崔 燁，張?zhí)﹦拢锱d山，郭文磊，馮 莉，吳丹丹

（廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所/廣東省植物保護新技術(shù)重點實驗室，廣東 廣州 510640）

【研究意義】水葫蘆〔Eichhornia crassipes(Mart.) Solms.〕又名水浮蓮、鳳眼蓮、鳳眼藍、葫蘆苗，是雨久花科鳳眼藍屬浮水草本植物，原產(chǎn)于南美洲，是當(dāng)今世界上危害最重的10種雜草之一。1901年，水葫蘆被作為觀賞植物引進中國，20世紀五六十年代被作為豬飼料推廣，之后開始成為惡性雜草［1］，已廣泛分布于華北、華東、華中、華南和西南19個省、市、區(qū)，尤以廣東、福建、臺灣為甚［2］。據(jù)估計，若不加控制，水葫蘆在珠三角地區(qū)淡水水域中一個月即可繁殖上千萬噸。自1975年起，珠江水域水葫蘆每10年就增長10倍，1975年平均每天只撈到0.5 t水葫蘆，1985年為5 t，1995年為50 t，而2008年時平均每天接近500 t［3］。2015年，項目組聯(lián)合廣州市城市管理和綜合執(zhí)法局調(diào)查統(tǒng)計，廣州市有3個水葫蘆打撈點，僅廣州市白云區(qū)太陽島一處的打撈點，夏季每天打撈的水葫蘆經(jīng)初步擠壓可裝滿12輛以上城市垃圾運輸車，全市每年打撈、運輸、處理水葫蘆的費用超3 000萬元［4］。盡管水葫蘆生物量巨大，但目前國內(nèi)多數(shù)城市仍采取垃圾場填埋的方式處理打撈水葫蘆，被填埋的水葫蘆腐爛后會滲出帶有臭味的黑液，這種處理方式既占用寶貴的垃圾填埋空間又產(chǎn)生二次污染。因而，開展城市打撈水葫蘆資源化利用研究具有重要的經(jīng)濟和現(xiàn)實意義?！厩叭搜芯窟M展】杜靜等［5］研究表明，水葫蘆有機碳含量為40.35%，乘以Van Bemmelen因數(shù)換算為有機質(zhì)高達69.56%、全氮2.27%、全磷0.48%、全鉀6.47%，其鉀含量超過許多普通植物。水葫蘆繁殖能力強、現(xiàn)存生物量大、續(xù)存能力強，因此其潛在資源化利用價值很大［6-7］，已被用來制作有機肥［8-11］，利用微生物發(fā)酵產(chǎn)生物乙醇、氫氣或沼氣［12-18］，用作飼料［19］，栽培食用菌［20］，造紙［21］，修復(fù)富營養(yǎng)化水體［22-25］等?！颈狙芯壳腥朦c】盡管水葫蘆資源化利用的研究很多，但應(yīng)用于生產(chǎn)實踐的極少。國內(nèi)太湖和滇池為代表利用水葫蘆治理富營養(yǎng)化水體，打撈后開展了用于制沼氣及有機肥的資源化利用［24-25］，其余開展水葫蘆資源化利用的城市或企業(yè)均面臨打撈成本高、經(jīng)濟效益低，難以商業(yè)化運作問題。【擬解決的關(guān)鍵問題】水葫蘆資源化利用水平低，幾乎沒有成功的商業(yè)化運作，最關(guān)鍵的問題是水葫蘆資源化利用成本高、經(jīng)濟效益低。針對水葫蘆資源化利用產(chǎn)品經(jīng)濟效益低的問題，本研究以廣州市太陽島打撈的水葫蘆為研究對象，將其分揀、粉碎、晾曬、發(fā)酵，分析其發(fā)酵產(chǎn)物的養(yǎng)分及重金屬含量以確保其營養(yǎng)價值和安全性，通過將其與珍珠巖、蛭石合理配比生產(chǎn)適合茄科蔬菜的育苗基質(zhì)，以提高水葫蘆資源化利用的經(jīng)濟價值及效益，從而提供一種具有潛力的替代垃圾填埋方式以外的打撈水葫蘆商業(yè)化處理途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

水葫蘆采自廣州市白云區(qū)太陽島打撈點，采集時間為2017年12月26日，采集量為24 t。

1.2 試驗方法

水葫蘆破碎選用市售的普通青儲鍘草機，型號為93QS-12.0C（河南凱星機械設(shè)備有限公司），破碎規(guī)格為3～8 mm×20～50 mm。破碎處理在廣東廣州國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)開展。

破碎水葫蘆自然風(fēng)干至含水量80%左右，添加其2%總重的腐稈劑（廣東省佛山金葵子科技有限公司）、堆積發(fā)酵50 d，每隔10 d翻堆1次。水葫蘆發(fā)酵處理在廣東廣州國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)開展。

