蔬菜秸秆发酵循环再用育苗基质对番茄幼苗生长的影响

田素波，国艳春，宋玉晓，李传兴，王鲲霆，李英杰，国家进，林桂玉，丁俊洋，张敬敏，胡永军，夏海波

（1山东省寿光蔬菜产业集团有限公司，山东潍坊 262700；2山东省设施蔬菜技术创新中心，山东潍坊 262700；3中国农业大学园艺学院，北京 100083；4寿光市蔬菜产业发展中心，山东潍坊 262700；5寿光市科学技术局，山东潍坊 262700；6潍坊科技学院，山东潍坊 262700；7全国蔬菜质量标准中心，山东潍坊 262700）

0 引言

随着中国农业的发展，无土栽培被广泛应用。无土栽培基质不仅起到固定作用，还决定作物的生长状况。草炭是现阶段公认理化性状较好的育苗基质，但属于不可再生资源，对其不合理的开发利用导致数量减少，因此急需一种可以代替草炭的新型育苗基质。

国内设施蔬菜种植面积的不断扩大，生产过程中会产生大量的蔬菜秸秆，这些蔬菜废弃物含水量在50%以上，存在保存周期短、易发酵、不易运输的特点，通常会采用就地丢弃或掩埋等方式处理。这些处理方法会造成环境污染蚊虫滋生，而且秸秆的发酵可为土壤中各类病虫害的生长繁殖提供有利条件。

好氧堆肥指利用专性和兼性好氧细菌降解有机废弃物并产生生物肥料的过程[1]。可用好氧堆肥处理对秸秆进行再利用。好氧堆肥可以将蔬菜秸秆中的有机物转变为腐殖质，适用于各类蔬菜秸秆的资源再利用[2]。大量研究显示，部分农业废弃物经过发酵代替草炭育苗、栽培作物[3-4]，幼苗生长健壮，效果良好。研究结果表明，蔬菜秸秆中含有丰富的养分，经过高温发酵后杀灭自身害虫，转化营养物质[5]，更容易被植株吸收。现阶段腐熟秸秆栽培基质种植蔬菜的方式已得到广泛应用[6-7]。另外秸秆发酵过程中接入外源微生物可有效提高发酵温度[8]，促进难分解物质的降解，减少挥发性固体物质和C/N，减少腐熟物的植物毒性，缩短腐熟时间，加快腐熟进程[9]。

本研究采用温室穴盘育苗的方式，筛选蔬菜秸秆专用发酵菌剂复合配比，完善蔬菜秸秆高效堆肥发酵工艺，并优化堆肥与蛭石配比，旨在开发一种新型育苗基质，为全国的蔬菜产业提质增效积极贡献寿光智慧。

1 材料与方法

1.1 材料与地点

试验于2021 年3—5 月在寿光蔬菜产业集团现代农业产业园内进行试验。供试发酵菌种主要有芽孢杆菌、假单胞菌、放线菌、酵母菌、霉菌，所有菌剂总量是堆肥质量的0.3%。蔬菜秸秆为园区内番茄黄瓜秸秆，烘干后进行粉碎至1～2 cm，腐熟的猪粪向附近农户购买。蛭石由当地农资超市购得。番茄为寿光当地主要栽培品种‘喜来得’。

1.2 试验设计

将5 种菌按照不同比例与秸秆碎混合后，再与腐熟猪粪按照体积比为1:1 混合均匀，堆体水分控制在60%左右，堆成宽1 m、高1.2 m 的条垛，进行好氧发酵，期间根据温度变化情况进行翻堆，堆制15 d左右，基本完成一次发酵，之后进入堆肥陈化阶段，稳定堆肥性状。菌株投放质量比例见表1。

表1 不同菌种比例试验处理 %

将T4处理与不同体积的蛭石进行混配成为基质，见表2，采用穴盘育苗的方法，播种番茄，待出苗后开展测定。采用的市售育苗基质不含有发酵菌剂，主要成分为椰糠、草炭、蛭石。

