唐 宇, 曹亞軍, 歐慶宇, 張昌義, 劉國軍, 熊曉莉
(1.重慶工商大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院, 重慶 400067; 2.張家港興茂昆蟲生物科技有限公司, 江蘇 張家港 215000; 3.成都優(yōu)耕生態(tài)農(nóng)業(yè)科技有限公司, 成都 610000; 4.成都正本源生化科技有限公司, 成都 610502; 5.成都市四友生物科技有限公司, 成都 610000)
黃粉蟲糞作為一種優(yōu)質(zhì)的有機肥原料,含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì),見表1。經(jīng)檢測,黃粉蟲糞有機物含量77.68%~81.15%、全氮3.970%、全磷 1.860%和全鉀2.660%,且富含鋅、硼、鐵、鎂、鈣、銅等多種微量元素,可用于農(nóng)業(yè)施用與家庭種植[1-2]。不僅養(yǎng)分優(yōu)于現(xiàn)有的禽畜糞便,也避免了禽畜糞便堆肥存在的氨氣缺失、處理時間較長等問題[3]。黃粉蟲糞有機肥(TMF)肥效穩(wěn)定且持久,有提高土壤的活性的效用;也可以將蟲糞沙與農(nóng)家肥、化肥混合施用,具有改性和促進肥效的功能;同時,也可以調(diào)節(jié)土壤的微生態(tài)平衡并且能夠起到良好的保水作用[4-5]。王久興等[6]的研究表明:TMF對黃瓜壯苗有積極的作用,并且能顯著提高幼苗的各項指標(biāo)。武帥[7]等研究了TMF對花卉的生長及品質(zhì)的影響,表明TMF能顯著提高萬壽菊的花朵質(zhì)量、延長花期和減少倒伏。從以上文獻可以看出TMF對蔬菜和花卉的生長均起到正面作用,但文獻的評價指標(biāo)僅從簡單指標(biāo)、相對指標(biāo)、復(fù)合指標(biāo)對植物生長進行考察,如葉長、葉寬、莖高、側(cè)枝數(shù)等,未對植物生長過程中的理化指標(biāo)進行深入的研究。
以冷水花為例,考察TMF對其生長的影響。測試葉片中的N、P、K、葉綠素、含水率、過氧化物酶活性和株高的變化,以考察TMF對冷水花的生長影響及最佳用量。
TMF(張家港興茂昆蟲生物科技有限公司),其營養(yǎng)成分見表1;冷水花(成都優(yōu)耕生態(tài)農(nóng)業(yè)科技有限公司)。其他試劑為分析純,市購。
表1 黃粉蟲糞發(fā)酵有機肥的營養(yǎng)成分表Table 1 Nutrient composition of tenebrio molitor fermentation organic fertilizer
全自動凱氏定氮儀(K1100F,濟南海能儀器股份有限公司)、石墨消解儀(SH420F,濟南海能儀器股份有限公司)、紫外分光光度計(UV1102,上海天美科技教學(xué)儀器有限公司)和火焰光度計(FP6432,上海儀電分析儀器有限公司)。
將TMF與土壤分別按質(zhì)量比0、3%、6%、9%、12%(T1、T2、T3、T4、T5)混合作為冷水花的培養(yǎng)基質(zhì),每組培育45盆,共計225盆,其中T1為對照組。在試驗過程中,每隔12 d對冷水花進行一次取樣,測量其在48 d培育過程中,冷水花葉片中的N、P、K、葉綠素、含水率、過氧化物酶活性、株高的變化。測量值取其測量的平均值。
1.4.1 總N的測定
采用凱氏定氮法進行總氮的測定。稱取新鮮葉片0.2 g,剪碎,放入消煮管中,再加入0.2 g的催化劑和20 m濃硫酸,同時做一組空白對照。使用消解儀在320 ℃下消解90 min。冷卻至室溫后,放入全自動凱氏定氮儀,設(shè)置相應(yīng)的參數(shù),進行測定。所得結(jié)果乘以系數(shù)6.25,即得到粗蛋白含量。
1.4.2 總P的測定
采用鉬酸氨分光光度法進行總磷的測定。
(1) 消煮。準(zhǔn)確稱取新鮮剪碎的葉片0.5 g,放入凱氏瓶,同時加入濃硫酸5 mL,搖勻,過夜。使用電爐小火加熱,等濃硫酸冒白煙后,再升溫,直到溶液呈均勻的棕黑色時停止加熱,冷卻后加入6滴過氧化氫,消煮10 min,冷卻后再次加入過氧化氫,重復(fù)數(shù)次,消煮到溶液無色為止,冷卻后定容至100 mL。
