秸稈酒精發酵廢液對番茄生長與產量的影響

路 紅 辛寒曉 孫國科 劉麗英 孫中濤*

1 山東農業大學生命科學學院 泰安 271018

2 山東佐田氏生物科技有限公司 濟南 250000

白酒與酒精是我國的傳統產業，年產量約400 萬噸（以酒精計），對國民經濟發展具有重要作用[1]。據估計，每產出1 t 酒精，約產生15～48 t 發酵廢液，烘干后約產生0.45～1.44 t 干粉，其中有機物占75%左右[2]。秸稈酒精發酵液是以秸稈為主要原料生產酒精過程中產生的有機廢液，黃腐酸含量豐富，是一類寶貴的生物質資源[3，4]。黃腐酸是腐植酸中分子量較小的成分，應用領域廣泛[3]。特別是農業領域，因黃腐酸具有多種功效，以黃腐酸為功能性成分的新型肥料得到了快速發展[5～7]。有研究表明，以秸稈作為原料通過堆肥發酵生產的黃腐酸肥料可顯著提高大棚蔬菜黃瓜、西紅柿、辣椒和西葫蘆的產量[8]。糖蜜酒精發酵液是以糖蜜為主要原料發酵生產酒精時產生的有機廢液，可促進甘蔗生長，提高土壤腐殖質含量和土壤肥力[9，10]。造紙廠黑液中也含有黃腐酸成分，具有促進玉米幼苗和根系生長發育的作用[11]。目前，以秸稈堆肥、糖蜜酒精發酵液、造紙工業廢水等為原料制備的生化黃腐酸已經形成規模化應用，取得了良好的應用效果，但以秸稈酒精生產過程中產生的有機廢液制備的生化黃腐酸還未進入推廣應用階段，相關研究也較少，應用效果不明。因此，采用盆栽試驗，初步研究了秸稈酒精發酵廢液干粉對番茄生長、產量與品質的影響，為酒精發酵廢液在新型肥料生產和農業栽培領域的綜合利用提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

秸稈酒精發酵廢液由山東佐田氏生物科技有限公司提供，以秸稈為原料生產酒精的過程中秸稈預處理與發酵過程產生的有機廢液，本試驗樣品是以秸稈酒精發酵廢液為原料，經蒸發、濃縮和噴霧干燥等工藝生產的粉末狀物質，即秸稈酒精發酵廢液干粉，其有機質含量為99.28%，黃腐酸含量為62.86%，營養元素氮、磷、鉀含量分別為2.42%、2.83%、3.58%，電導率為5.94 mS/cm。

受試番茄品種為“硬粉番茄”，幼苗購自安徽省宿州市埇橋區雪卉苗圃園，幼苗高度為15 cm 左右，長勢基本整齊均一。

1.2 盆栽試驗設計

試驗地點為山東省濟南市山東佐田氏生物科技有限公司試驗田，試驗用土為0～20 cm 深度的耕作層土壤，其有機質含量為1.67%，氮、磷、鉀含量分別為0.09%、0.06%和1.53%，電導率為245 μS/cm，pH 值為7.72。

盆栽試驗采用盆口內徑、盆底內徑和盆高分別為25、20 和25 cm 的塑料盆，裝土量為7.5 kg/盆，共24 盆，按矩陣方式進行排列，株距與行距均為80 cm。番茄幼苗于2020 年4 月24 日移栽入盆，每盆1 棵。采用滴灌方式進行澆水，滴箭流量1000 mL/h，根據土壤干濕程度確定滴灌時間。

試驗共設2 個處理，每個處理12 盆。CK 處理不施肥，處理T 施用秸稈酒精發酵廢液干粉，施肥量為1.00 g/盆·次，施肥方式為稱量每盆所需要的1.00 g 秸稈酒精發酵廢液干粉，溶于500 mL水中進行沖施。每10～12 天施肥1 次，共3 次。5 月17 日測定初始番茄株高H1、莖粗D1，并進行第1 次施肥處理；5 月29 日測定株高H2、莖粗D2，并進行第2 次施肥處理；6 月10 日測定株高H3、莖粗D3，并進行第3 次施肥處理。6 月8 日，在番茄苗期測定番茄葉片酶活性、總葉綠素含量和類胡蘿卜素含量，6 月20 日在番茄初果期，再一次測定番茄葉片酶活性、總葉綠素含量和類胡蘿卜素含量。6 月20 日，第1 次采摘番茄果實，計重；6 月27 日，第2 次采摘計重；此后每周采摘計重一次。產量為整個采收期總重量。

