苑舉民,何寬信*,李立新,胡蓉花,石 屹,杏朝剛,張超群,陳國軍(.江西省煙葉科學(xué)研究所,南昌 005;.吉安市煙草公司,江西 吉安 4000;.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所,青島660)
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江西烤煙生產(chǎn)常用有機(jī)肥質(zhì)量研究
苑舉民1,何寬信1*,李立新1,胡蓉花2,石 屹3,杏朝剛1,張超群1,陳國軍3
(1.江西省煙葉科學(xué)研究所,南昌 330025;2.吉安市煙草公司,江西 吉安 343000;3.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所,青島266101)
摘 要:通過室內(nèi)檢測(cè)各肥料養(yǎng)分、有機(jī)營養(yǎng)成分和有害成分含量,對(duì)江西烤煙生產(chǎn)常用有機(jī)肥質(zhì)量進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,商品有機(jī)肥大部分水分超限、過半產(chǎn)品有機(jī)質(zhì)含量未達(dá)到低限標(biāo)準(zhǔn)。從水分、有機(jī)質(zhì)、總養(yǎng)分,有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)等指標(biāo)綜合分析,TT質(zhì)量較高,SN、TD其次,這3種有機(jī)肥較明顯好于QS、JS。各種商品有機(jī)肥鉛、鎘、鉻、砷、汞含量均在2011年有機(jī)肥料執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)(NY 525—2002)限量范圍內(nèi)。主成分分析得出,第1主成分為碳氮因子,第2主成分為磷鉀因子。系統(tǒng)聚類分析與主成分分析分類結(jié)果一致,14個(gè)樣品分為5類,分別為未發(fā)酵餅肥,發(fā)酵餅肥,氨基酸含量高、含量中等、含量低的商品有機(jī)肥。相關(guān)分析得出,有機(jī)質(zhì)、粗脂肪、總糖、總氨基酸、總氮各指標(biāo)之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。第一主成分中的總氨基酸含量是衡量有機(jī)肥品質(zhì)最為重要的指標(biāo)和可控指標(biāo)之一。
關(guān)鍵詞:烤煙;有機(jī)肥;養(yǎng)分;質(zhì)量;主成分
對(duì)有機(jī)肥質(zhì)量評(píng)價(jià)既有傳統(tǒng)的有機(jī)肥肥效試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法,又有以統(tǒng)計(jì)學(xué)為基礎(chǔ)的分類評(píng)價(jià)方法[1]。趙夢(mèng)霞等[2]依據(jù)氮、有機(jī)物、鉀、磷四因子各自對(duì)作物的重要性,分別給以40%、25%、20%、15%的權(quán)重對(duì)河南有機(jī)肥進(jìn)行賦值分類。有關(guān)學(xué)者曾利用模糊子集法和采用單層次關(guān)聯(lián)評(píng)估方法對(duì)不同肥料進(jìn)行綜合分析研究。張艷艷等 對(duì)煙田常用有機(jī)肥進(jìn)行主成分分析得出,有機(jī)肥第一、二、三主成分分別為碳因子、氮因子、磷因子。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展和農(nóng)業(yè)內(nèi)部產(chǎn)業(yè)化結(jié)構(gòu)的調(diào)整、有機(jī)肥料趨于產(chǎn)業(yè)化、商品化[6],有機(jī)肥料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(NY 525—2002)于2002年8月發(fā)布,為商品有機(jī)肥的監(jiān)管起到了重要約束作用,填補(bǔ)了有機(jī)肥料行業(yè)的空白。隨著時(shí)代進(jìn)步,2011年9月發(fā)布了相對(duì)更為嚴(yán)格的新標(biāo)準(zhǔn)NY 525—2011,2012年進(jìn)行了修改,于3月發(fā)布了現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)NY 525—2012。NY 525—2012與NY 525—2002差別主要為以下3個(gè)方面??偵?、總汞、總鉛、總鉻指標(biāo)限量更為嚴(yán)格;對(duì)有機(jī)質(zhì)、總養(yǎng)分含量要求有所提高,對(duì)水分(鮮樣)含量、酸堿度要求更寬松;有機(jī)質(zhì)含量計(jì)算增加了校正系數(shù)1.5[7]。
商品有機(jī)肥目前在煙草種植中得到廣泛應(yīng)用,但是對(duì)烤煙商品有機(jī)肥質(zhì)量研究還未見有報(bào)道。本文以江西烤煙生產(chǎn)常見商品有機(jī)肥為材料,通過室內(nèi)檢測(cè)各養(yǎng)分含量、有機(jī)營養(yǎng)成分和有害成分含量,并利用主成分分析、聚類分析等多元統(tǒng)計(jì)方法綜合研究其質(zhì)量,旨在為選擇優(yōu)質(zhì)烤煙商品有機(jī)肥提供科學(xué)依據(jù)。
1.1 采樣地點(diǎn)
