不同有机废弃物作为栽培基质的可行性分析

康凯丽，王 朴，梁玉婷，涂继红

(武汉市园林科学研究院，湖北武汉 430081)

基质栽培是无土栽培的重要类型，我国是居世界第一位的设施园艺大国，但基质栽培面积所占比例不足1%，随着我国种植业结构的调整和社会主义新农村的建设，花卉、蔬菜产业正由传统的个体形式向工厂化、规模化、市场化的方式转变，基质栽培将会有很大的发展空间。据统计，我国每年产生畜禽粪便、农作物秸秆等各类有机废弃物约有60亿t，且利用处置率较低。随着人们环保意识的提高，填埋、丢弃、堆焚等有机废弃物传统处置方式正在改变，已逐渐形成肥料化、饲料化、能源化、基料化、材料化5种利用模式，将有机废弃物作为原料进行栽培基质研发是当前无土栽培技术的研究热点。有机废弃物如秸秆中有大量的有机质、氮、磷、钾、钙、镁、硅、硫和其他微量元素，是重要的有机肥源之一，如利用树皮、锯末、刨花、水苔、碎石、泥炭土、椰糠、菌渣、桑枝屑、核桃壳等作为栽培基质能够为植株提供更多的营养成分，还可降低基质制作成本，符合低碳循环经济理念。良好的栽培基质需具有固定支持植株、提供植株所需营养、透气、持水以及缓冲作用等基本功能。有机废弃物来源广泛，种类繁多，其理化性质可直接或间接影响基质的综合性能，因此掌握有机废弃物原料性质是获得良好栽培基质的前提。该研究选取几种有机废弃物并对其特性进行综合分析，旨在为有机废弃物的基质化利用提供数据参考。

1 材料与方法

有机废弃物主要来自武汉及周边市区、武汉市大型花卉市场。选择的材料有木薯渣、蚯蚓土、园林废弃物、松鳞、椰糠、泥炭。其中木薯渣为木薯生产乙醇后的残渣，并经厌氧发酵；蚯蚓土为蚯蚓养殖后筛分物；芦苇末为芦苇秆粉碎后自然堆放90 d后物料;园林废弃物为武汉市园林绿化修剪后收集植物残体经堆制发酵的产物；椰糠、泥炭购于花卉市场；椰糠为椰砖浸水后的松散颗粒。

容重、孔隙度测定。容重和孔隙度按照郭世荣的方法测定，取一定体积的塑料烧杯，称重空烧杯质量，加满风干待测物，待测物的紧实程度与种植时的紧实度相当，称装满待测物的烧杯质量，加水至饱和状态，饱和水状态下称重()，然后把塑料杯倒置，让杯中的水分流出，至容器中没有水分流出为止，称重()。结果计算公式如下：

容重(g/cm)=(-)

(1)

总孔隙度=[(-)] ×100

(2)

通气孔隙度=[(-)] ×100

(3)

持水孔隙度=[(-)] ×100

(4)

电导率、pH的测定。将风干基质与去离子水以1∶5比例混合，充分浸泡后用搅拌器搅拌5 min后取过滤液，静止几分钟后，用DDS-12电导仪测电导率(EC)；用pH计测定pH。

有机质、养分含量测定。有机质、全氮、全磷、全钾含量测定参考有机肥料NY 525—2012。有机质含量采用重铬酸钾容量法，全氮含量采用硫酸-过氧化氢消煮凯氏定氮仪测定，全磷含量采用硫酸-过氧化氢消煮钒钼黄比色法测定，全钾含量采用硫酸-过氧化氢消煮火焰光度法测定。

发芽指数测定。取20 g原料鲜样，加入200 mL蒸馏水，振荡30 min，收集浸提液，于培养皿内铺入相应大小的滤纸一张，均匀放进30粒颗粒饱满大小接近的小白菜种子，用移液管取5.0 mL堆肥浸提液于培养皿，将培养皿放置在(25±1)℃、80%湿度培养箱中培养72 h，并以蒸馏水进行对照试验。测定种子发芽率和根长，并计算发芽指数(GI)：

GI=(浸提液的种子发芽率×种子根长)/(蒸馏水的种子发芽率×种子根长)×100%

(5)

采用Excel整理试验数据，采用SPSS 20.0进行单因素方差分析，采用邓肯检验法比较不同处理间数据差异性(<0.05)。运用隶属函数法对有机废弃物综合效果进行评价。隶属函数值公式如下：

()=(-)/(-)(=1，2，3，…，；=1，2，3，…，)

(6)

若某一个指标与长势为负相关，则用反隶属函数计算，公式如下：

()=1-(-)/(-)(=1，2，3，…，；=1，2，3，…，)

(7)

计算标准差系数：

(8)

计算权重系数:

(9)

计算综合评价值：

(10)

式中，表示第个处理第个指标值，表示第个指标的最小值，表示第个指标的最大值。值越大，表示生长越好。

2 结果与分析

从表1可以看出，不同种类的有机废弃物容重不同，容重较大的为蚯蚓土、木薯渣，分别为0.67、0.47 g/cm，园林废弃物与泥炭的容重接近，芦苇末最低，仅为0.18 g/cm。总体来看有机废弃物容重较低，体现质地偏轻的特点。总孔隙度最高为椰糠，达86.43%，其次为芦苇末，为82.35%，木薯渣与泥炭总孔隙度接近，分别为60.12%、61.96%。不同基质原料孔隙比有所差异，最小为椰糠，孔隙比为1∶4.88，其次为泥炭，为1∶3.32，芦苇末与蚯蚓土大小孔隙相当，孔隙比接近1∶1，可知椰糠与泥炭通气孔隙度偏低，持水孔隙度较多，基质原料保水性较好，但透气性较差。