表2 番茄基质处理

1.3 测定方法

1.3.1 堆制物料性状的测定测定基质的容重、总孔隙度、通气孔隙度、持水孔隙度[10]；pH、EC 采用饱和浸提法测定[11]。根据不同发酵时间，测定堆肥温度、含水量变化，有机碳采用重铬酸钾容量法测定含量；全氮总含量采用浓硫酸-过氧化氢消煮后，全氮含量用流动分析仪测定。

1.3.2 幼苗生长性状的测定于发芽后10 d，每个处理选取长势相仿的幼苗20 棵进行测定。叶绿素含量用SPAD 仪进行测定，株高、茎粗采用游标卡尺进行测定，地上部/地下部鲜重、地上部/地下部干重采用电子天平测定，将新鲜的幼苗根系图像扫描存入电脑，再用图像分析软件Win RHIZO 分析根总长、根表面积、根体积。

1.3.3 番茄苗自身抗氧化酶活性的测定于番茄出苗后的15 d测定抗氧化酶活性。超氧化物歧化酶(SOD)采用氮蓝四唑法测定[12]，过氧化氢酶(CAT)采用紫外吸收法测定，过氧化物酶(POD)采用愈创木酚法测定[13]。

1.4 数据处理

利用Microsoft Excel 2010 和SPSS 20.0 软件进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对堆肥发酵温度变化的影响

发酵过程发生升温期、高温期、降温期3个温度变化阶段。由图1可以看出，在4个不同处理条件下，堆体温度均表现出先升高后下降的趋势。CK、T1、T2、T3、T4 处理的0～3 d 升温期的平均每天升温速率分别为9.3、11.3、12.3、13.1、14.9℃/d，可以看出接种菌剂处理平均升温速率均高于不接种菌剂处理，T4处理升温速率最快，其次是T3。T4升温期的平均温度要明显高于其他处理，平均温度为65.3℃，T4 秸秆堆肥效果较佳。在降温期，T4降温幅度要高于其他处理和对照。

图1 不同处理下发酵期秸秆堆肥温度的变化

2.2 不同处理对堆肥发酵含水量变化的影响

从图2 可以看出，堆肥前6 d 物料含水率快速降低，9～12 d 含水率下降幅度减小。其中从含水率的下降幅度可以看出，加入发酵菌剂处理的水分下降幅度显著高于CK，说明接种微生物秸秆腐熟的处理有利于降低蔬菜秸秆堆肥中的水分、提高肥料产品的品质；T4水分下降幅度比T1、T2、T3大，且具有显著性差异，T4秸秆堆肥有利于降低蔬菜秸秆堆肥中水分含量。

图2 不同处理下发酵期秸秆堆肥含水量的变化

2.3 不同处理对堆肥发酵碳氮比变化的影响

从表3 中可以看出，到堆肥结束，C/N 最低的是T4，最高的为CK，T1～T3 处理之间差异不显著。在整个发酵过程中T4处理的C/N一直低于其他处理，测定的5 个时间段的C/N 较CK 降低了7.38%、6.36%、9.68%、10.71%、19.67%，前期降低幅度不超过10%，后期下降明显。说明T4 秸秆堆肥有利于堆体中C/N 的快速降低，有利于堆肥快速达到稳定。

表3 不同处理下秸秆堆肥C/N的变化

2.4 不同处理对堆肥发酵理化性质的变化的影响

由表4可知，在经过发酵后，秸秆堆肥的理化性质发生改变，添加发酵菌剂后堆肥的容重增加，总孔隙度提高，基质的通气透水性改善，有利于后期种子发育和幼苗地生长。T4处理经过发酵堆肥的pH变为适合育苗的7.49，与CK相比提高了35.20%。

