园林废弃物堆肥替代泥炭对紫薇容器育苗影响研究

吴宇，张蕾，邸东柳，李意峰，张晓飞，田锋，张林菁，武浩然，牛小云

(1河北农业大学 园林与旅游学院，河北 保定 071000；2中国林业科学研究院 林木遗传育种国家重点实验室，北京 100091)

容器育苗是一种利用指定容器来对林木、花卉等进行培养的育苗方法，作为当前先进的苗木生产技术，受到各个国家的推广和应用[1]。与裸根苗木进行比较，容器育苗的幼苗成活比例高、苗木生长品质好，且有造林季节长、苗木培育时间短、出圃率高等优势[2]。大量研究表明，栽培基质的选择很大程度上决定了容器育苗能否成功[3]。泥炭，又称“草炭”，是一种理想的基质材料，国内外多选用泥炭与蛭石、珍珠岩等，以不同的比例进行混合作为栽培基质，其具有容重小，便于运输等优点。但泥炭属于不可再生资源，多年来的大量开采，使得泥炭资源迅速减少，泥炭价格也急剧上涨。同时泥炭资源的过度使用，引发了一系列环境问题，世界各国都在积极寻求新的基质材料[4]。

园林废弃物指在城市绿化及园林维护过程中产生的枯枝、落叶、草屑等有机废弃物[5]，其来源广、价格低，具有很大的利用价值。将园林废弃物进行堆肥化处理，不仅防止了焚烧、填埋等传统处理方式引发的环境污染，也实现了其资源化的合理应用。国内国外已有专家学者展开了相关研究并获取了一些进展。如李燕等筛选出适宜红掌和鸟巢蕨生长的基质中园林废弃物堆肥添加比例分别为60%和60%～80% ；魏乐等发现金盏菊(CalendulaofficinalisL.)的幼苗在园林废弃物堆肥比例为25%和50%的基质中生长良好[6-7]。

紫薇(LagerstroemiaindicaKoehne)形态优美，具有极大的观赏价值。作为河北省少有的夏花树木之一，在园林绿化中发挥着重要作用。目前高质量的紫薇苗木仍存在较大的市场缺口，尤其是在雄安新区建设对绿化苗木大量急需的特殊背景下，紫薇容器育苗研究意义重大。因此本试验将以园林废弃物堆肥替代泥炭对紫薇容器育苗影响进行研究，筛选出适宜紫薇容器苗生长的最佳基质配方，为园林废弃物堆肥今后在苗木培育中的广泛合理利用提供科学参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 育苗基质材料 草炭土、珍珠岩及堆肥，试验地点位于河北农业大学西校区园林与旅游学院实践教学温室。

1.1.2 试验种子及处理 将紫薇种子用清水清洗浸泡约1 h，种子略微吸胀后在0.5%的高锰酸钾溶液中浸泡2 h，进行种子消毒，再用流动的水冲洗种子，将种子放入清水中浸泡约24 h，待第2天将种子捞出，用湿棉布覆盖，隔半天淋洗1次种子，防止种子因为水分缺失和热量过高致死。

1.1.3 育苗容器以及药品肥料 播种苗采用10 cm(直径)×15 cm(高)的聚乙烯塑料容器，容器内表面均匀分布突出的导根肋，盆底含小孔有助于水分排出，并使苗木根部与空气接触进行修根。肥料采用奥绿控释肥料，m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=14∶13∶13，肥效5～6个月。

1.2 试验设计

试验采用了单因素设计，试验设置1个对照组，6个处理组，5个重复，每1重复培育30株苗，试验基质的配比按不同成分体积百分比配置，见表1。

表1 紫薇基质配方

Table 1 Substrate formula of Lagerstroemia indica%

1.3 试验方法

1.3.1 基质材料处理 分别将园林废弃物堆肥过1 cm筛，然后与珍珠岩、草炭土分别按试验设计的比例混合，加入肥料，使用3%工业硫酸亚铁进行基质消毒(规格为25 kg/m3)。

