李朝文 李響 陳學(xué)卷 郭松 陸引罡 劉麗
摘要:為促進(jìn)中藥渣循環(huán)利用,探討中藥渣有機(jī)肥資源化后對(duì)烤煙生長及煙葉品質(zhì)的影響,采用烤煙盆栽試驗(yàn)對(duì)施用中藥渣有機(jī)肥及生物有機(jī)肥后煙葉農(nóng)藝性狀、養(yǎng)分吸收和煙葉化學(xué)品質(zhì)的差異進(jìn)行了探討。結(jié)果表明,中藥渣有機(jī)肥和生物有機(jī)肥的施用提高了煙株的株高、葉長和葉面積,促進(jìn)了根系生長與活力,提高了磷、鉀、還原糖和總糖含量,降低了煙堿含量,改善煙葉糖堿比和鉀氯比等化學(xué)品質(zhì)協(xié)調(diào)性。施用生物有機(jī)肥能明顯促進(jìn)氮素從根部向地上部尤其是葉片轉(zhuǎn)移,有利于促進(jìn)根部磷吸收向地上部轉(zhuǎn)移并更多地保留于莖部,促進(jìn)莖部鉀向葉部轉(zhuǎn)移。供試3種生物有機(jī)肥中,以解淀粉芽孢桿菌(Bacillus amyloliquefaciens) F11為功能菌的生物有機(jī)肥B2在促進(jìn)烤煙養(yǎng)分吸收和提高煙葉品質(zhì)的潛力較為突出。
關(guān)鍵詞:中藥渣;生物有機(jī)肥;煙草;農(nóng)藝性狀;養(yǎng)分分配
中圖分類號(hào):S572.06? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
文章編號(hào):1002-1302(2024)03-0114-07
中藥渣是中藥生產(chǎn)和使用過程中殘余的固體廢棄物,包括煎藥后的渣、中藥飲片加工的剩余部分、中草藥殘?jiān)龋?]。隨著我國中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,中藥渣廢棄物年均達(dá)6 000萬~7 000萬t[2-3]。貴州省是中國的中藥材生產(chǎn)大省,相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,2022年貴州省中藥材產(chǎn)量為20.6億kg,中藥渣產(chǎn)量也隨之增加[4]。目前,中藥渣主要處理方式為堆放、焚燒和填埋等,綜合利用率低,且加工過程中的大量廢水、廢氣和廢渣等所形成的異味和深色度難以去除會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重危害。中藥廢棄物含有大量的營養(yǎng)物質(zhì)和活性物質(zhì)[5],將其與化肥混合施用于土壤后,能提高土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性[6-7]、改善土壤肥力、促進(jìn)植物生長[8-9],具有突出的資源化和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用前景[10-11]。
隨著化肥長期不合理施用帶來的土壤養(yǎng)分失調(diào)、環(huán)境污染等問題日益突出[12],有機(jī)肥料因其卓越的特性,在綠色可持續(xù)農(nóng)業(yè)中變得越來越重要,并受到廣泛關(guān)注和深入研究。它具有許多顯著的優(yōu)勢(shì),包括降低土壤容重、改善土壤通氣狀況、提升土壤肥力[13]、改善土壤微生態(tài)環(huán)境[14]、促進(jìn)肥料的轉(zhuǎn)化,以及增強(qiáng)根系對(duì)肥料的吸收能力等[15]。隨著對(duì)有機(jī)肥的深入研究和應(yīng)用,有機(jī)肥正朝著綠色、多功能和生物化的方向發(fā)展。生物有機(jī)肥料具備有機(jī)肥和微生物肥料的多重功能,在培肥土壤、調(diào)控土壤微生態(tài)平衡以及提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)等方面表現(xiàn)出比普通有機(jī)肥更為顯著的效果[16-18],是提高農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物資源化利用效率的新興方式,也是中藥渣肥料化商品化的重要途徑之一。
