猪粪沼渣用作育苗基质的效果研究

伍梦起，秦文婧，陈晓芬，万里平，龚贵金，陈静蕊，徐昌旭，刘 佳 *

（1.江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所/国家红壤改良工程技术研究中心，江西 南昌330200；2.中国农业大学资源与环境学院/植物-土壤相互作用教育部重点实验室，北京 100193；3.赣州锐源生物科技有限公司，江西 赣州 341900）

在我国现代化农业快速发展的强力推动下，作物育苗已由传统的个体化形式向集约化、工厂化和市场化形式转变[1]。传统育苗，由于受自然条件制约，具有难以控制、不易管理、出苗不齐等缺陷，而设施化的基质育苗则可以弥补传统育苗的不足，既减少农用地的占用、便于人工管理，又能快速高效地培育出整齐划一、素质较高的秧苗[2]。草炭和蛭石是目前育苗基质中采用较多的主要原材料，前者含有大量的有机物质和速效养分，可供种子萌发和幼苗生长所需的营养，后者则具有良好的保湿性、透气性、膨胀性，可改善育苗基质的物理性状[3-4]。然而，草炭的不可再生性和产地地域性限制了其大规模、可持续利用，因地制宜地选择合适的草炭替代物是当前育苗基质研发的趋势[5-6]。

中国是世界第一养猪大国，养殖粪污的收集、处理和利用一直是我国农业科研的关注焦点[7]。近些年，养猪企业的规模化、集约化发展使养殖粪污得以全量化收集，而后再经厌氧发酵沼气工程进行发电。沼渣是厌氧发酵沼气工程的底层泥状沉渣，随着沼气工程的推广普及，沼渣产量稳步提升。大量的沼渣如果得不到合理利用，会造成资源浪费和二次污染。沼渣中含有丰富的有机物质及营养元素，具有用作育苗基质原材料的可能性。李妮等[8]研究发现，在普通育苗基质中添加15%和30%的鸡粪沼渣，可促进茄果类蔬菜的生长发育，但添加45%及以上的鸡粪沼渣则降低了茄果类蔬菜的出苗率和根系活力。刘爽等[9]的研究也有相似结果，在叶菜育苗基质中添加20%的生物氢烷工程沼渣效果最好，过量添加适得其反。由此可见，厌氧发酵原材料及发酵工艺不同，产生的沼渣性质也有明显区别，用作不同作物育苗基质的可行性及效果也需开展针对性的研究来确定。

本研究以猪粪厌氧发酵沼气工程沼渣为育苗基质原材料，以玉米、黄瓜、水稻为供试作物，将沼渣与草炭、蛭石按一定体积比混配为不同配方的育苗基质，布置穴盘育苗试验，研究不同配方基质对作物幼苗生长的影响，通过综合评价得出不同作物育苗基质的沼渣适宜施用比例，以期为猪粪沼渣在育苗基质方面的应用和推广提供技术支撑，为促进农业废弃物资源化利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试玉米品种为“京紫糯219”，黄瓜品种为“珍妮102”，水稻品种为“泰优2806”。供试猪粪厌氧发酵沼气工程沼渣来自江西正合生态农业有限公司，重金属含量为总砷1.72 mg/kg、总汞0.12 mg/kg、总镉0.15 mg/kg、总铬16.00 mg/kg，总铅未检出，草炭、蛭石为商用产品。草炭、蛭石、沼渣的基本理化性质如表1所示。

表1 供试草炭、蛭石、沼渣的基本理化性质

1.2 试验设计与幼苗培养

试验以传统育苗基质（草炭∶蛭石=60∶40）为对照（CK），设置BR15（草炭∶蛭石∶沼渣=45∶40∶15）、BR30（草炭∶蛭石∶沼渣=30∶40∶30）、BR45（草炭∶蛭石∶沼渣=15∶40∶45）、BR60（草炭∶蛭石∶沼渣=0∶40∶60）4个处理（表2），调节各基质含水量为70%。玉米、黄瓜、水稻育苗试验于恒温气候室进行，日间温度为30℃，夜间温度为26℃，相对湿度为75%。

