以廢棄羽毛、菌渣為主的基質及其應用效果

謝小林，李成江，周蓮，陳猛，劉玉敏，王勇，李燕旋，姚青，朱紅惠

摘? ? 要：為促進廢棄羽毛、菌渣的資源化利用，尋找草炭的適宜替代原料，用發酵完全的羽毛、菌渣聯合發酵物去替代草炭，添加蛭石、珍珠巖配制成不同比例的基質，研究其對上海青、番茄、辣椒的出苗率、基質理化性質及辣椒生長發育和產量的影響。結果表明，與草炭基質（CK）相比，用25%、50%、75%和100%的羽毛、菌渣聯合發酵物替代草炭，上海青種子出苗率隨羽毛、菌渣聯合發酵物增加而降低，當替代量為50%時，上述種子出苗率與CK間無顯著差異，而當替代量為75%時，上海青種子出苗率則較CK降低44.79%。從基質理化性質來看，用羽毛、菌渣聯合發酵物去替代草炭，基質的pH值、EC值、容重較CK顯著提高。對于辣椒生長發育及產量而言，當羽毛、菌渣聯合發酵物替代量為50%時，辣椒株高、莖粗、葉長、葉面積、葉綠素含量和植株鮮質量較CK顯著增加，單果質量和單株產量分別較CK顯著增加36.33%和118.95%。綜上，用發酵完全的羽毛、菌渣聯合發酵物替代草炭能提高基質的pH值、EC值和容重，促進辣椒生長，提高植株鮮質量，從而提高辣椒單果質量和單株產量，但用作種苗培育時，羽毛、菌渣聯合發酵物的替代量應控制在50%以下，否則會影響蔬菜種子出苗。

關鍵詞：廢棄羽毛；菌渣；栽培基質；種苗培育

中圖分類號：S646 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2024）06-119-07

Study on the application effect of waste feather and mushroom residue as main substrates

XIE Xiaolin1， 2， LI Chengjiang1， 2， ZHOU Lian1，2， CHEN Meng1， 3， LIU Yumin1， 2， WANG Yong2， LI Yanxuan1， YAO Qing3， ZHU Honghui1

（1. State Key Laboratory of Applied Microbiology Southern China/Key Laboratory of Agricultural Microbiomics and Precision Application（MARA）/Key Laboratory of Agricultural Microbiome（MARA）/Guangdong Provincial Key Laboratory of Microbial Culture Collection and Application/Institute of Microbiology， Guangdong Academy of Sciences， Guangzhou 510070， Guangdong， China; 2. Guangdong Bowote Biotechnology Co.， Ltd.， Shaoguan 512000， Guangdong， China; 3. College of Horticulture， South China Agricultural University， Guangzhou 510642， Guangdong， China）

Abstract： In order to improve the resource utilization of waste feathers and mushroom residue， and to find suitable substitute raw materials for peat， fully fermented feathers and mushroom residues combined with fermented products were used to replace peat. Different proportions of substrates were prepared by adding vermiculite and perlite and their effects on the seedling emergence rate of Shanghai green， tomato， and pepper， physical and chemical properties of the substrates， the growth and yield of pepper. The results show that compared with CK， when 25%， 50%， 75% and 100% feather-residue combined fermentation were used the seed emergence rate showed a trend of first increase and then decrease. When the replacement amount was 50%， there was no significant difference between the seed emergence rate and CK. However， when the replacement amount was 75%， the seed emergence rate of Shanghai green seeds decreased by 44.79%. From the physical and chemical properties of the substrates， the pH， EC and bulk mass of the substrates were significantly increased when feathers and mushroom residue combined with fermentation were used to replace the peat. For the growth， development and yield of pepper， plant height， stem diameter， leaf length， leaf area， chlorophyll content and fresh plant mass of pepper were significantly increased when the replacement amount of feather and mushroom residue combined with fermentation was 50%， and the single fruit mass and yield per plant were increased by 36.33% and 118.95%， respectively. To sum up， the use of fully fermented feathers， mushroom residue combined fermentation to replace peat can improve the pH， EC and bulk density of the substrates， promote the growth of pepper， promote plant fresh mass， thereby increasing the single fruit mass of pepper and single plant yield. However， when used for seedling cultivation， the replacement amount of feathers and mushroom residue combined fermentation should be controlled below 50%， otherwise it will affect the emergence of vegetable seeds.