(2) 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制。取數(shù)只50 mL的具塞比色管,分別加入0、1.5、2.5、5、10、15、20 mL的磷酸鹽溶液,用蒸餾水稀釋到50 mL。向比色管中滴入2~3滴的2,4二硝基酚指示劑,用6 mol/L氫氧化鈉溶液和0.5 mol/L硫酸溶液調(diào)節(jié)pH到溶液剛好呈微黃色為止,再加入1 mL抗壞血酸溶液,混勻。30 s后加入2.0 mL鉬酸鹽溶液,搖勻,靜置15 min。配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液的含P量分別為0、2.5、5、10、20和25 μg。用30 mm比色皿于700 nm的波長處,分別測定其吸光度,用于繪制標(biāo)曲。
(3) 樣品的測定。準(zhǔn)確吸取澄清的消煮液5 mL,放入50 mL的容量瓶中,再滴入2~3滴二硝基酚指示劑,用6 mol/L氫氧化鈉溶液滴至剛好呈現(xiàn)黃色,再加入1滴硫酸溶液,使溶液的黃色消失,最后加入5 mL鉬銻抗顯色劑,搖勻,定容。在室溫超過15 ℃的溫度下靜置30 min,于波長700 nm處測定其吸光度??侾含量(fP)的計算公式如下:
1.4.3 總鉀的測定
采用火焰光度法進行總鉀的測定。
(1) 消煮。具體操作步驟同1.3.2中(1)。
(2) 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制。準(zhǔn)確吸取含K量為100 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液10 mL于100 mL容量瓶中,用蒸餾水稀釋定容。準(zhǔn)確吸取0、2.5、5.0、7.5、10 mL的10 mg/L鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液于50 mL比色管中,同時加入與吸取體積相同的空白溶液,用蒸餾水稀釋定容。在火焰光度計上,以空白溶液作零點,測定其吸光度,用于繪制標(biāo)曲。
(3) 樣品的測定。移取5 mL的樣品溶液于50 mL比色管中,用蒸餾水稀釋定容。按照(2)的方法測定吸光度,并從標(biāo)準(zhǔn)曲線上讀出對應(yīng)的濃度??侹的含量(fK)計算公式如下:
1.4.4 葉綠素的測定
采用分光光度法進行葉綠素含量的測定。
(1) 葉綠素的提取。稱取新鮮葉片0.3 g,剪碎放入研缽,加入少量的石英砂和碳酸鈣粉,再加入2~3 mL 95%乙醇,研磨成勻漿,最后再加入10 mL乙醇,繼續(xù)研磨直至葉片變白。過濾,沖洗,直至濾紙和殘渣看不到綠色,最后用95%乙醇定容至25 mL,搖勻。
(2) 吸光度的測定。用95%乙醇作為空白,分別在665 nm、649 nm和470 nm下測定提取液的吸光度。葉綠素的計算公式如下:
Ca=13.95A666-6.88A649
Cb=24.96A649-7.32A666
CT=Ca-Cb
其中:Ca、Cb分別是葉綠素a、b的濃度,mg/g;A665、A649分別是在665 nm、649 nm波長時,葉綠素色素提取液的吸光度,L/(g·cm);CT為葉綠素總濃度mg/g;C為葉綠素含量mg/g。
1.4.5 含水率的測定
采用干重法測定含水率。
取新鮮的待測葉片,洗凈,剪碎,稱重,得到葉片的鮮重Wf。再用蒸餾水浸泡葉片,將燒杯和浸泡的葉片放入真空干燥箱中,向真空抽濾泵中注滿水,抽濾30 min,使葉片吸水達飽和狀態(tài)。將葉片表面水分吸干后稱重,再用蒸餾水浸泡,抽濾30 min,直至稱重的質(zhì)量相等為止,就得到葉片吸水達到飽和時的質(zhì)量,記為飽和鮮重Wt。最后將其放入烘箱,105 ℃干燥4~6 h。取出,冷卻至室溫后,將葉片稱重,得到葉片干樣品的總質(zhì)量Wd。相對含水率的計算公式如下:
其中:Wf、Wd、Wt分別為葉片鮮重、葉片干樣品的總質(zhì)量以及飽和鮮重(mg)。
1.4.6 過氧化物酶活性的測定
采用比色法測定過氧化氫酶[8]。
(1) 酶液的制備。稱取新鮮葉片1 g,剪碎放入研缽中,加入適量的磷酸緩沖溶液,研磨成勻漿,倒入離心管中,用4 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心15 min,提取上清液到容量瓶,向殘渣中加入5 mL的磷酸緩沖溶液,再次提取上清液,用磷酸緩沖溶液定容。
(2) 活性的測定。向第一個比色杯中分別加入反應(yīng)混合液、磷酸緩沖溶液3 mL和1 mL,用作對照,向第二個比色杯中分別加入反應(yīng)混合液、上述酶液3 mL和1 mL,立即開始計時,在波長470 nm下用分光光度計測定其吸光度,每隔1 min記錄一次。過氧化氫酶活性的計算公式如下:
