餐厨堆肥配制基质对水稻的育苗效果及应用成本分析.pdf

山东农业科学 收稿日期 基金项目 国家重点研发计划项目 城乡和住房建设部科技示范项目 江苏省碳达 峰碳中和科技创新专项 辽宁省社会科学规划基金项目 辽宁省科学事业公益研究基金 软科学研 究 计划项目 苏州市农业科技创新项目 作者简介 曹盼 女 硕士研究生 从事有机废弃物资源化研究 通信作者 刘欣宇 男 助理研究员 硕士生导师 主要从事有机废弃物资源化研究 餐厨堆肥配制基质对水稻的育苗效果 及应用成本分析 曹盼 敖晖 韩奇航 王文婷 刘铮 刘欣宇 中国农业大学资源与环境学院 北京 中国农业大学有机循环研究院 苏州 江苏苏州 中国农业大学土地科学与技术学院 北京 辽宁省农业科学院农村经济研究所 辽宁沈阳 摘要 为探索餐厨堆肥在水稻育苗基质配制中的应用效果 本研究采用室内苗盘育苗方式 以餐厨堆肥 泥炭及蛭石为原料 按照体积比重分别配制 泥炭 蛭石 餐厨堆肥 泥炭 蛭石 餐厨堆肥 泥炭 蛭石 餐厨堆肥 泥炭 蛭石 餐厨堆肥 泥炭 蛭石 及 餐厨堆肥 蛭石 共 个育苗基质处理 以 鸡粪堆肥 泥 炭 蛭石 及 猪粪堆肥 泥炭 蛭石 这两个育苗基质为对照 并以水稻为靶标作物 开展育苗试验 分析各育苗基质的理化性质及其对水稻幼苗生长的影响 核算不同水稻育苗基质的配制成本 结果表明 随着餐厨堆肥替代泥炭量的加大 育苗基质的理化性质及水稻幼苗的生长指标均出现明显变化 处理水稻育苗基质的理化性质及水稻幼苗的生长指标均能够完全符合 中的要求 随着餐厨堆肥用量加大 各处理水稻育苗基质的 值 值 容重 通气孔隙度等关键理化指标呈现逐步上 升的态势 出苗率 株高 茎粗等生长指标呈现逐步下降的态势 水稻幼苗根系 含量及抗氧化酶活性也 同样反映出餐厨堆肥用量的加大会对水稻幼苗生长造成明显的胁迫作用 配制成本方面 餐厨堆肥用于水稻 育苗基质的配制能够有效降低成本 处理比 减少 综合看出 餐厨堆肥 泥炭 蛭石配制成的育苗基质其理化性质较为适宜水稻幼苗生长 配制成本较低 关键词 餐厨堆肥 水稻 育苗基质 成本 中图分类号 文献标识号 文章编号 随着我国经济快速发展 人民物质生活质量 明显提高 相应产生的餐厨废弃物所带来的环境 问题日益显现 产出量大 成分复杂是餐厨废 弃物的两个重要特点 是垃圾科学分类及有机废 弃物资源化利用所面对的重点难题 在当前 技术背景下 餐厨废弃物的最佳资源化利用方式 之一为堆肥化利用 而由餐厨废弃物所制成的堆 肥即餐厨堆肥在当前肥料市场中尚未表现出明显 优势 这不利于反向促进餐厨废弃物堆肥化利用 相关产业的发展 为此 刘欣宇等 在早期的 研究中提出将餐厨堆肥应用于蔬菜育苗基质的方 法 以促进餐厨堆肥在农业生产中的应用 育苗基质的应用在很大程度上提升了农业生 产效率 基质育苗能够明显提升作物种子的出苗 率 提高秧苗质量 进而实现农作物的早收多收 增加农业生产的经济效益 然而当前针对育苗基 质的一项主要研究是如何对育苗基质中的泥炭进 行合理替代 泥炭属于不可再生资源 过度开采 对自然环境的安全造成极大破坏 当前普遍认为 椰糠是对泥炭具有较好替代效果的可再生能源之 一 但相对而言椰糠的价格较高 对于育苗基 