绿化废弃物好氧堆肥和蚯蚓堆肥作为蔬菜育苗基质研究

龚小强，李素艳，李　燕，孙向阳（北京林业大学林学院，北京100083）



绿化废弃物好氧堆肥和蚯蚓堆肥作为蔬菜育苗基质研究

龚小强，李素艳，李燕，孙向阳
（北京林业大学林学院，北京100083）

摘要：为减少泥炭的开采和提高绿化废弃物的再利用率，探讨绿化废弃物好氧堆肥和蚯蚓堆肥替代泥炭作为蔬菜育苗基质的可行性，将好氧堆肥、蚯蚓堆肥、泥炭按不同体积混配制成6种基质：对照（泥炭），T1（好氧堆肥），T2（蚯蚓堆肥），T3［V（好氧堆肥）∶V（泥炭）=1∶1］，T4［V（蚯蚓堆肥）∶V（泥炭）=1∶1］，T5［V（好氧堆肥）∶V（蚯蚓堆肥）∶V（泥炭）=1∶1∶1］，采用完全随机设计，对3种不同耐盐性蔬菜甘蓝Brassica oleracea（高耐盐性）、莴苣Lactuca sativa（中耐盐性）、西葫芦Cucurbita pepo var.ovifera（低耐盐性）进行育苗试验，重复10次·处理(-1)，研究不同基质的理化性质及其对蔬菜幼苗生长影响，并采用隶属函数评价各基质配方的优劣。结果表明：T4处理基质的理化性质的各项指标均在无土栽培基质的理想范围，甘蓝、莴苣和西葫芦幼苗在其中的生长质量综合评价指数分别为0.52，0.52，0.54高于对照0.33，0.49，0.49，成本较对照降低了41.56%，可用作甘蓝、莴苣和西葫芦育苗代用基质。表7参23

关键词：园艺学；绿化废弃物；好氧堆肥；蚯蚓堆肥；栽培基质；蔬菜育苗

随着世界各国设施农业的迅速发展，泥炭作为传统理想栽培基质，其用量也急剧增加［1］。然而，泥炭是一种不可再生资源，并且其开采会对湿地生态环境造成严重破坏。目前，许多国家已明令禁止对泥炭进行开采，并转而寻求其他可替代泥炭的资源［2-3］。有机固体废弃物因其来源广泛、产生量巨大，并且含有丰富的营养物质而备受关注。许多研究表明［4-8］，有机固体废弃物（例如城市污泥、牛粪、猪粪、蘑菇渣和厨余垃圾等）经过合理的好氧堆肥或蚯蚓堆肥处理后，可部分或完全替代泥炭作为栽培基质。近年来，中国城市绿化快速发展导致绿化废弃物产生量也急剧上升，进行好氧堆肥或蚯蚓堆肥处理后，产品用作栽培基质，不但可以实现绿化废弃物减量化、无害化、资源化处理，还可以减少栽培过程泥炭使用量，节约生产成本。张璐等［9］研究表明，绿化废弃物经堆肥处理后，其产品可替代50%泥炭用于青苹果竹芋Calathca rotundifola‘Fasciata’栽培。张强等［10］研究表明，绿化废弃物经堆肥处理后，其产品以30%～50%比例混配于素土，对大花马齿苋Purslane herb，矮牵牛Petunia hybrida和彩叶草Coleus blumei等3种草花的生长具有显著促进作用。吴益锋［11］研究表明，绿化废弃物经堆肥处理后，其产品添加80%替代泥炭用于一串红Salvia splendens栽培，其效果优于纯泥炭基质。目前，以绿化废弃物为原料的栽培基质研究多集中于花卉栽培，而针对蔬菜栽培的研究相对较少，并且，原料处理多局限于好氧堆肥技术，鲜见应用蚯蚓堆肥技术。因此，本研究拟将绿化废弃物通过好氧堆肥和蚯蚓堆肥2种技术处理后，将所得产品用于替代泥炭进行甘蓝Brassica oleracea，莴苣Lactuca sativa和西葫芦Cucurbita pepo 等3种不同耐盐性蔬菜育苗栽培，通过基质理化性质和幼苗生长发育指标分析，以期筛选出适合蔬菜育苗且价格低廉的基质类型与配比，为绿化废弃物资源化利用探索新的途径。

