利用茎秆发酵产物浸提液用以有机栽培的试验研究

邵君天

近年来，中国保护地栽培规模逐年扩大，但随之而来因蔬菜茎秆废弃物如番茄茎秆的不合理处理却引发更加不容乐观的环境污染等问题。为充分循环利用农业生产中产生的番茄茎秆类废弃物资源，试验利用番茄茎秆废弃物进行有氧发酵处理和厌氧发酵处理，对两种处理产物浸提后制备成有机营养液，将茎秆废弃物有氧发酵及厌氧发酵产物浸提后的残渣做栽培基质，后期追施不同电导率值的制备好的有机营养液进行番茄全生育期栽培，试验共分为9 个处理，记为3 组：第一组为实验对照组，即CK 组；第二组记T1、T3、T4、T5，栽培基质为茎秆废弃物有氧发酵后获得的残渣；第三组记T2、T6、T7、T8，基质为厌氧发酵残渣。根据研究结果，以番茄茎秆废弃物厌氧发酵产物浸提后的残渣作栽培基质，六片叶后追施电导率为2mS/cm 的厌氧发酵产物浸提液，结果期期间追施电导率为4mS/cm 的处理，在有机栽培的番茄各项形态指标及生理指标的综合分析中表现最佳，说明该处理方式可作为实际栽培生产的理论参考。

一、研究的目的与意义

鉴于全球人口的不断增长，资源短缺和环境保护问题日益严重，向更加可持续性的粮食生产系统过渡的重要性显得尤为重要。为了进一步提高农作物产量，提高养分利用效率，减少营养物损失，我们需要进一步探寻和创新农业废弃物的循环利用技术，绿色肥料制作技术和先进的耕作方法。在现代设施农业生产中，伴随着作物产量高，常年稳定供应优质产品的同时，也存在着大量且不当地使用生物杀伤剂和无机肥料等不可忽视的问题。随着相关科学知识的普及，消费者对环境保护，食品安全和营养的意识也日渐提高，对有机栽培的农产品的兴趣以及购买力也在不断上升。

农业是我们国家国民经济又好又快发展的基础，农业生产的可持续性是社会可持续发展的基础。蔬菜生产是农业生产中尤为重要的环节之一，它与人民群众的生活质量息息相关。我国是世界上最大的农业国家之一，随着农业的进步及健康饮食的倡导，人民对蔬菜特别是优质蔬菜的需求量逐日上升。但与此同时，大量蔬菜的种植生产也导致了大批量蔬菜秸秆的产生。蔬菜秸秆废弃物资源是在整个蔬菜生产过程中被丢弃的有机类物质，秸秆是一种重要的生物质资源，蔬菜秸秆资源化利用前景十分广阔。近年以来，我国大部分农业生产获得的蔬菜残株被不合理的焚烧或弃置，不仅会导致巨大的资源浪费，同时也因为残株的不合理的处理使其成为大气污染以及农田病害的重要来源。虽然近年来我国的农业技术有了大幅进步，农业经济发展成效引人瞩目，但是与此同时也伴随着大批量农业废弃物资源因不合理的处理导致了对农田甚至整个自然环境巨大危害的问题。传统的温室实践以及栽培方式需要被重新评估。使用高质量的有机肥料和生长介质的栽培方式，是生产可持续，安全和营养的水果和蔬菜的重要途径之一。

农民之所以选择将茎秆废弃物付之一炬，最主要是如下原因导致: 一是经济效益一般的农户对于反转灭茬的投资并未纳入考虑范围，加上搬运及处理会消耗大量时间和人力物力，最终选择不合理的焚烧处理或弃置处理:二是可用资金紧张，秸秆进行科学加工处理，前期所需成本一般较高，对于多数农户来说资金压力较大；三是基层政府的引导作用还需继续加强。秸秆数量大，收集储存加工难度较大，如果没有合理利用并产生可观的经济效益，农事参与者将难以对此产生兴趣，参与积极性也更为有限。

番茄从古至今一直在全球被广泛种植。近年来，伴随着我国设施农业面积的快速扩大和蔬菜生产效率的提高，因为番茄的秸秆废弃物不当处理，已经在多个地区引发了不同程度的污染，同时也造成了资源的大量浪费。但实际上，蔬菜废弃物中含有较高的养分含量，利用起来，将会降低资源的浪费，并且也可以作为有机栽培，秸秆还田等的原料，跟近当前设施栽培的趋势。蔬菜茎秆堆腐后的产物浸提液可以作为作物生产的有机营养液，对蔬菜茎秆的循环使用可以使废弃秸秆资源化，减轻茎秆焚烧带来环境污染，变废为宝。

本实验拟利用番茄茎秆发酵产物制作栽培基质以及营养液，进行资源化利用。通过番茄茎秆发酵产物浸提液作为有机营养液和利用浸提后的堆料残渣做基质，后期喷施有机营养液栽培番茄，比较番茄茎秆有氧发酵与厌氧发酵产物作为有机营养液的施肥效果，筛选出有机营养液的最佳施用比例和较有效的利用方式。

