棉稈無(wú)土栽培基質(zhì)化利用前景與技術(shù)分析

宋日雨　師勇強(qiáng)　馬雄風(fēng)　張杰　程思賢　王文魁　張煒　王方正　王巖　馬小艷

摘要：在介紹國(guó)內(nèi)棉花秸稈基質(zhì)化利用的研究現(xiàn)狀，包括其用途、混配方法以及發(fā)酵條件等的基礎(chǔ)上，分析了棉稈基質(zhì)化利用中的問(wèn)題并給出了相應(yīng)的技術(shù)對(duì)策，以期為新疆棉稈無(wú)土栽培基質(zhì)的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：棉稈利用；無(wú)土栽培；栽培基質(zhì)；無(wú)害化處理；棉稈發(fā)酵；基質(zhì)配比

我國(guó)是世界重要的棉花生產(chǎn)國(guó)，2022年我國(guó)皮棉產(chǎn)量為597.7萬(wàn)t，占全球皮棉產(chǎn)量的1/5。新疆作為我國(guó)棉花主要生產(chǎn)基地，2022年新疆棉花總產(chǎn)占我國(guó)棉花產(chǎn)量的90.2%[1]。棉花采收過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量棉稈等副產(chǎn)物，因制油、飼料化等利用方式還不夠成熟[2-3]，目前棉稈的處理方式大多為焚燒，污染環(huán)境的同時(shí)造成資源的極大浪費(fèi)。棉稈木質(zhì)化程度高，將其處理后作為無(wú)土栽培的基質(zhì)是棉稈資源的有效利用途徑之一。介紹了無(wú)土栽培基質(zhì)的研究與利用現(xiàn)狀，對(duì)棉稈基質(zhì)化利用中存在的問(wèn)題進(jìn)行了深入分析，并提出了相應(yīng)的解決途徑，以促進(jìn)我國(guó)棉稈資源的有效利用。

1 無(wú)土栽培基質(zhì)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 無(wú)土栽培基質(zhì)的研究與利用現(xiàn)狀

由于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的集約化生產(chǎn)程度不高以及過(guò)度施用化肥和農(nóng)藥，土壤退化、土傳病害發(fā)生、土壤及水環(huán)境污染等情況愈發(fā)嚴(yán)重。無(wú)土栽培技術(shù)是1種以水、草炭、腐葉土、蛭石等為基質(zhì)固定植株，使植物的根與養(yǎng)分直接接觸的培養(yǎng)方法，可以滿(mǎn)足作物對(duì)水分、養(yǎng)分、空氣等的需求。無(wú)土栽培技術(shù)可突破土地的限制，清潔無(wú)污染，并可擴(kuò)大耕作空間，使農(nóng)作物在貧瘠或根本無(wú)法耕種的土地上生長(zhǎng)，因而具有很好的發(fā)展前景。

目前，全球已有100多個(gè)國(guó)家和地區(qū)應(yīng)用無(wú)土栽培技術(shù)[4]。其中，美國(guó)是全球最早將無(wú)土栽培商業(yè)化應(yīng)用的國(guó)家，主要栽培番茄、黃瓜等農(nóng)作物，無(wú)土栽培面積超過(guò)2 000 hm2 [5]；荷蘭是無(wú)土栽培技術(shù)最先進(jìn)的國(guó)家，無(wú)土栽培面積達(dá)到4 600 hm2；亞洲國(guó)家中，日本無(wú)土栽培技術(shù)比較成熟，無(wú)土栽培面積占總設(shè)施園藝面積的4.2%，超過(guò)1 800 hm2 [4]?；|(zhì)栽培是目前世界上主要的商業(yè)性無(wú)土栽培方式，荷蘭的基質(zhì)栽培占無(wú)土栽培總面積的90%以上，法國(guó)占81%，日本占80%以上，加拿大占80%，比利時(shí)占50%左右[6]。盡管我國(guó)無(wú)土栽培技術(shù)起步較晚，但近年來(lái)得到了蓬勃發(fā)展，無(wú)土栽培面積迅速擴(kuò)大。截至2018年，我國(guó)無(wú)土栽培面積高達(dá)6 250.5 hm2左右，預(yù)計(jì)到2023年種植面積將增長(zhǎng)到16 561.3 hm2，其中基質(zhì)栽培約占50%[4]。隨著我國(guó)無(wú)土栽培基質(zhì)研究的逐漸深入，相關(guān)研究成果已位居全球首位[4]。

