不同菌剂及粒径对马占相思树皮腐熟效果的影响

刘鹏祺; 夏宇飞; 罗健; 渠心静; 戴生玉; 袁军

doi:10.3969/j.issn.1000-2561.2019.01.006

热带作物学报 >

2019 , Vol. 40 >Issue 1: 39 - 44

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-2561.2019.01.006

遗传育种、作物栽培与营养

不同菌剂及粒径对马占相思树皮腐熟效果的影响

刘鹏祺 ¹ ,
夏宇飞 ¹ ,
罗健 ² ,
渠心静 ¹ ,
戴生玉 ¹ ,
袁军 ^,¹^,^*

展开

1. 中南林业科技大学经济林培育与保护省部共建教育部重点实验室,湖南长沙 410004
2. 澄迈乐香种苗管理有限公司,海南澄迈 571900

^* 袁军（YUAN Jun）,E-mail： yuanjunchina@126.com。

刘鹏祺（1995—）,男,本科,研究方向：经济林育种与栽培。

收稿日期: 2018-05-23

要求修回日期: 2018-07-23

网络出版日期: 2019-01-15

基金资助

海南省重点研发计划项目“海南油茶低产林良种化改造技术研究与示范”(ZDYF2018029)

中南林业科技大学大学生研究性学习和创新性实验计划项目(2017057)

版权

收起

Effect of Different Microbial Inoculants and Particle Size on Compost of Acacia mangium Bark

LIU Pengqi ¹ ,
XIA Yufei ¹ ,
LUO Jian ² ,
QU Xinjing ¹ ,
DAI Shengyu ¹ ,
YUAN Jun ^,¹^,^*

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1. Key Laboratory of Cultivation and Protection for Non-Wood Forest Trees (Central South University of Forestry and Technology), Ministry of Education, Changsha, Hunan 410004, China
2. Chengmai Lexiang Seedling Management Co., Ltd., Chengmai, Hainan 571900, China;

Received date: 2018-05-23

Request revised date: 2018-07-23

Online published: 2019-01-15

Copyright

Copyright reserved © 1981. Office of Acta Agronomica Sinica All articles published represent the opinions of the authors, and do not reflect the official policy of the Chinese Medical Association or the Editorial Board, unless this is clearly specified.

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摘要

以细颗粒（直径<1 mm,T）和粗颗粒（直径1~3 mm,C）马占相思树皮为材料,利用市售酵素菌（J）、有机肥发酵菌（Y）、金宝贝（B）3种菌剂进行发酵,研究其发酵后树皮的理化性质及对‘扬州圆’白萝卜生长的影响,旨在为马占相思树皮资源化利用提供科学依据。结果表明,添加菌剂腐熟的马占相思树皮能促进测试萝卜的生长,树皮有效磷与速效钾含量均以CJ最高,分别为57.60、775.50 mg/kg,且显著高于其他处理。酵素菌处理的树皮上生长的‘扬州圆’白萝卜株鲜重和株干重最高,其次为金宝贝、有机肥发酵菌,且其‘扬州圆’白萝卜全磷与全钾含量均最高,分别为3.95、45.20 g/kg。3种菌剂中以酵素菌处理的马占相思树皮腐熟效果最佳,适宜作为基质使用。

关键词： 马占相思树皮; 腐熟; 萝卜; 菌剂; 养分含量

本文引用格式

刘鹏祺 , 夏宇飞 , 罗健 , 渠心静 , 戴生玉 , 袁军 . 不同菌剂及粒径对马占相思树皮腐熟效果的影响[J]. 热带作物学报, 2019 , 40(1) : 39 -44 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2019.01.006

