利用豬場廢棄墊料制備番茄栽培基質研究

劉岑薇，葉 菁，李艷春，林 怡，王義祥

（福建省農業(yè)科學院農業(yè)生態(tài)研究所，福建省紅壤山地農業(yè)生態(tài)過程重點實驗室，福建 福州 350003）

隨著我國畜牧業(yè)的大力發(fā)展，畜禽糞便成為畜牧養(yǎng)殖業(yè)最大的污染物，對環(huán)境的污染也愈加顯著。調查表明，我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)所產出的畜禽糞便年產量約30億t［1］，但實際有效處理率不到50%。在傳統(tǒng)養(yǎng)殖中，畜禽糞便會隨水沖欄而出，這些養(yǎng)殖糞污中含有各種病源微生物、寄生蟲等有害物質［2］。未經處理隨意排放的禽畜糞便、污水排放量超過地區(qū)土壤的承載能力，通過雨水匯入河流，不僅造成土壤及水環(huán)境的污染［3］，而且對有機肥資源造成巨大的浪費，成為制約養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要因素［4］。加強畜禽糞便污染防治迫在眉睫，將其充分且安全利用是畜禽糞便污染防治的核心內容。

發(fā)酵床養(yǎng)豬在我國一些大型養(yǎng)殖場發(fā)展成熟，但對于養(yǎng)殖廢棄墊料的基本成分、理化性質，以及在農田再利用的適用性研究較少［18］，且缺乏無害化處理和資源化應用技術的研究，墊料基質化利用還有許多問題待解決。傳統(tǒng)蔬菜基質利用泥炭，因其理化性質優(yōu)良，使用效果好。但單一使用某種基質難以滿足蔬菜生長發(fā)育的各項需求，且泥炭成本高，過度使用會破壞沼澤地的生態(tài)環(huán)境［19］。近年來，我國無土栽培技術迅速發(fā)展，蔬菜栽培基質前景十分寬廣。有機生態(tài)型無土栽培基質的研究已成為現階段重要研究方向，該類基質擁有緩沖性強、穩(wěn)定性好、根系生長所需環(huán)境較優(yōu)的特點，可為植物生長提供有利的生長環(huán)境及植物生長所需的必要養(yǎng)分。我國無土栽培目前還存在一些問題，從實際生產來看，栽培基質的生產系統(tǒng)昂貴，且基質原料較貴，例如泥炭、蛭石、巖棉，且都是不可再生資源，因此導致了基質產品費用升高。國內外采用農業(yè)廢棄物等經腐熟發(fā)酵和消毒制造出經濟環(huán)保型基質取得了良好的效應，且減少資源浪費。利用農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)產生的農牧廢棄物，例如養(yǎng)豬場廢棄墊料，利用其墊料成分發(fā)酵成性狀穩(wěn)定的基質，可作為今后育苗基質的發(fā)展方向［20］，既滿足可持續(xù)發(fā)展的需求，又可推動我國有機農業(yè)的發(fā)展。

本研究利用養(yǎng)豬場廢棄發(fā)酵床墊料為主材料，添加不同比例的爐渣研制蔬菜栽培的基質，研究不同的栽培基質配比對番茄的生長及產量的影響。根據農作蔬菜對栽培基質的特性要求，探索并篩選適宜南方設施內有機無土栽培的最佳基質配方，探究作物對于不同基質配比的基質中的養(yǎng)分吸收情況，為廢棄墊料的資源化利用和產業(yè)化開發(fā)提供科學依據，為發(fā)展有機生態(tài)型無土栽培蔬菜基質提供技術保障。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試的兩份材料（材料A和B）均以秀珍菇菌渣和養(yǎng)豬場廢棄墊料為主料，供試爐渣為民用鍋爐燃煤排出的廢渣，其主要成分是二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、氯化鈣、氯化鎂等，其重金屬含量 為 Pb 10.3 mg·kg-1，Cd 0.08 mg·kg-1，Cu 32.6 mg·kg-1，Zn 28.3 mg·kg-1，符合標準規(guī)定（NY/T391-2000）［21］。以上材料按表1所示的比例混合（處理中的比例為重量比），C/N均為30∶1。將材料A和B分別與過1.68 mm篩后的爐渣按照不同的體積比（V/V）混合（表2），并以菜園土作為對照。試驗前將不同配比的基質裝入直徑20 cm、高30 cm的塑料盆中，每盆裝入的材料A和B的重量相同（不含爐渣），播種番茄種子，待種子出土后，統(tǒng)計番茄出苗率，之后每盆定株1棵，每個處理3株，3次重復，隨機排列。各處理的番茄管理方式均相同，番茄生長過程中無施肥管理。

