曹盼，敖暉，韓奇航，王文婷，劉錚，劉欣宇

(1. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100083；2. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)有機(jī)循環(huán)研究院(蘇州)，江蘇蘇州 215100；3. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)土地科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100083；4. 遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)村經(jīng)濟(jì)研究所，遼寧沈陽 110161)

隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人民物質(zhì)生活質(zhì)量明顯提高，相應(yīng)產(chǎn)生的餐廚廢棄物所帶來的環(huán)境問題日益顯現(xiàn)[1]。 產(chǎn)出量大、成分復(fù)雜是餐廚廢棄物的兩個(gè)重要特點(diǎn)，是垃圾科學(xué)分類及有機(jī)廢棄物資源化利用所面對(duì)的重點(diǎn)難題[2]。 在當(dāng)前技術(shù)背景下，餐廚廢棄物的最佳資源化利用方式之一為堆肥化利用，而由餐廚廢棄物所制成的堆肥即餐廚堆肥在當(dāng)前肥料市場(chǎng)中尚未表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)，這不利于反向促進(jìn)餐廚廢棄物堆肥化利用相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 為此，劉欣宇等[3，4]在早期的研究中提出將餐廚堆肥應(yīng)用于蔬菜育苗基質(zhì)的方法，以促進(jìn)餐廚堆肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。

育苗基質(zhì)的應(yīng)用在很大程度上提升了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，基質(zhì)育苗能夠明顯提升作物種子的出苗率，提高秧苗質(zhì)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物的早收多收，增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。 然而當(dāng)前針對(duì)育苗基質(zhì)的一項(xiàng)主要研究是如何對(duì)育苗基質(zhì)中的泥炭進(jìn)行合理替代。 泥炭屬于不可再生資源，過度開采對(duì)自然環(huán)境的安全造成極大破壞。 當(dāng)前普遍認(rèn)為椰糠是對(duì)泥炭具有較好替代效果的可再生能源之一[5]，但相對(duì)而言椰糠的價(jià)格較高，對(duì)于育苗基質(zhì)生產(chǎn)的相關(guān)企業(yè)來說并非是最佳選擇。 如何尋找出一種高效且價(jià)廉的可再生資源對(duì)育苗基質(zhì)中的泥炭進(jìn)行替代是擺在眾多相關(guān)學(xué)者面前的一項(xiàng)重要課題。 經(jīng)過多年探索，部分堆肥化產(chǎn)物已被篩選出并認(rèn)為它們具有替代部分泥炭用于育苗基質(zhì)配制的潛力，如畜禽糞便堆肥[6]、秸稈堆肥[7]等。 筆者曾對(duì)豬糞堆肥及雞糞堆肥在水稻育苗基質(zhì)中的應(yīng)用比重進(jìn)行過探索，發(fā)現(xiàn)雞糞堆肥和豬糞堆肥各自對(duì)泥炭進(jìn)行20%和40%的替代，能夠取得較好的育苗效果，但關(guān)于餐廚堆肥在水稻育苗基質(zhì)配制方面的應(yīng)用尚未見到明確報(bào)道。 為此，本試驗(yàn)采用室內(nèi)苗盤育苗方式，以20%體積比重為替代梯度，研究水稻育苗基質(zhì)中餐廚堆肥替代泥炭的效果，旨在獲得適宜的育苗基質(zhì)配方，為促進(jìn)水稻生產(chǎn)及餐廚廢棄物資源化利用提供新的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2022 年7 月25 日至8 月9 日在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)有機(jī)循環(huán)研究院(蘇州)人工氣候與植物培養(yǎng)中心開展。 供試作物為水稻，品種為南粳46 號(hào)。 供試餐廚堆肥(價(jià)格:0.11 元/L)，用環(huán)太湖地區(qū)收集的餐廚垃圾于環(huán)太湖有機(jī)廢棄物處理利用示范中心經(jīng)好氧發(fā)酵完全腐熟得到；供試雞糞堆肥(價(jià)格:0.60 元/L)、豬糞堆肥(價(jià)格:0.35元/L)、泥炭(價(jià)格:0.25 元/L)購自綠源美家農(nóng)業(yè)科技有限公司；供試蛭石(價(jià)格:0.16 元/L)由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院提供。 基質(zhì)采用新鮮原材料配制。 原材料主要理化性質(zhì)詳見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與管理

