基于秸稈堆肥發酵的花卉栽培基質研究

摘要：為探究基于秸稈堆肥發酵的不同栽培基質對花卉種植的影響，開發基于秸稈堆肥產物的花卉栽培基質。以玉米秸稈為主要原料，結合牛糞、蘑菇渣、醋糟及發酵菌進行5種不同的堆肥處理，并將腐熟產物與珍珠巖和蛭石按 3 ∶3 ∶4 的比例進一步復配以制得花卉栽培基質。試驗選用瓜葉菊、金盞菊作為栽培植物，觀測2種菊科植物在不同栽培基質中的生物量、葉面積和總葉片數。結果表明，除電導率較高外，不同處理堆肥產物的含水率、pH值、糞大腸菌群數和蛔蟲卵死亡率等指標基本能達到花卉栽培基質要求，同一菊科植物在不同栽培基質中表現出不同的生長特征，相比于農博園基質，5種不同栽培基質處理的瓜葉菊、金盞菊的生物量積累在多數月份顯著增加（P<0.05），金盞菊在S3號基質中生長較好，瓜葉菊在S4號基質中生長較好；5種不同栽培基質處理的瓜葉菊、金盞菊的葉面積和總葉片數均有所增加。花卉地上部分的生長情況主要受栽培基質的pH值、速效磷含量、全氮含量、速效鉀含量、電導率和容重影響。秸稈堆肥與珍珠巖、蛭石等基質配比后可替代泥炭進行瓜葉菊和金盞菊無土栽培，能夠降低泥炭在我國花卉無土栽培產業中的不可替代性，為使用新型玉米秸稈做主要配比材料的基質栽培提供理論依據。

關鍵詞：玉米秸稈；堆肥；栽培基質；泥炭；花卉

中圖分類號：S141.4 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）16-0245-07

調查顯示，目前我國是世界上農業生物質產量最大的國家之一［1］。我國各類農作物秸稈年總產量達70億t以上，其中玉米秸稈22億t，豆類秸稈 1億t［2］。隨著我國種植業結構調整，經濟作物秸稈的比重逐漸增加［3］。秸稈含有豐富的氮、磷、鉀，如果能夠充分利用，每年秸稈可提供氮元素350萬t、磷元素140萬t、鉀元素1 050萬t［2］。但是，玉米秸稈的利用方式仍面臨嚴峻考驗，60%以上通過焚燒方式還田，造成資源浪費和環境污染。

好氧堆肥是秸稈資源化利用的重要方式，通過微生物好氧發酵能夠有效將秸稈與輔料中的大分子物質轉化成二氧化碳、水等小分子物質以及高分子量的腐殖質［4］。秸稈堆肥是指將秸稈作為原材料，經過粉碎處理，與其他農業有機廢棄物混合調節C/N值后，通過好氧發酵作用得到容易被吸收利用的有機營養物或者腐殖質，最終得到腐熟產品的過程。前人的大量研究結果表明，堆肥處理提高了秸稈產物的通氣透水能力、保水保肥能力，還有利于增加養分含量，大量施用秸稈堆肥產物能夠有效提高土壤肥力，提升土壤利用的可持續性，是替代泥炭基質進行花卉無土栽培的優秀產品［5-6］。王一琳等的研究結果表明，秸稈堆肥處理對萬壽菊、百日草、孔雀草這3種一年生草本花卉的促生效果優于復合肥處理和二銨處理；以秸稈堆肥產物作為花卉種植的底肥，有效促進了花卉植株的生長發育，顯著增加了開花數和株幅，但對株高影響不大［7］。玉米秸稈堆肥會隨環境條件、微生物群落和生理功能的變化而變化，秸稈降解的關鍵微生物篩選以及最適環境條件的分析會提高微生物降解的效率［8］。

金盞菊（Calendula officinalis L.）是最常見的城市草本花卉之一，兼具藥用、食用和裝飾等多維價值［9］。瓜葉菊（Senecio cruentus DC.）是菊科瓜葉菊屬植物，別稱富貴菊、黃瓜花，多年生草本，具有良好的觀賞價值。2種菊科植物及其產物在園林、醫藥和化妝品領域被大量使用。有研究表明，金盞菊還有一定的耐鹽堿能力［10］。