表1 不同試驗處理原料配比 （kg）

表2 各種基質的配制（體積比） （%）

1.2 測定項目與方法

基質容重、孔隙度的測定［17］：用環(huán)刀法（環(huán)刀稱重記為W0），裝取風干基質后稱重記為W1；浸泡水中24 h，達到飽和狀態(tài)時稱重記為W2；靜置3 h待水分自然瀝干后，稱重記為W3，重復3次后按下列公式計算：容重=（W1-W0）/V；總孔隙度（TP）=［（W2-W1）/V］×100%；通氣孔隙度（AP）=［（W2-W3）/V］×100%；持水孔隙度（WHP）=總孔隙度-通氣孔隙度?；|pH值、電導率的測定［20］：稱取風干基質10 g，按固∶液（去離子水）=1∶5（W∶V）混合震蕩40 min后提取浸提液，用DDSJ-308型電導率儀測定基質電導率，用HANNA Hi8 134型pH 計測定pH值。

1.3 基質淋濾液成分分析

分別于試驗的第0、30、90、120、150和180 d向栽培基質中均勻添加相同用量的超純水，直至有淋濾液從塑料盆底部的排水孔流出，然后收集托盤內的淋濾液用于pH值和電導率的測定。

1.4 數據分析

利用Minitab 16統(tǒng)計軟件，對基質容重、孔隙度、pH值和電導率進行相關性分析，檢測不同比例的墊料、菌渣及爐渣的復合基質對于番茄生長情況的影響。

2 結果與分析

2.1 復合基質的物理特性

2.1.1 基質容重

不同比例的墊料、菌渣及爐渣配制成的復合基質的理化性質都有所差異。從表3可知，處理基質的容重都比對照基質的大，其中，添加了50%的爐渣的處理基質A1的容重（A1=2.76 g·cm-3）大大超出了菜園土的容重（1.10 g·cm-3）；添加20%爐渣的處理基質B4的容重（B4=2.40 g·cm-3）也遠大于對照。當基質以墊料為主時（A），基質中所添加的爐渣比例增大，其基質容重顯著增大（R2=0.80）且各處理基質間有顯著差異；其原因在于爐渣本身粒徑較大，通?？勺鳛榕潘畬硬牧?，鋪在栽培基質的下層。當基質以菌渣為主時（B），基質容重與爐渣添加比例無顯著相關性，且添加50%爐渣與添加30%爐渣的基質容重無顯著差異。在兩個處理均未添加爐渣的情況下，以墊料為主的基質容重（A5=0.63 g·cm-3）略大于以菌渣為主的基質（B5=0.57 g·cm-3）。

表3 各處理基質的物理性質

2.1.2 孔隙度

要進一步加深對監(jiān)督對象的了解。中央紀委要求各級紀委要全面掌握“森林”情況，正確處理好“森林”和“樹木”的關系。但當前恰恰缺乏的是“森林”信息來源，了解監(jiān)督對象情況大多是從人事、稽核等相關部門間接獲得，缺少動態(tài)化、實時的監(jiān)督數據支撐，特別在用人監(jiān)督方面，由于缺乏對其社會關系、思想變化、家庭生活等情況的及時掌握，難以有效發(fā)現和杜絕少數干部“帶病”上崗現象的發(fā)生。

