不同有機(jī)廢棄物堆制基質(zhì)的理化性狀研究

孫延穩(wěn)，修梅艷，陳爾學(xué)，張曉文，劉幸紅，高 嘉，馬海林，劉方春

（1.菏澤市定陶區(qū)人社局，山東 菏澤 274100；2.青島新都市設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，山東 青島 266073；3.定陶區(qū)林業(yè)局，山東 菏澤274100；4.聊城市田莊苗圃，山東 聊城 252000；5.山東省林業(yè)科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250014）

基質(zhì)栽培是無(wú)土栽培的最主要形式[1]，而適宜栽培基質(zhì)的選擇是實(shí)現(xiàn)林木花卉良種工廠化繁育的重要環(huán)節(jié)，基質(zhì)要符合不同林木花卉良種育苗的生長(zhǎng)要求，要滿足規(guī)?；a(chǎn)的需求，還要取材容易、價(jià)格低廉[1-2]，而平衡根系輕基質(zhì)容器育苗技術(shù)對(duì)栽培基質(zhì)又提出了更高的要求。平衡根系輕基質(zhì)容器育苗技術(shù)要求育苗基質(zhì)經(jīng)過(guò)育苗成型機(jī)的成型后再用于育苗，但是基質(zhì)經(jīng)過(guò)育苗成型機(jī)的成型作用以后，其理化性質(zhì)，特別是物理性質(zhì)必然發(fā)生變化，最終會(huì)影響育苗的效果[3]。研究不同復(fù)合基質(zhì)在育苗成型機(jī)的成型作用前后的理化性質(zhì)的變化，為育苗成型機(jī)配套基質(zhì)的合理選擇及應(yīng)用提供可靠的理論依據(jù)，是十分必要的。

泥炭是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的良好的育苗基質(zhì)，以它為主要材料的復(fù)配基質(zhì)，在不同種類的林木花卉育苗中取得了較好的效果[4-5]，目前生產(chǎn)上普遍使用的就是美國(guó)康奈爾大學(xué)開發(fā)的泥炭與蛭石、珍珠巖復(fù)配成的四種育苗基質(zhì)[1,6]。由于成型作用對(duì)基質(zhì)理化性質(zhì)的改變，這些基質(zhì)配方未必能滿足平衡根系輕基質(zhì)容器育苗技術(shù)的要求，故而開展以泥炭為主要基質(zhì)材料的成型基質(zhì)的育苗效果研究顯得尤為重要。泥炭?jī)r(jià)格較高，而且全球泥炭資源有限，短時(shí)間無(wú)法更新[7]。沼澤泥炭還可以固定空氣中的CO2，大量開采會(huì)使大氣CO2濃度升高，導(dǎo)致地球變暖，所以應(yīng)用受到限制[8-9]。因此，很多國(guó)家，甚至是一些富泥炭國(guó)家，開始限制泥炭的使用[6]。開展有機(jī)廢棄物堆制基質(zhì)用于林木平衡根系容器育苗基質(zhì)的研究，篩選出能夠完全替代或部分替代泥炭的基質(zhì)材料，可以較大幅度地降低育苗成本，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[10-13]。鑒于此，本項(xiàng)研究選擇菇渣、草漿造紙廢料、木漿造紙廢料、玉米秸稈廢料等有機(jī)廢棄物作為研究對(duì)象，對(duì)于有機(jī)廢棄物堆制基質(zhì)的理化性質(zhì)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，進(jìn)而為替代泥炭提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐。同時(shí)，利用這些物質(zhì)生產(chǎn)基質(zhì)不但可以解決當(dāng)前棘手的農(nóng)業(yè)環(huán)境污染與資源浪費(fèi)問(wèn)題，還能為基質(zhì)的商業(yè)化生產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)、廣泛、廉價(jià)的原材料，變廢為寶，一舉兩得。

