沼肥對(duì)玉米種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響

曹宇東，陰美曉，田永蘭，張化永

（華北電力大學(xué)工程生態(tài)學(xué)與非線性科學(xué)研究中心，北京 102206）

沼肥是人畜糞便和作物秸稈、垃圾等廢棄物經(jīng)過(guò)厭氧發(fā)酵得到的沼液、沼渣的統(tǒng)稱(chēng)［1-3］。營(yíng)養(yǎng)成分全面，富含腐殖質(zhì)等有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀、維生素、各種微量元素等，可以迅速被作物吸收利用，促進(jìn)植物生長(zhǎng)［4，5］。近年來(lái)，許多研究都表明施用沼肥在提高作物產(chǎn)量，改善作物質(zhì)量，防治病蟲(chóng)害，改善土壤結(jié)構(gòu)方面有顯著的作用［6-9］。然而在實(shí)際的生產(chǎn)活動(dòng)中，沼肥的性質(zhì)往往與發(fā)酵的原料有密切關(guān)系，不同類(lèi)型的發(fā)酵原料所產(chǎn)生的沼肥的肥效、有機(jī)質(zhì)含量、污染物含量也各不相同，對(duì)植物的生長(zhǎng)也有所差異［10，11］。

沼肥在施用過(guò)程中對(duì)植物的影響受到普遍關(guān)注。現(xiàn)階段，大部分研究集中在沼肥對(duì)植物幼苗階段的影響，此階段植物生長(zhǎng)較快，受外界因素的干擾影響較大［12-15］。劉媛媛等［16］的研究發(fā)現(xiàn)稀釋 100 倍的沼液催熟和浸種對(duì)早熟禾的效果最好，活力指數(shù)相較于對(duì)照組分別提高了35.38%、39.49%。李金懷等［17］對(duì)沼氣工程產(chǎn)生的沼渣進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，沼渣具有良好的育苗基質(zhì)的物理性質(zhì)，營(yíng)養(yǎng)成分有利于苗木生長(zhǎng)，而且氮磷鉀受發(fā)酵原料條件等的影響較大。馮?，|等［18］采用田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)沼渣處理后青菜產(chǎn)量較空白組提升704～1 481 kg/hm2。

永定河上游的洋河流域內(nèi)建有京津綠色農(nóng)副產(chǎn)品基地，是優(yōu)良的糧食、蔬菜與瓜果產(chǎn)地，有機(jī)肥需求量大［19］。而且流域內(nèi)秸稈產(chǎn)量大，但是秸稈的綜合利用效率較低，農(nóng)村家庭養(yǎng)殖和畜牧業(yè)生產(chǎn)的牲畜糞便產(chǎn)生量巨大，是生產(chǎn)有機(jī)肥的優(yōu)質(zhì)原料。然而受到技術(shù)條件的限制，有機(jī)肥生產(chǎn)主要以自制為主，缺少成熟的工藝條件［20］。因此，根據(jù)區(qū)域種植規(guī)律以及植物生長(zhǎng)需求，采用厭氧發(fā)酵技術(shù)處理生活污水和生物質(zhì)原料，生產(chǎn)高品質(zhì)沼肥，可以滿足根系覆土、植物生長(zhǎng)需求。因發(fā)酵原料、發(fā)酵溫度、pH、發(fā)酵工藝等對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物沼液、沼渣的影響較大，且沒(méi)有較統(tǒng)一的結(jié)論，導(dǎo)致后續(xù)的合理利用存在諸多的問(wèn)題［21］。之前對(duì)牛糞、豬糞、雞鴨糞等糞類(lèi)原料對(duì)沼肥的影響研究較多［21，22］，而秸稈類(lèi)對(duì)沼肥的影響研究還較少。

