利用莖稈發酵產物浸提液用以有機栽培的試驗研究

邵君天

近年來，中國保護地栽培規模逐年擴大，但隨之而來因蔬菜莖稈廢棄物如番茄莖稈的不合理處理卻引發更加不容樂觀的環境污染等問題。為充分循環利用農業生產中產生的番茄莖稈類廢棄物資源，試驗利用番茄莖稈廢棄物進行有氧發酵處理和厭氧發酵處理，對兩種處理產物浸提后制備成有機營養液，將莖稈廢棄物有氧發酵及厭氧發酵產物浸提后的殘渣做栽培基質，后期追施不同電導率值的制備好的有機營養液進行番茄全生育期栽培，試驗共分為9 個處理，記為3 組：第一組為實驗對照組，即CK 組；第二組記T1、T3、T4、T5，栽培基質為莖稈廢棄物有氧發酵后獲得的殘渣；第三組記T2、T6、T7、T8，基質為厭氧發酵殘渣。根據研究結果，以番茄莖稈廢棄物厭氧發酵產物浸提后的殘渣作栽培基質，六片葉后追施電導率為2mS/cm 的厭氧發酵產物浸提液，結果期期間追施電導率為4mS/cm 的處理，在有機栽培的番茄各項形態指標及生理指標的綜合分析中表現最佳，說明該處理方式可作為實際栽培生產的理論參考。

一、研究的目的與意義

鑒于全球人口的不斷增長，資源短缺和環境保護問題日益嚴重，向更加可持續性的糧食生產系統過渡的重要性顯得尤為重要。為了進一步提高農作物產量，提高養分利用效率，減少營養物損失，我們需要進一步探尋和創新農業廢棄物的循環利用技術，綠色肥料制作技術和先進的耕作方法。在現代設施農業生產中，伴隨著作物產量高，常年穩定供應優質產品的同時，也存在著大量且不當地使用生物殺傷劑和無機肥料等不可忽視的問題。隨著相關科學知識的普及，消費者對環境保護，食品安全和營養的意識也日漸提高，對有機栽培的農產品的興趣以及購買力也在不斷上升。

農業是我們國家國民經濟又好又快發展的基礎，農業生產的可持續性是社會可持續發展的基礎。蔬菜生產是農業生產中尤為重要的環節之一，它與人民群眾的生活質量息息相關。我國是世界上最大的農業國家之一，隨著農業的進步及健康飲食的倡導，人民對蔬菜特別是優質蔬菜的需求量逐日上升。但與此同時，大量蔬菜的種植生產也導致了大批量蔬菜秸稈的產生。蔬菜秸稈廢棄物資源是在整個蔬菜生產過程中被丟棄的有機類物質，秸稈是一種重要的生物質資源，蔬菜秸稈資源化利用前景十分廣闊。近年以來，我國大部分農業生產獲得的蔬菜殘株被不合理的焚燒或棄置，不僅會導致巨大的資源浪費，同時也因為殘株的不合理的處理使其成為大氣污染以及農田病害的重要來源。雖然近年來我國的農業技術有了大幅進步，農業經濟發展成效引人矚目，但是與此同時也伴隨著大批量農業廢棄物資源因不合理的處理導致了對農田甚至整個自然環境巨大危害的問題。傳統的溫室實踐以及栽培方式需要被重新評估。使用高質量的有機肥料和生長介質的栽培方式，是生產可持續，安全和營養的水果和蔬菜的重要途徑之一。

農民之所以選擇將莖稈廢棄物付之一炬，最主要是如下原因導致: 一是經濟效益一般的農戶對于反轉滅茬的投資并未納入考慮范圍，加上搬運及處理會消耗大量時間和人力物力，最終選擇不合理的焚燒處理或棄置處理:二是可用資金緊張，秸稈進行科學加工處理，前期所需成本一般較高，對于多數農戶來說資金壓力較大；三是基層政府的引導作用還需繼續加強。秸稈數量大，收集儲存加工難度較大，如果沒有合理利用并產生可觀的經濟效益，農事參與者將難以對此產生興趣，參與積極性也更為有限。

番茄從古至今一直在全球被廣泛種植。近年來，伴隨著我國設施農業面積的快速擴大和蔬菜生產效率的提高，因為番茄的秸稈廢棄物不當處理，已經在多個地區引發了不同程度的污染，同時也造成了資源的大量浪費。但實際上，蔬菜廢棄物中含有較高的養分含量，利用起來，將會降低資源的浪費，并且也可以作為有機栽培，秸稈還田等的原料，跟近當前設施栽培的趨勢。蔬菜莖稈堆腐后的產物浸提液可以作為作物生產的有機營養液，對蔬菜莖稈的循環使用可以使廢棄秸稈資源化，減輕莖稈焚燒帶來環境污染，變廢為寶。

本實驗擬利用番茄莖稈發酵產物制作栽培基質以及營養液，進行資源化利用。通過番茄莖稈發酵產物浸提液作為有機營養液和利用浸提后的堆料殘渣做基質，后期噴施有機營養液栽培番茄，比較番茄莖稈有氧發酵與厭氧發酵產物作為有機營養液的施肥效果，篩選出有機營養液的最佳施用比例和較有效的利用方式。

