豬糞沼渣用作育苗基質(zhì)的效果研究

伍夢起，秦文婧，陳曉芬，萬里平，龔貴金，陳靜蕊，徐昌旭，劉 佳 *

（1.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與資源環(huán)境研究所/國家紅壤改良工程技術(shù)研究中心，江西 南昌330200；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/植物-土壤相互作用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；3.贛州銳源生物科技有限公司，江西 贛州 341900）

在我國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)快速發(fā)展的強(qiáng)力推動下，作物育苗已由傳統(tǒng)的個(gè)體化形式向集約化、工廠化和市場化形式轉(zhuǎn)變[1]。傳統(tǒng)育苗，由于受自然條件制約，具有難以控制、不易管理、出苗不齊等缺陷，而設(shè)施化的基質(zhì)育苗則可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)育苗的不足，既減少農(nóng)用地的占用、便于人工管理，又能快速高效地培育出整齊劃一、素質(zhì)較高的秧苗[2]。草炭和蛭石是目前育苗基質(zhì)中采用較多的主要原材料，前者含有大量的有機(jī)物質(zhì)和速效養(yǎng)分，可供種子萌發(fā)和幼苗生長所需的營養(yǎng)，后者則具有良好的保濕性、透氣性、膨脹性，可改善育苗基質(zhì)的物理性狀[3-4]。然而，草炭的不可再生性和產(chǎn)地地域性限制了其大規(guī)模、可持續(xù)利用，因地制宜地選擇合適的草炭替代物是當(dāng)前育苗基質(zhì)研發(fā)的趨勢[5-6]。

中國是世界第一養(yǎng)豬大國，養(yǎng)殖糞污的收集、處理和利用一直是我國農(nóng)業(yè)科研的關(guān)注焦點(diǎn)[7]。近些年，養(yǎng)豬企業(yè)的規(guī)?；?、集約化發(fā)展使養(yǎng)殖糞污得以全量化收集，而后再經(jīng)厭氧發(fā)酵沼氣工程進(jìn)行發(fā)電。沼渣是厭氧發(fā)酵沼氣工程的底層泥狀沉渣，隨著沼氣工程的推廣普及，沼渣產(chǎn)量穩(wěn)步提升。大量的沼渣如果得不到合理利用，會造成資源浪費(fèi)和二次污染。沼渣中含有豐富的有機(jī)物質(zhì)及營養(yǎng)元素，具有用作育苗基質(zhì)原材料的可能性。李妮等[8]研究發(fā)現(xiàn)，在普通育苗基質(zhì)中添加15%和30%的雞糞沼渣，可促進(jìn)茄果類蔬菜的生長發(fā)育，但添加45%及以上的雞糞沼渣則降低了茄果類蔬菜的出苗率和根系活力。劉爽等[9]的研究也有相似結(jié)果，在葉菜育苗基質(zhì)中添加20%的生物氫烷工程沼渣效果最好，過量添加適得其反。由此可見，厭氧發(fā)酵原材料及發(fā)酵工藝不同，產(chǎn)生的沼渣性質(zhì)也有明顯區(qū)別，用作不同作物育苗基質(zhì)的可行性及效果也需開展針對性的研究來確定。

本研究以豬糞厭氧發(fā)酵沼氣工程沼渣為育苗基質(zhì)原材料，以玉米、黃瓜、水稻為供試作物，將沼渣與草炭、蛭石按一定體積比混配為不同配方的育苗基質(zhì)，布置穴盤育苗試驗(yàn)，研究不同配方基質(zhì)對作物幼苗生長的影響，通過綜合評價(jià)得出不同作物育苗基質(zhì)的沼渣適宜施用比例，以期為豬糞沼渣在育苗基質(zhì)方面的應(yīng)用和推廣提供技術(shù)支撐，為促進(jìn)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試玉米品種為“京紫糯219”，黃瓜品種為“珍妮102”，水稻品種為“泰優(yōu)2806”。供試豬糞厭氧發(fā)酵沼氣工程沼渣來自江西正合生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司，重金屬含量為總砷1.72 mg/kg、總汞0.12 mg/kg、總鎘0.15 mg/kg、總鉻16.00 mg/kg，總鉛未檢出，草炭、蛭石為商用產(chǎn)品。草炭、蛭石、沼渣的基本理化性質(zhì)如表1所示。