本研究選擇牛糞作為接種物，不同的農(nóng)業(yè)廢棄物（玉米秸稈、草莓藤葉、番茄藤葉、酒渣、葡萄藤和葡萄葉）作為發(fā)酵底物，經(jīng)過(guò)厭氧發(fā)酵制得不同種類(lèi)的沼肥，以當(dāng)?shù)爻Ｒ?jiàn)的經(jīng)濟(jì)作物玉米作為受試植物進(jìn)行試驗(yàn)。通過(guò)研究沼液浸種和沼渣對(duì)玉米種子發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)的影響，旨在了解不同種類(lèi)的沼肥對(duì)植物生長(zhǎng)的影響，以期為永定河上游洋河流域同類(lèi)地區(qū)的厭氧發(fā)酵和有機(jī)肥生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)種子為玉米（Zea maysL.）種子鄭單958，購(gòu)自山東富易公司。選取顆粒飽滿、大小均勻、健康無(wú)病等各項(xiàng)指標(biāo)良好的種子，用去離子水清洗并用酒精消毒備用。營(yíng)養(yǎng)土購(gòu)自北京市大興金奇樹(shù)花卉市場(chǎng)，陰涼避光儲(chǔ)存。

試驗(yàn)共設(shè)置了9 種沼肥處理，各處理原料組成見(jiàn)表1。原料與水混合后在500 mL 發(fā)酵罐（有效容積300 mL）內(nèi)厭氧發(fā)酵。發(fā)酵在中溫條件（37.0±0.2）℃，8%總固體濃度下運(yùn)行，發(fā)酵總周期59 d。接種物為洋河流域某奶牛場(chǎng)采得的儲(chǔ)備牛糞，底物為某農(nóng)場(chǎng)和某葡萄園采得的農(nóng)業(yè)廢棄物。制得的沼肥經(jīng)8 000 r/min 離心5 min 分離得到沼液和沼渣，均置于4 ℃的冰箱中儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

表1 各處理沼肥的發(fā)酵原料組成

1.2 方法

1.2.1 沼液試驗(yàn) 分別用稀釋一倍的沼液浸泡玉米種子18 h，以去離子水浸種的作為對(duì)照，在恒溫恒濕培養(yǎng)箱（HWS-160，寧波江南儀器廠）中培養(yǎng)，每組3次重復(fù)。培養(yǎng)溫度（25.0±1.0）℃，暗培養(yǎng)，相對(duì)濕度60%，每天補(bǔ)充適量的去離子水。每天記錄各處理玉米種子的發(fā)芽數(shù)，種子胚芽長(zhǎng)至種子長(zhǎng)度的一半時(shí)視為發(fā)芽，并在處理第7 天后每處理取10 粒測(cè)量胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)、胚芽重量和胚根重量［23］。計(jì)算種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)［16］，具體公式如下：

1.2.2 沼渣試驗(yàn) 沼渣和營(yíng)養(yǎng)土以1∶9 的濕重比例混合均勻放入盆中靜置1 d，以純營(yíng)養(yǎng)土為對(duì)照，每盆100 g。在每盆靜置后的土壤中播種5 粒玉米種子，覆土4 cm 左右。置于光照培養(yǎng)箱（GXZ-300B，寧波江南儀器廠），12 h 光照，12 h 黑暗，（27.0±1.0）℃下生長(zhǎng)，早晚澆水。第7 天記錄玉米種子發(fā)芽率，并保留長(zhǎng)勢(shì)最好的1 株繼續(xù)生長(zhǎng)。第14 天統(tǒng)計(jì)玉米幼苗的葉片數(shù)，測(cè)量株高，稱(chēng)量莖葉鮮重和根鮮重。將莖葉和根在（105±1）℃下烘干1 h，稱(chēng)量莖葉干重和根干重。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì) 采用Microsoft Excel 和SPSS 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理分析，用Origin 軟件繪制圖片，采用鄧肯氏新復(fù)極差法（DMRT）（P=0.05）進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)［16］。

