基于秸稈堆肥發(fā)酵的花卉栽培基質(zhì)研究

摘要：為探究基于秸稈堆肥發(fā)酵的不同栽培基質(zhì)對(duì)花卉種植的影響，開(kāi)發(fā)基于秸稈堆肥產(chǎn)物的花卉栽培基質(zhì)。以玉米秸稈為主要原料，結(jié)合牛糞、蘑菇渣、醋糟及發(fā)酵菌進(jìn)行5種不同的堆肥處理，并將腐熟產(chǎn)物與珍珠巖和蛭石按 3 ∶3 ∶4 的比例進(jìn)一步復(fù)配以制得花卉栽培基質(zhì)。試驗(yàn)選用瓜葉菊、金盞菊作為栽培植物，觀測(cè)2種菊科植物在不同栽培基質(zhì)中的生物量、葉面積和總?cè)~片數(shù)。結(jié)果表明，除電導(dǎo)率較高外，不同處理堆肥產(chǎn)物的含水率、pH值、糞大腸菌群數(shù)和蛔蟲(chóng)卵死亡率等指標(biāo)基本能達(dá)到花卉栽培基質(zhì)要求，同一菊科植物在不同栽培基質(zhì)中表現(xiàn)出不同的生長(zhǎng)特征，相比于農(nóng)博園基質(zhì)，5種不同栽培基質(zhì)處理的瓜葉菊、金盞菊的生物量積累在多數(shù)月份顯著增加（P<0.05），金盞菊在S3號(hào)基質(zhì)中生長(zhǎng)較好，瓜葉菊在S4號(hào)基質(zhì)中生長(zhǎng)較好；5種不同栽培基質(zhì)處理的瓜葉菊、金盞菊的葉面積和總?cè)~片數(shù)均有所增加?；ɑ艿厣喜糠值纳L(zhǎng)情況主要受栽培基質(zhì)的pH值、速效磷含量、全氮含量、速效鉀含量、電導(dǎo)率和容重影響。秸稈堆肥與珍珠巖、蛭石等基質(zhì)配比后可替代泥炭進(jìn)行瓜葉菊和金盞菊無(wú)土栽培，能夠降低泥炭在我國(guó)花卉無(wú)土栽培產(chǎn)業(yè)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(zhì)栽培提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：玉米秸稈；堆肥；栽培基質(zhì)；泥炭；花卉

中圖分類號(hào)：S141.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2024）16-0245-07

調(diào)查顯示，目前我國(guó)是世界上農(nóng)業(yè)生物質(zhì)產(chǎn)量最大的國(guó)家之一［1］。我國(guó)各類農(nóng)作物秸稈年總產(chǎn)量達(dá)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(guó)種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，經(jīng)濟(jì)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(wàn)t、磷元素140萬(wàn)t、鉀元素1 050萬(wàn)t［2］。但是，玉米秸稈的利用方式仍面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)，60%以上通過(guò)焚燒方式還田，造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。

好氧堆肥是秸稈資源化利用的重要方式，通過(guò)微生物好氧發(fā)酵能夠有效將秸稈與輔料中的大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化成二氧化碳、水等小分子物質(zhì)以及高分子量的腐殖質(zhì)［4］。秸稈堆肥是指將秸稈作為原材料，經(jīng)過(guò)粉碎處理，與其他農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物混合調(diào)節(jié)C/N值后，通過(guò)好氧發(fā)酵作用得到容易被吸收利用的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物或者腐殖質(zhì)，最終得到腐熟產(chǎn)品的過(guò)程。前人的大量研究結(jié)果表明，堆肥處理提高了秸稈產(chǎn)物的通氣透水能力、保水保肥能力，還有利于增加養(yǎng)分含量，大量施用秸稈堆肥產(chǎn)物能夠有效提高土壤肥力，提升土壤利用的可持續(xù)性，是替代泥炭基質(zhì)進(jìn)行花卉無(wú)土栽培的優(yōu)秀產(chǎn)品［5-6］。王一琳等的研究結(jié)果表明，秸稈堆肥處理對(duì)萬(wàn)壽菊、百日草、孔雀草這3種一年生草本花卉的促生效果優(yōu)于復(fù)合肥處理和二銨處理；以秸稈堆肥產(chǎn)物作為花卉種植的底肥，有效促進(jìn)了花卉植株的生長(zhǎng)發(fā)育，顯著增加了開(kāi)花數(shù)和株幅，但對(duì)株高影響不大［7］。玉米秸稈堆肥會(huì)隨環(huán)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(guān)鍵微生物篩選以及最適環(huán)境條件的分析會(huì)提高微生物降解的效率［8］。