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)共設(shè)置8 個(gè)處理，每處理重復(fù)3 次。 各處理所對(duì)應(yīng)的基質(zhì)材料體積比重詳見表2。

1.2.2 育苗基質(zhì)制備 按照表2 所述的各處理設(shè)計(jì)，于2022 年7 月25 日將經(jīng)過風(fēng)干的育苗基質(zhì)原材料按比例裝入60 cm×48 cm×20 cm 的塑料盆中，混合均勻。 各處理采集樣品500 g 以備檢測(cè)。

1.2.3 播種與管理 將各處理育苗基質(zhì)置于水稻育苗盤(30 cm×10 cm×1 cm)中，每盤點(diǎn)播經(jīng)浸種催芽后的水稻種子50 粒，播種在距離基質(zhì)表層0.2 cm 處。 之后，育苗盤置于人工氣候室，在28℃、80%濕度條件下培養(yǎng)14 d(2022 年7 月25日至8 月9 日)。 各處理統(tǒng)一進(jìn)行澆水，每個(gè)育苗盤澆水1000 mL，試驗(yàn)期間每2 d 補(bǔ)水500 mL。

1.3 指標(biāo)測(cè)定及方法

1.3.1 育苗基質(zhì)理化性質(zhì)測(cè)定 參考農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 2118—2012[8]對(duì)樣品基質(zhì)的容重、通氣孔隙度進(jìn)行測(cè)定:選取體積為200 mL 的帶底蓋環(huán)刀，稱取環(huán)刀重記為M0；將新鮮基質(zhì)樣品均勻裝入環(huán)刀中，稱取環(huán)刀和基質(zhì)重記為M1；將風(fēng)干基質(zhì)樣品以育苗時(shí)的緊實(shí)狀態(tài)裝入環(huán)刀并扣上帶孔的頂蓋，之后置于清水中浸泡24 h 稱重，記為M2；將環(huán)刀置于鋪有濾紙的漏斗上自然瀝干3 h稱重，記為M3。 指標(biāo)計(jì)算公式如下:

參考鮑士旦[9]的方法測(cè)定樣品基質(zhì)的pH值、EC 值和堿解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量。

1.3.2 水稻幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定 播種后5 d(2022 年7 月30 日)統(tǒng)計(jì)水稻種子出苗數(shù)，計(jì)算出苗率；播種后14 d，每個(gè)育苗盤隨機(jī)選取幼苗15 株，用直尺測(cè)其株高，用游標(biāo)卡尺測(cè)其莖粗。用電子天平稱取各處理水稻幼苗地上部、地下部鮮重，然后90℃殺酶、60℃烘干至恒重，測(cè)定相應(yīng)干重并計(jì)算壯苗指數(shù)。 壯苗指數(shù)計(jì)算公式如下:

1.3.3 水稻幼苗根系生化指標(biāo)測(cè)定 播種后14 d，每個(gè)育苗盤隨機(jī)選取幼苗15 株用于根系生化指標(biāo)測(cè)定。 采用硫代巴比妥酸法[10]測(cè)定水稻幼苗根系丙二醛(MDA)含量，采用愈創(chuàng)木酚法[11]測(cè)定過氧化物酶(POD)活性，采用分光光度法[12]測(cè)定過氧化氫酶(CAT)活性，采用氮藍(lán)四唑光化還原法[13]測(cè)定超氧化物歧化酶(SOD)活性。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

用Microsoft Excel 2019 對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，采用DPS 18.1 軟件以鄧肯氏新復(fù)極差法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，利用Origin 2021 Pro 軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水稻育苗基質(zhì)的理化性質(zhì)分析