將水葫蘆發(fā)酵產(chǎn)物（fermented water hyacinth,FW）再粉碎至粒徑0～8 mm，購買的普通草炭土（ordinary peat soil，OPS，肇慶市恒發(fā)農(nóng)業(yè)科技有限公司）與優(yōu)質(zhì)泥炭土（high quality peat soil,HPS，荷蘭Jiffy 集團）的粒徑與其一致。將上述3種栽培土分別與珍珠巖（P）、蛭石（V）按照3∶1∶1的體積比混合均勻，HPS+P+V，OPS+P+V及FW+P+V 3種基質(zhì)分別稱為基質(zhì)A、基質(zhì)B和基質(zhì)C。

1.3 測定指標(biāo)及方法

風(fēng)干水葫蘆及其發(fā)酵產(chǎn)物中養(yǎng)分氮、磷、鉀及重金屬含量由農(nóng)業(yè)部蔬菜水果質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心（廣州）參照國家或行業(yè)標(biāo)準進行測定。

基質(zhì)A、B、C的pH、容重由本團隊參照蔬菜育苗基質(zhì)行業(yè)標(biāo)準（NY/T 2118-2012）測定，電導(dǎo)率（EC）采用DELTA-T W.E.T水分溫度電導(dǎo)率速測儀（英國DELTA-T儀器公司）測定。

基質(zhì)的育苗效果采用金冠一號番茄、粵研辣椒和農(nóng)夫長茄3種茄科蔬菜作物育苗50 d測定。育苗穴盤為50孔方孔盤，穴孔規(guī)格為上口徑5.0 cm×5.0 cm，下口徑2.5 cm×2.5 cm，深度5.0 cm。每個品種設(shè)置3個重復(fù)，每個重復(fù)播種100粒，在控制環(huán)境中進行育苗試驗，水肥管理條件相同，光周期為12 h，光強為10 000 lx，晝溫25 ℃，夜溫15 ℃。出苗率采用普查法測定，株高、鮮重、干重為每個重復(fù)隨機抽查10棵測量。蔬菜種子由廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所提供，育苗地點為廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所。

數(shù)據(jù)采用Excel 2016統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水葫蘆發(fā)酵物的養(yǎng)分及重金屬含量

水葫蘆養(yǎng)分及重金屬含量測定值（表1）表明，總氮、全磷和全鉀的含量分別為2.54（±0.17）%、1.16（±0.03）%和9.36（±0.75）%，汞、鉛、砷、鎘、鉻5種重金屬元素含量分別為0.025（±0.001）mg/kg、（±0.40）mg/kg、1.29（±0.09）mg/kg、0.30（±0.04）mg/kg 和（7.02±0.16）mg/kg。 可見，水葫蘆中養(yǎng)分含量高，尤其是鉀含量遠超一般植物，且重金屬含量較低，適合用于制作有機肥或植物培養(yǎng)基質(zhì)。鮮水葫蘆經(jīng)105 ℃恒溫烘干至恒重，測得其含水量為93.58%～96.14%。經(jīng)分揀、破碎、自然風(fēng)干，添加腐稈劑后發(fā)酵50 d，水葫蘆發(fā)酵物的含水量為34%。進一步檢測發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵物中TN、TP和TK含量分別為1.75（±0.08）%、0.74（±0.09）%和7.87（±0.40）%，與發(fā)酵前相比各養(yǎng)分流失15.85%～36.10%，但N、P、K三者含量之和仍高達10.36%，為有機肥料國家農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準（NY 525-2012）要求（N、P、K含量之和≥5.0%）低值的207.2%。與N、P、K養(yǎng)分含量降低相反，發(fā)酵物中汞、鉛、砷、鎘和鉻5種重金屬含量與發(fā)酵前相比增加23.09%～38.52%，但各重金屬含量僅為有機肥料國家農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準（NY 525-2012）最高限量的1.25%～13.33%。

2.2 水葫蘆育苗基質(zhì)基本參數(shù)測定結(jié)果

從表2可以看出，A、B、C 3種基質(zhì)的pH為 5.97～6.80，EC 值為 1.16～2.15 mS/cm，容重為0.20～0.39 g/cm3，均符合國家農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準《蔬菜育苗基質(zhì)》NY/T2118-2012要求，初步判斷可用于蔬菜育苗。

表1 水葫蘆發(fā)酵物養(yǎng)分和重金屬含量Table1 Content of nutrient elements and heavy metals in water hyacinth fermentation

表2 不同育苗基質(zhì)基本參數(shù)Table2 Basic parameters of different seedling-raising substrates

