绿色堆肥替代泥炭对有机与有机矿物施肥下石楠和络石生长及养分状况的影响

《Horticulturae》：Green Compost as a Peat Substitute Under Organic and Organo-Mineral Fertilization: Effects on Growth and Nutrient Status of Photinia and Star Jasmine

　　

绿色堆肥是一种有前景的容器苗圃生产中泥炭的替代品，但植物响应通常具有物种特异性。本研究评估了三种含有0%、36%和72%（体积比）绿色堆肥的生长基质（分别替代无、一半或全部泥炭组分），并结合三种施肥方案（未施肥、有机施肥和有机矿物施肥），对石楠（Photinia × fraseri ‘Red Robin’）和络石（Trachelospermum jasminoides）的生长、生物量、生物量分配及叶片大量元素含量的影响。研究发现，施肥是影响两种植物生长的首要因素，其中有机矿物施肥方案产生了最高值，而基质组成并未影响地上部生长。在石楠中，最高堆肥比例降低了根鲜重，并增加了叶片钾（K）、钙（Ca）和镁（Mg）浓度，主要发生在有机施肥条件下，但并未促进生长；未施肥植物仅在泥炭基质中向根系分配了更多生物量。在络石中，完全替代泥炭并未降低植株干重。然而，根鲜重有所下降，且在无泥炭基质中未施肥植物与施肥植物无显著差异。因此，在提供充足施肥的条件下，绿色堆肥可替代石楠中高达一半的泥炭，以及络石中全部的泥炭。这些结果来自单一生长周期和一批次堆肥，且未设置纯矿物肥料对照，尚需进一步验证。

论文解读：绿色堆肥作为泥炭替代物在有机与有机矿物施肥下对石楠和络石生长及养分状况的影响

1. 研究背景与目的

泥炭因其优良的物理性质、低pH值和低养分含量，长期以来一直是容器苗圃生产中的主要基质成分，使种植者能够精确控制施肥。然而，泥炭开采会破坏泥炭地生态系统并释放储存的碳，欧洲各国及欧盟层面现已出台多项旨在减少园艺业泥炭使用的倡议。由绿色废弃物和其他有机残渣制成的堆肥，因具有本地可得、相对廉价且能在循环经济框架内实现有机废弃物资源化等优势，成为被广泛研究的泥炭替代材料之一。相较于泥炭，绿色堆肥通常具有更高的容重、pH值、电导率（EC）和养分含量，其特性随原料和堆肥条件而变化。这些特点既可能成为优势（因为堆肥能供应作物所需的部分养分），也可能限制植物生长，特别是在高替代率或对盐分敏感的物种中。因此，植物对堆肥基质的响应具有很强的物种依赖性。例如，在石楠中，用绿色堆肥部分替代泥炭的研究结果不一，有的表现为生长降低，有的则无显著变化；而在基于波喜荡草堆肥和疏浚沉积物的无泥炭基质中，石楠及其他观赏灌木表现出良好的耐受性。由于堆肥改变了生长基质的养分供应，其作为泥炭替代物的应用也引发了如何调整施肥策略的问题。在大田和蔬菜种植系统中，用堆肥部分替代矿物肥料已在维持产量的同时改善了土壤质量，而结合速效矿物养分与缓释有机源的有机矿物肥料表现与单一来源策略相当。然而，关于堆肥基质如何与有机及有机矿物施肥在容器木本观赏植物中相互作用的研究仍然匮乏。本研究旨在评估不同比例绿色堆肥（0%、36%和72%，体积比）替代泥炭后，结合三种施肥方案（未施肥、有机施肥和有机矿物施肥），对石楠和络石两种重要观赏灌木的生长、生物量生产与分配以及叶片大量元素养分状况的影响。研究假设：（i）增加堆肥比例将提高基质养分有效性和叶片养分浓度；（ii）仍需施肥以维持生长，尤其是在泥炭基质中；（iii）两种植物对堆肥比例的响应将有所不同。