1 材料與方法

1.1 幾種工農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物與堆制方法

菇渣：為平菇下腳料，產(chǎn)于平陰蘑菇基地，對(duì)菇渣直接堆制；草漿造紙廢料：產(chǎn)于山東泉林紙業(yè)，由破碎的小麥秸稈和少量的污泥組成。加入尿素調(diào)節(jié)碳氮比為30：1后堆制；木漿造紙廢料：產(chǎn)于山東晨鳴紙業(yè)，由破碎的木片和少量的污泥組成，加入尿素調(diào)節(jié)碳氮比為30：1后堆制；玉米秸稈廢料：產(chǎn)于濟(jì)南歷城區(qū)的遙墻鎮(zhèn)，粉碎后，混入一定比例的牛糞和城市污泥，再加入尿素調(diào)節(jié)碳氮比為30：1后堆制。對(duì)上述各有機(jī)材料加水至60%左右，分別進(jìn)行堆制。每天測(cè)定堆體不同部位的溫度，當(dāng)溫度達(dá)到最高并開始下降時(shí)翻堆，直至堆體不再升溫時(shí)停止翻堆，自然堆放兩個(gè)月，然后對(duì)其理化性質(zhì)進(jìn)行測(cè)定。

1.2 測(cè)定方法

基質(zhì)容重的測(cè)定：用帶刻度燒杯法，首先測(cè)定濕容重，然后根據(jù)含水率計(jì)算干容重。

總孔隙度、通氣孔隙、持水孔隙、田間持水量、pH、電導(dǎo)率(EC)、陽(yáng)離子交換量(CEC)的測(cè)定參照魯如坤[14]的方法。

基質(zhì)重金屬的測(cè)定：重金屬Cu、Zn含量采用硝酸-高氯酸消煮樣品，原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定；Pb、Cd先用硝酸-高氯酸消煮樣品，用甲基異丁基甲酮(MIBK)萃取，原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定[15]。

基質(zhì)緩沖性能的測(cè)定：配制一個(gè)單位濃度的園試配方營(yíng)養(yǎng)液，并設(shè)置pH值分別為3.0、5.0、7.0、9.0共4個(gè)處理，然后將基質(zhì)分別浸入營(yíng)養(yǎng)液中（基質(zhì)重量與營(yíng)養(yǎng)液體積之比為1：5），24 h后過(guò)濾，用pH計(jì)測(cè)定濾液pH值[14]。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2013處理數(shù)據(jù)并制圖，采用SPSS 23.0軟件進(jìn)行方差分析與多重比較(Least significant difference,LSD)。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)廢棄物堆制基質(zhì)容重、孔隙度比較

容器育苗對(duì)基質(zhì)的容重有一定要求，過(guò)低起不到苗木的支撐作用，而過(guò)高則不利于運(yùn)輸，對(duì)苗木生長(zhǎng)也會(huì)產(chǎn)生不利影響。從表1可見(jiàn)，四種有機(jī)廢棄物堆制基質(zhì)的容重均處于使植株能夠良好生長(zhǎng)的指標(biāo)范圍（0.1～0.8 g/cm3），其中，玉米秸稈廢料堆制基質(zhì)的容重最大，并顯著大于其他處理，這與添加的牛糞和污泥有關(guān)；草漿造紙廢料的容重小于木漿造紙廢料堆制基質(zhì)，這是由于木漿造紙廢料的木質(zhì)素含量較高、腐解程度較低造成的；菇渣的容重最小。四種有機(jī)廢棄物堆制基質(zhì)與泥炭相比，菇渣比泥炭輕，其他3種基質(zhì)的容重均高于泥炭，而且玉米秸稈廢料堆制基質(zhì)的容重高出泥炭近兩倍。除草漿造紙廢料和木漿造紙廢料容重差異不顯著外，其他基質(zhì)材料之間均達(dá)到顯著差異水平。

從表1可知，四種有機(jī)廢棄物堆制基質(zhì)的總孔隙度以草漿造紙廢料達(dá)到了理想基質(zhì)的總孔隙度指標(biāo)（70%～90%），菇渣的次之，玉米秸稈廢料基質(zhì)的最小，它們之間均達(dá)到顯著差異水平。菇渣基質(zhì)的通氣孔隙最多，持水孔隙最少，氣水比最大；木漿造紙廢料基質(zhì)的通氣孔隙最少，持水孔隙最多，氣水比最大。與泥炭相比，草漿造紙廢料的總孔隙度高于泥炭，但兩者之間的差異并不顯著，其他有機(jī)廢棄物的總孔隙度均顯著低于泥炭；草漿造紙廢料、玉米秸稈廢料的氣水比與泥炭差異不大，均處于理想范圍（1：1.5～1：4）。