1　材料与方法

1.1试验材料

供试好氧堆肥制备：当季绿化废弃物（枯枝落叶、树枝修剪物和草坪修剪物等）取自朝阳园林绿化废弃物消纳中心，原材料粉碎至粒径1～2 cm，将100 kg材料采用条垛式（长2.0 m，宽1.5 m，高0.6 m）方式进行好氧发酵处理，堆肥初始将堆体的含水量调节至65%左右，添加尿素将碳/氮比调至25，7 d翻堆1次，堆肥整个过程保持含水量65%左右，堆肥60 d后，至各项指标显示达到腐熟，备用。

供试蚯蚓堆肥制备：上述原材料进行好氧堆肥（消除堆肥材料中不利于蚯蚓生长物质）20 d后好氧堆肥停止，将材料按2 kg分置于各个塑料反应容器（长40.5 cm，宽30.5 cm，高14.5 cm）中，并加入200 g风干牛粪（蚯蚓初期生长食物），调节材料水分至70%，之后每个反应容器加入20条太平2号蚯蚓（无生殖环）进行蚯蚓堆肥，整个处理过程定时补充水分，维持水分70%左右。蚯蚓堆肥时间至60 d后，筛选出蚯蚓和蚯蚓卵，所得蚯蚓堆肥备用。

供试泥炭：泥炭为荷兰丹麦进口的品氏泥炭，购于北林科技股份有限公司。

供试种子：试验以甘蓝、莴苣和西葫芦等3种不同耐盐性蔬菜种子为试验用种，其中甘蓝耐盐性最强，莴苣耐盐性中等，西葫芦耐盐性最弱，均由中国农业科学院蔬菜花卉研究所提供。

1.2试验方案

本试验于2014年11月至2015年1月在北京林业大学北林科技股份有限公司温室进行。试验共设6各处理：对照ck（泥炭），T1（好氧堆肥），T2（蚯蚓堆肥），T3［V（好氧堆肥）∶V（泥炭）=1∶1］，T4［V（蚯蚓堆肥）∶V（泥炭）=1∶1］，T5［V（好氧堆肥）∶V（蚯蚓堆肥）∶V（泥炭）=1∶1∶1］，各基质理化性质见表1和表2。

基质混配之后分别装入140 mm×100 mm的塑料花盆中，分别将甘蓝、莴苣和西葫芦等3种蔬菜种子播入基质，10粒·盆-1，重复10次·处理-1。除栽培基质外，其他环境条件与栽培管理措施均保持一致，整个栽培过程无外加营养施入。播种60 d后，随机选出幼苗10株·处理-1，植株取出洗净，测定不同处理植株株高、冠幅、叶片数、根长和茎直径，记录各处理幼苗的鲜质量。

1.3测定项目及方法

基质容重、总孔隙度、持水空隙、通气孔隙特性的测定参照龚小强［12］的方法：取风干基质加入200 mL环刀（W0）中，记录质量W1，浸泡24 h后记录质量W2，自然沥干4 h记录质量W3，最后在65℃下烘干至恒量，记录质量W4，按下列公式计算：基质容重（g·cm-3）=（W4-W0）/200；总孔隙度（%）=［（W2-W4）×100%］/200；通气空隙（%）=［（W2-W3）×100%］/200；持水空隙=总孔隙度-通气空隙。

基质理化性质（电导率、pH值、全氮、全钾、全磷、阳离子交换量、腐殖酸、钠、钙、镁、铁、铜、锌、锰）参照鲍士旦［13］的方法测定。

幼苗植株形态指标和生物量测定：幼苗洗净后用直尺测量幼苗株高、根长和冠幅；用游标卡尺测定茎直径（子叶下部2/3处）；计算幼苗展开叶数（除子叶外）；用精度0.01 g电子天平称量洗净后的幼苗鲜质量。

