魏?jiǎn)⑺? 趙荷娟 周影 黃瑩 文蔚明 王琳

摘要：為了研究羽毛生物降解液對(duì)白菜生長(zhǎng)的影響，在含氮量均為0.16 g/L氮肥水平下，以清水作為對(duì)照，比較羽毛生物降解液（YA）、商品氨基酸肥（SA）、三元素水溶復(fù)合肥（FH）處理后白菜的SPAD值、株高、地上部分生物量、氮肥利用率及栽培基質(zhì)養(yǎng)分含量。結(jié)果表明，YA、SA和FH處理白菜的SPAD值、株高、地上部分生物量均顯著大于CK處理，YA處理白菜的SPAD值、株高、單株鮮質(zhì)量和氮肥利用率均顯著大于SA處理，YA處理白菜的SPAD值顯著大于FH處理，而株高、地上部分生物量和氮肥利用率與FH處理沒(méi)有顯著差異。YA處理的基質(zhì)全氮、速效磷含量提高，而速效鉀含量下降。綜合分析表明，羽毛生物降解液對(duì)白菜的肥效顯著，可進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)成商品肥。

關(guān)鍵詞：羽毛生物降解液;白菜;生長(zhǎng);基質(zhì)養(yǎng)分;氮肥利用率

中圖分類號(hào)： S634.36+1?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2019）20-0156-04

隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，畜禽的規(guī)?；B(yǎng)殖與日俱增，因此也產(chǎn)生了大量的廢棄物，其中家禽的羽毛僅有20%用于羽絨服、體育用品和工藝品上，近80%以上被作為廢棄物處理，而禽類羽毛中含有高達(dá)90%的角蛋白，而角蛋白由豐富的賴氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸、色氨酸等18種氨基酸組成，倘若進(jìn)行妥善的加工處理，能使羽毛轉(zhuǎn)化為非常有價(jià)值的可再生資源，因此羽毛降解的方法一直是研究熱點(diǎn)。目前，廢棄角蛋白一般通過(guò)化學(xué)處理和熱處理的方法進(jìn)行降解，利用高溫、高壓和強(qiáng)酸、強(qiáng)堿將角蛋白分解成氨基酸，但這種傳統(tǒng)方法不夠經(jīng)濟(jì)、環(huán)保，而利用微生物處理角蛋白的方法具有高效、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)安全的優(yōu)點(diǎn)，成為目前角蛋白類廢棄物資源化利用的最佳途徑[1-5]。

近來(lái)江蘇丘陵地區(qū)南京農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所經(jīng)試驗(yàn)篩選后獲得一批高效降解羽毛角蛋白的常溫菌和嗜熱菌，通過(guò)發(fā)酵條件優(yōu)化，進(jìn)一步提高羽毛的降解效率和氨基酸轉(zhuǎn)化率，這些微生物具有很高的實(shí)用價(jià)值。羽毛降解后的溶液中含有豐富的氨基酸，施用氨基酸肥在土壤中不累積無(wú)機(jī)氮，氮循環(huán)的效益更顯著，并且能避免化肥帶來(lái)的潛在環(huán)境隱患[6]，生態(tài)效益十分明顯。因此，氨基酸肥作為一種新型肥料已經(jīng)逐漸得到認(rèn)可，但國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求氨基酸必須螯合多種微量元素后才能成為商品肥料進(jìn)入市場(chǎng)流通，許多研究報(bào)道中的試驗(yàn)材料基本為螯合了微量元素后的商品氨基酸肥，而羽毛降解后的氨基酸混合溶液作為肥料直接使用對(duì)植物生長(zhǎng)的影響鮮有報(bào)道。本試驗(yàn)是在等氮素水平下，以上述微生物降解羽毛后的氨基酸混合液和商品氨基酸肥、三元素水溶復(fù)合肥進(jìn)行的肥效試驗(yàn)，用白菜作為載體，初步探索羽毛生物降解液對(duì)白菜SPAD值、株高、地上部分生物量及栽培基質(zhì)中養(yǎng)分含量的影響，以期為羽毛生物降解液的肥料化利用提供理論基礎(chǔ)。