1.3.2 种子播种及苗期管理 种子催芽完成后，进行播种，每1容器播4～5粒，播后在其上均匀盖土0.5 cm左右。之后每天对其喷水2～3次，直至幼苗破土，维持基质湿润状态。幼苗出土30 d后进行间苗，每个容器保留1株健壮苗木，幼苗期保持基质湿润，每隔7 d喷施1次多菌灵防治病害。速生期保持基质饱和含水量在70%以上，生长后期每隔5～7 d灌水1次。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 基质物理性质测定 每个处理中随机取5个样，用环刀取样后，分别测定基质容重(D)、总孔隙度(P)、通气孔隙度(A)以及持水孔隙度(W)[8]。

1.4.2 基质化学性质测定[9]基质pH用pH计来测定；用电导测量仪测量悬液的EC值；全氮的含量采用凯氏定氮法；全磷含量采用钼锑抗比色法；全钾含量采用磷酸消煮-原子吸收分光光度计法；碱解氮测定采用碱解扩散法；有效磷测定采用盐酸-氟化铵浸提-钼锑抗比色法。

1.4.3 苗高、地径、生物量的测定 苗高测量：5月、6月及9月每月中旬用精度为0.001 m的卷尺测量株高。地径：6月、7月、8月及9月每月中旬，用20分度的游标卡尺在根部以上1 cm处测量地径。生物量：植物收获后80℃的烘箱中干燥72 h，至恒重后，用电子天平(精度为0.000 1 g)对根生物量、茎生物量以及叶生物量进行称定。

1.5 数据分析

试验数据采用 Microsoft Office Excel 2010 和 SPSS 22.0 数据处理软件来做方差分析及多重比较。

2 结果与分析

2.1 添加不同比例的堆肥对苗高、地径的影响

不同基质处理的苗木在不同生长时期苗高生长变化情况如图1所示。

图1 添加不同比例的堆肥对苗高的影响

Figure 1 Effects of different proportions of compost substrate on seedling height

注：图中字母代表不同处理间的比较(P<0.05)，下同。

由图1可知，在5月份，各处理间苗高差异不显著(P<0.05)，范围在7.28～7.74 cm。在6月份，处理A1、A2及 A3，差异不显著；当废弃物堆肥比重≥30%时，处理组苗高出现显著性降低。生长到9月份，各个处理中苗高随着堆肥添加比例的增大表现为先上升而后下降的态势，在A3处理中达到最高，与对照组A1有显著差异，分别高于对照11.56%、10.18%。

不同基质处理的苗木在不同生长时期地径生长变化情况如图2所示。

图2 添加不同比例的堆肥对地径的影响

Figure 2 Effects of different proportions of compost substrate on ground diameter

由图2可知，从6月到9月，苗木地径在各处理间具有相似的变化趋势，随着堆肥比例的增加呈递减趋势。其中6月与8月，处理A2、A3、A4与对照组A1之间没有显著差异(P>0.05)，7月与9月，处理A1、A2、A3之间差异不显著(P>0.05)，且在9月时，苗木地径在A3处理达到最大值，为12.87 mm。

由此可知，当基质中堆肥占比≤20%时，在各时期苗木的株高、地径均与对照A1差异不显著；而堆肥比例过高时，则会对苗木生长产生抑制作用。当堆肥量全部替代泥炭时，对苗高以及地径的生长抑制作用最明显。

2.2 添加不同比例的堆肥对苗木生物量的影响

不同基质处理对苗木各组织生物量的影响，见表2。

表2 不同基质处理对苗木各组织生物量的影响

注：表格中，同一列数字后不同字母代表差异显著(P<0.05),下同。

由表2可知，从处理A1到A7，随堆肥添加比例增大，地上生物量呈先升高后降低的变化趋势。对于茎组织的生物量，除A7处理外，其他处理均显著高于对照A1，最大值为A6处理的46.21 g/株。对于叶组织生物量，A5、A6显著高于对照组A1，其余较A1处理有所提高，但差异不显著(P>0.05)。与对照相比，根组织的生物量在A7处理出现显著降低，其余处理均无明显差异(P>0.05)。各处理的总生物量均与A1处理无显著差异(P>0.05)，范围为76.47 g/株～92.00 g/株。地上生物量/根生物量的比值随堆肥量的增加逐渐增大，且均显著高于A1处理，最小值为 A1处理2.17g/株，最大值为 A7处理3.81 g/株。由此可见，园林废弃物堆肥的添加有利于苗木地上部分生物量的积累，而对地下部分生物量影响不大。

