施用羽毛生物降解液對白菜生長和基質養分的影響

魏啟舜 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白菜生長的影響，在含氮量均為0.16 g/L氮肥水平下，以清水作為對照，比較羽毛生物降解液（YA）、商品氨基酸肥（SA）、三元素水溶復合肥（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養分含量。結果表明，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處理沒有顯著差異。YA處理的基質全氮、速效磷含量提高，而速效鉀含量下降。綜合分析表明，羽毛生物降解液對白菜的肥效顯著，可進一步研究開發成商品肥。

關鍵詞：羽毛生物降解液;白菜;生長;基質養分;氮肥利用率

中圖分類號： S634.36+1?文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）20-0156-04

隨著我國農業經濟的飛速發展，畜禽的規模化養殖與日俱增，因此也產生了大量的廢棄物，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，倘若進行妥善的加工處理，能使羽毛轉化為非常有價值的可再生資源，因此羽毛降解的方法一直是研究熱點。目前，廢棄角蛋白一般通過化學處理和熱處理的方法進行降解，利用高溫、高壓和強酸、強堿將角蛋白分解成氨基酸，但這種傳統方法不夠經濟、環保，而利用微生物處理角蛋白的方法具有高效、經濟、生態安全的優點，成為目前角蛋白類廢棄物資源化利用的最佳途徑[1-5]。

近來江蘇丘陵地區南京農業科學研究所經試驗篩選后獲得一批高效降解羽毛角蛋白的常溫菌和嗜熱菌，通過發酵條件優化，進一步提高羽毛的降解效率和氨基酸轉化率，這些微生物具有很高的實用價值。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機氮，氮循環的效益更顯著，并且能避免化肥帶來的潛在環境隱患[6]，生態效益十分明顯。因此，氨基酸肥作為一種新型肥料已經逐漸得到認可，但國家標準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入市場流通，許多研究報道中的試驗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植物生長的影響鮮有報道。本試驗是在等氮素水平下，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、三元素水溶復合肥進行的肥效試驗，用白菜作為載體，初步探索羽毛生物降解液對白菜SPAD值、株高、地上部分生物量及栽培基質中養分含量的影響，以期為羽毛生物降解液的肥料化利用提供理論基礎。

1?材料與方法

1.1?試驗材料

試驗栽培白菜品種為暑優，采購于南京金盛達種子有限公司。栽培基質為丹麥品氏育苗基質，粒徑為0～10 mm，采購于京東商城，基質的主要理化性質為：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;市場采購的商品氨基酸肥，游離氨基酸含量495 g/L，全氮含量79.20 g/L;市場采購的常用三元素水溶復合肥，氮、磷、鉀的含量比例為20% ∶20% ∶20%。

1.2?羽毛生物降解液制備

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

1.3?處理設計

試驗共設4個處理，分別以YA代表羽毛生物降解液、SA代表商品氨基酸肥、FH代表三元素水溶復合肥、CK代表對照。各肥料處理設計為等氮素含量，以商品氨基酸肥建議使用濃度500倍所含的氮素含量為標準進行配制，即各處理澆施的肥料含氮量均為0.16 g/L，CK為澆施清水，除試驗處理肥料外，白菜生長過程中不施基肥及其他肥料，各處理采用完全隨機排列，每個處理重復10次。

1.4?試驗方法

試驗于2017年8—9月在江蘇丘陵地區南京農業科學研究所栽培實驗室進行，栽培基質經高壓滅菌2次，每次為 121 ℃、30 min，然后烘干備用。白菜選用規格為10 cm×8 cm（盆高×口徑）的塑料盆進行栽培，播種前將基質裝入塑料盆中，每盆用量45 g，用純水充分浸潤放置3 d，白菜種子用0.1% KMnO4溶液浸泡15 min[8]，用純水清洗干凈，然后選擇大小相當的種子均勻地播種到準備好的盆中，每盆播種15粒，種子萌發后待長出2～3張真葉時保留5株/盆長勢一致的幼苗進行培養，以宸華牌蔬菜類生長LED紅藍補光燈為光源，設定光照時長為15 h/d[9]。7 d后開始進行肥料處理，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后各處理隨機選取3盆測定白菜各項指標，并測定基質的養分含量。

1.5?測定指標與方法

SPAD值測定[10-11]：采用日本Konica Minolta公司SPAD-502 Plus型葉綠素儀測定，每株測定頂端3張完全展開的葉片，每個處理測量3盆共15株，取平均值。

植株株高測定[12]：白菜小心拔出，然后直接以直尺測量根莖部以上的長度，每個處理測量3盆共15株，取平均值。

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

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

養分利用率[15-16]計算：氮肥農學效率（kg/kg）=（施氮后作物產量-不施氮作物產量）/施氮量;

