園林廢棄物堆肥替代泥炭對(duì)紫薇容器育苗影響研究

吳宇，張蕾，邸東柳，李意峰，張曉飛，田鋒，張林菁，武浩然，牛小云

(1河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 園林與旅游學(xué)院，河北 保定 071000；2中國林業(yè)科學(xué)研究院 林木遺傳育種國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100091)

容器育苗是一種利用指定容器來對(duì)林木、花卉等進(jìn)行培養(yǎng)的育苗方法，作為當(dāng)前先進(jìn)的苗木生產(chǎn)技術(shù)，受到各個(gè)國家的推廣和應(yīng)用[1]。與裸根苗木進(jìn)行比較，容器育苗的幼苗成活比例高、苗木生長品質(zhì)好，且有造林季節(jié)長、苗木培育時(shí)間短、出圃率高等優(yōu)勢(shì)[2]。大量研究表明，栽培基質(zhì)的選擇很大程度上決定了容器育苗能否成功[3]。泥炭，又稱“草炭”，是一種理想的基質(zhì)材料，國內(nèi)外多選用泥炭與蛭石、珍珠巖等，以不同的比例進(jìn)行混合作為栽培基質(zhì)，其具有容重小，便于運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。但泥炭屬于不可再生資源，多年來的大量開采，使得泥炭資源迅速減少，泥炭價(jià)格也急劇上漲。同時(shí)泥炭資源的過度使用，引發(fā)了一系列環(huán)境問題，世界各國都在積極尋求新的基質(zhì)材料[4]。

園林廢棄物指在城市綠化及園林維護(hù)過程中產(chǎn)生的枯枝、落葉、草屑等有機(jī)廢棄物[5]，其來源廣、價(jià)格低，具有很大的利用價(jià)值。將園林廢棄物進(jìn)行堆肥化處理，不僅防止了焚燒、填埋等傳統(tǒng)處理方式引發(fā)的環(huán)境污染，也實(shí)現(xiàn)了其資源化的合理應(yīng)用。國內(nèi)國外已有專家學(xué)者展開了相關(guān)研究并獲取了一些進(jìn)展。如李燕等篩選出適宜紅掌和鳥巢蕨生長的基質(zhì)中園林廢棄物堆肥添加比例分別為60%和60%～80% ；魏樂等發(fā)現(xiàn)金盞菊(CalendulaofficinalisL.)的幼苗在園林廢棄物堆肥比例為25%和50%的基質(zhì)中生長良好[6-7]。

紫薇(LagerstroemiaindicaKoehne)形態(tài)優(yōu)美，具有極大的觀賞價(jià)值。作為河北省少有的夏花樹木之一，在園林綠化中發(fā)揮著重要作用。目前高質(zhì)量的紫薇苗木仍存在較大的市場缺口，尤其是在雄安新區(qū)建設(shè)對(duì)綠化苗木大量急需的特殊背景下，紫薇容器育苗研究意義重大。因此本試驗(yàn)將以園林廢棄物堆肥替代泥炭對(duì)紫薇容器育苗影響進(jìn)行研究，篩選出適宜紫薇容器苗生長的最佳基質(zhì)配方，為園林廢棄物堆肥今后在苗木培育中的廣泛合理利用提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 育苗基質(zhì)材料 草炭土、珍珠巖及堆肥，試驗(yàn)地點(diǎn)位于河北農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)園林與旅游學(xué)院實(shí)踐教學(xué)溫室。

1.1.2 試驗(yàn)種子及處理 將紫薇種子用清水清洗浸泡約1 h，種子略微吸脹后在0.5%的高錳酸鉀溶液中浸泡2 h，進(jìn)行種子消毒，再用流動(dòng)的水沖洗種子，將種子放入清水中浸泡約24 h，待第2天將種子撈出，用濕棉布覆蓋，隔半天淋洗1次種子，防止種子因?yàn)樗秩笔Ш蜔崃窟^高致死。

