩鉬酸比色法測定，氮含量采用連續流動分析儀測定，鉀含量采用火焰光度法進行測定。

栽培基質容重(g·cm-3)和孔隙度(%)指標測定：用容積為80 cm3的鋁盒，稱其質量W0；裝滿基質后（基質均為攪拌均勻、自然松散的狀態），稱質量W1；之后在水中浸泡24 h，稱質量W2；鋁盒中的水分自然瀝干后，稱質量W3。

容重=(W1-W0)/鋁盒容積

總孔隙度=[(W2-W1)/鋁盒容積]×100

基質pH 采用2.5∶1 水土比-酸度計測定，使用電導率測試儀測定EC 值；基質總氮含量采用連續流動分析儀測定；速效磷含量采用鉬銻抗比色法測定；基質速效鉀含量采用火焰光度計法測定；有機質含量采用重量法，具體測定方法參考鮑士旦主編的《土壤農化分析》(第三版)[13]。

1.5 數據分析

采用Excel 2010 和SPSS 20.0 軟件進行數據統計分析，使用最小顯著差異法檢驗進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同廚余廢棄物配比基質對蔬菜生長及產量的影響

如圖1 所示，隨著時間增加，白菜和菘菜的葉綠素含量也隨之升高，呈現不斷上升的趨勢。栽培28 d 后，白菜處理中T2 處理的葉綠素含量最高，其次是T6 處理；菘菜處理中，葉綠素含量最高的同樣是T2 處理，其次是T6 處理；T5 處理的葉綠素含量較低。

圖1 白菜、菘菜的葉綠素含量變化

如圖2 所示，隨著時間增加，白菜和菘菜的葉片數量也隨之增加，呈現不斷上升的趨勢。栽培28 d后，白菜處理中T2、T3 和T4 處理的葉片數最大，其次是T5 處理；菘菜處理中，葉片數最大的同樣是T4、T2處理，其次是T6處理。

圖2 白菜、菘菜的葉片數變化

如圖3 所示，隨著時間增加，白菜和菘菜的株高也隨之增加，呈現不斷上升的趨勢。栽培28 d 后，T4處理的白菜株高最高，其次是T6、T3處理；菘菜處理中，株高最高的同樣是T4處理，其次是T6處理。

圖3 白菜、菘菜的株高變化

如圖4所示，白菜T6處理的單株鮮重最大，T4處理次之；菘菜也是T6處理的鮮重最高，T4處理次之；兩種蔬菜均是T1處理的鮮重最低，可見添加30%和50%廚余廢棄物肥料的基質配方對蔬菜生長有促進作用，效果完全優于不添加肥料的基質產品。與全基質土處理相比，添加30%肥料處理的白菜、菘菜的增產幅度分別為36.22%、8.28%，添加50%肥料處理的白菜、菘菜的增產幅度分別為47.44%、41.06%；其次是T5處理，即添加40%肥料的白菜、菘菜產量增幅分別為22.44%、5.30%。

圖4 白菜、菘菜的平均單株鮮重比較

如圖5所示，隨著基質中肥料添加量的增多，蔬菜的含氮量呈波動上升的趨勢。白菜的總氮含量是T6處理最高，T2處理次之，T3處理最低；菘菜的總氮含量有類似的趨勢，也是T6處理最高，T2處理次之，T1處理最低。

圖5 白菜、菘菜的總氮含量比較

如圖6 所示，蔬菜的總磷含量呈先增加后下降的趨勢。白菜的總磷含量是T3 處理最高，T4 處理次之；菘菜的總磷含量是T2處理最高，T3處理次之。

圖6 白菜、菘菜的總磷含量比較

由圖7可以看出，隨著基質中肥料添加量的增多，蔬菜的總鉀含量呈先增加后下降的趨勢。白菜的總鉀含量是T5 處理最高，T3 處理次之；菘菜的總鉀含量也是T5處理最高，T3處理次之。

圖7 白菜、菘菜的總鉀含量比較

2.2 不同廚余廢棄物配比對基質理化性質的影響

由表1 可見，在白菜處理中，基質容重從栽培前至栽培28 d后大體呈下降趨勢，只有T4、T6處理略微有所上升，幅度不大。除了T3 處理的孔隙度略微上升外，其余處理的孔隙度均呈下降趨勢。6 個處理基質的pH值、EC值均呈下降趨勢，且基質的EC值下降幅度較顯著。總體來說，白菜土的容重、孔隙度、pH值和EC值均處于栽培基質的適宜范圍。

表1 白菜各處理的基質土理化性質變化

由表2 可見，在菘菜處理中，基質的基本理化性質與白菜表現出相似的變化趨勢，除了T2處理基質容重略微上升以外，其他5個處理的容重均呈下降趨勢；6個處理的孔隙度均呈下降趨勢；除T1處理的pH值略微上升外，T2～T6處理的pH 值均有不同程度的降低；6個處理的EC值在栽培后均呈顯著下降趨勢，T6處理的下降幅度最大，其EC 值也最低，為0.093 mS·cm-1，但菘菜基質的基礎理化性質也均在適宜范圍內。

