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甘蔗渣堆肥化处理及用作山桂花育苗基质_聂艳丽

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发表于 2014-5-17 11:02:08 | 显示全部楼层 |阅读模式
    摘 要:按甘蔗渣的不同堆肥方式及不同物料配比等因素设计基质配方,并开展适合云南热区速生阔叶树种山桂花育苗基质的研究。结果表明:甘蔗渣堆肥化处理用作育苗基质,甘蔗渣的配比高达90%,基质中养分如速效磷、速效钾、交换性钙、交换性镁的质量分数均能满足山桂花苗木营养需求。在甘蔗渣堆肥化处理过程中,C/N呈下降趋势,基质中总N量有一个明显的下降阶段,而其它养分速效磷、速效钾、交换性钙、交换性镁的质量分数呈增加趋势。在基质育苗试验中,苗木生长中期不同基质对山桂花苗高、地径的影响达到显著水平(F>F0.05=2.40);苗木生长末期,不同基质对山桂花的苗高、地径、根幅和长度大于5cm的侧根数的影响达到极显著水平(F>F0.01=3.07)。甘蔗渣堆肥用作育苗基质时,填加50%的珍珠岩的13'号基质,其密度较纯堆肥基质减轻、养分含量减少,但仍能满足山桂花苗木生长发育的需要,建议以13'号基质为培育热区珍贵速生阔叶树种山桂花的理想基质。
    云南省热区是我国甘蔗的主产区之一,糖厂榨糖后剩余的甘蔗渣很集中且数量较多。甘蔗渣一般含粗蛋白质2.0%,粗纤维44% ~46%,粗脂肪0.7%,粗灰分2% ~3%[1]。长期以来,大量的甘蔗渣主要供糖厂本身作为燃料烧掉或废弃,其经济价值很低。堆肥化处理常以其成本低,除臭和杀灭病原菌的效果好,能有效改善废弃物的物理、化学性状等优点而倍受人们关注,并成为当前有机废弃物无害化和资源化的重要途径之一[2-3]。山桂花(Paramicheliabaillon-ni),又名大果白兰,合果木,木兰科,是热带及南亚热带南缘山地雨林的代表种,生长较快,干形通直,木材结构细,翘曲现象少,为建筑、家具的优良用材,对立地条件要求不高,是广泛用于云南南部的乡土造林树种,也是云南热区珍贵速生阔叶树种。目前该树种主要采用传统育苗方式,但关于山桂花育苗基质的研究报道较少。由于受到种源、手段、资金等条件的制约,山桂花传统育苗较难管理,存在成活率低、育苗周期长等缺点。
    本研究结合芬兰先进的有机废弃物堆肥化处理技术和基质育苗管理技术,以云南热区大量甘蔗渣为原料,开展甘蔗渣堆肥化处理及用作山桂花育苗基质的研究,以期探索甘蔗渣资源化利用途径,缩短山桂花育苗周期、提高苗木生长质量、降低育苗成本,对云南热区树种繁育,提高林木质量具有重要的实际意义和理论价值。
    1 材料与方法
    本试验由甘蔗渣堆沤试验和基质育苗试验2部分组成。
    1.1 甘蔗渣堆沤试验
    2005年4月在西双版纳州普文镇云南省热带林业研究所进行甘蔗渣堆沤试验,在云南农业大学植物营养实验室进行理化性质分析。试验以西双版纳州普文糖厂提供的甘蔗渣为主要原料,以滤泥、牛粪及生物复合肥等作为调理剂。供试材料的基本理化性质见表1。
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    试验设计:将供试基质材料按堆肥方式、物料及物料配比的不同,配制成11种基质,随机排列,以普通的森林土(CK)为对照,按照芬兰先进的堆肥化技术进行管理。试验设计见表2。
    试验管理:将收集的甘蔗渣露天堆放,剔除其中不可生物降解的物质;用机器将甘蔗渣切碎,使颗粒直径为4~7mm;加入调理剂调节C/N;加水混匀,使水分含量约为50%。每15d翻堆1次。
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    基质的采样与分析方法:堆肥每隔半个月采样1次,共采样15次。在翻堆充分拌匀后,按5点采样法,每个处理每次采集6个混合样。