二、国内外研究概况

1、蔬菜废弃物的研究及利用概况

蔬菜秸秆废弃物中所含水分一般较高，通常会达到大约90%，而总固体基质的水分含量基本在10%以下；总固体基质分为挥发性固体，即有机质，以及非挥发性固体，即灰分。其中有机质的含量占总固体的70%～95 %，蔬菜残株的氮、磷、钾元素总量在57～96g·kg-1，其中，氮元素含量范围为21～48g/kg，蔬菜残株中的碳元素含量则在260～417g/kg 范围内，由此可知其碳氮比比值范围在6.7～22.4 间，数值较小。以1∶1.5 的体积比的蒸馏水进行蔬菜残株的浸提，测得番茄、辣椒、黄瓜和茄子的电导率值分别为7.8 mS/cm、9.2 mS/cm、9.7mS/cm 和5.6 mS/cm。由此可知，蔬菜茎秆废弃物中的可利用养分含量较高，使用正确的方法加以利用，可以降低资源的不良浪费。

2、堆肥产品在生产中应用

各种茎秆废弃物在经过发酵堆肥的过程之后，不但会有多种具备一定肥效的营养元素可以被分解和转化出来，同时还有多种微生物群落交杂形成，产生一定的“药效”，很大程度减少并抑制一些植物病虫害。比如，在将三种不同的植物组织废弃物（小麦秸秆，番茄茎秆残渣，橘皮）和牛粪混合作为栽培介质的实验中，利用此类基质种植黄瓜、番茄，甜瓜等农作物，栽培基质中一些专业型尖孢镰刀菌的生长（相比于在泥炭中的生长）得到了一定的抑制。植物茎秆通过高温发酵，堆肥能够抑制土传病害，其机理如下：

①发酵的过程中，病原菌生长繁殖因为某些有机盐类以及有机物质的转化分解获得的产物而被直接抑制，土传病害的发生也同时得以减少；②混合堆肥所获得的栽培基质相比于土壤或传统基质，理化性质更好，作物生长发育情况更佳，并且能不同程度上提高作物对病虫害的抵抗能力；③使用堆肥材料或者制作的有机肥料进行种植，栽培基质中微生物的种类以及数量增多，包括一些微生物，其对土传病菌存在拮抗作用，活性也有所提高；④秸秆残渣发酵堆肥后，经过合理的处理，可以对植物产生一些生物和非生物刺激，使植物自身合成一些特定抗性物质或者在结构上发生抗性反应，从而增强了植物抵抗病虫害的能力。

3、蔬菜茎秆堆肥产物浸提液的研究概况

经研究测定发现，将腐熟后的材料如番茄茎秆残渣堆体制作成的浸提液，其中除了含有大量植物生长发育所必需的矿质元素，还有许多利于植物生长和栽培环境改善的有益微生物及相应代谢产物。通过堆沤过程将发酵完成、腐熟好的有机物料经过进一步的浸提所收集得到的提取液即为堆肥浸提液，亦被称为堆肥茶，这是一种将农业废弃物资源化循环利用的新兴手段。

实践证明，堆肥浸提液相比于传统化肥、农家肥，优势显著，不但其制作方法简易，可操作性高，生产成本低，而且含有的养分比例高、液体肥料的电导率易于控制，兼具生防和肥效的双重作用，与滴灌可以在农业生产中结合使用，推广前景尤为可观。

三、研究内容与方法

1、浸提技术

番茄茎秆有氧发酵产物浸提采用清水浸提法，以水为浸提剂，将水与原堆肥(水与堆肥(干料)质量比为10∶1)加入到塑料桶中搅匀，每隔8 小时搅拌一次，每次30 分钟，持续浸提3 天后取上层清液，用孔径0.15mm 的过滤设备过滤后得堆肥浸提原液，即为番茄茎秆有氧发酵制备的有机营养液。

番茄茎秆厌氧发酵产物浸提则直接取厌氧发酵滤液，即为番茄茎秆厌氧发酵制备的有机营养液。

2、基质培试验设计

实验使用的栽培基质是发酵产物浸提余渣，番茄全生育期追施的有机营养液为电导率确定的发酵产物浸提液。试验共有9 种处理，分为3 个组：第一组为实验对照组，即CK 组；第二组记T1、T3、T4、T5，为茎秆废弃物有氧发酵后获得的余渣；第三组记T2、T6、T7、T8，栽培基质为厌氧发酵余渣。CK 除浇灌清水外从开花期开始每10 天浇灌一次市面上常见品牌园艺浓缩营养液；每个处理10 株。番茄幼苗四叶一心时定植，详见表1。