表1 供試草炭、蛭石、沼渣的基本理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與幼苗培養(yǎng)

試驗(yàn)以傳統(tǒng)育苗基質(zhì)（草炭∶蛭石=60∶40）為對照（CK），設(shè)置BR15（草炭∶蛭石∶沼渣=45∶40∶15）、BR30（草炭∶蛭石∶沼渣=30∶40∶30）、BR45（草炭∶蛭石∶沼渣=15∶40∶45）、BR60（草炭∶蛭石∶沼渣=0∶40∶60）4個(gè)處理（表2），調(diào)節(jié)各基質(zhì)含水量為70%。玉米、黃瓜、水稻育苗試驗(yàn)于恒溫氣候室進(jìn)行，日間溫度為30℃，夜間溫度為26℃，相對濕度為75%。

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) （%）

試驗(yàn)采用72孔標(biāo)準(zhǔn)塑料穴盤，每孔體積40 cm3，每孔播1粒種子，每盤為1個(gè)重復(fù)，設(shè)3次重復(fù)。播種完成后將塑料穴盤置于恒溫室內(nèi)，每天記錄出苗數(shù)并定時(shí)定量補(bǔ)水。育苗完成后，完整取出幼苗，調(diào)查其株高、莖粗、地上部和地下部鮮、干重等生長性狀，并計(jì)算相對發(fā)芽率、壯苗指數(shù)、活力指數(shù)等評價(jià)指標(biāo)。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 育苗基質(zhì)理化性質(zhì)

育苗基質(zhì)理化性質(zhì)的測定主要參照魯如坤[10]的方法：pH、電導(dǎo)率在物∶水=1∶5條件下分別采用玻璃電極法、原位電極法（Mettler Toledo S470）測定，容重、通氣孔隙度采用環(huán)刀法測定，有機(jī)質(zhì)采用K2Cr2O7濕熱法測定，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測定，有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定，速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法測定。

1.3.2 幼苗生長性狀

幼苗株高使用直尺測定，莖粗使用游標(biāo)卡尺測定；地上部、地下部鮮重使用電子分析天平稱量，75℃烘干至恒重，再稱量地上部、地下部干重。

1.3.3 幼苗評價(jià)指標(biāo)

幼苗評價(jià)指標(biāo)主要包括相對發(fā)芽率、壯苗指數(shù)和活力指數(shù)。相關(guān)計(jì)算公式如下：

相對發(fā)芽率GR（%）=GT/GCK×100[11]，式中GT為試驗(yàn)組發(fā)芽率，GCK為對照組發(fā)芽率。

壯苗指數(shù)=（莖粗/株高+地下部干重/地上部干重）×全株干重[9]。

活力指數(shù)=Gi×S[11]，式 中Gi＝∑（Gt/Dt），Gt為t日的發(fā)芽數(shù)，Dt為對應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)，S為幼苗鮮重。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0進(jìn)行單因素方差分析和回歸分析，采用Duncan比較不同處理間的差異顯著性（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同配方育苗基質(zhì)的理化性質(zhì)