本研究以秸稈堆肥產物為主料，輔以一定體積的蛭石和珍珠巖生產栽培基質，以瓜葉菊和金盞菊為種植對象，采用室內盆栽試驗方法，通過比較2種花卉的生長發育狀況，探索適合于2種花卉栽培的新型基質配方，以期為秸稈廢棄物資源化利用和秸稈堆肥生產栽培基質提供理論依據和技術指導。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試玉米秸稈來源于江蘇省鎮江市農田。采用秸稈、牛糞、蘑菇渣、醋糟及發酵菌等5種材料配比進行堆肥，編號為1～5，具體堆肥參數見表1。堆肥時間為2022年5—8月，堆肥地點為江蘇省鎮江市江蘇農林職業技術學院農博園有機肥廠。分別在堆肥5、10、20 d和堆肥結束后（60 d）取樣，進行基本理化性質測定。

試驗選用的花卉分別為瓜葉菊和金盞菊，均為播種1個月的小苗，之后進行上盆栽培，栽培時間為2022年12月至2023年4月。

1.2 試驗設計

將5種不同處理的秸稈堆肥產物與珍珠巖、蛭石按照3 ∶3 ∶4的比例進行復配制備栽培基質，編號為S1～S5，同時以泥炭和農博園基質為對照材料，編號分別為S6和S7（表2）。

將基質按上述比例混勻，每個花盆（內徑 23 cm，高度17.6 cm）分裝500 g基質。每種花卉分別設15個平行，于12月開始栽培試驗，正常管理，溫室溫度控制在20 ℃左右。

試驗設置栽培時間12周，每3周取樣1次基質樣品，每個處理隨機抽取3株根部基質，檢測基質物理化學指標的變化，同時統計植物的生長指標。

1.3 樣品處理與分析方法

堆肥產物物理化學指標及養分指標分析方法參照《土壤農業化學分析方法》［11］。葉片的葉面積使用托普云農智能葉面積測量系統YMJ-CH通過拍照的方法測定。生物量使用電熱恒溫鼓風干燥箱DGG-9070A，將植株分為地上、地下部分在 105 ℃ 下烘干30 min后轉為70 ℃烘干48 h，待重量恒定后取出并用電子天平稱重。葉片數采用計數法測量。

1.4 數據分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 25.0 for Windows軟件對試驗數據進行分析。

2 結果與分析

2.1 堆肥產物的基本特性

玉米秸稈堆肥產物的基本特性見表3。通過對堆肥產物的分析發現，5種處理的堆肥產物除電導率（EC）較高之外，含水率、pH值、糞大腸菌群數和蛔蟲卵死亡率等指標基本能達到花卉栽培基質要求，符合LY/T 2700—2016《花木栽培基質》規定［12］。研究表明，當栽培基質的EC值小于1.0 mS/cm時，花卉植物生長較好，當EC值超過2.4 mS/cm時，大部分花卉植物的生長或受到抑制，甚至停止生長［13］。因此，電導率較高的堆肥產物不能直接作為花卉栽培基質，需要將其與其他材料進行復配。

2.2 堆肥產物的養分特征

圖1為堆肥過程中堆肥產物全氮、全磷、全鉀含量和速效氮、速效磷、速效鉀含量的變化。隨著堆肥發酵過程的進行，不同處理全氮、全磷、全鉀含量和速效氮、速效磷、速效鉀含量呈現不同的變化趨勢。處理1和2的全氮含量在整個堆肥期間變化較大，堆肥60 d的全氮含量較之前顯著降低（P<0.05）；處理3在5～20 d變化不大，60 d時顯著降低；處理4和處理5整個堆肥期間沒有大的變化，只有處理5在5 d和60 d的全氮含量存在顯著差異。處理1和處理2的全磷含量在堆肥5 d后有所增加，而其他3種處理隨著堆肥的進行均有所下降。堆肥5 d后，5種處理的全鉀含量均出現顯著降低。與全氮、全磷、全鉀相比較，速效氮、速效磷、速效鉀的含量變化相對緩和，速效養分的增加大多出現在堆肥的中期。

