CN113711888A - 一种茄果类蔬菜栽培基质及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种茄果类蔬菜栽培基质及其制备方法。本发明茄果类蔬菜栽培基质，由有机腐熟物料、珍珠岩、蛭石、秸秆生物炭和促根型微生物菌剂组成。有机腐熟物料为由质量比为5：(1～2)：(1～2)：(1～3)的牛粪、食用菌菌渣、板栗壳和蔬菜秸秆组成的有机废弃物经腐熟发酵的物料。促根型微生物菌剂中的有效菌种为枯草芽孢杆菌。以体积份数计，各组分比重如下：有机腐熟物料4～6份；珍珠岩0.5～1.5份；蛭石1～2份；秸秆生物炭1～2份；促根型微生物菌剂0.5～1份。本发明具有生态效益，可有效促进设施蔬菜清洁化生产，减少蔬菜秸秆废弃物对农田污染，实现有机废弃物循环利用。与市售基质相比，本发明基质栽培的果蔬，各项性状均较优。

Description

一种茄果类蔬菜栽培基质及其制备方法
技术领域
本发明涉及茄果类轻简化栽培有机基质，具体涉及一种茄果类蔬菜栽培基质及其制备方法。
背景技术
据统计，我国2015年城乡有机废弃物年产生量超过60亿t，其中畜禽粪便产生量约38亿t，秸秆产生量超过10亿t。肥料化是其中重要的资源化途径之一，然而，农业废弃物单纯肥料化消纳体量有限，需多途径、多角度研究高值化产品。研制新型高碳土壤改良剂，研发无土栽培果蔬专用基质产品等是必经途径。
随着近年来我国设施面积的快速扩展，茄果类蔬菜，尤其是番茄因存在栽培管理方式简单、销路广、经济效益高等优势，现已成为我国设施内主要栽培的蔬菜作物。设施蔬菜复种指数高，造成蔬菜品质下降且减产，土壤质量降低，根结线虫严重等问题。现有的设施蔬菜连作障碍的解决措施一般通过轮作、土壤消毒、嫁接栽培、合理施肥等，如何在解决农林废弃物的高值化利用和环境污染问题的同时，开发出一种基质栽培休闲土壤，以解决障碍严重的土壤质量问题，是当前需要解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种茄果类蔬菜栽培基质及其制备方法。
第一方面。
本发明提供的一种茄果类蔬菜栽培基质，由有机腐熟物料、珍珠岩、蛭石、秸秆生物炭和促根型微生物菌剂组成。
本发明以有机腐熟物料为主要原料，有机腐熟原料可由农业有机废弃物腐熟发酵制得，农业有机废弃物作为可再生资源代替泥炭土等不可再生资源作为茄果类蔬菜栽培基质的组分之一，可减少农业有机废弃物的污染，实现农业有机废弃物的高值化利用。且与市售基质相比，本发明基质配方栽培的果蔬，株高、径粗、单果重、果蔬产量均等性状均较优，施肥量少。
本发明中，所述有机腐熟物料可为农业有机废弃物经腐熟发酵得到的物料，也可为自行制备得到的有机腐熟物料。例如，所用有机腐熟物料可为主要参照NY/T525-2021的要求的有机肥，具体地，有机腐熟物料的总养分含量(N+P2O5+K2O)≥4.0％，总有机质含量≥30％；pH接近中性，物理性状优良；粪大肠杆菌群数≤100个/g、蛔虫卵死亡率≥95％。所述农业有机废弃物可为畜禽粪便、动植物残体和以动植物产品为原料加工的下脚料等。
上述的茄果类蔬菜栽培基质中，所述有机腐熟物料可为由质量比为5：(1～2)：(1～2)：(1～3)的牛粪、食用菌菌渣、板栗壳和蔬菜秸秆组成的有机废弃物经腐熟发酵得到的物料，如由5：1：2：1.5的牛粪、食用菌菌渣、板栗壳和蔬菜秸秆组成的有机废弃物经腐熟发酵得到的物料。所述食用菌菌渣可为培养香菇的菌渣。