表4 秸秆堆肥理化性质的变化

2.5 自制育苗基质对番茄幼苗生长指标的影响

使用自制育苗基质培育番茄和黄瓜幼苗，幼苗的生长状况有显著的差异（表5）。试验表明D1处理中番茄幼苗出苗率略低于市面销售普通基质，但番茄幼苗自身的株高、茎粗与CK 相比提高了30.26%、51.59%，地上部鲜重和地下部鲜重也有所增加。D1～D3处理添加的蛭石含量不变，随着堆肥量的增加，番茄出苗率有所降低，也会抑制幼苗生长。D5的出苗率不足50%，蛭石含量增加可明显抑制番茄幼苗的出苗率，因此在农业生产中应控制堆肥和蛭石的添加量。

表5 番茄幼苗生长指标

2.6 自制育苗基质对番茄幼苗根系抗氧化酶活性的影响

由表6 可见，自制育苗基质均可明显提高幼苗的SOD 活性，其中D1～D4 处理SOD 活性较高。D3 处理中POD 活性最高，另外D3 较CK 处理POD 活性增加了39.73%，D3、D4 2个处理差异性不显著。CAT 含量的变化较大。

表6 不同处理番茄幼苗根系抗氧化酶活性的变化 U/(g·min·FW)

3 结论

蔬菜秸秆与猪粪混合经过T4处理后，堆肥理化性质改善，堆肥温度50℃以上持续时间超过10 d，C/N较发酵前下降了59.31%，持水孔隙度提高到67%以上，电导率增加，适合幼苗的萌发及生长。将T4堆肥与蛭石按照1:1 的体积比例混合形成基质D1，番茄幼苗长势旺盛，根系抗氧化酶活性大幅提高。因此利用蔬菜秸秆可代替草炭复配基质。

4 讨论

多种蔬菜秸秆与微生物进行堆肥化发酵，自身的各种有害微生物经过持续高温被杀灭，大分子物质被分解为幼苗可直接利用的小分子，可促进各类蔬菜萌发以及幼苗的生长[14-15]。添加不同配比的发酵菌可有效加快有机碳分解速度[16-17]。适宜菌剂用量具有减少氮素损失，使堆肥腐熟提早完成的作用。试验中添加35%芽孢杆菌和假单胞菌、35%放线菌、15%酵母菌、15%霉菌处理可加快腐熟速度。T4 处理发酵完成后的堆肥C/N 较CK 降低了19.67%，较初始状态降低了59.31%。其他处理中由于各种菌类的添加比例不同，发酵后理化性质不同，因此各类菌剂良好适当的添加量可使蔬菜秸秆更好地完成发酵。试验过程中应注意堆肥发酵过程中的水分及温度，确保各种病原体可以全部杀灭以及水分含量，以达到堆肥发酵的标准。

在堆肥过程中将蔬菜秸秆发酵堆肥与蛭石按照比例混合配制成为基质，可有效利用农业废弃物，减少对环境的污染。将菇渣、珍珠岩和蛭石混合进行营养钵育苗试验，菇渣混合基质可以作为草炭混合育苗基质的替代品[18]。研究显示，玉米秸秆与沸石复配的基质可有效促进茄子幼苗生长[19]。试验中番茄幼苗呈现不同的生长趋势，当堆肥与蛭石体积比为1:1时，番茄的出苗率与市面上的基质仅相差4%，株高、茎粗以及其他指标都显著高于市售基质。随着堆肥含量增加，番茄根系的抗氧化酶活性提高，D3处理3种酶活性均是最高，D4、D5 处理中堆肥比例逐渐降低，蛭石含量增加，SOD 活性降低，是因为秸秆的腐熟物对幼苗的生长有抑制作用，进而导致各类酶活性的提高[20]。经过发酵的蔬菜秸秆虽然适合幼苗的生长，但是需要控制秸秆与蛭石的比例，避免养分过多造成烧苗的情况。

蔬菜秸杆经处理后作为作物生长发育的有机肥物料[21-23]，减少了秸秤作为垃圾造成的环境污染，同时考虑到草炭资源稀少以及椰糠价格较高，通过蔬菜秸秤资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，降低了蔬菜废弃物带来的潜在面源污染，确定了资源化利用的可行性[25]。