采集的樣品為近兩年江西煙葉產(chǎn)區(qū)從本地、福建、云南新引進(jìn)的常用商品有機(jī)肥,采樣時(shí)間為2011年,采樣點(diǎn)分布在江西省興國縣、黎川縣、峽江縣、瑞金市主要產(chǎn)煙縣(市),具體采樣地點(diǎn)與種類如表1。其中TD、SN有機(jī)肥為2011年江西煙草采購的中標(biāo)物資,采購量分別為2542 t、5926 t,采購比例分別為30.02%、69.98%。CK1、CK3為在當(dāng)?shù)刭徺I的菜籽餅,CK2、CK4為利用當(dāng)?shù)夭俗扬灨鶕?jù)煙農(nóng)習(xí)慣添加少量糞尿自制發(fā)酵的菜籽餅肥。
1.2 樣品采集與制備
樣品采集制備依據(jù)有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)(NY525—2002)[8]進(jìn)行。
表1 有機(jī)肥樣品采集種類與地點(diǎn)Table 1 Type and location of the tested organic fertilizers
1.3 檢測(cè)方法
檢測(cè)指標(biāo)包括總氮、總磷、總鉀、粗脂肪、氨基酸、總糖、有機(jī)質(zhì)、氯離子、糞大腸菌值、重金屬等。
總氮、總磷、總鉀、有機(jī)質(zhì)測(cè)定參照有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)(NY525—2002)進(jìn)行,氨基酸用83550型氨基酸分析儀測(cè)定(GB/T 14965—94)[9],總糖采用鐵氰化鉀比色法、粗脂肪采用福斯自動(dòng)索式提取系統(tǒng)測(cè)定[10-11],Cl-測(cè)定參照GB 15063—2009復(fù)混肥料標(biāo)準(zhǔn)附B進(jìn)行,糞大腸菌值測(cè)定參照GB 7959—1987糞便無害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行,鉛、鎘、鉻、砷、汞利用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)測(cè)定。
1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析
全文試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用 Excel 2003和 DPS軟件(7.05版)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
2.1 有機(jī)肥質(zhì)量分析
2.1.1 有機(jī)肥有機(jī)質(zhì)含量及主要養(yǎng)分含量狀況2011年樣品采集時(shí)執(zhí)行的有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)為 NY 525—2002,規(guī)定有機(jī)肥料總養(yǎng)分(N+P2O5+K2O,以烘干基計(jì))≥4%,有機(jī)質(zhì)(以烘干基計(jì))≥300g/kg,水分(鮮樣)≤20%。由有機(jī)肥常規(guī)指標(biāo)含量及與限量標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)偏差(表2、3)可知,TT、TD有機(jī)肥總養(yǎng)分含量最大,SN、QS次之,JS總養(yǎng)分含量最低,但均達(dá)到了4%的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。JS、QS有機(jī)質(zhì)含量分別較明顯低于標(biāo)準(zhǔn),TD有機(jī)質(zhì)含量稍低于標(biāo)準(zhǔn);SN、TT有機(jī)肥有機(jī)質(zhì)含量均明顯超過標(biāo)準(zhǔn)。除SN有機(jī)肥外,TD、QS有機(jī)肥水分含量嚴(yán)重超標(biāo),TT、JS有機(jī)肥水分含量超標(biāo)也較為嚴(yán)重。綜上所述,根據(jù)肥料總養(yǎng)分、有機(jī)質(zhì)、水分技術(shù)參數(shù)對(duì)照有機(jī)肥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來講,TT質(zhì)量較高,SN、TD其次,這3種有機(jī)肥較明顯好于QS、JS。
另外,未發(fā)酵菜籽餅氮、有機(jī)質(zhì)含量遠(yuǎn)高于其他肥料,發(fā)酵菜籽餅肥氮含量也較高,但發(fā)酵后氮、有機(jī)質(zhì)含量明顯降低。由表2可以看出,未發(fā)酵菜籽餅有機(jī)營養(yǎng)含量遠(yuǎn)高于其他肥料,SN、TT有機(jī)肥的粗脂肪、總糖、總氨基酸含量明顯高于TD、QS、JS,TD有機(jī)營養(yǎng)總量略高于JS,QS有機(jī)營養(yǎng)總量最低。對(duì)同種肥料而言,TT兩個(gè)樣品間鉀含量、粗脂肪含量、總氨基酸含量,TD兩個(gè)樣品間鉀含量和磷含量,SN兩個(gè)樣品間鉀含量有較明顯的差別。
表2 有機(jī)肥常規(guī)指標(biāo)與有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)含量Table 2 Conventional indexes and organic nutrient contents of different organic fertilizers