Abstract

Three kinds of commercial microbial inoculants including enzyme bacteria (J), organic fermenting bacteria (Y), gymboree (B) were employed to ferment fine-grained (diameter <1 mm, T) and coarse-grained (diameter 1-3 mm, C) Acacia mangium bark to prepare substrates, and the physicochemical properties and the influence on the growth of white radish ‘Yangzhouyuan’ were investigated, in order to provide a scientific basis for utilization of the bark of A. mangium . The results showed that the bark supplemented with the bacterial agent could promote the growth of radish. The content of available phosphorus and available potassium in the substrate was the highest, which was 57.60 and 775.50 mg/kg, respectively, and significantly higher than that of other treatments. Whole plant fresh and dry weight of white radish ‘Yangzhouyuan’ grown on the substrate treated with enzyme bacteria was the highest, followed by gymboree and organic fermenting bacteria. The content of total phosphorus and potassium in the white radish ‘Yangzhouyuan’ was the highest, which was 3.95 and 45.20 g/kg correspondingly. The results suggest that the bark of A. mangium treated with enzyme bacteria had the best effect, and was suitable to be used as a substrate.

Key words： bark of Acacia mangium; decomposition; radish; bacterial agent; nutrient content

马占相思（Acacia mangium）属含羞草科（Mimosaceae）金合欢属（Acacia）,原产澳大利亚昆士兰沿海、巴布亚新几内亚南部以及印度尼西亚东部^[1],是热带地区生长迅速、用途广泛的强阳性树种。其根系具有固氮根瘤,前期生长迅速,能在较短时间内明显改善土壤的营养条件,是华南丘陵退化荒坡常用的先锋树种^[2]。目前,我国相思类树种的人工栽培面积已超过15.33万hm²,其中马占相思为6.67万hm²,主要分布于广东、广西、海南、云南、福建等地^[3]。其木材主要用于制浆造纸,树皮含有单宁,用于提取栲胶^[4],目前已经是国内南方栲胶生产的主要原料,但提取栲胶后的马占相思树皮废弃物的利用报道较少。一家中型栲胶厂每年排放的马占相思树皮废弃物近1.000×10⁶ kg,利用价值很不充分^[5]。因此研究马占相思树皮废弃物的综合利用很有必要。

随着工厂化育苗的发展及泥炭资源的匮乏,有机废弃物做育苗基质已成为研究的热点。近年来,研究和开发新型环保的轻型基质越来越受到人们的重视,有机废弃物的利用成为未来基质选料的一个主要发展方向^[6]。目前对于有机固体废弃物最有效的处理途径是高温好氧腐熟^[7],添加菌剂是促进发酵腐熟过程的一项重要措施。目前,市面上现有的发酵菌有酵素菌、金宝贝、EM菌、有机肥菌剂等。张沛健等^[8]在基于桉树皮的有机基质腐熟处理研究中发现,酵素菌处理对桉树皮的腐熟效果最佳。本研究在不同粒径的马占相思树皮中加入不同微生物菌剂（酵素菌、有机肥发酵菌、金宝贝）的发酵腐熟进程及其对‘扬州圆’白萝卜生长的影响,从而筛选适宜马占相思树皮发酵的粒径及发酵菌剂。本研究符合现代生态农业的要求,为马占相思树皮废弃物的资源化利用提供了理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

实验于2017年4月在湖南省长沙市中南林业科技大学实验室进行（28°08°N,112°59°E）。马占相思树皮于2017年4月在海南省澄迈县火山口镇纸浆加工厂购回。酵素菌（J）的主要成分为酵素菌,有机肥发酵菌（Y）的主要成分为益生菌,金宝贝（B）的主要成分为益生菌和微生态制剂,这些菌剂均购自北京华夏康源科技有限公司。萝卜种子品种为‘扬州圆’白萝卜（Raphanus sativus）,购自杨研种业科技有限公司。马占相思树皮氮（N）含量为(12.93±0.21) g/kg,磷（P）含量为(0.63±0.01) g/kg,钾（K）含量为(2.95±0.06) g/kg。