植株综合评价应用模糊数学中的隶属函数值法［14］。采用以下公式求各个指标的隶属函数值：R（xi）= （xi-xmin）/（xmax-xmin）。式中xi为某一指标测定值，xmin和xmax为所该指标的最小值和最大值，将植株的不同指标的隶属函数值进行累加后求其平均值，即为植株综合评价指数，值越大，说明植株生长越好。

1.4数据处理方法

实验数据采用Microsoft Office Excel 2003和SPSS 18.0数据处理软件，进行方差分析和多重比较。

2　结果与讨论

2.1不同基质的理化性质分析

由表1可以看出：基质容重ck最小，T3和T4次之，T1，T2和T5较大，其中T3和T4与ck差异不显著，T1，T2和T5与ck差异显著，可见绿化废弃物好氧堆肥和蚯蚓堆肥容重较高，添加量的提高会增大基质容重。de BOODT等［15］认为理想栽培基质最大容重应小于0.40 g·cm-3，因此，T1～T5和ck基质容重均处于理想范围内。总孔隙度和通气孔隙变化趋势一致，均为T2最小，T1，T4和T5次之，ck和T3较大，其中T2与ck，T3差异显著，与其余处理差异不显著，可见绿化废弃物蚯蚓堆肥总孔隙度和通气孔隙均较小，其添加会降低基质总孔隙和通气孔隙，这与MENDOZA-HERNÁNDEZ等［16］研究蚯蚓堆肥用作甜瓜Cucumis melo育苗基质结果一致。de BOODT等［15］认为理想基质总孔隙度应大于85%，而通气孔隙应为20%～30%。本试验中，6个处理总孔隙度均在理想栽培基质范围内，通气空隙T2低于理想栽培基质要求，T4与理想范围接近，其他处理均在理想范围内。T2总孔隙度和通气孔隙均较小的原因可能是纯蚯蚓堆肥含有较多细小团聚颗粒引起。基质持水孔隙变化趋势为T2最高，ck，T1，T4，T5次之，T3最低，其中T2与T3间差异显著。连兆煌［17］提出理想基质持水孔隙应大于60%，可见6个处理持水孔隙均在理想范围内，并且纯蚯蚓堆肥基质T2保水性最好。蚯蚓堆肥保水性强的原因可能是其含有的大量腐殖质物质作用引起［18］。

表1　不同基质的物理化学性质Table 1 Physical and chemical properties of different growing media

不同处理基质的pH值差异明显，其中T1最高，T2，T3，T4和T5次之，ck最低，其中T1～T5与ck差异显著。栽培基质pH值主要有2方面影响：一方面不同习性植物对pH值要求不同，同时，植物不同生长时期对pH值要求也不尽相同；另一方面，pH值影响养分的有效含量和形态。大量元素在pH值为6时有效性最大，基质pH值过高，铁离子Fe2+，铜离子Cu2+，锌离子Zn2+，锰离子Mn2+等易发生沉淀变为无效养分，而pH值过低，一些微量元素不仅有效性降低而且还会产生毒害作用［19］。连兆煌［17］提出理想基质pH值应在pH 6.0～7.5范围内为宜。可见，除ck和T4符合理想栽培基质pH值要求范围，其余处理pH值均高于这一范围。好氧堆肥和蚯蚓堆肥基质pH值偏高原因可能是堆肥过程多余的有机氮未被微生物降解，而多以铵盐的形式释放，因而提高了堆肥产品的pH值［20］。基质的电导率以T2最高，T1，T4和T5次之，再次为T3，ck最低，T1～T5与ck差异达显著。电导率是基质浸提液中可溶性盐质量浓度指标，可以反映基质当中可溶性养分总量，电导率过高会构成渗透逆境，导致植物盐害，电导率过低则营养不足以维持植物正常生长。理想基质要求电导率应小于2.6 mS·cm-1［21］，可见，各栽培基质处理均位于理想水平内。T2纯蚯蚓堆肥基质的电导率最高的原因可能是，相比好氧堆肥，蚯蚓堆肥过程中有机物质在微生物作用下降解释放出大量的可溶性矿质营养的同时，蚯蚓也会消化有机物质并排出大量可溶性营养元素，因此具有更高营养元素含量［22］。

