利用工农业有机废弃物生产优质无土栽培基质.doc

利用工農業有機廢棄物生産優質無土栽培基質郭世榮 李謙盛（南京農業大學園藝學院，南京 210095）摘要：簡述了無土栽培固體基質的發展史及趨勢，綜述了利用工農業有機廢棄物生産無土栽培基質的研究、開發和應用的現狀。根據無土栽培基質的一般要求對利用工農業有機廢棄物生産無土栽培基質應注意的問題進行了討論，提出採用新技術、新工藝進行標準化生産是發展這一具有廣闊前景産業的關鍵。關鍵字：有機廢棄物；無土栽培；有機基質固體基質培是無土栽培的一種主要形式, 因其具有性能穩定、設備簡單、投資少、技術容易掌握等優點，而成爲我國目前推廣應用最多的一種無土栽培形式。發展基質無土栽培的關鍵在於如何開發一種理化性能穩定、原材料來源廣泛、價格低廉、對環境無污染和便於規模化商品生産的基質。在當代工農業生産中，各種工農業有機廢棄物排放量日趨增加，對環保造成巨大壓力。近年來，科研工作者利用各種有機廢棄物研製合成了環保型無土栽培有機基質，在各種作物上栽培應用效果良好，不僅解決了有機廢棄物的處理問題，還爲無土栽培提供了優質有機基質，有機基質培技術爲設施園藝優質、高效可持續發展提供了有效的新途徑。本文就利用有機廢棄物生産無土栽培固體基質作一綜述。1 無土栽培基質的總體要求優質無土栽培固體基質能爲植物生長提供穩定、協調的水、氣、肥根際環境條件，具有支援錨定植物、保持水分和透氣的作用，有機栽培基質還具有緩衝作用，可以使根際環境保持相對穩定。要能使作物正常生長，無土栽培基質的物理化學性質和生物穩定性都要達到一定的要求。在物理性質上，栽培基質的固、液、氣三相比例要恰當，容重在0.10.8g/cm3間，總空隙度在70%90%之間，大小空隙比在1：1.51：4之間；化學性質上，陽離子交換量（CEC）要大，基質保肥性好，具有一定的pH緩衝能力，一定的C/N比以維持栽培過程中基質的生物穩定性。2 無土栽培基質的發展歷史和趨勢無土栽培的歷史雖然很古老，但真正大規模商品化生産上的發展始於1969年丹麥Grodan公司開發的岩棉培技術和1973年英國溫室作物研究所的NFT技術。砂礫最早被植物營養學家和植物生理學家用來栽培作物,通過澆灌營養液來研究作物的養分吸收、生理代謝以及植物必需營養元素和生理障礙等。 因此, 砂礫可以說是最早的栽培基質。Hall (1914)用不同級別的沙、粉粒、高嶺土栽培羽扇豆和大麥。蛭石被Woodcock (1946) 用來作爲蘭花的栽培基質等等。 隨後可作爲栽培用的固體基質很快擴展到石礫、陶粒、珍珠岩、岩棉、海綿 (尿醛 )、矽膠、離子交換樹脂（如斑脫土, 沸石及合成的樹脂材料等）、 泥炭、鋸末、樹皮、稻殼、酚醛泡沫(泡沫塑料)、爐渣以及一些混合基質。而在生産上應用較多的有美國康奈爾大學開發的4種混合基質，英國溫室作物研究所開發的GCRI混合物以及荷蘭的岩棉、泥炭等。1990年以後，稻殼、粘土、砂、珍珠岩、纖維素、岩棉、泡沫塑料是無土栽培基質的主要材料。近年來，由於人們環保意識的提高，岩棉的後處理問題日益突出；泥炭由於其資源分佈不均以及短期內的不可再生性，泥炭的過分開採已經受到環保人士的反對，特別是我國，泥炭主要集中在東北，運輸到東南地區將大大增加成本。進入21世紀後，除岩棉、蛭石、珍珠岩外，各種有機廢棄物，如椰子殼纖維和造紙廠下腳料等已成爲主要的無土栽培基質材料，利用廢棄物生産多樣化、無害化無土栽培基質實現資源的可迴圈利用是無土栽培選用基質的方向。