2 結(jié)果與分析

2.1 沼液浸種對(duì)玉米種子發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)的影響

2.1.1 沼液對(duì)玉米種子發(fā)芽的影響 分析種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)能評(píng)價(jià)種子的發(fā)芽能力、發(fā)芽質(zhì)量和種子活力情況。如表2 所示，對(duì)照玉米種子的發(fā)芽率為61.67%，略低于其他相關(guān)試驗(yàn)對(duì)照組的發(fā)芽率［23］，發(fā)芽率較低的原因可能是浸種時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、種子之間的差異等造成的。與對(duì)照相比，玉米秸稈沼液浸種顯著提高玉米種子活力指數(shù)，玉米秸稈沼液浸種處理玉米種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)分別比對(duì)照增長(zhǎng)了2.69%、5.04%和131.60%。而其他溶液處理沼液對(duì)玉米種子發(fā)芽具有抑制作用，其發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)均低于對(duì)照。除牛糞沼液處理外，其他處理活力指數(shù)均高于對(duì)照。

表2 沼液浸種對(duì)玉米種子發(fā)芽的影響

沼液浸種作為一種簡(jiǎn)單、高效的種子處理技術(shù)被廣泛應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)當(dāng)中，其在濃度上也往往表現(xiàn)為低促高抑的作用［16，24］。試驗(yàn)中大部分處理沼液浸種對(duì)玉米種子發(fā)芽無(wú)明顯作用或有抑制作用，可能是沼液中的微量元素、水解酶、滲透壓等不同因素共同作用的結(jié)果［16］。其他的研究表明［25］，提高稀釋倍數(shù)可以緩解這種抑制作用，在合適的條件下還可以進(jìn)一步促進(jìn)種子的發(fā)芽。

2.1.2 沼液對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)的影響 圖1 為不同沼液處理對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)的影響。從圖1 可以看出，沼液浸種對(duì)玉米幼苗的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用。對(duì)照的芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)分別為（3.35±0.21）和（5.42±0.34）cm。其中，對(duì)芽長(zhǎng)促進(jìn)作用最明顯的為番茄藤葉沼液，為（10.34±0.26）cm，相較對(duì)照提升208.66%。玉米秸稈沼液對(duì)根長(zhǎng)的促進(jìn)作用最明顯，為（10.17±0.42）cm，比對(duì)照高87.64%。

圖1 沼液對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)的影響

2.1.3 沼液對(duì)玉米幼苗生物量的影響 如圖2 所示，沼液浸種對(duì)玉米幼苗的鮮重影響較大，而對(duì)根的鮮重影響較小。對(duì)照的幼苗鮮重、根鮮重分別為（0.14±0.01）和（0.10±0.02）g。所有處理沼液浸種的玉米幼芽重和根重均大于對(duì)照。其中酒渣沼液浸種的 幼 苗 重 最 大 ，為（0.42±0.02）g，較 對(duì) 照 增 長(zhǎng)200.00%。葡萄藤沼液處理的根重最大，為（0.15±0.02）g，較對(duì)照增長(zhǎng)50.00%。

圖2 沼液對(duì)玉米幼苗重和根重的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，沼液浸種會(huì)影響玉米種子的發(fā)芽，但能促進(jìn)玉米幼苗的生長(zhǎng)。氮磷鉀、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)和活性物質(zhì)一定程度上促進(jìn)了種子的新陳代謝，對(duì)玉米的生長(zhǎng)有調(diào)控作用，但較高的電解質(zhì)濃度則會(huì)脅迫種子，較高的滲透壓會(huì)破壞種子內(nèi)外的平衡，導(dǎo)致種子萌發(fā)受到抑制［26］。因此，結(jié)合玉米發(fā)芽和苗期生長(zhǎng)狀況綜合分析，玉米沼液最適合用作浸種液，其對(duì)玉米種子發(fā)芽的抑制作用較小，活力指數(shù)最高。在將來(lái)的生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中，可以進(jìn)一步降低沼液浸種濃度以提高種子發(fā)芽質(zhì)量。

2.2 沼渣對(duì)玉米種子發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)的影響

2.2.1 沼渣對(duì)玉米種子發(fā)芽的影響 該部分試驗(yàn)主要探究施加沼渣后，玉米種子發(fā)芽和發(fā)芽后到三葉期這段時(shí)間玉米幼苗的生長(zhǎng)狀況。由圖3 可以看出，施用沼渣使玉米種子發(fā)芽率下降。對(duì)照的種子全部發(fā)芽，而施用葡萄藤沼渣的種子發(fā)芽率最低，為73.33%。