表2 试验设计 （%）

试验采用72孔标准塑料穴盘，每孔体积40 cm³，每孔播1粒种子，每盘为1个重复，设3次重复。播种完成后将塑料穴盘置于恒温室内，每天记录出苗数并定时定量补水。育苗完成后，完整取出幼苗，调查其株高、茎粗、地上部和地下部鲜、干重等生长性状，并计算相对发芽率、壮苗指数、活力指数等评价指标。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 育苗基质理化性质

育苗基质理化性质的测定主要参照鲁如坤[10]的方法：pH、电导率在物∶水=1∶5条件下分别采用玻璃电极法、原位电极法（Mettler Toledo S470）测定，容重、通气孔隙度采用环刀法测定，有机质采用K2Cr2O7湿热法测定，碱解氮采用碱解扩散法测定，有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定，速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定。

1.3.2 幼苗生长性状

幼苗株高使用直尺测定，茎粗使用游标卡尺测定；地上部、地下部鲜重使用电子分析天平称量，75℃烘干至恒重，再称量地上部、地下部干重。

1.3.3 幼苗评价指标

幼苗评价指标主要包括相对发芽率、壮苗指数和活力指数。相关计算公式如下：

相对发芽率GR（%）=GT/GCK×100[11]，式中GT为试验组发芽率，GCK为对照组发芽率。

壮苗指数=（茎粗/株高+地下部干重/地上部干重）×全株干重[9]。

活力指数=Gi×S[11]，式 中Gi＝∑（Gt/Dt），Gt为t日的发芽数，Dt为对应的发芽天数，S为幼苗鲜重。

1.3.4 数据处理

采用SPSS 19.0进行单因素方差分析和回归分析，采用Duncan比较不同处理间的差异显著性（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同配方育苗基质的理化性质

理化性质是反映育苗基质结构特性和养分状况的重要指标。从表3可以看出，随着沼渣施用比例的提高，育苗基质的pH和碱解氮、有效磷、速效钾养分含量显著增加，特别是BR60处理，其有效磷和速效钾含量分别较CK增加了9.88和19.59倍。与此同时，育苗基质的容重、电导率和可溶性盐总量也呈增加趋势。然而，育苗基质的通气孔隙度却呈先上升后下降的趋势，在BR15处理达到最大值，相对于CK提高了9.2%（P＜0.05）；有机质含量则始终呈下降趋势，BR60处理仅相当于CK的49.0%。

表3 不同配方育苗基质的理化性质

2.2 不同配方育苗基质对玉米、黄瓜、水稻幼苗生长性状的影响

在育苗基质中施用一定比例的沼渣可以促进作物幼苗生长。由表4可以看出，随着沼渣施用比例的增加，玉米各项生长指标都呈先增加后减少的趋势。其中，地下部鲜重、总鲜重、地下部干重、总干重在BR15处理达到最大值，相对于CK分别提高了4.8%（P＞0.05）、38.8%（P＜0.05）、2.6%（P＞0.05）、23.8%（P＜0.05）；而株高、茎粗、地上部鲜重、地上部干重则在BR30处理达到最大值，相对于CK分别提高了29.9%（P＜0.05）、33.6%（P＜0.05）、65.6%（P＜0.05）和37.5%（P＜0.05）。

表4 玉米、黄瓜、水稻幼苗生长性状

随着沼渣施用比例的增加，黄瓜幼苗的株高呈逐渐降低趋势，但BR15和BR30处理较CK并无显著差异。除株高外，黄瓜幼苗其余各项生长指标均呈先增加后减少的趋势。其中，茎粗、地下部鲜重、地上部干重、地下部干重、总干重在BR15处理达到最大值，相对于CK分别提高了17.4%（P＜0.05）、118.1%（P＜0.05）、12.8%（P＞0.05）、26.7%（P＞0.05）和14.4%（P＞0.05）；而 地 上 部鲜重、总鲜重则在BR30处理达到最大值，相对于CK分别提高了41.0%（P＜0.05）和41.7%（P＜0.05）。