3 利用工農業有機廢棄物生産無土栽培有機基質3.1 可製作無土栽培基質的工農業有機廢棄物隨著生産水平的提高，我國目前各種工農業廢棄物排放量逐漸增加，給環境帶來了直接和間接的損害和污染，大量的廢棄物被抛棄或燃燒，其中有很多經過一定的加工處理後可作爲良好的無土栽培有機基質。表1 可用於生産無土栽培基質的工農業有機廢棄物産業材料木材工業樹皮、木屑紡織工業亞麻、殘餘羊毛、廢棉花食品工業豆渣、油粕（菜籽餅、棉子餅、豆餅等）、酒渣、果渣、甘蔗渣養殖業雞糞、豬糞、牛糞等畜禽排泄物種植業椰子殼、稻殼、菇渣、玉米芯、稭杆、棉籽殼煙草業煙屑、煙草渣造紙業樹皮、蘆葦末、廢紙漿能源業沼渣其他中藥廠藥渣、城市垃圾（廢紙等）3.2 幾種利用有機廢棄物生産的栽培基質特性 椰子纖維. 長纖維素，松泡多孔，保水和通氣性能良好。椰子纖維基質容重約0.08g/cm3；總空隙度高達94；pH在4.55.5，偏酸；陽離子交換量（CEC）在3295m.e./100g；EC值0.46.0dS/m；C/N比平均爲117；與泥炭相比，椰子纖維含有更多的木質素和纖維素，半纖維素含量卻很低。蔬菜及觀賞作物的栽培試驗表明其應用效果不亞於泥炭。我國海南等地具有豐富的椰子纖維資源，但未能很好地開發利用。 堆制樹皮. 不同的樹種差異很大，最常用的樹皮是松樹皮和杉樹皮，容重0.40.53g/cm3之間，pH通常在47（CaCl2）之間；但樹皮保水性能差，C/N比60100:1，容易造成N素缺乏，含有較多的樹脂、單寧、酚類等抑制物質，這些有害物質必須經充分堆制發酵使之降解。另外，樹皮中Mn的含量通常過高。經堆制的栗樹皮混合50泥炭，栽培仙客來取得了很好的效果，但當樹皮的含量超過50時就會産生pH過高、緩衝性能和保水能力降低、通氣空隙不足等問題，但不存在植物毒素的問題。松樹皮和煤渣混合的基質栽培萬壽菊的試驗發現，松樹皮的降解增加了基質中P、K、Ca、Mg的溶解度和含量。 鋸末屑. Cheng等研究表明鋸末屑添加一定量的粘土、硝酸銨和有機肥後可以成爲一種很好的栽培基質。但各種樹木的鋸末屑成分差別很大，一般鋸末屑碳素含量較高、C/N比值很大,作爲栽培基質的鋸末屑顆粒不宜太細，應有80在3.07.0mm之間，使用過程中消耗速度慢、結構良好，一般可連續使用26茬。以松木和泡桐樹爲主未腐熟鋸末/值爲138.83, 容重0.17g/cm3， 發酵後C/N比可下降到13.64，容重上升爲0.25左右,腐熟後的鋸末EC值均在0.51.3-1範圍內, 總孔隙度在80以上,符合栽培基質的要求，栽培辣椒幼苗生長良好。 蔗糠. 制糖業的副産品，100t甘蔗可産糖12t，甘蔗渣23t（含50水）和幹濾泥0.7t。我國兩廣一帶資源豐富，如廣東年産180萬t幹甘蔗渣，除少量用於造紙和製造糠醛外，大部分作爲燃料燒掉。甘蔗渣C/N比高達169，經過添加氮肥並堆漚處理後，可成爲與泥炭種植效果相當的良好栽培基質。60%的木糖渣與30%的煤灰、10%的煤渣混合，添加尿素、雞糞等，可成爲與泥炭相當的番茄育苗基質。 炭化稻殼. 稻殼是水稻産區加工時的副産物，通過暗火悶燒將其炭化，通透性好，不易腐爛，容重0.15g/cm3，總空隙度82.5，大小空隙比約2.3：1，pH6.5，持水能力一般，可與其他基質材料配合使用。 菇渣. 食用菌下腳料，堆漚34個月後取出風乾、打碎、過篩。由於含氮、磷較高，不宜直接作爲基質使用，應與泥炭、甘蔗渣、沙等混合使用，一般菇渣比例不應超過40。不同種類的菇渣差異較大，種過香菇的木屑廢渣容重爲0.16g/cm3，EC值0.4，而種過草菇的棉籽殼廢渣容重0.15g/cm，EC值2.6，pH6.4。