Key words： Waste feather; Mushroom residue; Cultivation medium; Seedlings cultivation

隨著人們生活水平的提高，我國蔬菜產業迅猛發展，截至2022年12月，我國蔬菜種植面積達2 246.67萬hm2，產量達8億t[1]。隨著產業的發展，我國對蔬菜無土栽培基質的需求不斷擴大，同時對無土栽培基質的品質提出了更高的要求[2-3]。蔬菜栽培基質是蔬菜幼苗生長發育的載體，不僅影響著蔬菜幼苗的生長速度及品質，還影響蔬菜定植后的成活率及緩苗時間，進而影響產量及品質[4-7]。草炭被認為是蔬菜無土栽培的理想基質，但因價格高且屬于不可再生資源，長期開采會破壞生態環境等[8-9]。因此，尋找來源廣泛、價格低廉又便于規模化生產的新型無土栽培基質成為當前設施蔬菜領域的研究熱點。

近年來，以農林有機廢棄物為主的無土栽培基質引起國內外學者的廣泛關注，同時也研發出以秸稈、家禽糞便、椰糠、稻殼炭、菌渣、鋸木屑、廚余垃圾、中藥渣等為主的無土栽培基質[6，10-14]。這些栽培基質不僅材料來源廣泛、價格低廉，而且能避免農林廢棄物的二次污染。我國每年產出約150萬t家禽羽毛廢棄物，但大部分作為垃圾丟棄[15]。有研究發現，羽毛通過微生物降解后能釋放出17種氨基酸，可以作為肥料應用到農業生產中[16-17]，但尚未見其在無土栽培基質中應用的報道。我國食用菌渣產量也超過200萬t[18]，菌渣中的菌體蛋白及未被利用的氮、磷、鉀等元素能為幼苗生長提供營養，是一種理想的有機基質。若能將廢棄羽毛、菌渣經微生物發酵后用于蔬菜無土栽培基質以替代草炭基質，不僅可以培育壯苗、降低蔬菜栽培成本，而且可以實現廢棄羽毛和菌渣的資源化利用，實現經濟效益和生態效益的雙重提高。筆者以發酵完全的廢棄羽毛、菌渣聯合發酵物替代草炭，添加蛭石、珍珠巖配制成不同比例的基質，研究其對上海青、番茄、辣椒種子出苗率（安全性評估）、基質理化性質和辣椒生長發育、產量的影響，旨在尋找草炭替代原料的同時實現廢棄羽毛和菌渣的資源化利用。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2020年4－9月在廣東省科學院微生物研究所實驗室和溫室大棚進行。供試上海青（品種為上海抗熱605）、番茄（品種為新金豐一號）、辣椒（品種為朝天椒王子）種子均購買自廣州長合種子有限公司，盆栽用辣椒苗由實驗室育苗，培養至3葉1心時備用。供試肥料為霍格蘭營養液，具體配制方法參考柳嘉怡等[19]的報道。供試對照栽培基質為V草炭∶V蛭石∶V珍珠巖=2∶1∶1。供試草炭、蛭石（3～6 mm）、珍珠巖（3～6 mm）均為市場購買。

1.2 方法

1.2.1 羽毛、菌渣聯合發酵 按C/N比（25～30）∶1將菌渣和廢棄羽毛混合均勻，向混合料中加入2%的解淀粉芽孢桿菌和潮濕纖維單胞菌混合發酵液，調節混合物料的含水量至60%～70%，進行堆肥發酵。當堆體溫度上升至55～65 ℃時進行翻堆、補水處理，以后每7 d翻堆、補水1次，直到物料完全腐熟。具體發酵方法見專利[20]。

