廢棄基質(zhì)再利用為土壤調(diào)理劑試驗

王曰鑫 張 鸞

1 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院 太谷 030801

2 山西大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院 太原 030031

設(shè)施大棚種植蔬菜在我國已經(jīng)非常普及，它有效地解決了城鄉(xiāng)居民全年的“菜籃子”問題。但是由于設(shè)施大棚的土壤長期在高溫、高濕環(huán)境下連茬種植蔬菜，導(dǎo)致土壤板結(jié)[1，2]、鹽漬化[3～6]、營養(yǎng)失衡[6]、土傳病蟲害嚴(yán)重[6，7]等土壤退化問題突出。所以，老設(shè)施蔬菜地土壤急需改良。泥炭是改良大棚土壤的優(yōu)質(zhì)調(diào)理劑[8]。但是我國農(nóng)用泥炭以進口為主，價格較貴，用泥炭制作大棚土壤調(diào)理劑的方法目前較難普及。另一方面，近年來隨著我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，以泥炭和椰糠為主的基質(zhì)栽培在反季節(jié)蔬菜生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛。由于基質(zhì)容易更新避免或減少了土傳病害，所以能更方便地生產(chǎn)綠色無公害蔬菜，在許多地方已成為大棚蔬菜主要的栽培方式。但是，基質(zhì)在種植完一茬或幾茬蔬菜后，其理化性質(zhì)會發(fā)生很大變化，尤其是有效養(yǎng)分降低、病蟲害增多，如果繼續(xù)使用則會造成蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)嚴(yán)重下降。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在一些大棚蔬菜集中種植區(qū)，有大量被廢棄的基質(zhì)無序堆放而成為農(nóng)業(yè)垃圾。經(jīng)粗略估算，僅太原市小店區(qū)的西溫莊鄉(xiāng)2個村莊，每年產(chǎn)生的廢棄基質(zhì)就達2～4萬立方米。這種現(xiàn)象有時候還疊加了食用菌蘑菇生產(chǎn)后廢棄的菌棒。從而造成了環(huán)境污染和資源浪費，成為地方政府亟待解決的農(nóng)業(yè)環(huán)境問題。

目前，國內(nèi)對廢棄基質(zhì)處理和再利用方面的研究鮮見報到。國外對廢棄基質(zhì)再利用已經(jīng)有了一些經(jīng)驗，主要采用蒸汽蒸、干熱或摩擦熱、堆肥、輻照和日曬等方式進行無害化處理。有研究發(fā)現(xiàn)[9]，經(jīng)過蒸汽處理的廢棄基質(zhì)物理結(jié)構(gòu)如孔隙度、導(dǎo)水率等變化明顯，而且使用處理后的基質(zhì)栽培的植物生長旺盛?；诖?，我們用蒸汽等方式處理了山西省太原市小店區(qū)蔬菜大棚區(qū)的廢棄基質(zhì)和菌棒，配制出了土壤調(diào)理劑，然后進行盆栽蔬菜和大棚種植蔬菜試驗，以期減少農(nóng)業(yè)廢棄物堆置產(chǎn)生的污染，保護環(huán)境，使泥炭、椰糠、菌棒等有機資源得到循環(huán)利用。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗在山西省太原市小店區(qū)西溫莊村農(nóng)民承包的蔬菜大棚內(nèi)進行，試驗時間為2020年10月到2021年2月。

1.2 試驗材料

供試土壤為石灰性褐土，土壤的理化性質(zhì)如表1所示（注：盆栽試驗用的土壤也取自同一個試驗大棚）。

表1 試驗大棚土壤理化性質(zhì)Tab.1 Physical and chemical properties of soil in experimental greenhouse

廢棄基質(zhì)：取自試驗地周圍大棚區(qū)堆放的廢棄基質(zhì)。當(dāng)?shù)仡惢|(zhì)在栽培蔬菜之前，主要由泥炭、椰糠為主添加蛭石、珍珠巖和有機肥配制而成。一般是在栽培3～4茬蔬菜后被廢棄。蒸汽處理廢棄基質(zhì)：將廢棄基質(zhì)曝曬1個月后，在封閉的容器內(nèi)用蒸汽滅菌24 h，冷卻，晾曬，備用。

廢棄菌棒：取自試驗地食用菌（蘑菇）大棚外堆放的廢棄菌棒。當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶大多栽培平菇和香菇，所用培養(yǎng)基主要由木屑、玉米芯、棉籽殼等成分構(gòu)成。蒸汽處理廢棄菌棒：將廢棄菌棒曝曬1個月后，在封閉的容器內(nèi)用蒸汽滅菌24 h，冷卻，晾曬，備用。

