胡青青，李戀卿*，潘根興

(1 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)環(huán)境研究所，南京 210095；2 江蘇省有機(jī)固體廢棄物資源化協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210095)

生物質(zhì)炭醋糟復(fù)配物代替草炭對(duì)辣椒幼苗生長的影響①

胡青青1,2，李戀卿1,2*，潘根興1,2

(1 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)環(huán)境研究所，南京 210095；2 江蘇省有機(jī)固體廢棄物資源化協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210095)

生物質(zhì)炭的農(nóng)業(yè)利用日益受到關(guān)注。針對(duì)草炭資源日益耗竭的問題，以藥渣炭、木屑炭和豬糞炭為試驗(yàn)對(duì)象，配比一定量的醋糟，分析了不同配比生物質(zhì)炭復(fù)合基質(zhì)對(duì)辣椒幼苗生長的影響，探討了生物質(zhì)炭復(fù)合基質(zhì)代替草炭基質(zhì)的可能性。試驗(yàn)結(jié)果表明：生物質(zhì)炭在與醋糟按4∶2、3∶3、2∶4等不同配比混合后，基質(zhì)的pH大多數(shù)在6 .0 ～ 7.5，基質(zhì)的通氣孔隙有所提高。綜合整個(gè)幼苗生育期，含20% 生物質(zhì)炭的各復(fù)合基質(zhì)處理的辣椒幼苗株高、莖粗、葉面積、地上部生物量均顯著優(yōu)于對(duì)照草炭基質(zhì)；含 20%、40% 藥渣炭的基質(zhì)處理的幼苗根表面積、根體積表現(xiàn)較好，在前期與草炭基質(zhì)無顯著差異，后期顯著高于草炭基質(zhì)。藥渣炭和木屑炭與醋糟混配基質(zhì)的壯苗指數(shù)優(yōu)于草炭處理，其中 B1A2(藥渣炭∶醋糟∶蛭石∶珍珠巖=4∶2∶3∶1)、B1A4(藥渣炭∶醋糟∶蛭石∶珍珠巖=2∶4∶3∶1)、B2A4(木屑炭∶醋糟∶蛭石∶珍珠巖=2∶4∶3∶1)處理的壯苗指數(shù)均顯著高于其他處理。綜合評(píng)價(jià)各生長指標(biāo)，B1A2和B1A4處理基質(zhì)的表現(xiàn)最好，可代替草炭基質(zhì)在辣椒育苗上應(yīng)用。

生物質(zhì)炭；基質(zhì)；廢棄物；醋糟；辣椒育苗

自20世紀(jì)60年代以來，草炭因其具有質(zhì)地輕、吸水透氣性好、腐植酸含量高、有機(jī)質(zhì)和纖維含量豐富、疏松多孔、緩沖能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[1–3]，作為一種常用育苗基質(zhì)被全世界廣泛使用。但是，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球草炭資源儲(chǔ)量約為4 × 108hm2，僅占地球陸地面積的3%[4]。且隨著人們對(duì)草炭資源的需求日益增加，草炭面積正迅速減少，品質(zhì)逐漸下降，加上短期不可再生、地區(qū)分布不均、價(jià)格較高等原因[5]，使得草炭資源替代的研究日益受到重視。