圖3 沼渣對(duì)玉米種子發(fā)芽率的影響

2.2.2 沼渣對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)的影響 如圖4 所示，不同種類(lèi)的沼渣對(duì)玉米幼苗的生長(zhǎng)影響存在一定程度上的差異。經(jīng)過(guò)14 d 的培養(yǎng)，玉米幼苗的葉片均在3～4 片，此時(shí)玉米處于三葉期階段，這是玉米生長(zhǎng)的第一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，將從自養(yǎng)轉(zhuǎn)到異養(yǎng)生活。施用不同種類(lèi)的沼渣（除葡萄藤沼渣）均對(duì)玉米幼苗的株高有促進(jìn)作用，其中牛糞沼渣促進(jìn)作用最明顯。對(duì)照平均株高為（34.09±0.95）cm，而牛糞沼渣處理的玉米幼苗株高最高，為（39.05±1.95）cm，較對(duì)照提升14.55%。

圖4 沼渣對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)的影響

2.2.3 沼渣對(duì)玉米幼苗生物量的影響 從表3 可以看出，施用不同的沼渣對(duì)玉米幼苗的生長(zhǎng)均有促進(jìn)作用，這與其他研究結(jié)果相似［27，28］。牛糞沼渣對(duì)玉米幼苗鮮物質(zhì)量的提升最多，為（3.82±0.41）g，較對(duì)照提升66.81%。

表3 沼渣對(duì)玉米幼苗生物量的影響

3 小結(jié)

本研究分析了不同種類(lèi)的沼液、沼渣對(duì)玉米種子發(fā)芽和幼苗的影響，結(jié)果表明，50%的沼液（除玉米秸稈沼液）對(duì)玉米種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)有較大的抑制作用，然而能促進(jìn)玉米幼苗芽和根的生長(zhǎng)。其中玉米沼液對(duì)種子的促進(jìn)作用最明顯，其發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)分別比對(duì)照增長(zhǎng)了2.69%、5.04%和131.60%。番茄沼液對(duì)芽長(zhǎng)促進(jìn)作用最明顯，玉米沼液對(duì)根長(zhǎng)促進(jìn)作用最明顯。酒渣沼液對(duì)芽重促進(jìn)作用最明顯，而葡萄藤沼液對(duì)根重促進(jìn)作用最明顯。沼渣對(duì)玉米種子的發(fā)芽率沒(méi)有促進(jìn)作用。施用不同種類(lèi)的沼渣（除葡萄藤沼渣）均對(duì)玉米幼苗的株高有促進(jìn)作用，其中牛糞沼渣促進(jìn)作用最明顯，較對(duì)照提升14.55%。沼渣對(duì)玉米幼苗的生長(zhǎng)均有促進(jìn)作用。牛糞沼渣對(duì)玉米幼苗鮮物質(zhì)量的提升最多，較對(duì)照提升66.81%。牛糞沼渣、酒渣沼渣和玉&酒沼渣的促進(jìn)作用最大，對(duì)玉米幼苗的根、莖葉鮮物質(zhì)量和干物質(zhì)量具有明顯提升。

綜上所述，沼肥（除玉米秸稈沼液）對(duì)玉米種子的發(fā)芽有一定程度的抑制作用，而沼肥對(duì)玉米幼苗的生長(zhǎng)有明顯的促進(jìn)作用。玉米秸稈沼液對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)的促進(jìn)作用最明顯，牛糞沼渣對(duì)玉米幼苗的生長(zhǎng)促進(jìn)作用最明顯?；谝陨系难芯拷Y(jié)果，玉米秸稈沼液和牛糞沼渣適合制成有機(jī)肥在生產(chǎn)中應(yīng)用，并且在今后的研究中用更低濃度的沼液浸種，可能提高玉米種子的發(fā)芽率。為了進(jìn)一步了解沼肥的作用，沼肥中的氮磷鉀等詳細(xì)組成也需要進(jìn)一步研究。