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有机肥料是农业生产中重要的物质基础, 是农业生产中的重要肥源。利用有机肥料进行农业生产既是农业自身物质和能量循环, 又是净化人类环境,进行资源再利用的有效途径。将有机肥应用于无土栽培的有机生态型无土栽培技术, 将有机农业导入了无土栽培。在无土栽培中合理施用有机肥, 不仅增加基质有机质和各种养分的含量, 还可以为微生物提供充足的能源和营养源, 改善根际微生物区系,显著提高作物根际各类微生物的数量, 增强微生物的活性。本文对无土栽培中有机肥和有机基质的研究现状进行了简要概述, 以期为无土栽培中有机肥和有机基质的有效利用和进一步研究提供参考。
1 无土栽培中有机肥的研究现状
111 无土栽培中应用的有机肥资源
有机肥一般含有机质20% 左右, 这是区别有机肥和化肥的一个重要标志, 几乎一切含有有机物质,并能够提供多种养分的物料, 都可称为有机肥料。有机全元素肥料――有机肥不断分解、不断释放速效养分的过程, 能够充分供应作物生长的需要[ 1] , 还可以保持无土栽培基质酸碱度的稳定性[ 2] 。有机肥在无土栽培中除用作基肥外, 还用作追肥, 如粪尿类有机肥的N、P、K 及微量元素含量丰富, 可以用作无土栽培的基肥掺入基质, 也可用作追肥在作物生长后期分期分批施入, 以保证持续充足的供给作物养分。试验表明在施用有机肥的同时, 应该配施适量无机复合肥以获得最理想的栽培效果[ 3] 。目前有机肥在无土栽培中主要用来种植蔬菜和花卉作物。有机肥因其一般不含人工合成的化学物质, 所以被认为是生产有机食品的唯一肥料, 生产无公害农产品的首选优质肥料。我国无土栽培应用的有机肥种类很多, 其中蔬菜生产中较常见的有机肥见表1。
112 有机肥对无土栽培中作物产量和品质的影响
有机肥含有的有机养分, 有的可以直接吸收利用, 如氨基酸、糖、核酸降解物等, 它们既是作物蛋白质、碳水化合物等的合成原料, 又是作物重要的有机氮源和有机磷源, 有着特殊的营养效果, 对作物的品质好坏有重要作用, 施用有机肥还可减少化学污染抑制重金属、亚硝酸盐等有害物质的含量, 有机肥增强作物的抗旱、抗寒和抗冻能力, 从而提高产品的营养品质和外观品质。有目的的施用某些有机肥还可以改善和提高其风味品质, 例如将富含钾的草木灰、秸秆类有机肥施用于甜菜, 可提高其含糖量。中国农业科学院蔬菜花卉所1990 年采用消毒有机肥栽培番茄、黄瓜、甜瓜3种作物, 其中番茄的产量比土培增加78. 95% , 比营养液栽培增加61. 18% [ 4] 。周建昭研究了2种商品有机肥不同供量对甜椒的影响。结果表明, 随着施肥量的增加, 有机固体基质栽培的甜椒产量呈/ 几0字形抛物线变化, 即先增加, 达到最大值后降低; 品质指标氨基酸、Vc 含量与土壤栽培的相当, 但提高了可溶性糖的含量, 降低了总酸度, 同时硝酸盐含量保持在安全限量标准之内[ 5] 。P inamonti等研究表明, 以泥炭、稻壳、污泥堆肥按8:7: 5比例混合种植番茄、黄瓜、草莓、非洲菊, 以泥炭、污泥堆肥按1: 1比例混合种植番茄、非洲菊, 比纯岩棉和纯泥炭相比, 其产量得到显著提高, 果实中重金属的含量无明显影响[ 6 ] 。汪浩在消毒鸡粪配方施肥应用效果的研究中, 比较结果得出消毒鸡粪配方施肥可以代替营养液进行番茄基质栽培, 消毒鸡粪配方比营养液施肥可以显著提高番茄产量和果实商品质量, 平均单果重量增大, 同时还能提高番茄果实还原糖和V c含量, 降低有机酸含量[ 7] 。
113 有机肥对无土栽培中作物生长发育的影响