1.3 測定方法

秸稈酒精發酵廢液干粉有機質含量測定采用重鉻酸鉀容量法（NY/T 525-2021），黃腐酸含量測定采用重鉻酸鉀容量法（HG/T 5334-2018）。番茄株高和莖粗分別采用卷尺和游標卡尺測量。總葉綠素和類胡蘿卜素含量測定采用分光光度法，取0.2 g 葉片，用25 mL 95%乙醇勻漿，濾液于665、649 和470 nm 測定吸光度[12]。超氧化物歧化酶（SOD）活性測定采用氮藍四唑（NBT）還原法，丙二醛（MDA）含量測定采用硫代巴比妥酸（TBA）顯色法[13]。土壤全氮含量測定采用凱氏定氮法（LY/T 1228-2015）。土壤有效磷含量測定采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法。土壤速效鉀含量測定采用火焰光度計法[14]。

2 結果與分析

2.1 秸稈酒精發酵廢液干粉對番茄株高的影響

秸稈酒精發酵廢液干粉對番茄株高的影響如圖1 所示。與CK 相比，施肥處理的株高H1 增加14.47%，株高H2 增加12.42%，株高H3 增加10.91%，均達到顯著水平（P＜0.05）。因此，秸稈酒精發酵廢液干粉對番茄株高增長均有顯著的促進作用。

圖1 秸稈酒精發酵廢液干粉對番茄株高的影響Fig.1 Eff ects of dry powder of waste liquid from straw alcohol fermentation on plant high of tomato

2.2 秸稈酒精發酵廢液干粉對番茄莖粗的影響

秸稈酒精發酵廢液干粉對番茄莖粗的影響如圖2 所示。與CK 相比，處理T 莖粗D1 增加5.31%，莖粗D2 增加5.23%，均達到顯著水平（P＜0.05），但莖粗D3 與CK 無顯著差異（P＞0.05）。因此，秸稈酒精發酵廢液干粉在番茄生長前期均可顯著促進莖粗增加，在生長后期促進作用不明顯。

圖2 秸稈酒精發酵廢液干粉對番茄莖粗的影響Fig.2 Eff ects of dry powder of waste liquid from straw alcohol fermentation on stem diameter of tomato

2.3 秸稈酒精發酵廢液干粉對番茄葉片SOD 活性與MDA 含量的影響

秸稈酒精發酵廢液干粉對番茄苗期和初果期葉片SOD 活性的影響如圖3（a）所示。與CK 相比，番茄苗期處理T 的葉片SOD 活性上升30.34%，達到了顯著水平（P＜0.05）。這說明秸稈酒精發酵廢液干粉可提高苗期番茄葉片SOD 活性，從而提高番茄的抗病與抗逆能力。與CK 相比，番茄初果期處理T 的葉片SOD 活性增加44.40%，達到了顯著水平（P＜0.05），這說明秸稈酒精發酵廢液干粉在提高初果期番茄抗病抗逆能力方面效果突出。

MDA 是膜脂過氧化最重要的產物之一，它的產生還能加劇膜的損傷，因此在植物衰老生理和抗性生理研究中MDA 含量是一個常用指標。衰老、抗性差者MDA 含量相對較高[15]。秸稈酒精發酵廢液干粉對番茄苗期和初果期葉片MDA 含量的影響分別如圖3（b）所示。與CK 相比，番茄苗期處理T 的MDA 含量下降20.32%，達到了顯著水平（P＜0.05）。與CK 相比，番茄初果期處理T 的MDA 含量下降8.43%，未達顯著水平（P＞0.05）。這說明秸稈酒精發酵廢液干粉可在一定程度降低不利的環境因素對葉片的脅迫作用，延緩番茄衰老；但作用不顯著。

圖3 秸稈酒精發酵廢液干粉對番茄葉片SOD 活性（a）及MDA 含量（b）的影響Fig.3 Eff ects of dry powder of waste liquid from straw alcohol fermentation on SOD activity (a) and MDA content (b) of tomato leaves

2.4 秸稈酒精發酵廢液干粉對番茄葉片總葉綠素及類胡蘿卜素含量的影響

秸稈酒精發酵廢液干粉對番茄苗期葉片總葉綠素及類胡蘿卜素含量的影響如表1 所示。苗期，與CK 相比，處理T 番茄葉片總葉綠素含量增加24.29%，類胡蘿卜素含量增加3.43%，但差異均未達顯著水平（P＞0.05）。初果期，與CK 相比，處理T 番茄葉片總葉綠素含量增加12.09%，類胡蘿卜素含量增加87.03%，差異均達顯著水平（P＜0.05）。這說明秸稈酒精發酵廢液干粉均可提高番茄苗期和初果期葉片的總葉綠素和類胡蘿卜素含量，在初果期提高效果顯著，增強番茄的光合作用，促進番茄干物質的積累。

