不同有机废弃物堆制基质的理化性状研究

孙延稳，修梅艳，陈尔学，张晓文，刘幸红，高 嘉，马海林，刘方春

（1.菏泽市定陶区人社局，山东 菏泽 274100；2.青岛新都市设计集团有限公司，山东 青岛 266073；3.定陶区林业局，山东 菏泽274100；4.聊城市田庄苗圃，山东 聊城 252000；5.山东省林业科学研究院，山东 济南 250014）

基质栽培是无土栽培的最主要形式[1]，而适宜栽培基质的选择是实现林木花卉良种工厂化繁育的重要环节，基质要符合不同林木花卉良种育苗的生长要求，要满足规模化生产的需求，还要取材容易、价格低廉[1-2]，而平衡根系轻基质容器育苗技术对栽培基质又提出了更高的要求。平衡根系轻基质容器育苗技术要求育苗基质经过育苗成型机的成型后再用于育苗，但是基质经过育苗成型机的成型作用以后，其理化性质，特别是物理性质必然发生变化，最终会影响育苗的效果[3]。研究不同复合基质在育苗成型机的成型作用前后的理化性质的变化，为育苗成型机配套基质的合理选择及应用提供可靠的理论依据，是十分必要的。

泥炭是国内外公认的良好的育苗基质，以它为主要材料的复配基质，在不同种类的林木花卉育苗中取得了较好的效果[4-5]，目前生产上普遍使用的就是美国康奈尔大学开发的泥炭与蛭石、珍珠岩复配成的四种育苗基质[1,6]。由于成型作用对基质理化性质的改变，这些基质配方未必能满足平衡根系轻基质容器育苗技术的要求，故而开展以泥炭为主要基质材料的成型基质的育苗效果研究显得尤为重要。泥炭价格较高，而且全球泥炭资源有限，短时间无法更新[7]。沼泽泥炭还可以固定空气中的CO2，大量开采会使大气CO2浓度升高，导致地球变暖，所以应用受到限制[8-9]。因此，很多国家，甚至是一些富泥炭国家，开始限制泥炭的使用[6]。开展有机废弃物堆制基质用于林木平衡根系容器育苗基质的研究，筛选出能够完全替代或部分替代泥炭的基质材料，可以较大幅度地降低育苗成本，实现循环经济，具有重要的现实意义[10-13]。鉴于此，本项研究选择菇渣、草浆造纸废料、木浆造纸废料、玉米秸秆废料等有机废弃物作为研究对象，对于有机废弃物堆制基质的理化性质进行分析评价，进而为替代泥炭提供理论依据与技术支撑。同时，利用这些物质生产基质不但可以解决当前棘手的农业环境污染与资源浪费问题，还能为基质的商业化生产提供优质、广泛、廉价的原材料，变废为宝，一举两得。

1 材料与方法

1.1 几种工农业有机废弃物与堆制方法

菇渣：为平菇下脚料，产于平阴蘑菇基地，对菇渣直接堆制；草浆造纸废料：产于山东泉林纸业，由破碎的小麦秸秆和少量的污泥组成。加入尿素调节碳氮比为30：1后堆制；木浆造纸废料：产于山东晨鸣纸业，由破碎的木片和少量的污泥组成，加入尿素调节碳氮比为30：1后堆制；玉米秸秆废料：产于济南历城区的遥墙镇，粉碎后，混入一定比例的牛粪和城市污泥，再加入尿素调节碳氮比为30：1后堆制。对上述各有机材料加水至60%左右，分别进行堆制。每天测定堆体不同部位的温度，当温度达到最高并开始下降时翻堆，直至堆体不再升温时停止翻堆，自然堆放两个月，然后对其理化性质进行测定。

