通过纤维成型技术整合稻草资源，能够促进番茄种植、提高堆肥效果，并带来经济效益

《International Biodeterioration & Biodegradation》：Coupling of rice straw resources through fiber molding enhance tomato cultivation, composting and economic benefits

本研究利用闲置水稻育苗棚种植番茄，采用稻秆纤维模作为种植容器，探究不同种植密度和施肥方式对番茄产量及容器降解的影响，并接种LLDMC菌群加速废弃物堆肥。优化方案显示，复合肥与有机肥结合、20cm株距的种植模式显著提高番茄产量（604.3g/株）和品质（可溶性糖67.2mg/g、蛋白质0.43mg/g、维生素C8.8mg/100g），蒙特卡洛模拟证实该模式每公顷经济效益达127314元。

　　

Wenrong Bing|Jinghong Wang|Xin Dou|Wei Zhang|Haipeng Wang|Kazuhiro Mochidzuki|Aman Khan|Weidong Wang

教育部盐碱植被生态恢复重点实验室，东北林业大学生命科学学院，哈尔滨，150040，中国

摘要

在中国东北地区，水稻的种植面积和产量都非常庞大。春季水稻育苗结束后，育苗棚闲置，导致大量土地被浪费。本研究利用稻草纤维成型材料作为容器，在闲置的育苗棚中种植番茄，并探讨了不同种植密度和施肥方法对番茄产量以及稻草纤维成型材料降解的影响。收获后的番茄残渣、使用的纤维成型材料及稻草被共同用作堆肥原料。为了提高这些高纤维稻草废弃物的堆肥效果，接种了低温木质纤维素分解微生物菌群LLDMC以促进堆肥过程。最终获得的堆肥以20325公斤/公顷的用量作为有机肥料施用，并与2498公斤/公顷的复合肥料配合使用，用于种植间距为20厘米的番茄。这种优化处理显著提高了番茄的产量（604.3克/株）和品质，表现为可溶性糖（67.2毫克/克）、可溶性蛋白（0.43毫克/克）和维生素C（8.8毫克/100克）含量的提升。LLDMC的接种有效增强了复合稻草废弃物的堆肥效果，并增加了木质纤维素分解微生物的多样性和丰富度。蒙特卡洛模拟验证了该方案的经济可行性，预计在中国东北地区每公顷可带来127,314元的收益。这种方法为最大化稻草价值及提升农业盈利能力提供了有效策略。

引言

在中国东北地区，水稻是最重要的粮食作物之一（Yin等人，2025年）。通常每年春季在温室中培育秧苗后将其移植到田地。移植后，这些温室通常会被闲置以保护苗床土壤的完整性（Zhu等人，2025年）。有研究表明，应采用综合评估方法来评估土地承载能力及农田的“潜在价值与限制”，并强调合理利用土地资源的重要性（Akbari等人，2022年）。因此，跟踪土地资源并系统规划土地利用是关键问题。在现代农业中，聚乙烯塑料盆存在环境风险，因为这些塑料盆会降解或释放化学物质，对土壤和植物健康产生不利影响（Wu等人，2024年）。相比之下，可生物降解的植物生长容器能够自然分解，保持土壤稳定性，同时减少或消除传统土壤净化和修复的成本和技术难题（Mena-Chacon等人，2025年；Taherian等人，2025年）。稻草作为一种主要的农业副产品，具有无毒性和可生物降解性，已被研究用于制作育苗盘（Seesatat等人，2021年）。然而，其应用受到降解不可预测性的限制，可能导致过早损坏或分解不完全。由于机械强度不足，这些容器往往无法承受生长季节中的搬运、灌溉和根系扩展带来的压力（Evans等人，2009年）。因此，具有可控降解性和优良机械性能的稻草纤维成型材料对于高效利用闲置土地至关重要。