理化性質(zhì)是反映育苗基質(zhì)結(jié)構(gòu)特性和養(yǎng)分狀況的重要指標(biāo)。從表3可以看出，隨著沼渣施用比例的提高，育苗基質(zhì)的pH和堿解氮、有效磷、速效鉀養(yǎng)分含量顯著增加，特別是BR60處理，其有效磷和速效鉀含量分別較CK增加了9.88和19.59倍。與此同時(shí)，育苗基質(zhì)的容重、電導(dǎo)率和可溶性鹽總量也呈增加趨勢。然而，育苗基質(zhì)的通氣孔隙度卻呈先上升后下降的趨勢，在BR15處理達(dá)到最大值，相對于CK提高了9.2%（P＜0.05）；有機(jī)質(zhì)含量則始終呈下降趨勢，BR60處理僅相當(dāng)于CK的49.0%。

表3 不同配方育苗基質(zhì)的理化性質(zhì)

2.2 不同配方育苗基質(zhì)對玉米、黃瓜、水稻幼苗生長性狀的影響

在育苗基質(zhì)中施用一定比例的沼渣可以促進(jìn)作物幼苗生長。由表4可以看出，隨著沼渣施用比例的增加，玉米各項(xiàng)生長指標(biāo)都呈先增加后減少的趨勢。其中，地下部鮮重、總鮮重、地下部干重、總干重在BR15處理達(dá)到最大值，相對于CK分別提高了4.8%（P＞0.05）、38.8%（P＜0.05）、2.6%（P＞0.05）、23.8%（P＜0.05）；而株高、莖粗、地上部鮮重、地上部干重則在BR30處理達(dá)到最大值，相對于CK分別提高了29.9%（P＜0.05）、33.6%（P＜0.05）、65.6%（P＜0.05）和37.5%（P＜0.05）。

表4 玉米、黃瓜、水稻幼苗生長性狀

隨著沼渣施用比例的增加，黃瓜幼苗的株高呈逐漸降低趨勢，但BR15和BR30處理較CK并無顯著差異。除株高外，黃瓜幼苗其余各項(xiàng)生長指標(biāo)均呈先增加后減少的趨勢。其中，莖粗、地下部鮮重、地上部干重、地下部干重、總干重在BR15處理達(dá)到最大值，相對于CK分別提高了17.4%（P＜0.05）、118.1%（P＜0.05）、12.8%（P＞0.05）、26.7%（P＞0.05）和14.4%（P＞0.05）；而 地 上 部鮮重、總鮮重則在BR30處理達(dá)到最大值，相對于CK分別提高了41.0%（P＜0.05）和41.7%（P＜0.05）。

與玉米、黃瓜不同，在育苗基質(zhì)中施用沼渣對水稻幼苗的促進(jìn)作用相對較弱。當(dāng)沼渣施用比例為15%時(shí)（BR15處理），與CK相比，水稻的各項(xiàng)生長指標(biāo)略有提高，但增幅僅在0.1%～14.9%之間，且均未達(dá)到顯著水平（P＞0.05）；而當(dāng)沼渣施用比例達(dá)到或超過30%時(shí)，大多數(shù)的生長指標(biāo)均表現(xiàn)出衰退趨勢。

2.3 不同配方育苗基質(zhì)對玉米、黃瓜、水稻育苗評價(jià)指標(biāo)的影響

在基質(zhì)育苗中施用一定比例的沼渣有利于提高各作物秧苗的相對發(fā)芽率、壯苗指數(shù)、活力指數(shù)。如圖1所示，隨著沼渣施用比例的增加，玉米、水稻的相對發(fā)芽率呈先增加后減少的趨勢，二者均在BR15處理達(dá)最大值，較CK分別提高了2.2%（P＞0.05）、11.6%（P＞0.05）；而黃瓜的相對發(fā)芽率則始終保持下降趨勢，但僅BR60處理與CK差異顯著。

圖1 玉米、黃瓜、水稻育苗評價(jià)指標(biāo)

隨著沼渣施用比例的增加，黃瓜、水稻幼苗的壯苗指數(shù)先增加后減小，均在BR15處理達(dá)到最大值，較CK分別提高39.8%（P＜0.05）、3.0%（P＞0.05）；而玉米的壯苗指數(shù)始終呈下降趨勢，其中BR15和BR30處理相較于CK的降幅僅為2.4%～6.3%（P＞0.05），各處理中只有BR60處理與CK差異顯著。