质生产的相关企业来说并非是最佳选择 如何寻 找出一种高效且价廉的可再生资源对育苗基质中 的泥炭进行替代是摆在众多相关学者面前的一项 重要课题 经过多年探索 部分堆肥化产物已被 筛选出并认为它们具有替代部分泥炭用于育苗基 质配制的潜力 如畜禽粪便堆肥 秸秆堆肥 等 笔者曾对猪粪堆肥及鸡粪堆肥在水稻育苗基 质中的应用比重进行过探索 发现鸡粪堆肥和猪 粪堆肥各自对泥炭进行 和 的替代 能够 取得较好的育苗效果 但关于餐厨堆肥在水稻育 苗基质配制方面的应用尚未见到明确报道 为 此 本试验采用室内苗盘育苗方式 以 体积 比重为替代梯度 研究水稻育苗基质中餐厨堆肥 替代泥炭的效果 旨在获得适宜的育苗基质配方 为促进水稻生产及餐厨废弃物资源化利用提供新 的理论依据 材料与方法 试验材料 试验于 年 月 日至 月 日在中国 农业大学有机循环研究院 苏州 人工气候与植 第 期 曹盼 等 餐厨堆肥配制基质对水稻的育苗效果及应用成本分析 物培养中心开展 供试作物为水稻 品种为南粳 号 供试餐厨堆肥 价格 元 用环太 湖地区收集的餐厨垃圾于环太湖有机废弃物处理 利用示范中心经好氧发酵完全腐熟得到 供试鸡 粪堆肥 价格 元 猪粪堆肥 价格 元 泥炭 价格 元 购自绿源美家农业 科技有限公司 供试蛭石 价格 元 由中 国农业大学资源与环境学院提供 基质采用新鲜 原材料配制 原材料主要理化性质详见表 表 供试材料的基本理化性质 指标泥炭蛭石鸡粪堆肥猪粪堆肥餐厨堆肥 值 值 容重 通气孔隙度 有机质 全氮 全磷 全钾 试验设计与管理 试验设计 试验共设置 个处理 每处理 重复 次 各处理所对应的基质材料体积比重详 见表 表 各处理育苗基质中原材料的体积比重 处理鸡粪堆肥猪粪堆肥餐厨堆肥泥炭蛭石替代泥炭比例 育苗基质制备 按照表 所述的各处理 设计 于 年 月 日将经过风干的育苗基 质原材料按比例装入 的塑 料盆中 混合均匀 各处理采集样品 以备 检测 播种与管理 将各处理育苗基质置于水 稻育苗盘 中 每盘点播经浸 种催芽后的水稻种子 粒 播种在距离基质表层 处 之后 育苗盘置于人工气候室 在 湿度条件下培养 年 月 日至 月 日 各处理统一进行浇水 每个育苗 盘浇水 试验期间每 补水 指标测定及方法 育苗基质理化性质测定 参考农业行业 标准 对样品基质的容重 通 气孔隙度进行测定 选取体积为 的带底盖 环刀 称取环刀重记为 将新鲜基质样品均匀 装入环刀中 称取环刀和基质重记为 将风干 基质样品以育苗时的紧实状态装入环刀并扣上带 孔的顶盖 之后置于清水中浸泡 称重 记为 将环刀置于铺有滤纸的漏斗上自然沥干 称重 记为 指标计算公式如下 容重 通气孔隙度 参考鲍士旦 的方法测定样品基质的 值 值和碱解氮 有效磷 速效钾 有机质含量 水稻幼苗生长指标测定 播种后 年 月 日 统计水稻种子出苗数 计算 出苗率 播种后 每个育苗盘随机选取幼苗 株 用直尺测其株高 用游标卡尺测其茎粗 用电子天平称取各处理水稻幼苗地上部 地下部 鲜重 然后 杀酶 烘干至恒重 测定相应 干重并计算壮苗指数 壮苗指数计算公式如下 壮苗指数 茎粗 株高 地下部干重 地上部 干重 地上部干重 地下部干重 