烤煙是貴州省農(nóng)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)之一,2021年貴州省烤煙種植單產(chǎn)為7.53 kg/hm2[19],對(duì)貴州省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)民的收入增加都起到了積極的促進(jìn)作用。大量研究表明,有機(jī)肥可促進(jìn)烤煙根系活力和根系干物質(zhì)質(zhì)量的提高[20],株高、莖圍、葉面積和葉片數(shù)不同程度增大[21],改善煙株對(duì)氮素的吸收、利用和分配,從而提升煙葉質(zhì)量[22]。中藥渣有機(jī)肥作為中藥渣的主要資源化產(chǎn)品,在黃芪[23]、丹參[24]等中藥材及玉米[25]、番茄[26]上有了一定推廣應(yīng)用,且在土壤肥力、作物產(chǎn)量、疾病防治、環(huán)境保護(hù)等方面具有良好效果。但該肥料在烤煙上的應(yīng)用還較少,以其為基礎(chǔ)的生物有機(jī)肥在烤煙中的應(yīng)用更為鮮見。根際促生菌是一類能定殖于根系并促進(jìn)植物生長的細(xì)菌,是生物有機(jī)肥常用的功能菌[27]。因此,本研究以中藥渣有機(jī)肥為原料,利用2株根際促生菌制備了3種生物有機(jī)肥,研究了中藥渣有機(jī)肥和3種中藥渣生物有機(jī)肥對(duì)烤煙生長、養(yǎng)分吸收及煙葉品質(zhì)的影響,以期為中藥渣生物有機(jī)肥的開發(fā)及其在烤煙上的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
供試土壤為貴州省煙草科學(xué)研究院福泉基地?zé)煵菝缙?~20 cm耕層土壤,土類為黃壤,土壤質(zhì)地為黏壤。該土壤基本理化性質(zhì)如下:pH值為4.79,有機(jī)質(zhì)含量為34.15 g/kg,全氮含量為 1.78 g/kg,全磷含量為1.23 g/kg,全鉀含量為15.02 g/kg,堿解氮含量為125.93 mg/kg,有效磷含量為25.98 mg/kg,速效鉀含量為197.67 mg/kg。
供試烤煙品種為云煙87。
供試中藥渣有機(jī)肥由貴陽智仁源生物有機(jī)肥有限公司提供。生物有機(jī)肥以中藥渣有機(jī)肥為材料,以根際促生菌多黏芽孢桿菌(Paenibacillus polymyxa)F8、解淀粉芽孢桿菌(Bacillus amyloliquefaciens)F11為功能菌,參照Liu等的方法[28]進(jìn)行制備。3種生物有機(jī)肥分別為含F(xiàn)8 106 CFU/g的中藥渣生物有機(jī)肥B1,含F(xiàn)11 106 CFU/g的中藥渣生物有機(jī)肥B2,含F(xiàn)8 106 CFU/g和F11 106 CFU/g 的中藥渣生物有機(jī)肥B3。
1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)施
盆栽試驗(yàn)于2022年2—9月在貴州省煙草科學(xué)研究院福泉基地(107°30′41″E,26°44′48″N)實(shí)施。試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)處理,分別為不施有機(jī)肥對(duì)照(CK)、按土肥質(zhì)量比2%施用中藥渣有機(jī)肥(OF)、按土肥質(zhì)量比2%施用中藥渣生物有機(jī)肥B1、按土肥質(zhì)量比2%施用中藥渣生物有機(jī)肥B2、按土肥質(zhì)量比2%施用中藥渣生物有機(jī)肥B3,重復(fù)5次,完全隨機(jī)排列。所有處理化肥均按基地常規(guī)施肥,即煙草專用基肥(N、P2O5、K2O含量分別為10%、10%、25%)750 kg/hm2,煙草專用追肥(N、P2O5、K2O含量分別為15%、0、30%)225 kg/hm2。