上述的茄果类蔬菜栽培基质中，所述秸秆生物炭具体可为玉米秸秆生物炭。
上述的茄果类蔬菜栽培基质中，所述促根型微生物菌剂中的有效菌种可为枯草芽孢杆菌。
上述的茄果类蔬菜栽培基质中，以体积份数计，各组分的比重可如下：
Figure BDA0003100622540000021
所述茄果类蔬菜栽培基质具体可为下述a1)-a5)中的任一种：
a1)以体积份数计，由下述组分组成：
有机腐熟物料4～6份，珍珠岩0.5～1.5份，蛭石1～2份，秸秆生物炭1～2份，促根型微生物菌剂0.5份；
a2)以体积份数计，由下述组分组成：
有机腐熟物料4～6份，珍珠岩0.5～1.5份，蛭石1.5～2份，秸秆生物炭1.5～2份，促根型微生物菌剂0.5份；
a3)以体积份数计，由下述组分组成：
有机腐熟物料6份，珍珠岩0.5份，蛭石1.5份，秸秆生物炭1.5份，促根型微生物菌剂0.5份；
a4)以体积份数计，由下述组分组成：
有机腐熟物料5份，珍珠岩1.5份，蛭石1.5份，秸秆生物炭1.5份，促根型微生物菌剂0.5份；
a5)以体积份数计，由下述组分组成：
有机腐熟物料4份，珍珠岩1.5份，蛭石2份，秸秆生物炭2份，促根型微生物菌剂0.5份。
上述的茄果类蔬菜栽培基质中，所述促根型微生物菌剂中的有效活菌数可≥10.0亿/g。
经检测，本发明茄果类蔬菜栽培基质的总养分含量(N+P2O5+K2O)为1％～5％，水分含量为≤40％，有机质含量(干基)≥25％，pH为5.5～7.5，容重为0.2～0.6g/cm3，总孔隙度为70％～85％，水气比为1：2.5～4。
第二方面。
本发明提供的上述任一项所述的茄果类蔬菜栽培基质的制备方法，包括如下步骤：将所述有机腐熟物料、所述珍珠岩、所述蛭石、所述秸秆生物炭和所述促根型微生物菌剂按照比例混合，即可得到所述茄果类蔬菜栽培基质。
上述的制备方法中，所述有机腐熟物料通过如下步骤制备得到：将有机废弃物与腐熟菌剂混合后建堆，得到堆体；使所述堆体进行好氧发酵，得到所述有机腐熟物料。本发明制备方法通过快速制备有机腐熟物料，可实现农业有机废弃物快速基质化应用。
上述有机腐熟物料的制备方法中，所述腐熟发酵可采用膜式发酵系统；
所述膜式发酵系统包括膜覆盖系统和通风系统；
所述膜覆盖系统以膨体聚四氟乙烯(ePTFE)微孔薄膜为覆盖膜；
所述通风系统被配置为检测所述堆体内部的氧气浓度，当氧气体积浓度小于13％时，为所述堆体曝气。
进一步地，所述曝气的强度为0.1～0.2m3/min，具体可为0.1m3/min；
每次曝气时间为20～30min，具体可为20min；
每隔15～30min检测一次堆体氧气浓度，具体可为20min或30min。
更进一步地，所述通风系统包括溶氧电极和曝气装置；所述曝气装置包括曝气泵、曝气管和曝气控制装置；
所述溶氧电极置于所述堆体内部；
所述曝气管置于所述堆体内部；
所述曝气控制装置被配置为自动读取所述溶氧电极记录的氧气浓度，当氧气体积浓度小于13％时，开启曝气泵；所述曝气泵将空气泵入曝气管进行曝气，曝气一定时间后，关闭曝气泵。
更进一步地，所述曝气控制装置包括手机控制端；所述溶氧电极记录的氧气浓度传输至手机控制端，当氧气体积浓度小于13％时，通过手机控制端向控制装置发送开关信号启动曝气泵。
