煙草廢棄物發酵制取有機肥及其在柑橘生產上的應用效果*

韓利紅, 何余勇, 尹健康, 盧 峻, 何志華, 蒲榮貴, 馮慶山, 賈 林, 朱孟琦, 孫 龍

(1.四川誠至誠煙草投資有限責任公司 四川成都 610041;2.四川金葉化肥有限公司 四川眉山 620866;3.涼山金葉化肥有限責任公司 四川西昌 615500)

我國是世界上煙草種植大國,煙草的種植與產品加工在國民經濟發展中發揮著重要的作用。在煙葉采收及煙草加工過程中,有大量的煙草廢棄物產生,包括煙葉采收后留于田間地頭的煙桿、煙葉復烤廠在原料挑選階段剔除的霉爛煙葉及葉梗分離時分出的煙梗、在卷煙廠制作卷煙過程中產生的廢棄煙絲及煙塵等[1],每年全國煙草廢棄物的總量估計為1 000～1 500 kt[2]。這些廢棄物中含有大量可供利用的蛋白質、糖、脂和煙堿,大多可作為肥料、飼料、殺蟲劑、碳源、燃料直接在農業上應用。合理利用這些廢棄資源,變“廢”為“寶”,對節支增收和保護生態環境具有重要的意義。

近年來,國內外對煙草廢棄物的利用進行了大量的研究[3-7],也有部分學者進行了煙草廢棄物發酵制取有機肥的研究[8-10],但針對煙草廢棄物制成有機肥并應用到農業生產上的研究未見報道。本文根據水果、蔬菜等經濟作物的需肥特性和常規施肥調查情況,聯合科研院所制定發酵試驗配方,通過回收利用煙葉復烤廠、卷煙廠的煙草廢棄物,經發酵制取不同的煙末有機肥,然后將發酵效果較好的煙末有機肥開展小區試驗并提出施肥建議,以期解決煙葉生產中廢棄物的處置問題,不僅煙草企業能實現降本創收,而且可為農業生產提供具有殺蟲、殺菌、提質增效功能的優質有機肥。

1 不同配方煙末有機肥發酵試驗

1.1 材料與方法

1.1.1 試驗材料

發酵試驗地為四川金葉化肥有限公司,煙草廢棄物主要是煙葉復烤廠和卷煙廠回收的廢棄煙草專賣品(煙末),配方材料有酒糟、菌渣、油枯、腐殖酸等。

1.1.2 試驗設計

1.1.2.1 發酵試驗配方

共設計3個發酵試驗配方:T1,煙末-酒糟有機肥,25.0%(質量分數,下同)煙末、70.0%酒糟、4.5%油枯、0.5%調理劑,腐熟菌劑的用量占配方總量的0.1%(不計入配方,下同);T2,煙末-菌渣有機肥,27.5%煙末、40.0%菌渣、30.0%腐殖酸、2.0%油枯、0.5%調理劑、0.1%腐熟菌劑;T3,煙末-腐殖酸有機肥,95.0%煙末、5.0%腐殖酸、0.1%腐熟菌劑。

1.1.2.2 發酵工藝

將原料和腐熟菌劑按比例混合均勻后,用清水或(和)石灰水將上述物料的含水量調至65%左右,pH調至6.8～7.5,再均勻地放入發酵槽,表面覆蓋塑料膜,間隔7 d用翻拋機翻拋一次,發酵時間30 d左右。

1.1.3 測定指標

每天同一時間多點位記錄發酵溫度,間隔4 d取一次樣品測定有機質、全氮、堿解氮、有效磷、有效鉀含量及pH等指標,測定方法參見《土壤農化分析》[11]。

1.1.4 數據統計與分析

采用Excel 2016軟件對數據進行統計與分析。

1.2 結果與討論

1.2.1 不同配方的有機物料發酵溫度的變化

有機物料最適宜的發酵溫度為60～70 ℃,通過保溫蒸發水分,并殺死病原菌、病毒及草籽。不同配方的有機物料在不同發酵時間的發酵溫度見表1。

表1 不同配方的有機物料在不同發酵時間的發酵溫度

由表1可知,T1、T3配方的有機物料的發酵溫度在50～60 ℃,T2配方的有機物料的發酵溫度在60 ℃左右。對比3個配方,T2配方的有機物料的發酵溫度較為適宜,有利于有機質的積累。

1.2.2 不同配方的有機物料在發酵過程中pH的變化

在有機物料發酵過程中,pH變化會影響發酵菌劑的作用效果。發酵菌劑適用于中性或堿性環境,當有機物料的pH為5.5～8.5時,有利于發酵菌的繁殖、分解和存活。不同配方的有機物料在發酵過程中pH的變化情況見表2。

表2 不同配方的有機物料在發酵過程中的pH

由表2可知,T1、T2配方的有機物料的pH為5～6,T3配方的有機物料的pH為6～7,都在比較適宜的范圍內。

1.2.3 不同配方的有機肥料在發酵過程中有機質含量的變化

在發酵過程中,有機質在微生物的作用下進行復雜的轉化,主要包括礦質化和腐殖化兩個過程[12-15]。不同配方的有機物料在發酵過程中有機質含量的變化見表3。

表3 不同配方的有機物料在發酵過程中的有機質含量

由表3可知:有機質含量變化較復雜,無規律性,其中以T1配方的有機質含量最高,質量分數在60%以上;T2、T3配方的有機質質量分數在55%左右。

1.2.4 不同配方的有機物料在發酵過程中總養分含量的變化

不同配方的有機物料在發酵過程中總養分(N+P2O5+K2O)含量的變化見表4。

表4 不同配方的有機物料在發酵過程中總養分含量的變化

由表4可知:T3配方的總養分含量最高,為7%左右;T1、T2配方的總養分含量相近,都在6%左右。各配方的有機物料在發酵過程中總養分含量的變化趨勢與有機質含量的變化基本一致。

