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        蔬菜秸稈發(fā)酵循環(huán)再用育苗基質(zhì)對番茄幼苗生長的影響

        2023-07-31 05:37:54田素波國艷春宋玉曉李傳興王鯤霆李英杰國家進林桂玉丁俊洋張敬敏胡永軍夏海波
        中國農(nóng)學通報 2023年16期
        關(guān)鍵詞:生長

        田素波,國艷春,宋玉曉,李傳興,王鯤霆,李英杰,國家進,林桂玉,丁俊洋,張敬敏,胡永軍,夏海波

        (1山東省壽光蔬菜產(chǎn)業(yè)集團有限公司,山東濰坊 262700;2山東省設(shè)施蔬菜技術(shù)創(chuàng)新中心,山東濰坊 262700;3中國農(nóng)業(yè)大學園藝學院,北京 100083;4壽光市蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心,山東濰坊 262700;5壽光市科學技術(shù)局,山東濰坊 262700;6濰坊科技學院,山東濰坊 262700;7全國蔬菜質(zhì)量標準中心,山東濰坊 262700)

        0 引言

        隨著中國農(nóng)業(yè)的發(fā)展,無土栽培被廣泛應用。無土栽培基質(zhì)不僅起到固定作用,還決定作物的生長狀況。草炭是現(xiàn)階段公認理化性狀較好的育苗基質(zhì),但屬于不可再生資源,對其不合理的開發(fā)利用導致數(shù)量減少,因此急需一種可以代替草炭的新型育苗基質(zhì)。

        國內(nèi)設(shè)施蔬菜種植面積的不斷擴大,生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的蔬菜秸稈,這些蔬菜廢棄物含水量在50%以上,存在保存周期短、易發(fā)酵、不易運輸?shù)奶攸c,通常會采用就地丟棄或掩埋等方式處理。這些處理方法會造成環(huán)境污染蚊蟲滋生,而且秸稈的發(fā)酵可為土壤中各類病蟲害的生長繁殖提供有利條件。

        好氧堆肥指利用專性和兼性好氧細菌降解有機廢棄物并產(chǎn)生生物肥料的過程[1]??捎煤醚醵逊侍幚韺斩掃M行再利用。好氧堆肥可以將蔬菜秸稈中的有機物轉(zhuǎn)變?yōu)楦迟|(zhì),適用于各類蔬菜秸稈的資源再利用[2]。大量研究顯示,部分農(nóng)業(yè)廢棄物經(jīng)過發(fā)酵代替草炭育苗、栽培作物[3-4],幼苗生長健壯,效果良好。研究結(jié)果表明,蔬菜秸稈中含有豐富的養(yǎng)分,經(jīng)過高溫發(fā)酵后殺滅自身害蟲,轉(zhuǎn)化營養(yǎng)物質(zhì)[5],更容易被植株吸收?,F(xiàn)階段腐熟秸稈栽培基質(zhì)種植蔬菜的方式已得到廣泛應用[6-7]。另外秸稈發(fā)酵過程中接入外源微生物可有效提高發(fā)酵溫度[8],促進難分解物質(zhì)的降解,減少揮發(fā)性固體物質(zhì)和C/N,減少腐熟物的植物毒性,縮短腐熟時間,加快腐熟進程[9]。

        本研究采用溫室穴盤育苗的方式,篩選蔬菜秸稈專用發(fā)酵菌劑復合配比,完善蔬菜秸稈高效堆肥發(fā)酵工藝,并優(yōu)化堆肥與蛭石配比,旨在開發(fā)一種新型育苗基質(zhì),為全國的蔬菜產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效積極貢獻壽光智慧。

        1 材料與方法

        1.1 材料與地點

        試驗于2021 年3—5 月在壽光蔬菜產(chǎn)業(yè)集團現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園內(nèi)進行試驗。供試發(fā)酵菌種主要有芽孢桿菌、假單胞菌、放線菌、酵母菌、霉菌,所有菌劑總量是堆肥質(zhì)量的0.3%。蔬菜秸稈為園區(qū)內(nèi)番茄黃瓜秸稈,烘干后進行粉碎至1~2 cm,腐熟的豬糞向附近農(nóng)戶購買。蛭石由當?shù)剞r(nóng)資超市購得。番茄為壽光當?shù)刂饕耘嗥贩N‘喜來得’。

        1.2 試驗設(shè)計

        將5 種菌按照不同比例與秸稈碎混合后,再與腐熟豬糞按照體積比為1:1 混合均勻,堆體水分控制在60%左右,堆成寬1 m、高1.2 m 的條垛,進行好氧發(fā)酵,期間根據(jù)溫度變化情況進行翻堆,堆制15 d左右,基本完成一次發(fā)酵,之后進入堆肥陳化階段,穩(wěn)定堆肥性狀。菌株投放質(zhì)量比例見表1。