各處理基質的總孔隙度無明顯差異，總體來看，添加了爐渣的各處理基質的總孔隙度較未添加爐渣的處理基質大。由表3可知，相比于其他處理基質，未添加爐渣的基質（A5與B5）與以墊料為主且添加20%爐渣的基質（A4）容重和總孔隙度是較符合植物生長的基質條件。添加50%爐渣的處理基質降低了基質通氣孔隙度，總孔隙度、持水孔隙度都隨添加的爐渣比例的增大而呈降低趨勢。從各處理基質的水氣比結果來看，A1、A5、B1、B3、B5的水氣比均在2.0～5.0之間，其余處理基質的水氣比都較高。

2.2 基質淋濾液性質的變化

2.2.1 基質pH值的變化

各處理基質pH值初始值在7.3～9.0之間，在未添加爐渣時，基質pH值隨菌渣含量的增多而顯著增高（圖1）。以墊料為主且未添加爐渣的A5基質的平均pH值為7.4，爐渣添加含量超過20%的基質A1、A2、A3、A4的pH值都明顯高于菜園土（pH=7.8）；而以菌渣為主的B5基質堿性較大，其平均pH值為8.0。處理基質A組的pH值與爐渣的添加比例呈顯著相關性，處理基質的pH值隨爐渣含量的增多而升高。以菌渣為主的處理基質B組的pH值與爐渣添加比例則無顯著相關性。

圖1 處理基質的pH值與爐渣添加比例的關系

由圖2可知，隨著基質使用時間增加，各處理基質的pH值總體呈降低趨勢。以墊料為主的基質中發(fā)現，添加爐渣的基質pH值在開始使用的前30 d均呈下降趨勢，添加50%爐渣的基質A1的pH值在使用期間總體呈下降趨勢；添加40%爐渣的基質A2的pH值在使用30 d后緩慢上升，到使用第90 d，其pH值達到最高值（pH=8.37），隨后顯著下降，基質使用180 d后pH值達到最低值（pH=7.45）；添加30%爐渣基質A3的變化趨勢與A1相似；添加20%爐渣基質A4的pH值在使用到第60 d時達到最高值（pH=8.39），之后顯著下降，在使用180 d后達到最低值（pH=7.26）。以墊料為主且未添加爐渣的基質A5在使用到第90 d，pH值達到最小值，隨后緩慢增大，在使用半年后，基質pH值趨于原始值。在栽培番茄的過程中澆水灌溉，滿足番茄生長過程所需的水分。通過水的沖洗，使得爐渣中主要成分（多為酸性和堿性氧化物）被淋洗，減弱其堿性，使得各處理基質的pH值有減小的趨勢。

圖2 處理基質的pH值與使用時間的關系

以菌渣為主的各處理基質的pH值在植物生長過程中也總體呈下降趨勢，基質B1的pH值的變化趨勢與B4相似；而B2與B3的pH值的變化趨勢相似，基質pH值在使用30 d后開始緩慢上升，在使用60 d后顯著下降，隨后緩慢升高，在使用150 d后繼續(xù)下降至最低值。未添加爐渣的處理基質（B5）在使用后，pH值呈下降趨勢，到90 d后達最低值，隨后緩慢升高，在第150 d達到最高值，隨后緩慢降低，其原因可能為菌渣中含有大量難以降解的纖維素、木質素等，隨著番茄生長過程中不斷被微生物利用，碳素物質分解轉化［22］。