与玉米、黄瓜不同，在育苗基质中施用沼渣对水稻幼苗的促进作用相对较弱。当沼渣施用比例为15%时（BR15处理），与CK相比，水稻的各项生长指标略有提高，但增幅仅在0.1%～14.9%之间，且均未达到显著水平（P＞0.05）；而当沼渣施用比例达到或超过30%时，大多数的生长指标均表现出衰退趋势。

2.3 不同配方育苗基质对玉米、黄瓜、水稻育苗评价指标的影响

在基质育苗中施用一定比例的沼渣有利于提高各作物秧苗的相对发芽率、壮苗指数、活力指数。如图1所示，随着沼渣施用比例的增加，玉米、水稻的相对发芽率呈先增加后减少的趋势，二者均在BR15处理达最大值，较CK分别提高了2.2%（P＞0.05）、11.6%（P＞0.05）；而黄瓜的相对发芽率则始终保持下降趋势，但仅BR60处理与CK差异显著。

图1 玉米、黄瓜、水稻育苗评价指标

随着沼渣施用比例的增加，黄瓜、水稻幼苗的壮苗指数先增加后减小，均在BR15处理达到最大值，较CK分别提高39.8%（P＜0.05）、3.0%（P＞0.05）；而玉米的壮苗指数始终呈下降趋势，其中BR15和BR30处理相较于CK的降幅仅为2.4%～6.3%（P＞0.05），各处理中只有BR60处理与CK差异显著。

随着沼渣施用比例的增加，3种作物的活力指数均呈先增加后减少的趋势，其中玉米、水稻在BR15处理达最大值，相较于CK分别提高118.7%（P＜0.05）、19.0%（P＞0.05）；黄瓜在BR30处理达最大值，相较于CK提高78.8%（P＜0.05）。但是，当沼渣施用比例达到45%时，3种作物秧苗的活力指数均急剧下降。

2.4 不同作物育苗基质的沼渣适宜施用比例

对玉米、黄瓜、水稻幼苗的各生长性状和评价指标进行回归分析（表5），可以看出，除玉米的相对发芽率和壮苗指数、黄瓜的株高和相对发芽率、水稻的株高外，其余所有指标均与育苗基质中沼渣的施用比例呈二次函数关系，且拟合方程的R2较高。除水稻的相对发芽率和壮苗指数外，其余所有指标的拟合方程均达到极显著水平（P＜0.01）。综合评价得出玉米、黄瓜、水稻育苗基质中沼渣的适宜施用比例分别为22.3%～32.4%、20.0%～24.0%、10.2%～19.2%。

表5 不同作物育苗基质的沼渣适宜施用比例

3 讨论

3.1 添加猪粪沼渣对育苗基质理化性质的影响

本研究发现，猪粪沼渣具有极高的养分，其碱解氮、有效磷、速效钾含量分别是草炭的1.19、13.32和18.78倍（表1），因此替代草炭后可以显著提高育苗基质的养分含量，各处理有效磷、速效钾的含量甚至达到了CK的4.75～10.88和5.22～20.59倍（表3），这与宋成军等[12]、董志新等[13]的研究相似。但是由于沼渣是厌氧发酵产物，其有机质含量（211.33 g/kg）要远低于草炭（366.91 g/kg），因此随着沼渣施用比例的增加，各处理的有机质含量呈明显下降趋势。值得注意的是，畜禽粪污类沼渣普遍具有较高的含盐量[14]，因此替代草炭后会大幅提升育苗基质的可溶性盐总量及电导率，可能会对种子萌发及幼苗生长产生盐分胁迫[15]，这也是限制畜禽粪污类沼渣基质化利用的关键障碍因素。此外，本研究还发现适宜的沼渣施用比例（BR15、BR30）不会明显增加育苗基质的容重，而且还有利于改善通气孔隙度，可有效调节育苗基质的物理性状。