近年來，生物質(zhì)廢棄物熱裂解炭化利用越來越受到關(guān)注。生物質(zhì)炭是生物質(zhì)廢棄物在完全或部分缺氧的情況下經(jīng)熱解炭化產(chǎn)生的高度芳香化、富含碳素的產(chǎn)物。李妮等[16]通過生物質(zhì)炭部分取代草炭的番茄育苗表面多孔的固態(tài)物質(zhì)[6–8]，具有保水保肥[9–10]、提高氮肥利用率[11]、促進(jìn)作物根系生長[12]和提高作物品質(zhì)產(chǎn)量等作用[13–15]。目前將生物質(zhì)炭應(yīng)用于育苗基質(zhì)的研究已有少量報(bào)道。試驗(yàn)表明，生物質(zhì)炭基質(zhì)能夠促進(jìn)番茄提早出苗并促進(jìn)其生長，尤以 33%稻殼炭＋67% 常用基質(zhì)處理最優(yōu)，但生物質(zhì)炭處理基質(zhì)的地下部根系活力降低。陳慶飛等[17]以竹條制備的生物質(zhì)炭部分替代草炭的研究顯示，3% 與6% 的生物質(zhì)炭替代量對(duì)鐵皮石斛的株高、節(jié)間距、節(jié)數(shù)以及葉數(shù)沒有顯著影響。作為草炭的替代基質(zhì)，生物質(zhì)炭的 pH、EC、養(yǎng)分含量等特性均影響其基質(zhì)性能，而生物質(zhì)炭的這些特性與原料、熱裂解溫度有密切的關(guān)系。趙牧秋等[18]研究表明，不同原料生物質(zhì)炭的堿性基團(tuán)含量和 pH大小順序?yàn)樨i糞＞木薯秸稈＞桉樹枝。Pituello等[19]研究發(fā)現(xiàn)，熱裂解溫度在250 ～ 550℃范圍，生物質(zhì)炭的 pH隨著溫度的升高而增加，EC則呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，且在350℃時(shí)EC值最小。而已有基質(zhì)研究中所用的生物質(zhì)炭為部分取代草炭，且試驗(yàn)用生物質(zhì)炭的熱裂解溫度大多在 500 ～600℃[16–17,20]，并且不同原材料的生物質(zhì)炭混配基質(zhì)的特性差異研究也少有報(bào)道。因此，為了保護(hù)草炭資源，克服生物質(zhì)炭堿性缺點(diǎn)，為工廠化生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定、性質(zhì)優(yōu)良的生物質(zhì)炭基質(zhì)提供技術(shù)和理論支持，研究不同類型廢棄物材料在相同工藝下制備的生物質(zhì)炭在育苗上的應(yīng)用顯得尤為重要。

本文選擇草本(藥渣)、木本(木屑)以及動(dòng)物糞便(豬糞)3類典型生物質(zhì)廢棄物為原料，在 350℃下限氧熱裂解制備生物質(zhì)炭，利用醋糟調(diào)節(jié)育苗基質(zhì)的通氣孔隙和酸堿度，研究生物質(zhì)炭混合基質(zhì)對(duì)辣椒幼苗生長的影響，探討生物質(zhì)炭取代草炭的可行性及適宜配比，旨在為保護(hù)草炭資源及廢棄物處理和資源化利用提供更好的途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

生物質(zhì)炭是中藥渣、木屑、豬糞分別在炭化爐里經(jīng)350℃限氧熱裂解而成。中藥渣取自南京金陵制藥廠，為生產(chǎn)“脈絡(luò)寧”注射液留下的殘?jiān)渲饕煞譃榕Ｏ?、玄參、石斛、金銀花等；木屑和豬糞取自南京市六合區(qū)，其中，木屑為木材加工后留下的鋸末。中藥渣由于粒徑相對(duì)過大在炭化前經(jīng)粉碎處理。3種生物質(zhì)炭在使用前均過5 mm篩。蛭石和珍珠巖購于南京花卉市場，草炭和發(fā)酵好的醋糟購于鎮(zhèn)江培蕾有機(jī)肥有限公司。草炭、醋糟和3種生物質(zhì)炭的基本性質(zhì)見表1。供試?yán)苯菲贩N為“蘇椒5號(hào)”，由南京種子公司提供。

表1 基質(zhì)材料的基本理化性質(zhì)Table 1 Basic properties of studied media before being mixed

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)14個(gè)處理，先將不同種類生物質(zhì)炭(B1，藥渣炭；B2木屑炭；B3豬糞炭)分別以不同體積比例與醋糟混配，設(shè)置 4個(gè)水平(A1，6∶0；A2，4∶2； A3，3∶3；A4，2∶4)，并將蛭石和珍珠巖按3∶1體積比例混配，再將以上兩種混配物按有機(jī)無機(jī) 6∶4的體積比混配。對(duì)照為草炭、醋糟分別與蛭石、珍珠巖的混配。不同基質(zhì)材料混配處理的體積比見表2。

表2 育苗基質(zhì)的體積配比(%)Table 2 Proportions of experimental seedling substrates (percentage by volume)

試驗(yàn)于2015年8月至11月在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院溫室中進(jìn)行。2015年8月24日，將辣椒種子于 55℃溫湯浸種；30℃恒溫培養(yǎng)箱催芽，露白后(8月29日)選取整齊度一致的種子播種。育苗容器選用72孔穴盤，每穴盤播一粒種子，每個(gè)處理1盤，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。9月3日開始陸續(xù)出苗，9月11日齊苗后統(tǒng)計(jì)出苗率。每天上午9:00前澆灌清水，期間不補(bǔ)充營養(yǎng)液，分別于2015年10月1日、2015年11月1日進(jìn)行采樣并測(cè)定辣椒幼苗的各項(xiàng)指標(biāo)。