本发明中，所述膨体聚四氟乙烯(ePTFE)微孔薄膜具有防水，透气，曝气增压，有效阻挡臭气大分子挥发，能加快堆肥发酵过程，并在通风系统的协助下，堆肥中可产生持续湿润富含氧气的发酵环境，促使微生物大量繁殖与氧气分解异化和合成同化作用，在这种环境下发酵物无死角、发酵效率高、有机肥质量优。
本发明方法中，畜禽粪便类、蔬菜类废弃物发酵12-20天即可得到有机腐熟物料，将有机腐熟物料作为茄果类蔬菜栽培基质，栽培后的茄果类蔬菜的秸秆可进一步制作为有机腐熟物料，即可以解决农林废弃物的污染问题，又可以实现其循环利用。
第三方面。
本发明提供了上述任一项所述的茄果类蔬菜栽培基质在栽培西红柿中的应用。
上述应用体现在下述(1)-(3)中的至少一种：
(1)提高西红柿的糖度；
(2)提高西红柿单株质量；
(3)增加西红柿植株茎粗。
本发明具有如下有益效果：
(1)本发明具有生态效益，可有效促进设施蔬菜清洁化生产，减少蔬菜秸秆废弃物对农田污染，实现有机废弃物循环利用。本发明茄果类蔬菜栽培基质与市售基质相比，可大大节约成本，果蔬生长效果对比，本发明基质配方栽培的果蔬，株高、径粗、单果重、果蔬产量均等性状均较优，施肥量少。
(2)综合目前北京有机废弃物种类，本发明茄果类蔬菜栽培的基质配方，一方面提供有机废弃物高值化利用的新途径，另一方面也实现设施果蔬种植的清洁化生产，使蔬菜秸秆快速循化利用。通过有机废弃物快速基质化应用，实现用废弃物替代市面上销售的基质中高含量泥炭土(泥炭土产于东北，资源紧，且其作为一种不可再生资源)。
(3)本发明膜式发酵系统包括膜覆盖系统和通风系统，膜覆盖系统中的膨体聚四氟乙烯(ePTFE)微孔薄膜具有防水，透气，曝气增压，有效阻挡臭气大分子挥发，能加快堆肥发酵过程，并在通风系统的协助下，堆肥中可产生持续富含氧气的发酵环境，促使微生物大量繁殖与氧气分解异化和合成同化作用，在这种环境下发酵物无死角、发酵效率高、有机肥质量优。
附图说明
图1为本发明方法所用的膜式发酵系统的结构示意图。
图1中，各标记如下：
1-覆盖膜、2-溶氧电极、3-曝气泵、4-曝气管。
图2为本发明膜式发酵系统中通气系统的运行逻辑图。
具体实施方式
本发明提供的一种茄果类蔬菜栽培基质，由有机腐熟物料、珍珠岩、蛭石、秸秆生物炭和促根型微生物菌剂组成。本发明可有效促进设施蔬菜清洁化生产，减少蔬菜秸秆废弃物对农田污染，实现有机废弃物循环利用。
本发明提供的茄果类蔬菜栽培基质的制备方法，包括如下步骤：将有机腐熟物料、珍珠岩、蛭石、秸秆生物炭和促根型微生物菌剂按照比例混合，即可得到茄果类蔬菜栽培基质。有机腐熟物料通过如下步骤制备得到：将有机废弃物与腐熟菌剂混合后建堆，得到堆体；使堆体进行好氧发酵，得到有机腐熟物料；好氧发酵采用膜式发酵系统；膜式发酵系统包括膜覆盖系统和通风系统；膜覆盖系统以膨体聚四氟乙烯微孔薄膜为覆盖膜；通风系统被配置为检测堆体内部的氧气浓度，当氧气体积浓度小于13％时，为堆体曝气。膜覆盖系统中的膨体聚四氟乙烯微孔薄膜能加快堆肥发酵过程，并在通风系统的协助下，堆肥中可产生持续富含氧气的发酵环境，促使微生物大量繁殖与氧气分解异化和合成同化作用，发酵效率高、有机肥质量优。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1、制备茄果类蔬菜栽培基质
一、腐熟发酵制备有机腐熟物料
腐熟菌剂：北京沃土天地生物科技股份有限公司，VT100菌剂(通用型)-沃土天地。