表2 菘菜各處理的基質土理化性質變化

如表3 所示，白菜基質土的有機質含量大部分呈下降趨勢，除了T5、T6 處理的有機質含量呈上升趨勢，其中T5 處理的上升幅度最大，達21.78%，T6 處理的上升幅度次之，為13.97%。白菜基質中的總氮、有效磷和速效鉀含量，所有處理均呈顯著下降趨勢，可見白菜對速效養分的需求量較大；種植前T1、T2處理的總氮、有效磷、速效鉀含量均不同程度地高于其他處理，可見農林廢棄物中含有較多的氮磷鉀元素。

表3 白菜各處理的基質土養分含量變化

如表4 所示，菘菜基質土的有機質含量只有T1、T4 處理呈下降趨勢，其余4 個處理則是上升趨勢，其中T5 處理的上升幅度最大，為18.29%，T6處理次之，為14.32%。總氮含量是T1～T4 處理均呈下降趨勢，T5 處理不變，T6 處理呈上升趨勢。有效磷含量上，T1～T4 處理呈顯著下降趨勢，而T5、T6 處理呈上升趨勢。速效鉀含量是各處理均呈下降趨勢。

表4 菘菜各處理的基質土養分含量變化

3 小結與討論

廚余廢棄物與農林廢棄物中含有較高的養分，對植物生長具有一定的促進作用。本試驗結果表明，白菜與菘菜的植株指標基本表現出相似的變化趨勢，T4處理在葉片數、株高方面表現出明顯優勢，T6處理的單株鮮重最高，兩種蔬菜的鮮重均是T1處理最低，可見純粹農林廢棄物的栽培基質不適宜蔬菜栽培，可能與農林廢棄物C/N較高有關；相比T1處理，T6處理的白菜、菘菜的增產幅度分別為47.44%、41.06%，其次是T5 處理，白菜、菘菜產量增幅分別為22.44%、5.30%；T6 處理對氮元素的轉移量最大，T5 處理對鉀元素的轉移量較大，可見速生型蔬菜對養分有較強的轉移能力。綜合兩種蔬菜的生長情況，T6 處理“50%廚余廢棄物+50%基質土（枝條、蘆葦、落葉、菌菇渣、秸稈）”的配比較適宜蔬菜生長。

基質的理化性質是篩選適宜栽培基質的重要條件。本試驗中白菜基質、菘菜基質的容重、孔隙度、pH 值、EC 值均表現相似趨勢，基質容重、孔隙度在栽培后均呈下降趨勢，作為無土栽培的理想基質，容重適宜值在0.1～0.8 g·cm-3，總孔隙度適宜值在54%～96%，上述基質的容重和孔隙度均在合理范圍內。白菜、菘菜基質中均是T5 處理的容重最小，T6處理次之，在一定范圍內基質的容重越小，其通氣性、透水性就越好，可見T5、T6處理較適宜蔬菜幼苗的生長。蔬菜生長的適宜pH 值在5.5～8.5，試驗結果可以看出，兩種蔬菜基質的pH 值都呈下降趨勢，其范圍也均在合理范圍內，實際生產中可以根據不同作物屬性，適當調節基質pH。EC 值可以反映基質土中含鹽量的高低，廚余廢棄物的添加，含鹽量隨之增加，但最高值也不足3 mS·cm-1，在蔬菜栽培的合理范圍值內（1～4 mS·cm-1），且在栽培后，基質中的EC 值呈下降趨勢，白菜基質T2 處理的EC 值最低，為0.1 mS·cm-1，菘菜基質中T6 處理的EC 值最低，為0.093 mS·cm-1，其EC值下降可能是澆水等行為所致。

有機質含量是衡量土壤肥力的重要指標，其在作物生長進程中起著重要作用，在基質栽培中也同樣適用。本試驗研究表明，在栽培前，T5、T6處理的有機質含量顯著低于其他處理，但在栽培28 d 后，T1、T2、T3、T4 處理的有機質含量均有所下降，而T5、T6 處理呈上升趨勢，其白菜基質中T5、T6 處理的有機質含量增幅分別為21.78%、13.97%；菘菜基質具有相似趨勢，T5、T6 處理的有機質含量上升幅度最大，分別達到18.29%、14.32%。土壤全氮含量能從側面反映土壤潛在肥力高低，種植28 d后，T1～T5處理基質中的總氮含量均有所降低，僅T6處理總氮含量略有上升，可能與廚余廢棄物養分釋放比農林廢棄物慢有關。白菜基質的有效磷含量最高的是T5 處理，為143.23 g·kg-1，菘菜基質的有效磷含量最高是T6處理，為187.75 g·kg-1。6 個處理的速效鉀含量均呈下降趨勢，白菜、菘菜基質土中均是T6處理的速效鉀含量下降幅度最小，分別為29.41%、35.63%。綜上可見，T5、T6處理中廚余廢棄物肥料含量較高，可以增強基質的保肥性能，緩慢釋放基質養分，這與李水鳳等關于辣椒栽培中最佳基質配比（廚余廢棄物占比45%）的結果[14]相近。

本試驗探究不同配比廚余廢棄物作栽培基質對白菜、菘菜生長及基質養分的影響，篩選出廚余廢棄物與農林廢棄物的最佳組合配方。結果表明，添加40%、50%廚余廢棄物的配方更適宜作蔬菜栽培基質，效果較為理想。