豬糞沼渣用作育苗基質的效果研究

伍夢起，秦文婧，陳曉芬，萬里平，龔貴金，陳靜蕊，徐昌旭，劉 佳 *

（1.江西省農業科學院土壤肥料與資源環境研究所/國家紅壤改良工程技術研究中心，江西 南昌330200；2.中國農業大學資源與環境學院/植物-土壤相互作用教育部重點實驗室，北京 100193；3.贛州銳源生物科技有限公司，江西 贛州 341900）

在我國現代化農業快速發展的強力推動下，作物育苗已由傳統的個體化形式向集約化、工廠化和市場化形式轉變[1]。傳統育苗，由于受自然條件制約，具有難以控制、不易管理、出苗不齊等缺陷，而設施化的基質育苗則可以彌補傳統育苗的不足，既減少農用地的占用、便于人工管理，又能快速高效地培育出整齊劃一、素質較高的秧苗[2]。草炭和蛭石是目前育苗基質中采用較多的主要原材料，前者含有大量的有機物質和速效養分，可供種子萌發和幼苗生長所需的營養，后者則具有良好的保濕性、透氣性、膨脹性，可改善育苗基質的物理性狀[3-4]。然而，草炭的不可再生性和產地地域性限制了其大規模、可持續利用，因地制宜地選擇合適的草炭替代物是當前育苗基質研發的趨勢[5-6]。

中國是世界第一養豬大國，養殖糞污的收集、處理和利用一直是我國農業科研的關注焦點[7]。近些年，養豬企業的規模化、集約化發展使養殖糞污得以全量化收集，而后再經厭氧發酵沼氣工程進行發電。沼渣是厭氧發酵沼氣工程的底層泥狀沉渣，隨著沼氣工程的推廣普及，沼渣產量穩步提升。大量的沼渣如果得不到合理利用，會造成資源浪費和二次污染。沼渣中含有豐富的有機物質及營養元素，具有用作育苗基質原材料的可能性。李妮等[8]研究發現，在普通育苗基質中添加15%和30%的雞糞沼渣，可促進茄果類蔬菜的生長發育，但添加45%及以上的雞糞沼渣則降低了茄果類蔬菜的出苗率和根系活力。劉爽等[9]的研究也有相似結果，在葉菜育苗基質中添加20%的生物氫烷工程沼渣效果最好，過量添加適得其反。由此可見，厭氧發酵原材料及發酵工藝不同，產生的沼渣性質也有明顯區別，用作不同作物育苗基質的可行性及效果也需開展針對性的研究來確定。

本研究以豬糞厭氧發酵沼氣工程沼渣為育苗基質原材料，以玉米、黃瓜、水稻為供試作物，將沼渣與草炭、蛭石按一定體積比混配為不同配方的育苗基質，布置穴盤育苗試驗，研究不同配方基質對作物幼苗生長的影響，通過綜合評價得出不同作物育苗基質的沼渣適宜施用比例，以期為豬糞沼渣在育苗基質方面的應用和推廣提供技術支撐，為促進農業廢棄物資源化利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試玉米品種為“京紫糯219”，黃瓜品種為“珍妮102”，水稻品種為“泰優2806”。供試豬糞厭氧發酵沼氣工程沼渣來自江西正合生態農業有限公司，重金屬含量為總砷1.72 mg/kg、總汞0.12 mg/kg、總鎘0.15 mg/kg、總鉻16.00 mg/kg，總鉛未檢出，草炭、蛭石為商用產品。草炭、蛭石、沼渣的基本理化性質如表1所示。

表1 供試草炭、蛭石、沼渣的基本理化性質

1.2 試驗設計與幼苗培養

試驗以傳統育苗基質（草炭∶蛭石=60∶40）為對照（CK），設置BR15（草炭∶蛭石∶沼渣=45∶40∶15）、BR30（草炭∶蛭石∶沼渣=30∶40∶30）、BR45（草炭∶蛭石∶沼渣=15∶40∶45）、BR60（草炭∶蛭石∶沼渣=0∶40∶60）4個處理（表2），調節各基質含水量為70%。玉米、黃瓜、水稻育苗試驗于恒溫氣候室進行，日間溫度為30℃，夜間溫度為26℃，相對濕度為75%。