1.3 測(cè)定方法

育苗基質(zhì)風(fēng)干粉碎處理后，pH和EC采用基質(zhì)(質(zhì)量)與去離子水(體積)比1∶10，振蕩30 min并靜置30 min后，于pH計(jì)和電導(dǎo)率儀上直接測(cè)定；全量氮、磷、鉀采用H2SO4-H2O2消煮，分別用凱氏定氮法、鉬藍(lán)比色法、火焰光度法測(cè)定；堿解氮、有效磷、速效鉀分別用堿解擴(kuò)散法，草酸浸提-鉬藍(lán)比色法，NH4Ac浸提-火焰光度法測(cè)定[21]。育苗基質(zhì)的體積質(zhì)量與孔隙度參照郭世榮[22]的方法測(cè)定。

幼苗莖葉生長發(fā)育指標(biāo)包括株高、莖粗、葉面積和葉綠素。株高用直尺測(cè)量，以莖基部到生長點(diǎn)的高度為準(zhǔn)；莖粗用游標(biāo)卡尺測(cè)量，以第一節(jié)位下偏上部為準(zhǔn)；葉面積用直尺分別量取每片葉片的長和寬，再乘以校正系數(shù)0.7得到。葉綠素含量于收獲前一天采用SPAD 儀直接測(cè)定。

幼苗物質(zhì)累積分配指標(biāo)包括莖葉干重、根干重、根冠比。莖葉干重和根干重測(cè)定：每盤隨機(jī)選取 10株幼苗，樣品經(jīng)蒸餾水洗凈用吸水紙吸干后直接稱鮮量；在通風(fēng)干燥箱105℃下殺青15 min，在60℃下烘至恒重后稱干重。根冠比=根干重/莖葉干重。

幼苗根系生長發(fā)育指標(biāo)包括根長、根表面積、根直徑和根體積。采用WINRHIZO2003b根系分析系統(tǒng)對(duì)根系進(jìn)行掃描分析。

壯苗指數(shù)是幼苗質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。壯苗指數(shù)=(莖粗/株高+根干重/莖葉干重)×總干重[23]。

幼苗養(yǎng)分測(cè)定：采用H2SO4-H2O2消煮，分別用凱氏定氮法、鉬藍(lán)比色法、火焰光度法測(cè)定氮、磷、鉀含量[21]。

數(shù)據(jù)處理及作圖用Excel完成，數(shù)據(jù)分析采用單因素方差分析(One way ANOVA)模型檢驗(yàn)，處理間差異顯著性使用新復(fù)極差法(Duncan)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同原料配比基質(zhì)的理化性質(zhì)

2.1.1 物理性狀 從表3可以看出，隨著醋糟用量的增加，生物質(zhì)炭用量的減少，生物質(zhì)炭和醋糟混配基質(zhì)的體積質(zhì)量、通氣孔隙、總孔隙和氣水比基本呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)。除30% 木屑炭基質(zhì)(B2A3)處理外，生物質(zhì)炭混配基質(zhì)的體積質(zhì)量和持水孔隙均顯著小于草炭基質(zhì) CK1(P＜0.05)。除 40%、60% 木屑炭基質(zhì)(B2A1、B2A2)，生物質(zhì)炭基質(zhì)的通氣孔隙和氣水比顯著高于CK1(P＜0.05)。對(duì)于3種不含醋糟的生物質(zhì)炭基質(zhì)而言，木屑炭基質(zhì)(B2A1)的體積質(zhì)量(0.144 g/cm3)、通氣孔隙(3.04%)、氣水比(0.05)顯著小于藥渣炭(B1A1)和豬糞炭處理(B3A1)。

表3 不同原料配比基質(zhì)的物理性狀(育苗前)Table 3 Physical properties of studied grown media (before nursery)

2.1.2 化學(xué)性狀 由表 4可知，草炭基質(zhì) CK1、醋糟基質(zhì)CK2及木屑炭的各配比處理基質(zhì)的pH在5.25 ～ 6.53范圍內(nèi)，且豬糞炭、藥渣炭和醋糟混配基質(zhì)中除了40% 豬糞炭基質(zhì)(B3A2)，各基質(zhì)的pH均在7.5以內(nèi)。各處理的EC值在65 ～ 530 μS/cm范圍內(nèi)，除60% 藥渣炭基質(zhì)B2A1外，各處理的EC值顯著高于CK1(159.7 μS/cm)。總體上，3種生物質(zhì)炭基質(zhì)的pH隨著醋糟用量的增加而降低，EC值隨醋糟用量的增加而增加。在炭添加量相同的情況下，3種生物質(zhì)炭基質(zhì)的相應(yīng)pH和EC值高低依次為豬糞炭＞藥渣炭＞木屑炭。