泥炭：從山東壽光購買；多菌靈：從太原農(nóng)資市場購買；廢醋液（有殺菌作用）：從當(dāng)?shù)刂拼灼髽I(yè)收集的不合格的醋；油麥菜苗：從當(dāng)?shù)赜缁刭徺u。

1.3 試驗設(shè)計

1.3.1 廢棄基質(zhì)用作土壤調(diào)理劑盆栽油麥菜對比試驗設(shè)計

因為在當(dāng)?shù)貜U棄基質(zhì)數(shù)量很多，也由于摻入土壤中量太少時改良退化土壤效果不明顯，所以調(diào)理劑按8%的量來施用；廢棄基質(zhì)用作土壤調(diào)理劑，可用不同的方法處理它，本試驗用了4種方法，即蒸汽處理、廢醋液處理、殺菌劑（多菌靈）處理、加入新鮮泥炭處理。對照用不經(jīng)過處理的廢棄基質(zhì)，另外設(shè)置不改良的大棚土壤處理。

在大棚內(nèi)進行油麥菜的盆栽試驗。試驗共設(shè)6個處理。CK：大棚土（每盆裝土5 kg）；T1：大棚土+廢棄基質(zhì)；T2：大棚土+廢棄基質(zhì)（蒸）；T3：大棚土+廢棄基質(zhì)+廢醋液；T4：大棚土+廢棄基質(zhì)+多菌靈；T5：大棚土+廢棄基質(zhì)+泥炭。除了大棚土外其他添加物組合為調(diào)理劑。T1～T4每個盆裝料5 kg，其中廢棄基質(zhì)占總重量的8%，添加的廢醋液與多菌靈重量則忽略不計。T5每個盆裝料也是5 kg，其中廢棄基質(zhì)與泥炭各占總重量的4%。每個處理12次重復(fù)。試驗從2020年10月中旬移苗栽培油麥菜開始。在油麥菜生長中期測定其株高和病株率指標(biāo)，同時施營養(yǎng)液1次。在生長晚期再次測定其生長指標(biāo)，然后收獲測產(chǎn)，收獲后采集土樣測定土壤養(yǎng)分、容重等指標(biāo)。

1.3.2 廢棄基質(zhì)用作土壤調(diào)理劑大棚油麥菜對比試驗設(shè)計

在大棚內(nèi)進行油麥菜的田間試驗。試驗設(shè)6個處理。CK：大棚原土壤；T1：施入的調(diào)理劑成分為廢棄基質(zhì)（蒸）9 kg+泥炭9 kg；T2：施入的調(diào)理劑成分為廢棄基質(zhì)（蒸）9 kg+泥炭9 kg +廢醋液（適量）；T3：施入的調(diào)理劑成分為廢棄菌棒（蒸）9 kg+泥炭9 kg+廢醋液（適量）；T4：施入的調(diào)理劑成分為廢棄菌棒18 kg+多菌靈8 g；T5：施入的調(diào)理劑成分為廢棄基質(zhì)18 kg +多菌靈8 g。每個處理3次重復(fù)。施入的調(diào)理劑量均指每個小區(qū)所用量。

試驗前，先在蔬菜大棚內(nèi)劃分小區(qū)（畦），每畦尺寸：寬1.5 m×長8 m=12 m2。小區(qū)按不同處理依次排列，6個處理3次重復(fù)共18個小區(qū)（畦）。按試驗設(shè)計將不同處理的調(diào)理劑施在地表，然后翻地將調(diào)理劑與土壤混合均勻。整平地后移苗栽種油麥菜并澆水。每畦栽種油麥菜4行。在其生長中期和晚期分別測定生長指標(biāo)，并取樣測定總糖和Ⅴc含量。在2021年2月中旬收獲油麥菜測產(chǎn)。收獲后采集土樣測定土壤理化指標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 廢棄基質(zhì)用作土壤調(diào)理劑對盆栽油麥菜生長和 土壤理化性質(zhì)的影響

盆栽試驗的不同處理油麥菜生長與產(chǎn)量結(jié)果見表2，土壤主要指標(biāo)結(jié)果見表3。表中數(shù)據(jù)均為12次重復(fù)的平均值。

表2 盆栽試驗不同處理油麥菜生長與產(chǎn)量對比Tab.2 Comparison of growth and yield of lettuce under different treatments in pot experiment

表3 盆栽試驗不同處理土壤主要指標(biāo)對比Tab.3 Comparison of soil main indexes under different treatments in pot experiment