1.1.3 育苗容器以及藥品肥料 播種苗采用10 cm(直徑)×15 cm(高)的聚乙烯塑料容器，容器內(nèi)表面均勻分布突出的導(dǎo)根肋，盆底含小孔有助于水分排出，并使苗木根部與空氣接觸進(jìn)行修根。肥料采用奧綠控釋肥料，m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=14∶13∶13，肥效5～6個(gè)月。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用了單因素設(shè)計(jì)，試驗(yàn)設(shè)置1個(gè)對(duì)照組，6個(gè)處理組，5個(gè)重復(fù)，每1重復(fù)培育30株苗，試驗(yàn)基質(zhì)的配比按不同成分體積百分比配置，見表1。

表1 紫薇基質(zhì)配方

Table 1 Substrate formula of Lagerstroemia indica%

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 基質(zhì)材料處理 分別將園林廢棄物堆肥過1 cm篩，然后與珍珠巖、草炭土分別按試驗(yàn)設(shè)計(jì)的比例混合，加入肥料，使用3%工業(yè)硫酸亞鐵進(jìn)行基質(zhì)消毒(規(guī)格為25 kg/m3)。

1.3.2 種子播種及苗期管理 種子催芽完成后，進(jìn)行播種，每1容器播4～5粒，播后在其上均勻蓋土0.5 cm左右。之后每天對(duì)其噴水2～3次，直至幼苗破土，維持基質(zhì)濕潤狀態(tài)。幼苗出土30 d后進(jìn)行間苗，每個(gè)容器保留1株健壯苗木，幼苗期保持基質(zhì)濕潤，每隔7 d噴施1次多菌靈防治病害。速生期保持基質(zhì)飽和含水量在70%以上，生長后期每隔5～7 d灌水1次。

1.4 測定項(xiàng)目與方法

1.4.1 基質(zhì)物理性質(zhì)測定 每個(gè)處理中隨機(jī)取5個(gè)樣，用環(huán)刀取樣后，分別測定基質(zhì)容重(D)、總孔隙度(P)、通氣孔隙度(A)以及持水孔隙度(W)[8]。

1.4.2 基質(zhì)化學(xué)性質(zhì)測定[9]基質(zhì)pH用pH計(jì)來測定；用電導(dǎo)測量儀測量懸液的EC值；全氮的含量采用凱氏定氮法；全磷含量采用鉬銻抗比色法；全鉀含量采用磷酸消煮-原子吸收分光光度計(jì)法；堿解氮測定采用堿解擴(kuò)散法；有效磷測定采用鹽酸-氟化銨浸提-鉬銻抗比色法。

1.4.3 苗高、地徑、生物量的測定 苗高測量：5月、6月及9月每月中旬用精度為0.001 m的卷尺測量株高。地徑：6月、7月、8月及9月每月中旬，用20分度的游標(biāo)卡尺在根部以上1 cm處測量地徑。生物量：植物收獲后80℃的烘箱中干燥72 h，至恒重后，用電子天平(精度為0.000 1 g)對(duì)根生物量、莖生物量以及葉生物量進(jìn)行稱定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用 Microsoft Office Excel 2010 和 SPSS 22.0 數(shù)據(jù)處理軟件來做方差分析及多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 添加不同比例的堆肥對(duì)苗高、地徑的影響

不同基質(zhì)處理的苗木在不同生長時(shí)期苗高生長變化情況如圖1所示。

圖1 添加不同比例的堆肥對(duì)苗高的影響

Figure 1 Effects of different proportions of compost substrate on seedling height

注：圖中字母代表不同處理間的比較(P<0.05)，下同。

由圖1可知，在5月份，各處理間苗高差異不顯著(P<0.05)，范圍在7.28～7.74 cm。在6月份，處理A1、A2及 A3，差異不顯著；當(dāng)廢棄物堆肥比重≥30%時(shí)，處理組苗高出現(xiàn)顯著性降低。生長到9月份，各個(gè)處理中苗高隨著堆肥添加比例的增大表現(xiàn)為先上升而后下降的態(tài)勢(shì)，在A3處理中達(dá)到最高，與對(duì)照組A1有顯著差異，分別高于對(duì)照11.56%、10.18%。

不同基質(zhì)處理的苗木在不同生長時(shí)期地徑生長變化情況如圖2所示。

圖2 添加不同比例的堆肥對(duì)地徑的影響

Figure 2 Effects of different proportions of compost substrate on ground diameter