在基質(zhì)養(yǎng)分方面(表4)，藥渣炭基質(zhì)處理的全氮含量顯著高于CK1、CK2及其他處理，但堿解氮的含量顯著低于CK1、CK2(P＜0.05)。基于醋糟基質(zhì)的堿解氮含量較高(0.6 g/kg)，生物質(zhì)炭基質(zhì)的堿解氮含量隨著醋糟添加量的增加而增加。藥渣炭基質(zhì)和豬糞炭基質(zhì)處理的有效磷和速效鉀含量均顯著高于CK1、CK2 (P＜0.05)，其中，豬糞炭基質(zhì)的全磷和有效磷、速效鉀含量都顯著高于其他處理。總的來說，3種炭混配基質(zhì)中，藥渣炭混配基質(zhì)的全氮養(yǎng)分含量較高，豬糞炭混配基質(zhì)的速效磷和鉀養(yǎng)分含量較高，木屑炭的氮、磷、鉀養(yǎng)分相對(duì)較低，但經(jīng)過與醋糟混合后基質(zhì)的養(yǎng)分含量有所提高。

表4 不同原料配比基質(zhì)的化學(xué)性狀(育苗前)Table 4 Chemical properties of studied grown media (before nursery)

2.2 不同原料配比基質(zhì)對(duì)辣椒幼苗生長的影響

2.2.1 辣椒出苗率 從圖 1可以看出，總體上，3種生物質(zhì)炭基質(zhì)培育的辣椒出苗率隨著醋糟含量的增加而提高，除含30%藥渣炭處理(B1A3)外，含20% 和30% 生物質(zhì)炭的基質(zhì)的出苗率與對(duì)照草炭基質(zhì)(CK1)相比無顯著差異(P＞0.05)。除了40%、60% 藥渣炭基質(zhì)處理，各基質(zhì)處理的辣椒出苗率都在80% 以上。

2.2.2 辣椒幼苗莖葉生長 生物質(zhì)炭基質(zhì)對(duì)幼苗不同生長期莖粗、葉面積、葉綠素的影響不同(表5)，在幼苗生長至第 19天時(shí)，僅有 20% 生物質(zhì)炭基質(zhì)(B1A4、B2A4、B3A4)處理的莖粗顯著高于草炭基質(zhì)CK1 (P＜0.05)，20%、30% 生物質(zhì)炭基質(zhì)處理幼苗的葉面積顯著優(yōu)于CK1(P＜0.05)；幼苗生長49天后，除 40%木屑炭基質(zhì)(B2A2)外，其他生物質(zhì)炭和醋糟混配基質(zhì)處理幼苗的莖粗和葉面積均顯著高于CK1(P＜0.05)，說明生物質(zhì)炭基質(zhì)對(duì)幼苗的促進(jìn)作用在后期更為明顯。在生長前期(第 19天時(shí))，草炭基質(zhì)CK1處理的葉綠素SPAD值最大，但生長后期(第49天時(shí))，藥渣和木屑生物質(zhì)炭基質(zhì)(B1(A3 ～ A4)、B2(A2 ～ A4))處理辣椒幼苗的 SPAD值均顯著高于CK1，說明藥渣炭和木屑炭可促進(jìn)幼苗葉綠素的生成。在幼苗生長期內(nèi)，20%、30% 生物質(zhì)炭基質(zhì)的株高均顯著高于CK1(P＜0.05)?？偟膩碚f，隨著醋糟用量(A1 ～ A4)的增加，3種炭處理基質(zhì)的莖粗、株高、葉面積基本呈逐漸增加的趨勢(shì)。20% 生物質(zhì)炭基質(zhì)的莖粗、株高、葉面積數(shù)值在整個(gè)幼苗生長期顯著高于CK1處理(P＜0.05)。由此可見，生物質(zhì)炭與醋糟的適量配比有利于辣椒幼苗地上部的生長，其配比基質(zhì)所產(chǎn)生的效果優(yōu)于草炭處理。

圖1 不同原料配比基質(zhì)對(duì)辣椒出苗率的影響Fig. 1 Effects of different nursery media on emergence rate of pepper seedlings

表5 不同原料的基質(zhì)配比對(duì)辣椒幼苗莖葉生長的影響Table 5 Effects of different nursery media on shoots development characteristics of pepper seedlings