2.3 栽培基質的基本特性

表4、表5揭示了瓜葉菊和金盞菊在生長過程中7種不同栽培基質的性質變化。在瓜葉菊不同生長過程中，同一種基質的pH值、含水率、容重和孔隙度等理化性狀差異較大，含水率差異主要是由澆水及植物耗水量引起的； 金盞菊的栽培基質也呈現出

較為類似的變化特征。在同一生長期，瓜葉菊和金盞菊栽培基質的孔隙度存在顯著差異，pH值表現出一定的差異，而這種差異隨著花卉的生長不斷縮小。

通過表3與表4、表5對比發現，珍珠巖和蛭石的加入有效改善了栽培基質的物理性狀，基質的pH值由原來的弱堿性改善為弱酸性范圍。基質的pH值會影響基質的養分形態和養分有效性，當pH值為5.5～6.5時，大部分養分都具有較高的養分有效性，此時植物對養分的吸收能力也較強。

容重是反映基質物理性狀的重要指標之一。容重較小的基質有利于花卉的根系生長，但過于疏松又會導致花卉倒伏，難以支撐固定。一般來說，最適宜花卉種植的基質總孔隙度在60%左右［14］。國產基質中的養分含量相差懸殊，不利于花卉的正常生長。東北草炭被大量應用于栽培基質，但其保水性較差限制了其一定的應用。因此，養分的均衡性和可溶性養分含量成為國產基質生產的重要難點［15］。

2.4 不同配比基質對植物生物量的影響

2.4.1 不同配比基質對瓜葉菊生物量的影響

植株的生物量反映了植物生長發育的旺盛程度［16］。從表6可以看出，隨著瓜葉菊的生長，不同基質對瓜葉菊生物量的影響呈現出不同的差異，S2和S5基質處理在2月份時生物量最大，之后先下降后上升；S3和S6處理在3月份時生物量最大，之后降低，S1、S4、S7處理的生物量總體呈不斷增加趨勢，4月份達到最大值。以2月份瓜葉菊為例，對照的泥炭基質處理生物量為14.79 g，農博園基質處理為4.10 g，S1～S5基質處理的生物量分別為6.18、8.14、8.36、8.06、8.80 g；2月份在在S1～S5基質處理中，S5基質處理的瓜葉菊生物量最大；而到了3月份，瓜葉菊生物量最大的是S4基質處理。在1月、2月、3月調查中，對照（S6、S7）基質處理的生物量與其他5種基質生物量差異均達到顯著水平（1月份的S7處理除外）。在12月調查中，S4、S7號基質的生物量分別為2.99、2.81 g，生物量超過了對照的S6泥炭基質處理；在4月份調查中，S4基質處理的生物量達到了10.36 g，與S6號基質處理的生物量（11.79 g）差異不顯著。在整個生長期內，所有基質1月份之后的生物量均超VrAKwF7gBQMPvPvCOFXTNQ==過了對照的S7農博園基質處理。

2.4.2 不同配比基質對金盞菊生物量的影響

由表7可知，與對照的S7基質處理相比，S1～S5基質對金盞菊生物量均具有促進作用，其中2月和3月S3號基質較其他基質對金盞菊生物量的影響更顯著。在12月和4月調查中，S1、S4號基質生物量分別為1.97、1.70 g與3.30、3.54 g，與對照的泥炭基質處理（1.96、4.32 g）差異未達到顯著水平。在 1～3月調查中，S3號基質生物量分別為2.67、4.19、4.80 g，與對照的S6號基質處理生物量（2.76、4.13、4.46 g）差異未達到顯著水平。而與對照的農博園基質處理相比，5種不同基質處理的生物量在所有月份均明顯增加，多數差異達顯著水平。

2.5 不同配比基質對植物葉面積的影響

2.5.1 不同配比基質對瓜葉菊葉面積的影響

葉面積同樣也反映了植物的生長狀態。由表8可知，與S7基質處理相比，S1～S5這5種基質對瓜葉菊葉面積均具有促進作用，所有基質處理在1月份的葉面積最大。以1月為例，S6基質處理的葉面積為 179 793 mm2，顯著高于S1～S5基質處理（78 368、81 851、82 417、87 015、85 499 mm2），說明S6基質對瓜葉菊葉面積影響更顯著。在5個月份中，對照的S6基質處理葉面積顯著高于S1～S5基質處理，而S7基質處理顯著低于S1～S5基質處理。