表1 有机废弃物的物理性质

由表2可知，不同基质原料的pH不同，其中蚯蚓土的pH最高，达8.38，呈碱性，园林废弃物与芦苇末pH在7左右，基本为中性，木薯渣、椰糠、泥炭pH小于7，为酸性，泥炭pH最低，为5.06。电导率从高到低依次为木薯渣>芦苇末>蚯蚓土>园林废弃物>椰糠>泥炭，可见与泥炭相比有机废弃物的电导率普遍偏高，也是制约有机废弃物直接作为栽培基质的重要因素。有机质含量最高为椰糠，达86.64%，木薯渣与园林废弃物有机质含量在45.00%左右，芦苇末与泥炭有机质含量在50.00%以上，蚯蚓土的有机质含量偏低，仅为37.79%。对养分元素来说，椰糠全氮含量最高，为3.65%，芦苇末、蚯蚓土、泥炭全氮含量在1.00%左右；不同有机物料全磷含量差异较大，最高为木薯渣，全磷含量为1.60%，芦苇末与泥炭全磷含量较低，分别为0.23%、0.11%。全钾含量最高的为椰糠，达8.82%，园林废弃物与泥炭全钾含量偏低，在0.50%以下。总养分含量由高到低依次为椰糠>木薯渣>蚯蚓土>园林废弃物>芦苇末>泥炭。

从表3可以看出，不同有机废弃物的浸提液发芽指数不尽相同，最高为木薯渣，达77.88%，其次为泥炭、蚯蚓土，分别为66.29%、62.11%，芦苇末最低，发芽指数仅为27.12%；除芦苇末外，各原料的发芽指数均在50%以上。通常认为，发芽指数在50%以上说明经堆沤发酵的物料基本腐熟，对植物基本没有毒性。

隶属函数法是一种在多指标测定基础上对材料进行综合评价的方法，可考虑到对综合评价有负影响的指标，使结果更为客观、合理。隶属函数法得到的评价值越高，有机废弃物作为基质原料综合表现越好。对不同有机废弃物进行综合评价，结果见表4，评价值从高到低依次为椰糠>木薯渣>蚯蚓土>园林废弃物>泥炭>芦苇末，可知除芦苇末外，其他物料综合评价值均高于泥炭，均有代替泥炭作为栽培基质原料的可能性。

表2 有机废弃物的化学性质及养分含量

表3 供试有机废弃物浸提液发芽指数

3 讨论与结论

通过对有机废弃物的理化性质分析，可知有机废弃物原料普遍容重小，质地偏轻，有较高的孔隙度，但孔隙比不尽相同，这与材料质地、粒径相关。pH和电导率是衡量基质品质的重要指标，pH对植物生长和栽培基质中营养元素的溶解释放及微生物活性都有紧密联系，基质中自带的可溶性盐分直接影响植物根系营养液的平衡。所选有机废弃物基本呈中性偏酸性，可满足大部分植物对酸碱度的要求；电导率偏高，可为植物生长提供充足的矿质养分。孔隙度是衡量基质性状的另一重要指标，良好的通气和保水性能可为植物根系创造良好的生长环境。通常有机废弃物含有较高的有机质及营养成分，可为植物提供充足的养分。

表4 不同有机废弃物的综合评价

椰糠含有较多的木质素和纤维素，可部分或完全代替泥炭作为栽培基质，如将椰糠、枯枝落叶与泥炭混合可作为盆栽杜鹃的栽培基质。椰糠可完全代替泥炭与蛭石、珍珠岩等按不同比例混合作为观赏凤梨和盆栽袋鼠花的栽培基质，椰糠已成为代替泥炭的主要基质之一。木薯渣是木薯生产加工淀粉或乙醇后的副产品，目前多作为畜牧饲料应用。近年来将木薯渣作栽培基质取得良好效果，将木薯渣代替一半泥炭作为栽培基质可显著提升番茄产量品质和抗氧化能力，木薯渣也可作为园林花卉八仙花的栽培基质。园林废弃物通常指在城市园林绿化中植物新陈代谢自然产生的或是在绿化养护过程中产生的修剪物、废弃草花及杂草等植物性材料，园林废弃物经堆肥化处理，形成的有机产品含大量营养元素和腐殖质物质，可作为多种花卉栽培基质，添加园林废弃物堆肥能明显促进非洲凤仙、矮牵牛、金盏菊的生长。由于单一基质理化性质差别较大，存在不同程度的缺陷，很难满足植物生长的各项需求，如该试验中芦苇末综合排名不及泥炭，但在生产中可选择2～3种不同材料进行复配使用，可弥补单一基质的缺陷，在理化性质方面更趋于合理，达到植物生长要求。

该试验以有机废弃物的理化性质为主要参考指标，探讨了椰糠等有机废弃物作为栽培基质的可行性，隶属函数法综合评价顺序为椰糠>木薯渣>蚯蚓土>园林废弃物>泥炭>芦苇末，表明大部分农林废弃物均可通过基质化开发技术实现资源的循环利用。我国农林有机废弃物资源化利用研究任重而道远，将废弃物开发为植物栽培基质是其中重要的途径之一，对传统发酵技术和配方技术的不断改进，进一步提升基质产品品质，满足多样化需求，仍是今后研究的重点方向。