        表1 不同菌種比例試驗處理 %

        將T4處理與不同體積的蛭石進行混配成為基質(zhì),見表2,采用穴盤育苗的方法,播種番茄,待出苗后開展測定。采用的市售育苗基質(zhì)不含有發(fā)酵菌劑,主要成分為椰糠、草炭、蛭石。

        表2 番茄基質(zhì)處理

        1.3 測定方法

        1.3.1 堆制物料性狀的測定測定基質(zhì)的容重、總孔隙度、通氣孔隙度、持水孔隙度[10];pH、EC 采用飽和浸提法測定[11]。根據(jù)不同發(fā)酵時間,測定堆肥溫度、含水量變化,有機碳采用重鉻酸鉀容量法測定含量;全氮總含量采用濃硫酸-過氧化氫消煮后,全氮含量用流動分析儀測定。

        1.3.2 幼苗生長性狀的測定于發(fā)芽后10 d,每個處理選取長勢相仿的幼苗20 棵進行測定。葉綠素含量用SPAD 儀進行測定,株高、莖粗采用游標卡尺進行測定,地上部/地下部鮮重、地上部/地下部干重采用電子天平測定,將新鮮的幼苗根系圖像掃描存入電腦,再用圖像分析軟件Win RHIZO 分析根總長、根表面積、根體積。

        1.3.3 番茄苗自身抗氧化酶活性的測定于番茄出苗后的15 d測定抗氧化酶活性。超氧化物歧化酶(SOD)采用氮藍四唑法測定[12],過氧化氫酶(CAT)采用紫外吸收法測定,過氧化物酶(POD)采用愈創(chuàng)木酚法測定[13]。

        1.4 數(shù)據(jù)處理

        利用Microsoft Excel 2010 和SPSS 20.0 軟件進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 不同處理對堆肥發(fā)酵溫度變化的影響

        發(fā)酵過程發(fā)生升溫期、高溫期、降溫期3個溫度變化階段。由圖1可以看出,在4個不同處理條件下,堆體溫度均表現(xiàn)出先升高后下降的趨勢。CK、T1、T2、T3、T4 處理的0~3 d 升溫期的平均每天升溫速率分別為9.3、11.3、12.3、13.1、14.9℃/d,可以看出接種菌劑處理平均升溫速率均高于不接種菌劑處理,T4處理升溫速率最快,其次是T3。T4升溫期的平均溫度要明顯高于其他處理,平均溫度為65.3℃,T4 秸稈堆肥效果較佳。在降溫期,T4降溫幅度要高于其他處理和對照。

        圖1 不同處理下發(fā)酵期秸稈堆肥溫度的變化

        2.2 不同處理對堆肥發(fā)酵含水量變化的影響

        從圖2 可以看出,堆肥前6 d 物料含水率快速降低,9~12 d 含水率下降幅度減小。其中從含水率的下降幅度可以看出,加入發(fā)酵菌劑處理的水分下降幅度顯著高于CK,說明接種微生物秸稈腐熟的處理有利于降低蔬菜秸稈堆肥中的水分、提高肥料產(chǎn)品的品質(zhì);T4水分下降幅度比T1、T2、T3大,且具有顯著性差異,T4秸稈堆肥有利于降低蔬菜秸稈堆肥中水分含量。

        圖2 不同處理下發(fā)酵期秸稈堆肥含水量的變化

        2.3 不同處理對堆肥發(fā)酵碳氮比變化的影響

        從表3 中可以看出,到堆肥結(jié)束,C/N 最低的是T4,最高的為CK,T1~T3 處理之間差異不顯著。在整個發(fā)酵過程中T4處理的C/N一直低于其他處理,測定的5 個時間段的C/N 較CK 降低了7.38%、6.36%、9.68%、10.71%、19.67%,前期降低幅度不超過10%,后期下降明顯。說明T4 秸稈堆肥有利于堆體中C/N 的快速降低,有利于堆肥快速達到穩(wěn)定。

        表3 不同處理下秸稈堆肥C/N的變化

        2.4 不同處理對堆肥發(fā)酵理化性質(zhì)的變化的影響

        由表4可知,在經(jīng)過發(fā)酵后,秸稈堆肥的理化性質(zhì)發(fā)生改變,添加發(fā)酵菌劑后堆肥的容重增加,總孔隙度提高,基質(zhì)的通氣透水性改善,有利于后期種子發(fā)育和幼苗地生長。T4處理經(jīng)過發(fā)酵堆肥的pH變?yōu)檫m合育苗的7.49,與CK相比提高了35.20%。