堆肥设备：北京比奥瑞生物科技有限公司，农环岛纳米膜式发酵设备
堆肥原料：牛粪：菌渣：板栗壳：蔬菜秸秆＝5：1：2：1.5(质量比)。
如图1所示，膜式发酵系统包括：膜覆盖系统和通风系统；
膜覆盖系统以膨体聚四氟乙烯(ePTFE)微孔薄膜为覆盖膜1。
如图2所示，通风系统被配置为检测堆体内部的氧气浓度，当氧气浓度小于13％时，为堆体曝气。进一步地，曝气的强度为0.1～0.2m3/min；每次曝气时间为20～30min；每隔15～30min检测一次堆体氧气浓度。
通风系统包括溶氧电极2和曝气装置；曝气装置包括曝气泵3、曝气管4和曝气控制装置；
溶氧电极2置于堆体内部；
曝气管3置于堆体内部；
曝气控制装置被配置为自动读取溶氧电极2记录的氧气浓度，当氧气浓度小于13％时，开启曝气泵3；曝气泵3将空气泵入曝气管4进行曝气，曝气一定时间后，关闭曝气泵3。
更进一步地，曝气控制装置包括手机控制端；溶氧电极2记录的氧气浓度传输至手机控制端，当氧气浓度小于13％时，通过手机控制端向控制装置发送开关信号启动曝气泵3。
堆肥过程如下：
牛粪是从北京昌平区中国农机院生态农业科技园养牛场采集。食用菌菌渣取自北京市农林科学院食用菌课题组；板栗壳取自密云区黑山寺村的板栗壳；蔬菜秸秆为西红柿秸秆，取自北京市农林科学院温室，使用前切成3～5cm长的碎片。其中，食用菌菌渣为培养香菇后的菌渣，由质量比为68:15:15的棉籽壳、玉米芯和麸皮组成。
步骤一、将蔬菜秸秆粉碎，菌渣去塑料袋与畜禽粪污和板栗壳及腐熟菌剂(堆肥激发制剂，添加比例为有机废弃物原料总质量的5％)充分混匀，控制所述物料的含水率为55-65％(如60％)，碳氮比在25：1-35：1(如30：1)。
步骤二、将物料堆成堆体(长4，宽1.5，高1米)，建堆覆膜完成后，采用膜式发酵系统进行腐熟发酵，发酵过程中，进行连续或者间断曝气，根据溶氧仪显示调整通氧频率。
在建堆覆膜完成后，曝气过程全部自动控制，根据物料量，设计曝气强度，一般定为每一立方米的物料需要0.1-0.2m3/min，可连续或者间断曝气。通常来说，畜禽粪便类、蔬菜类废弃物发酵12-20天，期间经过55℃以上高温期48～72h杀虫卵、灭菌，发酵完成后备用制有机基质。本实施例中，曝气强度控制在0.1m3/min，每次曝气时间为20min，每隔30min检测一次氧气浓度，发酵时间为15天。期间经过55℃以上高温期60h杀虫卵、灭菌，得到有机腐熟物料。
不同有机物料组合发酵处理后，有机腐熟物料的总养分含量(N+P2O5+K2O)>4％，总有机质含量≥30％，pH接近中性，物理性状优良；粪大肠杆菌群数≤100个/g、蛔虫卵死亡率≥95％。蔬菜废弃物与其他有机物料混合堆肥处理，解决蔬菜废弃物污染菜田的困境。
发酵好的有机腐熟物料自然风干过筛，筛选出粒径大于5cm的物料和杂质备用。
三、制备茄果类蔬菜栽培基质
珍珠岩：2-4mm。
蛭石：1-3mm。
秸秆生物炭：购自河南立泽环保科技有限公司，产品名称生物炭，材料：玉米秸秆；规格：粉末状；pH:9。
高效促根型微生物菌剂：购自雷邦斯生物技术(北京)有限公司，【商品名】：优菌·爆根，有效活菌数≥10.0亿/g；有机质≥68.0％。【有效菌种名称】：枯草芽孢杆菌。
以上述快速腐熟的有机废弃物(有机腐熟物料)为主要原料，按照如下配方充分搅拌均匀形成成品基质：
以体积份数计，茄果类蔬菜栽培基质由下述组分组成：