1?材料與方法

1.1?試驗(yàn)材料

試驗(yàn)栽培白菜品種為暑優(yōu)，采購(gòu)于南京金盛達(dá)種子有限公司。栽培基質(zhì)為丹麥品氏育苗基質(zhì)，粒徑為0～10 mm，采購(gòu)于京東商城，基質(zhì)的主要理化性質(zhì)為：全氮含量 36.01 mg/kg、速效磷含量218.80 mg/kg、速效鉀含量 1 280.11 mg/kg、pH值6.04、EC值0.41 mS/cm、容重 0.114 g/cm3、總孔隙度81.66%、大小孔隙比0.252。試驗(yàn)用肥料分別為：自制羽毛生物降解液，游離氨基酸含量 4.03 g/L，全氮含量0.65 g/L;市場(chǎng)采購(gòu)的商品氨基酸肥，游離氨基酸含量495 g/L，全氮含量79.20 g/L;市場(chǎng)采購(gòu)的常用三元素水溶復(fù)合肥，氮、磷、鉀的含量比例為20% ∶20% ∶20%。

1.2?羽毛生物降解液制備

在羽毛發(fā)酵培養(yǎng)基中接入1%高溫放線菌（Thermoactinomyces sp.）YT06種子液，55 ℃、180 r/min搖床培養(yǎng)3 d后，離心收集上清液，測(cè)定上清液中游離氨基酸含量，根據(jù)用量適度稀釋，詳細(xì)方法參照文獻(xiàn)[7]。

1.3?處理設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理，分別以YA代表羽毛生物降解液、SA代表商品氨基酸肥、FH代表三元素水溶復(fù)合肥、CK代表對(duì)照。各肥料處理設(shè)計(jì)為等氮素含量，以商品氨基酸肥建議使用濃度500倍所含的氮素含量為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配制，即各處理澆施的肥料含氮量均為0.16 g/L，CK為澆施清水，除試驗(yàn)處理肥料外，白菜生長(zhǎng)過(guò)程中不施基肥及其他肥料，各處理采用完全隨機(jī)排列，每個(gè)處理重復(fù)10次。

1.4?試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2017年8—9月在江蘇丘陵地區(qū)南京農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所栽培實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，栽培基質(zhì)經(jīng)高壓滅菌2次，每次為 121 ℃、30 min，然后烘干備用。白菜選用規(guī)格為10 cm×8 cm（盆高×口徑）的塑料盆進(jìn)行栽培，播種前將基質(zhì)裝入塑料盆中，每盆用量45 g，用純水充分浸潤(rùn)放置3 d，白菜種子用0.1% KMnO4溶液浸泡15 min[8]，用純水清洗干凈，然后選擇大小相當(dāng)?shù)姆N子均勻地播種到準(zhǔn)備好的盆中，每盆播種15粒，種子萌發(fā)后待長(zhǎng)出2～3張真葉時(shí)保留5株/盆長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗進(jìn)行培養(yǎng)，以宸華牌蔬菜類生長(zhǎng)LED紅藍(lán)補(bǔ)光燈為光源，設(shè)定光照時(shí)長(zhǎng)為15 h/d[9]。7 d后開(kāi)始進(jìn)行肥料處理，每盆澆施量為45 mL，CK澆施等量清水，以后每7 d澆施1次，共澆施4次，播種40 d后各處理隨機(jī)選取3盆測(cè)定白菜各項(xiàng)指標(biāo)，并測(cè)定基質(zhì)的養(yǎng)分含量。

1.5?測(cè)定指標(biāo)與方法

SPAD值測(cè)定[10-11]：采用日本Konica Minolta公司SPAD-502 Plus型葉綠素儀測(cè)定，每株測(cè)定頂端3張完全展開(kāi)的葉片，每個(gè)處理測(cè)量3盆共15株，取平均值。

植株株高測(cè)定[12]：白菜小心拔出，然后直接以直尺測(cè)量根莖部以上的長(zhǎng)度，每個(gè)處理測(cè)量3盆共15株，取平均值。

植株鮮質(zhì)量與干質(zhì)量[12]：將拔出的白菜切除根部，擦拭干凈后用天平測(cè)定鮮質(zhì)量;以烘干法測(cè)定干質(zhì)量，即將植株在105 ℃的烘箱中殺青30 min，然后以80 ℃烘干至恒質(zhì)量，每個(gè)處理測(cè)量3盆共15株，取平均值。

基質(zhì)pH值、EC值以1 ∶5法測(cè)定;容重、孔隙度以環(huán)刀法測(cè)定[13];全氮含量采用半微量開(kāi)氏法測(cè)定;速效磷含量采用醋酸銨（NaHCO3）浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定;速效鉀含量采用NH4OAc浸提-火焰光度法測(cè)定[14]。

養(yǎng)分利用率[15-16]計(jì)算：氮肥農(nóng)學(xué)效率（kg/kg）=（施氮后作物產(chǎn)量-不施氮作物產(chǎn)量）/施氮量;