2.3 添加不同比例的堆肥对基质物理性质的影响

不同园林废弃物堆肥基质配方物理性质见表3。

表3 不同园林废弃物堆肥基质配方物理性质

由表3可知，随基质中的堆肥比重增加，各处理基质容重递增，除A2处理外，其他处理与对照A1相比均有显著提高，范围在0.10 g/cm3～0.32 g/cm3。基质通气孔隙度在各处理间无显著差异(P>0.05)，范围在30.73%～32.34%；而基质持水孔隙度在处理A1到A3无显著差异且在A1有最大值，为47.57%。当堆肥量≥30%时，持水孔隙度显著小于对照A1。总孔隙度在各处理间的变化趋势与持水孔隙相类似，亦是从处理A4开始显著低于对照A1。

2.4 添加不同比例的堆肥对基质化学性质的影响

2.4.1 不同处理的基质pH值 不同处理的基质pH值见图3。

图3 不同处理的基质pH值

由图3可知，种苗前和取苗后各处理基质的pH值随着堆肥比例增加基本呈上升趋势且均显著高于对照A1处理。但从A1到A5处理，种苗前基质的pH值显著小于取苗后基质的pH值，而对于A6和A7，种苗前基质的pH值大于取苗后的值。其中种苗前基质在堆肥量≤30%时，pH范围为5.11～6.43呈微酸性，从A5处理开始基质pH均大于7.00，最大为处理A7的7.76；而取苗后基质pH从A4处理开始均大于7.00，最大为处理A6的7.43。

2.4.2 不同处理的基质EC值 不同处理的基质EC值见图4。

图4 不同处理的基质EC值

由图4可知，各配比基质EC在种苗前和取苗后随堆肥量的增大有着不同的变化趋势。种苗前不同处理的基质EC含量显著高于A1处理，且随堆肥比重的上升而递增，A7处理处达到最大值，为2.94 ms/cm，是对照组的2倍之高。取苗后不同处理基质EC则呈相反趋势，A1处理显著高于其他处理组，呈递减态势，A4处理除外。A1至A7，种苗前基质中的EC含量大于取苗后基质EC含量。这可能与在苗木生长过程中，其根系吸收了基质中的矿质元素，从而使基质中EC含量降低有关。

2.4.3 不同处理基质中全氮含量 不同处理基质中全氮含量见图5。

图5 不同处理基质中全氮含量

由图5可知，堆肥处理显著增加土壤全氮含量(P<0.05)，全氮含量随堆肥占比增加而增加，在A7处理达到最大值，为13.57 g/kg。由此可见，添加堆肥有利于基质中氮元素的积累。

2.4.4 不同处理基质中全磷含量 不同处理基质中全磷含量见图6。

图6 不同处理基质中全磷含量

Figure 6 Total phosphorus content in different substrates

由图6可知，园林废弃物堆肥处理显著增加土壤中全磷含量，除A4处理外，其他处理呈上升的变化态势。A1处理的全磷含量最低，为0.25 g/kg；A4处理最高，为1.09 g/kg，是A1的4.36倍。由此可见添加堆肥处理有利于基质中磷元素的积累。

2.4.5 不同处理基质中全钾含量 不同处理基质中全钾含量见图7。

图7 不同处理基质中全钾含量

由图7可知，堆肥处理显著增加土壤全钾含量，全钾含量随堆肥占比增加而增加，在A7处理达到最大，为0.15 g/kg，显著高于对照组A1。由此可见，添加堆肥有利于基质中钾元素的积累。

2.4.6 不同处理基质中有效磷含量 不同处理基质中有效磷含量见图8。

图8 不同处理基质中有效磷含量

由图8可知，园林废弃物堆肥处理显著增加了土壤中有效磷含量，有效磷含量随堆肥占比增加而增加。A5处理最高，为21.96 mg/kg。由此可见，添加堆肥有利于基质中有效磷的积累。