1.2 方法

1.2.1 树皮腐熟实验（1）马占相思树皮处理。实验采用析因分析法。树皮用粉碎机粉碎过筛,分为0~1 mm的细颗粒（T）和1~3 mm的粗颗粒（C）2种颗粒大小备用;将3种菌剂分别与粗颗粒、细颗粒树皮混合,不加菌剂的2种颗粒作为对照（L）,共8个处理,分别以CJ、CY、CB、CL、TJ、TY、TB、TL标示,每个处理重复3次,分别置入容积为30 L的发酵罐内,加水至树皮含水量为60%。放置室外进行腐熟,每隔7 d对树皮进行翻动。

（2）树皮含水量和pH的测定。每隔7 d从各堆体中心处取样50 g放入烘箱,随后用60 ℃烘72 h至恒重,测定其含水量;2017年7月21日,将树皮与水以1∶5的比例混合成样品溶液,用梅特勒-托利多实验室pH计测定其pH^[9]。

1.2.2 生物测试实验（1）盆栽处理。2017年8月14日,分别取发酵好的8种树皮1 kg同珍珠岩按照3∶1的比例混合作为8个处理,每个处理重复5次,采用单因素随机区组设计方法,将处理好的树皮装入15 cm×20 cm的花盆。取催芽后的白萝卜种子播种于花盆中,每个处理8粒,播种后浇透水,外覆一层塑料薄膜,放置于温度为28 ℃、光照强度为1200 lx、相对湿度为80%、面积为12 m²的人工气候室中。7 d后去掉塑料薄膜,选取长势较好的3株进行育苗,树皮表面覆盖保湿棉保水,定期浇水。2017年9月20日,每处理施加50 mL浓度为1%的尿素1次。

（2）白萝卜SPAD值以及鲜重、干重的测定。2017年10月23日,取白萝卜固定叶片的固定部位,用SPAD 502 plus分别测定各处理叶片的SPAD值。2017年10月31日,采收白萝卜,测定每处理3株白萝卜的株鲜重,后置于60 ℃烘箱中烘干至恒重后测定株干重,将其粉碎备用。

（3）树皮元素含量的测定。采收时,轻轻抖动花盆,将花盆内树皮全部倒出,抖落根系周围树皮,将其混匀,用四分法取约500 g新鲜树皮。用0.01 mol/L CaCl₂浸提硝态氮,土液比为1∶5,摇床200 r/min,震荡15 min;用2 mol/L KCl浸提铵态氮,土液比为1∶10,摇床200 r/min,振荡30 min^[10]。然后将新鲜树皮风干,细颗粒树皮过1 mm筛,因为细颗粒粒径小,要防止树皮结块。用0.03 mol/L NH₄F+0.025 mol/L HCl浸提有效磷,土液比为1∶10,摇床200 r/min,振荡30 min;用1 mol/L NH₄Ac浸提速效钾,土液比为1∶10,摇床200 r/min,振荡30 min^[9]。树皮浸提液用0.45 μm的滤膜过滤,保存于白色塑料瓶待测。树皮铵态氮和硝态氮以及树皮有效磷用全自动间断式化学分析仪（Smatchem200,Westco Sciebtific Instruments,Italy）^[11]参照仪器使用指导书测定;树皮速效钾用火焰光度计测定。

（4）白萝卜元素含量的测定。分别称取0.2500 g的植物样品,用浓硫酸-双氧水法消化制备待测液,用于测定植物全磷、全钾、全氮含量^[9]。植物全氮、全磷用全自动间断式化学分析仪（Smatchem200,Westco Sciebtific Instruments,Italy）^[11]参照仪器使用指导书测定;植物全钾用火焰光度计测定。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2010软件进行数据统计和处理,采用SPSS 24.0软件对数据进行单因素方差分析（ANOVA）以及差异显著性检验（Duncan法）。

