基于園林植物廢棄物的無土栽培基質(zhì)研究及應(yīng)用

馮曉燕，彭 琴，張 英，蒲霜蘭，殷金巖，汪田野，任 和，裴福云

(深圳市鐵漢生態(tài)環(huán)境股份有限公司，廣東 深圳 518040)

基于園林植物廢棄物的無土栽培基質(zhì)研究及應(yīng)用

馮曉燕，彭 琴，張 英，蒲霜蘭，殷金巖，汪田野，任 和，裴福云*

(深圳市鐵漢生態(tài)環(huán)境股份有限公司，廣東 深圳 518040)

以園林植物廢棄物堆肥產(chǎn)品(以下簡(jiǎn)稱為樹枝肥)為主，以椰糠、泥炭、珍珠巖、蛭石為輔，配制成不同配方的基質(zhì)，并以樹枝肥、營(yíng)養(yǎng)土為對(duì)照，研究不同配方基質(zhì)對(duì)盆栽金鉆生長(zhǎng)的影響。試驗(yàn)對(duì)樹枝肥做無土栽培基質(zhì)進(jìn)行可行性分析，并篩選了6種符合常規(guī)固體無土栽培基質(zhì)理化性質(zhì)指標(biāo)的基質(zhì)配方。利用一系列基質(zhì)，開展金鉆盆栽試驗(yàn)，測(cè)量不同處理金鉆株高、冠幅、生物量和葉綠素含量，并采用隸屬函數(shù)法對(duì)植株形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，T3基質(zhì)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)高達(dá)0.6，適宜金鉆栽培，即樹枝肥∶椰糠∶珍珠巖體積比為3∶1∶1。

樹枝肥； 基質(zhì)； 理化性質(zhì)； 金鉆； 綜合評(píng)價(jià)

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，城市綠化覆蓋率不斷上升，城市綠地面積不斷擴(kuò)大，產(chǎn)生的園林植物廢棄物如枯枝落葉、樹枝修剪物、草坪修剪物、雜草等也與日俱增[1]。傳統(tǒng)的處理處置方式主要是焚燒和填埋，不僅浪費(fèi)土地資源，投入大量成本，同時(shí)給大氣、土壤及地下水帶來長(zhǎng)久污染危害，也帶來了資源的浪費(fèi)。

目前，較好的利用園林植物廢棄物的處理處置方式主要是發(fā)酵制肥[2]，發(fā)酵獲得的樹枝肥松散、質(zhì)輕、木質(zhì)纖維含量高、腐解極慢、肥效低，通過添加復(fù)合肥、微生物菌等調(diào)理劑使其富含營(yíng)養(yǎng)，從而達(dá)到改良土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)植物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)等目的。目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有將椰糠、秸稈、木屑等農(nóng)林廢棄有機(jī)物開發(fā)成栽培基質(zhì)的相關(guān)研究[3-4]，可在降低栽培成本的同時(shí)又實(shí)現(xiàn)廢棄資源循環(huán)利用[5]，而園林廢棄物腐熟堆肥(以下稱樹枝肥)同屬有機(jī)固體廢棄物，研究將其作為一種栽培基質(zhì)代替自然土壤，拓寬應(yīng)用領(lǐng)域，真正實(shí)現(xiàn)廢物資源利用最大化。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試材料包括基質(zhì)材料、植物材料和化學(xué)添加劑，其中基質(zhì)主體材料為深圳市綠化管理樹枝粉碎廠的園林植物廢棄物堆肥產(chǎn)品(以下簡(jiǎn)稱為樹枝肥)，基質(zhì)添加物為椰糠、泥炭、珍珠巖和蛭石；植物材料為金鉆、鴨腳木幼苗，白三葉、奶油青菜和四季小白菜種子，由東莞橋頭苗圃提供；化學(xué)添加劑為濕潤(rùn)劑-壬基酚聚氧乙烯醚(OP)。

1.2 方法

1.2.1 樹枝肥生物毒性試驗(yàn)

用相當(dāng)于待測(cè)樹枝肥干重的30、20和10倍的蒸餾水浸泡，振蕩2 h后紗布過濾，得到樹枝肥不同濃度的浸提液J1、J2、J3，以蒸餾水為對(duì)照組。提取液10 mL加到鋪有2層濾紙的9 cm培養(yǎng)皿中，在每個(gè)培養(yǎng)皿播種100粒，分別播種白三葉和奶油青菜種子，每個(gè)品種3組重復(fù)，以蒸餾水為空白對(duì)照。在室溫下進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，記錄種子發(fā)芽數(shù)，計(jì)算發(fā)芽率；并使用電子游標(biāo)卡尺測(cè)定發(fā)芽種子的根的長(zhǎng)度，根據(jù)公式計(jì)算發(fā)芽指數(shù)[6]。

