【摘要】：牛糞作為農業(yè)污染源之一,嚴重威脅著自然環(huán)境和社會可持續(xù)性發(fā)展,同時水稻秸稈是目前農作物廢棄物中總量較大的有機物之一,另外,草炭是沼澤中死亡植物殘體轉化積累形成的有機礦產資源,其有機質和纖維含量豐富,疏松多孔,通氣透水性好,是良好的作物栽培基質,被廣泛的應用于農業(yè)生產,但由于其不可再生,以及大量的開采對生態(tài)環(huán)境也造成不可逆轉的影響。若將牛糞、稻草等有機廢棄物腐熟處理后經過適當調配,便可替代草炭作為栽培基質,保存寶貴的草炭自然資源,若進一步將牛糞腐熟料壓縮成基質塊,使其在育苗期間能保持固有的形狀,移栽后基質料仍能作為有機肥進一步利用,這種育苗方式不但可替換農用塑料穴盤,減少其對環(huán)境的污染,同時將幼苗和成型基質塊一并移栽到大田中,減少移栽時幼苗的損傷,縮短或無緩苗期,從而達到有機廢棄物的資源化利用和增加額外收入的目的。針對此目的,本課題擬以牛糞為主要原料,分析其好氧堆肥特性,探討牛糞好氧堆肥腐熟料和蚯蚓堆肥腐熟料作為基質利用的可行性,研究其作為成型基質的成型特性和育苗效果,優(yōu)化成型基質配方,并在此基礎上進一步研究不同腐熟料成型基質育苗過程中灌溉方式及其對苗期作物生長的影響,為牛糞基質化利用提供依據。主要研究結果如下:(1)研究牛糞基質化好氧堆肥腐熟特性。針對牛糞基質化利用與肥料化利用對腐熟料理化特性要求不同的特點,研究稻草秸稈和鮮牛糞不同比例堆肥產品的理化特性及基質化利用的可行性,結論表明:當堆肥原料鮮奶牛糞與干稻草質量比在9:1~4:1之間,其C/N在22.89~28.74之間,初始含水率74%左右時,鮮奶牛糞與干稻草進行混合堆肥都能達到無害化的國家標準要求,堆肥產品的容重、孔隙度、陽離子交換量(CEC)、EC值、種子發(fā)芽指數(GI)均滿足作物栽培對基質的要求。堆肥產品可作為無土栽培的基質,并且育苗試驗中三種配比(9:1、7:1、4:1)堆肥材料在育苗期20d內,黃瓜幼苗的地上干重、地下鮮重、地下干重及根冠比四組間(9:1、7:1、4:1和100%草炭)均無顯著性差異,4:1組的莖粗卻顯著高于其他三組,可能是其養(yǎng)分供給充足并且物理化學性質更幼苗生長綜合決定的,故4:1堆肥組的基質特性更適合黃瓜育苗。(2)研究兩種牛糞腐熟料作為散體基質育苗的可行性。將堆肥后的牛糞腐熟基質和牛糞蚯蚓堆肥腐熟料按不同體積與草炭、蛭石、珍珠巖、稻谷殼炭其中一種或幾種混合作為散體育苗基質,通過穴盤育苗實驗研究堆肥腐熟材料對育苗基質基本理化性質及黃瓜幼苗生長及營養(yǎng)元素積累的影響。試驗結果表明:2種牛糞腐熟堆肥材料富含各種營養(yǎng)元素,并且其總孔隙、持水孔隙、通氣孔隙的分布和總量也比較理想,和草炭、蛭石、珍珠巖混合可使復合基質的營養(yǎng)元素更加全面均衡。牛糞好氧腐熟材料單獨作為基質使用效果不理想,但與蛭石、珍珠巖、草炭混合使用,可顯著提高黃瓜幼苗植株和根系的生長,并且牛糞腐熟材料營養(yǎng)元素含量豐富,可替代部分草炭用于黃瓜幼苗的生產,但需考慮調節(jié)其p H值偏微酸性。而蚯蚓糞偏微酸性,單獨作為黃瓜育苗基質效果比腐熟牛糞料好、能替代草炭作為通用基質使用、其更可能作為成型基質塊的原材料。(3)研究2種牛糞腐熟料制備成型基質塊的成型特性。以牛糞好氧堆肥腐熟料和蚯蚓堆肥腐熟為主料,以土壤作為粘結劑,研究成型壓力、成型溫度和初始含水量對成型基質塊跌碎率、容重、飽和含水率以及相對含水率影響。結果表明牛糞好氧腐熟料和牛糞蚯蚓腐熟料基質塊均在不添加土壤的情況下就具有良好的機械強度和抗破碎能力,當然添加土壤對基質塊的抗破碎能力有進一步的促進作用;可根據添加土壤是否對幼苗生長發(fā)育對基質塊的容重、飽和含水率、相對含水率以及p H值和EC值等理化參數來考慮。