氮肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）=施氮后作物產(chǎn)量/施氮量。

1.6?數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Duncan's多重比較，顯著水平均α=0.05，采用Excel 2007繪圖。

2?結(jié)果與分析

2.1?不同肥料處理對(duì)白菜生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響

2.1.1?對(duì)SPAD值的影響

植物葉片的SPAD值與葉綠素含量具有顯著的正相關(guān)性，與含氮量也具有密切正相關(guān)性，生產(chǎn)上可以利用SPAD值來(lái)進(jìn)行植物氮素營(yíng)養(yǎng)是否缺少的快速診斷[17-20]。由圖1可以看出，不同肥料處理后白菜的SPAD值存在顯著差異，表現(xiàn)為YA處理>SA處理>FH處理>CK。YA處理的SPAD值為70.10，比CK和FH處理分別提高173.29%和81.14%，說(shuō)明YA處理可以顯著提高白菜葉片的葉綠素含量，植株氮素營(yíng)養(yǎng)表現(xiàn)最充足[17]。而YA處理比SA處理的SPAD值高49.15%，處理間也達(dá)到顯著水平（P<0.05），這應(yīng)該跟2個(gè)處理氨基酸組分差異有關(guān)，有研究表明影響葉綠素合成的主要為谷氨酸[21]和5-氨基乙酰丙酸[22-23]，試驗(yàn)中雖然YA處理和SA處理澆施的含氮量相等，但2個(gè)處理均為復(fù)合氨基酸，可能羽毛生物降解液中含有更多有利于葉綠素合成的谷氨酸、5-氨基乙酰丙酸等物質(zhì)。

2.1.2?對(duì)株高的影響

株高是植物長(zhǎng)勢(shì)的直接表征。由圖2可以看出，不同肥料處理后白菜的株高總體存在顯著差異，表現(xiàn)為FH處理>YA處理>SA處理>CK。YA處理的株高為15.00 cm，比CK高70.26%，F(xiàn)H處理的株高為15.79 cm，在所有處理中最大，但與YA處理沒(méi)有顯著差異，說(shuō)明澆施羽毛生物降解液可以顯著促進(jìn)白菜的生長(zhǎng)。SA處理的株高為 13.45 cm，雖然顯著大于CK，但也顯著小于YA處理，這與SPAD值規(guī)律相似，同樣可能是因?yàn)椴煌N類氨基酸對(duì)白菜吸收利用率和影響效應(yīng)差異引起的[24-25]。

2.1.3?對(duì)地上部分生物量和含水率的影響

由表1可以看出，YA處理的白菜單株鮮質(zhì)量和干質(zhì)量分別為5.67、0.34 g，均為各處理中最高的，分別比CK增加342.97%、41.67%，說(shuō)明澆施羽毛生物降解液可以顯著提高白菜地上部分生物量。YA處理的白菜單株鮮質(zhì)量比SA處理高27.99%，處理間差異達(dá)到顯著水平（P<0.05），這可能是2個(gè)處理的混合氨基酸組成種類不同導(dǎo)致的，而本試驗(yàn)白菜品種更易吸收利用YA處理的氨基酸，從而造成植株生物量積累的顯著差異[10，26]，2個(gè)處理雖然施氮量相等，但YA處理中含有的混合氨基酸養(yǎng)分更容易被供試白菜吸收和利用。YA、SA和FH處理之間白菜單株干質(zhì)量與植株含水率沒(méi)有差異，但均顯著高于CK。CK由于沒(méi)有追施過(guò)肥料，白菜只能吸收利用基質(zhì)中含有的少量養(yǎng)分，長(zhǎng)勢(shì)十分衰弱，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的缺乏嚴(yán)重制約了植株的水分利用率和干物質(zhì)的積累[27]，導(dǎo)致白菜地上部分生物量和植株含水率均顯著低于其他處理。

2.2?不同肥料處理對(duì)白菜氮肥利用率的影響

由表2可以看出，YA處理的白菜氮肥利用效率顯著大于SA處理，但與FH處理差異不顯著。氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力分別能夠反映單位施氮量下作物產(chǎn)量的增加情況和施氮量對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)情況[15]，各處理氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力均表現(xiàn)為YA處理>FH處理>SA處理，YA處理比FH處理的氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力分別高10.85%、8.20%，但處理間差異不顯著，說(shuō)明試驗(yàn)氮素水平下，羽毛生物降解氨基酸比三元素復(fù)合肥氮肥利用率更高。YA處理顯著高于SA處理，說(shuō)明羽毛生物降解的混合氨基酸比試驗(yàn)選用的商品氨基酸肥更適合供試白菜吸收利用。