有机肥具有吸热、松土、保水功能, 有利于种子的萌发和根系的生长。有机肥是有机物与无机物、生命体与非生命体的混合物, 它含有的多种营养元素, 可以满足作物各生长发育时期对养分的需求。有机肥含有的大量有机物质, 经微生物分解转化产生的降解物如维生素、腐殖酸、激素等有刺激作用,能促进作物生长发育, 例如促进根系生长、增强光合作用、植株生长健壮、座果率高、干物质积累多。伊鸿平等人应用消毒有机肥无土栽培哈密瓜的试验结果表明: 有机基质中的营养成分, 可以满足哈密瓜整个生长发育的需要, 使用消毒有机肥的植株开花坐果整齐一致, 节位低, 成熟早, 且果实色泽鲜艳[ 8] 。罗安程等采用砂培栽培大麦, 结果表明, 有机肥(猪厩肥)对大麦根系生长、根面积、根直径以及氮磷钾吸收有良好的促进作用[ 9] 。周艳丽采用不同有机肥料配方栽培番茄的实验结果表明, 有机肥为消毒鸡粪+ 油渣的处理效果最好, 该处理的开花期比对照(消毒鸡粪+ 沼渣且土培)提前4d, 座果期提前6d,采收期提前3d。且该处理定植后的植株在整个生育期内, 株高、茎粗都表现出较强的优势, 同时较早由营养生长向生殖生长转移。对番茄生长期间生理指标(光合速率、气孔导度、蒸腾速率、胞间CO2浓度及叶绿素含量)的测定结果表明, 生理指标最大值也出现在有机肥为消毒鸡粪+菜籽油渣的处理中[ 10] 。
114 有机肥对无土栽培中作物抗性的影响
有机肥含有生物物质能增强作物的抗逆性和对不良环境的适应能力, 主要表现在有机肥可以提高基质的保水持水能力而有效提高抗旱能力; 有机肥中的腐殖酸等物质能够提高作物的过氧化氢酶( CAT)的活性, 降低细胞膜的透性和脱落酸的含量,从而增强作物的抗旱性、抗寒性。有机肥提高作物的抗病作用表现在两方面: 1. 有机肥中的微生物分泌维生素B、生物素、泛酸等生理活性物质, 促进作物健壮生长, 提高抗病性; 2. 有机肥增加基质的钙、钾供给能力, 尤其能够提高蔬菜的抗腐能力。经过消毒的有机肥可以有效地避免土传病害的发生,Kupper等采用牛粪添加发酵微生物制得的生物有机肥进行栽培试验, 结果发现, 该有机肥可显著降低柑橘黑斑病的菌落的数量, 可代替铜氯氧化物杀菌剂而有效抑制黑斑病的发生[ 11] 。S idd iqu i采用牛粪、马粪、羊粪和禽粪分别栽培番茄, 研究结果表明禽粪比羊粪有效抑制线虫的繁殖和侵害, 而羊粪与马粪相比, 前者可有效抑制线虫的发生并促进番茄的生长[ 12] 。马利平等发现家畜沤肥浸渍液对黄瓜枯萎病具有一定的防治效果, 机理研究结果表明: ( 1)沤肥浸渍液对黄瓜枯萎病菌的小孢子萌发具有明显的抑制效果, 马粪、牛粪、猪粪沤肥浸渍原液的抑制率分别达到89. 4%、98. 6% 和90. 3% , 抑制率随稀释度增加而减小; ( 2)沤肥浸渍液中的部分微生物对黄瓜枯萎菌具有一定的拮抗作用[ 13 ] 。
2 无土栽培中有机基质的应用
211 有机基质的种类
基质栽培是最重要的无土栽培方式, 目前世界上90%以上的商业性无土栽培是采用基质栽培方式, 我国大约80%采用基质栽培, 但所占比例正逐渐上升。有机基质原料来源丰富, 有农业废弃物, 也有工业废弃物等(具体见表2)。有机无土栽培基质的研究和应用日益广泛, 国内外的相关报道很多。Boodt报道了利用不同配比的树皮、软木屑、椰子纤维、污泥、垃圾等进行无土栽培, 发现树皮: 砂子: 泥
炭为3: 1: 1的配方效果最好[ 14] 。W ilson等将蚯蚓消化处理后的鸭粪( worm – worked duck w aste,WWDW )与泥炭混合作基质栽培番茄、莴苣和辣椒,并报道了添加WWDW 的最适量, 作为育苗基质WWDW 的适宜含量为2% ~ 8%; 作为移栽后的基质, 番茄生长的基质最适WWDW 含量为8% ~19% , 莴苣的最适基质WWDW 含量为8% , 辣椒的最适基质WWDW 含量为6% [ 15] 。蒋卫杰等采用椰壳、向日葵秆, 玉米秆、菇渣等低成本材料替代草炭作为栽培基质, 实验结果表明以经过前处理的玉米秆、向日葵秆和锯末为栽培基质对番茄产量和品质无明显影响, 可以代替草炭用作无土栽培基质[ 16 ] 。
