邵君天

近年來，中國保護(hù)地栽培規(guī)模逐年擴(kuò)大，但隨之而來因蔬菜莖稈廢棄物如番茄莖稈的不合理處理卻引發(fā)更加不容樂觀的環(huán)境污染等問題。為充分循環(huán)利用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的番茄莖稈類廢棄物資源，試驗(yàn)利用番茄莖稈廢棄物進(jìn)行有氧發(fā)酵處理和厭氧發(fā)酵處理，對(duì)兩種處理產(chǎn)物浸提后制備成有機(jī)營養(yǎng)液，將莖稈廢棄物有氧發(fā)酵及厭氧發(fā)酵產(chǎn)物浸提后的殘?jiān)鲈耘嗷|(zhì)，后期追施不同電導(dǎo)率值的制備好的有機(jī)營養(yǎng)液進(jìn)行番茄全生育期栽培，試驗(yàn)共分為9 個(gè)處理，記為3 組：第一組為實(shí)驗(yàn)對(duì)照組，即CK 組；第二組記T1、T3、T4、T5，栽培基質(zhì)為莖稈廢棄物有氧發(fā)酵后獲得的殘?jiān)?；第三組記T2、T6、T7、T8，基質(zhì)為厭氧發(fā)酵殘?jiān)?。根?jù)研究結(jié)果，以番茄莖稈廢棄物厭氧發(fā)酵產(chǎn)物浸提后的殘?jiān)髟耘嗷|(zhì)，六片葉后追施電導(dǎo)率為2mS/cm 的厭氧發(fā)酵產(chǎn)物浸提液，結(jié)果期期間追施電導(dǎo)率為4mS/cm 的處理，在有機(jī)栽培的番茄各項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)及生理指標(biāo)的綜合分析中表現(xiàn)最佳，說明該處理方式可作為實(shí)際栽培生產(chǎn)的理論參考。

一、研究的目的與意義

鑒于全球人口的不斷增長，資源短缺和環(huán)境保護(hù)問題日益嚴(yán)重，向更加可持續(xù)性的糧食生產(chǎn)系統(tǒng)過渡的重要性顯得尤為重要。為了進(jìn)一步提高農(nóng)作物產(chǎn)量，提高養(yǎng)分利用效率，減少營養(yǎng)物損失，我們需要進(jìn)一步探尋和創(chuàng)新農(nóng)業(yè)廢棄物的循環(huán)利用技術(shù)，綠色肥料制作技術(shù)和先進(jìn)的耕作方法。在現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，伴隨著作物產(chǎn)量高，常年穩(wěn)定供應(yīng)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的同時(shí)，也存在著大量且不當(dāng)?shù)厥褂蒙餁麆┖蜔o機(jī)肥料等不可忽視的問題。隨著相關(guān)科學(xué)知識(shí)的普及，消費(fèi)者對(duì)環(huán)境保護(hù)，食品安全和營養(yǎng)的意識(shí)也日漸提高，對(duì)有機(jī)栽培的農(nóng)產(chǎn)品的興趣以及購買力也在不斷上升。

農(nóng)業(yè)是我們國家國民經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展的基礎(chǔ)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)性是社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。蔬菜生產(chǎn)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中尤為重要的環(huán)節(jié)之一，它與人民群眾的生活質(zhì)量息息相關(guān)。我國是世界上最大的農(nóng)業(yè)國家之一，隨著農(nóng)業(yè)的進(jìn)步及健康飲食的倡導(dǎo)，人民對(duì)蔬菜特別是優(yōu)質(zhì)蔬菜的需求量逐日上升。但與此同時(shí)，大量蔬菜的種植生產(chǎn)也導(dǎo)致了大批量蔬菜秸稈的產(chǎn)生。蔬菜秸稈廢棄物資源是在整個(gè)蔬菜生產(chǎn)過程中被丟棄的有機(jī)類物質(zhì)，秸稈是一種重要的生物質(zhì)資源，蔬菜秸稈資源化利用前景十分廣闊。近年以來，我國大部分農(nóng)業(yè)生產(chǎn)獲得的蔬菜殘株被不合理的焚燒或棄置，不僅會(huì)導(dǎo)致巨大的資源浪費(fèi)，同時(shí)也因?yàn)闅堉甑牟缓侠淼奶幚硎蛊涑蔀榇髿馕廴疽约稗r(nóng)田病害的重要來源。雖然近年來我國的農(nóng)業(yè)技術(shù)有了大幅進(jìn)步，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展成效引人矚目，但是與此同時(shí)也伴隨著大批量農(nóng)業(yè)廢棄物資源因不合理的處理導(dǎo)致了對(duì)農(nóng)田甚至整個(gè)自然環(huán)境巨大危害的問題。傳統(tǒng)的溫室實(shí)踐以及栽培方式需要被重新評(píng)估。使用高質(zhì)量的有機(jī)肥料和生長介質(zhì)的栽培方式，是生產(chǎn)可持續(xù)，安全和營養(yǎng)的水果和蔬菜的重要途徑之一。