1.2.2 樹枝肥添加濕潤(rùn)劑試驗(yàn)

植物廢棄物由于其表面存在蠟質(zhì)等疏水基團(tuán)，具有斥水性[7]，導(dǎo)致基質(zhì)難潤(rùn)濕，再濕性差，無法穩(wěn)定的給植物供應(yīng)水分，本試驗(yàn)通過研究不同濃度濕潤(rùn)劑處理的基質(zhì)對(duì)種子發(fā)芽率的影響[8]，篩選合適的濕潤(rùn)劑添加濃度。

濕潤(rùn)劑OP設(shè)0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、3.0%五個(gè)體積比濃度水平，分別記為CK、OP1、OP2、OP3、OP4、OP5，每處理重復(fù)2次，每升基質(zhì)中均勻噴施各處理濕潤(rùn)劑100 mL[9]，空白以純凈水代替，混勻后風(fēng)干基質(zhì)待測(cè)。每盆基質(zhì)用量均為3 L，撒播100粒白三葉種子，15 d后統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽率。

1.2.3 配方試驗(yàn)及理化性質(zhì)、重金屬含量測(cè)定

將基質(zhì)材料樹枝肥、椰糠、泥炭、珍珠巖和蛭石按不同配比混配出不同的配方，粒徑過<10 mm孔徑的篩網(wǎng)，并測(cè)定不同配方基質(zhì)的理化性質(zhì)，篩選符合常規(guī)固體無土栽培基質(zhì)理化性質(zhì)指標(biāo)[10]的基質(zhì)配方，并測(cè)定重金屬含量。其中容重、孔隙度測(cè)定參照程斐的方法[11]，pH、電導(dǎo)率EC、鹽基交換量CEC等參考國(guó)家林業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(LY/T系列)的相關(guān)規(guī)定[12]。重金屬含量測(cè)定參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，采用原子吸收分光光度法測(cè)定[13-14]。

1.2.4 觀葉植物盆栽試驗(yàn)及指標(biāo)測(cè)定

試驗(yàn)設(shè)T1～T66個(gè)處理，以及CK1(樹枝肥)和CK2(營(yíng)養(yǎng)土)2個(gè)對(duì)照?；|(zhì)在使用前均勻噴灑適量濃度的濕潤(rùn)劑并晾干，提前1～2 d進(jìn)行消毒處理。盆栽試驗(yàn)每盆基質(zhì)用量均為3 L，栽培試驗(yàn)每種植物定植3盆，每盆1株。所有處理于2016年4月26日完成，培養(yǎng)3個(gè)月，記錄金鉆的存活率及生長(zhǎng)情況，包括株高、冠幅、葉綠素、生物量等指標(biāo)。

1.2.5 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析

運(yùn)用Excel 2013對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、統(tǒng)計(jì)和制表，SPSS 20.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，并采用隸屬函數(shù)法對(duì)植株形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，植株形態(tài)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)值越大，說明植株生長(zhǎng)越好[15]。

2 結(jié)果與分析

2.1 樹枝肥毒性

基質(zhì)中的植物毒性物質(zhì)會(huì)對(duì)種子萌發(fā)和植物生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用。因此，可用基質(zhì)浸提液中植物種子的發(fā)芽指數(shù)(GI)來直接、快速的衡量基質(zhì)是否對(duì)植物有毒有害，或用來衡量農(nóng)林生物質(zhì)廢棄物是否腐熟完全。一般認(rèn)為，當(dāng)種子發(fā)芽指數(shù)達(dá)到50%時(shí)，表明堆肥已達(dá)腐熟，其植物毒性被認(rèn)為已降至植物能夠忍耐的水平；當(dāng)種子發(fā)芽指數(shù)達(dá)到80%時(shí)，其植物毒性基本消失[6]。