氮肥偏生產力（kg/kg）=施氮后作物產量/施氮量。

1.6?數據處理

數據采用SPSS 19.0軟件進行統計分析，Duncan's多重比較，顯著水平均α=0.05，采用Excel 2007繪圖。

2?結果與分析

2.1?不同肥料處理對白菜生長和產量的影響

2.1.1?對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性，與含氮量也具有密切正相關性，生產上可以利用SPAD值來進行植物氮素營養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，植株氮素營養表現最充足[17]。而YA處理比SA處理的SPAD值高49.15%，處理間也達到顯著水平（P<0.05），這應該跟2個處理氨基酸組分差異有關，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]，試驗中雖然YA處理和SA處理澆施的含氮量相等，但2個處理均為復合氨基酸，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。

2.1.2?對株高的影響

株高是植物長勢的直接表征。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%，FH處理的株高為15.79 cm，在所有處理中最大，但與YA處理沒有顯著差異，說明澆施羽毛生物降解液可以顯著促進白菜的生長。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值規律相似，同樣可能是因為不同種類氨基酸對白菜吸收利用率和影響效應差異引起的[24-25]。

2.1.3?對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量和干質量分別為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量比SA處理高27.99%，處理間差異達到顯著水平（P<0.05），這可能是2個處理的混合氨基酸組成種類不同導致的，而本試驗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個處理雖然施氮量相等，但YA處理中含有的混合氨基酸養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量與植株含水率沒有差異，但均顯著高于CK。CK由于沒有追施過肥料，白菜只能吸收利用基質中含有的少量養分，長勢十分衰弱，營養物質的缺乏嚴重制約了植株的水分利用率和干物質的積累[27]，導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。氮肥農學效率和氮肥偏生產力分別能夠反映單位施氮量下作物產量的增加情況和施氮量對產量的貢獻情況[15]，各處理氮肥農學效率和氮肥偏生產力均表現為YA處理>FH處理>SA處理，YA處理比FH處理的氮肥農學效率和氮肥偏生產力分別高10.85%、8.20%，但處理間差異不顯著，說明試驗氮素水平下，羽毛生物降解氨基酸比三元素復合肥氮肥利用率更高。YA處理顯著高于SA處理，說明羽毛生物降解的混合氨基酸比試驗選用的商品氨基酸肥更適合供試白菜吸收利用。

2.3?不同肥料處理對基質養分的影響

由表3可以看出不同處理后基質的養分情況，除了CK基質的全氮、速效磷含量有所降低，其他處理基質全氮含量均為增加，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氮的反饋作用不同使得基質中氮的利用率和損失率不同有關[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，加上氨基酸促進了基質富集大量微生物從而將基質中的磷元素轉化和釋放后形成[28]。FH處理澆施的三元素水溶復合肥中含有足量的磷肥，白菜吸收利用后殘留較高，使得基質速效磷的含量最高，比栽培前增加了183.33%。

不同處理后基質的速效鉀均為減少，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，補充了基質中的鉀養分，栽培白菜后基質的速效鉀僅減少35.32%。

CK白菜生長過程除了吸收利用栽培基質中的養分外，沒有施用肥料，栽培后基質的全氮、速效磷、速效鉀含量分別下降1.14%、12.48%、38.56%。由于缺少肥料，植株生長嚴重不良，只在前期吸收利用了基質中的部分肥料元素，后期基本停止生長，養分利用量均不大。

3?結論與討論

大量報道表明，植物外源施用氨基酸，可促進植物的生理活性，增加葉片的葉綠素含量，促進作物對養分的吸收利用，有利于植物干物質的積累，從而提高植物生物量[6，29-32]。本試驗結果與這些報道一致，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系[10，21-27，33-34]，這應是造成YA處理與SA處理的白菜在SPAD值、株高、單株鮮質量和氮肥利用率均存在顯著差異的主要因素，從本試驗結果來看，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氮，同時含有多種生物活性物質和微生物代謝產物等，在土壤中可以快速代謝或被植物和微生物直接吸收，還能夠促進栽培基質中有機物的分解和難溶性礦物質養分的釋放，最終可以改變土壤的理化性質[28]。試驗中YA處理4次后基質的全氮、速效磷含量分別比栽培前的基質增加28.83%和56.63%，可見施用羽毛生物降解液在提高白菜產量的同時，還提升了栽培基質的養分含量，氨基酸肥作為新型的功能性肥料今后可以加強推廣應用，這將對我國生態農業的發展具有重要意義[6]。

在本試驗中，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合肥、商品氨基酸肥更好。作為實驗室產品直接利用便表現出良好的肥效作用，若再通過提純、螯合等技術開發成商品氨基酸肥料，未來很可能會擁有廣闊的市場前景，而通過微生物降解角蛋白來生產氨基酸肥料，比傳統的化學分解提取更經濟、環保，值得進一步研究與推廣。

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