由表3 可以看出，無論以何種有機(jī)肥對(duì)泥炭進(jìn)行替代均會(huì)導(dǎo)致水稻育苗基質(zhì)的理化性質(zhì)發(fā)生明顯變化。 當(dāng)前關(guān)于水稻育苗基質(zhì)暫時(shí)還未出臺(tái)相關(guān)的農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，故而根據(jù)因地制宜原則[14]，本研究以蘇州市農(nóng)業(yè)地方標(biāo)準(zhǔn)《DB3205/T 212—2014 水稻工廠化基質(zhì)育秧技術(shù)規(guī)程》[15]中規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)對(duì)不同水稻育苗基質(zhì)的理化性質(zhì)進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)。 DB3205/T 212—2014 中規(guī)定，水稻育苗基質(zhì)的理化性質(zhì)應(yīng)符合:0.10 g/cm3≤容重≤0.80 g/cm3、10%≤通氣孔隙度≤40%、6.5≤pH 值≤7.5、EC 值≤1.3 mS/cm、有機(jī)質(zhì)含量≥15.0%。 可知，各處理在容重、通氣孔隙度及有機(jī)質(zhì)含量方面均符合該標(biāo)準(zhǔn)，而CK、CF 及PF 處理pH 值雖不在該標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定范圍內(nèi)，但根據(jù)前人的研究，pH值在5.5～6.5 范圍內(nèi)能夠?yàn)樗居酌缟L(zhǎng)提供較為合適的酸堿環(huán)境[16]。 隨著有機(jī)肥替代泥炭的比重增大，水稻育苗基質(zhì)的pH 值、容重、通氣孔隙度、EC 值及有機(jī)質(zhì)含量均出現(xiàn)較為明顯的上升趨勢(shì)。 當(dāng)餐廚堆肥對(duì)泥炭的替代量達(dá)到60%時(shí)，水稻育苗基質(zhì)pH 值為7.73，已超出DB3205/T 212—2014 中的規(guī)定。 當(dāng)餐廚堆肥對(duì)泥炭的替代量達(dá)到40%時(shí)，水稻育苗基質(zhì)EC 值為1.44 mS/cm，同樣超出DB3205/T 212—2014 中的規(guī)定。 在水稻育苗基質(zhì)的養(yǎng)分指標(biāo)方面，DB3205/T 212—2014 未對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)規(guī)定，但根據(jù)表3 中數(shù)據(jù)可知，隨著餐廚堆肥替代泥炭量的加大，各處理的有機(jī)質(zhì)、有效磷及速效鉀含量均呈現(xiàn)較為顯著的提升，除WF1 處理有效磷外其它均顯著高于CK、CF 及PF 處理。

表3 不同水稻育苗基質(zhì)的理化性質(zhì)

2.2 不同水稻育苗基質(zhì)對(duì)幼苗生長(zhǎng)的影響

由表4 可以看出，當(dāng)餐廚堆肥對(duì)泥炭的替代量達(dá)到80%時(shí)，水稻種子出苗率顯著下降。 餐廚堆肥的添加對(duì)水稻幼苗株高有顯著消極影響，當(dāng)餐廚堆肥對(duì)泥炭的替代量為20%時(shí)，幼苗株高比CK 降低9.43%，且隨著餐廚堆肥替代量的加大，幼苗株高呈現(xiàn)顯著降低趨勢(shì)。 根據(jù)DB3205/T 212—2014 中的規(guī)定，育苗12～14 d 時(shí)，幼苗株高應(yīng)達(dá)到12 ～17 cm，出苗率不低于85%。 可以看出，餐廚堆肥替代泥炭量為20%能夠符合該標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定。 幼苗莖粗方面，除WF5 外，各處理均未表現(xiàn)出顯著差異。 生物量方面，隨著餐廚堆肥替代量的加大，水稻幼苗地上(下)部鮮(干)重均呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)。 其中，餐廚堆肥替代泥炭量為20%時(shí)幼苗地下部生物量比CK 均表現(xiàn)出顯著促進(jìn)作用，與CF、PF 處理的表現(xiàn)相近；地上部生物量方面，不同于CF、PF 處理，WF1 處理相對(duì)于CK 并未表現(xiàn)出促進(jìn)作用。 采用壯苗指數(shù)對(duì)不同水稻育苗基質(zhì)處理的幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示，PF 及WF1 處理表現(xiàn)最佳，其中WF1 壯苗指數(shù)較CK 提高34.83%，而隨著餐廚堆肥替代量的增大，各處理的壯苗指數(shù)呈明顯降低趨勢(shì)。

表4 不同水稻育苗基質(zhì)處理的幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)