    物理指标[4-5]如基质密度、总孔隙度、持水孔隙度的测定采用环刀法。
    化学指标如基质全氮、全碳的测定按分析方法[4]进行,基质速效钾、速效磷、碱解氮按文献[5]和文献[6]进行;基质交换性钙、交换性镁的测定采用原子分光光度法(HITACHI,170-50A型,日本);基质pH值采用pH计法(ΥTM240型,美国);基质EC采用电导率仪法(DDS-11A型)在25℃下测定。
    1.2 基质育苗试验
    2006年2月—10月,在位于西双版纳州普文镇的云南省热带林业研究所进行山桂花基质育苗试验。小区面积为92m2。供试基质来自甘蔗渣堆肥试验后的育苗基质和从芬兰进口的育苗基质,选用的甘蔗渣堆肥试验的基质编号为6、7、12、13。供试植物为云南热区珍贵速生阔叶树种山桂花(Pa-ramicheliabaillonni)。
    试验设计:基质育苗试验小区设计采取随机区组试验设计,共设10个处理,每个处理4次重复,以当地的森林表土为
    对照,由于甘蔗渣堆肥化处理用作育苗基质其养分含量较高,因此考虑填加一定比例的珍珠岩,试验设计如表3。
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    试验管理:苗圃地选择土壤肥沃、疏松、排灌方便的酸性砂壤。将育苗地块深耕细整后做床。2006年3月播种,播种量为0.1g/m2,播种后需防止蚂蚁搬运种子。种子播下12~17d后开始发芽,注意棚内温度和湿度,棚内种子发芽率达40%时,白天将塑料棚的两头打开,晚上再封住,以免温度过高烧伤幼苗,以及引发病菌感染。当有60%的种子发芽时要适当控制水分,保持苗床一定湿度即可,及时清除杂草,防治病虫害。育苗容器选用黑色塑料袋(每袋8cm×12cm)。
    苗木的采样及分析方法:苗木生长中期39d和后期98d随机间隔采样,4次重复,每个重复随机取样13株,地上部测量的指标有苗高、地径;地下部测量的指标有根幅和长度大于5cm的侧根数。
    2 结果与分析
    2.1 不同基质堆肥化过程中C/N的变化特征
    甘蔗渣堆肥化过程中,不同基质中总N含量的变化见表4。从表4中可以看到,所有基质总N在堆肥期间都有一个下降阶段,这可能是由于在堆肥过程中有机物的矿化产生的无机氮在高温条件下损失引起的。堆肥后期微生物的固氮作用减少了氮的损失量,使堆肥产品全氮量趋于稳定,这与Goyal等人的研究结果一致[6]。
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    不同基质堆肥化过程中C/N的变化见表4。从表4中可以看出,随着堆肥处理时间的延长,C/N有下降趋势,6、7、12、13号下降趋势显著。在试验末期1、6、7、13号基质的C/N小于或等于22。在本试验条件下,甘蔗渣堆沤后C/N小于等于22是腐解完成的标志,这在后续的基质育苗试验中有进一步的证明。不同基质中有机碳含量与堆沤时间呈负相关性,随堆沤时间的延长有明显的下降趋势。
    甘蔗渣堆肥化过程中C/N随时间变化的相关性如表5所示。结果表明:甘蔗渣的C/N与堆肥时间有着密切的关系,其中6、7号基质的C/N(y)与堆肥时间(x)之间呈显著的线性相关,6号基质的C/N与堆肥时间之间的相关系数R2为0.533 5,7号基质的C/N与堆肥时间之间的相关系数R2为0.712 2,而4号基质的C/N与堆肥时间之间的相关系数R2仅为0.180 1,这说明随着堆肥时间的推移,4号基质中溫度并没有上升或上升得不够,与甘蔗渣堆肥化速度较慢有关;12、13号基质的C/N(y)与堆肥时间(x)之间呈极显著的线性相关,相关系数R2大于0.96。加入有机肥的处理4个月甘蔗渣即可腐熟,而加入尿素的10、11号处理,7.5个月C/N仍在61、71,说明尿素对微生物活动的不利影响,因为尿素可使蛋白质变性。
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    2.2 不同基质的理化性质分析