2. 主要技术方法

研究人员于2022年3月29日在意大利南部莫诺波利（Monopoli）的温室内开展试验。供试植物为石楠‘红罗宾’（Photinia × fraseri ‘Red Robin’）和络石（Trachelospermum jasminoides）的扦插苗。所用绿色堆肥由当地公司Compost Natura S.r.l.提供，原料包括草屑、修剪残枝、波喜荡草（Posidonia oceanica）碎屑、植物组织废料、未经处理的木材以及公司农业活动中产生的植物生物质，堆肥周期为8–12个月。试验设置三种基质（S）：S0（72%波罗的海泥炭:0%绿色堆肥:28%火山砾+浮石）、S36（36%泥炭:36%堆肥:28%火山砾+浮石）和S72（0%泥炭:72%堆肥:28%火山砾+浮石）。同时设置三种营养方案：不施肥对照（N0）、有机施肥（Norg，基于秘鲁鸟粪和海鸟粪的有机NPK肥料加有机氮肥）和有机矿物施肥（Nom，聚合物包膜控释肥加有机氮肥）。每种植物采用3×3因子设计（基质×营养方案），设3次重复，每重复10株，共27个试验单元（每物种270株）。移植后75天（DAT）进行破坏性取样，测量株高、株径、茎数、顶轴数、节数和叶数等形态指标，记录根、叶、茎的鲜重（FW）和干重（DW），计算干物质含量（DM%）、根冠比（RSR）、根质量分数（RMF）、叶质量分数（LMF）和分枝指数（BI）。采用凯氏定氮法测定叶片氮（N）含量，分光光度法测定磷（P），电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）测定钾（K）、钙（Ca）和镁（Mg）。利用叶绿素含量计测量叶绿素浓度（ChlC）。采用Siddiqi和Glass的利用指数（UI）评估养分利用效率。数据使用SAS 9.3版进行双因素方差分析（ANOVA），处理均值采用Student–Newman–Keuls（S.N.K.）检验在p≤0.05水平进行比较。

3. 研究结果

3.1 地上部形态参数

在石楠中，基质组成对任何生长参数均无显著影响。营养方案极显著影响株高（p≤0.001）和株径（p≤0.01），有机矿物施肥（Nom）植株最高（25.4 cm），其次为有机施肥（Norg，22.5 cm），未施肥（N0）最矮（18.9 cm）。基质与营养方案间存在显著交互作用（p≤0.001），S0×Norg和S0×Nom组合株高最大（27.8和27.4 cm），S0×N0最小（15.3 cm）。在络石中，基质组成同样不影响所有生长性状，但营养方案显著提高了株高（p≤0.05）、节数（p≤0.01）和叶数（p≤0.01），数值从未施肥对照至有机矿物处理递增（如叶数从30.5增至45.4）。显著的交互作用表明，S36×Nom组合产生最多节数（29.5）和叶数（52.0），而S0×N0最低（17.6和24.5）。

3.2 生物量生产

在石楠中，最高堆肥比例（S72）显著降低了根鲜重（p≤0.05），S72（1.89 g）低于S0（3.21 g），S36居中（2.46 g），但根干重不受影响。营养方案显著影响根鲜重（p≤0.01）和叶鲜重（p≤0.05），未施肥植株根鲜重最高（3.34 g），有机施肥最低（1.85 g），有机矿物施肥居中（2.37 g）；叶鲜重则在有机矿物处理下最高。根鲜重存在显著交互作用（p≤0.05）。在络石中，基质组成显著影响根鲜重（p≤0.05），S0（7.03 g）高于含堆肥基质（5.33–5.60 g）；叶干重在S0和S72高于S36。营养方案显著提高了根鲜重（p≤0.05）、叶鲜重（p≤0.01）和叶干重（p≤0.05），有机矿物处理均值最高。叶鲜重存在显著交互作用（p≤0.05），S0与有机或有机矿物施肥组合最高（6.93和7.00 g），S0×N0最低（4.00 g）。

3.3 叶绿素与叶片养分含量

在石楠中，叶片K、Ca和Mg浓度随堆肥比例增加而显著升高（p≤0.001），S72最高（K:1.81%；Ca:3.74%；Mg:0.66%），S0最低（K:0.83%；Ca:1.80%；Mg:0.34%）。基质不影响N、P和叶绿素含量。营养方案也显著影响K、Ca和Mg（p≤0.001），有机处理（Norg）浓度最高。N、P和叶绿素不受影响。N（p≤0.01）、K（p≤0.001）、Ca（p≤0.001）和Mg（p≤0.01）存在显著交互作用，S72×Norg组合K、Ca、Mg浓度为全试验最高。在络石中，基质组成显著影响叶片N（p≤0.001）和P（p≤0.01）浓度，N在S0和S72最高、S36最低，P在含堆肥基质（0.16–0.18%）高于S0（0.09%）。基质不影响K、Ca、Mg和叶绿素。营养方案显著降低了有机矿物处理下的叶片N含量（p≤0.01），其他养分不受影响。N存在显著交互作用（p≤0.01）。

3.4 整株生物量与干物质含量

在石楠中，基质组成显著影响总植株鲜重（p≤0.05），S0（9.92 g）高于S72（7.41 g），S36居中（9.34 g）。营养方案显著提高了地上部鲜重（p≤0.05）和根干物质百分比（p≤0.05），均在有机矿物处理下最高。无显著交互作用。在络石中，基质组成显著影响地上部干重（p≤0.01）、总植株干重（p≤0.01）、叶干物质百分比（p≤0.001）和根干物质百分比（p≤0.05），S0一般最高，S36最低。营养方案显著提高了地上部和总植株鲜重（p≤0.01）、干重（p≤0.01）以及根干物质百分比（p≤0.01），未施肥对照最低。所有参数均存在显著交互作用：在泥炭基质中，施肥显著提高了地上部鲜重和干重（S0×N0与S0×Norg和S0×Nom差异显著），而在S72中未施肥与施肥植株无显著差异。