1.2.5 不同配方的有機物料在發酵過程中碳氮比的變化

碳氮比是有機物料中碳的總含量與氮的總含量的比值,對微生物的生長代謝起著重要的作用,一般控制在25%～30%為宜[16-17]。碳氮比低,微生物分解速率快,發酵溫度上升迅速,堆肥周期短;碳氮比過高,微生物分解速率緩慢,發酵溫度上升慢,堆肥周期長。不同配方的有機物料在發酵過程中碳氮比的變化見表5。

表5 不同配方的有機物料在發酵過程中碳氮比的變化

由表5可知:T1配方的碳氮比較高,在30%以上,發酵1個月后的碳氮比為35%;T3配方的碳氮比次之,為30%左右,發酵1個月后的碳氮比為28%;T2配方的碳氮比為25%左右。試驗結果表明,T2配方的碳氮比較理想。

2 煙末有機肥對柑橘生產的效果驗證

2.1 材料與方法

2.1.1 試驗材料

大田驗證試驗在四川省成都市邛崍市民主村三禾家庭農場柑橘種植園進行,供試土壤的理化性狀:pH為4.89,w(有機質)為16.92 g/kg,w(堿解氮)為97.32 mg/kg,w(有效磷)為15.10 mg/kg,w(速效鉀)為109.45 mg/kg。

供試肥料:選取發酵配方試驗結果較優的煙末-菌渣有機肥作為試驗用肥;柑橘專用肥,N-P2O5-K2O=19-8-13;普通有機肥,w(有機質)≥45%,w(N+P2O5+K2O)≥5%。以上肥料均由四川金葉化肥有限公司提供。

2.1.2 試驗設計

田間試驗共設置3個處理:A,100%柑橘專用肥,用量為2.80 kg/株;B,普通有機肥+80%柑橘專用肥,普通有機肥用量10 kg/株,柑橘專用肥用量2.24 kg/株;C,煙末-菌渣有機肥+80%柑橘專用肥,煙末-菌渣有機肥用量10 kg/株,柑橘專用肥用量2.24 kg/株。施肥前,于樹冠四周開15～20 cm深溝或沿樹冠挖多點穴溝,將肥料均勻撒施于溝中,并與泥土混拌,最后覆土蓋密。各處理的田間農藝操作均按照柑橘標準化生產方式進行統一管理。

2.1.3 測定指標及方法

田間試驗的測定指標為柑橘成熟后的農藝性狀、產量、內在品質和病蟲害發生情況等,其中可溶性固形物含量采用手持測糖儀測定,總糖含量采用蒽酮比色法測定,總酸含量采用氫氧化鈉中和滴定法測定,維生素C(Vc)含量采用2,6-二氯酚靛酚滴定法測定。

2.1.4 數據統計與分析

采用Excel 2016和SPSS 23.0軟件對數據進行統計與分析。

2.2 結果與分析

不同施肥處理的柑橘農藝性狀、產量和產值、內在品質、病蟲害發生情況見表6～表9。

表6 不同施肥處理的柑橘農藝性狀

由表6可知:處理C能顯著提升柑橘的單果質量和可食率;處理C的大果比例比處理A、處理B的分別提升22.33%、4.45%,小果比例下降34.25%、22.39%。

由表7可知,處理C的產量最高,與處理A相比,產量顯著提升4.95%,產值提升13.16%。

表7 不同施肥處理的柑橘產量和產值

由表8可知:處理C在總糖和可溶性固形物含量、固酸比、糖酸比上的提升效果均達到顯著水平,其Vc含量也高于處理A和處理B的,說明煙末-菌渣有機肥在提升柑橘果實內在品質上具有顯著的效果。

表8 不同施肥處理的柑橘內在品質

由表9可知:處理C能降低柑橘煤污病的發病率,病葉率較處理A和處理B分別降低28.73%和24.03%,病情指數顯著降低43.41%和33.21%;在柑橘潛葉蛾防治效果上,3個處理的受害率差異不顯著,但處理C的最低,其受害指數也最低,且與處理A的差異顯著。這說明相較于普通有機肥和化肥單施,煙末-菌渣有機肥能對柑橘常見病蟲害起到一定的防治作用。

表9 不同施肥處理的柑橘病蟲害發生情況

3 結語

綜合不同發酵試驗配方的有機物料在發酵過程中的溫度、pH、有機質含量、總養分含量、碳氮比的變化情況,以煙末-菌渣有機肥較優。從大規模生產銷售角度分析,煙末-腐殖酸有機物料的堆積密度較大,料堆內部含氧量較少,故發酵溫度稍低、發酵周期較長,不利于正常生產;煙末-酒糟有機物料因酒糟原料顆粒較大,對產品外觀影響較大,不利于生產銷售;煙末-菌渣有機肥產品外觀、發酵過程中的各項指標及產品質量指標等均較優。

以煙末-菌渣作為煙草廢棄物生產有機肥的配方,制得的產品通過對柑橘生產的效果驗證,結果表明對柑橘果實的質量提升和病蟲害防控均有良好的效果。煙末-菌渣有機肥配合化肥施用后,產量較單施化肥提升4.95%,同時較單施化肥和普通有機肥減施化肥處理,柑橘病葉率和病情指數降低幅度均超過24%,實現了柑橘生產的“藥肥雙減”,可助力農業綠色化、持續化發展。