廢棄基質再利用為土壤調理劑試驗

王曰鑫 張 鸞

1 山西農業大學資源環境學院 太谷 030801

2 山西大學環境與資源學院 太原 030031

設施大棚種植蔬菜在我國已經非常普及，它有效地解決了城鄉居民全年的“菜籃子”問題。但是由于設施大棚的土壤長期在高溫、高濕環境下連茬種植蔬菜，導致土壤板結[1，2]、鹽漬化[3～6]、營養失衡[6]、土傳病蟲害嚴重[6，7]等土壤退化問題突出。所以，老設施蔬菜地土壤急需改良。泥炭是改良大棚土壤的優質調理劑[8]。但是我國農用泥炭以進口為主，價格較貴，用泥炭制作大棚土壤調理劑的方法目前較難普及。另一方面，近年來隨著我國現代農業的發展，以泥炭和椰糠為主的基質栽培在反季節蔬菜生產中的應用越來越廣泛。由于基質容易更新避免或減少了土傳病害，所以能更方便地生產綠色無公害蔬菜，在許多地方已成為大棚蔬菜主要的栽培方式。但是，基質在種植完一茬或幾茬蔬菜后，其理化性質會發生很大變化，尤其是有效養分降低、病蟲害增多，如果繼續使用則會造成蔬菜產量和品質嚴重下降。調查發現，在一些大棚蔬菜集中種植區，有大量被廢棄的基質無序堆放而成為農業垃圾。經粗略估算，僅太原市小店區的西溫莊鄉2個村莊，每年產生的廢棄基質就達2～4萬立方米。這種現象有時候還疊加了食用菌蘑菇生產后廢棄的菌棒。從而造成了環境污染和資源浪費，成為地方政府亟待解決的農業環境問題。

目前，國內對廢棄基質處理和再利用方面的研究鮮見報到。國外對廢棄基質再利用已經有了一些經驗，主要采用蒸汽蒸、干熱或摩擦熱、堆肥、輻照和日曬等方式進行無害化處理。有研究發現[9]，經過蒸汽處理的廢棄基質物理結構如孔隙度、導水率等變化明顯，而且使用處理后的基質栽培的植物生長旺盛。基于此，我們用蒸汽等方式處理了山西省太原市小店區蔬菜大棚區的廢棄基質和菌棒，配制出了土壤調理劑，然后進行盆栽蔬菜和大棚種植蔬菜試驗，以期減少農業廢棄物堆置產生的污染，保護環境，使泥炭、椰糠、菌棒等有機資源得到循環利用。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗在山西省太原市小店區西溫莊村農民承包的蔬菜大棚內進行，試驗時間為2020年10月到2021年2月。

1.2 試驗材料

供試土壤為石灰性褐土，土壤的理化性質如表1所示（注：盆栽試驗用的土壤也取自同一個試驗大棚）。

表1 試驗大棚土壤理化性質Tab.1 Physical and chemical properties of soil in experimental greenhouse

廢棄基質：取自試驗地周圍大棚區堆放的廢棄基質。當地類基質在栽培蔬菜之前，主要由泥炭、椰糠為主添加蛭石、珍珠巖和有機肥配制而成。一般是在栽培3～4茬蔬菜后被廢棄。蒸汽處理廢棄基質：將廢棄基質曝曬1個月后，在封閉的容器內用蒸汽滅菌24 h，冷卻，晾曬，備用。

廢棄菌棒：取自試驗地食用菌（蘑菇）大棚外堆放的廢棄菌棒。當地農戶大多栽培平菇和香菇，所用培養基主要由木屑、玉米芯、棉籽殼等成分構成。蒸汽處理廢棄菌棒：將廢棄菌棒曝曬1個月后，在封閉的容器內用蒸汽滅菌24 h，冷卻，晾曬，備用。

泥炭：從山東壽光購買；多菌靈：從太原農資市場購買；廢醋液（有殺菌作用）：從當地制醋企業收集的不合格的醋；油麥菜苗：從當地育苗基地購賣。

1.3 試驗設計

1.3.1 廢棄基質用作土壤調理劑盆栽油麥菜對比試驗設計

因為在當地廢棄基質數量很多，也由于摻入土壤中量太少時改良退化土壤效果不明顯，所以調理劑按8%的量來施用；廢棄基質用作土壤調理劑，可用不同的方法處理它，本試驗用了4種方法，即蒸汽處理、廢醋液處理、殺菌劑（多菌靈）處理、加入新鮮泥炭處理。對照用不經過處理的廢棄基質，另外設置不改良的大棚土壤處理。

在大棚內進行油麥菜的盆栽試驗。試驗共設6個處理。CK：大棚土（每盆裝土5 kg）；T1：大棚土+廢棄基質；T2：大棚土+廢棄基質（蒸）；T3：大棚土+廢棄基質+廢醋液；T4：大棚土+廢棄基質+多菌靈；T5：大棚土+廢棄基質+泥炭。除了大棚土外其他添加物組合為調理劑。T1～T4每個盆裝料5 kg，其中廢棄基質占總重量的8%，添加的廢醋液與多菌靈重量則忽略不計。T5每個盆裝料也是5 kg，其中廢棄基質與泥炭各占總重量的4%。每個處理12次重復。試驗從2020年10月中旬移苗栽培油麥菜開始。在油麥菜生長中期測定其株高和病株率指標，同時施營養液1次。在生長晚期再次測定其生長指標，然后收獲測產，收獲后采集土樣測定土壤養分、容重等指標。