水稻幼苗根系生化指标测定 播种后 每个育苗盘随机选取幼苗 株用于根系生化 指标测定 采用硫代巴比妥酸法 测定水稻幼 苗根系丙二醛 含量 采用愈创木酚法 测定过氧化物酶 活性 采用分光光度法 测定过氧化氢酶 活性 采用氮蓝四唑光化 还原法 测定超氧化物歧化酶 活性 数据处理与分析 用 对原始数据进行统计 采用 软件以邓肯氏新复极差法对数据进行 方差分析 利用 软件绘图 结果与分析 不同水稻育苗基质的理化性质分析 由表 可以看出 无论以何种有机肥对泥炭 山东农业科学 第 卷 进行替代均会导致水稻育苗基质的理化性质发生 明显变化 当前关于水稻育苗基质暂时还未出台 相关的农业行业标准 故而根据因地制宜原则 本研究以苏州市农业地方标准 水稻工厂化基质育秧技术规程 中规定的 技术指标对不同水稻育苗基质的理化性质进行对 比评价 中规定 水稻育苗 基质的理化性质应符合 容重 通气孔隙度 值 值 有机质含量 可 知 各处理在容重 通气孔隙度及有机质含量方面 均符合该标准 而 及 处理 值虽不 在该标准的规定范围内 但根据前人的研究 值在 范围内能够为水稻幼苗生长提供较 为合适的酸碱环境 随着有机肥替代泥炭的 比重增大 水稻育苗基质的 值 容重 通气孔 隙度 值及有机质含量均出现较为明显的上升 趋势 当餐厨堆肥对泥炭的替代量达到 时 水稻育苗基质 值为 已超出 中的规定 当餐厨堆肥对泥炭的替代 量达到 时 水稻育苗基质 值为 同样超出 中的规 定 在水稻育苗基质的养分指标方面 未对其进行详细规定 但根据表 中 数据可知 随着餐厨堆肥替代泥炭量的加大 各处 理的有机质 有效磷及速效钾含量均呈现较为显 著的提升 除 处理有效磷外其它均显著高于 及 处理 表 不同水稻育苗基质的理化性质 处理容重 通气孔隙度 值 值 有机质 碱解氮 有效磷 速效钾 注 同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 下同 不同水稻育苗基质对幼苗生长的影响 由表 可以看出 当餐厨堆肥对泥炭的替代 量达到 时 水稻种子出苗率显著下降 餐厨 堆肥的添加对水稻幼苗株高有显著消极影响 当 餐厨堆肥对泥炭的替代量为 时 幼苗株高比 降低 且随着餐厨堆肥替代量的加大 幼苗株高呈现显著降低趋势 根据 中的规定 育苗 时 幼苗株高 应达到 出苗率不低于 可以看 出 餐厨堆肥替代泥炭量为 能够符合该标准 中的规定 幼苗茎粗方面 除 外 各处理均 未表现出显著差异 生物量方面 随着餐厨堆肥 替代量的加大 水稻幼苗地上 下 部鲜 干 重均 呈现明显的下降趋势 其中 餐厨堆肥替代泥炭 量为 时幼苗地下部生物量比 均表现出显 著促进作用 与 处理的表现相近 地上部 生物量方面 不同于 处理 处理相对 于 并未表现出促进作用 采用壮苗指数对不 同水稻育苗基质处理的幼苗生长指标进行综合评 价 结果显示 及 处理表现最佳 其中 壮苗指数较 提高 而随着餐厨堆 肥替代量的增大 各处理的壮苗指数呈明显降低 趋势 不同水稻育苗基质对幼苗生化指标的影响 有机肥的添加使得水稻育苗基质的 值明 显上升 尤其是餐厨堆肥因原材料往往存在大量 盐分 而对植株幼苗生长产生不利影响 