由圖2可知，從6月到9月，苗木地徑在各處理間具有相似的變化趨勢(shì)，隨著堆肥比例的增加呈遞減趨勢(shì)。其中6月與8月，處理A2、A3、A4與對(duì)照組A1之間沒有顯著差異(P>0.05)，7月與9月，處理A1、A2、A3之間差異不顯著(P>0.05)，且在9月時(shí)，苗木地徑在A3處理達(dá)到最大值，為12.87 mm。

由此可知，當(dāng)基質(zhì)中堆肥占比≤20%時(shí)，在各時(shí)期苗木的株高、地徑均與對(duì)照A1差異不顯著；而堆肥比例過高時(shí)，則會(huì)對(duì)苗木生長產(chǎn)生抑制作用。當(dāng)堆肥量全部替代泥炭時(shí)，對(duì)苗高以及地徑的生長抑制作用最明顯。

2.2 添加不同比例的堆肥對(duì)苗木生物量的影響

不同基質(zhì)處理對(duì)苗木各組織生物量的影響，見表2。

表2 不同基質(zhì)處理對(duì)苗木各組織生物量的影響

注：表格中，同一列數(shù)字后不同字母代表差異顯著(P<0.05),下同。

由表2可知，從處理A1到A7，隨堆肥添加比例增大，地上生物量呈先升高后降低的變化趨勢(shì)。對(duì)于莖組織的生物量，除A7處理外，其他處理均顯著高于對(duì)照A1，最大值為A6處理的46.21 g/株。對(duì)于葉組織生物量，A5、A6顯著高于對(duì)照組A1，其余較A1處理有所提高，但差異不顯著(P>0.05)。與對(duì)照相比，根組織的生物量在A7處理出現(xiàn)顯著降低，其余處理均無明顯差異(P>0.05)。各處理的總生物量均與A1處理無顯著差異(P>0.05)，范圍為76.47 g/株～92.00 g/株。地上生物量/根生物量的比值隨堆肥量的增加逐漸增大，且均顯著高于A1處理，最小值為 A1處理2.17g/株，最大值為 A7處理3.81 g/株。由此可見，園林廢棄物堆肥的添加有利于苗木地上部分生物量的積累，而對(duì)地下部分生物量影響不大。

2.3 添加不同比例的堆肥對(duì)基質(zhì)物理性質(zhì)的影響

不同園林廢棄物堆肥基質(zhì)配方物理性質(zhì)見表3。

表3 不同園林廢棄物堆肥基質(zhì)配方物理性質(zhì)

由表3可知，隨基質(zhì)中的堆肥比重增加，各處理基質(zhì)容重遞增，除A2處理外，其他處理與對(duì)照A1相比均有顯著提高，范圍在0.10 g/cm3～0.32 g/cm3?；|(zhì)通氣孔隙度在各處理間無顯著差異(P>0.05)，范圍在30.73%～32.34%；而基質(zhì)持水孔隙度在處理A1到A3無顯著差異且在A1有最大值，為47.57%。當(dāng)堆肥量≥30%時(shí)，持水孔隙度顯著小于對(duì)照A1。總孔隙度在各處理間的變化趨勢(shì)與持水孔隙相類似，亦是從處理A4開始顯著低于對(duì)照A1。

2.4 添加不同比例的堆肥對(duì)基質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的影響

2.4.1 不同處理的基質(zhì)pH值 不同處理的基質(zhì)pH值見圖3。

圖3 不同處理的基質(zhì)pH值

由圖3可知，種苗前和取苗后各處理基質(zhì)的pH值隨著堆肥比例增加基本呈上升趨勢(shì)且均顯著高于對(duì)照A1處理。但從A1到A5處理，種苗前基質(zhì)的pH值顯著小于取苗后基質(zhì)的pH值，而對(duì)于A6和A7，種苗前基質(zhì)的pH值大于取苗后的值。其中種苗前基質(zhì)在堆肥量≤30%時(shí)，pH范圍為5.11～6.43呈微酸性，從A5處理開始基質(zhì)pH均大于7.00，最大為處理A7的7.76；而取苗后基質(zhì)pH從A4處理開始均大于7.00，最大為處理A6的7.43。