2.3 不同水稻育苗基質(zhì)對(duì)幼苗生化指標(biāo)的影響

有機(jī)肥的添加使得水稻育苗基質(zhì)的EC 值明顯上升，尤其是餐廚堆肥因原材料往往存在大量鹽分[17]，而對(duì)植株幼苗生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響。 對(duì)水稻幼苗根系生化指標(biāo)的測(cè)定發(fā)現(xiàn)，隨著餐廚堆肥用量加大，根系MDA 含量呈顯著上升態(tài)勢(shì)(圖1A)，這表示餐廚堆肥的添加相比其它處理均使得幼苗根系出現(xiàn)一定程度的膜脂損傷。 而為了消除因有機(jī)肥添加所帶來的相應(yīng)脅迫，水稻根系CAT(圖1B)、POD(圖1C)及SOD 活性(圖1D)均呈較為明顯的上升趨勢(shì)。 其中，隨著餐廚堆肥用量加大，CAT 及SOD 活性均呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì)。 相比CK，餐廚堆肥替代泥炭量為100%時(shí)，CAT、POD、SOD 活性分別提高213.23%、46.37%和132.77%。相比CF、PF 處理，餐廚堆肥的添加同樣使得水稻幼苗根系發(fā)生更嚴(yán)重的膜脂過氧化現(xiàn)象，并且產(chǎn)生更高的抗氧化酶活性以應(yīng)對(duì)生長(zhǎng)脅迫。

圖1 不同水稻育苗基質(zhì)處理的幼苗生化指標(biāo)

2.4 不同水稻育苗基質(zhì)的配制成本分析

配制成本關(guān)系著生產(chǎn)方對(duì)原料的選擇，并最終影響產(chǎn)品在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。 由表5 可知，隨著餐廚堆肥逐步替代泥炭，相關(guān)水稻育苗基質(zhì)的配制成本也在逐步下降。 當(dāng)餐廚堆肥替代泥炭的比例為20%時(shí)，其配制成本為0.19 元/L，比CK降低9.53%。 豬糞堆肥替代40%的泥炭配制水稻育苗基質(zhì)，其成本比WF1 處理提高31.58%，比CK提高19.05%，雞糞堆肥處理與之配制成本類似。從成本角度考慮，相對(duì)于豬糞堆肥與雞糞堆肥，水稻育苗基質(zhì)生產(chǎn)方用餐廚堆肥替代泥炭更有利。

表5 不同水稻育苗基質(zhì)的配制成本

3 討論

當(dāng)前關(guān)于育苗基質(zhì)的研究中，如何降低泥炭的使用量是最為重要的課題之一。 筆者曾對(duì)142項(xiàng)育苗基質(zhì)發(fā)明專利的配方進(jìn)行過統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)畜禽糞便堆肥、菌菇渣與椰糠是當(dāng)前用于替代泥炭的三種熱門有機(jī)廢棄物。 而在市場(chǎng)層面，泥炭在育苗基質(zhì)中的使用量仍不可小視。 除了泥炭之外，東北地區(qū)的黑土近些年也逐漸成為育苗基質(zhì)相關(guān)生產(chǎn)方的用料選擇之一，相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈嚴(yán)重威脅到東北地區(qū)的糧食生產(chǎn)安全[18]。 為此，如何尋找一種可以為市場(chǎng)所接受的泥炭替代品，是眾多學(xué)者最終所要面對(duì)的問題。 本研究以餐廚堆肥對(duì)水稻育苗基質(zhì)中的泥炭進(jìn)行替代，并以前期研究證明具有較好育苗效果的“10%雞糞堆肥+40%泥炭+50%蛭石”“20%豬糞堆肥+30%泥炭+50%蛭石”水稻育苗基質(zhì)為對(duì)照進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果顯示，使用雞糞堆肥、豬糞堆肥及餐廚堆肥對(duì)泥炭進(jìn)行替代均會(huì)導(dǎo)致水稻育苗基質(zhì)的理化性質(zhì)發(fā)生明顯變化。 出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因在于泥炭與上述三種有機(jī)肥的原始理化性質(zhì)存在較大差別，其中餐廚堆肥的pH 值、EC 值比泥炭分別高出93.23%和944.89%，而pH 值與EC 值是影響幼苗生長(zhǎng)最關(guān)鍵的基質(zhì)內(nèi)環(huán)境因素。 筆者在對(duì)蔬菜育苗基質(zhì)的相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，添加硫磺能夠顯著降低蔬菜育苗基質(zhì)的pH 值，同時(shí)使得作物葉面積及葉綠素等指標(biāo)均表現(xiàn)更佳，而水稻育苗基質(zhì)是否適宜采取同樣的手段以降低pH 值則需進(jìn)一步研究。

