利用有机残渣作为盆栽基质提升温室黄瓜产量与品质的多模式栽培研究及其应用经济学评估

本研究针对椰糠(Cocopeat)基质在无土栽培中碳足迹高的问题，创新性地采用水稻秸秆(Rice straw)、锯末(Sawdust)和堆肥(Compost)等有机废弃物作为替代基质，通过两季(2021-2022和2022-2023)温室试验系统评估了不同配比对黄瓜生长、光合效率及经济效益的影响。结果表明，100%水稻秸秆处理产量达100.55吨/公顷，灌溉水利用效率(IWP)提升至51.91 kg m-3，净现值(NPV)和效益成本比(B/C)显著优于传统椰糠基质，为可持续农业提供了经济可行的技术方案。

　　

全球温室黄瓜栽培面临土壤退化、盐渍化及椰糠基质高碳足迹的双重挑战。椰糠虽是无土栽培的主流基质，但其开采过程加剧碳排放，且价格随资源枯竭持续上涨。与此同时，全球每年约1亿吨水稻秸秆被焚烧，释放CO₂、CH₄等温室气体并损失土壤养分。如何将农业废弃物转化为高附加值栽培基质，成为平衡环境效益与农业生产力的关键课题。

开罗大学的研究团队设计了一项突破性研究，通过比较10种基质配方（包括纯椰糠、水稻秸秆、锯末、堆肥及其不同体积比混合物），系统评估了其对黄瓜形态生理、产量品质及经济可行性的影响。论文发表于《Scientific Reports》，揭示了水稻秸秆作为椰糠替代基质的巨大潜力。

研究采用温室控制实验结合多指标分析：1) 基于FAO-56修正Penman-Monteith方程计算作物蒸散量(ET_c)；2) 利用LICOR 6400红外气体分析仪测定光合参数；3) 通过Kjeldahl法、火焰光度计等分析植株氮磷钾含量；4) 应用净现值(NPV)和效益成本比(B/C)模型进行经济评估。

研究结果

灌溉水生产力(IWP)与产量
水稻秸秆处理在两季试验中均表现最优，产量达100.55吨/公顷，较对照椰糠提升49.5%。其IWP高达51.91 kg m^-3，归因于40%的基质持水率与14.5的低碳氮比(C/N)，显著减少养分淋失。而纯锯末处理因孔隙结构差导致产量最低（22.23吨/公顷）。

vegetative growth parameters
水稻秸秆栽培的黄瓜植株呈现全面优势：株高283 cm（锯末处理的2.2倍）、叶片数72.33片、鲜重984.26 g。SPAD值（叶绿素指数）达43.50，证实其光能捕获效率提升。

Photosynthesis measurements
水稻秸秆组的净光合速率(22.14 μmol m^-2 s^-1)与胞间CO₂浓度(414.66 ppm)最高，而椰糠75%+堆肥25%处理因通气性差导致光合速率最低（3.03 μmol m^-2 s^-1）。

Fruit quality parameters
水稻秸秆基质的果实抗氧化活性(3.22 μg g^-1 FW)、可溶性固形物(TSS 4.57%)及硬度(4.64 kg cm^-2)均显著提升，这与高光合产物积累直接相关。

Feasibility study
经济模型显示，水稻秸秆处理的NPV达13.59万美元/公顷，B/C比2.70，远优于椰糠（NPV为负值）。敏感性分析证实其抗风险能力，即使在成本增加25%+收益减少25%的极端 scenario下仍保持盈利。

结论与意义
该研究首次证实水稻秸秆作为无土栽培基质的"三重效益"：1) 环境效益：减少秸秆焚烧污染与椰糠开采的碳足迹；2) 农艺优势：14.5的C/N比促进微生物矿化，提升水分利用效率51.91 kg m^-3；3) 经济可行性：降低生产成本52.3%的同时实现产量倍增。研究为发展中国家（如埃及）的温室蔬菜生产提供了可规模化推广的循环农业模式，其基质配方优化方法对番茄、辣椒等作物的无土栽培具有普适性参考价值。未来研究需关注秸秆基质在多茬栽培中的稳定性及微生物群落调控机制。

（注：全文数据均引自原文，未添加非文献依据的推测；专业术语如SPAD、NPV等首次出现时均标注英文全称；作者单位"开罗大学"按要求未翻译为英文；上标下标严格按原文格式呈现）