2.2.3 辣椒幼苗根系生長 從表6可以看出，生物質(zhì)炭基質(zhì)對(duì)辣椒幼苗不同生育期根系的生長影響不同，在幼苗生長至第19天時(shí)，20% 和40% 藥渣炭基質(zhì)(B1A4、B1A2)處理幼苗的根表面積和根體積與CK1無顯著差異(P＞0.05)，并且B1A2處理幼苗的根長與 CK1無顯著差異(P＞0.05)；而在后期(第 49天時(shí))，各配比藥渣炭、木屑炭和20% 豬糞炭與醋糟混配基質(zhì)處理的辣椒幼苗的根長、根表面積、根體積均顯著高于CK1(P＜0.05)，說明在幼苗生長后期生物質(zhì)炭基質(zhì)對(duì)根系的促進(jìn)作用較強(qiáng)。同時(shí)，在生長后期(第49天時(shí))，炭添加量相同(20%(A4)、30%(A3))的情況下，豬糞炭復(fù)合基質(zhì)處理幼苗的根系各項(xiàng)發(fā)育指標(biāo)顯著低于其他兩種炭基質(zhì)(P＜0.05)。綜合來看，生物質(zhì)炭復(fù)合基質(zhì)能夠顯著促進(jìn)辣椒幼苗根系的生長，其中以40% 藥渣炭添加量的基質(zhì)處理(B1A2)幼苗根系的生長整體表現(xiàn)較好。

表6 不同基質(zhì)配比處理對(duì)辣椒幼苗根系生長的影響Table 6 Effects of different nursery media on root growth characteristics of pepper seedlings

2.3 不同原料配比基質(zhì)對(duì)辣椒幼苗物質(zhì)累積和分配的影響

如表 7所示，在幼苗生長前期，20% 藥渣(B1A4)、20% 木屑(B2A4)和 20% 豬糞(B3A4)生物質(zhì)炭基質(zhì)處理幼苗的地上部干質(zhì)量顯著高于草炭基質(zhì)CK1(P＜0.05)，分別提高了54.0%、27.0%、27.0%。20% 藥渣和 20% 木屑生物質(zhì)炭基質(zhì)處理幼苗的地下部干質(zhì)量顯著高于CK1 (P＜0.05)，增幅均為36.4%；在幼苗生長后期，除 40% 木屑炭基質(zhì)(B2A2)外，3種生物質(zhì)炭和醋糟混配基質(zhì)處理幼苗的地上部、地下部干質(zhì)量均顯著高于CK1 (P＜0.05)。除B1A2處理外，生物質(zhì)炭與醋糟混配的基質(zhì)處理幼苗的根冠比在前期與 CK1無顯著差異(P＞0.05)，后期顯著小于CK1(P＜0.05)?？傮w來說，3種炭基質(zhì)各處理的地上、地下部干質(zhì)量分別隨著醋糟用量的增加而增加，且20% 藥渣炭和 20% 木屑炭基質(zhì)處理在幼苗整個(gè)生長期地上部、地下部干質(zhì)量均顯著高于草炭基質(zhì)CK1 (P＜0.05)。

表7 不同原料配比基質(zhì)對(duì)辣椒幼苗物質(zhì)累積和分配的影響Table 7 Biomass accumulation and distribution of pepper seedlings

2.4 不同原料配比基質(zhì)對(duì)辣椒幼苗壯苗指數(shù)的影響

壯苗指數(shù)是反映植株幼苗的生長狀況的重要指標(biāo)。一般情況下，壯苗指數(shù)越大，幼苗生長越好。圖2顯示，20%、40% 藥渣炭基質(zhì)(B1A4、B1A2)和20%木屑炭基質(zhì)(B2A4)的壯苗指數(shù)顯著高于 CK1和CK2(P＜0.05)。藥渣炭、木屑炭與醋糟混配的基質(zhì)的壯苗指數(shù)均顯著高于CK1(P＜0.05)，而豬糞炭混配基質(zhì)與CK1相比差異不顯著(P＞0.05)?？傮w而言，藥渣炭的壯苗效應(yīng)最優(yōu)，其次為木屑炭，豬糞炭相對(duì)較差。