阳离子交换量（CEC）和腐殖酸含量反应了栽培基质的缓冲能力和保肥供肥能力，ck的阳离子交换量和腐殖酸含量最高，T3，T4和T5其次，再次为T1和T2，其中ck与T1～T5差异显著。ck显著高于其他处理基质，表明ck具有较大的缓冲能力和持续稳定的供肥能力；T1和T2的阳离子交换量和腐殖酸含量较低，说明堆肥基质缓冲能力和保肥供肥能力较差，但堆肥基质含有大量的营养元素可以弥补这一缺点。

2.2不同基质营养元素质量分数分析

由表2可以看出：各处理基质的营养元素质量分数有较大的差异。基质氮质量分数以T2为最高，其次为T5，T1和T3，再次为T4，ck最低，ck显著低于其他处理。磷和钾质量分数变化趋势相同，均为T1，T2和T5的较高，T3和T4次之，ck最低，3组处理间差异显著。钠、钙、镁质量分数趋势相同，均呈现T1和T2较高，T3，T4和T5其次，ck最低，3组处理间差异显著。基质中的铁质量分数为T1和T2较高，其次为T5，再次为T3和T4，ck最低，T1～T5均与ck差异显著。铜质量分数以T2最高，其次为T1，再次为T5，T3和T4，ck最低，ck显著低于其他处理。锌质量分数以T1，T2，T3和T4较高，均显著高于ck，T5较低，与ck无显著差异。锰质量分数以T1和T2较高，其次T5，再次为T4和T3，ck最低，ck显著低于其他处理。基质营养元素质量分数总体表现为T1，T2和T5较高，T3和T4居中，ck最低。可能原因是，与泥炭相比好氧堆肥和蚯蚓堆肥产品本身具有较高的营养元素质量分数，因此基质营养元素质量分数随着好氧堆肥和蚯蚓堆肥的添加比例提高而增加。

表2　不同基质的大量和微量营养元素质量分数Table 2 Macro and micronutrient contents of different growing media

2.3不同基质蔬菜幼苗生长分析

2.3.1不同基质对甘蓝幼苗生长影响由表3可见：甘蓝幼苗株高表现为蚯蚓堆肥基质T2，T4和T5显著大于ck，好氧堆肥基质T1和T3与ck差异不显著。可能原因是，蚯蚓堆肥相比好氧堆肥富含能促进植物生长的激素，以及营养元素，因而促进植物生长［23］。甘蓝幼苗茎直径T3和T5显著高于T2和ck，T1，T2和T4与ck差异不显著。可能原因是T3和T5基质总孔隙度和通气孔隙度较大，因此基质疏松透气，更有利于植株茎生长（表1）。甘蓝叶片数T5最高，显著高于其他处理；T4次之，显著高于T3；T1，T2和T3与ck差异不显著。甘蓝冠幅T4和T5显著高于T1，T2，T3和ck；T1，T2，T3和ck之间差异不显著。T4和T5甘蓝叶片数和冠幅较对照提高，可能因为基质含有较高的氮素等叶生长所需营养，而且pH值相对其他处理较低（表1），营养元素有效性高，从而更有利于幼苗叶片的生长。甘蓝根长T1，T2，T3，T5和ck差异不显著，T4显著低于其他处理。甘蓝鲜质量T4和T5显著高于T1，T2，T3和ck；T1，T2和T3与ck差异不显著。表明蚯蚓堆肥添加30%～50%的基质有利于植株生物量的积累。这一结果与郑金伟等［5］研究蚯蚓堆肥在添加50%时生菜Lactuca sativa var.ramosa生物量积累最大的结果相一致。可能原因是T4和T5处理中，蚯蚓粪添加比例适中，因而孔隙度和保水性等物理性质适宜，后期营养供应充足，有利于植株生物量的积累。