番茄种植非常适合中国东北地区，因为其最佳生长温度（20-30°C）与该地区的春夏气候相符（Ha等人，2025年）。此外，番茄的生长周期与稻苗温室的闲置期相匹配，有助于高效利用这一土地资源。收获后这些容器和植物残渣的处理带来了环境挑战。因此，堆肥提供了一种可行的解决方案：稻草成型材料提供结构支撑，番茄残渣含有高水分及丰富的可溶性糖和蛋白质，是堆肥的宝贵氮源（Zhang等人，2025a）。当与大量稻草共同堆肥时，稻草能防止土壤压实并改善通气性（Lertsriwong等人，2025年）。这实现了废弃物的现场管理和田间应用，但半纤维素-木质素-纤维素相互作用会减缓自然堆肥过程并降低产品质量（Xu等人，2024年）。化学预处理方法（如深度共晶溶剂）虽能高效提取木质素，但成本高昂且操作复杂（Ma等人，2022年）。相比之下，木质纤维素分解微生物菌剂是一种实用的选择，可加速分解过程，缩短堆肥时间并提高肥料质量（Li等人，2025年）。然而，许多微生物菌剂易受气候变化影响，从而减缓初始发酵速率。在中国东北地区（黑龙江、吉林和辽宁），低温环境会限制微生物活性（Pan等人，2023年）。这种低温胁迫同时影响水稻种植和收获后的农业废弃物管理（包括堆肥）。因此，选择适应气候的微生物菌群对于在恶劣条件下保证堆肥效率至关重要。除了技术可行性外，经济可行性对农业生产也至关重要。优化种植方式可以提高产量，进而带来经济效益（Gómez-Flores等人，2025年；Lu等人，2025年）。

本研究建立了将稻草纤维成型与闲置育苗棚再利用相结合的农业废弃物资源回收综合利用模式。使用可生物降解的稻草盆种植番茄，以探讨种植密度和施肥对产量及盆材降解的影响。确定了最佳栽培参数以最大化生产力。收获后，番茄残渣、废弃的稻草盆和稻草共同进行堆肥。通过特定木质纤维素分解微生物菌群的辅助，阐明了高纤维废弃物的快速堆肥机制。最后，蒙特卡洛模拟验证了该方案的经济可行性。本研究为在低温条件下提高稻草回收的效率和经济效益提供了技术和数据支持。

化学物质与培养基

测试中使用了从北京益帆京彩农业科技有限公司购买的“京彩8号”番茄品种。实验室自制的有机肥料由奶牛粪便制成，含水量为9.5%，pH值为7.5，总氮含量为0.8%，总磷含量为620.0毫克/千克，总钾含量为11.1毫克/千克。有效磷和钾的含量分别为261.8毫克/千克和3.4毫克/千克。复合肥料的养分比为N:P?O?:K?O = 14:16:15。

优化稻草纤维成型材料中的番茄生长与品质

施肥和优化种植密度是促进作物生长和提高产量的关键措施（Ma等人，2025年）。如图1a所示，在固定株距条件下，不同施肥处理下的番茄植株高度存在显著差异。结合使用复合肥料和有机肥料的A2处理组，植株高度最高，达到141.1厘米（P < 0.05）。A2处理组的番茄茎秆直径也更大。

结论

本研究通过利用稻草纤维成型材料在闲置育苗棚中种植番茄，并对产生的农业废弃物进行堆肥，优化了番茄栽培方式。研究发现：

1. 建立了一种高效的水稻种植模式，结合闲置育苗棚、盆材成型和蔬菜种植以及堆肥技术。
2. 最佳种植方案是复合肥料与有机肥料的组合，株距为20厘米，显著提升了番茄的生长和品质。

作者贡献声明

Wenrong Bing：撰写初稿、数据可视化、验证、软件使用、方法设计、实验设计、数据分析、概念构建。 Jinghong Wang：数据验证。 Xin Dou：撰写与编辑、实验设计。 Wei Zhang：撰写与编辑、数据管理。 Haipeng Wang：撰写与编辑、实验设计。 Kazuhiro Mochidzuki：撰写与编辑、数据管理。 Aman Khan：撰写与编辑。 Weidong Wang：撰写与编辑。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢中国国家重点研发计划（2025YFD1700201）、国家自然科学基金（U22A20444）、中央高校基本科研业务费（2572023CT08）以及黑龙江省“双一流”建设项目“粮食作物绿色低碳化”（LJGXCG2022-107）对本研究的财政支持。