    基质物理性质的优劣是决定育苗成功与否的关键,据有关研究表明[7-8],苗木密度为0.5~0.8g/cm3范围内均能生长良好,理想基质的总孔隙度在70%~90%之间,持水孔隙度不低于50%。
    表6是甘蔗渣堆肥化处理结束时不同基质的物理性质,从中可以看出,总孔隙度>80%的基质有1、2、6、7、13号,其中2基质的总孔隙度最大,达94.92%;持水孔隙度在50%以上的基质有1、5、6、7号,其中5号基质的持水孔隙度最大,达64.08%,;密度在0.5~0.8g/cm3范围内的基质有1、2、3、6、7、10、11、13号。本试验中1、13、6、7、12号基质的密度、总孔隙度、持水孔隙度等方面均能满足苗木的正常生长需要。
    甘蔗渣堆肥化处理结束时不同基质的化学性质见表7。由表7可知,各基质的有效养分碱解氮、有效磷、速效钾都能满足育苗要求,不需再额外加入营养液来调节或平衡养分的供应;交换性钙的含量以7、13、1、6号为佳,能满足苗木生长需要,其中7号基质的交换性钙质量分数最高,达63.7×10-3,13号基质的交换性钙质量分数也较高,达23.8×10-3;交换性镁的质量分数以6、7、13号基质为佳,其中7号基质的交换性镁质量分数最高,达1.4×10-3,6和13号基质的交换性镁的质量分数较高,达1.3×10-3。
    EC值表示基质养分的供应潜力,这一特性取决于根系周围的盐浓度,受基质自身的养分含量、阳离子交换性能、栽培植物对养分需要量的多少、吸收养分的能力等影响。EC值反映基质中可溶性盐分的多少,它直接影响根系养分及水分的吸收。EC值过低则营养缺乏,过高则造成盐渍伤害。基质的EC值变化范围较宽,可在0.75~3.5ms/cm之间变化,营养液的EC值以2.0~2.5ms/cm为宜。本试验除1号基质外其余的基质配方EC值均在正常范围之内,这说明基质养分供应潜力均能满足育苗需求。
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    pH对植物的影响表现在两方面:一方面,不同的植物要求不同的pH值范围,有喜酸植物,也有喜碱植物;另一方面,pH影响着养分的形态及有效含量。大量元素在pH为6.0时有效性最大,若基质的pH值超过7以上,Fe2+、Mn2+、Zn2+、Cu2+易生成氢氧化物沉淀而成为无效养分,1号基质的pH>7,不适宜作育苗基质;在过酸条件下,有些微量元素不仅养分有效性降低,还可能产生毒害。因此基质的pH值以6.0~7.0(5.5~6.5)[9]为宜,并应根据不同植物的喜好进行调整。山桂花苗期喜好酸性条件,因此在本试验条件下,除1号基质外的其它基质pH均在6.0~7.0范围内,为适宜基质。
    综上所述,6、7、12、13号基质是本试验条件下筛选出的较为理想的育苗基质,其物理和化学性质在理论上均满足育苗要求,最终配方是否理想则要由下一步的基质育苗试验验证。
    2.3 不同基质苗木生长效应分析
    2.3.1 不同基质对苗高生长的影响
    基质育苗试验过程中不同基质对苗高生长的影响见表8。苗木生长中期,以森林表土为对照CK的山桂花苗生长最缓慢,到生长后期苗木生长几乎停滞;苗木生长中期,6、6'、13、13'号和芬兰基质的山桂花苗长势较好,明显高于7、7'、12和12'号。从不同基质苗高的F检验(表9)可知,生长中期不同基质的苗高差异达显著水平(F=2.39>F0.05=2.40);生长后期不同基质的苗高差异达极显著水平(F=3.52>F0.01=3.45)。生长中期和后期,6和6'、7和7'、12和12'、13和13'号育苗基质在苗高性状上没有显著差异,同一种育苗基质填加珍珠岩并不能改善苗木的苗高性状。
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    2.3.2 不同基质对地径生长的影响