1.3.2 廢棄基質用作土壤調理劑大棚油麥菜對比試驗設計

在大棚內進行油麥菜的田間試驗。試驗設6個處理。CK：大棚原土壤；T1：施入的調理劑成分為廢棄基質（蒸）9 kg+泥炭9 kg；T2：施入的調理劑成分為廢棄基質（蒸）9 kg+泥炭9 kg +廢醋液（適量）；T3：施入的調理劑成分為廢棄菌棒（蒸）9 kg+泥炭9 kg+廢醋液（適量）；T4：施入的調理劑成分為廢棄菌棒18 kg+多菌靈8 g；T5：施入的調理劑成分為廢棄基質18 kg +多菌靈8 g。每個處理3次重復。施入的調理劑量均指每個小區所用量。

試驗前，先在蔬菜大棚內劃分小區（畦），每畦尺寸：寬1.5 m×長8 m=12 m2。小區按不同處理依次排列，6個處理3次重復共18個小區（畦）。按試驗設計將不同處理的調理劑施在地表，然后翻地將調理劑與土壤混合均勻。整平地后移苗栽種油麥菜并澆水。每畦栽種油麥菜4行。在其生長中期和晚期分別測定生長指標，并取樣測定總糖和Ⅴc含量。在2021年2月中旬收獲油麥菜測產。收獲后采集土樣測定土壤理化指標。

2 結果與分析

2.1 廢棄基質用作土壤調理劑對盆栽油麥菜生長和 土壤理化性質的影響

盆栽試驗的不同處理油麥菜生長與產量結果見表2，土壤主要指標結果見表3。表中數據均為12次重復的平均值。

表2 盆栽試驗不同處理油麥菜生長與產量對比Tab.2 Comparison of growth and yield of lettuce under different treatments in pot experiment

表3 盆栽試驗不同處理土壤主要指標對比Tab.3 Comparison of soil main indexes under different treatments in pot experiment

從表2可以看出，施入調理劑的5個處理，油麥菜的株高和產量全都高于CK，其中株高增幅達53%～100%，產量增幅達3～11倍。而病株率均小于CK。并且蒸汽處理后的廢棄基質（T2），其株高和產量高于未經蒸汽處理的廢棄基質（T1、T3、T4、T5），其中株高增幅達13%～30%，產量增幅達1.4～2倍。說明蒸汽處理廢棄基質是使其再利用的好辦法，蒸汽處理后的廢棄基質促生長和增產作用明顯。T3和T4的病株率均小于T1，反映了廢醋液與多菌靈對廢棄基質也都有殺菌消毒作用。T5的病株率小于T1，說明調理劑中添加大量的泥炭也抑制了病害的發生。

從表3可以看出，施入調理劑的5個處理與CK相比，土壤pH值略有降低，降低幅度為0.02～0.22個單位，其中尤以加入廢醋液的T3降幅最大；土壤容重降低，降低幅度為7%～11.7%；而土壤有機質和堿解氮、有效磷、速效鉀養分則升高，其中有機質增幅14.1%～28.2%，堿解氮增幅12.5%～19.6%，有效磷增幅26.1%～42.6%，速效鉀增幅21.1%～36.3%。說明不同配方調理劑改良土壤效果都很好。其中以T5的有機質和堿解氮含量最高，可能是新鮮的泥炭對增加土壤有機質和提高根系固氮的貢獻更大一些。對于土壤磷鉀養分，則T2的有效磷含量最高，T3的速效鉀含量最高。在表3中還發現，蒸汽處理后的廢棄基質（T2），其改良土壤的效果與未經蒸汽處理的廢棄基質（T1、T3、T4、T5）差別不大。

2.2 廢棄基質用作土壤調理劑對大棚油麥菜生長和土壤理化性質的影響

田間試驗的不同處理油麥菜生長與產量及品質結果見表4（其中的油麥菜產量為每個處理的小區平均產量），油麥菜收獲后土壤主要指標結果見表5。表中數據均為3次重復的平均值。

表4 田間試驗不同處理油麥菜生長與產量及品質對比Tab.4 Comparison of growth, yield and quality of lettuce under different treatments in field experiment

表5 田間試驗不同處理土壤主要指標對比Tab.5 Comparison of soil main indexes under different treatments in field experiment