1.2.2 羽毛、菌渣聯合發酵物最適替代量篩選 為保證基質的安全性并探究其羽毛、菌渣聯合發酵物的最適替代量，以上海青為研究對象，設置羽毛、菌渣聯合發酵物替代草炭的量為0、25%、50%、75%和100%，分別標記為CK、T1、T2、T3、T4，具體基質配比見表1。試驗步驟為：將各基質原料按比例混勻，用噴壺將基質灑濕（濕潤程度以握之成團，散之成沙為宜），然后將基質裝入培養皿中（直徑9 cm），每皿裝20 g，將50粒大小一致的上海青種子均勻播撒到裝有基質的培養皿中，每個處理4次重復，用基質將種子蓋住，用噴壺將基質表面噴濕，放入27 ℃生化培養箱中黑暗培養，之后每天觀察1次種子出苗情況并用噴壺將基質表面噴濕，4 d后統計上海青種子出苗率。

根據上海青的出苗結果，篩選出羽毛、菌渣聯合發酵物的最適替代量，并與蛭石、珍珠巖按體積比2∶1∶1混合，進一步研究其對番茄、辣椒種子出苗率的影響。方法同上。

1.2.3 辣椒盆栽試驗 盆栽試驗共設3個處理，分別記作CK、D1和D2（具體配方見表2），每個處理15次重復，隨機排列。具體試驗步驟為：辣椒種子催芽后播種于裝有育苗基質的32孔穴盤中，待辣椒苗長至3葉1心時移栽。將基質裝入上口直徑5 cm，下口直徑3.5 cm，高4.7 cm的花盆中，每盆裝200 g，并定植1株辣椒苗。定植成活后每5 d澆1次霍格蘭營養液，其他管理按辣椒正常栽培管理進行。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 基質理化性質測定 參照《NY/T 2118—2012蔬菜育苗基質》方法測定基質總孔隙度、通氣孔隙度、持水孔隙度、pH值、EC值、容重，每個處理測定3次。

1.3.2 種子出苗率測定 上海青種子培養4 d，番茄、辣椒種子培養7 d，培養結束后統計各蔬菜種子的出苗率。種子出苗率/%=種子出苗數/供試種子數×100。

1.3.3 辣椒農藝性狀及產量測定 定植后30 d，每個處理選取7株調查辣椒株高、莖粗、葉長、葉寬和葉面積，選取3株調查葉綠素含量及植株鮮干質量。其中，用直尺測定株高、葉長和葉寬，葉面積=葉長×葉寬×葉面積系數，用游標卡尺測定莖粗，用分光光度法測定[21]葉綠素含量，用稱重法和烘干法測定[22]地上部和地下部鮮干質量。定植后80 d開始選取5株統計辣椒的結果數、單果質量、單株產量，其中單株產量=單果質量×結果數。

1.4 數據處理

數據采用Microsoft Excel 2019和SPSS 23.0軟件統計、繪圖和分析，采用Duncan法進行數據差異性檢驗。

2 結果與分析

2.1 以羽毛、菌渣聯合發酵物為主的基質對上海青出苗率的影響

由圖1可知，與草炭基質（CK）相比，用25%、50%、75%和100%的羽毛、菌渣聯合發酵物替代草炭，上海青的種子出苗率隨羽毛、菌渣聯合發酵物的替代量增加呈降低趨勢。當羽毛、菌渣聯合發酵物的替代量為50%時（T2），上海青的種子出苗率為90%，有下降趨勢，但與CK間差異不顯著，而當羽毛、菌渣聯合發酵物的替代量為75%時（T3），上海青的種子出苗率僅為72%，呈明顯下降趨勢，較CK顯著降低44.79%，說明羽毛、菌渣聯合發酵物作為種苗培育基質替代草炭時，替代量不宜超過50%，否則會影響種子的出苗。