金盞菊（Calendula officinalis L.）是最常見(jiàn)的城市草本花卉之一，兼具藥用、食用和裝飾等多維價(jià)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(jià)值。2種菊科植物及其產(chǎn)物在園林、醫(yī)藥和化妝品領(lǐng)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(chǎn)物為主料，輔以一定體積的蛭石和珍珠巖生產(chǎn)栽培基質(zhì)，以瓜葉菊和金盞菊為種植對(duì)象，采用室內(nèi)盆栽試驗(yàn)方法，通過(guò)比較2種花卉的生長(zhǎng)發(fā)育狀況，探索適合于2種花卉栽培的新型基質(zhì)配方，以期為秸稈廢棄物資源化利用和秸稈堆肥生產(chǎn)栽培基質(zhì)提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試玉米秸稈來(lái)源于江蘇省鎮(zhèn)江市農(nóng)田。采用秸稈、牛糞、蘑菇渣、醋糟及發(fā)酵菌等5種材料配比進(jìn)行堆肥，編號(hào)為1～5，具體堆肥參數(shù)見(jiàn)表1。堆肥時(shí)間為2022年5—8月，堆肥地點(diǎn)為江蘇省鎮(zhèn)江市江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院農(nóng)博園有機(jī)肥廠。分別在堆肥5、10、20 d和堆肥結(jié)束后（60 d）取樣，進(jìn)行基本理化性質(zhì)測(cè)定。

試驗(yàn)選用的花卉分別為瓜葉菊和金盞菊，均為播種1個(gè)月的小苗，之后進(jìn)行上盆栽培，栽培時(shí)間為2022年12月至2023年4月。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將5種不同處理的秸稈堆肥產(chǎn)物與珍珠巖、蛭石按照3 ∶3 ∶4的比例進(jìn)行復(fù)配制備栽培基質(zhì)，編號(hào)為S1～S5，同時(shí)以泥炭和農(nóng)博園基質(zhì)為對(duì)照材料，編號(hào)分別為S6和S7（表2）。

將基質(zhì)按上述比例混勻，每個(gè)花盆（內(nèi)徑 23 cm，高度17.6 cm）分裝500 g基質(zhì)。每種花卉分別設(shè)15個(gè)平行，于12月開(kāi)始栽培試驗(yàn)，正常管理，溫室溫度控制在20 ℃左右。

試驗(yàn)設(shè)置栽培時(shí)間12周，每3周取樣1次基質(zhì)樣品，每個(gè)處理隨機(jī)抽取3株根部基質(zhì)，檢測(cè)基質(zhì)物理化學(xué)指標(biāo)的變化，同時(shí)統(tǒng)計(jì)植物的生長(zhǎng)指標(biāo)。

1.3 樣品處理與分析方法

堆肥產(chǎn)物物理化學(xué)指標(biāo)及養(yǎng)分指標(biāo)分析方法參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》［11］。葉片的葉面積使用托普云農(nóng)智能葉面積測(cè)量系統(tǒng)YMJ-CH通過(guò)拍照的方法測(cè)定。生物量使用電熱恒溫鼓風(fēng)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(zhuǎn)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(shù)采用計(jì)數(shù)法測(cè)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 25.0 for Windows軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 堆肥產(chǎn)物的基本特性

玉米秸稈堆肥產(chǎn)物的基本特性見(jiàn)表3。通過(guò)對(duì)堆肥產(chǎn)物的分析發(fā)現(xiàn)，5種處理的堆肥產(chǎn)物除電導(dǎo)率（EC）較高之外，含水率、pH值、糞大腸菌群數(shù)和蛔蟲(chóng)卵死亡率等指標(biāo)基本能達(dá)到花卉栽培基質(zhì)要求，符合LY/T 2700—2016《花木栽培基質(zhì)》規(guī)定［12］。研究表明，當(dāng)栽培基質(zhì)的EC值小于1.0 mS/cm時(shí)，花卉植物生長(zhǎng)較好，當(dāng)EC值超過(guò)2.4 mS/cm時(shí)，大部分花卉植物的生長(zhǎng)或受到抑制，甚至停止生長(zhǎng)［13］。因此，電導(dǎo)率較高的堆肥產(chǎn)物不能直接作為花卉栽培基質(zhì)，需要將其與其他材料進(jìn)行復(fù)配。