对水 稻幼苗根系生化指标的测定发现 随着餐厨堆肥 用量加大 根系 含量呈显著上升态势 图 这表示餐厨堆肥的添加相比其它处理均使得 幼苗根系出现一定程度的膜脂损伤 而为了消除 因有机肥添加所带来的相应胁迫 水稻根系 图 图 及 活性 图 均呈较 为明显的上升趋势 其中 随着餐厨堆肥用量加 第 期 曹盼 等 餐厨堆肥配制基质对水稻的育苗效果及应用成本分析 大 及 活性均呈现显著上升趋势 相比 餐厨堆肥替代泥炭量为 时 活性分别提高 和 相比 处理 餐厨堆肥的添加同样使得水稻 幼苗根系发生更严重的膜脂过氧化现象 并且产生 更高的抗氧化酶活性以应对生长胁迫 表 不同水稻育苗基质处理的幼苗生长指标 处理出苗率 株高 茎粗 地上部鲜重 株 地下部鲜重 株 地上部干重 株 地下部干重 株 壮苗指数 图 不同水稻育苗基质处理的幼苗生化指标 不同水稻育苗基质的配制成本分析 配制成本关系着生产方对原料的选择 并最 终影响产品在市场中的竞争力 由表 可知 随 着餐厨堆肥逐步替代泥炭 相关水稻育苗基质的 配制成本也在逐步下降 当餐厨堆肥替代泥炭的 比例为 时 其配制成本为 元 比 降低 猪粪堆肥替代 的泥炭配制水稻 育苗基质 其成本比 处理提高 比 提高 鸡粪堆肥处理与之配制成本类似 从成本角度考虑 相对于猪粪堆肥与鸡粪堆肥 水 山东农业科学 第 卷 稻育苗基质生产方用餐厨堆肥替代泥炭更有利 表 不同水稻育苗基质的配制成本 处理配制成本 元 处理配制成本 元 讨论 当前关于育苗基质的研究中 如何降低泥炭 的使用量是最为重要的课题之一 笔者曾对 项育苗基质发明专利的配方进行过统计分析 发 现畜禽粪便堆肥 菌菇渣与椰糠是当前用于替代 泥炭的三种热门有机废弃物 而在市场层面 泥 炭在育苗基质中的使用量仍不可小视 除了泥炭 之外 东北地区的黑土近些年也逐渐成为育苗基 质相关生产方的用料选择之一 相关产业链严重 威胁到东北地区的粮食生产安全 为此 如何 寻找一种可以为市场所接受的泥炭替代品 是众 多学者最终所要面对的问题 本研究以餐厨堆肥 对水稻育苗基质中的泥炭进行替代 并以前期研 究证明具有较好育苗效果的 鸡粪堆肥 泥炭 蛭石 猪粪堆肥 泥炭 蛭石 水稻育苗基质为对照进行试验 结果显示 使用鸡粪堆肥 猪粪堆肥及餐厨堆肥对泥炭进行 替代均会导致水稻育苗基质的理化性质发生明显 变化 出现这种现象的原因在于泥炭与上述三种 有机肥的原始理化性质存在较大差别 其中餐厨 堆肥的 值 值比泥炭分别高出 和 而 值与 值是影响幼苗生长最关 键的基质内环境因素 笔者在对蔬菜育苗基质的 相关研究中发现 添加硫磺能够显著降低蔬菜育 苗基质的 值 同时使得作物叶面积及叶绿素 等指标均表现更佳 而水稻育苗基质是否适宜采 取同样的手段以降低 值则需进一步研究 本研究中 在植株生长方面 餐厨堆肥对泥炭 的替代量为 时 各个处理中其壮苗指数最 高 随着餐厨堆肥用量加大 相应的水稻幼苗生 长指标呈逐渐恶化趋势 这在水稻幼苗根系生化 指标方面同样得到验证 可见餐厨堆肥并不能完 全替代泥炭 其最佳替代比重与鸡粪堆肥相同 均 为 大幅度低于猪粪堆肥 的替代比重 相对于鸡粪或猪粪堆肥 餐厨堆肥的原料组成更 为复杂多样 