表1 秸稈酒精發酵廢液干粉對番茄葉片總葉綠素及類胡蘿卜素含量的影響Tab.1 Eff ects of dry powder of waste liquid from straw alcohol fermentation on total chlorophyll and carotenoid content of tomato leaves mg/g FW

2.5 秸稈酒精發酵廢液干粉對番茄單株產量的影響

秸稈酒精發酵廢液干粉對番茄單株產量的影響如表2 所示。與CK 相比，處理T 番茄單株產量增加12.19%，差異達顯著水平（P＜0.05）。這說明施用秸稈酒精發酵廢液干粉具有很好的肥效，可顯著提高番茄產量。

3 結果與討論

試驗結果表明，與對照相比，施用秸稈酒精發酵廢液干粉的處理可顯著提高番茄的株高和番茄生長前期的莖粗，這說明秸稈酒精發酵廢液干粉可促進植物生長發育，營養物質吸收，另外也體現了秸稈酒精發酵廢液來源的黃腐酸含有的活性基團可促進植物細胞分裂，有利于植物的生長，這與李靜等[16]對于黃腐酸促進番茄根系生長的結論相同。

根據植物中SOD 酶活性變化，可判斷過氧化作用的程度，SOD 活性高，可提高植物的抗逆能力；MDA 含量是表征植物膜系統是否穩定的重要指標，含量過高，植物膜系統不穩定，將影響受體植物細胞的正常代謝，最終抑制植物生長[17]。本試驗研究結果說明在番茄生長期，與對照相比，施用秸稈酒精發酵廢液干粉可顯著提高番茄葉片SOD 酶活性，特別是番茄初果期。與對照相比，施用秸稈酒精發酵廢液干粉可一定程度降低番茄葉片MDA 含量，保護葉片，延遲番茄植株生長期的衰老，提高抗逆能力，促進番茄的生長，但未達顯著差異。

在番茄初果期，施用秸稈酒精發酵廢液干粉的處理顯著增加了番茄葉片總葉綠素和類胡蘿卜素的含量，這有利于番茄葉片進行光合作用，積累光合產物，從而提高番茄產量。軒華強等[18]的研究發現，黃腐酸能促進植物光合作用，當植物光合速率較高時，同化的有機物增多，光合作用產生的糖類物質也更容易在植物體內積累。何流等[19]的研究發現，黃腐酸水溶肥可以提高蘋果葉片葉綠素含量。這些報道均與本文的研究結果一致。

施用秸稈酒精發酵廢液干粉的處理顯著提高了番茄產量，這說明秸稈酒精發酵廢液可作為新型肥料生產原料。羅建學等[20]、安學忠等[21]與馬曉晶等[22]的研究表明，黃腐酸對大白菜、玉米和水稻等作物具有明顯的增產作用，這與本研究結果一致。

與其他發酵廢液類似，秸稈酒精發酵廢液除含黃腐酸外，還含大量的糖類、有機酸和蛋白質等易降解有機質。以其為原料經噴霧干燥制備的干粉產品應用時必須注意施肥方式和用量，否則可能帶來抑制作物生長甚至燒苗爛根等不良效果。本研究將干粉產品稀釋500 倍后沖施，取得了較好應用效果，這說明該稀釋倍數是安全有效的，但生產實踐中可允許最低和最高稀釋倍數還有待進一步研究。本研究每株番茄的全季施用量為3 g，分3 次施用，每次沖施1 g，每10～12 天沖施1 次，是參照其他來源的生化黃腐酸產品推薦用法用量及施肥成本確定的，在實際農業生產中具有較強的指導價值。在后續研究中，我們將進一步探討不同施肥量及不同施肥方式對番茄生長發育及產量的影響，以期進一步減少成本、提高施肥效率和應用效果。此外，在試驗過程中發現，秸稈酒精發酵廢液干粉具有較強的吸濕性，容易因受潮而結塊，甚至長霉腐敗。因此，在保存、轉運和利用過程中，應注意密封、防潮，袋裝成品堆放層數不宜太大。為降低生產和應用成本，建議生產膏狀產品，與粉狀產品相比，既節約能源，還避免吸潮結塊、粉塵等問題。但膏狀產品的包裝與運輸費用比粉狀產品高，生產企業應綜合考慮。

總之，秸稈酒精發酵廢液可以促進番茄的生長發育，提高番茄的抗逆性、光合作用效率和產量。本研究為秸稈酒精發酵廢液資源在農業生產中的應用提供了理論依據，對提高秸稈酒精生產廢液的綜合利用水平具有重要意義。