2.3?不同肥料處理對(duì)基質(zhì)養(yǎng)分的影響

由表3可以看出不同處理后基質(zhì)的養(yǎng)分情況，除了CK基質(zhì)的全氮、速效磷含量有所降低，其他處理基質(zhì)全氮含量均為增加，其中含氨基酸成分的YA、SA處理的全氮含量分別增加28.83%、17.97%，可能跟白菜和微生物對(duì)氮的反饋?zhàn)饔貌煌沟没|(zhì)中氮的利用率和損失率不同有關(guān)[27]。YA、SA處理的速效磷分別增加56.63%、51.63%，可能是氨基酸肥中含有部分速效磷，加上氨基酸促進(jìn)了基質(zhì)富集大量微生物從而將基質(zhì)中的磷元素轉(zhuǎn)化和釋放后形成[28]。FH處理澆施的三元素水溶復(fù)合肥中含有足量的磷肥，白菜吸收利用后殘留較高，使得基質(zhì)速效磷的含量最高，比栽培前增加了183.33%。

不同處理后基質(zhì)的速效鉀均為減少，其中澆施含氨基酸成分的YA、SA處理分別減少61.56%、63.87%，這應(yīng)該是白菜吸收利用形成的，而FH處理澆施的三元素水溶肥中含有鉀肥，補(bǔ)充了基質(zhì)中的鉀養(yǎng)分，栽培白菜后基質(zhì)的速效鉀僅減少35.32%。

CK白菜生長(zhǎng)過(guò)程除了吸收利用栽培基質(zhì)中的養(yǎng)分外，沒(méi)有施用肥料，栽培后基質(zhì)的全氮、速效磷、速效鉀含量分別下降1.14%、12.48%、38.56%。由于缺少肥料，植株生長(zhǎng)嚴(yán)重不良，只在前期吸收利用了基質(zhì)中的部分肥料元素，后期基本停止生長(zhǎng)，養(yǎng)分利用量均不大。

3?結(jié)論與討論

大量報(bào)道表明，植物外源施用氨基酸，可促進(jìn)植物的生理活性，增加葉片的葉綠素含量，促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用，有利于植物干物質(zhì)的積累，從而提高植物生物量[6，29-32]。本試驗(yàn)結(jié)果與這些報(bào)道一致，含有氨基酸成分的YA處理與SA處理白菜的SPAD值、株高、地上部分生物量均顯著高于CK。但植物對(duì)氨基酸吸收和利用跟植物的品種和氨基酸的種類、濃度等均有密切的關(guān)系[10，21-27，33-34]，這應(yīng)是造成YA處理與SA處理的白菜在SPAD值、株高、單株鮮質(zhì)量和氮肥利用率均存在顯著差異的主要因素，從本試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，羽毛生物降解液比商品氨基酸肥更適合作為供試白菜追肥使用。

羽毛生物降解液含有豐富的有機(jī)氮，同時(shí)含有多種生物活性物質(zhì)和微生物代謝產(chǎn)物等，在土壤中可以快速代謝或被植物和微生物直接吸收，還能夠促進(jìn)栽培基質(zhì)中有機(jī)物的分解和難溶性礦物質(zhì)養(yǎng)分的釋放，最終可以改變土壤的理化性質(zhì)[28]。試驗(yàn)中YA處理4次后基質(zhì)的全氮、速效磷含量分別比栽培前的基質(zhì)增加28.83%和56.63%，可見(jiàn)施用羽毛生物降解液在提高白菜產(chǎn)量的同時(shí)，還提升了栽培基質(zhì)的養(yǎng)分含量，氨基酸肥作為新型的功能性肥料今后可以加強(qiáng)推廣應(yīng)用，這將對(duì)我國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要意義[6]。

在本試驗(yàn)中，在含氮量為0.16 g/L的肥料水平下，羽毛生物降解液澆施的白菜氮肥利用率最高，由于氮肥更有效地吸收與利用，使得該處理白菜的SPAD值、地上部分生物量比其他處理更高，綜合分析表明，羽毛生物降解液的肥效比供試的三元素復(fù)合肥、商品氨基酸肥更好。作為實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品直接利用便表現(xiàn)出良好的肥效作用，若再通過(guò)提純、螯合等技術(shù)開(kāi)發(fā)成商品氨基酸肥料，未來(lái)很可能會(huì)擁有廣闊的市場(chǎng)前景，而通過(guò)微生物降解角蛋白來(lái)生產(chǎn)氨基酸肥料，比傳統(tǒng)的化學(xué)分解提取更經(jīng)濟(jì)、環(huán)保，值得進(jìn)一步研究與推廣。

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