2.5.2 不同配比基質對金盞菊葉面積的影響

由表9可知，與對照的S7基質處理相比，整個生育期其他基質對金盞菊葉面積均具有促進作用。以1月為例，S6基質處理葉面積為70 430 mm2，顯著高于S1～S5基質處理（48 150、37 933、57 510、42 540、37 477 mm2）。12月、1月測定中，S6基質處理的葉面積顯著高于其他基質處理。2月、3月、4月測定中，S3基質處理的葉面積分別為56 815、46 083、26 096 mm2，與對照的S6基質處理（69 207、54 944、33 775 mm2）差異未達到顯著水平。在4月以外的月份測定中，5種基質處理的葉面積均與S7基質處理呈現顯著差異。

2.6 不同配比基質對植物葉片數的影響

2.6.1 不同配比基質對瓜葉菊葉片數的影響

由表10可知，與S7基質處理相比，S1～S5基質對瓜葉菊葉片數具有促進作用。以1月份為例，對照的S6基質處理葉片數為69.33張/株，較S1～S5基質處理（40.00、30.33、28.33、38.67、38.67張/株）顯著增加，而S1～S5基質處理之間葉片數差異不顯著。在5次測定中，S6基質處理葉片數最多，顯著高于其他基質處理，S7基質處理的葉片數最少（2月除外）。

2.6.2 不同配比基質對金盞菊葉片數的影響

由表11可知，與對照的S7基質處理相比，S1～S5基質處理對金盞菊葉片數具有促進作用，且都在2月或3月時葉片數最大。在5次測定中，S1～S5基質處理的金盞菊葉片數明顯高于S7基質處理，但S1基質處理的葉片數分別為42.67、46.33、52.00、88.67、72.67張/株，與S6號基質處理的葉片數在多數月份差異未達到顯著水平。

3 討論與結論

植株形態指標是判斷基質對植物生長影響的最直觀指標［17］。S1～S5處理的栽培基質具有疏松多孔、通氣透水性好等特點，有效改善了瓜葉菊和金盞菊的根系生長環境，同時5種處理栽培基質含有較高養分，也有效促進了瓜葉菊和金盞菊地上部分形態的生長，因此，S1～S5 處理的瓜葉菊和金盞菊地上部分生長狀況總體顯著優于對照的S7處理，但部分處理的促生長作用弱于S6泥炭基質處理。在同一種堆肥基質中，瓜葉菊和金盞菊幼苗的生長狀況也不同，這與前人的研究結果［18］是一致的。5種處理栽培基質的理化性質基本符合花木栽培基質行業標準的規定，與進口基質pH值呈弱酸性相比，5種基質的pH值為堿性，因此需對5種處理的基質配方添加酸性物質進行改良［12，19］，對堆肥條件和輔料進行優化［20］，便于基質的大范圍推廣與應用，同時還可以改良基質結構等［12，21］。針對 EC值略高的情況，在一定范圍內，基質EC值的升高對金盞菊的生長發育有促進作用［22］。

栽培基質的物理環境隨秸稈堆肥處理的條件變化而變化，隨著蘑菇渣和醋糟添加比例的上升品質逐漸變好，根據堆肥期間樣品養分含量結果，S3和S4基質處理含有豐富的養分物質，因此S3和S4基質不僅可以促進瓜葉菊和金盞菊根系的生長，還能促進地上部的生長，形成良性循環，最終獲得品質優良的花卉植株。

秸稈與醋糟堆肥后與蛭石、珍珠巖復配的栽培基質有較好的理化性狀，有效促進了菊科花卉的生長，在一定程度上可以替代進口泥炭栽培基質原材料，可以在菊科花卉的栽培中使用。

參考文獻：

［1］秦清軍. 農業廢棄物靜態高溫堆腐微生物菌劑研究［D］. 楊凌：西北農林科技大學，2007.

［2］郭其玖. 作物秸稈生態化綜合利用研究［D］. 泰安：山東農業大學，2005.