表1 不同有機(jī)廢棄物堆制基質(zhì)容重與孔隙度

2.2 有機(jī)廢棄物堆制基質(zhì)總碳、全氮與碳氮比

從表2可見(jiàn)，四種有機(jī)廢棄物堆制基質(zhì)的總碳、全氮及碳氮比差異較大。其中泥炭的有機(jī)質(zhì)、全氮含量最高，玉米秸稈廢料堆制基質(zhì)的最低，草漿造紙廢料和木漿造紙廢料的有機(jī)質(zhì)、全氮含量差異不顯著；四種有機(jī)廢棄物堆制基質(zhì)的有機(jī)質(zhì)均顯著低于泥炭，菇渣的全氮含量高于泥炭，其他均顯著低于泥炭；四種有機(jī)廢棄物堆制基質(zhì)的碳氮比均低于泥炭，碳氮比代表了基質(zhì)的發(fā)酵程度和生物學(xué)穩(wěn)定性，這表明四種有機(jī)廢棄物堆制基質(zhì)發(fā)酵完全，其生物學(xué)穩(wěn)定性較強(qiáng)。

表2 不同基質(zhì)材料總碳、總氮及碳氮比

2.3 有機(jī)廢棄物堆制基質(zhì)pH值和電導(dǎo)率

從圖1可見(jiàn)，四種有機(jī)廢棄物堆制基質(zhì)的pH值之間差異顯著（P＜0.05），所有堆制基質(zhì)皆呈偏堿性。理想基質(zhì)的pH值為5.5～6.5，從表中可以看出，四種有機(jī)廢棄物堆制基質(zhì)的pH值均偏高，應(yīng)視各樹種對(duì)基質(zhì)酸堿度的不同要求調(diào)節(jié)后使用。

由圖1還可知，四種有機(jī)廢棄物堆制基質(zhì)的電導(dǎo)率值均顯著高于泥炭，草漿造紙廢料堆制基質(zhì)的電導(dǎo)率值高達(dá)6 ms·cm-1，超出了作物生長(zhǎng)安全EC值（≤ 2.6 ms.cm-1）范圍[3]，菇渣的電導(dǎo)率略超出作物生長(zhǎng)安全臨界值，木漿造紙廢料和玉米秸稈廢料堆制基質(zhì)的EC值皆在安全范圍內(nèi)。

圖1 不同基質(zhì)的pH值和電導(dǎo)率

2.4 有機(jī)廢棄物堆制基質(zhì)CEC值與pH緩沖性分析

CEC的大小，基本上代表了土壤可能保持的養(yǎng)分?jǐn)?shù)量，它決定著基質(zhì)保持和供應(yīng)養(yǎng)分的能力、基質(zhì)對(duì)酸和堿的緩沖性能等。不同基質(zhì)材料的(CEC)值相差很大（圖2），四種有機(jī)廢棄物堆制基質(zhì)中菇渣最大，玉米秸稈廢料較小，但有機(jī)廢棄物堆制基質(zhì)陽(yáng)離子交換性能明顯低于泥炭。

圖2 不同基質(zhì)材料陽(yáng)離子代換量的差異

表3是各種基質(zhì)材料在不同pH值的營(yíng)養(yǎng)液中經(jīng)24小時(shí)后溶液pH值的變化情況。四種有機(jī)廢棄物堆制基質(zhì)均有一定的緩沖能力。木漿造紙廢料堆制基質(zhì)對(duì)不同的營(yíng)養(yǎng)液緩沖性能最好，玉米秸稈廢料相對(duì)較差。但四種有機(jī)廢棄物堆制基質(zhì)的pH值在酸性營(yíng)養(yǎng)液中都在7以上，在單獨(dú)用于無(wú)土栽培時(shí)需降低pH值。