試驗(yàn)盆缽為仿陶瓷花盆,盆高26 cm,上直徑 35 cm,下直徑20 cm。10 kg供試土壤裝盆時(shí)與煙草專用基肥和有機(jī)肥或生物有機(jī)肥混合均勻后裝入盆中。澆灌自來水保持60%田間持水量平衡7 d后,選取長勢(shì)一致的健康煙苗進(jìn)行移栽,每盆1株。煙草專用追肥于移栽后31 d溶于水中隨水施用。移栽后95 d進(jìn)行打頂。培養(yǎng)期間視土壤情況適時(shí)適量補(bǔ)給水分。觀察煙苗生長狀況。培養(yǎng)115 d后,采集成熟期煙株各器官(根、莖、葉)樣品進(jìn)行測(cè)試分析。
1.3 測(cè)定及方法
根據(jù)YC/T 142—2010《煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查測(cè)量方法》,對(duì)煙株的團(tuán)棵期、旺長期和成熟期進(jìn)行了主要農(nóng)藝性狀的調(diào)查,包括株高、莖圍、最大葉長和最大葉寬。
于成熟期,分根、莖、葉3部分采集煙株樣品。煙株根系洗凈后,用根系掃描儀(Regent Instruments Ins.,Canada)分析根系形態(tài);采用氯化三苯基四氮唑(TTC)比色活性法分析根系活力[29]。
根、莖、葉樣品分別殺青烘干至恒質(zhì)量并測(cè)定干質(zhì)量,粉碎后待用。煙株各部位樣品經(jīng)H2SO4-H2O2消煮后分別采用凱氏定氮法、釩鉬黃比色法、火焰光度計(jì)法[30]測(cè)定全氮、全磷和全鉀含量。煙葉還原糖及總糖含量采用3,5-二硝基水楊酸比色法[31]測(cè)定;煙堿含量采用紫外分光光度法測(cè)定;氯含量采用銀量法[32]測(cè)定。
1.4 數(shù)據(jù)處理
采用Excel 2019對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、采用DPS 18.5對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(Duncans新復(fù)極差法),采用Origin 2021進(jìn)行圖表繪制。
2 結(jié)果與分析
2.1 農(nóng)藝性狀
烤煙干物質(zhì)積累和農(nóng)藝性狀在不同施肥處理間存在明顯差異。中藥渣有機(jī)肥/生物有機(jī)肥的施用使烤煙地上部葉及整株的干物質(zhì)累積量顯著增加,對(duì)根系干物質(zhì)量無顯著影響,其中生物有機(jī)肥B1處理后干物質(zhì)積累效果更佳(表1)。由表2可知,在團(tuán)棵期,生物有機(jī)肥B1、B2、B3處理的株高、莖圍、最大葉長、最大葉寬、葉面積均顯著高于CK處理,OF處理的莖圍、最大葉長、最大葉寬和葉面積較CK也有顯著提高。在旺長期,處理間的株高、莖圍均無顯著差異;相較于CK,僅B3處理的最大葉長、B2處理的最大葉寬和葉面積顯著提高,分別提高了12.05%、15.20%、25.03%,其他處理的相關(guān)指標(biāo)均與CK無顯著差異。在成熟期,施用中藥渣生物有機(jī)肥B1、B2、B3處理的株高、最大葉長和最大葉面積顯著高于CK處理,有機(jī)肥OF處理的最大葉寬較CK處理有顯著提高。整體而言,中藥渣生物有機(jī)肥相較于有機(jī)肥更能促進(jìn)烤煙農(nóng)藝性狀改善、提高烤煙干物質(zhì)累積量。
2.2 根系發(fā)育
隨著煙株的生長發(fā)育,根系活力總體呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)(圖1)。各處理根系活力均在旺長期達(dá)最大值,成熟期時(shí)根系活力大幅度下降。比較相同時(shí)期各處理的根系活力發(fā)現(xiàn),施用有機(jī)肥/生物有機(jī)肥能顯著提高根系活力,但生物有機(jī)肥效果因功能菌的差異而有所不同。團(tuán)棵期以B3處理的根系活力最高,相較于CK處理增加了111.86%,旺長期和成熟期則以B2處理最高,分別比CK處理高108.78%和160.67%。