隨著沼渣施用比例的增加，3種作物的活力指數(shù)均呈先增加后減少的趨勢，其中玉米、水稻在BR15處理達(dá)最大值，相較于CK分別提高118.7%（P＜0.05）、19.0%（P＞0.05）；黃瓜在BR30處理達(dá)最大值，相較于CK提高78.8%（P＜0.05）。但是，當(dāng)沼渣施用比例達(dá)到45%時(shí)，3種作物秧苗的活力指數(shù)均急劇下降。

2.4 不同作物育苗基質(zhì)的沼渣適宜施用比例

對玉米、黃瓜、水稻幼苗的各生長性狀和評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行回歸分析（表5），可以看出，除玉米的相對發(fā)芽率和壯苗指數(shù)、黃瓜的株高和相對發(fā)芽率、水稻的株高外，其余所有指標(biāo)均與育苗基質(zhì)中沼渣的施用比例呈二次函數(shù)關(guān)系，且擬合方程的R2較高。除水稻的相對發(fā)芽率和壯苗指數(shù)外，其余所有指標(biāo)的擬合方程均達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）。綜合評價(jià)得出玉米、黃瓜、水稻育苗基質(zhì)中沼渣的適宜施用比例分別為22.3%～32.4%、20.0%～24.0%、10.2%～19.2%。

表5 不同作物育苗基質(zhì)的沼渣適宜施用比例

3 討論

3.1 添加豬糞沼渣對育苗基質(zhì)理化性質(zhì)的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，豬糞沼渣具有極高的養(yǎng)分，其堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別是草炭的1.19、13.32和18.78倍（表1），因此替代草炭后可以顯著提高育苗基質(zhì)的養(yǎng)分含量，各處理有效磷、速效鉀的含量甚至達(dá)到了CK的4.75～10.88和5.22～20.59倍（表3），這與宋成軍等[12]、董志新等[13]的研究相似。但是由于沼渣是厭氧發(fā)酵產(chǎn)物，其有機(jī)質(zhì)含量（211.33 g/kg）要遠(yuǎn)低于草炭（366.91 g/kg），因此隨著沼渣施用比例的增加，各處理的有機(jī)質(zhì)含量呈明顯下降趨勢。值得注意的是，畜禽糞污類沼渣普遍具有較高的含鹽量[14]，因此替代草炭后會大幅提升育苗基質(zhì)的可溶性鹽總量及電導(dǎo)率，可能會對種子萌發(fā)及幼苗生長產(chǎn)生鹽分脅迫[15]，這也是限制畜禽糞污類沼渣基質(zhì)化利用的關(guān)鍵障礙因素。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)適宜的沼渣施用比例（BR15、BR30）不會明顯增加育苗基質(zhì)的容重，而且還有利于改善通氣孔隙度，可有效調(diào)節(jié)育苗基質(zhì)的物理性狀。