基質(zhì)是無(wú)土栽培的基礎(chǔ)和核心，因此，基質(zhì)的選用和配方是無(wú)土栽培的關(guān)鍵技術(shù)。目前常用的無(wú)機(jī)栽培基質(zhì)有蛭石、珍珠巖和巖棉等，有機(jī)栽培基質(zhì)有草炭、椰糠和腐殖土等，并且隨著人們對(duì)無(wú)土栽培基質(zhì)的研究，基質(zhì)的種類(lèi)也逐漸增多。無(wú)機(jī)基質(zhì)來(lái)源廣泛，且可以為作物生長(zhǎng)提供鉀、鈣等營(yíng)養(yǎng)元素，但其存在陽(yáng)離子交換量較低、儲(chǔ)肥能力較差等問(wèn)題。有機(jī)基質(zhì)滲透性及透氣性好、容重低、儲(chǔ)肥能力強(qiáng)，但其有機(jī)成分在設(shè)施滴灌條件下的釋放、吸收和代謝機(jī)理不明，不利于作物營(yíng)養(yǎng)的精準(zhǔn)調(diào)控。因此，目前常用的無(wú)土栽培基質(zhì)多為多種基質(zhì)以一定比例復(fù)配成的混合基質(zhì)，混合基質(zhì)在溫度、水分、空氣、肥力的協(xié)調(diào)方面優(yōu)于單一基質(zhì)[7-8]，更適合作物生長(zhǎng)?；|(zhì)復(fù)配比例應(yīng)合理，并應(yīng)根據(jù)基質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)成分、理化性質(zhì)等調(diào)整成分比例，尋找最佳復(fù)配比，我國(guó)對(duì)此已有較多研究。張鋒等[9]對(duì)幾種無(wú)土栽培基質(zhì)理化性質(zhì)的研究表明，復(fù)配基質(zhì)的理化性狀較單一基質(zhì)改善，同時(shí)養(yǎng)分較單一基質(zhì)更全面充分。蒲勝海等[10]對(duì)無(wú)土栽培基質(zhì)理化性狀的測(cè)定方法及其應(yīng)用進(jìn)行研究，結(jié)果顯示栽培基質(zhì)各物理指標(biāo)應(yīng)控制在容重0.6～0.8 g·cm－3、總孔隙度60%～70%、持水量55%～75%，為無(wú)土栽培基質(zhì)的配制和生產(chǎn)提供了一定的技術(shù)基礎(chǔ)。

1.2 無(wú)土栽培基質(zhì)應(yīng)用存在的問(wèn)題

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外設(shè)施蔬菜基質(zhì)無(wú)土栽培技術(shù)發(fā)展迅速，具有拓展種植領(lǐng)域和抵御惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，但也存在一定的問(wèn)題。

1.2.1 基質(zhì)原料的供應(yīng)問(wèn)題。目前大量使用的基質(zhì)原料仍為草炭、珍珠巖、蛭石、巖棉等，其過(guò)度開(kāi)發(fā)將嚴(yán)重威脅和破壞生態(tài)資源。同時(shí)，草炭是不可再生資源，其資源量有限，價(jià)格不斷上漲，會(huì)造成栽培基質(zhì)成本升高。此外，原料資源分布不均衡，原料運(yùn)輸也會(huì)提高栽培基質(zhì)的成本[11]。因而為了滿(mǎn)足基質(zhì)栽培生產(chǎn)的需求，應(yīng)因地制宜地尋找天然基質(zhì)的替代品。