從表4可以看出，施入調理劑的5個處理，油麥菜的株高和產量均高于CK，其中株高增幅達1.3～2.1倍，產量增幅達3～9倍。而病株率均小于CK。并且蒸汽處理后的廢棄基質（T1、T2），產量高于未經蒸汽處理的廢棄基質（T5），分別增產42.8%和14.3%。蒸汽處理后的廢棄菌棒（T3），產量高于未經蒸汽處理的廢棄菌棒（T4），T3較T4增產50%。從油麥菜的總糖和Ⅴc含量來看，施入調理劑的5個處理總糖都高于CK，增幅為19%～69%；但施入調理劑的5個處理中Ⅴc含量只是含廢棄基質的3個處理高于CK，增幅為0.9%～41.5%；而含廢棄菌棒的2個處理，Ⅴc含量卻比CK降低了12.7%～14.5%。還有，總糖和Ⅴc含量也是蒸汽處理后的廢棄基質（T1、T2）含量高于未經蒸汽處理的廢棄基質（T5），其中T1的總糖含量較T5高1.3%，T2較T5高4.5%；T1的Ⅴc含量較T5高40.3%，T2較T5高2.3%；蒸汽處理后的廢棄菌棒（T3）總糖和Ⅴc含量高于未經蒸汽處理的廢棄菌棒（T4），其中T3的總糖較T4高37.7%，T3的Ⅴc含量較T4高1.6%。說明蒸汽處理廢棄基質與廢棄菌棒都是使其再利用的好方法。但是，從病株率對比看，用多菌靈滅菌的處理（T4、T5）與用蒸汽滅菌的處理（T1、T2、T3）相比，起到了同樣的殺菌消毒作用。另外，用廢棄基質制作的調理劑無論是株高、產量還是總糖、Ⅴc含量，總體都好于廢棄菌棒調理劑，說明廢棄基質做調理劑較廢棄菌棒更好一些。

從表5可以看出，施入調理劑的5個處理與CK相比，土壤pH值降低0.07～0.39個單位；土壤容重降低4.9%～13%；土壤孔隙度增加6.5%～14.5%；土壤有機質增加13.8%～39.9%，增幅顯著；土壤堿解氮增加14.1%～30.9%，增幅顯著；有效磷增加16.5%～39%，增幅顯著；速效鉀增加12.5%～36.8%，增幅顯著。說明不同配方的調理劑改良土壤效果都很好，可使土壤的通氣透水性得到改善，使土壤主要養分顯著提高。但是，不同調理劑之間改土效果對比的差異并不顯著。其一，含廢棄菌棒的調理劑（T3、T4）較含廢棄基質的調理劑（T1、T2、T5）對土壤有機質、堿解氮、速效鉀的增幅更大一些，但對土壤容重的減幅和土壤孔隙度的增幅卻低于后者（其中以T4的有機質和堿解氮含量最高；T5的有效磷含量最高，T3的速效鉀含量最高）。其二，廢棄基質經蒸汽滅菌的處理（T1、T2）與未經蒸汽滅菌的處理（T5）改土效果差別不明顯；廢棄菌棒經蒸汽滅菌的處理（T3）與未經蒸汽滅菌的處理（T4）改土效果差別也不明顯。其三，添加廢醋液的處理（T2、T3）對降低土壤pH值有一定的作用。總之，施入調理劑的處理改善了大棚土壤的理化性狀，尤其使土壤有機質和氮、磷、鉀養分顯著提高，使其更有利于蔬菜的生長。

3 結論與建議

通過盆栽試驗證明：蔬菜廢棄基質不同處理方法中，以蒸汽處理廢棄基質調理劑效果最好；施用5種調理劑可使油麥菜株高較CK增加53%～100%，產量增幅達3～11倍；病株率明顯低于CK。在改良土壤效果方面，施入5種調理劑，與CK相比，土壤pH值和容重都有降低，土壤有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀都有增加。說明5種調理劑加入明顯改善了原土壤理化性狀，使其更有利于盆栽油麥菜生長；其中，蒸汽處理廢棄基質的調理劑促生長和增產作用最好。

大棚內田間試驗證明：施入調理劑處理對油麥菜生長和產量的促進作用非常明顯，病株率明顯小于CK。蔬菜廢棄基質經蒸汽滅菌處理較未處理的油麥菜增產14.3%～42.8%，廢棄菌棒經蒸汽滅菌處理較未處理增產50%。施入調理劑處理的油麥菜總糖含量均高于CK。總體看，用廢棄基質制作的調理劑的株高、產量、總糖和Ⅴc含量均好于用廢棄菌棒制作的調理劑，說明廢棄基質做調理劑較廢棄菌棒更好一些，究其原因可能與廢棄基質中富含泥炭腐植酸有關。在改良土壤效果方面，首先是施入調理劑顯著增加了土壤養分，與CK相比，有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀都明顯增加；其次，施入調理劑的土壤pH值和容重都有降低，土壤孔隙度明顯增加。總之，用廢棄基質與廢棄菌棒均可制作出好的大棚土壤調理劑，只要配方與工藝得當，均可起到改土增肥作用，也能起到對蔬菜的促生長和增產效果。用此法既能改良退化土壤，又能變廢為寶，解決廢棄基質和菌棒造成的農業環境污染，促進可持續農業的發展，蒸汽處理廢棄基質是最有效的方法之一，值得進一步研究和較大范圍推廣。