2.5 不同原料配比基質(zhì)對(duì)辣椒幼苗莖葉營養(yǎng)元素積累量的影響

由表8看出，生物質(zhì)炭基質(zhì)能促進(jìn)辣椒幼苗對(duì)養(yǎng)分的吸收。幼苗生長第 19天時(shí)，20% 藥渣炭基質(zhì)(B1A4)處理幼苗的氮吸收量顯著高于草炭基質(zhì) CK1 (P＜ 0.05)。除40% 藥渣炭基質(zhì)外(B1A2)，3種生物質(zhì)炭和醋糟混配基質(zhì)處理的幼苗磷吸收量顯著高于CK1(P＜0.05)。20% 和 30% 炭添加量的藥渣炭、豬糞炭基質(zhì)處理下幼苗的鉀吸收量顯著高于 CK1 (P＜0.05)。生長后期，除40% 木屑炭基質(zhì)(A2B2)外，藥渣炭、豬糞炭與醋糟混配基質(zhì)處理幼苗的氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量顯著高于CK1、CK2(P＜0.05)。20%、30% 木屑炭基質(zhì)處理幼苗的氮、鉀養(yǎng)分吸收量顯著高于CK1、CK2(P＜0.05)。綜合分析，隨著生物質(zhì)炭用量的減少，醋糟基質(zhì)的增加，各生物質(zhì)炭復(fù)合基質(zhì)的幼苗氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量逐漸增加，這與基質(zhì)堿解氮含量及地上部干重的變化趨勢(shì)一致。

圖2 不同原料配比基質(zhì)對(duì)辣椒幼苗壯苗指數(shù)的影響(出苗后第49天)Fig. 2 Effect of different nursery media on strong seedling index of pepper seedlings

表8 不同原料配比基質(zhì)對(duì)辣椒幼苗莖葉營養(yǎng)元素積累量的影響(mg/株)Table 8 Effects of different nursery media on nutrients concentration and accumulation of pepper seedlings

3 討論

一般來說，作為無土栽培的理想基質(zhì)，要求基質(zhì)的體積質(zhì)量為 0.1 ～ 0.8 g/cm3，總孔隙度為 54% ～96%，通氣孔隙度為10% ～ 30%，pH為5.0 ～ 7.0，EC＜500 μS/cm[24–26]。本試驗(yàn)的所有處理基質(zhì)的體積質(zhì)量在0.14 ～ 0.22 g/cm3，總孔隙度在68% ～ 79%，均在要求基質(zhì)范圍內(nèi)。試驗(yàn)所用醋糟基質(zhì)的通氣孔隙相對(duì)較大，且隨著醋糟在基質(zhì)中的比例增加，基質(zhì)的通氣孔隙相應(yīng)地增加，這與前人利用醋糟作為生長基質(zhì)的研究結(jié)果一致[27]，這樣很好地彌補(bǔ)了生物質(zhì)炭通氣孔隙小的缺點(diǎn)。本研究所用生物質(zhì)炭的pH在6.6 ～ 8.2，與常用基質(zhì)相比偏高，通過添加醋糟，除40% 豬糞炭基質(zhì)外，其他生物質(zhì)炭復(fù)合基質(zhì)的pH均控制在7.5以內(nèi)，說明醋糟在降低基質(zhì)的pH上有很大潛力?；|(zhì)電導(dǎo)率過高會(huì)對(duì)植株生長產(chǎn)生不利的影響，Vaughn等[28]通過土豆發(fā)酵沼渣與生物質(zhì)炭混配進(jìn)行西紅柿和萬壽菊栽培基質(zhì)的試驗(yàn)表明，電導(dǎo)率高達(dá)7 640 μS/cm的生物質(zhì)炭復(fù)合基質(zhì)上培育的兩種植物的干質(zhì)量低于其他基質(zhì)。本試驗(yàn)生物質(zhì)炭混配基質(zhì)的EC均小于500 μS/cm，符合理想EC值的要求。藥渣炭的全氮含量最高，為草炭和醋糟的2倍，但堿解氮的含量僅為草炭和醋糟的一半。Chan等[29]認(rèn)為生物質(zhì)炭的大部分氮以植物不可利用的形態(tài)存在，因此無機(jī)氮含量較低。雖然草炭基質(zhì)的堿解氮含量最高，但幼苗的生長指標(biāo)表現(xiàn)并不是最好，可能與其通氣孔隙較小有關(guān)。