1.2.2 基質(zhì)保水保肥能力問(wèn)題。無(wú)機(jī)基質(zhì)吸水能力強(qiáng)，有機(jī)基質(zhì)釋放養(yǎng)分緩慢、持久，混合基質(zhì)可兼顧保水、保肥并能改善基質(zhì)容重，提高固根能力。但是，由于目前尚無(wú)專(zhuān)門(mén)適用于無(wú)土栽培的作物品種，以及不同作物對(duì)基質(zhì)成分配比和理化性狀的要求也存在較大差異，導(dǎo)致無(wú)土栽培生產(chǎn)難以工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化[12]。加之基質(zhì)中常存在病原菌等，給作物生產(chǎn)帶來(lái)安全隱患。

1.2.3 基質(zhì)栽培的灌溉和用水質(zhì)量問(wèn)題。多數(shù)人認(rèn)為干凈的井水、河水、自來(lái)水均可用于無(wú)土栽培，但其中可能含有的各種鹽及雜質(zhì)，會(huì)造成非必需元素的積累中毒問(wèn)題，并可能存在害蟲(chóng)卵及有害生物而危害作物健康生長(zhǎng)[13]。因此，須通過(guò)選擇替代基質(zhì)材料或優(yōu)化原料配比等方式消除用水質(zhì)量帶來(lái)的不良影響。

1.3 無(wú)土栽培基質(zhì)應(yīng)用中存在問(wèn)題的技術(shù)對(duì)策

首先是解決原料的供應(yīng)問(wèn)題。為了減少對(duì)自然資源的依賴(lài)和生態(tài)破壞，應(yīng)尋找草炭、珍珠巖、蛭石、巖棉等天然資源的替代品，如將農(nóng)作物秸稈、食用菌渣等分布廣泛、價(jià)格低廉的材料開(kāi)發(fā)為無(wú)土栽培基質(zhì)。其次是基質(zhì)配比問(wèn)題。可以通過(guò)測(cè)定各配比基質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)成分，根據(jù)基質(zhì)理化性質(zhì)確定適宜不同作物的最佳基質(zhì)配比，同時(shí)可適當(dāng)添加保水劑、緩釋肥等，提高基質(zhì)的保水保肥能力。再次是基質(zhì)無(wú)害化處理問(wèn)題。在栽培作物前應(yīng)對(duì)基質(zhì)進(jìn)行無(wú)害化處理以防止病害發(fā)生。如利用蒸汽消毒或化學(xué)藥劑消毒，同時(shí)可添加微生物菌劑以預(yù)防病害和降低作物發(fā)病率。最后是基質(zhì)栽培灌溉和用水質(zhì)量問(wèn)題。采用高品質(zhì)水肥一體化滴灌方式，減少有毒元素積累以及有害生物的滋生，并提高水資源和肥料利用率。同時(shí)，水肥一體化運(yùn)籌能夠簡(jiǎn)化生產(chǎn)步驟，同步澆水施肥，省時(shí)省力[14]。但應(yīng)注意滴管堵塞問(wèn)題，做好水的過(guò)濾工作。

總之，為進(jìn)一步完善無(wú)土栽培技術(shù)，應(yīng)將現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行整合，即采用資源分布廣、價(jià)格低的材料作為基質(zhì)，測(cè)定基質(zhì)的理化性質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)成分，選擇最佳基質(zhì)配比，利用蒸汽或化學(xué)藥劑進(jìn)行無(wú)害化處理并添加微生物菌劑，預(yù)防病蟲(chóng)害，采用高品質(zhì)水肥一體化滴灌方式補(bǔ)水、施肥，實(shí)現(xiàn)無(wú)土栽培綠色高效、省時(shí)省力、省水省肥。