農(nóng)民之所以選擇將莖稈廢棄物付之一炬，最主要是如下原因?qū)е? 一是經(jīng)濟(jì)效益一般的農(nóng)戶對(duì)于反轉(zhuǎn)滅茬的投資并未納入考慮范圍，加上搬運(yùn)及處理會(huì)消耗大量時(shí)間和人力物力，最終選擇不合理的焚燒處理或棄置處理:二是可用資金緊張，秸稈進(jìn)行科學(xué)加工處理，前期所需成本一般較高，對(duì)于多數(shù)農(nóng)戶來說資金壓力較大；三是基層政府的引導(dǎo)作用還需繼續(xù)加強(qiáng)。秸稈數(shù)量大，收集儲(chǔ)存加工難度較大，如果沒有合理利用并產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益，農(nóng)事參與者將難以對(duì)此產(chǎn)生興趣，參與積極性也更為有限。

番茄從古至今一直在全球被廣泛種植。近年來，伴隨著我國設(shè)施農(nóng)業(yè)面積的快速擴(kuò)大和蔬菜生產(chǎn)效率的提高，因?yàn)榉训慕斩拸U棄物不當(dāng)處理，已經(jīng)在多個(gè)地區(qū)引發(fā)了不同程度的污染，同時(shí)也造成了資源的大量浪費(fèi)。但實(shí)際上，蔬菜廢棄物中含有較高的養(yǎng)分含量，利用起來，將會(huì)降低資源的浪費(fèi)，并且也可以作為有機(jī)栽培，秸稈還田等的原料，跟近當(dāng)前設(shè)施栽培的趨勢(shì)。蔬菜莖稈堆腐后的產(chǎn)物浸提液可以作為作物生產(chǎn)的有機(jī)營養(yǎng)液，對(duì)蔬菜莖稈的循環(huán)使用可以使廢棄秸稈資源化，減輕莖稈焚燒帶來環(huán)境污染，變廢為寶。

本實(shí)驗(yàn)擬利用番茄莖稈發(fā)酵產(chǎn)物制作栽培基質(zhì)以及營養(yǎng)液，進(jìn)行資源化利用。通過番茄莖稈發(fā)酵產(chǎn)物浸提液作為有機(jī)營養(yǎng)液和利用浸提后的堆料殘?jiān)龌|(zhì)，后期噴施有機(jī)營養(yǎng)液栽培番茄，比較番茄莖稈有氧發(fā)酵與厭氧發(fā)酵產(chǎn)物作為有機(jī)營養(yǎng)液的施肥效果，篩選出有機(jī)營養(yǎng)液的最佳施用比例和較有效的利用方式。

二、國內(nèi)外研究概況

1、蔬菜廢棄物的研究及利用概況

蔬菜秸稈廢棄物中所含水分一般較高，通常會(huì)達(dá)到大約90%，而總固體基質(zhì)的水分含量基本在10%以下；總固體基質(zhì)分為揮發(fā)性固體，即有機(jī)質(zhì)，以及非揮發(fā)性固體，即灰分。其中有機(jī)質(zhì)的含量占總固體的70%～95 %，蔬菜殘株的氮、磷、鉀元素總量在57～96g·kg-1，其中，氮元素含量范圍為21～48g/kg，蔬菜殘株中的碳元素含量則在260～417g/kg 范圍內(nèi)，由此可知其碳氮比比值范圍在6.7～22.4 間，數(shù)值較小。以1∶1.5 的體積比的蒸餾水進(jìn)行蔬菜殘株的浸提，測(cè)得番茄、辣椒、黃瓜和茄子的電導(dǎo)率值分別為7.8 mS/cm、9.2 mS/cm、9.7mS/cm 和5.6 mS/cm。由此可知，蔬菜莖稈廢棄物中的可利用養(yǎng)分含量較高，使用正確的方法加以利用，可以降低資源的不良浪費(fèi)。

