不同有機廢棄物堆制基質的理化性狀研究

孫延穩，修梅艷，陳爾學，張曉文，劉幸紅，高 嘉，馬海林，劉方春

（1.菏澤市定陶區人社局，山東 菏澤 274100；2.青島新都市設計集團有限公司，山東 青島 266073；3.定陶區林業局，山東 菏澤274100；4.聊城市田莊苗圃，山東 聊城 252000；5.山東省林業科學研究院，山東 濟南 250014）

基質栽培是無土栽培的最主要形式[1]，而適宜栽培基質的選擇是實現林木花卉良種工廠化繁育的重要環節，基質要符合不同林木花卉良種育苗的生長要求，要滿足規模化生產的需求，還要取材容易、價格低廉[1-2]，而平衡根系輕基質容器育苗技術對栽培基質又提出了更高的要求。平衡根系輕基質容器育苗技術要求育苗基質經過育苗成型機的成型后再用于育苗，但是基質經過育苗成型機的成型作用以后，其理化性質，特別是物理性質必然發生變化，最終會影響育苗的效果[3]。研究不同復合基質在育苗成型機的成型作用前后的理化性質的變化，為育苗成型機配套基質的合理選擇及應用提供可靠的理論依據，是十分必要的。

泥炭是國內外公認的良好的育苗基質，以它為主要材料的復配基質，在不同種類的林木花卉育苗中取得了較好的效果[4-5]，目前生產上普遍使用的就是美國康奈爾大學開發的泥炭與蛭石、珍珠巖復配成的四種育苗基質[1,6]。由于成型作用對基質理化性質的改變，這些基質配方未必能滿足平衡根系輕基質容器育苗技術的要求，故而開展以泥炭為主要基質材料的成型基質的育苗效果研究顯得尤為重要。泥炭價格較高，而且全球泥炭資源有限，短時間無法更新[7]。沼澤泥炭還可以固定空氣中的CO2，大量開采會使大氣CO2濃度升高，導致地球變暖，所以應用受到限制[8-9]。因此，很多國家，甚至是一些富泥炭國家，開始限制泥炭的使用[6]。開展有機廢棄物堆制基質用于林木平衡根系容器育苗基質的研究，篩選出能夠完全替代或部分替代泥炭的基質材料，可以較大幅度地降低育苗成本，實現循環經濟，具有重要的現實意義[10-13]。鑒于此，本項研究選擇菇渣、草漿造紙廢料、木漿造紙廢料、玉米秸稈廢料等有機廢棄物作為研究對象，對于有機廢棄物堆制基質的理化性質進行分析評價，進而為替代泥炭提供理論依據與技術支撐。同時，利用這些物質生產基質不但可以解決當前棘手的農業環境污染與資源浪費問題，還能為基質的商業化生產提供優質、廣泛、廉價的原材料，變廢為寶，一舉兩得。

1 材料與方法

1.1 幾種工農業有機廢棄物與堆制方法

菇渣：為平菇下腳料，產于平陰蘑菇基地，對菇渣直接堆制；草漿造紙廢料：產于山東泉林紙業，由破碎的小麥秸稈和少量的污泥組成。加入尿素調節碳氮比為30：1后堆制；木漿造紙廢料：產于山東晨鳴紙業，由破碎的木片和少量的污泥組成，加入尿素調節碳氮比為30：1后堆制；玉米秸稈廢料：產于濟南歷城區的遙墻鎮，粉碎后，混入一定比例的牛糞和城市污泥，再加入尿素調節碳氮比為30：1后堆制。對上述各有機材料加水至60%左右，分別進行堆制。每天測定堆體不同部位的溫度，當溫度達到最高并開始下降時翻堆，直至堆體不再升溫時停止翻堆，自然堆放兩個月，然后對其理化性質進行測定。