表2 試驗設計 （%）

試驗采用72孔標準塑料穴盤，每孔體積40 cm3，每孔播1粒種子，每盤為1個重復，設3次重復。播種完成后將塑料穴盤置于恒溫室內，每天記錄出苗數并定時定量補水。育苗完成后，完整取出幼苗，調查其株高、莖粗、地上部和地下部鮮、干重等生長性狀，并計算相對發芽率、壯苗指數、活力指數等評價指標。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 育苗基質理化性質

育苗基質理化性質的測定主要參照魯如坤[10]的方法：pH、電導率在物∶水=1∶5條件下分別采用玻璃電極法、原位電極法（Mettler Toledo S470）測定，容重、通氣孔隙度采用環刀法測定，有機質采用K2Cr2O7濕熱法測定，堿解氮采用堿解擴散法測定，有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定，速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法測定。

1.3.2 幼苗生長性狀

幼苗株高使用直尺測定，莖粗使用游標卡尺測定；地上部、地下部鮮重使用電子分析天平稱量，75℃烘干至恒重，再稱量地上部、地下部干重。

1.3.3 幼苗評價指標

幼苗評價指標主要包括相對發芽率、壯苗指數和活力指數。相關計算公式如下：

相對發芽率GR（%）=GT/GCK×100[11]，式中GT為試驗組發芽率，GCK為對照組發芽率。

壯苗指數=（莖粗/株高+地下部干重/地上部干重）×全株干重[9]。

活力指數=Gi×S[11]，式 中Gi＝∑（Gt/Dt），Gt為t日的發芽數，Dt為對應的發芽天數，S為幼苗鮮重。

1.3.4 數據處理

采用SPSS 19.0進行單因素方差分析和回歸分析，采用Duncan比較不同處理間的差異顯著性（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 不同配方育苗基質的理化性質

理化性質是反映育苗基質結構特性和養分狀況的重要指標。從表3可以看出，隨著沼渣施用比例的提高，育苗基質的pH和堿解氮、有效磷、速效鉀養分含量顯著增加，特別是BR60處理，其有效磷和速效鉀含量分別較CK增加了9.88和19.59倍。與此同時，育苗基質的容重、電導率和可溶性鹽總量也呈增加趨勢。然而，育苗基質的通氣孔隙度卻呈先上升后下降的趨勢，在BR15處理達到最大值，相對于CK提高了9.2%（P＜0.05）；有機質含量則始終呈下降趨勢，BR60處理僅相當于CK的49.0%。

表3 不同配方育苗基質的理化性質

2.2 不同配方育苗基質對玉米、黃瓜、水稻幼苗生長性狀的影響

在育苗基質中施用一定比例的沼渣可以促進作物幼苗生長。由表4可以看出，隨著沼渣施用比例的增加，玉米各項生長指標都呈先增加后減少的趨勢。其中，地下部鮮重、總鮮重、地下部干重、總干重在BR15處理達到最大值，相對于CK分別提高了4.8%（P＞0.05）、38.8%（P＜0.05）、2.6%（P＞0.05）、23.8%（P＜0.05）；而株高、莖粗、地上部鮮重、地上部干重則在BR30處理達到最大值，相對于CK分別提高了29.9%（P＜0.05）、33.6%（P＜0.05）、65.6%（P＜0.05）和37.5%（P＜0.05）。