表3　不同基质对甘蓝幼苗生长影响Table 3 Effect of different growing media on plant growth of cabbage seedlings

2.3.2不同基质对莴苣生长影响由表4可以看出：莴苣株高T1最低，显著低于其他处理；其次是T2，显著低于T3，T4和T5；T3，T4和T5与ck无显著差异。莴苣茎直径、叶片数和冠幅均表现为T1和T2显著低于ck，T3，T4和T5与ck差异不显著。各处理基质莴苣根长差异不显著。莴苣植株鲜质量T1和T2显著低于其他处理，T3，T4，T5和ck之间差异不显著。T3，T4和T5莴苣生长形态指标和生物量接近或高于ck，而T1和T2则低于ck。可能原因是，虽然T1～T5基质均提高了营养元素质量分数，但莴苣是一种中等耐盐植物，而T1和T2的电导率相对较高（表1），进而影响莴苣的营养元素吸收，不利于作物生长，影响了植株生长发育和其生物量的积累。

表4　不同基质对莴苣幼苗生长影响Table 4 Effect of different growing media on plant growth of lettuce seedlings

2.3.3不同基质对西葫芦生长影响由表5可以看出：西葫芦株高T2，T4和T5与ck差异不显著，T1和T3显著低于ck。西葫芦茎直径T4显著高于ck，其他处理与ck差异不显著。西葫芦叶片数T3和T4与ck差异不显著，其他处理均显著低于ck。西葫芦冠幅T2，T4，T5与ck差异不显著，T1和T3显著低于ck。各处理基质西葫芦生根长和鲜质量与ck均差异不显著。西葫芦生长形态指标和生物量T4处理接近或高于ck，而T1，T2，T3和T5处理基质均低于ck，可能原因是T4处理相对其他处理具有较低的pH值和电导率，而且蚯蚓堆肥中含有较多微量元素和植物生理活性物质促进效应高于基质盐分较高的不利效应，因此促进了其生长。

表5　不同基质对西葫芦幼苗生长影响Table 5 Effect of different growing media on plant growth of zucchini seedlings

2.4不同基质对甘蓝、莴苣和西葫芦的生长发育综合评价

在对苗株生长效果评价时，仅通过单一指标比较并不能准确地反应各处理苗株的综合性状差异。本研究采用模糊数学中隶属函数的方法，求出6个主要指标（株高、茎直径、叶片数、冠幅、根长和生物量）的隶属函数值平均值，进行综合评价。结果表明（表6）：甘蓝在T1，T2，T3，T4和T5处理的综合评价指数分别为0.34，0.37，0.39，0.52和0.61，均高于ck（0.33）。莴苣在T4处理的综合评价指数为0.52，高于ck（0.49）；T3和T5处理的综合评价指数分别为0.47和0.48，接近于ck；T3和T5处理的综合评价指数分别为0.24和0.25，均低于ck。西葫芦在T4处理的综合评价指数为0.54，高于ck（0.49），而其他处理的综合评价指数均低于ck。综上可见，甘蓝、莴苣和西葫芦的幼苗均在T4处理中生长性状高于ck。因此，T4处理基质可以作为甘蓝、莴苣和西葫芦的代用基质。

表6　不同基质对甘蓝、莴苣和西葫芦的生长发育综合评价Table 6 Comprehensive evaluation on growth and development of cabbage, lettuce and zucchini in different substrates