從表2可以看出，施入調(diào)理劑的5個處理，油麥菜的株高和產(chǎn)量全都高于CK，其中株高增幅達53%～100%，產(chǎn)量增幅達3～11倍。而病株率均小于CK。并且蒸汽處理后的廢棄基質(zhì)（T2），其株高和產(chǎn)量高于未經(jīng)蒸汽處理的廢棄基質(zhì)（T1、T3、T4、T5），其中株高增幅達13%～30%，產(chǎn)量增幅達1.4～2倍。說明蒸汽處理廢棄基質(zhì)是使其再利用的好辦法，蒸汽處理后的廢棄基質(zhì)促生長和增產(chǎn)作用明顯。T3和T4的病株率均小于T1，反映了廢醋液與多菌靈對廢棄基質(zhì)也都有殺菌消毒作用。T5的病株率小于T1，說明調(diào)理劑中添加大量的泥炭也抑制了病害的發(fā)生。

從表3可以看出，施入調(diào)理劑的5個處理與CK相比，土壤pH值略有降低，降低幅度為0.02～0.22個單位，其中尤以加入廢醋液的T3降幅最大；土壤容重降低，降低幅度為7%～11.7%；而土壤有機質(zhì)和堿解氮、有效磷、速效鉀養(yǎng)分則升高，其中有機質(zhì)增幅14.1%～28.2%，堿解氮增幅12.5%～19.6%，有效磷增幅26.1%～42.6%，速效鉀增幅21.1%～36.3%。說明不同配方調(diào)理劑改良土壤效果都很好。其中以T5的有機質(zhì)和堿解氮含量最高，可能是新鮮的泥炭對增加土壤有機質(zhì)和提高根系固氮的貢獻更大一些。對于土壤磷鉀養(yǎng)分，則T2的有效磷含量最高，T3的速效鉀含量最高。在表3中還發(fā)現(xiàn)，蒸汽處理后的廢棄基質(zhì)（T2），其改良土壤的效果與未經(jīng)蒸汽處理的廢棄基質(zhì)（T1、T3、T4、T5）差別不大。

2.2 廢棄基質(zhì)用作土壤調(diào)理劑對大棚油麥菜生長和土壤理化性質(zhì)的影響

田間試驗的不同處理油麥菜生長與產(chǎn)量及品質(zhì)結(jié)果見表4（其中的油麥菜產(chǎn)量為每個處理的小區(qū)平均產(chǎn)量），油麥菜收獲后土壤主要指標(biāo)結(jié)果見表5。表中數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)的平均值。

表4 田間試驗不同處理油麥菜生長與產(chǎn)量及品質(zhì)對比Tab.4 Comparison of growth, yield and quality of lettuce under different treatments in field experiment

表5 田間試驗不同處理土壤主要指標(biāo)對比Tab.5 Comparison of soil main indexes under different treatments in field experiment

從表4可以看出，施入調(diào)理劑的5個處理，油麥菜的株高和產(chǎn)量均高于CK，其中株高增幅達1.3～2.1倍，產(chǎn)量增幅達3～9倍。而病株率均小于CK。并且蒸汽處理后的廢棄基質(zhì)（T1、T2），產(chǎn)量高于未經(jīng)蒸汽處理的廢棄基質(zhì)（T5），分別增產(chǎn)42.8%和14.3%。蒸汽處理后的廢棄菌棒（T3），產(chǎn)量高于未經(jīng)蒸汽處理的廢棄菌棒（T4），T3較T4增產(chǎn)50%。從油麥菜的總糖和Ⅴc含量來看，施入調(diào)理劑的5個處理總糖都高于CK，增幅為19%～69%；但施入調(diào)理劑的5個處理中Ⅴc含量只是含廢棄基質(zhì)的3個處理高于CK，增幅為0.9%～41.5%；而含廢棄菌棒的2個處理，Ⅴc含量卻比CK降低了12.7%～14.5%。還有，總糖和Ⅴc含量也是蒸汽處理后的廢棄基質(zhì)（T1、T2）含量高于未經(jīng)蒸汽處理的廢棄基質(zhì)（T5），其中T1的總糖含量較T5高1.3%，T2較T5高4.5%；T1的Ⅴc含量較T5高40.3%，T2較T5高2.3%；蒸汽處理后的廢棄菌棒（T3）總糖和Ⅴc含量高于未經(jīng)蒸汽處理的廢棄菌棒（T4），其中T3的總糖較T4高37.7%，T3的Ⅴc含量較T4高1.6%。說明蒸汽處理廢棄基質(zhì)與廢棄菌棒都是使其再利用的好方法。但是，從病株率對比看，用多菌靈滅菌的處理（T4、T5）與用蒸汽滅菌的處理（T1、T2、T3）相比，起到了同樣的殺菌消毒作用。另外，用廢棄基質(zhì)制作的調(diào)理劑無論是株高、產(chǎn)量還是總糖、Ⅴc含量，總體都好于廢棄菌棒調(diào)理劑，說明廢棄基質(zhì)做調(diào)理劑較廢棄菌棒更好一些。