1.2 測定方法

基質容重的測定：用帶刻度燒杯法，首先測定濕容重，然后根據含水率計算干容重。

總孔隙度、通氣孔隙、持水孔隙、田間持水量、pH、電導率(EC)、陽離子交換量(CEC)的測定參照魯如坤[14]的方法。

基質重金屬的測定：重金屬Cu、Zn含量采用硝酸-高氯酸消煮樣品，原子吸收分光光度計測定；Pb、Cd先用硝酸-高氯酸消煮樣品，用甲基異丁基甲酮(MIBK)萃取，原子吸收分光光度計測定[15]。

基質緩沖性能的測定：配制一個單位濃度的園試配方營養液，并設置pH值分別為3.0、5.0、7.0、9.0共4個處理，然后將基質分別浸入營養液中（基質重量與營養液體積之比為1：5），24 h后過濾，用pH計測定濾液pH值[14]。

1.3 統計分析

采用Excel 2013處理數據并制圖，采用SPSS 23.0軟件進行方差分析與多重比較(Least significant difference,LSD)。

2 結果與分析

2.1 有機廢棄物堆制基質容重、孔隙度比較

容器育苗對基質的容重有一定要求，過低起不到苗木的支撐作用，而過高則不利于運輸，對苗木生長也會產生不利影響。從表1可見，四種有機廢棄物堆制基質的容重均處于使植株能夠良好生長的指標范圍（0.1～0.8 g/cm3），其中，玉米秸稈廢料堆制基質的容重最大，并顯著大于其他處理，這與添加的牛糞和污泥有關；草漿造紙廢料的容重小于木漿造紙廢料堆制基質，這是由于木漿造紙廢料的木質素含量較高、腐解程度較低造成的；菇渣的容重最小。四種有機廢棄物堆制基質與泥炭相比，菇渣比泥炭輕，其他3種基質的容重均高于泥炭，而且玉米秸稈廢料堆制基質的容重高出泥炭近兩倍。除草漿造紙廢料和木漿造紙廢料容重差異不顯著外，其他基質材料之間均達到顯著差異水平。

從表1可知，四種有機廢棄物堆制基質的總孔隙度以草漿造紙廢料達到了理想基質的總孔隙度指標（70%～90%），菇渣的次之，玉米秸稈廢料基質的最小，它們之間均達到顯著差異水平。菇渣基質的通氣孔隙最多，持水孔隙最少，氣水比最大；木漿造紙廢料基質的通氣孔隙最少，持水孔隙最多，氣水比最大。與泥炭相比，草漿造紙廢料的總孔隙度高于泥炭，但兩者之間的差異并不顯著，其他有機廢棄物的總孔隙度均顯著低于泥炭；草漿造紙廢料、玉米秸稈廢料的氣水比與泥炭差異不大，均處于理想范圍（1：1.5～1：4）。

表1 不同有機廢棄物堆制基質容重與孔隙度

2.2 有機廢棄物堆制基質總碳、全氮與碳氮比

從表2可見，四種有機廢棄物堆制基質的總碳、全氮及碳氮比差異較大。其中泥炭的有機質、全氮含量最高，玉米秸稈廢料堆制基質的最低，草漿造紙廢料和木漿造紙廢料的有機質、全氮含量差異不顯著；四種有機廢棄物堆制基質的有機質均顯著低于泥炭，菇渣的全氮含量高于泥炭，其他均顯著低于泥炭；四種有機廢棄物堆制基質的碳氮比均低于泥炭，碳氮比代表了基質的發酵程度和生物學穩定性，這表明四種有機廢棄物堆制基質發酵完全，其生物學穩定性較強。

表2 不同基質材料總碳、總氮及碳氮比

2.3 有機廢棄物堆制基質pH值和電導率

從圖1可見，四種有機廢棄物堆制基質的pH值之間差異顯著（P＜0.05），所有堆制基質皆呈偏堿性。理想基質的pH值為5.5～6.5，從表中可以看出，四種有機廢棄物堆制基質的pH值均偏高，應視各樹種對基質酸堿度的不同要求調節后使用。