二、國內外研究概況

1、蔬菜廢棄物的研究及利用概況

蔬菜秸稈廢棄物中所含水分一般較高，通常會達到大約90%，而總固體基質的水分含量基本在10%以下；總固體基質分為揮發性固體，即有機質，以及非揮發性固體，即灰分。其中有機質的含量占總固體的70%～95 %，蔬菜殘株的氮、磷、鉀元素總量在57～96g·kg-1，其中，氮元素含量范圍為21～48g/kg，蔬菜殘株中的碳元素含量則在260～417g/kg 范圍內，由此可知其碳氮比比值范圍在6.7～22.4 間，數值較小。以1∶1.5 的體積比的蒸餾水進行蔬菜殘株的浸提，測得番茄、辣椒、黃瓜和茄子的電導率值分別為7.8 mS/cm、9.2 mS/cm、9.7mS/cm 和5.6 mS/cm。由此可知，蔬菜莖稈廢棄物中的可利用養分含量較高，使用正確的方法加以利用，可以降低資源的不良浪費。

2、堆肥產品在生產中應用

各種莖稈廢棄物在經過發酵堆肥的過程之后，不但會有多種具備一定肥效的營養元素可以被分解和轉化出來，同時還有多種微生物群落交雜形成，產生一定的“藥效”，很大程度減少并抑制一些植物病蟲害。比如，在將三種不同的植物組織廢棄物（小麥秸稈，番茄莖稈殘渣，橘皮）和牛糞混合作為栽培介質的實驗中，利用此類基質種植黃瓜、番茄，甜瓜等農作物，栽培基質中一些專業型尖孢鐮刀菌的生長（相比于在泥炭中的生長）得到了一定的抑制。植物莖稈通過高溫發酵，堆肥能夠抑制土傳病害，其機理如下：

①發酵的過程中，病原菌生長繁殖因為某些有機鹽類以及有機物質的轉化分解獲得的產物而被直接抑制，土傳病害的發生也同時得以減少；②混合堆肥所獲得的栽培基質相比于土壤或傳統基質，理化性質更好，作物生長發育情況更佳，并且能不同程度上提高作物對病蟲害的抵抗能力；③使用堆肥材料或者制作的有機肥料進行種植，栽培基質中微生物的種類以及數量增多，包括一些微生物，其對土傳病菌存在拮抗作用，活性也有所提高；④秸稈殘渣發酵堆肥后，經過合理的處理，可以對植物產生一些生物和非生物刺激，使植物自身合成一些特定抗性物質或者在結構上發生抗性反應，從而增強了植物抵抗病蟲害的能力。

3、蔬菜莖稈堆肥產物浸提液的研究概況

經研究測定發現，將腐熟后的材料如番茄莖稈殘渣堆體制作成的浸提液，其中除了含有大量植物生長發育所必需的礦質元素，還有許多利于植物生長和栽培環境改善的有益微生物及相應代謝產物。通過堆漚過程將發酵完成、腐熟好的有機物料經過進一步的浸提所收集得到的提取液即為堆肥浸提液，亦被稱為堆肥茶，這是一種將農業廢棄物資源化循環利用的新興手段。

實踐證明，堆肥浸提液相比于傳統化肥、農家肥，優勢顯著，不但其制作方法簡易，可操作性高，生產成本低，而且含有的養分比例高、液體肥料的電導率易于控制，兼具生防和肥效的雙重作用，與滴灌可以在農業生產中結合使用，推廣前景尤為可觀。

三、研究內容與方法

1、浸提技術

番茄莖稈有氧發酵產物浸提采用清水浸提法，以水為浸提劑，將水與原堆肥(水與堆肥(干料)質量比為10∶1)加入到塑料桶中攪勻，每隔8 小時攪拌一次，每次30 分鐘，持續浸提3 天后取上層清液，用孔徑0.15mm 的過濾設備過濾后得堆肥浸提原液，即為番茄莖稈有氧發酵制備的有機營養液。

番茄莖稈厭氧發酵產物浸提則直接取厭氧發酵濾液，即為番茄莖稈厭氧發酵制備的有機營養液。

2、基質培試驗設計

實驗使用的栽培基質是發酵產物浸提余渣，番茄全生育期追施的有機營養液為電導率確定的發酵產物浸提液。試驗共有9 種處理，分為3 個組：第一組為實驗對照組，即CK 組；第二組記T1、T3、T4、T5，為莖稈廢棄物有氧發酵后獲得的余渣；第三組記T2、T6、T7、T8，栽培基質為厭氧發酵余渣。CK 除澆灌清水外從開花期開始每10 天澆灌一次市面上常見品牌園藝濃縮營養液；每個處理10 株。番茄幼苗四葉一心時定植，詳見表1。