2 结果与分析

2.1 不同处理对树皮理化性质的影响

2.1.1 不同处理树皮水分含量变化情况由图1和图2可知,腐熟过程中含水量均呈先上升后下降的趋势。在14~21 d,各处理含水量达到最大值,以CJ含水量上升最快,上升了35.52%。14~21 d后,各处理含水量均呈下降趋势,至49 d各处理含水量均低于初始含水量,且均小于50%。粗颗粒树皮中含水量普遍高于细颗粒。

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图1 粗颗粒中不同处理树皮水分含量变化趋势

Fig. 1 Change trend of moisture content of bark in different treatments of coarse particles

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图2 细颗粒中不同处理树皮水分含量变化趋势

Fig. 2 Change trend of moisture content of bark in different treatments of fine particles

2.1.2 不同处理对树皮pH的影响由图3可以看出,各个处理的树皮pH差异不显著,均小于6.00。pH的大小顺序为：CY>CL>TJ>CB> CJ>TB>TL>TY,其中,CY的pH是TY的1.15倍。除TJ外,细颗粒处理的树皮pH普遍低于粗颗粒。

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图3 不同处理对树皮pH的影响

不同小写字母表示差异显著（p<0.05）。

Fig. 3 Effects of different treatments on the pH value of bark

Different lowercase letters indicate significant difference (p<0.05).

2.1.3 不同处理对树皮有效元素含量的影响从表1可以看出,酵素菌的添加对马占相思树皮的腐熟有显著影响。3种菌剂处理的树皮中,铵态氮含量以CY最高,CB次之,TB最低,CY是TB的108.59倍,且粗颗粒树皮中铵态氮含量显著高于细颗粒;硝态氮含量以TB最高,CJ次之,TY最低,TB是TY的36.98倍;有效磷含量以CJ最高,TJ次之,TB最低,且CJ是TB的27.43倍;速效钾含量以CJ最高,且显著高于其他处理（p<0.05）。

表1 不同处理对树皮氮、磷、钾元素含量的影响

Tab. 1 Effects of different treatments on the N, P and K contents of bark

处理 Treatment	铵态氮含量 Ammonium content/(mg·kg^-1)	硝态氮含量 Nitrate content/(mg·kg^-1)	有效磷含量 Available P content/(mg·kg^-1)	速效钾含量 Available K content/(mg·kg^-1)
CJ	36.72±4.05^bc	23.75±0.74^c	57.60±1.56^a	775.50±20.51^a
CY	167.23±34.37^a	1.18±0.07^d	2.37±0.20^c	637.50±31.82^cd
CB	80.79±5.7^b	18.90±7.00^c	2.17±0.06^c	569.50±41.72^de
CL	190.66±57.66^a	0.46±0.38^d	2.64±0.09^c	765.50±7.78^a
TJ	3.67±0.26^c	1.62±0.36^d	6.39±0.12^b	421.00±8.49^f
TY	4.69±0.41^c	1.14±0.13^d	3.03±0.14^c	658.50±12.02^bc
TB	1.54±0.08^c	42.16±3.42^b	2.10±0.09^c	558.67±8.02^e
TL	6.90±0.86^c	60.17±6.50^a	2.64±0.04^c	717.33±57.74^ab

	Note: Different letters in the same column indicate significant difference (p<0.05).
	注：同列不同字母表示差异显著（p<0.05）。

2.2 不同树皮条件下白萝卜幼苗的形态、SPAD值和元素含量

2.2.1 不同处理对白萝卜幼苗的形态指标的影响不同树皮处理条件下萝卜的形态见图4。各处理‘扬州圆’白萝卜鲜重和干重测定结果见表2。不同菌剂处理的粗颗粒和细颗粒树皮效果差异极显著（p<0.01）。相关性检验结果显示,各处理鲜重和干重呈显著性相关。白萝卜鲜重值和干重值大小顺序为：TJ>CJ>TB>TY>TL>CB>CL>CY。细颗粒树皮中的白萝卜鲜重值和干重值普遍大于粗颗粒。粗颗粒树皮中CJ鲜重值和干重值最大,鲜重为CL的8.14倍,干重为CL的4.33倍,其次为CB、CY。细颗粒树皮中TJ鲜重值和干重值最大,鲜重为TL的7.57倍,干重为TL的4.71倍,其次为TB、TY。在各处理中,白萝卜的鲜重值和干重值均以TJ最大,鲜重为CJ的2.94倍,干重为CJ的2.97倍。