2、堆肥產(chǎn)品在生產(chǎn)中應(yīng)用

各種莖稈廢棄物在經(jīng)過發(fā)酵堆肥的過程之后，不但會(huì)有多種具備一定肥效的營養(yǎng)元素可以被分解和轉(zhuǎn)化出來，同時(shí)還有多種微生物群落交雜形成，產(chǎn)生一定的“藥效”，很大程度減少并抑制一些植物病蟲害。比如，在將三種不同的植物組織廢棄物（小麥秸稈，番茄莖稈殘?jiān)?，橘皮）和牛糞混合作為栽培介質(zhì)的實(shí)驗(yàn)中，利用此類基質(zhì)種植黃瓜、番茄，甜瓜等農(nóng)作物，栽培基質(zhì)中一些專業(yè)型尖孢鐮刀菌的生長（相比于在泥炭中的生長）得到了一定的抑制。植物莖稈通過高溫發(fā)酵，堆肥能夠抑制土傳病害，其機(jī)理如下：

①發(fā)酵的過程中，病原菌生長繁殖因?yàn)槟承┯袡C(jī)鹽類以及有機(jī)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化分解獲得的產(chǎn)物而被直接抑制，土傳病害的發(fā)生也同時(shí)得以減少；②混合堆肥所獲得的栽培基質(zhì)相比于土壤或傳統(tǒng)基質(zhì)，理化性質(zhì)更好，作物生長發(fā)育情況更佳，并且能不同程度上提高作物對(duì)病蟲害的抵抗能力；③使用堆肥材料或者制作的有機(jī)肥料進(jìn)行種植，栽培基質(zhì)中微生物的種類以及數(shù)量增多，包括一些微生物，其對(duì)土傳病菌存在拮抗作用，活性也有所提高；④秸稈殘?jiān)l(fā)酵堆肥后，經(jīng)過合理的處理，可以對(duì)植物產(chǎn)生一些生物和非生物刺激，使植物自身合成一些特定抗性物質(zhì)或者在結(jié)構(gòu)上發(fā)生抗性反應(yīng)，從而增強(qiáng)了植物抵抗病蟲害的能力。

3、蔬菜莖稈堆肥產(chǎn)物浸提液的研究概況

經(jīng)研究測(cè)定發(fā)現(xiàn)，將腐熟后的材料如番茄莖稈殘?jiān)洋w制作成的浸提液，其中除了含有大量植物生長發(fā)育所必需的礦質(zhì)元素，還有許多利于植物生長和栽培環(huán)境改善的有益微生物及相應(yīng)代謝產(chǎn)物。通過堆漚過程將發(fā)酵完成、腐熟好的有機(jī)物料經(jīng)過進(jìn)一步的浸提所收集得到的提取液即為堆肥浸提液，亦被稱為堆肥茶，這是一種將農(nóng)業(yè)廢棄物資源化循環(huán)利用的新興手段。

實(shí)踐證明，堆肥浸提液相比于傳統(tǒng)化肥、農(nóng)家肥，優(yōu)勢(shì)顯著，不但其制作方法簡易，可操作性高，生產(chǎn)成本低，而且含有的養(yǎng)分比例高、液體肥料的電導(dǎo)率易于控制，兼具生防和肥效的雙重作用，與滴灌可以在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中結(jié)合使用，推廣前景尤為可觀。

三、研究內(nèi)容與方法

1、浸提技術(shù)

番茄莖稈有氧發(fā)酵產(chǎn)物浸提采用清水浸提法，以水為浸提劑，將水與原堆肥(水與堆肥(干料)質(zhì)量比為10∶1)加入到塑料桶中攪勻，每隔8 小時(shí)攪拌一次，每次30 分鐘，持續(xù)浸提3 天后取上層清液，用孔徑0.15mm 的過濾設(shè)備過濾后得堆肥浸提原液，即為番茄莖稈有氧發(fā)酵制備的有機(jī)營養(yǎng)液。