如表3所示,施用中藥渣有機(jī)肥和生物有機(jī)肥會(huì)影響烤煙的根系形態(tài)。B3處理相較于CK處理顯著提高了煙株根系根長、投影面積,分別提高了42.19%、24.81%;B1、B3處理的根系表面積高于其他處理,二者表面積相較于CK分別顯著增加了18.75%、51.90%;OF和B1處理的根系平均直徑顯著低于CK,B2處理與CK無顯著差異,但B3處理的根系平均直徑顯著高于其他處理,達(dá)3.22 mm,相較于CK增加了27.78%; B3處理的根體積同樣顯著高于其他各處理,比CK高43.22%,B1、B2處理的則與CK無顯著差異。以上結(jié)果表明,生物有機(jī)肥施用能促進(jìn)烤煙根系生長,其中生物有機(jī)肥B3效果更為明顯。
2.3 烤煙養(yǎng)分分布情況
煙株各部位養(yǎng)分含量差異如圖2所示,各處理間氮含量在根部無顯著差異,而在烤煙莖、葉部有顯著差異。相較于CK,施用有機(jī)肥OF與生物有機(jī)肥B2、B3的莖、葉部氮含量都顯著降低??緹熈缀吭谔幚黹g的差異不同于氮,B2處理根部磷含量顯著高于CK、OF、B3處理,施用OF與B1的煙草莖部磷含量也顯著高于CK,OF、B1、B3處理下葉片磷含量顯著高于CK處理。鉀含量的水平是衡量煙葉品質(zhì)的重要因素之一。從圖2還可以看出,與CK相比,OF、B1、B2處理烤煙根部鉀含量顯著增加,施中藥渣有機(jī)肥或生物有機(jī)肥均能顯著提高烤煙莖部鉀含量,對(duì)葉片鉀含量也起到顯著增加的效果。
由圖3可知,烤煙氮素累積量根部占比基本處于8%~11%之間,莖部各處理的氮素累積量占比均低于CK處理,中藥渣有機(jī)肥和生物有機(jī)肥處理的煙葉氮素累積量占比均高于CK,最高達(dá)59%;就磷素累積量而言,CK、OF、B1、B2處理根部磷素累積量占比為7%~8%,B3處理烤煙根部磷素累積量占比僅為5%,明顯低于其他處理,但在莖部又高于其他處理(CK除外),說明B3處理有利于磷素由根部向莖部轉(zhuǎn)移,在煙葉部分,磷素累積量占比在各處理間差異不明顯;鉀素累積量結(jié)果顯示,根部各處理的鉀素累積量占比為2%~4%,在莖部,OF、B1、B2均低于CK和B3處理,而在煙葉部分OF、B1、B2又均高于CK和B3處理,即OF、B1、B2處理能促進(jìn)鉀素由根部向煙葉轉(zhuǎn)移。由此可知,中藥渣有機(jī)肥和生物有機(jī)肥處理能一定程度提高烤煙地上部氮、磷、鉀素累積量。
2.4 煙葉化學(xué)成分及協(xié)調(diào)性
處理間煙葉其他化學(xué)成分及協(xié)調(diào)性差異如表3所示。相較于CK,增施有機(jī)肥和生物有機(jī)肥在一定程度上顯著降低了煙葉的煙堿含量,B1、B3較CK分別顯著下降了6.0%、6.5%,OF、B2均顯著下降了3.5%。與此相反,有機(jī)肥/生物有機(jī)肥能提高煙葉還原糖和總糖的含量,其中OF、B1、B2和B3處理還原糖含量較CK均顯著提高,增幅為5.0%~8.8%;B2處理總糖含量較CK顯著提高了13.4%,B1和B3處理也顯著提高了7.8%和8.4%。煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性指標(biāo)顯示,增施生物有機(jī)肥能提高煙葉鉀氯比,其中B2、B3處理相較于CK分別提高了23.4%、47.5%;糖堿比因中藥渣有機(jī)肥和生物有機(jī)肥的施用顯著提高了8.8%~14.9%,而氮堿比降低了9.3%~25.5%。
3 討論