3.5 利用指数（UI）

在石楠中，基质组成显著影响K、Ca和Mg的UI（p≤0.05），S72最低。营养方案显著影响N、K、Ca和Mg的UI（p≤0.05），有机矿物处理最高，对照与有机处理间无差异。P的UI不受影响，仅Ca的UI存在显著交互作用（p≤0.05）。在络石中，基质组成显著影响P和Ca的UI（p≤0.001），P的UI在S0（54.0）是含堆肥基质（20.7–25.8）的两倍以上，Ca的UI在S36最高、S72最低。营养方案显著影响N和Ca的UI（p≤0.05），N的UI在施肥处理下高于对照，Ca的UI在有机处理下最高。仅Ca的UI存在显著交互作用（p≤0.01）。

3.6 生物量分配

在石楠中，基质组成显著影响根冠比（RSR）（p≤0.01）、根质量分数（RMF）和叶质量分数（LMF）（p≤0.05），营养方案显著影响所有分配指数（RSR、RMF、LMF的p≤0.001，分枝指数BI的p≤0.05）。主效应显示RSR和RMF在S0和未施肥植株中最高，LMF相反，BI在未施肥植株中最高。然而，RSR、RMF（p≤0.001）和LMF（p≤0.01）存在显著交互作用，这些主效应完全源于未施肥的泥炭基质组合（S0×N0：RSR=0.59，RMF=0.37，LMF=0.38），该组合与其他所有组合差异显著，而其余八种组合间无差异。在含堆肥基质中，未施肥植物的分配模式与施肥植物相似。在络石中，基质组成、营养方案及其交互作用对任何生物量分配指数均无显著影响。

4. 讨论与结论

讨论部分指出，观赏苗木生产中不存在单一的泥炭替代方案，替代材料的性能取决于原料质量和栽培作物。本研究中，同一堆肥梯度在两种灌木中产生了不同响应，但在两个物种中，基质组成对生长的影响均小于施肥。对于石楠，基质组成不影响地上部生长，但最高堆肥比例降低了根鲜重和总植株鲜重，这与前人研究中该品种对堆肥基质的有限或负向响应一致，可能归因于堆肥的高电导率（EC）和盐分敏感性，但本研究未测定栽培期间基质EC和叶片Na浓度，故盐度仅为待验证的假说。对于络石，完全替代泥炭未显著降低干物质积累，但根鲜重降低，且显著的交互作用表明未施肥植株在无泥炭基质中与施肥植株无差异，提示堆肥供应的养分部分补偿了施肥缺失。有机矿物施肥方案在两种植物中多数生长和生物量指标上产生最高均值，但其效果可能源于更高的养分供应量和更快的有效性，而非源组合本身，且试验未包含纯矿物肥料对照。叶片养分数据显示，石楠中K、Ca、Mg浓度随堆肥比例增加而升高但未伴随生长增加，表明基质已提供充足养分，植物转向“资源消耗型”策略，利用指数（UI）的下降支持这一解释。生物量分配分析显示，石楠中未施肥的泥炭基质植株表现出最高的根系分配，符合功能平衡假说，而含堆肥基质中未施肥植物分配模式与施肥植物相似，表明堆肥养分足以防止向根系生长的转变。研究局限性包括：仅涵盖75天的单一生长周期和一批次堆肥，两种施肥方案在养分用量和来源上均有差异且缺乏纯矿物对照，以及UI基于叶片浓度估算。总体而言，研究部分支持了假设：堆肥提高了基质养分和部分叶片养分浓度但未提高叶片N；施肥是生长的主要驱动因素，尤其在泥炭基质中效应最明显；两种植物对堆肥的响应存在物种特异性。研究结论为：在本研究条件下，施肥而非基质组成是石楠和络石生长的首要因素，有机矿物施肥方案效果最佳。堆肥提高了基质养分含量和一些叶片养分浓度，但未改善生长。在石楠中，用堆肥替代一半泥炭（基质体积的36%）未显著降低生长或生物量，而完全替代降低了根鲜重。在络石中，完全替代泥炭（72%体积比）未降低植株干重。因此，在充足施肥条件下，石楠可用常规泥炭用量的一半进行栽培，络石可在无泥炭基质中生长。这些替代率基于单批次堆肥和单一生长周期，需通过多周期试验、不同批次堆肥、监测基质EC并设置矿物施肥参照来加以确认，并评估减少矿物肥料投入的潜力。