番茄莖稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)物浸提則直接取厭氧發(fā)酵濾液，即為番茄莖稈厭氧發(fā)酵制備的有機(jī)營養(yǎng)液。

2、基質(zhì)培試驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)使用的栽培基質(zhì)是發(fā)酵產(chǎn)物浸提余渣，番茄全生育期追施的有機(jī)營養(yǎng)液為電導(dǎo)率確定的發(fā)酵產(chǎn)物浸提液。試驗(yàn)共有9 種處理，分為3 個(gè)組：第一組為實(shí)驗(yàn)對(duì)照組，即CK 組；第二組記T1、T3、T4、T5，為莖稈廢棄物有氧發(fā)酵后獲得的余渣；第三組記T2、T6、T7、T8，栽培基質(zhì)為厭氧發(fā)酵余渣。CK 除澆灌清水外從開花期開始每10 天澆灌一次市面上常見品牌園藝濃縮營養(yǎng)液；每個(gè)處理10 株。番茄幼苗四葉一心時(shí)定植，詳見表1。

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四、結(jié)果與分析

1、番茄莖稈發(fā)酵產(chǎn)物浸提液栽培番茄對(duì)其株高的影響

植株的株高和莖粗指標(biāo)可以直觀的反映番茄植株的長勢(shì)和健壯程度。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，隨著栽培時(shí)間的推移，各處理組間顯著性差異漸漸變得明顯，在50d 時(shí)，T7 和CK、T3、T4、T5 處理組之間已經(jīng)表現(xiàn)有顯著性差異，且三個(gè)時(shí)間段內(nèi)，使用番茄莖稈厭氧發(fā)酵殘?jiān)龌|(zhì)，六片葉開始追施EC 值為2mS/cm 厭氧發(fā)酵產(chǎn)物浸提液，結(jié)果期追施EC 值為4mS/cm 厭氧發(fā)酵產(chǎn)物浸提液的T7 組株高一直處于最低。其次為使用番茄莖稈厭氧發(fā)酵殘?jiān)龌|(zhì)，后期施用清水的T2 組。

2、番茄莖稈發(fā)酵產(chǎn)物浸提液栽培番茄對(duì)其莖粗的影響

植株的株高和莖粗指標(biāo)可以直觀的反映番茄植株的長勢(shì)和健壯程度。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，隨著栽培時(shí)間推移，各處理組間沒有表現(xiàn)出明顯的顯著性差異，且CK 組的莖粗一直處于最大值，60d 時(shí)最接近CK 組莖粗的是使用番茄莖稈厭氧發(fā)酵殘?jiān)龌|(zhì)，六片葉開始追施EC 值為2mS/cm 厭氧發(fā)酵產(chǎn)物浸提液，結(jié)果期追施EC 值為4mS/cm 厭氧發(fā)酵產(chǎn)物浸提液的T7 處理組。其次為T5 處理組。

3、番茄莖稈發(fā)酵產(chǎn)物浸提液栽培番茄對(duì)其葉面積的影響

植株的葉面積指標(biāo)可以直觀的反映番茄植株的長勢(shì)和健壯程度。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，隨著栽培時(shí)間的推移，各處理組的葉面積逐漸擴(kuò)大，到60d 時(shí)，T4 組數(shù)值最大且和T2、T6 處理組之間表現(xiàn)有顯著性差異。三個(gè)時(shí)間段內(nèi)T4 組葉面積增長趨勢(shì)一直處于最高，T3 其次。

4、番茄莖稈發(fā)酵產(chǎn)物浸提液栽培番茄對(duì)其葉片數(shù)的影響

植株的葉片數(shù)指標(biāo)可以直觀的反映番茄植株的長勢(shì)和健壯程度。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，隨著栽培時(shí)間的推移，CK 組葉片數(shù)一直處于最大值且和其他處理組的之間幾乎都顯示有明顯的顯著性差異，到60d 時(shí)，較為接近CK 組葉片數(shù)的是T5、T7 以及T8。其中最接近CK 組莖粗的是使用番茄莖稈厭氧發(fā)酵殘?jiān)龌|(zhì)，六片葉開始追施EC 值為2mS/cm 厭氧發(fā)酵產(chǎn)物浸提液，結(jié)果期追施EC 值為4mS/cm 厭氧發(fā)酵產(chǎn)物浸提液的T7 處理組，其次為T8 處理組。