2.4.2 不同處理的基質(zhì)EC值 不同處理的基質(zhì)EC值見圖4。

圖4 不同處理的基質(zhì)EC值

由圖4可知，各配比基質(zhì)EC在種苗前和取苗后隨堆肥量的增大有著不同的變化趨勢(shì)。種苗前不同處理的基質(zhì)EC含量顯著高于A1處理，且隨堆肥比重的上升而遞增，A7處理處達(dá)到最大值，為2.94 ms/cm，是對(duì)照組的2倍之高。取苗后不同處理基質(zhì)EC則呈相反趨勢(shì)，A1處理顯著高于其他處理組，呈遞減態(tài)勢(shì)，A4處理除外。A1至A7，種苗前基質(zhì)中的EC含量大于取苗后基質(zhì)EC含量。這可能與在苗木生長過程中，其根系吸收了基質(zhì)中的礦質(zhì)元素，從而使基質(zhì)中EC含量降低有關(guān)。

2.4.3 不同處理基質(zhì)中全氮含量 不同處理基質(zhì)中全氮含量見圖5。

圖5 不同處理基質(zhì)中全氮含量

由圖5可知，堆肥處理顯著增加土壤全氮含量(P<0.05)，全氮含量隨堆肥占比增加而增加，在A7處理達(dá)到最大值，為13.57 g/kg。由此可見，添加堆肥有利于基質(zhì)中氮元素的積累。

2.4.4 不同處理基質(zhì)中全磷含量 不同處理基質(zhì)中全磷含量見圖6。

圖6 不同處理基質(zhì)中全磷含量

Figure 6 Total phosphorus content in different substrates

由圖6可知，園林廢棄物堆肥處理顯著增加土壤中全磷含量，除A4處理外，其他處理呈上升的變化態(tài)勢(shì)。A1處理的全磷含量最低，為0.25 g/kg；A4處理最高，為1.09 g/kg，是A1的4.36倍。由此可見添加堆肥處理有利于基質(zhì)中磷元素的積累。

2.4.5 不同處理基質(zhì)中全鉀含量 不同處理基質(zhì)中全鉀含量見圖7。

圖7 不同處理基質(zhì)中全鉀含量

由圖7可知，堆肥處理顯著增加土壤全鉀含量，全鉀含量隨堆肥占比增加而增加，在A7處理達(dá)到最大，為0.15 g/kg，顯著高于對(duì)照組A1。由此可見，添加堆肥有利于基質(zhì)中鉀元素的積累。

2.4.6 不同處理基質(zhì)中有效磷含量 不同處理基質(zhì)中有效磷含量見圖8。

圖8 不同處理基質(zhì)中有效磷含量

由圖8可知，園林廢棄物堆肥處理顯著增加了土壤中有效磷含量，有效磷含量隨堆肥占比增加而增加。A5處理最高，為21.96 mg/kg。由此可見，添加堆肥有利于基質(zhì)中有效磷的積累。

2.4.7 不同處理基質(zhì)中堿解氮含量 不同處理基質(zhì)中堿解氮含量見圖9。

圖9 不同處理基質(zhì)中堿解氮含量

由圖9可知，堆肥處理顯著增加土壤中堿解氮含量，隨堆肥占比增加而增加。且均顯著高于A1處理，在A7處理達(dá)到最大值，為176.11 mg/kg，為對(duì)照組A1的2.19倍。由此可見，添加堆肥有利于基質(zhì)中堿解氮的積累。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

苗高及地徑對(duì)于評(píng)定容器苗能否達(dá)標(biāo)十分的重要[10]。本試驗(yàn)中，苗木生長到9月份時(shí)，根據(jù)花灌木(常綠或落葉)容器苗標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)容器規(guī)格為#5時(shí)，苗木高度為60～100 cm，苗木在各處理間均達(dá)標(biāo)[11]。但當(dāng)堆肥量為20%時(shí)，9月份苗高顯著大于對(duì)照組A1處理且在所有處理中最大，地徑與對(duì)照A1無顯著差異。