2 棉花秸稈基質(zhì)化利用的前景分析

2.1 新彊棉花秸稈無(wú)土栽培基質(zhì)化利用潛力

據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2022年新疆棉花播種面積為249.69萬(wàn)hm2，平均棉花單產(chǎn)為2 158.9 kg·hm－2，總產(chǎn)量為539.1萬(wàn)t，占全國(guó)棉花總產(chǎn)量的90.2%，按照棉花草谷比5∶1來(lái)計(jì)算，2022年新疆棉稈產(chǎn)量約為2 695.5萬(wàn)t[15]。由于棉稈木質(zhì)化程度較高，除有小部分還田外，有較大比例的棉稈尚未得到合理而有效的利用。

新疆地區(qū)因氣候與生態(tài)特點(diǎn)導(dǎo)致地表蒸發(fā)量大，土壤鹽堿化程度高，要進(jìn)行農(nóng)作物生產(chǎn)必須引入大量淡水壓鹽、洗鹽和改良土壤，從而造成生產(chǎn)成本大幅增加。近年來(lái)，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中水肥一體化技術(shù)的成熟與推廣，采用無(wú)土栽培基質(zhì)并配合水肥一體化技術(shù)生產(chǎn)反季節(jié)蔬菜等經(jīng)濟(jì)作物已成為可能。采用無(wú)土栽培技術(shù)可以擺脫土地的束縛，使農(nóng)作物可以在無(wú)法耕種的土地上種植，省空間、省水、省肥，經(jīng)濟(jì)效益高，不僅可提高非耕地的利用效率，而且可充分利用當(dāng)?shù)貎?yōu)越的氣候與生態(tài)條件。

棉稈尤其是主莖部分，木質(zhì)化程度高，將其破碎和處理后作為無(wú)土栽培基質(zhì)具有較多優(yōu)點(diǎn)。第一，棉稈軟硬適中，疏松多孔，具有良好的保水和保肥功能，明顯優(yōu)于蛭石、珍珠巖等無(wú)機(jī)基質(zhì)材料；第二，棉稈作為有機(jī)材料，可以為基質(zhì)中有益微生物提供營(yíng)養(yǎng)、促進(jìn)其生長(zhǎng)繁殖，為作物根系生長(zhǎng)發(fā)育構(gòu)建良好的微生態(tài)環(huán)境，減少病害發(fā)生；第三，利用棉稈生產(chǎn)基質(zhì)時(shí)，可以添加適量的微量元素，通過(guò)與其中的有機(jī)質(zhì)結(jié)合，提高微量元素的有效性和長(zhǎng)效性；第四，棉稈基質(zhì)使用后可以直接作為有機(jī)肥進(jìn)行還田以改良土壤，有利于實(shí)現(xiàn)環(huán)保、生態(tài)應(yīng)用。因此，新彊棉花秸稈的無(wú)土栽培基質(zhì)化利用前景非常廣闊。

當(dāng)然，將棉稈破碎無(wú)法直接作為基質(zhì)使用，因?yàn)槊薅捴苯幼鳛榛|(zhì)使用會(huì)產(chǎn)生燒根現(xiàn)象，同時(shí)棉稈可能攜帶的病原菌或病毒會(huì)導(dǎo)致作物感染病害，必須進(jìn)行適度發(fā)酵和無(wú)害化處理，且需要與其他無(wú)機(jī)基質(zhì)進(jìn)行復(fù)配，確定適用性較優(yōu)的基質(zhì)配比是亟待解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。因此，棉花秸稈基質(zhì)化利用需要進(jìn)行深入研究。