2.3 茄科蔬菜在水葫蘆育苗基質(zhì)上的育苗結(jié)果

番茄、辣椒和茄子3種茄科蔬菜在基質(zhì)A、B、C中育苗50 d后，其出苗率（表3、圖1～圖3）表明，番茄、辣椒在基質(zhì)A的出苗率分別為90.33（±1.15）%、95.00（±1.73）%，與在基質(zhì)C的出苗率基本一致，差異不顯著，但顯著高于基質(zhì)B。基質(zhì)A與C的一致性也體現(xiàn)在茄子的出苗率上，二者分別為95.67（±1.53）%和96.00（±1.00）%，兩者差異不顯著，但顯著低于其在基質(zhì)B上的出苗率97.33（±1.15）%。

采用基質(zhì)A、B、C繁育番茄、辣椒和茄子3種茄科蔬菜幼苗50 d后，同種基質(zhì)的幼苗株高、鮮重和干重具有一致性，而不同基質(zhì)間具有極顯著差異，株高、鮮重和干重在3種不同基質(zhì)上的順序依次均為基質(zhì)C＞基質(zhì)A＞基質(zhì)B（表3、表4）。

從圖4～圖6可以看出，番茄、辣椒和茄子3種茄科蔬菜在基質(zhì)A、B、C上育苗50 d后，3種幼苗在基質(zhì)C上根系發(fā)達，基質(zhì)包被完整，根系密度不亞于其在基質(zhì)A上的生長情況，但顯著優(yōu)于基質(zhì)B（僅觀測）。

表3 3種茄科蔬菜種子在不同基質(zhì)中育苗50 d的出苗率及株高Table3 Seedling emergence rate and plant height of three solanaceous seeds after 50 days of seedling raising in different substrates

表4 3種茄科蔬菜在不同基質(zhì)中育苗50 d后的鮮重及干重（g）Table4 Fresh weight and dry weight of three solanaceous vegetables after 50 days of seedling raising in different substrates (g)

圖1 番茄在不同基質(zhì)上育苗生長情況（50 d）Fig.1 Growth of tomato seedling in different substrates (50 d)

圖2 辣椒在不同基質(zhì)上育苗生長情況（50 d）Fig.2 Growth of pepper seedling in different substrates (50 d)

圖3 茄子在不同基質(zhì)上育苗生長情況（50 d）Fig.3 Growth of eggplant seedling in different substrates (50d)

圖4 茄子在不同基質(zhì)上育苗根系生長情況（50 d）Fig.4 Root growth of eggplant seedlings in different substrates (50 d)

圖5 番茄在不同基質(zhì)上育苗根系生長情況（50 d）Fig.5 Root growth of tomato seedlings in different substrates (50 d)

3 討論

由于水葫蘆具有強大的繁殖能力、環(huán)境耐受能力及競爭力等生物學(xué)特性，加上失去天敵限制等原因，盡管經(jīng)過多年治理，珠三角區(qū)域乃至全國仍存在大量水葫蘆。其資源化利用的報道很多，然而由于鮮水葫蘆含水量大，城市打撈的水葫蘆含有一定量的玻璃瓶、塑料瓶、泡沫等垃圾，導(dǎo)致其前處理成本高。加上水葫蘆資源化利用產(chǎn)品價值不高，商業(yè)化開展水葫蘆資源化利用難以為繼，因而還沒有打撈水葫蘆資源化利用成功的商業(yè)化案例。

圖6 辣椒在不同基質(zhì)上育苗根系生長情況（50 d）Fig.6 Root growth of pepper seedlings in different substrates (50 d)