生物質(zhì)炭用作基質(zhì)能促進(jìn)幼苗的生長。趙倩雯等[30]通過在常規(guī)育苗基質(zhì)中添加生物質(zhì)炭的白菜育苗試驗(yàn)表明，生物質(zhì)炭可有效促進(jìn)白菜幼苗的生長。李志剛等[20]研究表明，草炭基質(zhì)中添加生物質(zhì)炭(5%)能顯著提高番茄幼苗的株高、莖粗、葉面積、地上和地下生物量及壯苗指數(shù)。本研究結(jié)果顯示，含 20% 生物質(zhì)炭的復(fù)合基質(zhì)處理辣椒幼苗的株高、莖粗、葉面積和地上部生物量均顯著高于對(duì)照草炭基質(zhì)CK1。20%和40% 藥渣炭復(fù)合基質(zhì)處理下辣椒幼苗的根表面積、根體積在幼苗生長后期增加較快，顯著高于草炭處理。這種生物質(zhì)炭在后期作用更明顯的現(xiàn)象與李冬等[31]的研究結(jié)果較為一致。這可能是由于生物質(zhì)炭在前期有一些抑制作用，張晗芝等[32]通過生物質(zhì)炭對(duì)玉米苗期生長影響的試驗(yàn)表明：在玉米苗期的前 33 天，生物質(zhì)炭(48 t/hm2)對(duì)玉米株高的生長有顯著抑制作用，但在玉米苗生長后期，生物質(zhì)炭的抑制作用逐漸消失。

基質(zhì)的理化性狀、養(yǎng)分含量與幼苗的生長密切相關(guān)。本研究通過相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，幼苗的株高、莖粗、地上部干重、地下部干重及壯苗指數(shù)與基質(zhì)的堿解氮含量、通氣孔隙、電導(dǎo)率之間顯著正相關(guān)(P＜0.05) (表 9)，表明基質(zhì)良好的通氣性、適宜的養(yǎng)分含量對(duì)幼苗的發(fā)育有很好的促進(jìn)作用。Tian等[33]通過對(duì)觀賞植物冷水花的基質(zhì)育苗研究表明，具有良好通氣、持水孔隙的基質(zhì)顯著增加幼苗的生物量。同樣地，相關(guān)研究表明[34–35]，育苗基質(zhì)的表面積、孔性和礦質(zhì)養(yǎng)分等性質(zhì)是影響幼苗生長發(fā)育的重要因素。本試驗(yàn)通過調(diào)整生物質(zhì)炭與醋糟的配比制成的基質(zhì)有效地調(diào)節(jié)了基質(zhì)的養(yǎng)分狀況、通氣條件以及pH、電導(dǎo)率等特性，以達(dá)到適合幼苗生長的需要。

表9 辣椒幼苗生長指標(biāo)與基質(zhì)各理化指標(biāo)間的相關(guān)性Table 9 Correlation among physical and chemical properties of media and growth indices of pepper seedlings

通過不同炭基質(zhì)處理下的辣椒幼苗根系發(fā)育對(duì)比發(fā)現(xiàn)，幼苗生長后期，在炭添加量相同(20%、30%)條件下，豬糞炭基質(zhì)的幼苗根系根長、根體積、根表面積、地下部干質(zhì)量以及壯苗指數(shù)均顯著小于藥渣炭和木屑炭基質(zhì)，這可能是因?yàn)樨i糞炭基質(zhì)在同比例炭添加量時(shí)的 pH(7.29 ～ 7.39)分別高于藥渣炭基質(zhì)(6.81 ～ 7.17)和木屑炭基質(zhì)(5.88 ～ 6.13)，而pH對(duì)作物尤其是根系的生長有直接影響[12]。此外，Pituello等[19]比較不同材料生物質(zhì)炭的組分時(shí)發(fā)現(xiàn)，豬糞炭中含有其他炭沒有的吡啶類含氮化合物，這可能是豬糞炭對(duì)辣椒幼苗根系生長產(chǎn)生負(fù)面影響的另一原因，其具體原因還有待進(jìn)一步研究。

本研究結(jié)果表明，20%、40% 藥渣炭基質(zhì)(B1A2、 B1A4)和 20% 木屑炭基質(zhì)(B2A4)的幼苗壯苗指數(shù)顯著高于其他處理，且B1A4、B2A4處理幼苗的株高、莖粗、葉面積和地上部生物量均顯著高于對(duì)照草炭基質(zhì)CK1，B1A2處理幼苗的株高、莖粗、葉面積、根長和地下部干重在前期與CK1無顯著差異，后期顯著高于CK1處理；B1A2、B1A4處理幼苗的根表面積和根體積在前期與CK1無顯著差異，后期顯著高于 CK1處理，B2A4處理的幼苗根系表現(xiàn)相對(duì)差一些。綜合考慮各地上、地下生長指標(biāo)，B1A2和B1A4這兩種配比基質(zhì)的辣椒幼苗表現(xiàn)最好，推薦其可以代替草炭在育苗上進(jìn)行使用。綜上，生物質(zhì)炭有替代草炭基質(zhì)應(yīng)用于辣椒幼苗培育的潛力，同時(shí)各地廢棄物資源不同，可以根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r選擇與腐熟醋糟性質(zhì)類似的廢棄物與生物質(zhì)炭進(jìn)行混配，這不僅為新型工廠化育苗基質(zhì)開發(fā)、利用提供了理論支持，還為更好地利用當(dāng)?shù)貜U棄物提供有效的途徑。但是，生物質(zhì)炭基質(zhì)是否適用于其他所有蔬菜育苗，不同作物適宜用量是多少，還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