添加一定比例的堆肥之后，根生物量在不同處理間雖有下降趨勢(shì)，但總體差異不大，只有當(dāng)園林廢棄物堆肥全部將泥炭替換用作苗木培育基質(zhì)時(shí)，才顯著低于對(duì)照。而苗木地上生物量及總生物量均表現(xiàn)為先增大后減小的趨勢(shì)。此結(jié)果與李燕等的研究結(jié)果相似[6]?？梢娫耘嗷|(zhì)中添加一定量的堆肥可促進(jìn)紫薇苗木地上部分生長，這可能是由于堆肥中存在大量營養(yǎng)元素，從而促進(jìn)了基質(zhì)中有效營養(yǎng)物質(zhì)的積累；出現(xiàn)下降趨勢(shì)可能是由于添加堆肥比例過大，使得基質(zhì)總孔隙度以及持水孔隙度過低，從而限制了苗木地上部分生長[12]。

基質(zhì)的理化性質(zhì)對(duì)苗木生長至關(guān)重要[2]?；|(zhì)的容重大小顯示了基質(zhì)的密實(shí)程度，其可作為判斷基質(zhì)肥力狀況的指標(biāo)之一。本試驗(yàn)在各處理中容重隨堆肥量的增加基本呈顯著遞增趨勢(shì)，但均在理想范圍內(nèi)(0.1～0.8 g/cm3)，在此范圍內(nèi)的基質(zhì)能較好的固定苗木根系并具有良好的通氣透水性[13]；總孔隙度反映了基質(zhì)對(duì)空氣和水分的容納能力[14]，而持水孔隙度和通氣孔隙度分別與基質(zhì)對(duì)水分的吸附力及基質(zhì)的通氣性能相關(guān)[15]。處理A1到A3中基質(zhì)總孔隙度以及持水孔隙度均未有顯著差異，而通氣孔隙度在所有處理中差異不顯著。紫薇喜微酸性及中性生長環(huán)境，且有研究顯示微酸性及中性的基質(zhì)中營養(yǎng)元素種類較多且含量較高[16]。本試驗(yàn)種苗前基質(zhì)pH在處理A1到A4小于7.00，取苗后基質(zhì)pH在處理A1到A3小于7.00，利于苗木的生長。EC值是測定基質(zhì)中可溶性鹽濃度的指標(biāo)，各配比基質(zhì)EC值在種苗前和取苗后隨堆肥量的增加有不同的變化趨勢(shì)，種苗前隨堆肥量增加，基質(zhì)EC值基本遞增且均顯著高于對(duì)照；取苗后基質(zhì)EC值從處理A1到A7基本呈遞減趨勢(shì)。而各基質(zhì)中全氮、全磷、全鉀及有效磷、堿解氮含量顯著增加，有研究顯示富含氮、磷含量的栽培基質(zhì)對(duì)苗木生長與根系發(fā)育起促進(jìn)作用[2]。

3.2 結(jié)論

通過對(duì)不同配比混合組成的7種基質(zhì)配方理化性質(zhì)及形態(tài)指標(biāo)的測定，可以看出苗高、地徑和各組織的生物量以及持水孔隙和總孔隙度隨堆肥比重的增加呈先上升后下降趨勢(shì)；而基質(zhì)容重、pH、取苗前的EC值以及全氮、全磷、全鉀、有效磷、有效鉀均隨堆肥比重的增加呈遞增趨勢(shì)，由此可見不同的基質(zhì)配方對(duì)紫薇理化性質(zhì)及其形態(tài)有極大影響。

紫薇苗木在各處理間均達(dá)到花灌木容器苗標(biāo)準(zhǔn)，但當(dāng)基質(zhì)中堆肥量過高時(shí)，會(huì)對(duì)苗木生長有抑制作用。綜合苗木生長各項(xiàng)指標(biāo)來看，當(dāng)堆肥量≤20%時(shí)，苗木在生長前期，株高與對(duì)照差異不顯著，在生長后期對(duì)苗木的生長起促進(jìn)作用，而苗木地徑在各個(gè)生長時(shí)期均與對(duì)照無顯著差異；且在堆肥量為20%時(shí)，莖生物量顯著性的高于對(duì)照，因此本試驗(yàn)的最佳基質(zhì)配方為泥炭土55%，珍珠巖25%，園林廢棄物堆肥20%。