從表5可以看出，施入調(diào)理劑的5個處理與CK相比，土壤pH值降低0.07～0.39個單位；土壤容重降低4.9%～13%；土壤孔隙度增加6.5%～14.5%；土壤有機質(zhì)增加13.8%～39.9%，增幅顯著；土壤堿解氮增加14.1%～30.9%，增幅顯著；有效磷增加16.5%～39%，增幅顯著；速效鉀增加12.5%～36.8%，增幅顯著。說明不同配方的調(diào)理劑改良土壤效果都很好，可使土壤的通氣透水性得到改善，使土壤主要養(yǎng)分顯著提高。但是，不同調(diào)理劑之間改土效果對比的差異并不顯著。其一，含廢棄菌棒的調(diào)理劑（T3、T4）較含廢棄基質(zhì)的調(diào)理劑（T1、T2、T5）對土壤有機質(zhì)、堿解氮、速效鉀的增幅更大一些，但對土壤容重的減幅和土壤孔隙度的增幅卻低于后者（其中以T4的有機質(zhì)和堿解氮含量最高；T5的有效磷含量最高，T3的速效鉀含量最高）。其二，廢棄基質(zhì)經(jīng)蒸汽滅菌的處理（T1、T2）與未經(jīng)蒸汽滅菌的處理（T5）改土效果差別不明顯；廢棄菌棒經(jīng)蒸汽滅菌的處理（T3）與未經(jīng)蒸汽滅菌的處理（T4）改土效果差別也不明顯。其三，添加廢醋液的處理（T2、T3）對降低土壤pH值有一定的作用。總之，施入調(diào)理劑的處理改善了大棚土壤的理化性狀，尤其使土壤有機質(zhì)和氮、磷、鉀養(yǎng)分顯著提高，使其更有利于蔬菜的生長。

3 結(jié)論與建議

通過盆栽試驗證明：蔬菜廢棄基質(zhì)不同處理方法中，以蒸汽處理廢棄基質(zhì)調(diào)理劑效果最好；施用5種調(diào)理劑可使油麥菜株高較CK增加53%～100%，產(chǎn)量增幅達3～11倍；病株率明顯低于CK。在改良土壤效果方面，施入5種調(diào)理劑，與CK相比，土壤pH值和容重都有降低，土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀都有增加。說明5種調(diào)理劑加入明顯改善了原土壤理化性狀，使其更有利于盆栽油麥菜生長；其中，蒸汽處理廢棄基質(zhì)的調(diào)理劑促生長和增產(chǎn)作用最好。

大棚內(nèi)田間試驗證明：施入調(diào)理劑處理對油麥菜生長和產(chǎn)量的促進作用非常明顯，病株率明顯小于CK。蔬菜廢棄基質(zhì)經(jīng)蒸汽滅菌處理較未處理的油麥菜增產(chǎn)14.3%～42.8%，廢棄菌棒經(jīng)蒸汽滅菌處理較未處理增產(chǎn)50%。施入調(diào)理劑處理的油麥菜總糖含量均高于CK?？傮w看，用廢棄基質(zhì)制作的調(diào)理劑的株高、產(chǎn)量、總糖和Ⅴc含量均好于用廢棄菌棒制作的調(diào)理劑，說明廢棄基質(zhì)做調(diào)理劑較廢棄菌棒更好一些，究其原因可能與廢棄基質(zhì)中富含泥炭腐植酸有關(guān)。在改良土壤效果方面，首先是施入調(diào)理劑顯著增加了土壤養(yǎng)分，與CK相比，有機質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀都明顯增加；其次，施入調(diào)理劑的土壤pH值和容重都有降低，土壤孔隙度明顯增加?？傊脧U棄基質(zhì)與廢棄菌棒均可制作出好的大棚土壤調(diào)理劑，只要配方與工藝得當(dāng)，均可起到改土增肥作用，也能起到對蔬菜的促生長和增產(chǎn)效果。用此法既能改良退化土壤，又能變廢為寶，解決廢棄基質(zhì)和菌棒造成的農(nóng)業(yè)環(huán)境污染，促進可持續(xù)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，蒸汽處理廢棄基質(zhì)是最有效的方法之一，值得進一步研究和較大范圍推廣。