不同有機廢棄物作為栽培基質的可行性分析

康凱麗，王 樸，梁玉婷，涂繼紅

(武漢市園林科學研究院，湖北武漢 430081)

基質栽培是無土栽培的重要類型，我國是居世界第一位的設施園藝大國，但基質栽培面積所占比例不足1%，隨著我國種植業結構的調整和社會主義新農村的建設，花卉、蔬菜產業正由傳統的個體形式向工廠化、規模化、市場化的方式轉變，基質栽培將會有很大的發展空間。據統計，我國每年產生畜禽糞便、農作物秸稈等各類有機廢棄物約有60億t，且利用處置率較低。隨著人們環保意識的提高，填埋、丟棄、堆焚等有機廢棄物傳統處置方式正在改變，已逐漸形成肥料化、飼料化、能源化、基料化、材料化5種利用模式，將有機廢棄物作為原料進行栽培基質研發是當前無土栽培技術的研究熱點。有機廢棄物如秸稈中有大量的有機質、氮、磷、鉀、鈣、鎂、硅、硫和其他微量元素，是重要的有機肥源之一，如利用樹皮、鋸末、刨花、水苔、碎石、泥炭土、椰糠、菌渣、桑枝屑、核桃殼等作為栽培基質能夠為植株提供更多的營養成分，還可降低基質制作成本，符合低碳循環經濟理念。良好的栽培基質需具有固定支持植株、提供植株所需營養、透氣、持水以及緩沖作用等基本功能。有機廢棄物來源廣泛，種類繁多，其理化性質可直接或間接影響基質的綜合性能，因此掌握有機廢棄物原料性質是獲得良好栽培基質的前提。該研究選取幾種有機廢棄物并對其特性進行綜合分析，旨在為有機廢棄物的基質化利用提供數據參考。

1 材料與方法

有機廢棄物主要來自武漢及周邊市區、武漢市大型花卉市場。選擇的材料有木薯渣、蚯蚓土、園林廢棄物、松鱗、椰糠、泥炭。其中木薯渣為木薯生產乙醇后的殘渣，并經厭氧發酵；蚯蚓土為蚯蚓養殖后篩分物；蘆葦末為蘆葦稈粉碎后自然堆放90 d后物料;園林廢棄物為武漢市園林綠化修剪后收集植物殘體經堆制發酵的產物；椰糠、泥炭購于花卉市場；椰糠為椰磚浸水后的松散顆粒。

容重、孔隙度測定。容重和孔隙度按照郭世榮的方法測定，取一定體積的塑料燒杯，稱重空燒杯質量，加滿風干待測物，待測物的緊實程度與種植時的緊實度相當，稱裝滿待測物的燒杯質量，加水至飽和狀態，飽和水狀態下稱重()，然后把塑料杯倒置，讓杯中的水分流出，至容器中沒有水分流出為止，稱重()。結果計算公式如下：

容重(g/cm)=(-)

(1)

總孔隙度=[(-)] ×100

(2)

通氣孔隙度=[(-)] ×100

(3)

持水孔隙度=[(-)] ×100

(4)

電導率、pH的測定。將風干基質與去離子水以1∶5比例混合，充分浸泡后用攪拌器攪拌5 min后取過濾液，靜止幾分鐘后，用DDS-12電導儀測電導率(EC)；用pH計測定pH。

有機質、養分含量測定。有機質、全氮、全磷、全鉀含量測定參考有機肥料NY 525—2012。有機質含量采用重鉻酸鉀容量法，全氮含量采用硫酸-過氧化氫消煮凱氏定氮儀測定，全磷含量采用硫酸-過氧化氫消煮釩鉬黃比色法測定，全鉀含量采用硫酸-過氧化氫消煮火焰光度法測定。

發芽指數測定。取20 g原料鮮樣，加入200 mL蒸餾水，振蕩30 min，收集浸提液，于培養皿內鋪入相應大小的濾紙一張，均勻放進30粒顆粒飽滿大小接近的小白菜種子，用移液管取5.0 mL堆肥浸提液于培養皿，將培養皿放置在(25±1)℃、80%濕度培養箱中培養72 h，并以蒸餾水進行對照試驗。測定種子發芽率和根長，并計算發芽指數(GI)：

GI=(浸提液的種子發芽率×種子根長)/(蒸餾水的種子發芽率×種子根長)×100%

(5)

采用Excel整理試驗數據，采用SPSS 20.0進行單因素方差分析，采用鄧肯檢驗法比較不同處理間數據差異性(<0.05)。運用隸屬函數法對有機廢棄物綜合效果進行評價。隸屬函數值公式如下：

()=(-)/(-)(=1，2，3，…，；=1，2，3，…，)

(6)

若某一個指標與長勢為負相關，則用反隸屬函數計算，公式如下：

()=1-(-)/(-)(=1，2，3，…，；=1，2，3，…，)

(7)

計算標準差系數：

(8)

計算權重系數:

(9)

計算綜合評價值：

(10)

式中，表示第個處理第個指標值，表示第個指標的最小值，表示第個指標的最大值。值越大，表示生長越好。

2 結果與分析

從表1可以看出，不同種類的有機廢棄物容重不同，容重較大的為蚯蚓土、木薯渣，分別為0.67、0.47 g/cm，園林廢棄物與泥炭的容重接近，蘆葦末最低，僅為0.18 g/cm?？傮w來看有機廢棄物容重較低，體現質地偏輕的特點。總孔隙度最高為椰糠，達86.43%，其次為蘆葦末，為82.35%，木薯渣與泥炭總孔隙度接近，分別為60.12%、61.96%。不同基質原料孔隙比有所差異，最小為椰糠，孔隙比為1∶4.88，其次為泥炭，為1∶3.32，蘆葦末與蚯蚓土大小孔隙相當，孔隙比接近1∶1，可知椰糠與泥炭通氣孔隙度偏低，持水孔隙度較多，基質原料保水性較好，但透氣性較差。