        表4 秸稈堆肥理化性質(zhì)的變化

        2.5 自制育苗基質(zhì)對番茄幼苗生長指標的影響

        使用自制育苗基質(zhì)培育番茄和黃瓜幼苗,幼苗的生長狀況有顯著的差異(表5)。試驗表明D1處理中番茄幼苗出苗率略低于市面銷售普通基質(zhì),但番茄幼苗自身的株高、莖粗與CK 相比提高了30.26%、51.59%,地上部鮮重和地下部鮮重也有所增加。D1~D3處理添加的蛭石含量不變,隨著堆肥量的增加,番茄出苗率有所降低,也會抑制幼苗生長。D5的出苗率不足50%,蛭石含量增加可明顯抑制番茄幼苗的出苗率,因此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應控制堆肥和蛭石的添加量。

        表5 番茄幼苗生長指標

        2.6 自制育苗基質(zhì)對番茄幼苗根系抗氧化酶活性的影響

        由表6 可見,自制育苗基質(zhì)均可明顯提高幼苗的SOD 活性,其中D1~D4 處理SOD 活性較高。D3 處理中POD 活性最高,另外D3 較CK 處理POD 活性增加了39.73%,D3、D4 2個處理差異性不顯著。CAT 含量的變化較大。

        表6 不同處理番茄幼苗根系抗氧化酶活性的變化 U/(g·min·FW)

        3 結(jié)論

        蔬菜秸稈與豬糞混合經(jīng)過T4處理后,堆肥理化性質(zhì)改善,堆肥溫度50℃以上持續(xù)時間超過10 d,C/N較發(fā)酵前下降了59.31%,持水孔隙度提高到67%以上,電導率增加,適合幼苗的萌發(fā)及生長。將T4堆肥與蛭石按照1:1 的體積比例混合形成基質(zhì)D1,番茄幼苗長勢旺盛,根系抗氧化酶活性大幅提高。因此利用蔬菜秸稈可代替草炭復配基質(zhì)。

        4 討論

        多種蔬菜秸稈與微生物進行堆肥化發(fā)酵,自身的各種有害微生物經(jīng)過持續(xù)高溫被殺滅,大分子物質(zhì)被分解為幼苗可直接利用的小分子,可促進各類蔬菜萌發(fā)以及幼苗的生長[14-15]。添加不同配比的發(fā)酵菌可有效加快有機碳分解速度[16-17]。適宜菌劑用量具有減少氮素損失,使堆肥腐熟提早完成的作用。試驗中添加35%芽孢桿菌和假單胞菌、35%放線菌、15%酵母菌、15%霉菌處理可加快腐熟速度。T4 處理發(fā)酵完成后的堆肥C/N 較CK 降低了19.67%,較初始狀態(tài)降低了59.31%。其他處理中由于各種菌類的添加比例不同,發(fā)酵后理化性質(zhì)不同,因此各類菌劑良好適當?shù)奶砑恿靠墒故卟私斩捀玫赝瓿砂l(fā)酵。試驗過程中應注意堆肥發(fā)酵過程中的水分及溫度,確保各種病原體可以全部殺滅以及水分含量,以達到堆肥發(fā)酵的標準。

        在堆肥過程中將蔬菜秸稈發(fā)酵堆肥與蛭石按照比例混合配制成為基質(zhì),可有效利用農(nóng)業(yè)廢棄物,減少對環(huán)境的污染。將菇渣、珍珠巖和蛭石混合進行營養(yǎng)缽育苗試驗,菇渣混合基質(zhì)可以作為草炭混合育苗基質(zhì)的替代品[18]。研究顯示,玉米秸稈與沸石復配的基質(zhì)可有效促進茄子幼苗生長[19]。試驗中番茄幼苗呈現(xiàn)不同的生長趨勢,當堆肥與蛭石體積比為1:1時,番茄的出苗率與市面上的基質(zhì)僅相差4%,株高、莖粗以及其他指標都顯著高于市售基質(zhì)。隨著堆肥含量增加,番茄根系的抗氧化酶活性提高,D3處理3種酶活性均是最高,D4、D5 處理中堆肥比例逐漸降低,蛭石含量增加,SOD 活性降低,是因為秸稈的腐熟物對幼苗的生長有抑制作用,進而導致各類酶活性的提高[20]。經(jīng)過發(fā)酵的蔬菜秸稈雖然適合幼苗的生長,但是需要控制秸稈與蛭石的比例,避免養(yǎng)分過多造成燒苗的情況。

        蔬菜秸桿經(jīng)處理后作為作物生長發(fā)育的有機肥物料[21-23],減少了秸秤作為垃圾造成的環(huán)境污染,同時考慮到草炭資源稀少以及椰糠價格較高,通過蔬菜秸秤資源化替代了部分草炭和椰糠,可以降低肥料成本[24]。蔬菜秸秤堆肥化利用,降低了蔬菜廢棄物帶來的潛在面源污染,確定了資源化利用的可行性[25]。

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