表4 玉米、黃瓜、水稻幼苗生長性狀

隨著沼渣施用比例的增加，黃瓜幼苗的株高呈逐漸降低趨勢，但BR15和BR30處理較CK并無顯著差異。除株高外，黃瓜幼苗其余各項生長指標均呈先增加后減少的趨勢。其中，莖粗、地下部鮮重、地上部干重、地下部干重、總干重在BR15處理達到最大值，相對于CK分別提高了17.4%（P＜0.05）、118.1%（P＜0.05）、12.8%（P＞0.05）、26.7%（P＞0.05）和14.4%（P＞0.05）；而 地 上 部鮮重、總鮮重則在BR30處理達到最大值，相對于CK分別提高了41.0%（P＜0.05）和41.7%（P＜0.05）。

與玉米、黃瓜不同，在育苗基質中施用沼渣對水稻幼苗的促進作用相對較弱。當沼渣施用比例為15%時（BR15處理），與CK相比，水稻的各項生長指標略有提高，但增幅僅在0.1%～14.9%之間，且均未達到顯著水平（P＞0.05）；而當沼渣施用比例達到或超過30%時，大多數的生長指標均表現出衰退趨勢。

2.3 不同配方育苗基質對玉米、黃瓜、水稻育苗評價指標的影響

在基質育苗中施用一定比例的沼渣有利于提高各作物秧苗的相對發芽率、壯苗指數、活力指數。如圖1所示，隨著沼渣施用比例的增加，玉米、水稻的相對發芽率呈先增加后減少的趨勢，二者均在BR15處理達最大值，較CK分別提高了2.2%（P＞0.05）、11.6%（P＞0.05）；而黃瓜的相對發芽率則始終保持下降趨勢，但僅BR60處理與CK差異顯著。

圖1 玉米、黃瓜、水稻育苗評價指標

隨著沼渣施用比例的增加，黃瓜、水稻幼苗的壯苗指數先增加后減小，均在BR15處理達到最大值，較CK分別提高39.8%（P＜0.05）、3.0%（P＞0.05）；而玉米的壯苗指數始終呈下降趨勢，其中BR15和BR30處理相較于CK的降幅僅為2.4%～6.3%（P＞0.05），各處理中只有BR60處理與CK差異顯著。

隨著沼渣施用比例的增加，3種作物的活力指數均呈先增加后減少的趨勢，其中玉米、水稻在BR15處理達最大值，相較于CK分別提高118.7%（P＜0.05）、19.0%（P＞0.05）；黃瓜在BR30處理達最大值，相較于CK提高78.8%（P＜0.05）。但是，當沼渣施用比例達到45%時，3種作物秧苗的活力指數均急劇下降。

2.4 不同作物育苗基質的沼渣適宜施用比例

對玉米、黃瓜、水稻幼苗的各生長性狀和評價指標進行回歸分析（表5），可以看出，除玉米的相對發芽率和壯苗指數、黃瓜的株高和相對發芽率、水稻的株高外，其余所有指標均與育苗基質中沼渣的施用比例呈二次函數關系，且擬合方程的R2較高。除水稻的相對發芽率和壯苗指數外，其余所有指標的擬合方程均達到極顯著水平（P＜0.01）。綜合評價得出玉米、黃瓜、水稻育苗基質中沼渣的適宜施用比例分別為22.3%～32.4%、20.0%～24.0%、10.2%～19.2%。

表5 不同作物育苗基質的沼渣適宜施用比例

3 討論

3.1 添加豬糞沼渣對育苗基質理化性質的影響

本研究發現，豬糞沼渣具有極高的養分，其堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別是草炭的1.19、13.32和18.78倍（表1），因此替代草炭后可以顯著提高育苗基質的養分含量，各處理有效磷、速效鉀的含量甚至達到了CK的4.75～10.88和5.22～20.59倍（表3），這與宋成軍等[12]、董志新等[13]的研究相似。但是由于沼渣是厭氧發酵產物，其有機質含量（211.33 g/kg）要遠低于草炭（366.91 g/kg），因此隨著沼渣施用比例的增加，各處理的有機質含量呈明顯下降趨勢。值得注意的是，畜禽糞污類沼渣普遍具有較高的含鹽量[14]，因此替代草炭后會大幅提升育苗基質的可溶性鹽總量及電導率，可能會對種子萌發及幼苗生長產生鹽分脅迫[15]，這也是限制畜禽糞污類沼渣基質化利用的關鍵障礙因素。此外，本研究還發現適宜的沼渣施用比例（BR15、BR30）不會明顯增加育苗基質的容重，而且還有利于改善通氣孔隙度，可有效調節育苗基質的物理性狀。