本研究結(jié)果表明，發(fā)酵前風(fēng)干水葫蘆N、P、K總含量為13.06%，發(fā)酵后為10.36%，總養(yǎng)分流失約20%。這一結(jié)果與唐薇等［26］關(guān)于秸稈腐熟前后氮磷鉀養(yǎng)分變化的研究類似，盡管如此，水葫蘆發(fā)酵物中N、P、K養(yǎng)分之和仍超過有機肥料國家農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準NY 525-2012最低要求的2倍，且含鉀量平均高達7.87（±0.40）%，有機質(zhì)含量達55.60（±1.26）%。發(fā)酵后，鉛、砷、鉻、鎘和汞等5種重金屬含量則均有升高，升高范圍為23.09%～38.52%，但各重金屬元素含量并未超標(biāo)，為NY 525-2012標(biāo)準最高限量的1.25%～13.33%。黃東風(fēng)等［27］利用干水葫蘆與干稻草按31.75∶5的比例配制發(fā)酵原料，通過添加纖維素分解菌或不添加微生物的自然發(fā)酵制得的有機肥N、P、K含量總和為11.22%～11.42%，其中鉀含量為6.89%～6.98%、有機質(zhì)含量為48.25%～49.88%。若以有機肥料國家農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準NY 525-2012評價本研究中的水葫蘆發(fā)酵物，可以發(fā)現(xiàn)本研究獲得的水葫蘆發(fā)酵物與黃東風(fēng)等［27］利用水葫蘆和稻草混合自然發(fā)酵物相比，N、P、K養(yǎng)分之和較其低8.48%，但有機質(zhì)含量比其高出15%，鉀含量較其高12.75%。這反映出水葫蘆是一種高有機質(zhì)含量、高養(yǎng)分含量尤其是高鉀含量的有機肥原料。然而，由于市場上利用動物排泄物為主要原料生產(chǎn)的有機肥價格為700～1 200元/t，水葫蘆從打撈到制成有機肥需經(jīng)過打撈、運輸、分揀、粉碎、晾曬、發(fā)酵等步驟，以廣州所在的珠三角為例，其成本至少1 400元/t以上。例如，根據(jù)本研究測得的水葫蘆含水量93.58%～96.14%，可計算出即使打撈水葫蘆不含玻璃瓶、廢舊塑料等垃圾，每運輸1 t水葫蘆干物質(zhì)至少需要15.58 t鮮水葫蘆，按廣州市垃圾車專業(yè)承運價格32～35元/t計，則僅運輸1 t干物質(zhì)至發(fā)酵地點的運費就498元。因而，盡管打撈水葫蘆可以制作優(yōu)質(zhì)有機肥，但利用打撈水葫蘆生產(chǎn)有機肥成本高，沒有市場競爭力，所以作為優(yōu)質(zhì)有機肥生產(chǎn)原料的打撈水葫蘆的普遍采用垃圾填埋的處理方式，而非利用其生產(chǎn)有機肥。為此，本研究繼續(xù)探索了提高水葫蘆資源化利用價值的途徑。

采用番茄、辣椒和茄子3種茄科蔬菜作物在3種試驗基質(zhì)上育苗50 d，3種茄科蔬菜種子在基質(zhì)C與基質(zhì)A上的出苗率具有較高一致性，差異不顯著，而番茄和辣椒在基質(zhì)B上的出苗率顯著低于基質(zhì)A和基質(zhì)C，茄子在基質(zhì)B上的出苗率則顯著高于基質(zhì)A和基質(zhì)C；3種茄科蔬菜種子在基質(zhì)A與基質(zhì)C上根系生長均良好、基質(zhì)包被完整，從外觀看，辣椒和茄子根系在基質(zhì)C上的生長情況略好于其在基質(zhì)A上的情況，并明顯好于基質(zhì)B；幼苗株高、鮮重及干重方面，3種茄科蔬菜在同種基質(zhì)上具有很高的一致性，不同基質(zhì)上則有極顯著差異，其大小順序依次均為基質(zhì)C＞基質(zhì)A＞基質(zhì)B。上述結(jié)果表明水葫蘆發(fā)酵物可以替代優(yōu)質(zhì)泥炭土用來制作番茄、辣椒和茄子的優(yōu)質(zhì)育苗基質(zhì)。

目前，市場上優(yōu)質(zhì)的蔬菜育苗基質(zhì)價格為0.5～0.8元/L，若將利用水葫蘆生產(chǎn)的含水量為30%的優(yōu)質(zhì)有機肥加工成上述基質(zhì)，則有機肥市場價格為1 750～2 800元/t，超過普通有機肥價格的2倍。

4 結(jié)論

打撈水葫蘆可以作為高有機質(zhì)、高養(yǎng)分含量尤其是高鉀有機肥制作原料，利用該原料發(fā)酵生產(chǎn)的有機肥有機質(zhì)含量達55.60（±1.26）%，N、P、K養(yǎng)分含量之和達10.36（±0.29）%，其中鉀含量可達7.87（±0.40）%，鉛、砷、鉻、鎘、汞5種重金屬含量均符合有機肥行業(yè)標(biāo)準限量要求，但在無補貼條件下，利用打撈水葫蘆生產(chǎn)的有機肥成本高出市場售價，無法商業(yè)化運作。以打撈水葫蘆發(fā)酵物與珍珠巖、蛭石按3∶1∶1比例混合制成的育苗基質(zhì)養(yǎng)分高、無重金屬污染，育番茄、辣椒和茄子苗效果好，與優(yōu)質(zhì)泥炭土源基質(zhì)的育苗效果一致甚至更好。利用打撈水葫蘆可以生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)茄科蔬菜作物育苗基質(zhì)，該類育苗基質(zhì)的市場價格一般高出普通有機肥市場價格1倍以上，且生產(chǎn)成本與利用水葫蘆制作有機肥幾乎相同，因而可大幅提高打撈水葫蘆資源化利用價值，同時可減少垃圾填埋量和對不可再生資源泥炭土的掠奪性開采。