2.2.2 電導率的變化

圖3 處理基質的電導率與基質使用時間的關系

電導率（EC）反映了基質中的可溶性鹽含量，在一定的范圍內，溶液的含鹽量與EC值正相關。由試驗結果（圖3）顯示，堆制發(fā)酵材料的EC值介于0.6～1.2 mS·cm-3之間，過高的EC值不利于植物生長?；|的電導率受添加墊料、菌渣和爐渣比例的影響，基質的電導率與爐渣添加比例無顯著相關性。其中A原料配制的基質的電導率顯著高于B原料，添加爐渣導致各基質EC值有不同程度的下降。隨著添加爐渣比例減小，以墊料為主的基質的EC值升高，添加30%爐渣的基質A3的初始EC值最高，為1.28 mS·cm-3；而以菌渣為主的基質的EC值隨著添加爐渣比例增大呈先增大后減小的趨勢，添加40%爐渣的基質B2的初始EC值最高（0.93 mS·cm-3）；添加50%爐渣的處理基質A1和B1的EC值都是各組中最低值（分別為1.03和0.6 mS·cm-3）。這是因為基質中的墊料含有大量的氨隨著微生物分解作用揮發(fā)，導致EC值的下降。不同處理基質的電導率隨時間變化的趨勢較為相似（圖4）。各基質在植物生長初期（30 d）達到最高值，隨著植物旺盛生長，添加爐渣的處理基質的EC值呈先降低后升高的趨勢，在植物成熟期顯著增加，最后趨于初始值。處理基質中添加爐渣40%的處理基質（A2）的 EC值最大，其次是添加20%爐渣的基質，未添加爐渣且墊料比例低的處理基質B5的EC值最低?；| EC值在植物生長過程中最高達到10.6 mS·cm-3，其原因不僅受墊料中微生物的影響，且受到植物根系分泌物質的影響。受墊料和菌渣中微生物活動的影響，使得植物在生長過程中，處理基質的EC值呈明顯下降趨勢，在植物成熟期緩慢增加并趨于初始值。

番茄生長初期對養(yǎng)分的需求很低，在生長后期則需要從基質中吸收大量的養(yǎng)分。測定各處理基質的電導率可以快速判定基質是否適合植物生長。高慧等［23］通過測定基質的電導率的變化曲線，得出適度的鉀濃度有助于提高根系對養(yǎng)分的吸收，而過度的鉀濃度會抑制根系對養(yǎng)分的吸收。

2.2.3 不同墊料基質對番茄形態(tài)指標的影響

由表4可知，除B1外的各處理基質的番茄幼苗株高、莖粗、地上部鮮質量、干質量均顯著高于對照CK。其中，處理A5的株高、莖粗、鮮質量、干質量最大，其次為A2，處理B1基質的番茄幼苗各形態(tài)指標均為最小。另外，A組處理的各項番茄幼苗形態(tài)指標均顯著高于B處理。由此可見，廢棄墊料經過堆肥處理后能提供番茄生長所需的基本性質，而添加過多的煤渣會影響番茄的生長。

表4 不同處理基質對番茄幼苗形態(tài)指標的影響

3 討論

良好的基質首先要具備良好的理化性狀，主要通過顆粒大小、容重、總孔隙度、水氣比、pH值等指標衡量。有研究表明，麥稈與爐渣（1∶0.5）配置的復合基質栽培番茄的株高、莖粗、鮮質量及干質量等方面均表現良好［24］，適宜的番茄復合基質的容重在0.2～0.8 g·cm-3為好。容重過小，說明栽培基質過于疏松，通氣性較好，適宜根系延伸，但不能起到良好的固定植株的效果；容重過大，則說明基質過于緊實，總孔隙度小，基質通氣性較差，影響作物根系的生長。目前廣泛使用的基質的總孔隙度在55%～85%之間，通氣孔隙度在15%以上，持水孔隙度在50%以上較好［25］?；|的物理結構，例如孔隙度和容重決定了基質水分和空氣的含量，決定了植物根系對養(yǎng)分的吸附性能，從而影響水分、養(yǎng)分的供應和吸收。墊料含量在50%以上的基質持水孔隙度偏小，墊料本身持水性不夠大，但是在長時間使用過程中，墊料在發(fā)酵過程中粗纖維會被緩慢降解，使得其通氣孔隙度變大。而爐渣容重偏大，過于緊實，透氣保水性較差，易產生基質內進水，對作物生長不利。在本試驗中發(fā)現，添加了爐渣的各處理基質的總孔隙度較未添加爐渣的處理基質大，但都在較適宜的范圍之內；不含爐渣的處理基質A5和B5的容重及總孔隙度較為適宜。本試驗中添加50%的爐渣的基質A1和B1不宜作為作物栽培基質。由于處理基質中配有不同比例爐渣、墊料和菌渣，使得處理基質的通氣孔隙都明顯地小于對照基質。一般來說，基質容重小、總孔隙度大，則該基質較疏松，通氣性好，有利于植物根系進行有氧呼吸，有利于植物根系對礦物質營養(yǎng)的吸收，進而有利于植物的生長發(fā)育。容重過小，孔隙度過大，同樣也不利于植株的生長發(fā)育。由于墊料持水性不夠大，以墊料為主的基質（A）的持水孔隙度較小。一般來說，水氣比在2.0～4.0之間較適宜植物生長［26］，從處理基質的水氣比測定結果來看，A1、B1、B3的水氣雖比前人所研究的適宜比例略高，但仍具有較好的育苗效果。