2.2 棉稈基質(zhì)化利用的研究現(xiàn)狀

2.2.1 棉稈食用菌基質(zhì)化利用可行性分析。白志剛等[16]研究指出，棉稈的主要成分為粗纖維，通過(guò)微生物發(fā)酵被分解為低分子碳水化合物。由于其富含養(yǎng)分，可以將其粉碎后取代木屑與其他肥料按一定比例調(diào)配，制作食用菌培養(yǎng)基。采用棉稈栽培食用菌，可使菌絲生長(zhǎng)旺盛，提高生產(chǎn)效益，減少生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)棉稈循環(huán)高效利用。左旭等[15]對(duì)蘑菇栽培用棉花秸稈資源的天然適宜性評(píng)價(jià)指出，棉花秸稈中含有豐富的碳、氮、礦物質(zhì)及激素等，利用棉稈、棉籽殼等制成食用菌培養(yǎng)基料可以生產(chǎn)出高產(chǎn)量、高蛋白、高維生素含量的食用菌。李金霞等[17]對(duì)棉稈資源特性及其在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用進(jìn)行分析，表示利用棉稈廢料培養(yǎng)食用菌，纖維素、木質(zhì)素、半纖維素和粗蛋白等營(yíng)養(yǎng)成分經(jīng)過(guò)食用菌胞外酶的轉(zhuǎn)化和利用，可長(zhǎng)出高產(chǎn)量、高蛋白、高維生素含量的菌絲體和子實(shí)體。另外，部分菌類(lèi)對(duì)游離棉酚具有分解作用。因此，利用棉稈作為食用菌培養(yǎng)料不僅可以生產(chǎn)食用菌，還可以利用食用菌分解棉酚，產(chǎn)生的菌糠可作為飼料應(yīng)用，從而使棉稈得到多重利用，增加經(jīng)濟(jì)效益。劉建平[18]對(duì)北方地區(qū)利用棉稈栽培雙孢蘑菇的高產(chǎn)技術(shù)研究結(jié)果顯示，采用棉稈發(fā)酵料栽培雙孢蘑菇，產(chǎn)量在15 kg·m－2以上，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的麥秸料、稻草料和玉米秸稈料，而且發(fā)菌快、菌絲壯、出菇早、出菇期長(zhǎng)、品質(zhì)優(yōu)。

2.2.2 棉稈基質(zhì)優(yōu)化及基質(zhì)適宜發(fā)酵條件研究。張曄等[19]采用正交設(shè)計(jì)方法尋找棉花秸稈作為無(wú)土栽培基質(zhì)的最佳發(fā)酵條件，結(jié)果顯示25∶1的碳氮比、1 cm長(zhǎng)度的秸稈、氮源為雞糞加尿素的處理適宜棉稈發(fā)酵，可縮短秸稈腐熟時(shí)間。周安盛等[20]利用固氮菌、酵母菌和高產(chǎn)纖維素酶的細(xì)菌，采用混菌固態(tài)發(fā)酵的方式對(duì)復(fù)合微生物發(fā)酵棉稈制備植物栽培基質(zhì)的培養(yǎng)基進(jìn)行優(yōu)化研究表明，最優(yōu)培養(yǎng)基的組分為棉稈4.7 g，椰樹(shù)果殼粉0.3 g，蛋白胨0.8 g，酵母粉0.1 g，尿素1.72 g，磷酸氫二鉀0.304 g，水35 mL。張曄[21]研究不同發(fā)酵時(shí)間棉稈對(duì)基質(zhì)理化性質(zhì)和黃瓜生長(zhǎng)的影響結(jié)果顯示，不同發(fā)酵時(shí)間棉稈的理化性質(zhì)差異顯著，并與總孔隙度、容重、電導(dǎo)率（electrical conductivity， EC）3個(gè)指標(biāo)呈正相關(guān)，即這3個(gè)指標(biāo)均隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)而呈上升趨勢(shì)，而通氣孔隙度和pH呈正相關(guān)，二者均隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)而呈下降趨勢(shì)。發(fā)酵15～30 d棉稈的理化性質(zhì)適合黃瓜基質(zhì)栽培。