由表1可看出，不同濃度的樹枝肥浸提液的白三葉及奶油青菜的發(fā)芽率均大于80%(0.8)，發(fā)芽指數(shù)均大于1，說明樹枝肥已腐熟。不同濃度浸提液下白三葉及奶油青菜的發(fā)芽指數(shù)即均高于對(duì)照，且隨著浸提液濃度的增加，奶油青菜發(fā)芽指數(shù)也越高。其中10倍的蒸餾水浸泡樹枝肥浸提液(NJ3)的發(fā)芽指數(shù)最高，高達(dá)1.18；20倍的蒸餾水浸泡樹枝肥浸提液的白三葉(NJ3)發(fā)芽指數(shù)最高，高達(dá)1.18，可能是樹枝肥浸提液中含有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，對(duì)白三葉及奶油青菜種子發(fā)芽及根系生長(zhǎng)有一定促進(jìn)作用。由此可見樹枝肥已腐熟，無毒性，可直接用于栽培基質(zhì)的研究。

表1 樹枝肥生物毒性試驗(yàn)結(jié)果

注：GI=(基質(zhì)萃取液中種子發(fā)芽率×種子根長(zhǎng))/(對(duì)照種子發(fā)芽率×種子根長(zhǎng))。

2.2 濕潤(rùn)劑處理的影響

濕潤(rùn)劑處理對(duì)基質(zhì)完全浸濕效果以及種子發(fā)芽率的影響見表2。T1、T2、T3分別表示初次、再次和三次濕潤(rùn)時(shí)間。由表可看出，不同濃度的濕潤(rùn)劑處理下，基質(zhì)完全浸濕時(shí)間大大降低，顯著低于對(duì)照。初次濕潤(rùn)時(shí)間隨著OP濃度的增加呈先降低后升高的趨勢(shì)，且再次濕潤(rùn)時(shí)間和3次濕潤(rùn)時(shí)間均低于初次濕潤(rùn)時(shí)間。其中，OP1即0.5%的濕潤(rùn)劑對(duì)白三葉種子發(fā)芽率無影響，與CK相同，均為72.5%，濕潤(rùn)效果較好，大大縮短基質(zhì)完全濕潤(rùn)時(shí)間。因此篩選出合適的濕潤(rùn)劑添加濃度為0.5%，此濃度濕潤(rùn)劑可明顯改善基質(zhì)潤(rùn)濕能力，且不影響種子發(fā)芽率。

表2 濕潤(rùn)劑處理對(duì)基質(zhì)完全浸濕效果及種子發(fā)芽率的影響

2.3 不同基質(zhì)配方及理化性質(zhì)和重金屬含量分析

將基質(zhì)主體材料樹枝肥，輔料椰糠、泥炭、珍珠巖和蛭石按不同體積配比混配出不同的配方，篩選出6種符合常規(guī)固體無土栽培基質(zhì)理化性質(zhì)指標(biāo)基質(zhì)配方，具體配方及其理化性質(zhì)及重金屬含量見表3、4。由表可見，試驗(yàn)篩選出T1～T6各配方基質(zhì)的容重為0.19～0.26 g·cm-3，總孔隙度為77.21%～88.31%，通氣孔隙度16.06%～35.40%，持水孔隙度52.22%～62.94%，大小孔隙比1∶1.50～1∶3.92，pH值6.66～7.39，EC值0.48～0.75 mS·cm-1，CEC值740～1 240 μmol·g-1；Cu為31.6～80.3 mg·kg-1，Zn為68.6～123.2 mg·kg-1，Pb為6.0～9.3 mg·kg-1，未檢測(cè)出Cd含量?？梢奣1～T6理化性質(zhì)及重金屬含量基本滿足土壤理化性質(zhì)要求，可作為無土栽培基質(zhì)研究應(yīng)用，但最終配方是否為最佳栽培基質(zhì)則需要通過植物栽培試驗(yàn)驗(yàn)證。

表3 育苗栽培基質(zhì)產(chǎn)品體積比配方

表4 育苗栽培基質(zhì)理化性質(zhì)及重金屬含量

2.4 不同基質(zhì)配方對(duì)盆栽植株形態(tài)影響

不同基質(zhì)配方栽培的金鉆植株，生長(zhǎng)勢(shì)最好的為CK2營(yíng)養(yǎng)土，各指標(biāo)值最佳；最差為CK1樹枝肥，其各指標(biāo)值最差?？梢姌渲Ψ士蓡为?dú)作為基質(zhì)，但效果不如混配基質(zhì)。