2.2 堆肥產(chǎn)物的養(yǎng)分特征

圖1為堆肥過(guò)程中堆肥產(chǎn)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(fā)酵過(guò)程的進(jìn)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(xiàn)不同的變化趨勢(shì)。處理1和2的全氮含量在整個(gè)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(shí)顯著降低；處理4和處理5整個(gè)堆肥期間沒(méi)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(jìn)行均有所下降。堆肥5 d后，5種處理的全鉀含量均出現(xiàn)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(duì)緩和，速效養(yǎng)分的增加大多出現(xiàn)在堆肥的中期。

2.3 栽培基質(zhì)的基本特性

表4、表5揭示了瓜葉菊和金盞菊在生長(zhǎng)過(guò)程中7種不同栽培基質(zhì)的性質(zhì)變化。在瓜葉菊不同生長(zhǎng)過(guò)程中，同一種基質(zhì)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(zhì)也呈現(xiàn)出

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

通過(guò)表3與表4、表5對(duì)比發(fā)現(xiàn)，珍珠巖和蛭石的加入有效改善了栽培基質(zhì)的物理性狀，基質(zhì)的pH值由原來(lái)的弱堿性改善為弱酸性范圍。基質(zhì)的pH值會(huì)影響基質(zhì)的養(yǎng)分形態(tài)和養(yǎng)分有效性，當(dāng)pH值為5.5～6.5時(shí)，大部分養(yǎng)分都具有較高的養(yǎng)分有效性，此時(shí)植物對(duì)養(yǎng)分的吸收能力也較強(qiáng)。

容重是反映基質(zhì)物理性狀的重要指標(biāo)之一。容重較小的基質(zhì)有利于花卉的根系生長(zhǎng)，但過(guò)于疏松又會(huì)導(dǎo)致花卉倒伏，難以支撐固定。一般來(lái)說(shuō)，最適宜花卉種植的基質(zhì)總孔隙度在60%左右［14］。國(guó)產(chǎn)基質(zhì)中的養(yǎng)分含量相差懸殊，不利于花卉的正常生長(zhǎng)。東北草炭被大量應(yīng)用于栽培基質(zhì)，但其保水性較差限制了其一定的應(yīng)用。因此，養(yǎng)分的均衡性和可溶性養(yǎng)分含量成為國(guó)產(chǎn)基質(zhì)生產(chǎn)的重要難點(diǎn)［15］。

2.4 不同配比基質(zhì)對(duì)植物生物量的影響

2.4.1 不同配比基質(zhì)對(duì)瓜葉菊生物量的影響

植株的生物量反映了植物生長(zhǎng)發(fā)育的旺盛程度［16］。從表6可以看出，隨著瓜葉菊的生長(zhǎng)，不同基質(zhì)對(duì)瓜葉菊生物量的影響呈現(xiàn)出不同的差異，S2和S5基質(zhì)處理在2月份時(shí)生物量最大，之后先下降后上升；S3和S6處理在3月份時(shí)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(shì)，4月份達(dá)到最大值。以2月份瓜葉菊為例，對(duì)照的泥炭基質(zhì)處理生物量為14.79 g，農(nóng)博園基質(zhì)處理為4.10 g，S1～S5基質(zhì)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(zhì)處理中，S5基質(zhì)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(zhì)處理。在1月、2月、3月調(diào)查中，對(duì)照（S6、S7）基質(zhì)處理的生物量與其他5種基質(zhì)生物量差異均達(dá)到顯著水平（1月份的S7處理除外）。在12月調(diào)查中，S4、S7號(hào)基質(zhì)的生物量分別為2.99、2.81 g，生物量超過(guò)了對(duì)照的S6泥炭基質(zhì)處理；在4月份調(diào)查中，S4基質(zhì)處理的生物量達(dá)到了10.36 g，與S6號(hào)基質(zhì)處理的生物量（11.79 g）差異不顯著。在整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)，所有基質(zhì)1月份之后的生物量均超VrAKwF7gBQMPvPvCOFXTNQ==過(guò)了對(duì)照的S7農(nóng)博園基質(zhì)處理。