表2 不同树皮处理条件下萝卜的鲜重及干重

Tab. 2 Fresh and dry weight of radish under different treatment conditions of bark

处理Treatment	鲜重Fresh weight/g	干重Dry weight/g
CJ	16.04±4.56^b	1.30±0.43^b
CY	1.91±0.40^e	0.28±0.02^c
CB	5.48±0.41^de	0.79±0.65^bc
CL	1.97±0.92^e	0.30±0.11^c
TJ	47.09±4.18^a	3.86±0.44^a
TY	9.65±1.10^cd	0.95±0.08^bc
TB	13.46±4.01^bc	1.26±0.81^b
TL	6.22±0.54^de	0.82±0.05^bc

	Note: Different letters in the same column indicate significant difference (p<0.05).
	注：同列不同字母表示差异显著（p<0.05）。

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图4 不同树皮处理条件下萝卜的形态

Fig. 4 Morphology of radish under different treatment conditions of bark

2.2.2 不同处理对白萝卜幼苗SPAD值的影响植物叶片SPAD值反映了植物叶绿素含量的相对大小,已成为一种用于评价植被长势的有效手段^[12,13,14]。由图5可知,SPAD值的大小顺序为：CB>CL>TY>TB>TJ>TL>CY>CJ。其中CB的SPAD值最高,为48.15,CJ最低,为25.52,CB为CJ的1.89倍。细颗粒树皮中不同处理的‘扬州圆’白萝卜叶片SPAD值差异不显著（p>0.05）。

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图5 不同处理树皮对萝卜SPAD值的影响

不同小写字母表示差异显著（p<0.05）。

Fig. 5 Effects of different treatments of bark on the SPAD value of radish

Different lowercase letters indicate significant difference (p<0.05).

2.2.3 不同树皮处理对白萝卜幼苗元素含量的影响由表3可知,粗颗粒中,CJ全磷与全钾含量最高,分别为3.95、42.63 g/kg,全氮含量较低,仅高于CL。但从白萝卜所含有的元素总量来看,CJ的总氮含量最高,为49.32 mg。细颗粒中,TJ全磷与全钾含量最高,分别为2.98、45.20 g/kg,全氮含量相对

表3 不同树皮处理对萝卜幼苗氮、磷、钾元素含量的影响

Tab. 3 Effects of different treatments of bark on N, P and K contents in radish seedlings

处理 Treatment	全氮含量 Total N/(g·kg^-1)	全磷含量 Total P/(g·kg^-1)	全钾含量 Total K/(g·kg^-1)
CJ	37.94±0.63^d	3.95±0.08^a	42.63±0.11^b
CY	46.04±0.62^b	0.54±0.04^f	32.75±0.07^f
CB	50.32±0.71^a	0.86±0.02^d	37.05±0.14^e
CL	29.51±0.08^e	0.61±0.06^ef	27.70±0.14^g
TJ	29.13±0.76^e	2.98±0.06^c	45.20±0.14^a
TY	50.85±0.88^a	0.85±0.05^d	37.18±0.04^e
TB	43.81±1.18^c	0.90±0.04^d	39.85±0.28^d
TL	11.46±0.16^f	2.78±0.11^b	40.30±0.35^c

	Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant difference (p<0.05).
	注：同列不同小写字母表示差异显著（p<0.05）。