有机腐熟物料4～6份，珍珠岩0.5～1.5份，蛭石1～2份，秸秆生物炭1～2份，高效促根型微生物菌剂0.5～1份。
本发明茄果类蔬菜栽培基质能够促进作物生长，增加产量，减少肥料使用，改良生态环境。
茄果类蔬菜栽培基质的各项目检测结果如下表1所示。
表1、茄果类蔬菜栽培基质的各项目检测结果
项目 要求
总养分含量(N+P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>+K<sub>2</sub>O) 1-5
水分含量/(％) ≤40
有机质含量(干基)/(％) ≥25
pH 5.5-7.5
容重/(g/cm<sup>3</sup>) 0.2-0.6
总孔隙度/(％) 70-85
水气比 1:2.5-4
四、应用效果
以市售基质为对照，设置三个不同的处理(基质配方见表2)进行基质栽培茄果类蔬菜的盆栽实验，不同栽培基质的基本化学性质(表3)。西红柿品种为佳美一号，盆栽验证试验，栽培盆尺寸40*30，每个实施例18盆。定植时浇透水，定植5d后视植株长势和天气情况浇水。在番茄生长期间采取统一的灌水和追肥制度，定植后15d进行第1次追肥，以后随植株生长每隔10d追肥1次，追肥为无机肥NPK复合肥。番茄留4穗果，其他管理措施同常规管理。
有机质采用重铬酸钾容量法测定，总氮采用硫酸－过氧化氢消煮－凯氏定氮方法测定，总磷采用硫酸－过氧化氢消煮－分光光度计方法测定，总钾采用火焰光度计方法测定。参照郭世荣.无土栽培学[M].北京:中国农业出版社,2012:423-425，423-425.中公开的方法检测基质的pH值、EC值、容重和总孔隙度指标。
用直尺测量株高，从茎基部到心叶的距离为植株高度。用游标卡尺测量茎粗，测量茎基部的粗度。利用游标卡尺量取果实的横径、纵径，再根据横径/纵径公式计算果实的果型指数；利用天平称量单果重。利用WYT-80型手持折光仪测定果实糖度；氢氧化钠溶液滴定法测定可滴定酸。
表2、不同栽培基质的配方
Figure BDA0003100622540000071
表3、不同栽培基质的基本化学性质
处理 处理1 处理2 处理3 市售基质
有机质％ 33.5 30.58 28.12 26.50
全氮％ 0.098 0.085 0.066 0.038
全磷％ 0.108 0.086 0.079 0.028
全钾％ 1.47 1.28 1.15 1.32
pH 7.41 7.21 6.93 7.54
EC 2.69 2.46 2.08 1.28
总孔隙度(％) 80.11 78.12 75.38 67.11
容重g/cm<sup>3</sup> 0.24 0.36 0.41 0.47
表4、不同栽培基质对番茄果实与植株检测情况
实施例 株高/cm 茎粗/mm 果形指数 单果重/g 果实糖度/％ 可滴定酸/％ 糖酸比
处理1 282cm 11.67 0.83 77.06 7.60 0.96 7.92
处理2 275cm 10.01 0.81 91.26 7.30 0.91 8.01
处理3 265cm 10.94 0.84 83.74 6.57 0.72 9.13
市售基质 264cm 8.58 0.85 65.11 4.37 0.95 4.60
单果重、果型指数是判断果实质量的重要指标。从表4可以看出，处理2的番茄单果重最高，为91.26g，与其他处理相比，分别高出处理1、处理3、市售基质14.2g、7.52、26.15g，番茄果实质量较好；果型指数是番茄果实的纵茎与横茎之比，从表中可知，不同处理间没有显著差异，果实形状均为扁圆，果实质量均较好。