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四、結果與分析

1、番茄莖稈發酵產物浸提液栽培番茄對其株高的影響

植株的株高和莖粗指標可以直觀的反映番茄植株的長勢和健壯程度。根據實驗結果，隨著栽培時間的推移，各處理組間顯著性差異漸漸變得明顯，在50d 時，T7 和CK、T3、T4、T5 處理組之間已經表現有顯著性差異，且三個時間段內，使用番茄莖稈厭氧發酵殘渣做基質，六片葉開始追施EC 值為2mS/cm 厭氧發酵產物浸提液，結果期追施EC 值為4mS/cm 厭氧發酵產物浸提液的T7 組株高一直處于最低。其次為使用番茄莖稈厭氧發酵殘渣做基質，后期施用清水的T2 組。

2、番茄莖稈發酵產物浸提液栽培番茄對其莖粗的影響

植株的株高和莖粗指標可以直觀的反映番茄植株的長勢和健壯程度。根據實驗結果，隨著栽培時間推移，各處理組間沒有表現出明顯的顯著性差異，且CK 組的莖粗一直處于最大值，60d 時最接近CK 組莖粗的是使用番茄莖稈厭氧發酵殘渣做基質，六片葉開始追施EC 值為2mS/cm 厭氧發酵產物浸提液，結果期追施EC 值為4mS/cm 厭氧發酵產物浸提液的T7 處理組。其次為T5 處理組。

3、番茄莖稈發酵產物浸提液栽培番茄對其葉面積的影響

植株的葉面積指標可以直觀的反映番茄植株的長勢和健壯程度。根據實驗結果，隨著栽培時間的推移，各處理組的葉面積逐漸擴大，到60d 時，T4 組數值最大且和T2、T6 處理組之間表現有顯著性差異。三個時間段內T4 組葉面積增長趨勢一直處于最高，T3 其次。

4、番茄莖稈發酵產物浸提液栽培番茄對其葉片數的影響

植株的葉片數指標可以直觀的反映番茄植株的長勢和健壯程度。根據實驗結果，隨著栽培時間的推移，CK 組葉片數一直處于最大值且和其他處理組的之間幾乎都顯示有明顯的顯著性差異，到60d 時，較為接近CK 組葉片數的是T5、T7 以及T8。其中最接近CK 組莖粗的是使用番茄莖稈厭氧發酵殘渣做基質，六片葉開始追施EC 值為2mS/cm 厭氧發酵產物浸提液，結果期追施EC 值為4mS/cm 厭氧發酵產物浸提液的T7 處理組，其次為T8 處理組。

5、番茄莖稈發酵產物浸提液栽培番茄對其生理指標的影響

葉綠素含量和凈光合速率是反映番茄光合作用情況的兩個重要生理指標。根據實驗結果，葉綠素含量CK 組最高，最接近CK 的是使用番茄莖稈厭氧發酵殘渣做栽培基質，六片葉之后追施EC 值為3mS/cm 厭氧發酵產物浸提液，結果期追施EC 值為6mS/cm 厭氧發酵產物浸提液的T8 處理組，其次為使用番茄莖稈厭氧發酵殘渣做基質，六片葉開始追施EC 值為2 mS/cm 厭氧發酵產物浸提液，結果期追施EC 值為4mS/cm 厭氧發酵產物浸提液的T7 處理組。上述三組之間沒有發現顯著性差異，但T7、T8 兩組和其他五組（T1、T2、T3、T4、T5）均存在顯著性差異，且數值遠高于后五組。對于凈光合速率，T8 處理組最高，T7 其次，且和CK 存在明顯的顯著性差異。

五、討論與結論

作為衡量養分含量的一頂重要指標，有機營養液電導率值可以反映漫提液中可溶性營養元素的濃度，本研究中，隨著時間的推移，為了保證各組電導率的恒定值，澆灌植株前都是現配使用，但仍然可能會出現前后期澆灌營養液中元素含量有較大差異的可能。研究表明，浸提液的營養元素含量最主要受堆肥過程中發酵原料、腐酵時間、堆體的體積形狀、翻堆時間間隔以及是否有氧等多種因素的影響，最后這些影響因素也導致了組內各植株指標存在一定程度的差異。和大部分文章結果類似，各項指標中，株高指標越矮，莖桿越粗壯，葉面積和葉片數指標越高，則說明植株長勢越好，生長越健壯。綜合所有的指標分析，T7 組種植的番茄各項指標排名為：株高第一；莖粗第一；葉片數第六；葉面積第二；葉綠素含量第二；凈光合速率第二。由上述數據可見，T7 組處理綜合排名最佳，即在有機栽培中使用番茄莖稈厭氧發酵殘渣做基質，六片葉開始追施EC 值為2mS/cm 厭氧發酵產物浸提液，結果期追施EC 值為4mS/cm 厭氧發酵產物浸提液可以有效控制植株的株高、莖粗和葉片數，對于改善番茄有機栽培具有重要意義。

在田間種植中大量使用化肥會造成土壤板結，肥效下降以及作物連坐的情況，且通過原料的獲取渠道以及制作方法來看。以番茄莖稈厭氧發酵產物浸提液制作的有機營養液幾乎對環境無污染，其制備的可操作性高，制作原料來源廣泛豐富，同時還能解決因焚燒而引起的農業污染問題。因此，以該營養液作為新型液體生物肥料生產無公害蔬菜，推廣前景較大。