2.1.2 有機(jī)肥中限制性指標(biāo)含量狀況 從表4中重金屬等成分含量可以看出,QS有機(jī)肥 Cl-含量2.52%~2.86%,TD有機(jī)肥Cl-含量1.37%~1.49%,明顯高于其他 3種肥料。各種有機(jī)肥鉛、鎘、鉻、砷、汞含量,糞大腸菌值均在2011年執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)(NY 525—2002)限量范圍內(nèi)。
表3 有機(jī)肥各指標(biāo)含量與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(NY 525—2002)值相對(duì)偏差 %Table 3 The relative deviation of the quality indicators of different organic fertilizers and the values of the industrial standard (NY 525-2002)
表4 各種有機(jī)肥重金屬等成分含量Table 4 Content of heavy metals and other ingredients of the organic fertilizers
2.2 有機(jī)肥化學(xué)成分的主成分分析
2.2.1 有機(jī)肥化學(xué)成分的主成分分析 根據(jù)表 2中有機(jī)肥總氮、總磷、總鉀、有機(jī)質(zhì)、總糖、粗脂肪、總氨基酸含量,用R型分析對(duì)有機(jī)肥樣品進(jìn)行主成分分析。由表5知,前兩個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)到89.34%,因此只求出前兩個(gè)主成分即可,用y1、y2…y7表示樣本主成分,根據(jù)表6樣本相關(guān)陣的特征向量前兩個(gè)主成分的表達(dá)式分別為:
從第1主成分y1看,總氨基酸x7、總糖x5、總氮x1、粗脂肪x6、有機(jī)質(zhì)x4的系數(shù)比較大,當(dāng)樣品的第1主成分分值比較大時(shí),必有樣品的有
表5 樣本相關(guān)陣R的特征根、貢獻(xiàn)率及累計(jì)貢獻(xiàn)率Table 5 Characteristic roots, contribution ratio,accumulative contribution rate of the sample related array
2.2.2 應(yīng)用主成分值對(duì)樣品進(jìn)行分類 根據(jù)表7中第1、2主成分值,將14個(gè)有機(jī)肥樣品的第1、第2主成分值分別作為樣品的橫、縱坐標(biāo),并在二維平面上描點(diǎn)作圖,得到圖1,把圖中相近的點(diǎn)視為一類,則可分為5類(表8),如下:第1類:CK1、CK3,為未發(fā)酵餅肥。第1主成分分值最高,第2主成分分值較低,總氨基酸、總糖、總氮、粗脂肪、有機(jī)質(zhì)含量均遠(yuǎn)高于其他肥料高,磷鉀含量較低;第2類:CK2為發(fā)酵餅肥。第1主成分分值較高,第2主成分分值最低,總氨基酸、粗脂肪含量較高,總氮、有機(jī)質(zhì)、總糖含量中等,磷鉀含量最低;第3類:CK4、TTⅠ、TTⅡ、SNⅠ、SNⅡ,主要為氨基酸含量高的商品有機(jī)肥。第 1主成分分值中等,機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)(總氨基酸、總糖、粗脂肪)、有機(jī)質(zhì)、總氮含量比較高,因此認(rèn)為第1主成分為碳氮因子。第2主成分y2中總磷x2、總鉀x3的系數(shù)比較大,當(dāng)樣品的第2主成分分值比較大時(shí),必有樣品的總磷、總鉀含量比較高,因此認(rèn)為第2主成分為磷鉀因子。第2主成分分值較高,總氨基酸、總糖、總氮、粗脂肪、有機(jī)質(zhì)含量中等,磷鉀含量較高;第 4類:TDⅠ、TDⅡ,為氨基酸含量中等的商品有機(jī)肥。第1主成分分值較低,第2主成分分值最高,總氨基酸、總糖、總氮、粗脂肪、有機(jī)質(zhì)含量較低,磷含量最高。第5類:JSⅠ、JSⅡ、QSⅠ、QSⅡ,為氨基酸含量低的商品有機(jī)肥。第 1主成分分值較低,第2主成分分值中等,總氨基酸、總糖、總氮、粗脂肪、有機(jī)質(zhì)含量最低,磷鉀含量中等。
表6 樣本相關(guān)陣的特征向量Table 6 Feature vector of the sample related array
表7 有機(jī)肥樣品的第1、2主成分分值Table 7 Principle component score values of the organic fertilizers
圖1 有機(jī)肥樣品主成分分析分類圖Fig.1 Distribution map of the principal component analysis on organic fertilizer samples
2.3 有機(jī)肥化學(xué)成分聚類分析
根據(jù)有機(jī)肥樣品的總氮、總磷、總鉀、有機(jī)質(zhì)、總糖、粗脂肪、總氨基酸含量對(duì)樣品進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析,對(duì)化學(xué)成分含量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化變換處理,按歐式距離離差平方和法進(jìn)行聚類,結(jié)果表明,按照歐式距離3計(jì)算,可分為5類(圖2),與主成分分析分類結(jié)果一致。
2.4 有機(jī)肥化學(xué)成分相關(guān)分析