本研究中，在植株生長(zhǎng)方面，餐廚堆肥對(duì)泥炭的替代量為20%時(shí)，各個(gè)處理中其壯苗指數(shù)最高。 隨著餐廚堆肥用量加大，相應(yīng)的水稻幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)呈逐漸惡化趨勢(shì)，這在水稻幼苗根系生化指標(biāo)方面同樣得到驗(yàn)證。 可見餐廚堆肥并不能完全替代泥炭，其最佳替代比重與雞糞堆肥相同，均為20%，大幅度低于豬糞堆肥40%的替代比重。相對(duì)于雞糞或豬糞堆肥，餐廚堆肥的原料組成更為復(fù)雜多樣，且受到不同地域、季節(jié)時(shí)令及飲食文化等社會(huì)環(huán)境因素的影響很大[19]。 本研究所選取餐廚堆肥的發(fā)酵原料來自環(huán)太湖地區(qū)，且經(jīng)過工廠式發(fā)酵處理。 而當(dāng)前其它相關(guān)研究中的餐廚堆肥原料不乏由研究人員自行配制之后進(jìn)行發(fā)酵的情況，但這種餐廚堆肥往往原料組分較為簡(jiǎn)單，難以為區(qū)域內(nèi)產(chǎn)業(yè)化提供精準(zhǔn)的理論支撐。 如:楊麗娟等[20]關(guān)于餐廚堆肥在番茄生長(zhǎng)過程中的應(yīng)用效果研究所選用的餐廚堆肥原料收集自沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)食堂，其有機(jī)質(zhì)含量為56.80%；而李兵等[21]以寧波大學(xué)食堂餐廚廢棄物為原料制備的餐廚堆肥其有機(jī)質(zhì)含量為77.45%。 可見以小規(guī)模區(qū)域內(nèi)的餐廚廢棄物為原料制備的餐廚堆肥并不具備普遍適用性，也難以用于制備作物生產(chǎn)過程需要使用的農(nóng)資產(chǎn)品。

在育苗基質(zhì)市場(chǎng)化生產(chǎn)過程中，原料成本是生產(chǎn)方最為關(guān)注的一項(xiàng)內(nèi)容，同時(shí)也決定著相關(guān)產(chǎn)品在市場(chǎng)中的定價(jià)問題。 為此，本研究首次針對(duì)水稻育苗基質(zhì)配制成本開展分析。 根據(jù)原料成本可以看出，餐廚堆肥在本研究的五種材料中成本價(jià)格最低，僅為0.11 元/L，相對(duì)于泥炭、雞糞堆肥及豬糞堆肥等主料的價(jià)格分別降低56.00%、81.67%及68.57%。 對(duì)不同水稻育苗基質(zhì)配制成本核算后發(fā)現(xiàn)，餐廚堆肥對(duì)泥炭進(jìn)行替代的水稻育苗基質(zhì)的配制成本相對(duì)較低。 其中育苗效果最佳的WF1 處理的配制成本為0.19 元/L，比CK 的配制成本降低9.53%。 由此可見，以餐廚堆肥對(duì)泥炭進(jìn)行20%的體積比重替代，不僅能夠獲得較好的水稻育苗效果，同時(shí)也能在一定程度上降低水稻育苗基質(zhì)的配制成本。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)中，10%餐廚堆肥+40%泥炭+50%蛭石配制成的育苗基質(zhì)，其理化性質(zhì)較為適宜水稻幼苗生長(zhǎng)，優(yōu)于其它處理，且該配方能夠在一定程度上降低水稻育苗基質(zhì)的配制成本。 因此可以考慮以10%餐廚堆肥+40%泥炭+50%蛭石為基本配方，進(jìn)行水稻育苗基質(zhì)的研制。