菇渣與泥炭、樹皮等混合後在栽培觀賞灌木時亦取得了很好的效果。 蘆葦末基質. 南京農業大學利用造紙廠廢棄的蘆葦末短纖維下腳料作原材料，加入一定配方的輔料，添加特定的微生物經過堆制發酵，研製合成一種環保型優質無土栽培有機基質。目前已進入工廠化生産，月生産能力達2500m3。葦末基質容重0.20.4g/cm3，總空隙度8090，大小空隙比0.51.0，EC值1.21.7ms/cm，CEC 6080ml/100g。其中用於育苗的葦末基質以加入30的蛭石爲好；在栽培時，每m3葦末基質添加0.2m3泥炭、0.5m3爐渣、0.3m3珍珠岩和適當有機顆粒肥，可以滿足蔬菜作物生長發育的需要。該産品的開發既解決了造紙廠廢物處理的難題，又爲無土栽培提供了良好基質，具有廣闊的發展前景。另外，蘆葦末經栽培食用菌後的菇渣再混合蛭石或珍珠岩也是良好的蔬菜栽培基質。除了這些常用的基質外，稭杆、淤泥、廢紙、城市固體廢棄物、甚至經粉碎的廢舊橡膠輪胎都有一定的研究和應用。通常這些有機基質都是與泥炭、蛭石、珍珠岩或其他有機基質按一定比例混合使用才能取得較好的效果。4 利用有機廢棄物生産無土栽培基質應注意的問題 有機廢棄物是較好的合成栽培基質的原料，但有機廢棄物中含有的一些有害物質必須經過特定的工藝處理後，才能用於作物栽培。栽培基質作爲一種市場上流通的商品，必須具有固定的配方、穩定成分和可靠的性能，要適於包裝運輸，質輕易用，無毒無臭，不含對作物有害的成分，具有很好的生物穩定性。目前,有機廢棄物的處理方法仍以堆制發酵爲主, 堆制化的本質是固體廢棄物分解爲相對穩定的腐殖質物質的過程, 它是細菌、放線菌和真菌等在好氣或厭氧條件下完成的。作爲栽培基質應達到三項標準: 易分解的有機物大部分分解；栽培使用中不産生氮的生物固定；通過降解除去酚類等有害物質、消滅病原菌、害蟲卵和雜草種籽。由於有些堆制基質仍含有許多對植物生長不利的物質，因此，這些基質必須與其他基質混合使用，並且不能超過一定的比例。另外，重金屬含量也是必須檢測的指標。由於有機廢棄物來源不一，也沒有標準化的生産工藝，質量缺乏穩定性，各批量間質量存在一定差異；基質的顆粒大小、形狀、容重、總孔隙度、大小孔隙比等是比較重要的物理性狀，但尚沒有提出主要作物栽培基質的標準化物理性狀參數。因此, 基質的使用還存在經驗性甚至盲目性。爲適應標準化、規模化、工廠化生産的需要，制定作物栽培基質的標準參數，並按標準參數要求生産基質，形成標準化成型技術是當前有待解決的問題。從目前的情況看，利用有機廢棄物生産栽培基質的成本尚高，因此採用新技術、新工藝降低成本是有機栽培基質推廣應用的關鍵。5 利用工農業有機廢棄物生産無土栽培基質的發展前景自20世紀90年代以來，人們對環境保護的意識越來越強，岩棉使用後難以處理，對環境造成嚴重污染，而天然泥炭資源有限，短期內不可再生，迫切需要開發泥炭的替代品，這些問題都已經受到人們的廣泛關注。再加上我國農用岩棉生産缺乏，大部分依靠進口，價格昂貴；泥炭則大部分集中在東北，因運輸成本問題限制了我國廣大地區的使用。另一方面，我國目前經濟迅速發展，工農業生産力大大提高，各種固體有機廢物急劇增加，廢棄物的處理增加了環保的壓力。據統計，全國鄉鎮企業排放的廢渣總量達到14億t，工業固體廢物累計堆存量達到67.5億t，農作物稭杆年産量約8億t，每年被抛棄或燃燒的花生殼達140萬t，近年食用菌産業發展迅猛，各種菇渣急劇增加，這些有機廢棄物利用率不到30。研究表明，利用這些工農業有機廢棄物可以合成優質