2.5筛选出的代用基质成本核算

基质成本按以下公式计算：P=P1×C1+P2×C2。其中P为基质成本；P1和P2为基质各组分的单价；C1和C2为基质中各组分所占体积比例。基质成本具体核算如表7所示。可见，T4处理基质成本比ck降低了41.56%，表明T4代用基质能在提高甘蓝、莴苣和西葫芦幼苗质量的前提下，显著降低生产成本，因此，可以用作甘蓝、莴苣和西葫芦的育苗基质。

表7　筛选出的甘蓝、莴苣和西葫芦代用基质成本核算Table 7 Cost of the selected ideal growing medium for cabbage, lettuce and zucchini

3　结论

好氧堆肥替代泥炭用作栽培基质具有良好的总孔隙和通气孔隙度，而蚯蚓堆肥由于细小颗粒含量较多，高比例添加对总孔隙和通气孔隙度有不利影响，但添加50%时达到理想基质要求。蚯蚓堆肥基质相对于好氧堆肥基质具有更高的持水孔隙，保水性较好。好氧堆肥和蚯蚓堆肥均能提高基质的营养元素含量，但较高pH值和电导率是其应用的限制因子，生产中建议采用添加硫磺等弱酸性物质或天然有机酸物质来降低基质pH值，并采取淋洗措施降低基质电导率。

对耐盐性高的甘蓝，T1～T5处理均可以替代泥炭应用于栽培，中等耐盐的莴苣则T3，T4和T5处理可以替代泥炭应用于栽培，对耐盐性低的西葫芦，仅T4可以替代泥炭应用于栽培。5种替代基质中T4处理即V（蚯蚓堆肥）∶V（泥炭）=1∶1，对3种不同耐盐性蔬菜育苗均能促进幼苗生长，综合效果最好，相比对照成本降低41.56%，建议在蔬菜育苗生产中应用。

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Compost and vermicompost from green wastes as substrates for vegetable seedlings cultivation

GONG Xiaoqiang, LI Suyan, LI Yan, SUN Xiangyang
（College of Forestry, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China）

Abstract:To reduce the overuse of peat and to increase the recycling rate of green wastes for vegetable seedling cultivation, the feasibility of using green waste compost and vermicompost to replace peat as a growth media was evaluated.Six media were prepared by mixing green waste compost and vermicompost with peat at different rates by volume including ck（peat）, T1（compost）, T2（vermicompost）, T3（compost + peat at 1∶1 V/V）, T4（vermicompost + peat at 1∶1 V/V）, T5（compost + vermicompost + peat at 1∶1∶1 V/V）.Thereafter, three vegetable species with different salt tolerance: cabbage（most salt tolerance）, lettuce（moderate salt tolerance）, and zucchini（less salt tolerance）were germinated and grown in the six media.The physical and chemical properties of the different growing media were determined, and the growth of seedlings was also measured.The analysis method of subordinate function was used to evaluate the pros and cons of different growing media.All treatments were replicated ten times, in a completely randomized design.Results indicated that the physical and chemical properties of T4were all within adequate range for use as a containerized substrate in horticulture.The comprehensive evaluation index for seedlings of T4versus the control were higher with T4: cabbage （0.52 and 0.33）, lettuce（0.52 and 0.49）, and zucchini（0.54 and 0.49）.Additionally, the cost with T4was 41.56% less.Therefore, this treatment could be used successfully as a medium replacing peat for production of cabbage, lettuce, and zucchini seedlings.［Ch, 7 tab.23 ref.］

Key words:horticulture; green waste; compost; vermicompost; growing substrate; vegetable seedling cultivation

作者简介：龚小强，从事固体废弃物资源化再利用研究。E-mail：styybl@163.com。通信作者：李素艳，副教授，博士，从事农林废弃物再利用研究。E-mail：lisuyan@bjfu.edu.cn

基金项目：国家林业局林业科学技术推广项目（［2012］39）

收稿日期：2015-04-07；修回日期：2015-05-09

doi:10.11833/j.issn.2095-0756.2016.02.013

中图分类号：S606；S317

文献标志码：A

文章编号：2095-0756（2016）02-0280-08