2.2.3 適宜不同農(nóng)作物生長(zhǎng)的基質(zhì)配比研究。章智鈞等[22]以草炭、棉花秸稈、菇渣、蛭石和細(xì)沙為原料，研究了不同混配基質(zhì)對(duì)草莓生長(zhǎng)的影響，結(jié)果表明體積比V草炭∶V棉花秸稈∶V蛭石＝1∶1∶1為最佳配比，與對(duì)照V草炭∶V蛭石＝2∶1無(wú)顯著差異，表明腐熟后的棉花秸稈可部分替代草炭。韓樹(shù)東等[23]研究以棉稈作為無(wú)土栽培基質(zhì)對(duì)黃瓜生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)無(wú)土栽培的基質(zhì)成分為棉稈、蛭石、珍珠巖且等體積配比時(shí)，施肥量可適當(dāng)減小。基質(zhì)堆腐操作中的肥料成分也對(duì)黃瓜生長(zhǎng)具有重要影響，尿素、雞糞等肥料的添加能提高棉稈基質(zhì)中的養(yǎng)分含量，有利于植株養(yǎng)分的供應(yīng)。王小武等[24]應(yīng)用通徑分析研究了番茄生長(zhǎng)表型對(duì)棉稈復(fù)合育苗基質(zhì)理化性質(zhì)的響應(yīng)，結(jié)果顯示：棉稈混配其他基料后可顯著提高容重、降低EC；容重、總孔隙度、pH及EC是影響番茄生長(zhǎng)表型的主要因子，其中通氣孔隙度和持水孔隙度對(duì)其生長(zhǎng)有協(xié)同促進(jìn)作用，而其他因素的作用是負(fù)向的；適當(dāng)增加棉稈復(fù)合育苗基質(zhì)的通氣孔隙度和持水孔隙度，降低容重、pH以及EC有利于培育番茄壯苗。崔元玗等[25]對(duì)棉稈作為蔬菜栽培基質(zhì)的可行性進(jìn)行研究，結(jié)果顯示棉花秸稈粉碎發(fā)酵，可以取代草炭作為有機(jī)基質(zhì)原料。采用棉花秸稈作為基質(zhì)栽培的有機(jī)原料，用砂或蛭石作為無(wú)機(jī)原料，經(jīng)過(guò)合理的配方組合可以取得良好的生產(chǎn)效果。

3 棉稈基質(zhì)化利用存在的問(wèn)題

3.1 棉稈收集及加工問(wèn)題

棉稈綜合利用不夠全面，其價(jià)值未得到充分利用，目前大多仍作為燃料使用，還田率為14.5%，飼料化利用率僅為3.2%，其他用途利用率不足10.0%，造成棉稈資源很大的浪費(fèi)。其主要原因之一是棉稈收集較為困難，目前我國(guó)適用于棉稈收集的機(jī)械較為匱乏，收獲機(jī)的拔除、打捆等性能不足，棉稈機(jī)械化拔除率不高，大部分棉區(qū)棉稈收獲主要靠手工完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，制約了棉稈資源的利用[26-27]。棉稈綜合利用技術(shù)不成熟，對(duì)棉稈的加工難以產(chǎn)業(yè)化，又導(dǎo)致棉稈資源利用的成本高[28-29]。

3.2 棉稈減害及養(yǎng)分供應(yīng)問(wèn)題

棉稈可能會(huì)因攜帶病原菌或病毒導(dǎo)致作物感染病害，所以粉碎后的棉稈不能直接作為栽培基質(zhì)使用，須經(jīng)無(wú)害化處理。而棉稈無(wú)害化處理是棉稈基質(zhì)化利用中的一個(gè)重要問(wèn)題。因?yàn)槊薅捘举|(zhì)化程度高，常規(guī)的高溫發(fā)酵等處理對(duì)棉稈內(nèi)部的病原菌等的無(wú)害化效果不徹底。同時(shí)，粉碎后的棉稈直接作為基質(zhì)使用質(zhì)地較硬，通氣性和導(dǎo)水性較差，易導(dǎo)致基質(zhì)的水分供應(yīng)能力不足。此外，棉稈基質(zhì)腐熟度不合適時(shí)會(huì)導(dǎo)致燒根、燒苗等現(xiàn)象，造成死苗等重大經(jīng)濟(jì)損失。