    不同基质对山桂花地径生长的影响见表8,结果表明:在本试验条件下山桂花的地径在生长过程中不断增粗,但各基质差别较大,从生长中期和生长末期不同配方基质对地径的F检验中可看出(见表9):生长中期时,不同基质的地径差异显著(F=2.78>F0.05=2.40),芬兰育苗基质的苗木地径最粗壮,显著高于其它配方基质,说明山桂花苗木生长中期芬兰育苗基质在地径性状上较其它育苗基质具有明显的优势,能提升苗木的木质化程度,其地径较对照CK增加188.5%,但同一种育苗基质填加珍珠岩与否在地径指标上无显著差异;试验末期,不同基质的对苗木的地径差异达到显著水平(F=3.14>F0.01=3.07),在1%的显著水平下,13号苗木地径最粗,显著大于对照CK,比对照增加110.5%,说明13号基质在地径生长上表现较好,有较强的机械稳定性和抗风倒能力,而从芬兰引进的育苗基质,生长后期地径表现上不及13和13'、12和12'。
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    2.3.3 不同基质对根幅及侧根生长的影响
    苗木生长过程中不同基质对根幅和侧数生长的影响见表8,生长后期(98d)时,CK的根幅明显小于其它配方基质,差异达到极显著水平(F=3.56>F0.01=3.07)(见表9),13'号的根幅表现最好,比CK增加87.5%。13号的根幅表现也较好,比CK增加75.0%,13号与13'号基质在根幅表现上没有显著差异,而芬兰育苗基质其根幅表现也较好。
    不同基质对侧根数的F检验表明(表9):生长后期不同基质对长度大于5cm的侧根数的差异达到极显著水平(F=3.98>F0.01=3.07),13号保持着强劲地根生长能力,且侧根数最多,较CK增加304.8%;6、12号和芬兰基质在长度大于5cm的侧数上表现较好,但其根系拓展能力不及13号。13'号的长度大于5cm的侧根数表现较好,比CK增加285.7%,与其它育苗基质之间存在显著差异,但13号与13'号之间在长度大于5cm的侧根数上无显著差异,这说明13及13'号基质在侧根数上表现较好。而芬兰育苗基质在长度大于5cm的侧根数上的表现一般。
    3 结论
    云南省热区西双版纳州存在大量的甘蔗渣,它是容器育苗的理想基质原材料,占原材料配比90%的甘蔗渣经堆肥化处理仍具有较好的理化性质,适宜用作山桂花育苗基质,基质中各有效成分如有效磷、速效钾、交换性钙、交换性镁的含量均能满足山桂花苗木营养需求。在本试验条件下的基质堆沤试验中,总N、C/N随着甘蔗渣堆肥化进程而呈下降趋势,当C/N小于等于22时,堆肥完成,而其它养分如速效磷、速效钾、交换性钙、交换性镁的含量呈增加趋势。在本试验条件下的基质育苗试验中,苗木生长中期不同基质对山桂花苗高、地径的影响达到显著水平(F>F0.05=2.40);苗木生长末期,不同基质对山桂花的苗高、地径、根幅和长度大于5cm的侧根数的影响达到极显著水平(F>F0.01=3.07)。甘蔗渣堆肥用作育苗基质时,填加50%的珍珠岩的13'号基质,其容重较纯堆肥基质13号减轻、养分含量减少,但仍能满足山桂花苗木生长发育的需要,建议以13'号基质为培育热区珍贵速生阔叶树种山桂花的理想基质。

参考文献
[1] 聂艳丽,刘永国,李娅,等.甘蔗渣资源利用现状及开发前景[J].林业经济,2007(5):63-65.
[2] 徐智,汤利,毛昆明,等.牛粪对西番莲果渣高温堆肥腐熟进程的影响[J].农业环境科学学报,2006,25(2):507-511.
[3] 杨国义,夏钟文,李芳柏,等.不同填充料对猪粪堆肥腐熟过程的影响[J].土壤肥料,2003(3):29-33.
[4] 南京农业大学.土壤农化分析[M].3版.北京:中国农业出版社,1999.
[5] 鲍士旦.土壤农化分析[M].3版.北京:中国农业出版社,2000.
[6] 李国学,张福锁.固体废弃物堆肥化与有机复混肥生产[M].北京:化学工业出版社,2000.

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