番茄果实风味是衡量番茄品质的一个重要指标，其中可溶性糖、可滴定酸、糖酸比均可以体现出番茄的果实的风味品质状况。处理1、处理2、处理3的果实糖度均高于市售基质，处理3的酸度比市售基质低24％，可滴定酸出了处理3外，其余结果处理差异不大。糖酸比能够直观的看出番茄果实的风味品质，糖酸比越高，说明番茄的风味品质越高。说明不同比例腐熟有机物料基质能够增加番茄果实的营养品质，从而促进了风味品质。
植株长势来看，植株高度差异不显著，植株茎粗差异较大，三个处理径粗均高于市售基质组。

Claims (10)

1.一种茄果类蔬菜栽培基质，由有机腐熟物料、珍珠岩、蛭石、秸秆生物炭和促根型微生物菌剂组成。
2.根据权利要求1所述的茄果类蔬菜栽培基质，其特征在于：所述有机腐熟物料为由质量比为5：(1～2)：(1～2)：(1～3)的牛粪、食用菌菌渣、板栗壳和蔬菜秸秆组成的有机废弃物经腐熟发酵得到的物料。
3.根据权利要求1或2所述的茄果类蔬菜栽培基质，其特征在于：所述促根型微生物菌剂中的有效菌种为枯草芽孢杆菌。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的茄果类蔬菜栽培基质，其特征在于：以体积份数计，各组分的比重如下：
Figure FDA0003100622530000011
5.根据权利要求1-4中任一项所述的茄果类蔬菜栽培基质，其特征在于：所述促根型微生物菌剂中的有效活菌数≥10.0亿/g。
6.权利要求1-5中任一项所述的茄果类蔬菜栽培基质的制备方法，包括如下步骤：将所述有机腐熟物料、所述珍珠岩、所述蛭石、所述秸秆生物炭和所述促根型微生物菌剂按照比例混合，即可得到所述茄果类蔬菜栽培基质。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述有机腐熟物料通过如下步骤制备得到：将有机废弃物与腐熟菌剂混合后建堆，得到堆体；使所述堆体进行好氧发酵，得到所述有机腐熟物料；
所述好氧发酵采用膜式发酵系统；
所述膜式发酵系统包括膜覆盖系统和通风系统；
所述膜覆盖系统以膨体聚四氟乙烯微孔薄膜为覆盖膜；
所述通风系统被配置为检测所述堆体内部的氧气浓度，当氧气体积浓度小于13％时，为所述堆体曝气。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述曝气的强度为0.1～0.2m3/min；
每次曝气时间为20～30min；
每隔15～30min检测一次氧气浓度。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于：所述通风系统包括溶氧电极和曝气装置；所述曝气装置包括曝气泵、曝气管和曝气控制装置；
所述溶氧电极置于所述堆体内部；
所述曝气管置于所述堆体内部；
所述曝气控制装置被配置为自动读取所述溶氧电极记录的氧气浓度，当氧气体积浓度小于13％时，开启曝气泵；所述曝气泵将空气泵入曝气管进行曝气，曝气一定时间后，关闭曝气泵。
10.权利要求1-5中任一项所述的茄果类蔬菜栽培基质在栽培西红柿中的应用。
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