表3 不同基質(zhì)材料緩沖性能比較

2.5 有機(jī)廢棄物堆制基質(zhì)主要營(yíng)養(yǎng)成分和重金屬分析

基質(zhì)中營(yíng)養(yǎng)成分含量代表了基質(zhì)供給作物養(yǎng)分的潛在能力，其養(yǎng)分含量越高，基質(zhì)的利用價(jià)值也就越大。如表4所示，菇渣的氮磷鉀養(yǎng)分含量最高；草漿造紙廢料和木漿造紙廢料的之間氮磷養(yǎng)分含量差異不顯著，草漿造紙廢料的鉀養(yǎng)分含量顯著高于木漿造紙廢料；玉米秸稈廢料的氮磷養(yǎng)分含量最低。這些基質(zhì)材料在單獨(dú)使用時(shí)，外加養(yǎng)分應(yīng)考慮基質(zhì)材料營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)的不同。

表4 不同基質(zhì)材料的主要營(yíng)養(yǎng)成分

從表5可見(jiàn)，草漿造紙廢料、木漿造紙廢料和玉米秸稈廢料堆制基質(zhì)均明顯高于菇渣，但四種有機(jī)廢棄物堆制基質(zhì)的重金屬含量均沒(méi)有超過(guò)污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)的限值，用于栽培基質(zhì)是安全的。

表5 不同基質(zhì)材料的重金屬含量的差異/g/kg

3 討論與結(jié)論

栽培基質(zhì)是新型高效農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)，被廣泛應(yīng)用于花卉工廠化種苗生產(chǎn)、蔬菜工廠化種苗生產(chǎn)以及蔬菜和花卉的無(wú)土栽培領(lǐng)域[1-2]。如何開發(fā)一種性能穩(wěn)定、養(yǎng)分豐富、來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、無(wú)污染且便于規(guī)?；a(chǎn)的基質(zhì)產(chǎn)品至關(guān)重要[6-7]。本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)草漿造紙廢料、木漿造紙廢料、玉米秸稈廢料、菇渣堆制基質(zhì)的物理化學(xué)特性研究分析發(fā)現(xiàn)：草漿造紙廢料容重較輕，總孔隙度較高且與泥炭相當(dāng)，氣水比在理想范圍，生物學(xué)穩(wěn)定性較強(qiáng)，pH緩沖性能較好，主要營(yíng)養(yǎng)含量較豐富，重金屬含量較低，但其電導(dǎo)率過(guò)高、pH值偏高；木漿造紙廢料容重較輕，生物學(xué)穩(wěn)定性較強(qiáng)，pH緩沖性能較好，主要營(yíng)養(yǎng)含量較豐富，重金屬含量較低，但其通氣孔隙度過(guò)低，pH值偏高；玉米秸稈廢料堆制基質(zhì)氣水比在理想范圍，生物學(xué)穩(wěn)定性較強(qiáng)，pH緩沖性能較好，氮含量略低，重金屬含量較低，但其容重較大、總孔隙度偏低、pH值偏高；菇渣基質(zhì)的容重較輕，總孔隙度較高，生物學(xué)穩(wěn)定性較強(qiáng)，pH緩沖性能較好，主要營(yíng)養(yǎng)含量非常豐富，重金屬含量最低，但其通氣孔隙度過(guò)高、電導(dǎo)率偏高、pH值偏高。由此可見(jiàn)，四種有機(jī)廢棄物堆制基質(zhì)的理化性狀存在明顯差異，且保肥、供肥能力皆大大低于泥炭。

綜上，4種有機(jī)廢棄物堆制基質(zhì)均不能單獨(dú)用于栽培基質(zhì)，應(yīng)復(fù)配其他材料使其理化性狀達(dá)到理想基質(zhì)的要求，并且在使用過(guò)程中還應(yīng)注意及時(shí)補(bǔ)充養(yǎng)分。關(guān)于不同有機(jī)廢棄物堆制基質(zhì)的優(yōu)化組合還有待于后期進(jìn)一步研究。