餐厨堆肥与泥炭配比用于黄瓜育苗基质的研究

刘欣宇，宋鹏，林永锋，王庆乾，王琳琳，田光明

（1.中国农业大学 有机循环研究院，江苏 苏州 215100；2.中国农业大学 资源与环境学院，北京 100083；3.浙江大学 资源与环境学院，浙江 杭州 310058）

随着我国经济的高速发展，城市化进程不断加快，城市人口数量不断上升，有机废弃物已成为影响城市环境质量的一个重要问题［1］。其中，餐厨废弃物是有机废弃物的重要组成部分，其所占比重正逐年上升，如何处理产量日益增长的餐厨废弃物成为了近年来的热门研究问题。多数学者普遍倾向于将餐厨废弃物资源化利用，包括堆肥化利用、饲料化利用以及生物柴油利用等［2］。其中堆肥化利用，即餐厨堆肥，是当前餐厨废弃物资源化利用众多途径中技术难度相对较低的一种方式。YANG 等早在1998 年就提出将餐厨废弃物经过发酵形成有机堆肥进而实现资源化利用［3］。然而，餐厨废弃物相对于秸秆、禽畜粪便等有机堆肥的原始物料有着独特的成分及性质，其中所含有的油脂、盐分等均远高于其它有机废弃物［4］。在当前的工艺技术水平下，无法轻易将餐厨废弃物中的油脂及盐分降低至合理水平，进而保证在蔬菜等旱地作物上的安全应用［5-9］，因此当前极少见到餐厨堆肥在旱地作物上应用的报道。而有机堆肥除了作为常规肥料在田间进行施用外，在农业生产过程中的其他方面也有一定的应用，如土壤调理剂、育苗基质等［10-11］，这为餐厨废弃物堆肥化后的进一步应用提供了可能性。传统蔬菜育苗基质常以泥炭作为其主要组分，而泥炭属于不可再生资源。寻找适合的材料代替泥炭进行蔬菜育苗基质的配制同样是当前学者研究的热点问题。禽畜粪便堆肥普遍被认为是有机肥中替代泥炭的较好选择［12-15］，殷泽欣等采用牛粪堆肥替代泥炭的方式初步验证了其作为辣椒及番茄育苗基质的可行性［16］。关于禽畜粪便堆肥替代泥炭的报道屡见不鲜，但缺乏对餐厨堆肥替代泥炭用于蔬菜育苗基质的研究。

本试验通过穴盘育苗的方式，以餐厨堆肥及泥炭为原始物料按照不同比例进行配制，研究不同育苗基质的理化性质及其对黄瓜种子萌发和幼苗生长的影响，旨在探索餐厨堆肥与泥炭联合用于黄瓜育苗基质的最佳配比，从而为餐厨废弃物在农业生产上合理应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2021 年9 月4 日在中国农业大学有机循环研究院（苏州）人工气候与植物培养中心进行。供试作物为黄瓜，品种为申青一号；供试餐厨堆肥由环太湖地区收集的餐厨垃圾于环太湖城乡有机废弃物处理利用示范中心经好氧发酵完全腐熟得到，其主要成分构成如表1 所示；供试泥炭购自绿源美家农业科技有限公司。基质采用新鲜原材料进行配比，其主要理化性质详见表2。

表1 供试餐厨废弃物的主要组成成分Table1 Main components of the experimental food waste

表2 供试基质原材料主要理化性质Table2 Physical and chemical properties of the experimen⁃tal materials substrate

1.2 试验方法

试验共设置5 个处理（T1、T2、T3、T4、CK），每个处理进行3 次重复。各处理所对应的基质材料体积比重详见表3。

1.2.1 育苗基质制备

按照表3 中所述的各处理设计，于2021 年9 月4 日将育苗基质原材料按比例装入60 cm×48 cm×20 cm 的塑料盆中，混合均匀，各处理采集样品100 g 以备检测。

表3 各处理育苗基质中原材料的体积比重Table3 Volume fraction of raw materials seedling substrates in different treatment %

1.2.2 播种与管理

将各处理育苗基质于50 穴育苗穴盘中进行种子育苗，每穴1 粒种子，播种于距离基质表层0.5 cm 处。各处理统一进行浇水，每育苗穴盘浇水800 mL，试验期间每2 d 补水400 mL，置于人工气候室在25 ℃，80%湿度条件下进行培养15 d（2021年9 月4-18 日）。