由表5可見，不同栽培基質(zhì)的金鉆形態(tài)指標(biāo)值存在差異。其中，CK2、T2、T3、T4株高增量值均高于平均值2.6 cm，且CK2>T2>T4>T3；CK2、T1、T3、T4冠幅增值量值均高于平均值9.1 cm，且CK2>T3>T4>T1；CK2、T1、T3、T4、T5的SPAD值均高于平均值55.3，且CK2>T5>T3>T4>T1；CK2、T3、T4地上鮮重值均高于平均值14.2 g，且CK2>T3>T4；CK2、T3、T4地下鮮重值均高于平均值11.2 g，且CK2>T4>T3；CK2、T3、T4地上干重值均高于地上干重平均值1.9 g，且CK2>T3>T4；CK2、T3、T4地下干重值均高于地下干重平均值1.7 g，且CK2>T4>T3；根冠比的平均值為1.0 g，但在一定范圍內(nèi)，根冠比越低，植物生長(zhǎng)勢(shì)越好，CK2、T1、T3、T5均低于平均值，且CK2

表5 不同基質(zhì)金鉆形態(tài)指標(biāo)

注：同列數(shù)據(jù)后無相同小寫字母，表示組間差異顯著。

利用模糊數(shù)學(xué)中隸屬函數(shù)的方法，對(duì)不同基質(zhì)條件下的金鉆植株生長(zhǎng)情況，進(jìn)行多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)。不同基質(zhì)金鉆生理指標(biāo)隸屬函數(shù)值結(jié)果見表6。綜合評(píng)價(jià)指數(shù)均大于0.5，可入選為栽培理想基質(zhì)。試驗(yàn)結(jié)果表明，金鉆成活率均為100%，盆栽金鉆的T3、T4各項(xiàng)指標(biāo)高于平均值，T3基質(zhì)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)高達(dá)0.6，由于基質(zhì)配方中未添加營(yíng)養(yǎng)成分，故栽培效果不如營(yíng)養(yǎng)土，但該配方基質(zhì)中金鉆植株生長(zhǎng)狀況、觀賞品質(zhì)較優(yōu)，篩選出金鉆栽培的最優(yōu)基質(zhì)配方為T3，即樹枝肥∶椰糠∶珍珠巖體積比為3∶1∶1，可能原因是珍珠巖可以增加基質(zhì)的透氣性。

表6 不同基質(zhì)下植株生理指標(biāo)隸屬函數(shù)值

3 小結(jié)與討論

通過樹枝肥的生物毒性試驗(yàn)，表明其無毒性，且浸提液對(duì)種子發(fā)芽率有一定促進(jìn)作用，可見樹枝肥可直接用于栽培基質(zhì)的研究，并且可在樹枝肥中混配其他基質(zhì)材料，以改善基質(zhì)的通氣性、保水性。其中，添加0.5%體積濃度的濕潤(rùn)劑，可明顯改善基質(zhì)潤(rùn)濕能力，且不影響植物生長(zhǎng)。

每種植物的生物學(xué)性狀不一樣，其最適栽培基質(zhì)也不盡相同，通過隸屬函數(shù)法對(duì)植株形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，篩選出適宜金鉆栽培的代用基質(zhì)為T3，即樹枝肥∶椰糠∶珍珠巖體積比為3∶1∶1。此外，混配基質(zhì)時(shí)可考慮加入營(yíng)養(yǎng)成分，以提高基質(zhì)的養(yǎng)分供應(yīng)能力，達(dá)到更優(yōu)的栽培效果。充分利用園林植物廢棄物開發(fā)栽培基質(zhì)，不僅保護(hù)環(huán)境，節(jié)約能源，還能降低成本，提高植物觀賞品質(zhì)，最終實(shí)現(xiàn)資源的合理化、最大化利用。

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(責(zé)任編輯：張瑞麟)

2017-03-27

深圳市發(fā)展改革委員會(huì)項(xiàng)目(深發(fā)改【2016】1023號(hào))

馮曉燕(1989—)，河南信陽(yáng)人，碩士，從事植物廢棄物資源化利用研究工作，E-mail: fengxiaoyan@sztechand.com.cn。

裴福云，工程師，博士，從事納米材料在土壤修復(fù)、光催化領(lǐng)域方面的應(yīng)用研究及新型基質(zhì)材料研究工作，E-mail: peify@126.com。

10.16178/j.issn.0528-9017.20170855

X71

A

0528-9017(2017)08-1485-04

文獻(xiàn)著錄格式：馮曉燕，彭琴，張英，等. 基于園林植物廢棄物的無土栽培基質(zhì)研究及應(yīng)用[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，58(8)：1485-1488.