1.2 测定方法

基质容重的测定：用带刻度烧杯法，首先测定湿容重，然后根据含水率计算干容重。

总孔隙度、通气孔隙、持水孔隙、田间持水量、pH、电导率(EC)、阳离子交换量(CEC)的测定参照鲁如坤[14]的方法。

基质重金属的测定：重金属Cu、Zn含量采用硝酸-高氯酸消煮样品，原子吸收分光光度计测定；Pb、Cd先用硝酸-高氯酸消煮样品，用甲基异丁基甲酮(MIBK)萃取，原子吸收分光光度计测定[15]。

基质缓冲性能的测定：配制一个单位浓度的园试配方营养液，并设置pH值分别为3.0、5.0、7.0、9.0共4个处理，然后将基质分别浸入营养液中（基质重量与营养液体积之比为1：5），24 h后过滤，用pH计测定滤液pH值[14]。

1.3 统计分析

采用Excel 2013处理数据并制图，采用SPSS 23.0软件进行方差分析与多重比较(Least significant difference,LSD)。

2 结果与分析

2.1 有机废弃物堆制基质容重、孔隙度比较

容器育苗对基质的容重有一定要求，过低起不到苗木的支撑作用，而过高则不利于运输，对苗木生长也会产生不利影响。从表1可见，四种有机废弃物堆制基质的容重均处于使植株能够良好生长的指标范围（0.1～0.8 g/cm3），其中，玉米秸秆废料堆制基质的容重最大，并显著大于其他处理，这与添加的牛粪和污泥有关；草浆造纸废料的容重小于木浆造纸废料堆制基质，这是由于木浆造纸废料的木质素含量较高、腐解程度较低造成的；菇渣的容重最小。四种有机废弃物堆制基质与泥炭相比，菇渣比泥炭轻，其他3种基质的容重均高于泥炭，而且玉米秸秆废料堆制基质的容重高出泥炭近两倍。除草浆造纸废料和木浆造纸废料容重差异不显著外，其他基质材料之间均达到显著差异水平。

从表1可知，四种有机废弃物堆制基质的总孔隙度以草浆造纸废料达到了理想基质的总孔隙度指标（70%～90%），菇渣的次之，玉米秸秆废料基质的最小，它们之间均达到显著差异水平。菇渣基质的通气孔隙最多，持水孔隙最少，气水比最大；木浆造纸废料基质的通气孔隙最少，持水孔隙最多，气水比最大。与泥炭相比，草浆造纸废料的总孔隙度高于泥炭，但两者之间的差异并不显著，其他有机废弃物的总孔隙度均显著低于泥炭；草浆造纸废料、玉米秸秆废料的气水比与泥炭差异不大，均处于理想范围（1：1.5～1：4）。

表1 不同有机废弃物堆制基质容重与孔隙度

2.2 有机废弃物堆制基质总碳、全氮与碳氮比

从表2可见，四种有机废弃物堆制基质的总碳、全氮及碳氮比差异较大。其中泥炭的有机质、全氮含量最高，玉米秸秆废料堆制基质的最低，草浆造纸废料和木浆造纸废料的有机质、全氮含量差异不显著；四种有机废弃物堆制基质的有机质均显著低于泥炭，菇渣的全氮含量高于泥炭，其他均显著低于泥炭；四种有机废弃物堆制基质的碳氮比均低于泥炭，碳氮比代表了基质的发酵程度和生物学稳定性，这表明四种有机废弃物堆制基质发酵完全，其生物学稳定性较强。

表2 不同基质材料总碳、总氮及碳氮比

2.3 有机废弃物堆制基质pH值和电导率

从图1可见，四种有机废弃物堆制基质的pH值之间差异显著（P＜0.05），所有堆制基质皆呈偏碱性。理想基质的pH值为5.5～6.5，从表中可以看出，四种有机废弃物堆制基质的pH值均偏高，应视各树种对基质酸碱度的不同要求调节后使用。