2.4.2 不同配比基質(zhì)對(duì)金盞菊生物量的影響

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

2.5 不同配比基質(zhì)對(duì)植物葉面積的影響

2.5.1 不同配比基質(zhì)對(duì)瓜葉菊葉面積的影響

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

2.5.2 不同配比基質(zhì)對(duì)金盞菊葉面積的影響

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

2.6 不同配比基質(zhì)對(duì)植物葉片數(shù)的影響

2.6.1 不同配比基質(zhì)對(duì)瓜葉菊葉片數(shù)的影響

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

2.6.2 不同配比基質(zhì)對(duì)金盞菊葉片數(shù)的影響

由表11可知，與對(duì)照的S7基質(zhì)處理相比，S1～S5基質(zhì)處理對(duì)金盞菊葉片數(shù)具有促進(jìn)作用，且都在2月或3月時(shí)葉片數(shù)最大。在5次測(cè)定中，S1～S5基質(zhì)處理的金盞菊葉片數(shù)明顯高于S7基質(zhì)處理，但S1基質(zhì)處理的葉片數(shù)分別為42.67、46.33、52.00、88.67、72.67張/株，與S6號(hào)基質(zhì)處理的葉片數(shù)在多數(shù)月份差異未達(dá)到顯著水平。

3 討論與結(jié)論

植株形態(tài)指標(biāo)是判斷基質(zhì)對(duì)植物生長(zhǎng)影響的最直觀指標(biāo)［17］。S1～S5處理的栽培基質(zhì)具有疏松多孔、通氣透水性好等特點(diǎn)，有效改善了瓜葉菊和金盞菊的根系生長(zhǎng)環(huán)境，同時(shí)5種處理栽培基質(zhì)含有較高養(yǎng)分，也有效促進(jìn)了瓜葉菊和金盞菊地上部分形態(tài)的生長(zhǎng)，因此，S1～S5 處理的瓜葉菊和金盞菊地上部分生長(zhǎng)狀況總體顯著優(yōu)于對(duì)照的S7處理，但部分處理的促生長(zhǎng)作用弱于S6泥炭基質(zhì)處理。在同一種堆肥基質(zhì)中，瓜葉菊和金盞菊幼苗的生長(zhǎng)狀況也不同，這與前人的研究結(jié)果［18］是一致的。5種處理栽培基質(zhì)的理化性質(zhì)基本符合花木栽培基質(zhì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，與進(jìn)口基質(zhì)pH值呈弱酸性相比，5種基質(zhì)的pH值為堿性，因此需對(duì)5種處理的基質(zhì)配方添加酸性物質(zhì)進(jìn)行改良［12，19］，對(duì)堆肥條件和輔料進(jìn)行優(yōu)化［20］，便于基質(zhì)的大范圍推廣與應(yīng)用，同時(shí)還可以改良基質(zhì)結(jié)構(gòu)等［12，21］。針對(duì) EC值略高的情況，在一定范圍內(nèi)，基質(zhì)EC值的升高對(duì)金盞菊的生長(zhǎng)發(fā)育有促進(jìn)作用［22］。

栽培基質(zhì)的物理環(huán)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(zhì)逐漸變好，根據(jù)堆肥期間樣品養(yǎng)分含量結(jié)果，S3和S4基質(zhì)處理含有豐富的養(yǎng)分物質(zhì)，因此S3和S4基質(zhì)不僅可以促進(jìn)瓜葉菊和金盞菊根系的生長(zhǎng)，還能促進(jìn)地上部的生長(zhǎng)，形成良性循環(huán)，最終獲得品質(zhì)優(yōu)良的花卉植株。

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

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基金項(xiàng)目：江蘇省高等學(xué)?；A(chǔ)科學(xué)（自然科學(xué)）研究面上項(xiàng)目（編號(hào)：23KJB210008）；江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研項(xiàng)目（編號(hào)：2022kj26）；江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院“揭榜掛帥”項(xiàng)目（編號(hào)：2023kj114）。

作者簡(jiǎn)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(hù)教學(xué)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(fù)和農(nóng)用地土壤改良研究。E-mail：hangxiaoshuai@163.com。