且受到不同地域 季节时令及饮食文 化等社会环境因素的影响很大 本研究所选 取餐厨堆肥的发酵原料来自环太湖地区 且经过 工厂式发酵处理 而当前其它相关研究中的餐厨 堆肥原料不乏由研究人员自行配制之后进行发酵 的情况 但这种餐厨堆肥往往原料组分较为简单 难以为区域内产业化提供精准的理论支撑 如 杨丽娟等 关于餐厨堆肥在番茄生长过程中的 应用效果研究所选用的餐厨堆肥原料收集自沈阳 农业大学食堂 其有机质含量为 而李兵 等 以宁波大学食堂餐厨废弃物为原料制备的 餐厨堆肥其有机质含量为 可见以小规 模区域内的餐厨废弃物为原料制备的餐厨堆肥并 不具备普遍适用性 也难以用于制备作物生产过 程需要使用的农资产品 在育苗基质市场化生产过程中 原料成本是 生产方最为关注的一项内容 同时也决定着相关 产品在市场中的定价问题 为此 本研究首次针 对水稻育苗基质配制成本开展分析 根据原料成 本可以看出 餐厨堆肥在本研究的五种材料中成 本价格最低 仅为 元 相对于泥炭 鸡粪堆 肥及猪粪堆肥等主料的价格分别降低 及 对不同水稻育苗基质配制成 本核算后发现 餐厨堆肥对泥炭进行替代的水稻 育苗基质的配制成本相对较低 其中育苗效果最 佳的 处理的配制成本为 元 比 的 配制成本降低 由此可见 以餐厨堆肥对 泥炭进行 的体积比重替代 不仅能够获得较 好的水稻育苗效果 同时也能在一定程度上降低 水稻育苗基质的配制成本 结论 本试验中 餐厨堆肥 泥炭 蛭 石配制成的育苗基质 其理化性质较为适宜水稻 幼苗生长 优于其它处理 且该配方能够在一定程 度上降低水稻育苗基质的配制成本 因此可以考 虑以 餐厨堆肥 泥炭 蛭石为基本 配方 进行水稻育苗基质的研制 参 考 文 献 刘欣宇 刘铮 李华刚 等 基于 方法的餐厨垃圾 第 期 曹盼 等 餐厨堆肥配制基质对水稻的育苗效果及应用成本分析 资源化利用关键因素分析 可再生能源 刘欣宇 宋鹏 林永锋 等 餐厨堆肥与泥炭配比用于黄瓜 育苗基质的研究 山西农业大学学报 自然科学版 刘欣宇 卢江 解帅帅 等 餐厨堆肥配制基质对黄瓜育苗 的应用效果 北方园艺 中华人民共和国农业部 蔬菜育苗基质 鲍士旦 土壤农化分析 北京 中国农业出版社 张秋萍 吴霞红 郑剑恒 等 生物样本中丙二醛测定方法 的研究进展 理化检验 化学分册 刘晓琳 鲁译心 林霞 等 樱桃对茎腐病抗性机理的初步 研究 北方园艺 张永峰 殷波 混合盐碱胁迫对苗期紫花苜蓿抗氧化酶活 性及丙二醛含量的影响 草业学报 伏荣桃 王剑 陈诚 等 稻曲病菌毒素对不同抗病水稻品 种生理生化特性的影响 生态学杂志 袁隆平 新农村建设丛书 北京 中国三峡出版社 苏州市质量技术监督局 水稻工厂化基质育秧技术规程 李义烁 梁远 颜莹莹 等 餐厨垃圾 市政污泥 城市粪便 联合厌氧消化沼液处理设计 中国给水排水 李保国 王健 依法建立我国黑土地保护治理体系 中 国土地 张存庆 我国餐厨垃圾法律治理研究 西安 西安建筑 科技大学 杨丽娟 李天来 储慧霞 等 餐厨废弃物作堆肥对盆栽番 茄产量及品质影响 沈阳农业大学学报 李兵 王英 董志颖 餐厨垃圾与水葫芦联合好氧堆肥生物 质组分分类表征 环境科学学报 山东农业科学 第 卷