［3］汪海波，秦元萍，余 康. 我國農作物秸稈資源的分布、利用與開發策略［J］. 國土與自然資源研究，2008（2）：92-93.

［4］劉 超，王若斐，操一凡，等. 不同碳氮比下牛糞高溫堆肥腐熟進程研究［J］. 土壤通報，2017，48（3）：662-668.

［5］楊濱娟，錢海燕，黃國勤，等. 秸稈還田及其研究進展［J］. 農學學報，2012，2（5）：1-4，28.

［6］秦性英，葛桂民，楊秋生. 玉米秸稈發酵混配栽培基質的篩選及應用研究［J］. 河南農業大學學報，2009，43（2）：157-160.

［7］王一琳，張蘊偉，席毓隆. 玉米秸稈堆肥在幾種草花栽培中的應用試驗［J］. 農業科技與裝備，2016（6）：3-7.

［8］張永鋒，滕 星，李忠和，等. 玉米秸稈堆肥及其影響因素研究進展［J］. 吉林農業大學學報，2016，38（5）：613-618.

［9］范春輝，鄭金煥，劉宏鑫. 金盞菊原生質體對土壤鉛/鎘響應機制的FTIR、2D-IR和XPS證據［J］. 光譜學與光譜分析，2022，42（5）：1420-1425.

［10］郝 丹，張 璐，孫向陽，等. 金盞菊栽培中園林廢棄物堆肥與牛糞替代泥炭的效果分析［J］. 植物營養與肥料學報，2020，26（8）：1556-1564.

［11］魯如坤. 土壤農業化學分析方法［M］. 北京：中國農業科技出版社，2000.

［12］國家林業局. 花木栽培基質：LY/T 2700—2016［S］. 北京：中國標準出版社，2016.

［13］趙紅艷，王升忠，韓 毅. 泥炭作為吸油材料的試驗［J］. 環境工程學報，2008，2（9）：1293-1296.

［14］江勝德. 現代園藝栽培介質：選購與應用指南［M］. 北京：中國林業出版社，2006.

［15］劉 倩，白雪薇，吳建芝，等. 幾種花卉栽培基質理化性狀比較［J］. 安徽農學通報，2018，24（7）：53-55.

［16］張 璐. 園林綠化廢棄物堆肥化的過程控制及其產品改良與應用研究［D］. 北京：北京林業大學，2015.

［17］艾娟娟，厚凌宇，邵國棟，等. 不同林業廢棄物配方基質的理化性質及其對西樺幼苗生長效應的綜合評價［J］. 植物資源與環境學報，2018，27（2）：66-76.

［18］Medina E，Paredes C，Pérez-Murcia M D，et al. Spent mushroom substrates as component of growing media for germination and growth of horticultural plants［J］. Bioresource Technology，2009，100（18）：4227-4232.

［19］胡亞利，孫向陽，龔小強，等. 混合改良劑改善園林廢棄物堆肥基質品質提高育苗效果［J］. 農業工程學報，2014，30（18）：198-204.

［20］王瑞瑩. 園林廢棄物資源化利用技術及機理的研究［D］. 蘇州：蘇州大學，2018.

［21］Zhang L，Sun X Y，Tian Y，et al. Biochar and humic acid amendments improve the quality of composted green waste as a growth medium for the ornamental plant Calathea insignis［J］. Scientia Horticulturae，2014，176：70-78.

［22］魏 樂，李素艷，李 燕，等. 園林廢棄物堆肥替代泥炭用于天竺葵和金盞菊栽培［J］. 浙江農林大學學報，2016，33（5）：849-854.

基金項目：江蘇省高等學校基礎科學（自然科學）研究面上項目（編號：23KJB210008）；江蘇農林職業技術學院科研項目（編號：2022kj26）；江蘇農林職業技術學院“揭榜掛帥”項目（編號：2023kj114）。

作者簡介：管 斌（1978—），男，安徽廬江人，碩士，副教授，主要從事植物與植物保護教學與研究工作。E-mail：gb780628@126.com。

通信作者：杭小帥，博士，研究員，主要從事土壤污染修復和農用地土壤改良研究。E-mail：hangxiaoshuai@163.com。