212 有机基质对作物生长的影响
有机基质具有生物活性, 有较强的缓冲能力和较高的持水能力, 有利于作物的生长发育。Chen等采用发酵后的葡萄渣和发酵后的牛粪单独作基质或与泥炭混合作为基质栽培草莓, 结果表明, 葡萄渣:泥炭= 1: 1的配方栽培的草莓的各项生长指标均显著高于其他配方[ 17] 。Bo lat等利用不同类型混合有机基质进行草莓无土栽培, 结果得到在珍珠岩+ 泥炭( 1: 1)的基质中栽培的草莓, 其初生根数目最多
( 36 /株)且最长( 27. 25cm) ; 在浮石+ 泥炭( 1: 1)中栽培的草莓的植株最高(达180. 66cm ) , 开花数最多, 产量最高[ 18] 。潘敏方等进行了/炉渣+ 锯末+细沙0基质栽培香石竹的试验, 结果表明, 基质栽培的萌芽和根的生长情况明显优于土培对照, 香石竹栽培的株高比对照超过10% [ 19] 。佟小刚在研究不同基质对莴苣生长的影响中得出, 腐熟葵花秆作基质配料能提高莴苣的单株产量和叶数, 其原因可能一方面是有机无机混合基质的容量轻, 总孔隙度大,通气透氧性能好, 为莴苣提供了良好的根际环境; 另一方面是由于腐熟葵花秆能给莴苣提供一定的养分[ 20] 。
213 有机基质对作物产量和品质的影响
有机基质含有丰富的营养成分, 可显著提高作物产量(常见有机物料的养分含量见表3[ 1] )。基质本身养分的转化和释放对作物的供肥起重要作用,有机生态型栽培的基质中营养元素的供应水平与作物的营养吸收要求是一致的[ 21] 。朱世东等采用多功能营养型无土栽培基质(锯末+ 炉渣+ 蛭石+ 有机肥+ 混合基质)进行黄瓜、番茄和辣椒无土栽培研究结果表明, 由安徽农业大学研制、开发的多功能营养型无土栽培基质肥力较高, 养分基本平衡黄瓜、番茄和辣椒的产量较土培分别提高23. 83% 、27. 34%和32. 98%; 且产品质量均达/无公害0蔬菜标准[ 22] 。无害化处理后的有机基质减少了病虫害发生、农药使用大大减少, 产品可达到绿色产品的标准。柴伟国等人以西湖淤泥为主要原料, 配以砻糠灰、干鸡粪、菜籽饼等组配成有机型基质具有良好的理化性质, 栽培樱桃番茄的营养生长、干物质、Vc含量与糖度显著高于对照(基质采用泥炭+ 珍珠岩+ 泡沫粒= 3: 1: 1) [ 23] 。陈丽平等人研究了不同栽培基质模式对辣椒生长发育和产量品质的影响, 结果表明: 与土培、菇渣和珍珠岩1: 1 混合、营养液培、珍珠岩培相比, 菇渣培的辣椒提早了开花座果、采收的时间,株高、茎粗和叶面积值最大、长势强, 叶片物质合成快, 产量高, 果实V c、可溶性糖、蛋白质、干物质含量均与其它处理有明显差异[ 24 ] 。
3 研究展望
有机肥应用于无土栽培, 由于其理化性能不统一, 营养元素的释放不匀速, 并且使用时需要经过消毒、配比、处理等问题。因此研究农业废弃物的发酵、消毒技术, 是促进有机肥更广泛的应用于无土栽培生产的条件。不同有机肥的理化性质、肥效方面有了一定的研究; 但是有机肥的养分转化规律、作物的养分供应与根际微生物的活动的关系、根际营养和根系分泌物的关系, 这些又是如何影响基质微生物种群变化及其生物活性的, 这些都需要进一步深入的研究。另外基质中有益微生物的分离、鉴定和培养技术, 对于合理利用微生物的特性, 充分发挥基质微生物的作用, 促进植物生长, 提高无土栽培作物产量和品质有一定意义。