僅從2種牛糞腐熟料的成型質量的來看,對物料加溫度雖然能減小成型基質塊的跌碎率,但從節(jié)能角度考慮,在室溫下壓縮即可。因此,適宜牛糞好氧腐熟料的操作范圍分別為15k N~20k N、室溫和25%左右,適宜牛糞蚯蚓腐熟料成型的工藝參數10k N~15k N、室溫和25%左右,最優(yōu)的工藝參數還需結合成型基質塊的育苗試驗進行綜合評價確定。從牛糞好氧腐熟料和牛糞蚯蚓腐熟料制備成型基質塊各有優(yōu)點:牛糞好氧腐熟料成型后總孔隙較大、保水、持水能力較好,跌碎率較低;牛糞蚯蚓腐熟料所需成型壓力較小,節(jié)約能源。(4)研究成型基質塊的不同配方對育苗效果的影響。以牛糞好氧堆肥腐熟料和牛糞蚯蚓堆肥腐熟料為主料與草炭(輔料)、吸水樹脂(膨脹劑)、木醋液(調節(jié)劑)混合,壓縮為成型基質塊進行黃瓜育苗試驗,研究不同配方基質塊對壓縮成型的品質及育苗效果的影響,并對各目標指標進行綜合評價,以確定較佳的成型育苗基質配方。試驗結果表明:牛糞好氧堆肥腐熟料制成的成型基質塊在膨脹性能、抗跌碎性及育苗期間破損情況優(yōu)于牛糞蚯蚓堆肥腐熟料制成的成型基質塊,但其p H值、EC值較高,使其出苗率和莖粗株高等育苗特性與牛糞蚯蚓堆肥腐熟料相比較差。2種腐熟料基質配方可采取不同的調節(jié)方法改善其特性,蚯蚓堆肥腐熟料中添加適量秸稈類纖維狀物質可以減小其成型基質塊的跌碎率和破損率,牛糞好氧堆肥腐熟料中添加硫磺粉可以調節(jié)p H值。從基質塊質量綜合指數來看,既適合成型又有利于育苗效果的配方為:腐熟料和輔料的體積比為3:2~4:3;成型基質塊中膨脹劑的含量以該試驗中最小添加量27m L左右最為合適,與總物料(腐熟料和輔料混合后的物料)的比值為5.5m L/L;木醋液在2種腐熟料中的添加量不同,在牛糞好氧腐熟料中,木醋液添加量約為8.5 m L/L,而牛糞蚯蚓腐熟料中則為18m L/L,此時成型基質塊的跌碎率均小于5%,破損率均小于20%,幼苗出苗率分別大于40%和大于70%,全株干重全部大于100mg。(5)優(yōu)化成型基質塊配方,確定2種牛糞腐熟料最佳配方。以牛糞好氧堆肥腐熟料與草炭不同比例混合,壓縮為成型基質塊并進行黃瓜育苗試驗,試驗表明牛糞好氧堆肥腐熟料和草炭混合的最佳配方在本試驗中為T5(牛糞好氧腐熟料:草炭為5:5,體積比),T5配方制備的成型基質塊的膨脹倍數約為3.91,跌碎率為1.32%,均滿足育苗要求,其栽培黃瓜幼苗的莖粗、株高、地上部分的莖和葉的總干重、地下部分的根系的干重分別為69.76mm、113.16mm、0.3001g、0.0562g,并且主要營養(yǎng)元素的累積量,其配方既有利于成型,又有利于幼苗的生長,綜合育苗效果最佳。以牛糞蚯蚓腐熟料、稻草絲和草炭,采用單純形重心設計的最優(yōu)試驗設計同時優(yōu)化混合比例以減小成型基質塊的跌碎率、破損率、增加黃瓜幼苗的株高、地上部分的干重和地下部分的干重,結果表明:添加稻草絲可適當減小成型基質塊的跌碎率和破損率,添加草炭可顯著提高幼苗的株高,以及地上部分和地下部分的干重;當牛糞蚯蚓腐熟料、稻草絲和草炭三個參數的權重系數為1:1:1時,牛糞蚯蚓腐熟料、稻草絲和草炭三者體積比為0.5921:01599:0.2480,若以其中的單個指標為主要目的,可適當調節(jié)三種混合料的比例。(6)研究牛糞腐熟料成型基質塊育苗的灌溉方式。