基質pH值和電導率也是篩選基質好壞的重要指標［27］。番茄基質的pH值一般在6.5～7.0之間為宜，植物對各種營養(yǎng)元素的利用有效性較高。本實驗中用到的爐渣，價格廉價易獲得，其理化性質較為良好，有利于固定根系，但由于堿性過大，持水量低、質地不均一，對制作的基質的營養(yǎng)成分影響較大。使用前應該過＜5 mm篩，且爐渣不宜單獨用作基質，需與其他基質充分混合后方可使用。在本試驗中發(fā)現，爐渣添加的比例不應超過50%，否則將影響作物生長。添加爐渣使得基質pH值偏堿，超過作物根系生長所需的最適宜pH值（6.0～8.0），會影響到營養(yǎng)液的酸堿性，嚴重時會破壞營養(yǎng)液的化學平衡，阻止植物對養(yǎng)分的吸收?；|的pH值偏高不但直接影響根系對養(yǎng)分的吸收，而且地上部生長明顯受抑。因此本試驗中添加過多爐渣不利于番茄幼苗的生長。電導率反應了基質內部可溶性鹽的多少，在施肥上可以利用電導率管理施肥，利用爐渣調節(jié)基質的電導率。以墊料為主的處理基質中添加爐渣40%的基質A2的 EC值最大，其次是添加20%爐渣的基質A4，這說明墊料和爐渣中含有較多的可溶性鹽類，其供肥強度較大。各原料中未添加爐渣的處理基質A5和B5的EC值均為最低，說明添加爐渣可以提高基質中的可溶性鹽含量。菌渣較干燥蓬松，透氣性較高于墊料，本身所含有的氨氣更容易揮發(fā)。一般適合于育苗的基質EC值在0.13～0.35 mS·cm-1，適合大多數植物生長的 EC 值在 0.36～ 0.65 mS·cm-1［28］，本試驗中以墊料為主的基質且不含爐渣的處理基質A5較為適宜作為蔬菜的栽培基質。

4 結論

目前利用養(yǎng)豬場廢棄墊料作為栽培基質的研究較少，對于該方面的研究，從很大程度上解決了廢棄物的再利用問題。隨著產業(yè)化工業(yè)化生產規(guī)模的提高，各種工農業(yè)副產品和廢棄物的排放量日益增多，無土栽培選用基質的方向應以有機廢棄物的利用為主，實現資源可循環(huán)利用，有機廢棄物的選用可根據廢棄物理化性質，根據作物對營養(yǎng)所需情況進行配比，使用復合基質，既能滿足植物生長需求，又能符合市場化需求?；|栽培技術簡單，投資小，但各種基質的價格相差很大。應根據當地的資源狀況，盡量選擇廉價優(yōu)質、來源廣泛、不污染環(huán)境、使用方便、可利用時間長、經濟效益高的基質，最好能就地取材，從而降低無土栽培的成本，減少投入，體現經濟性。通過對添加爐渣的基質理化性質的評價結果表明：添加不含有毒物質的爐渣，對作物生長無害。爐渣可作為無土栽培蔬菜的基質，但不適宜單獨使用，需要與其他基質混合才能得到適宜作物生長的性狀。爐渣與廢棄墊料配制成混合基質時，所添加爐渣的比例不應超過50%。利用爐渣、養(yǎng)豬廢棄墊料、菌渣作為蔬菜栽培基質屬于廢棄物再利用，不會對環(huán)境造成二次污染，是目前較為環(huán)保的一種廢棄物再利用方式，且經濟效益顯著。