3.2 添加豬糞沼渣對作物幼苗生長的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，在育苗基質(zhì)中添加一定比例的豬糞沼渣可以促進(jìn)玉米、黃瓜、水稻的幼苗生長，3種作物的株高、莖粗、鮮重、干重等生長性狀以及相對發(fā)芽率、壯苗指數(shù)、活力指數(shù)等育苗評價(jià)指標(biāo)基本都隨沼渣施用比例的提高呈先增加后減少的變化趨勢。這可能與過量添加沼渣后育苗基質(zhì)的理化性質(zhì)惡化有關(guān)，如養(yǎng)分濃度過高、鹽分脅迫加劇、通氣孔隙度減小等。過量添加沼渣會使育苗基質(zhì)的養(yǎng)分濃度大于植物幼苗根毛細(xì)胞液的濃度，使根毛細(xì)胞液中的水分反滲到育苗基質(zhì)中，造成燒苗現(xiàn)象；同樣，鹽分濃度過高也會對植物幼苗造成滲透逆境，有些鹽離子（Cl-、SO42-等）還可能對幼苗根系產(chǎn)生直接毒害[15-16]。許耀照等[17]發(fā)現(xiàn)，育苗基質(zhì)的通氣孔隙度下降會顯著抑制黃瓜種子的萌發(fā)和幼苗的生長。不同種類的作物幼苗對養(yǎng)分的需求強(qiáng)度不同，對逆境環(huán)境的耐受能力也有差異，盡管豬糞沼渣具有較高的養(yǎng)分，但也應(yīng)做到針對性地合理施用。宋成軍等[12]研究發(fā)現(xiàn)，將豬場沼氣工程沼渣用于建植高羊茅草皮，60%沼渣添加量的效果要明顯優(yōu)于30%和90%的沼渣添加量。邱靜等[18]也發(fā)現(xiàn)，在0%～9%的沼渣用量范圍內(nèi)，5%的添加量更能改善微環(huán)境條件并促進(jìn)黑麥草的健康生長。

3.3 豬糞沼渣作為育苗基質(zhì)原材料的合理施用

在以往的研究中，人們大多根據(jù)作物生長發(fā)育的部分關(guān)鍵指標(biāo)（如出苗率、鮮重等）在不同沼渣施用量下的表現(xiàn)，得出某一具體的沼渣推薦用量[8-9，12]。本研究充分考慮作物生長發(fā)育的多項(xiàng)指標(biāo)隨沼渣施用量的變化趨勢，通過回歸分析推導(dǎo)出各指標(biāo)理論上的沼渣最佳施用比例，進(jìn)而綜合評價(jià)確定某一作物育苗基質(zhì)中沼渣的適宜添加范圍，結(jié)果更為全面客觀。通過上述方法，本研究最終確定玉米、黃瓜、水稻的育苗基質(zhì)中沼渣的適宜添加比例分別為22.3%～32.4%、20.0%～24.0%、10.2%～19.2%，可見，不同作物對沼渣的偏好（或耐受）程度是有明顯區(qū)別的，因此將來在其他作物育苗基質(zhì)中應(yīng)用沼渣仍需開展相應(yīng)研究。但是，本研究也存在一定的局限性，主要表現(xiàn)為當(dāng)前育苗基質(zhì)的養(yǎng)分含量和含鹽量偏高，未來可進(jìn)一步降低草炭、沼渣等高養(yǎng)分物質(zhì)的用量，增加蛭石等低養(yǎng)分物質(zhì)的比例，以進(jìn)一步優(yōu)化育苗基質(zhì)配方，并且需要加強(qiáng)育苗基質(zhì)的脫鹽效果研究，從而節(jié)約資源、降低成本，利于沼渣育苗基質(zhì)的市場化發(fā)展。

4 結(jié)論

與傳統(tǒng)育苗基質(zhì)相比，適宜的沼渣施用比例（＜30%）可顯著改善育苗基質(zhì)的容重、pH、速效氮磷鉀養(yǎng)分等理化性質(zhì)，但過量施用也會導(dǎo)致容重等理化性質(zhì)變差。施用適宜比例（玉米、黃瓜為15%和30%，水稻為15%）的沼渣可顯著促進(jìn)作物幼苗生長，也有利于改善玉米、黃瓜、水稻的相對發(fā)芽率、壯苗指數(shù)和活力指數(shù)。通過回歸分析綜合評價(jià)得出，玉米、黃瓜、水稻育苗基質(zhì)的沼渣適宜施用比例分別為22.3%～32.4%、20.0%～24.0%、10.2%～19.2%。因此，豬糞沼渣可用作育苗基質(zhì)原材料并有良好效果，但對于不同作物應(yīng)針對性地研究其適宜施用比例。