1) 生物質(zhì)炭在與醋糟按不同配比混合后，基質(zhì)的pH都有所下降，大多數(shù)在6.0 ～ 7.5；基質(zhì)的通氣孔隙也得到改善，醋糟的添加增加了基質(zhì)的通氣孔隙。

2) 辣椒幼苗全生育期內(nèi)，20% 生物質(zhì)炭復(fù)合基質(zhì)(B1A4、B2A4、B3A4)處理幼苗的株高、莖粗、葉面積、地上部生物量均顯著優(yōu)于草炭基質(zhì)CK1處理(P＜0.05)。20%、40% 藥渣炭復(fù)合基質(zhì)處理幼苗的根表面積、根體積表現(xiàn)較好，在前期與CK1無顯著差異(P＞0.05)，后期顯著高于CK1處理(P＜0.05)。幼苗的莖粗、株高、地上部干重、地下部干重與基質(zhì)的電導(dǎo)率、堿解氮、通氣孔隙顯著正相關(guān)(P＜0.05)。

3)比較 3種生物質(zhì)炭基質(zhì)對(duì)幼苗地下部生長的影響發(fā)現(xiàn)，豬糞炭基質(zhì)處理下幼苗的根系生長弱于藥渣炭和木屑炭的。

4)各處理中，20%、40% 藥渣炭基質(zhì)(B1A4、B1A2)、20% 木屑炭基質(zhì)(B2A4)處理的壯苗指數(shù)顯著優(yōu)于其他處理(P＜0.05)。

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Effects of Biochar-vinegar Mixed Substrates Instead of Peat on Pepper Seedling Growth

HU Qingqing1,2, LI Lianqing1,2*, PAN Genxing1,2
(1 Institute of Resources, Ecosystem and Environment for Agriculture, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China; 2 Jiangsu Collaborative Innovation Center for Solid Organic Waste Resource Utilization, Nanjing 210095, China)

There are more and more concerning on application of biochar in agriculture. Aiming to avoid excessive use of peat resource and explore its substitute, a pepper seeding experiment in the greenhouse was carried out. Three biochars (pyrolysised in 350。C, herb residue biochar, sawdust biochar and pig manure biochar as follow) were selected to be mixed with vinegar residue as the organic substrate, vermiculite and perlite as the inorganic substrate, and then those materials were mixed at four ratios to study their effects on the growth of pepper seedlings with peat substrate as control. After mixed with vinegar residue at different ratios, the pH and air filled porosity of biochar substrate became more appropriate for seeding. As a whole, the treatments containing 20% biochar showed better in height, stem diameter, leaf area, ground biomass of pepper seedlings, the treatments including 20% and 40% herb residue showed better in root surface and root volume while showed no significant difference with the control in short term, but better significantly than peat substrate in later period. The seedling index of treatments (B1A2(herb residue biochar∶vinegar residue∶vermiculite∶perlite=4∶2∶3∶1), B1A4(herb residue biochar∶vinegar residue∶vermiculite∶perlite=2∶4∶3∶1), B2A4(sawdust biochar∶vinegar residue∶vermiculite∶perlite = 2∶4∶3∶1)) were higher significantly than other treatments. Considering the multiple growth indicators of pepper seedling, the treatments B1A2 and B1A4 performed best among all treatments. So it is concluded that the two substates can replace peat for the pepper seedlings growth.

Biochar; Substrate; Wastes; Vinegar; Pepper seeding

S604+.3；S641.3

A

10.13758/j.cnki.tr.2017.02.010

江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金項(xiàng)目(CX(12)3039)和農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金項(xiàng)目(2013GB23600666)資助。

* 通訊作者(lqli@njau.edu.cn)

胡青青(1990 —)，女，江蘇射陽人，碩士研究生，主要從事生物質(zhì)炭農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究。E-mail: 2013103069@njau.edu.cn