根據(jù)14種有機(jī)肥的有機(jī)質(zhì)、粗脂肪、總糖、總氨基酸、總氮、總磷、總鉀含量做相關(guān)分析,得出各指標(biāo)間相關(guān)系數(shù)如表9,由結(jié)果可見,有機(jī)質(zhì)、粗脂肪、總糖、總氨基酸、總氮各指標(biāo)之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。有機(jī)質(zhì)、粗脂肪、總糖、總氨基酸、總氮5個(gè)指標(biāo)與總磷、總鉀均為負(fù)相關(guān),與總磷未達(dá)顯著水平,粗脂肪、總糖、總氨基酸、總氮與總鉀呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。另外,總磷與總鉀呈正相關(guān),但未達(dá)顯著水平。
表8 各類有機(jī)肥營養(yǎng)含量及特點(diǎn)Table 8 Nutrient contents and characteristics of various organic fertilizers
圖2 有機(jī)肥化學(xué)成分聚類圖Fig.2 Distribution map of the organic fertilizer samples
表9 有機(jī)肥化學(xué)成分含量間的相關(guān)系數(shù)Table 9 Correlation coefficients between different nutrientcontents of the organic fertilizers
除總養(yǎng)分外,多數(shù)商品有機(jī)肥有機(jī)質(zhì)、含水量沒有達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),產(chǎn)品合格率低;對(duì)同種肥料而言,不同地點(diǎn)采集的樣品部分指標(biāo)差距較大,反映了商品有機(jī)肥的均質(zhì)化程度差距較大。這需要肥料行業(yè)和肥料采購部門引起足夠重視。造成產(chǎn)品合格率低、均質(zhì)化程度低的原因有,一是生產(chǎn)廠家生產(chǎn)設(shè)備、工藝落后,大多缺乏烘干設(shè)備造成水分超限,產(chǎn)品濕度大,均質(zhì)化降低;二是有機(jī)肥屬于煙草行業(yè)季節(jié)性集中招標(biāo)采購的物資,中標(biāo)后生產(chǎn)廠家開始生產(chǎn),工期有限,為履行合同趕工期造成質(zhì)量下降。建議煙草行業(yè)在農(nóng)用物資采購時(shí)盡量提前安排,給予廠家充足的生產(chǎn)周期。主成分分析得出第1主成分為碳氮因子,第2主成分為磷鉀因子,與張艷艷等[5]研究結(jié)果較為一致。土壤中氨基酸是土壤有機(jī)質(zhì)的組成部分和主要氮源,對(duì)土壤肥力和植物生長具有很大意義[12]。再者,土壤氨基酸是土壤微生物的重要營養(yǎng)源,可利用氨基酸為前體,合成植物生長調(diào)節(jié)劑,調(diào)節(jié)植物的生理過程[13]。據(jù)Aishad等人[14]研究,玉米根際內(nèi)含有大量的微生物區(qū)系,可以將土壤中的氨基酸合成乙烯。本文研究得出,總氨基酸與有機(jī)質(zhì)、粗脂肪、總糖、總氮之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系;第1主成分碳氮因子中,總氨基酸的系數(shù)最大,表明氨基酸含量對(duì)肥料品質(zhì)影響尤為重要。由上認(rèn)為,總氨基酸含量是衡量有機(jī)肥品質(zhì)最為重要的指標(biāo)和可控指標(biāo)之一。另外,與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相比,商品有機(jī)肥水分大部分存在超限情況、過半產(chǎn)品有機(jī)質(zhì)含量未達(dá)到低限標(biāo)準(zhǔn)。因此,建議在肥料采購中將總氨基酸、水分、有機(jī)質(zhì)、總氮、總磷、總鉀含量作為重要衡量指標(biāo)。
有機(jī)肥料新標(biāo)準(zhǔn)修改了有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定方法,增加了校正系數(shù) 1.5,對(duì)有機(jī)質(zhì)含量要求也由原來30%提高到45%,這與前面的規(guī)定是相輔相成的。新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水分(鮮樣)含量由原來的20%放寬到30%,這有利于有機(jī)肥中微生物的存活,更易于保護(hù)有機(jī)肥的生物活性[15-17]。葉江平等[18]研究表明,堆肥過程中,水分是一個(gè)重要的因素。堆肥中水分的主要作用在于溶解有機(jī)物,參與微生物的新陳代謝,水分的多少直接影響好氧堆肥反應(yīng)速度的快慢,影響堆肥的質(zhì)量。水分過低,不利于微生物生長,含量低于10%~15%時(shí),細(xì)菌的代謝作用會(huì)普遍停止,水分過高,影響通風(fēng),導(dǎo)致厭氧發(fā)酵,減慢降解速度,延長堆腐時(shí)間。生產(chǎn)商品有機(jī)肥料的原料種類較多,成分復(fù)雜,導(dǎo)致有機(jī)肥料中的重金屬含量變異很大[19-21],施用含重金屬元素過高的肥料是導(dǎo)致土壤重金屬污染的一個(gè)不可忽視的因素。新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鉛、鉻、砷、汞的限制更為嚴(yán)格,這與人類更加重視健康問題密切相關(guān)。