1.2.3 育苗基质理化性质的测定

依据农业行业标准《NY/T2118-2012》中的规定［17］对样品基质的容重、相对含水量、总孔隙度、通气孔隙度、持水孔隙度进行测定：选取体积为200 mL 的带底盖环刀，称取环刀质量记为M0；将新鲜基质样品均匀装入环刀中，称取环刀和基质质量记为M1；将环刀与基质在105 ℃下烘干4 h，干燥器中自然冷却4 h 后称取环刀和基质质量，记为M2；将风干基质样品以育苗时的基质紧实状态装入环刀并扣上带孔的顶盖，称取质量记为M3；将环刀置于清水中浸泡24 h，称取质量记为M4；将环刀置于铺有滤纸的漏斗上自然沥干3 h，称取质量记为M5。测定指标的具体计算方式如下：

参考鲍士旦方法［18］测定样品基质的pH、EC、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾、腐殖酸及有机质含量；采用硝酸银滴定法测定样品基质的Cl-含量；采用焰色反应法测定样品基质的Na+含量。

1.2.4 黄瓜幼苗生长指标的测定

播种10 d 后（2021 年9 月13 日）统计黄瓜种子出苗数，计算出苗率；播种后15 d（2021 年9 月18日），每穴盘选取长势良好的黄瓜幼苗15 株，用直尺测定幼苗株高，用游标卡尺测定幼苗茎粗。利用长宽系数法测定黄瓜幼苗叶面积；采用CCM-200plus 叶绿素含量测定仪测定黄瓜幼苗完全展开叶，以CCI 值表示叶绿素含量；利用根系扫描仪测定黄瓜幼苗总根长、总根面积、总根体积；利用电子天平测定各处理黄瓜幼苗的地上部、地下部鲜重，然后90 ℃杀青，60~70 ℃烘至恒重，测定相应干重并计算壮苗指数。

利用隶属函数法求出不同处理下各生长指标的隶属值，隶属值越大表示黄瓜幼苗在此配比基质下的生长越好，从而对黄瓜幼苗生长指标进行综合评价。

隶属值及壮苗指数计算公式如下：

式中，i表示处理，j表示幼苗生长指标；Xij表示i处理下j指标的测定值；Ximax表示j指标在各处理中的最大值；xjmin表示j指标在各处理中的最小值。

1.3 数据处理

用Excel2016 软件对原始数据进行统计，采用SPSS 23.0 软件对数据进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理育苗基质的理化性质

育苗基质的理化性质直接影响蔬菜种子的萌发。育苗基质的物理结构特性对育苗基质的通气透水及保水保肥能力有着重要的影响，如容重、孔隙度等。育苗基质的化学性质直接关乎种子的萌发乃至幼苗时期的生长发育，如pH、EC 及养分含量等。本试验各处理育苗基质的理化性质见表4。

表4 不同处理育苗基质的理化性质Table4 Physiochemical properties of seedling substrates under different treatment

2.1.1 不同处理育苗基质的物理性状指标

农业行业标准《NY/T2118-2012》对蔬菜育苗基质的物理性状指标做出了明确的要求：容重0.20~0.60 g·cm-3、总孔隙度>60%、通气孔隙>15%、持水孔隙>45%、相对含水量<35%。试验结果表明，CK、T1 及T2 处理符合农业行业标准对育苗基质物理性状指标的要求，能够为作物提供相对良好的生长环境条件。其中，T2 处理的容重最高，相对CK 与T1 处理分别提高了51.85%与34.29%，且彼此之间差异显著（P<0.05）；CK 处理的相对含水量最高，T1 及T2 处理相对于CK 处理分别下降了9.78%与26.06%，T1 与T2 处理呈显著差异（P<0.05）；CK 处理的总孔隙度最大，T1 及T2 处理相对于CK 处理分别下降了3.83%与6.44%，且3 个处理间差异显著（P<0.05）；T2处理的通气孔隙最大，相对CK 与T1 处理分别提高了18.23%与8.89%，T1 与T2 处理相对于CK处理差异显著（P<0.05）；CK 处理的持水孔隙最大，T1 及T2 处理相对于CK 处理分别下降了8.06% 与14.77%，且3 个处理间差异显著（P<0.05）。