3.2 添加猪粪沼渣对作物幼苗生长的影响

本研究发现，在育苗基质中添加一定比例的猪粪沼渣可以促进玉米、黄瓜、水稻的幼苗生长，3种作物的株高、茎粗、鲜重、干重等生长性状以及相对发芽率、壮苗指数、活力指数等育苗评价指标基本都随沼渣施用比例的提高呈先增加后减少的变化趋势。这可能与过量添加沼渣后育苗基质的理化性质恶化有关，如养分浓度过高、盐分胁迫加剧、通气孔隙度减小等。过量添加沼渣会使育苗基质的养分浓度大于植物幼苗根毛细胞液的浓度，使根毛细胞液中的水分反渗到育苗基质中，造成烧苗现象；同样，盐分浓度过高也会对植物幼苗造成渗透逆境，有些盐离子（Cl-、SO42-等）还可能对幼苗根系产生直接毒害[15-16]。许耀照等[17]发现，育苗基质的通气孔隙度下降会显著抑制黄瓜种子的萌发和幼苗的生长。不同种类的作物幼苗对养分的需求强度不同，对逆境环境的耐受能力也有差异，尽管猪粪沼渣具有较高的养分，但也应做到针对性地合理施用。宋成军等[12]研究发现，将猪场沼气工程沼渣用于建植高羊茅草皮，60%沼渣添加量的效果要明显优于30%和90%的沼渣添加量。邱静等[18]也发现，在0%～9%的沼渣用量范围内，5%的添加量更能改善微环境条件并促进黑麦草的健康生长。

3.3 猪粪沼渣作为育苗基质原材料的合理施用

在以往的研究中，人们大多根据作物生长发育的部分关键指标（如出苗率、鲜重等）在不同沼渣施用量下的表现，得出某一具体的沼渣推荐用量[8-9，12]。本研究充分考虑作物生长发育的多项指标随沼渣施用量的变化趋势，通过回归分析推导出各指标理论上的沼渣最佳施用比例，进而综合评价确定某一作物育苗基质中沼渣的适宜添加范围，结果更为全面客观。通过上述方法，本研究最终确定玉米、黄瓜、水稻的育苗基质中沼渣的适宜添加比例分别为22.3%～32.4%、20.0%～24.0%、10.2%～19.2%，可见，不同作物对沼渣的偏好（或耐受）程度是有明显区别的，因此将来在其他作物育苗基质中应用沼渣仍需开展相应研究。但是，本研究也存在一定的局限性，主要表现为当前育苗基质的养分含量和含盐量偏高，未来可进一步降低草炭、沼渣等高养分物质的用量，增加蛭石等低养分物质的比例，以进一步优化育苗基质配方，并且需要加强育苗基质的脱盐效果研究，从而节约资源、降低成本，利于沼渣育苗基质的市场化发展。

4 结论

与传统育苗基质相比，适宜的沼渣施用比例（＜30%）可显著改善育苗基质的容重、pH、速效氮磷钾养分等理化性质，但过量施用也会导致容重等理化性质变差。施用适宜比例（玉米、黄瓜为15%和30%，水稻为15%）的沼渣可显著促进作物幼苗生长，也有利于改善玉米、黄瓜、水稻的相对发芽率、壮苗指数和活力指数。通过回归分析综合评价得出，玉米、黄瓜、水稻育苗基质的沼渣适宜施用比例分别为22.3%～32.4%、20.0%～24.0%、10.2%～19.2%。因此，猪粪沼渣可用作育苗基质原材料并有良好效果，但对于不同作物应针对性地研究其适宜施用比例。