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Analysis on the Quality of Organic Fertilizers for Tobacco in Jiangxi
YUAN Jumin1, HE Kuanxin1*, LI Lixin1, HU Ronghua2, SHI Yi3,XING Chaogang1, ZHANG Chaoqun1, CHEN Guojun3
(1.Tobacco Science Institute of Jiangxi Province, Nanchang 330025, China; 2.Ji'an Tobacco Company, Ji'an, Jiangxi 343000, China;3.Tobacco Research Institute of CAAS, Qingdao 266101, China)
Abstract:In order to provide theoretical basis for fertilizer selection, the quality of commonly used organic fertilizers in flue-cured tobacco production in Jiangxi province was studied through determination of nutrient contents, contents of organic nutrients and harmful components, The results showed that the water content of most of the commercial organic fertilizers exceeded the limit, and the organic matter of more than half of the products was lower than the lower limit standard.Based on the analysis of water content,organic matter, total nutrients, organic nutrients and other indicators of fertilizer quality, the quality of TT was the best, the quality of SN and TD followed, and these three kinds of organic fertilizers were better than QS and JS.The contents of lead, cadmium, chromium,arsenic and mercury in all tested organic fertilizers were within the limit range of NY 525-2002 in 2011.The principal component analysis showed that the first principal component was the carbon and nitrogen factor, and the second principal component was the phosphorus and potassium factor.The system cluster analysis showed similar results with the principal component analysis.The tested 14 samples were divided into 5 classes, including unfermented rape cake, fermented rape cake, and high, medium and low amino acid content organic fertilizers.The correlation analysis showed that organic matter, crude fat, total sugar, total amino acid and total nitrogen showd highly significant positive correlations between each other.The results showed that total amino acid content of the first principal component was the most important and one of controllable indicators of the quality of organic fertilizers.
Keywords:flue-cured tobacco; organic fertilizer; nutrient; product quality; principal component
中圖分類號(hào):S572.062
文章編號(hào):1007-5119(2016)02-0029-07
DOI:10.13496/j.issn.1007-5119.2016.02.006
基金項(xiàng)目:江西省煙草公司科技項(xiàng)目“烤煙商品有機(jī)肥篩選評(píng)價(jià)與示范推廣”(201001019)
作者簡介:苑舉民(1982-),男,農(nóng)藝師,碩士,從事煙草營養(yǎng)與品質(zhì)研究。E-mail:yuanjumin@163.com。*通信作者,E-mail:hekuanxin@163.com
收稿日期:2015-10-12 修回日期:2016-01-09