2.1.2 不同处理育苗基质的化学性状指标

前 人 研 究 表 明［19-20］，pH 在5.5~7.5 之 间、EC<2.5 mS·cm-1适宜作物幼苗生长。试验结果表 明，CK、T1 及T2 处 理 的pH 及EC 均 在 作 物 幼苗生长的理想范围内。其中，T2 处理的pH 及EC均 为 最 高，T2 处 理 的pH 相 对CK 及T1 处 理 分 别提高了23.56%与11.77%，且3 个处理之间差异显著（P<0.05）；T2 处理的EC 相对CK 及T1 处理分别提高了261.22%与55.26%，3 个处理之间差异显著（P<0.05）。在育苗基质养分含量方面，随着餐厨堆肥替代量的增加，各处理的全氮、速效磷、速效钾、碱解氮、腐殖酸及有机质含量均有所上升，表现为T4>T3>T2>T1>CK，且在全氮、碱解氮、腐殖酸及有机质含量方面表现出显著差异（P<0.05）。在Na+及Cl-含量方面，各处理表现为T4>T3>T2>T1>CK，且各处理之间差异显著（P<0.05），分析其原因在于餐厨堆肥的Na+及Cl-含量均高于泥炭，因此随着餐厨堆肥替代量的增加，各处理育苗基质的Na+及Cl-含量呈上升趋势。

2.2 不同处理育苗基质对黄瓜幼苗生长发育的影响

由表5 可知，不同处理育苗基质对黄瓜幼苗生长具有一定的影响。根据农业行业标准《NY/T 2118-2012》的规定，蔬菜育苗基质的出苗率应不低于90%，各处理中只有T2 处理的出苗率符合行业标准的要求。本试验中，餐厨堆肥替代比例在0~50% 区间内有助于黄瓜种子的出苗，当替代量≥75%时则表现出明显的抑制作用。在株高方面，T2 处理显著（P<0.05）高于其他处理，相对于CK 处理提高了18.78%；在茎粗方面，CK 处理的茎粗最大，其次为T2 处理，除T4 处理外，其余处理彼此之间无显著差异；CK 处理的叶面积最大，T2 处理的叶面积大于其余处理；T2 处理的叶绿素含量最高，CK 处理的叶绿素含量最低，T2 处理相对于CK 处理提高了14.42%。而在总根长、总根面积、总根体积及地上部鲜重、地上部干重、地下部干重、壮苗指数方面，随着餐厨堆肥替代比例的增加，各指标均呈下降态势，表现为CK>T1>T2>T3>T4。

2.3 不同处理育苗基质对黄瓜幼苗生长的综合评价

运用隶属函数法对表5 中不同处理育苗基质黄瓜幼苗的生长指标数据进行分析，可以得到各处理对不同生长指标的隶属值（表6）。T2 处理的平均隶属值为0.84，是所有处理中的最高值，代表黄瓜幼苗在T2 处理的育苗基质中生长的最好，其次为CK 处理，平均隶属值为0.82，T2 处理与CK处理仅相差0.02。平均隶属值最低的处理为T4，仅有0.06。各处理育苗基质平均隶属值的综合排序为：T2>CK>T1>T3>T4。

表5 不同处理育苗基质黄瓜幼苗的生长指标Table5 Growth indices of cucumber seedlings of different substrates

表6 不同处理育苗基质黄瓜幼苗生长指标的综合评价Table6 Comprehensive evaluation of growth indexes of cu⁃cumber seedlings of different substrates

3 讨论

泥炭在很长一段时间内是蔬菜育苗基质的主要组成成分，但泥炭作为一种不可再生资源，已不符合国家对农业可持续发展的要求，寻找一种可以替代泥炭用于蔬菜育苗基质的可再生资源是当前学界研究的热门问题，诸多学者对此开展了大量的研究。刘娟等研究发现利用椰糠对泥炭进行替代可以有效提升辣椒的育苗效果［21］，范如芹等通过发酵床废弃垫料与土壤调理剂相结合替代泥炭的方式实现了促进蔬菜生长的作用［22］。同时，大量研究证明利用有机肥对泥炭进行部分替代可以起到促进农作物生长、提升产量与品质的作用。然而，关于餐厨堆肥替代泥炭用以蔬菜育苗的研究却十分少见，这与餐厨废弃物资源化利用过程中的不完善因素具有密切的联系。

笔者前期研究发现，处理工艺及餐厨废弃物来源是影响餐厨废弃物资源化利用的部分关键因素，因此导致餐厨堆肥的理化性质具有一定程度的不稳定性，进而形成了餐厨堆肥替代泥炭用于蔬菜育苗基质的不利因素。为此，本试验详细提供了供试餐厨堆肥的原料组成及基本的理化性质，能够为后续的相关研究提供一定程度的参考。