3.3 棉稈發(fā)酵腐熟問(wèn)題

發(fā)酵方式可分為好氧發(fā)酵和厭氧發(fā)酵。厭氧發(fā)酵可以使發(fā)酵后秸稈基質(zhì)的pH值以及EC更合適，但厭氧發(fā)酵具有消耗時(shí)間長(zhǎng)和產(chǎn)生的異味大等缺點(diǎn)。好氧發(fā)酵因環(huán)境污染少、產(chǎn)物肥效高且穩(wěn)定，是目前棉稈基質(zhì)化的主流發(fā)酵方法。但是好氧發(fā)酵處理通常也需要幾周或幾個(gè)月的時(shí)間，這大大降低了基質(zhì)的生產(chǎn)效率，并占用大量的生產(chǎn)空間。

3.4 基質(zhì)成分配比問(wèn)題

單一的棉稈進(jìn)行前處理后作為基質(zhì)使用，其容重、孔隙度等理化性質(zhì)達(dá)不到栽培農(nóng)作物的要求，因而須與其他成分如蛭石、珍珠巖等進(jìn)行復(fù)配。所以確定適宜不同農(nóng)作物的復(fù)配成分和比例也是棉稈基質(zhì)化利用中的一個(gè)重要問(wèn)題。且各地區(qū)、各年份的棉稈理化性質(zhì)均有差異，不同批次的腐熟棉稈生產(chǎn)的基質(zhì)制品存在不穩(wěn)定的問(wèn)題，均需調(diào)整配方、pH、EC等因素，導(dǎo)致其實(shí)際應(yīng)用存在復(fù)雜性且困難[30]。

4 棉稈基質(zhì)化利用存在問(wèn)題的解決途徑

4.1 綜合利用方面

應(yīng)增大棉稈利用產(chǎn)業(yè)規(guī)模，加大科技創(chuàng)新，降低棉稈資源化利用成本，形成先進(jìn)高效的棉稈綜合利用產(chǎn)業(yè)鏈，提高棉稈的經(jīng)濟(jì)效益。加強(qiáng)引導(dǎo)和宣傳政策，推廣成熟、實(shí)用、適合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況的秸稈利用技術(shù)，提升棉農(nóng)、科研人員及企業(yè)家們對(duì)秸稈循環(huán)利用的積極性。

4.2 棉稈基質(zhì)無(wú)害化處理方面

棉稈基質(zhì)無(wú)害化處理包括化學(xué)處理和生物處理?；瘜W(xué)處理可以利用高效綠色化學(xué)品（如石灰氮、尿素等）對(duì)適度破碎的棉稈進(jìn)行無(wú)害化處理，通過(guò)測(cè)定棉稈中有害生物數(shù)量等確定藥劑添加量和處理時(shí)間。生物處理指在棉稈適度破碎后的腐熟發(fā)酵中添加發(fā)酵菌劑，通過(guò)微生物的作用使棉稈無(wú)害化并提高基質(zhì)養(yǎng)分。通過(guò)測(cè)定腐熟后有害生物數(shù)量及腐熟所需要的時(shí)間等確定發(fā)酵菌劑品種及添加量?；|(zhì)養(yǎng)分供應(yīng)方面，對(duì)棉稈進(jìn)行粉碎以及腐熟發(fā)酵，可以使其中的有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀、鈣和其他微量元素等有效固定和濃縮，同時(shí)可以殺死病原菌和蟲(chóng)卵，為基質(zhì)的安全應(yīng)用提供保障。使用經(jīng)過(guò)腐熟發(fā)酵的棉稈，可有效避免農(nóng)作物燒根、燒苗現(xiàn)象的發(fā)生，使養(yǎng)分可以安全有效地被農(nóng)作物吸收。但目前棉稈發(fā)酵技術(shù)研究尚不成熟，生產(chǎn)設(shè)備和工藝相對(duì)落后[30]。因此，必須引入和發(fā)展高效的生產(chǎn)工藝和機(jī)械，并完善棉花秸稈的無(wú)土栽培技術(shù)。