2.4.7 不同处理基质中碱解氮含量 不同处理基质中碱解氮含量见图9。

图9 不同处理基质中碱解氮含量

由图9可知，堆肥处理显著增加土壤中碱解氮含量，随堆肥占比增加而增加。且均显著高于A1处理，在A7处理达到最大值，为176.11 mg/kg，为对照组A1的2.19倍。由此可见，添加堆肥有利于基质中碱解氮的积累。

3 讨论与结论

3.1 讨论

苗高及地径对于评定容器苗能否达标十分的重要[10]。本试验中，苗木生长到9月份时，根据花灌木(常绿或落叶)容器苗标准，当容器规格为#5时，苗木高度为60～100 cm，苗木在各处理间均达标[11]。但当堆肥量为20%时，9月份苗高显著大于对照组A1处理且在所有处理中最大，地径与对照A1无显著差异。

添加一定比例的堆肥之后，根生物量在不同处理间虽有下降趋势，但总体差异不大，只有当园林废弃物堆肥全部将泥炭替换用作苗木培育基质时，才显著低于对照。而苗木地上生物量及总生物量均表现为先增大后减小的趋势。此结果与李燕等的研究结果相似[6]。可见栽培基质中添加一定量的堆肥可促进紫薇苗木地上部分生长，这可能是由于堆肥中存在大量营养元素，从而促进了基质中有效营养物质的积累；出现下降趋势可能是由于添加堆肥比例过大，使得基质总孔隙度以及持水孔隙度过低，从而限制了苗木地上部分生长[12]。

基质的理化性质对苗木生长至关重要[2]。基质的容重大小显示了基质的密实程度，其可作为判断基质肥力状况的指标之一。本试验在各处理中容重随堆肥量的增加基本呈显著递增趋势，但均在理想范围内(0.1～0.8 g/cm3)，在此范围内的基质能较好的固定苗木根系并具有良好的通气透水性[13]；总孔隙度反映了基质对空气和水分的容纳能力[14]，而持水孔隙度和通气孔隙度分别与基质对水分的吸附力及基质的通气性能相关[15]。处理A1到A3中基质总孔隙度以及持水孔隙度均未有显著差异，而通气孔隙度在所有处理中差异不显著。紫薇喜微酸性及中性生长环境，且有研究显示微酸性及中性的基质中营养元素种类较多且含量较高[16]。本试验种苗前基质pH在处理A1到A4小于7.00，取苗后基质pH在处理A1到A3小于7.00，利于苗木的生长。EC值是测定基质中可溶性盐浓度的指标，各配比基质EC值在种苗前和取苗后随堆肥量的增加有不同的变化趋势，种苗前随堆肥量增加，基质EC值基本递增且均显著高于对照；取苗后基质EC值从处理A1到A7基本呈递减趋势。而各基质中全氮、全磷、全钾及有效磷、碱解氮含量显著增加，有研究显示富含氮、磷含量的栽培基质对苗木生长与根系发育起促进作用[2]。

3.2 结论

通过对不同配比混合组成的7种基质配方理化性质及形态指标的测定，可以看出苗高、地径和各组织的生物量以及持水孔隙和总孔隙度随堆肥比重的增加呈先上升后下降趋势；而基质容重、pH、取苗前的EC值以及全氮、全磷、全钾、有效磷、有效钾均随堆肥比重的增加呈递增趋势，由此可见不同的基质配方对紫薇理化性质及其形态有极大影响。

紫薇苗木在各处理间均达到花灌木容器苗标准，但当基质中堆肥量过高时，会对苗木生长有抑制作用。综合苗木生长各项指标来看，当堆肥量≤20%时，苗木在生长前期，株高与对照差异不显著，在生长后期对苗木的生长起促进作用，而苗木地径在各个生长时期均与对照无显著差异；且在堆肥量为20%时，茎生物量显著性的高于对照，因此本试验的最佳基质配方为泥炭土55%，珍珠岩25%，园林废弃物堆肥20%。