3.2 添加豬糞沼渣對作物幼苗生長的影響

本研究發現，在育苗基質中添加一定比例的豬糞沼渣可以促進玉米、黃瓜、水稻的幼苗生長，3種作物的株高、莖粗、鮮重、干重等生長性狀以及相對發芽率、壯苗指數、活力指數等育苗評價指標基本都隨沼渣施用比例的提高呈先增加后減少的變化趨勢。這可能與過量添加沼渣后育苗基質的理化性質惡化有關，如養分濃度過高、鹽分脅迫加劇、通氣孔隙度減小等。過量添加沼渣會使育苗基質的養分濃度大于植物幼苗根毛細胞液的濃度，使根毛細胞液中的水分反滲到育苗基質中，造成燒苗現象；同樣，鹽分濃度過高也會對植物幼苗造成滲透逆境，有些鹽離子（Cl-、SO42-等）還可能對幼苗根系產生直接毒害[15-16]。許耀照等[17]發現，育苗基質的通氣孔隙度下降會顯著抑制黃瓜種子的萌發和幼苗的生長。不同種類的作物幼苗對養分的需求強度不同，對逆境環境的耐受能力也有差異，盡管豬糞沼渣具有較高的養分，但也應做到針對性地合理施用。宋成軍等[12]研究發現，將豬場沼氣工程沼渣用于建植高羊茅草皮，60%沼渣添加量的效果要明顯優于30%和90%的沼渣添加量。邱靜等[18]也發現，在0%～9%的沼渣用量范圍內，5%的添加量更能改善微環境條件并促進黑麥草的健康生長。

3.3 豬糞沼渣作為育苗基質原材料的合理施用

在以往的研究中，人們大多根據作物生長發育的部分關鍵指標（如出苗率、鮮重等）在不同沼渣施用量下的表現，得出某一具體的沼渣推薦用量[8-9，12]。本研究充分考慮作物生長發育的多項指標隨沼渣施用量的變化趨勢，通過回歸分析推導出各指標理論上的沼渣最佳施用比例，進而綜合評價確定某一作物育苗基質中沼渣的適宜添加范圍，結果更為全面客觀。通過上述方法，本研究最終確定玉米、黃瓜、水稻的育苗基質中沼渣的適宜添加比例分別為22.3%～32.4%、20.0%～24.0%、10.2%～19.2%，可見，不同作物對沼渣的偏好（或耐受）程度是有明顯區別的，因此將來在其他作物育苗基質中應用沼渣仍需開展相應研究。但是，本研究也存在一定的局限性，主要表現為當前育苗基質的養分含量和含鹽量偏高，未來可進一步降低草炭、沼渣等高養分物質的用量，增加蛭石等低養分物質的比例，以進一步優化育苗基質配方，并且需要加強育苗基質的脫鹽效果研究，從而節約資源、降低成本，利于沼渣育苗基質的市場化發展。

4 結論

與傳統育苗基質相比，適宜的沼渣施用比例（＜30%）可顯著改善育苗基質的容重、pH、速效氮磷鉀養分等理化性質，但過量施用也會導致容重等理化性質變差。施用適宜比例（玉米、黃瓜為15%和30%，水稻為15%）的沼渣可顯著促進作物幼苗生長，也有利于改善玉米、黃瓜、水稻的相對發芽率、壯苗指數和活力指數。通過回歸分析綜合評價得出，玉米、黃瓜、水稻育苗基質的沼渣適宜施用比例分別為22.3%～32.4%、20.0%～24.0%、10.2%～19.2%。因此，豬糞沼渣可用作育苗基質原材料并有良好效果，但對于不同作物應針對性地研究其適宜施用比例。