蔬菜育苗基质的理化性质是影响蔬菜种子萌发及幼苗生长的关键，利用餐厨堆肥等有机肥或其他农业废弃物对泥炭进行替代必定会导致育苗基质理化性质的不同。殷泽欣等利用牛粪替代泥炭的试验结果显示其容重在0.25~0.48 mg·kg-1，总孔隙度在70.11%~81.15%，EC 值在0.77~3.24 mg·kg-1，速 效 磷 在346.78~919.10 mg·kg-1，速效钾在1 174.51~2 630.21 mg·kg-1，碱解氮在387.92~580.07 mg·kg-1［13］，与本试验研究结 果相近。但在腐殖酸含量方面，本试验中餐厨堆肥的腐殖酸含量比牛粪堆肥高出了21.24%，而泥炭则相对前人试验低了13.98%，这与两者泥炭的来源途径不同有关。农业行业标准《NY/T2118-2012蔬菜育苗基质》中对蔬菜育苗基质的各项理化指标做出了明确的要求，但本试验中各处理均未能完全符合行业标准中关于理化指标的规定，分析其原因在于目前蔬菜育苗基质的配制过程中除了泥炭等主要组分之外，还混合了蛭石、珍珠岩、秸秆、碳化稻壳等辅助成分，而这些辅料的加入将能够有效调节育苗基质的理化性质，使之符合行业标准的规定。此外，由于餐厨废弃物具有高盐的特点，而Cl-在叶片中大量积累会导致黄瓜生长受到抑制，产生毒害［23］。因此本试验重点研究了不同替代量下育苗基质的Cl-含量，试验结果表明，随着餐厨堆肥对泥炭替代量的提升，育苗基质中Cl-含量显著上升，结合100%泥炭及100%餐厨堆肥处理的Cl-含量，可知出现这一情况的原因是餐厨堆肥中Cl-的含量高于泥炭。

众所周知，育苗移栽是黄瓜种植的最佳方式，而黄瓜幼苗的生长指标是衡定黄瓜育苗基质质量优劣的重要标准之一。徐诚等证明了将蛭石、黄沙、炉渣及菇渣进行一定比例的配制用于黄瓜育苗可以显著提升黄瓜幼苗的茎粗、叶面积及壮苗指数［24］，段金萍等研究表明牛粪与秸秆混合发酵产物对黄瓜幼苗的叶绿素含量、可溶性蛋白含量及根系活力具有明显的促进提升作用［25］。本试验测定了黄瓜幼苗的出苗率、株高、茎粗等13 项指标，在出苗率、株高、叶绿素含量及地下部鲜重方面，表现为T2 处理优于其他处理。对于蔬菜育苗基质，出苗率及壮苗指数是2 项最为关键的质量评判指标。在壮苗指数方面，CK 处理相对于T2 处理高出了0.07，为所有处理中壮苗指数最高的处理，但出苗率相对于T2 处理则低了30.00%。通过上述数据难以直观评评判不同处理黄瓜幼苗的综合生长质量，因此本试验运用隶属函数法对黄瓜幼苗在不同处理育苗基质中的生长指标进行分析，结果显示T2 处理的平均隶属值最高，其后依次为CK、T1、T3、T4。这表明T2 处理黄瓜幼苗的综合生长质量最高，CK 处理次之。

本试验中随着餐厨堆肥替代量的增加，各处理育苗基质的理化性质和黄瓜植株的生长质量产生了显著的变化，最终确定了餐厨堆肥对泥炭进行50%的替代最有利于黄瓜的生长，但关于餐厨堆肥的理化性质对黄瓜生长的影响则尚未探明。根据前人研究，pH 与EC 对黄瓜的种子萌发和幼苗生长具有很大的影响［26］，本试验中随着餐厨堆肥替代量的增加，各处理育苗基质pH 及EC 均呈显著上升的态势，而作为餐厨堆肥最重要的特性之一的Cl-含量也呈显著上升的趋势，至T4 处理时，Cl-含量已高达1.86%。各处理育苗基质pH、EC 及Cl-含量的差别的主要原因在于餐厨堆肥的化学性质，而笔者单位之前研究发现餐厨堆肥的pH 主要受餐厨废弃物原料以及餐厨堆肥发酵工艺的影响，EC 及Cl-含量主要受餐厨废弃物原始组分与处理工艺的影响［27］。为推进餐厨堆肥在农业生产中的安全应用，建议加大对餐厨废弃物处理及发酵工艺的研究。

4 结论

本试验中，50%餐厨堆肥+50%泥炭配制所得的育苗基质的理化性质均在黄瓜生长的理想范围内，且黄瓜幼苗植株的综合生长指标上均优于其它处理，因此可以考虑以餐厨堆肥对泥炭进行50%的替代量来进一步研制黄瓜育苗基质。