较低,仅高于TL,但总氮含量最高,为112.44 mg。菌剂Y、B的全磷、全钾元素含量都较为接近,差异不显著。粗颗粒和细颗粒间差异不显著。

3 讨论

目前马占相思生产纸浆片和栲胶后的树皮利用一直以来困扰着生产商,对其进行基质化利用是具有前景的一种方式。本研究利用不同菌剂对马占相思树皮进行腐熟,使其得到基质化利用,从而缓解树皮废弃物泛滥的问题,为马占相思树皮腐熟利用提供技术依据。本研究结果表明,添加菌剂对马占相思树皮的腐熟有一定的促进作用,不同的菌剂对树皮的腐熟效果不同。水分是腐熟过程中重要的影响因素^[15],研究中树皮含水量呈先上升后下降的趋势,造成这种现象的主要原因是微生物生长消耗的水分小于有机物分解产生的水分,含水量后呈下降趋势是因为翻堆频次过多,造成水分散失,这与董存明^[16]堆肥试验中水分变化的研究结果一致。pH为5.0~7.0适宜作物生长,pH过高或过低都不利于作物的生长和发育,因此pH是一个重要参数^[17]。本研究中各树皮的pH均在5.0~6.0,适合白萝卜生长。在不同处理对树皮有效元素影响的研究中,树皮铵态氮、硝态氮含量较低,分析可能是因为马占相思树皮为木制物料,尽管木制物料中的蛋白质含量很高,但由于严密的木质素和纤维素对其中氮源的包裹,导致其蛋白质的分解率并不高^[18],从而铵态氮、硝态氮含量较低。不同粒径对马占相思树皮腐熟效果的影响有所差异,其中细颗粒处理的树皮腐熟效果更明显,所栽培的萝卜生长量及全磷、全钾含量普遍较高,长势较好,可能是由于小粒径腐熟更容易促进树皮分解,从而有利于元素的释放^[19]。植物叶片中叶绿素含量的多少直接关系着植物的生长和发育^[20]。酵素菌处理的白萝卜SPAD值显著低于其他处理,可能因为酵素菌处理的白萝卜长势较好,对氮、磷、钾元素消耗较大,导致养分供应相对不足^[21,22]。树皮中有效磷和速效钾含量最高的均为酵素菌处理的树皮,且显著高于其他处理,同时酵素菌处理的树皮中白萝卜株鲜干重最高,长势最好,说明酵素菌处理的腐熟树皮更适合白萝卜生长。根据白萝卜全氮、全磷、全钾元素的测定结果,酵素菌处理的树皮上生长的白萝卜全磷、全钾的含量显著高于其他处理,而全氮含量相对较低,但植株总氮含量最高,其原因可能是氮、磷、钾元素供应比例不均衡,酵素菌处理的白萝卜生长发育迅速而产生了稀释作用^[23]。

添加酵素菌的处理与其他各处理之间的树皮有效元素、白萝卜全量元素、白萝卜形态均存在显著差异,也进一步说明在马占相思树皮腐熟中,酵素菌的腐熟效果更好。而有机肥发酵菌、金宝贝对马占相思树皮的降解能力与对照处理无显著差异,可能是由于菌剂是针对不同有机质研制而成的,有些菌剂对其他物质的腐熟效果比腐熟树皮的效果好,这与周淑霞等^[24]研究结果一致。因此,在选择促进马占相思树皮腐熟的菌剂时应优先选择酵素菌作为发酵菌剂。在基质化利用研究中发现白萝卜表现为缺氮现象,所以在马占相思树皮腐熟过程中对氮源的添加也需要做进一步探究。虽然本研究在菌剂对马占相思树皮腐熟效果的影响上做了一定的探索,但是影响其腐熟效果的因素还有很多,除菌剂外,腐熟的效果与水分、温度、通风供氧、碳氮比、氮源等都存在密切关联^[25]。今后的研究中还应综合考虑各种因素,以探究更加科学有效的树皮腐熟途径,同时开展马占相思树皮基质在木本树种（如油茶、荔枝、杨桃等）苗木培育上的利用研究,以便能更好地应用于生产实践中。

The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。

参考文献

原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序

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