棉稈發(fā)酵處理時(shí)，可以進(jìn)行有效的前處理，如粉碎成適宜的長(zhǎng)度、調(diào)節(jié)氮源及碳氮比等，使棉稈處于最佳的發(fā)酵環(huán)境。密切觀測(cè)發(fā)酵過(guò)程中各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)及腐熟程度，并尋找高活性和經(jīng)濟(jì)性的菌種，從而縮短棉稈腐殖質(zhì)化時(shí)間，提高經(jīng)濟(jì)效益、養(yǎng)分利用率及安全性[31]。同時(shí)，酶處理是有效的生物催化法，如利用纖維素酶、半纖維素酶、漆酶、蛋白酶等，結(jié)合好氧發(fā)酵及高活性生物菌劑，可以提高木質(zhì)素、纖維素降解效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)秸稈基質(zhì)理化性質(zhì)和成分的定向調(diào)節(jié)，從而能夠大大縮短發(fā)酵處理時(shí)間。

4.3 基質(zhì)成分配比方面

對(duì)于同一農(nóng)作物設(shè)置一系列基質(zhì)配方，通過(guò)測(cè)定復(fù)配基質(zhì)的容重、通氣孔隙度、持水孔隙度、總孔隙度、大小孔隙比、pH、EC、有機(jī)質(zhì)、養(yǎng)分、碳氮比、種子發(fā)芽率、種子發(fā)芽勢(shì)、植株根冠比、壯苗指數(shù)等參數(shù)確定復(fù)配基質(zhì)成分比例。同時(shí)，不同批次的棉花秸稈應(yīng)嚴(yán)格分類(lèi)，確保同組棉稈理化性質(zhì)基本相同，有利于配方、pH、EC等的調(diào)整。應(yīng)在大量研究和數(shù)據(jù)積累的基礎(chǔ)上，得到基質(zhì)原料配比數(shù)學(xué)模型，提高基質(zhì)配比的數(shù)字化水平。

5 總結(jié)與展望

我國(guó)新疆棉花播種面積大，具有十分豐富的棉稈資源。由于棉稈木質(zhì)化程度較高，目前除小部分被用于還田外，仍有較大比例棉稈尚未得到合理利用。棉稈基質(zhì)化利用有良好的發(fā)展前景，棉稈的主莖部分木質(zhì)化程度高，疏松多孔，適宜作物根系生長(zhǎng)發(fā)育并具有良好的保水和保肥功能，同時(shí)棉稈基質(zhì)對(duì)于提高微量元素的有效性和長(zhǎng)效性也非常有利。但是，棉稈基質(zhì)化利用過(guò)程中也存在無(wú)害化程度低、腐熟效率低和合理配比難等技術(shù)問(wèn)題。這些問(wèn)題，可以通過(guò)探尋更為高效的綠色消毒方法、高效的腐熟菌應(yīng)用和基質(zhì)數(shù)字化配比等手段加以解決，從而為新疆棉稈無(wú)土栽培基質(zhì)大規(guī)模應(yīng)用提供技術(shù)支撐，并有效解決新疆地區(qū)土壤嚴(yán)重鹽堿化帶來(lái)的農(nóng)作物產(chǎn)量低的問(wèn)題。

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（責(zé)任編輯：楊子山 責(zé)任校對(duì)：王小璐）

收稿日期：2023-03-02? ? #：同等貢獻(xiàn)。 通信作者：馬小艷，maxiaoyan@caas.cn；王巖，34760110@qq.com

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