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四、结果与分析

1、番茄茎秆发酵产物浸提液栽培番茄对其株高的影响

植株的株高和茎粗指标可以直观的反映番茄植株的长势和健壮程度。根据实验结果，随着栽培时间的推移，各处理组间显著性差异渐渐变得明显，在50d 时，T7 和CK、T3、T4、T5 处理组之间已经表现有显著性差异，且三个时间段内，使用番茄茎秆厌氧发酵残渣做基质，六片叶开始追施EC 值为2mS/cm 厌氧发酵产物浸提液，结果期追施EC 值为4mS/cm 厌氧发酵产物浸提液的T7 组株高一直处于最低。其次为使用番茄茎秆厌氧发酵残渣做基质，后期施用清水的T2 组。

2、番茄茎秆发酵产物浸提液栽培番茄对其茎粗的影响

植株的株高和茎粗指标可以直观的反映番茄植株的长势和健壮程度。根据实验结果，随着栽培时间推移，各处理组间没有表现出明显的显著性差异，且CK 组的茎粗一直处于最大值，60d 时最接近CK 组茎粗的是使用番茄茎秆厌氧发酵残渣做基质，六片叶开始追施EC 值为2mS/cm 厌氧发酵产物浸提液，结果期追施EC 值为4mS/cm 厌氧发酵产物浸提液的T7 处理组。其次为T5 处理组。

3、番茄茎秆发酵产物浸提液栽培番茄对其叶面积的影响

植株的叶面积指标可以直观的反映番茄植株的长势和健壮程度。根据实验结果，随着栽培时间的推移，各处理组的叶面积逐渐扩大，到60d 时，T4 组数值最大且和T2、T6 处理组之间表现有显著性差异。三个时间段内T4 组叶面积增长趋势一直处于最高，T3 其次。

4、番茄茎秆发酵产物浸提液栽培番茄对其叶片数的影响

植株的叶片数指标可以直观的反映番茄植株的长势和健壮程度。根据实验结果，随着栽培时间的推移，CK 组叶片数一直处于最大值且和其他处理组的之间几乎都显示有明显的显著性差异，到60d 时，较为接近CK 组叶片数的是T5、T7 以及T8。其中最接近CK 组茎粗的是使用番茄茎秆厌氧发酵残渣做基质，六片叶开始追施EC 值为2mS/cm 厌氧发酵产物浸提液，结果期追施EC 值为4mS/cm 厌氧发酵产物浸提液的T7 处理组，其次为T8 处理组。

5、番茄茎秆发酵产物浸提液栽培番茄对其生理指标的影响

叶绿素含量和净光合速率是反映番茄光合作用情况的两个重要生理指标。根据实验结果，叶绿素含量CK 组最高，最接近CK 的是使用番茄茎秆厌氧发酵残渣做栽培基质，六片叶之后追施EC 值为3mS/cm 厌氧发酵产物浸提液，结果期追施EC 值为6mS/cm 厌氧发酵产物浸提液的T8 处理组，其次为使用番茄茎秆厌氧发酵残渣做基质，六片叶开始追施EC 值为2 mS/cm 厌氧发酵产物浸提液，结果期追施EC 值为4mS/cm 厌氧发酵产物浸提液的T7 处理组。上述三组之间没有发现显著性差异，但T7、T8 两组和其他五组（T1、T2、T3、T4、T5）均存在显著性差异，且数值远高于后五组。对于净光合速率，T8 处理组最高，T7 其次，且和CK 存在明显的显著性差异。

五、讨论与结论

作为衡量养分含量的一顶重要指标，有机营养液电导率值可以反映漫提液中可溶性营养元素的浓度，本研究中，随着时间的推移，为了保证各组电导率的恒定值，浇灌植株前都是现配使用，但仍然可能会出现前后期浇灌营养液中元素含量有较大差异的可能。研究表明，浸提液的营养元素含量最主要受堆肥过程中发酵原料、腐酵时间、堆体的体积形状、翻堆时间间隔以及是否有氧等多种因素的影响，最后这些影响因素也导致了组内各植株指标存在一定程度的差异。和大部分文章结果类似，各项指标中，株高指标越矮，茎杆越粗壮，叶面积和叶片数指标越高，则说明植株长势越好，生长越健壮。综合所有的指标分析，T7 组种植的番茄各项指标排名为：株高第一；茎粗第一；叶片数第六；叶面积第二；叶绿素含量第二；净光合速率第二。由上述数据可见，T7 组处理综合排名最佳，即在有机栽培中使用番茄茎秆厌氧发酵残渣做基质，六片叶开始追施EC 值为2mS/cm 厌氧发酵产物浸提液，结果期追施EC 值为4mS/cm 厌氧发酵产物浸提液可以有效控制植株的株高、茎粗和叶片数，对于改善番茄有机栽培具有重要意义。

在田间种植中大量使用化肥会造成土壤板结，肥效下降以及作物连坐的情况，且通过原料的获取渠道以及制作方法来看。以番茄茎秆厌氧发酵产物浸提液制作的有机营养液几乎对环境无污染，其制备的可操作性高，制作原料来源广泛丰富，同时还能解决因焚烧而引起的农业污染问题。因此，以该营养液作为新型液体生物肥料生产无公害蔬菜，推广前景较大。