以2種牛糞腐熟料配方基質塊在不同微噴灌溉梯度和低位浸泡灌溉條件下進行育苗試驗,結果表明牛糞好氧堆肥腐熟料配方成型基質塊的EC值較高,微噴灌溉到第6次可使回收水的EC值降至1.0ms/cm以下,并且前6次微噴灌溉TN的淋洗量相對較低,低位浸泡灌溉相比于微噴灌溉能充分灌溉成型基質塊,并且淋洗損失的TN、TP、TK均相對較低,即選取微噴灌溉T4(1050m L)進行前5~6次灌溉,然后采取低位浸泡灌溉至育苗結束,既保證黃瓜幼苗正常生長,又可相對減少基質TN、TP、TK的淋洗損失量。牛糞蚯蚓堆肥腐熟料配方成型基質塊的EC值較為適合黃瓜生長,主要考慮充分灌溉、節(jié)約用水和減少基質塊TN、TP、TK的淋洗損失量,采取TS1(低位浸泡灌溉)相較于TS2(700m L,微噴灌溉)可充分灌溉成型基質塊,相對于TS3(1050m L)、TS4(1400m L)、TS5(1750m L)、TS6(2100m L)又能減少淋洗TN、TP、TK的損失量,此時所栽培黃瓜幼苗的莖粗(6.23mm)、株高(138.09mm)、地上部分干質量(758.85mg)、地下部分干質量(147.92mg)均為本試驗中最大值。
【學位授予單位】：華中農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S141.4
【圖文】：

無土栽培基質的種類土栽培（soilless culture，hydroponics，solution culture）是指不用天然養(yǎng)液或固體基質加營養(yǎng)液的方法來栽培植物（郭世榮 2003）。固體基以替代天然土壤向植物提供良好的水、氣、肥、熱等根部環(huán)境條件，常生長，完成植物的整個生命周期。過去甚至目前，無土栽培被日本國家的學者認為是主要指營養(yǎng)液栽培，所以又被稱為營養(yǎng)液栽培、水。近 30 年來，我國農業(yè)上使用的無土栽培主要為固體基質無土栽培技機固體基質栽培因其具有性能穩(wěn)定、緩沖能力強、設備簡單、一次性投易掌握等優(yōu)點，成為我國目前推廣應用最多的一種無土栽培形式（蔣李謙盛等 2002）。發(fā)展到目前為止，無土栽培的基質種類和栽培方法在通常把無土栽培分為非固體基質栽培和固體基質栽培兩大類型，又、設施構造和固定根系的材料種類進行更為細致的分類（圖 1-1，引用栽培學》）。

圖 1-2 水稻、玉米、高粱、大豆、花生秸稈壓縮制備營養(yǎng)缽Figure 1-2 Rice， maize， sorghum， soybeans， peanuts， straw block compressionpreparation張志軍等（2011）以玉米秸稈、小麥秸稈、棉花秸稈、紫蘇秸稈和花生殼 5 種材料粉碎到 20、40、60、80、100 目等 5 個水平，研究不同物料粉碎細度對秸稈育苗缽的質量和成本經行了分析，發(fā)現隨粉碎細度的增加，秸稈育苗缽一次模塑成型率增加，壓縮壓力降低，育苗缽的破損率降低，吸水率增加，提高了育苗缽的質量，播種出苗率增加，但根系生長降低，粉碎秸稈成本增加。育苗缽成型率主要與原料粉碎細度有關，而吸水率、破損率和育苗質量與秸稈種類和粉碎細度二者有關。5 種秸稈中，紫蘇秸稈成型質量和育苗效果最好，玉米秸稈加工成本最低。以上幾人的研究奠定我國成型基質（壓縮育苗缽）基本特性的研究，并推進了我國成型基質的推廣和發(fā)展，但此時的成型基質主要還是將農業(yè)秸稈壓縮成為替代塑料穴盤的目的，其作用為固定、容納散體基質，還未將散體基質直接壓縮為成型基質（育苗缽和散體基質融合為一個整體）的研究。葛桂民（2009）將玉米秸稈發(fā)酵腐熟料為基礎，并添加其他有益于植物生長的輔料組成為散體有機基質壓縮為整

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本文編號：2733904