表1 有機廢棄物的物理性質

由表2可知，不同基質原料的pH不同，其中蚯蚓土的pH最高，達8.38，呈堿性，園林廢棄物與蘆葦末pH在7左右，基本為中性，木薯渣、椰糠、泥炭pH小于7，為酸性，泥炭pH最低，為5.06。電導率從高到低依次為木薯渣>蘆葦末>蚯蚓土>園林廢棄物>椰糠>泥炭，可見與泥炭相比有機廢棄物的電導率普遍偏高，也是制約有機廢棄物直接作為栽培基質的重要因素。有機質含量最高為椰糠，達86.64%，木薯渣與園林廢棄物有機質含量在45.00%左右，蘆葦末與泥炭有機質含量在50.00%以上，蚯蚓土的有機質含量偏低，僅為37.79%。對養分元素來說，椰糠全氮含量最高，為3.65%，蘆葦末、蚯蚓土、泥炭全氮含量在1.00%左右；不同有機物料全磷含量差異較大，最高為木薯渣，全磷含量為1.60%，蘆葦末與泥炭全磷含量較低，分別為0.23%、0.11%。全鉀含量最高的為椰糠，達8.82%，園林廢棄物與泥炭全鉀含量偏低，在0.50%以下。總養分含量由高到低依次為椰糠>木薯渣>蚯蚓土>園林廢棄物>蘆葦末>泥炭。

從表3可以看出，不同有機廢棄物的浸提液發芽指數不盡相同，最高為木薯渣，達77.88%，其次為泥炭、蚯蚓土，分別為66.29%、62.11%，蘆葦末最低，發芽指數僅為27.12%；除蘆葦末外，各原料的發芽指數均在50%以上。通常認為，發芽指數在50%以上說明經堆漚發酵的物料基本腐熟，對植物基本沒有毒性。

隸屬函數法是一種在多指標測定基礎上對材料進行綜合評價的方法，可考慮到對綜合評價有負影響的指標，使結果更為客觀、合理。隸屬函數法得到的評價值越高，有機廢棄物作為基質原料綜合表現越好。對不同有機廢棄物進行綜合評價，結果見表4，評價值從高到低依次為椰糠>木薯渣>蚯蚓土>園林廢棄物>泥炭>蘆葦末，可知除蘆葦末外，其他物料綜合評價值均高于泥炭，均有代替泥炭作為栽培基質原料的可能性。

表2 有機廢棄物的化學性質及養分含量

表3 供試有機廢棄物浸提液發芽指數

3 討論與結論

通過對有機廢棄物的理化性質分析，可知有機廢棄物原料普遍容重小，質地偏輕，有較高的孔隙度，但孔隙比不盡相同，這與材料質地、粒徑相關。pH和電導率是衡量基質品質的重要指標，pH對植物生長和栽培基質中營養元素的溶解釋放及微生物活性都有緊密聯系，基質中自帶的可溶性鹽分直接影響植物根系營養液的平衡。所選有機廢棄物基本呈中性偏酸性，可滿足大部分植物對酸堿度的要求；電導率偏高，可為植物生長提供充足的礦質養分?？紫抖仁呛饬炕|性狀的另一重要指標，良好的通氣和保水性能可為植物根系創造良好的生長環境。通常有機廢棄物含有較高的有機質及營養成分，可為植物提供充足的養分。

表4 不同有機廢棄物的綜合評價

椰糠含有較多的木質素和纖維素，可部分或完全代替泥炭作為栽培基質，如將椰糠、枯枝落葉與泥炭混合可作為盆栽杜鵑的栽培基質。椰糠可完全代替泥炭與蛭石、珍珠巖等按不同比例混合作為觀賞鳳梨和盆栽袋鼠花的栽培基質，椰糠已成為代替泥炭的主要基質之一。木薯渣是木薯生產加工淀粉或乙醇后的副產品，目前多作為畜牧飼料應用。近年來將木薯渣作栽培基質取得良好效果，將木薯渣代替一半泥炭作為栽培基質可顯著提升番茄產量品質和抗氧化能力，木薯渣也可作為園林花卉八仙花的栽培基質。園林廢棄物通常指在城市園林綠化中植物新陳代謝自然產生的或是在綠化養護過程中產生的修剪物、廢棄草花及雜草等植物性材料，園林廢棄物經堆肥化處理，形成的有機產品含大量營養元素和腐殖質物質，可作為多種花卉栽培基質，添加園林廢棄物堆肥能明顯促進非洲鳳仙、矮牽牛、金盞菊的生長。由于單一基質理化性質差別較大，存在不同程度的缺陷，很難滿足植物生長的各項需求，如該試驗中蘆葦末綜合排名不及泥炭，但在生產中可選擇2～3種不同材料進行復配使用，可彌補單一基質的缺陷，在理化性質方面更趨于合理，達到植物生長要求。

該試驗以有機廢棄物的理化性質為主要參考指標，探討了椰糠等有機廢棄物作為栽培基質的可行性，隸屬函數法綜合評價順序為椰糠>木薯渣>蚯蚓土>園林廢棄物>泥炭>蘆葦末，表明大部分農林廢棄物均可通過基質化開發技術實現資源的循環利用。我國農林有機廢棄物資源化利用研究任重而道遠，將廢棄物開發為植物栽培基質是其中重要的途徑之一，對傳統發酵技術和配方技術的不斷改進，進一步提升基質產品品質，滿足多樣化需求，仍是今后研究的重點方向。