由圖1還可知，四種有機廢棄物堆制基質的電導率值均顯著高于泥炭，草漿造紙廢料堆制基質的電導率值高達6 ms·cm-1，超出了作物生長安全EC值（≤ 2.6 ms.cm-1）范圍[3]，菇渣的電導率略超出作物生長安全臨界值，木漿造紙廢料和玉米秸稈廢料堆制基質的EC值皆在安全范圍內。

圖1 不同基質的pH值和電導率

2.4 有機廢棄物堆制基質CEC值與pH緩沖性分析

CEC的大小，基本上代表了土壤可能保持的養分數量，它決定著基質保持和供應養分的能力、基質對酸和堿的緩沖性能等。不同基質材料的(CEC)值相差很大（圖2），四種有機廢棄物堆制基質中菇渣最大，玉米秸稈廢料較小，但有機廢棄物堆制基質陽離子交換性能明顯低于泥炭。

圖2 不同基質材料陽離子代換量的差異

表3是各種基質材料在不同pH值的營養液中經24小時后溶液pH值的變化情況。四種有機廢棄物堆制基質均有一定的緩沖能力。木漿造紙廢料堆制基質對不同的營養液緩沖性能最好，玉米秸稈廢料相對較差。但四種有機廢棄物堆制基質的pH值在酸性營養液中都在7以上，在單獨用于無土栽培時需降低pH值。

表3 不同基質材料緩沖性能比較

2.5 有機廢棄物堆制基質主要營養成分和重金屬分析

基質中營養成分含量代表了基質供給作物養分的潛在能力，其養分含量越高，基質的利用價值也就越大。如表4所示，菇渣的氮磷鉀養分含量最高；草漿造紙廢料和木漿造紙廢料的之間氮磷養分含量差異不顯著，草漿造紙廢料的鉀養分含量顯著高于木漿造紙廢料；玉米秸稈廢料的氮磷養分含量最低。這些基質材料在單獨使用時，外加養分應考慮基質材料營養特點的不同。

表4 不同基質材料的主要營養成分

從表5可見，草漿造紙廢料、木漿造紙廢料和玉米秸稈廢料堆制基質均明顯高于菇渣，但四種有機廢棄物堆制基質的重金屬含量均沒有超過污泥農用標準(GB18918-2002)的限值，用于栽培基質是安全的。

表5 不同基質材料的重金屬含量的差異/g/kg

3 討論與結論

栽培基質是新型高效農業的基礎，被廣泛應用于花卉工廠化種苗生產、蔬菜工廠化種苗生產以及蔬菜和花卉的無土栽培領域[1-2]。如何開發一種性能穩定、養分豐富、來源廣泛、價格低廉、無污染且便于規模化生產的基質產品至關重要[6-7]。本試驗通過對草漿造紙廢料、木漿造紙廢料、玉米秸稈廢料、菇渣堆制基質的物理化學特性研究分析發現：草漿造紙廢料容重較輕，總孔隙度較高且與泥炭相當，氣水比在理想范圍，生物學穩定性較強，pH緩沖性能較好，主要營養含量較豐富，重金屬含量較低，但其電導率過高、pH值偏高；木漿造紙廢料容重較輕，生物學穩定性較強，pH緩沖性能較好，主要營養含量較豐富，重金屬含量較低，但其通氣孔隙度過低，pH值偏高；玉米秸稈廢料堆制基質氣水比在理想范圍，生物學穩定性較強，pH緩沖性能較好，氮含量略低，重金屬含量較低，但其容重較大、總孔隙度偏低、pH值偏高；菇渣基質的容重較輕，總孔隙度較高，生物學穩定性較強，pH緩沖性能較好，主要營養含量非常豐富，重金屬含量最低，但其通氣孔隙度過高、電導率偏高、pH值偏高。由此可見，四種有機廢棄物堆制基質的理化性狀存在明顯差異，且保肥、供肥能力皆大大低于泥炭。

綜上，4種有機廢棄物堆制基質均不能單獨用于栽培基質，應復配其他材料使其理化性狀達到理想基質的要求，并且在使用過程中還應注意及時補充養分。關于不同有機廢棄物堆制基質的優化組合還有待于后期進一步研究。