2.2 以羽毛、菌渣聯合發酵物為主的基質基本理化性質

根據2.1的試驗結果，初步篩選出羽毛、菌渣聯合發酵物的適宜替代量為25%和50%。由表3可知，用羽毛、菌渣聯合發酵物去替代部分草炭，基質的總孔隙度、通氣孔隙度和持水孔隙度與草炭基質（CK）無顯著差異，但pH值、EC值、容重則隨羽毛、菌渣聯合發酵物的替代量增加而增大，且均顯著高于CK。當羽毛、菌渣聯合發酵物的替代量為50%時（D2），基質pH值、EC值、容重分別較CK顯著增加9.46%、106.67%和20.00%，說明用羽毛、菌渣聯合發酵物去替代草炭會顯著提高基質的pH、EC和容重。

2.3 以羽毛、菌渣聯合發酵物為主的基質對番茄、辣椒出苗率的影響

由圖2可知，當羽毛、菌渣聯合發酵物的替代量為25%時（D1），番茄種子出苗率為79.5%，顯著高于CK，而當羽毛、菌渣聯合發酵物的替代量為50%時（D2），番茄種子的出苗率有下降趨勢，但與CK差異不顯著，變化趨勢與上海青類似。對于辣椒種子來說，無論羽毛、菌渣聯合發酵物的替代量為25%或50%，辣椒種子出苗率與CK均無顯著差異，說明羽毛、菌渣聯合發酵物作為種苗培育基質替代草炭時，替代量為50%時不影響蔬菜種子的出苗。

2.4 以羽毛、菌渣聯合發酵物為主的基質對辣椒生長發育的影響

由表4可知，與草炭基質（CK）相比，用羽毛、菌渣聯合發酵物替代部分草炭，辣椒的株高、莖粗、葉長和葉面積均顯著增加。當羽毛、菌渣聯合發酵物替代量為50%時，辣椒的株高、莖粗、葉長和葉面積分別較CK增加12.66%、18.35%、16.89%和24.65%，均達到顯著差異水平，但與25%替代量間無顯著差異，說明用羽毛、菌渣聯合發酵物替代部分草炭能促進辣椒幼苗的生長，替代量可達50%。

2.5 以羽毛、菌渣聯合發酵物為主的基質對辣椒葉綠素含量及植株鮮干質量的影響

由圖3-A可知，與草炭基質（CK）相比，用羽毛、菌渣聯合發酵物替代部分草炭，辣椒的葉綠素含量顯著增加。當羽毛、菌渣聯合發酵物的替代量為50%時，辣椒葉綠素含量（w，后同）達1.73 mg·g-1，較CK增加63.33%，達到顯著差異水平，但與25%替代量間差異不顯著，說明用羽毛、菌渣聯合發酵物替代部分草炭能顯著提高辣椒葉片的葉綠素含量，草炭替代量可達50%。

由圖3-B可知，與草炭基質（CK）相比，羽毛、菌渣聯合發酵物的替代量為50%時，辣椒植株的鮮質量增加95.60%，達到顯著差異水平，但與25%替代量間無顯著差異。辣椒植株干質量在不同栽培基質處理中差異不顯著，說明用羽毛、菌渣聯合發酵物替代部分草炭能顯著提高辣椒植株的鮮質量，但對植株的干物質積累影響較小。

2.6 以羽毛、菌渣聯合發酵物為主的基質對辣椒單株產量的影響

由表5可知，與草炭基質（CK）相比，用羽毛、菌渣聯合發酵物替代部分草炭，辣椒的單果質量、單株結果數和單株產量均顯著增加。與CK相比，當羽毛、菌渣聯合發酵物的替代量為25%（D1）和50%（D2）時，辣椒單果質量分別增加33.23%和36.33%，單株結果數分別增加51.85%和59.26%，單株產量分別增加106.78%和118.95%，且均與CK呈顯著差異。50%替代量的單株結果數和單株產量較25%替代量高，但未達到顯著差異水平，說明用羽毛、菌渣聯合發酵物替代部分草炭能顯著增加辣椒的產量，且草炭的替代量為50%時，辣椒的增產效果更佳。