大量研究表明,施用生物有機(jī)肥能促進(jìn)煙株的生長發(fā)育[33-37]。本研究結(jié)果與施河麗等的研究結(jié)果[38-40]相同,中藥渣有機(jī)肥和生物有機(jī)肥的施用均能提高烤煙地上部干物質(zhì)質(zhì)量,尤其是煙葉部位;也促進(jìn)烤煙的株高、最大葉長、最大葉寬和最大葉面積等的增加??梢?,中藥渣生物有機(jī)肥明顯促進(jìn)了烤煙農(nóng)藝性狀的改善。
煙草根系是養(yǎng)分供應(yīng)和煙堿合成的重要部位,其發(fā)育狀況對(duì)煙草生長具有重要影響。生物有機(jī)肥不僅能夠改善植煙土壤環(huán)境[41]、促進(jìn)根系發(fā)育[42],還能減緩烤煙生長后期根系活力下降[43]、有利于煙株延緩衰老[44]。本研究結(jié)果顯示,中藥渣生物有機(jī)肥處理顯著提高根系活力,促進(jìn)根系的形態(tài)發(fā)育。供試生物有機(jī)肥中,以解淀粉芽孢桿菌(Bacillus amyloliquefaciens)F11為功能菌的中藥渣生物有機(jī)肥B2在整個(gè)烤煙培育期中對(duì)根系活力展現(xiàn)出穩(wěn)定的促進(jìn)生長的效果,長期保持煙草根系相對(duì)較高的活力,含多黏芽孢桿菌(Paenibacillus Polymyxa)F8、解淀粉芽孢桿菌(Bacillus amyloliquefaciens)F11的生物有機(jī)肥B3處理的根系形態(tài)各項(xiàng)指標(biāo)顯著高于有機(jī)肥CK處理,更能促進(jìn)根系的發(fā)育和形成。
生物有機(jī)肥能有效促進(jìn)煙株對(duì)養(yǎng)分的吸收平衡[45],不僅可以增加煙葉鉀含量,提高煙葉品質(zhì)[46],還能促進(jìn)煙株對(duì)氮、磷和鉀等養(yǎng)分的積累,特別是對(duì)氮、鉀含量在煙葉中的分配起到重要作用[47]。本研究顯示,生物有機(jī)肥的施用降低了煙葉氮含量,提高了烤煙磷、鉀含量,并促進(jìn)了氮、鉀養(yǎng)分由根向煙葉的轉(zhuǎn)移,生物有機(jī)肥B1、B2在此方面效果更佳,這與宋建群等的研究結(jié)果[48-49]一致。生物有機(jī)肥的施用,提高了烤煙對(duì)氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收能力,進(jìn)而提高了氮、磷和鉀養(yǎng)分的累積和利用能力。
煙葉的內(nèi)在化學(xué)品質(zhì)是評(píng)價(jià)煙葉質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。有關(guān)研究指出,生物有機(jī)肥的施用能提高煙葉總糖和還原糖的含量[50-51]、降低煙葉氮和煙堿含量[52]、促進(jìn)煙葉化學(xué)成分及其協(xié)調(diào)性的改善[53],是提高煙葉品質(zhì)的重要農(nóng)業(yè)措施[54]。本研究結(jié)果同樣表明,供試中藥渣生物有機(jī)肥均使煙葉的煙堿含量和氮堿比降低,使還原糖含量、總糖含量、鉀氯比、糖堿比有所提高。其原因可能是中藥渣生物有機(jī)肥能促進(jìn)烤煙對(duì)生長所需鉀含量的吸收,使氮、煙堿、糖等煙葉內(nèi)在化學(xué)成分更加協(xié)調(diào)[55-56]。
4 結(jié)論
本研究結(jié)果證實(shí)了中藥渣生物有機(jī)肥能促進(jìn)煙株的生長發(fā)育,促進(jìn)根系生長,降低煙堿含量,有效提高磷、鉀養(yǎng)分含量;有利于氮素從根部向地上部尤其是向葉片轉(zhuǎn)移、根部磷吸收量的提高以及莖部鉀向葉部的轉(zhuǎn)移。供試條件下,解淀粉芽孢桿菌F11制備的生物有機(jī)肥B2能改善煙株生長后期的生長發(fā)育狀況,有利于提高根系活力,延緩烤煙衰老,能改善煙葉化學(xué)成分及其協(xié)調(diào)性,相較于其他供試中藥渣生物有機(jī)肥更具提高煙葉質(zhì)量的潛力。
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