由图1还可知，四种有机废弃物堆制基质的电导率值均显著高于泥炭，草浆造纸废料堆制基质的电导率值高达6 ms·cm-1，超出了作物生长安全EC值（≤ 2.6 ms.cm-1）范围[3]，菇渣的电导率略超出作物生长安全临界值，木浆造纸废料和玉米秸秆废料堆制基质的EC值皆在安全范围内。

图1 不同基质的pH值和电导率

2.4 有机废弃物堆制基质CEC值与pH缓冲性分析

CEC的大小，基本上代表了土壤可能保持的养分数量，它决定着基质保持和供应养分的能力、基质对酸和碱的缓冲性能等。不同基质材料的(CEC)值相差很大（图2），四种有机废弃物堆制基质中菇渣最大，玉米秸秆废料较小，但有机废弃物堆制基质阳离子交换性能明显低于泥炭。

图2 不同基质材料阳离子代换量的差异

表3是各种基质材料在不同pH值的营养液中经24小时后溶液pH值的变化情况。四种有机废弃物堆制基质均有一定的缓冲能力。木浆造纸废料堆制基质对不同的营养液缓冲性能最好，玉米秸秆废料相对较差。但四种有机废弃物堆制基质的pH值在酸性营养液中都在7以上，在单独用于无土栽培时需降低pH值。

表3 不同基质材料缓冲性能比较

2.5 有机废弃物堆制基质主要营养成分和重金属分析

基质中营养成分含量代表了基质供给作物养分的潜在能力，其养分含量越高，基质的利用价值也就越大。如表4所示，菇渣的氮磷钾养分含量最高；草浆造纸废料和木浆造纸废料的之间氮磷养分含量差异不显著，草浆造纸废料的钾养分含量显著高于木浆造纸废料；玉米秸秆废料的氮磷养分含量最低。这些基质材料在单独使用时，外加养分应考虑基质材料营养特点的不同。

表4 不同基质材料的主要营养成分

从表5可见，草浆造纸废料、木浆造纸废料和玉米秸秆废料堆制基质均明显高于菇渣，但四种有机废弃物堆制基质的重金属含量均没有超过污泥农用标准(GB18918-2002)的限值，用于栽培基质是安全的。

表5 不同基质材料的重金属含量的差异/g/kg

3 讨论与结论

栽培基质是新型高效农业的基础，被广泛应用于花卉工厂化种苗生产、蔬菜工厂化种苗生产以及蔬菜和花卉的无土栽培领域[1-2]。如何开发一种性能稳定、养分丰富、来源广泛、价格低廉、无污染且便于规模化生产的基质产品至关重要[6-7]。本试验通过对草浆造纸废料、木浆造纸废料、玉米秸秆废料、菇渣堆制基质的物理化学特性研究分析发现：草浆造纸废料容重较轻，总孔隙度较高且与泥炭相当，气水比在理想范围，生物学稳定性较强，pH缓冲性能较好，主要营养含量较丰富，重金属含量较低，但其电导率过高、pH值偏高；木浆造纸废料容重较轻，生物学稳定性较强，pH缓冲性能较好，主要营养含量较丰富，重金属含量较低，但其通气孔隙度过低，pH值偏高；玉米秸秆废料堆制基质气水比在理想范围，生物学稳定性较强，pH缓冲性能较好，氮含量略低，重金属含量较低，但其容重较大、总孔隙度偏低、pH值偏高；菇渣基质的容重较轻，总孔隙度较高，生物学稳定性较强，pH缓冲性能较好，主要营养含量非常丰富，重金属含量最低，但其通气孔隙度过高、电导率偏高、pH值偏高。由此可见，四种有机废弃物堆制基质的理化性状存在明显差异，且保肥、供肥能力皆大大低于泥炭。

综上，4种有机废弃物堆制基质均不能单独用于栽培基质，应复配其他材料使其理化性状达到理想基质的要求，并且在使用过程中还应注意及时补充养分。关于不同有机废弃物堆制基质的优化组合还有待于后期进一步研究。