3 討論與結論

3.1 以羽毛、菌渣聯合發酵物為主的基質對種子出苗率的影響

菌渣因含有較高的有機質及氮、磷、鉀等營養物質，作為草炭的替代物具有較大的競爭力和優勢[23]，但菌渣的理化性質不穩定，pH、EC值過高，直接使用不利于幼苗生長[24]，需要探究其最適替代量。于麗雙[25]研究表明，水稻育苗基質中添加50%的菇渣有利于水稻生長。姜熠等[22]研究認為，菌渣與園土體積比達1∶2時，草莓幼苗生長良好，而兩者配比達2∶1時，草莓各生長指標呈明顯下降趨勢。本研究結果表明，上海青、番茄和辣椒種子出苗率隨羽毛、菌渣聯合發酵物替代量的增加而降低。當羽毛、菌渣聯合發酵物的替代量為50%時，種子出苗率與CK無顯著差異，而當替代量為75%時，種子出苗率顯著低于CK，這與吳松展等[26]的研究結果一致。這可能是因為菌渣的電導率較高，有機碳含量及容重較低，大量添加菌渣降低了基質的總孔隙度、通氣孔隙度，增加了基質pH、EC值，不利于種子萌發及幼苗根系生長[27-28]。在本研究中，羽毛、菌渣聯合發酵物的替代量為50%時，基質的總孔隙度、通氣孔隙度和持水孔隙度均與CK無顯著差異，pH、EC值顯著高于CK，但也在適宜的范圍內，因此不影響蔬菜種子出苗。

3.2 以羽毛、菌渣聯合發酵物為主的基質對辣椒生長發育的影響

作物的生長情況直接反映出基質的優劣[29]。在本研究中，與草炭基質（CK）相比，用羽毛、菌渣聯合發酵物替代部分草炭，辣椒的株高、莖粗、葉長、葉面積、葉綠素和植株鮮質量均顯著增加，這與王雪東等[29]的研究結果一致。菌渣持水性能優良、透氣性好，并富含纖維素、木質素、維生素、礦質營養元素和其他生物活性物質，用在辣椒栽培中不僅能為辣椒根系提供良好的環境，而且能為辣椒持續生長提供所需的養分[30]。羽毛中大量的角蛋白經微生物降解后能形成種類豐富的多肽和游離氨基酸，用在辣椒栽培中不僅能調節辣椒的生理功能、增強辣椒抗逆性和抗病性，還能直接給辣椒生長提供所需的有機氮源[17]。在本研究中，羽毛、菌渣聯合發酵物的替代量為25%和50%時，辣椒的株高、莖粗、葉長、葉寬、葉面積、葉綠素含量和植株鮮干質量差異不顯著，這可能是因為用25%和50%的羽毛、菌渣聯合發酵物替代部分草炭后配成的栽培基質理化性質差異較小。

3.3 以羽毛、菌渣聯合發酵物為主的基質對辣椒單株產量的影響

果實產量和品質是衡量基質有效性的重要指標[29]。王雪東[29]、王濤等[31]、李飄飄等[32]的研究結果表明，栽培基質中添加適量菌渣能提高黃瓜、草莓的產量及品質。在本研究中，與草炭基質相比，用25%、50%的羽毛、菌渣聯合發酵物替代草炭，辣椒的單果質量、單株結果數和單株產量均顯著高于草炭基質。吳培棟[33]的研究表明，土壤中施用羽毛有機肥不僅能提高土壤養分含量和pH，還能提高土壤水解氨基酸含量、土壤脲酶和土壤纖維素酶的活性，從而增加土壤微生物群落的豐度及多樣性，最終實現生菜的增產，而菌渣的添加能增加基質的通氣性，改善保水、保肥性能，顯著提高基質的有機質、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量，進而能改善辣椒的營養品質，提高辣椒的光合能力，從而促進辣椒增產[10，23]。這可能是以羽毛、菌渣聯合發酵物為主的栽培基質能促進辣椒增產的重要原因。

綜上所述，用發酵完全的羽毛、菌渣聯合發酵物替代部分草炭能提高蔬菜栽培基質的pH值、EC值和容重，促進辣椒植株的生長，提高葉綠素含量和植株鮮質量，同時提高辣椒單果質量和單株產量，但用作種苗培育時，羽毛、菌渣聯合發酵物的替代量應控制在50%以下，否則會影響蔬菜種子出苗。

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