5、番茄莖稈發(fā)酵產(chǎn)物浸提液栽培番茄對(duì)其生理指標(biāo)的影響

葉綠素含量和凈光合速率是反映番茄光合作用情況的兩個(gè)重要生理指標(biāo)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，葉綠素含量CK 組最高，最接近CK 的是使用番茄莖稈厭氧發(fā)酵殘?jiān)鲈耘嗷|(zhì)，六片葉之后追施EC 值為3mS/cm 厭氧發(fā)酵產(chǎn)物浸提液，結(jié)果期追施EC 值為6mS/cm 厭氧發(fā)酵產(chǎn)物浸提液的T8 處理組，其次為使用番茄莖稈厭氧發(fā)酵殘?jiān)龌|(zhì)，六片葉開始追施EC 值為2 mS/cm 厭氧發(fā)酵產(chǎn)物浸提液，結(jié)果期追施EC 值為4mS/cm 厭氧發(fā)酵產(chǎn)物浸提液的T7 處理組。上述三組之間沒有發(fā)現(xiàn)顯著性差異，但T7、T8 兩組和其他五組（T1、T2、T3、T4、T5）均存在顯著性差異，且數(shù)值遠(yuǎn)高于后五組。對(duì)于凈光合速率，T8 處理組最高，T7 其次，且和CK 存在明顯的顯著性差異。

五、討論與結(jié)論

作為衡量養(yǎng)分含量的一頂重要指標(biāo)，有機(jī)營養(yǎng)液電導(dǎo)率值可以反映漫提液中可溶性營養(yǎng)元素的濃度，本研究中，隨著時(shí)間的推移，為了保證各組電導(dǎo)率的恒定值，澆灌植株前都是現(xiàn)配使用，但仍然可能會(huì)出現(xiàn)前后期澆灌營養(yǎng)液中元素含量有較大差異的可能。研究表明，浸提液的營養(yǎng)元素含量最主要受堆肥過程中發(fā)酵原料、腐酵時(shí)間、堆體的體積形狀、翻堆時(shí)間間隔以及是否有氧等多種因素的影響，最后這些影響因素也導(dǎo)致了組內(nèi)各植株指標(biāo)存在一定程度的差異。和大部分文章結(jié)果類似，各項(xiàng)指標(biāo)中，株高指標(biāo)越矮，莖桿越粗壯，葉面積和葉片數(shù)指標(biāo)越高，則說明植株長勢(shì)越好，生長越健壯。綜合所有的指標(biāo)分析，T7 組種植的番茄各項(xiàng)指標(biāo)排名為：株高第一；莖粗第一；葉片數(shù)第六；葉面積第二；葉綠素含量第二；凈光合速率第二。由上述數(shù)據(jù)可見，T7 組處理綜合排名最佳，即在有機(jī)栽培中使用番茄莖稈厭氧發(fā)酵殘?jiān)龌|(zhì)，六片葉開始追施EC 值為2mS/cm 厭氧發(fā)酵產(chǎn)物浸提液，結(jié)果期追施EC 值為4mS/cm 厭氧發(fā)酵產(chǎn)物浸提液可以有效控制植株的株高、莖粗和葉片數(shù)，對(duì)于改善番茄有機(jī)栽培具有重要意義。

在田間種植中大量使用化肥會(huì)造成土壤板結(jié)，肥效下降以及作物連坐的情況，且通過原料的獲取渠道以及制作方法來看。以番茄莖稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)物浸提液制作的有機(jī)營養(yǎng)液幾乎對(duì)環(huán)境無污染，其制備的可操作性高，制作原料來源廣泛豐富，同時(shí)還能解決因焚燒而引起的農(nóng)業(yè)污染問題。因此，以該營養(yǎng)液作為新型液體生物肥料生產(chǎn)無公害蔬菜，推廣前景較大。