其中:ΔA470為反應(yīng)時間內(nèi)的吸光度的變化,L/(g·cm);W為葉片重(g);Vt為提取酶液的總體積(mL);Vs為測定時取用酶液的體積(mL);t為反應(yīng)時間(min)。
由圖1可知,不同處理下的冷水花葉片中含N量是呈現(xiàn)一種緩慢增長的趨勢。T1最高含氮量為2.59%,增長率是61.83%,T4含N量最高,增長率為106.96%,T5、T3、T2次之??芍?,TMF的施用,給冷水花提供大量的氮元素,使其葉片氮含量明顯增加。但T5處理下的氮含量增長卻低于T4,表明過多的施用TMF,不利于冷水花的氮吸收量。因此,從含N量來說,TMF最佳基質(zhì)配比為9%。
圖1 冷水花含N量的變化Fig. 1 Change of nitrogen content in Pilea notata C. H. Wrigh
由表2可知,不同實驗組下,冷水花的P含量在整個實驗周期在±1%范圍內(nèi)浮動。眾所周知,植物體內(nèi)P的主要作用是抗寒、促進果實的發(fā)育和提前成熟。而在實驗期間,冷水花并未開花結(jié)果,同時,試驗所處地區(qū)溫度較高,所以冷水花吸P量較低,其葉片中總P的含量變化微乎其微[9]。
表2 冷水花含P量的變化/%Table 2 Change of phosphorus content in Pilea notata C. H. Wrigh/%
由圖2可知,T1、T2、T3實驗下,葉片含K量,在整個實驗周期過程中變化不大,但T4、T5組變化較為明顯,均呈先增后減的趨勢,其中,T4組的K含量的增長率最大??傮w來說,與T1對比,TMF的施用對冷水花的K含量的增長,起到了正面的作用。
同時,冷水花在第24 d后,含鉀量會出現(xiàn)下降現(xiàn)象,分析其中原因可能為:在該時段后,試驗所處地區(qū)氣溫升高,會影響植物吸收鉀離子的通道開放,從而影響其吸收,而導(dǎo)致消耗的鉀離子高于吸收的鉀離子,造成了其后期下降的現(xiàn)象[10-12]。
圖2 冷水花鉀含量的變化Fig. 2 Changes of potassium content in Pilea notata C. H. Wrigh
由圖3可知,冷水花的葉綠素總量,在所有實驗組下,呈現(xiàn)明顯先升高再小幅下降的變化趨勢,且在T4處理下,葉綠素含量達到最高2.65 mg/L,增長率為59.47%,之后依次為T5、T3、T2。葉綠素的合成受諸多條件的影響,其中也受植物中含氮量的影響。由此可知,TMF的施用可較大程度的增加冷水花體內(nèi)的氮含量,從而可進一步促進葉綠素的合成。所以,TMF的施用可明顯促進植物內(nèi)的葉綠素的合成。
同時,冷水花在24 d后,葉綠素會出現(xiàn)下降現(xiàn)象,分析其中原因可能為,一是栽培的基質(zhì)營養(yǎng)被消耗完畢,沒有足夠的營養(yǎng)提供冷水花葉綠素的合成;二是由于溫度升溫過高時,植物體內(nèi)與光合作用相關(guān)的酶的活性會有所下降,從而影響葉綠素的合成;三是當(dāng)植物受到逆境的脅迫時,會影響葉綠素的吸收,植物的光合作用也受到影響,進而導(dǎo)致葉綠素的含量更低[14]。
圖3 冷水花葉綠素總量的變化Fig. 3 Changes of the total chlorophyll content in Pilea notata C. H. Wrigh
由圖4可知,冷水花葉片的相對含水率,除T1處理外,均呈單峰曲線變化,同時在T4處理下的含水率最高達到91.03%,增長率為5.60%,到T5處理次之。相較于T1處理下的含水率呈負(fù)增長,其他處理的增長率均為正值,故TMF對植物的吸水能力與葉片的保水能力具有促進作用。
在第24 d后,含水率幾乎達到了最大值,而后開始下降,分析其中原因可能是,在此時段后,試驗所在地區(qū)進入迅速升溫的階段,空氣的溫度較高,濕度迅速降低,水蒸發(fā)快,冷水花吸收水量變少,葉片的相對含水量出現(xiàn)下降的現(xiàn)象。
圖4 冷水花葉片含水率的變化Fig. 4 Changes of moisture content in Pilea notata C. H. Wrigh leaves
過氧化物酶(POD)是一種在植物內(nèi)普遍存在、具有較高活性的酶,可反應(yīng)植物內(nèi)在某一時期代謝的變化。由圖5可知,冷水花POD的總體趨勢是呈現(xiàn)單峰變化的。在T4處理下,POD最高達到1.3ΔA470/(g·min),增長率為75%,且為最高,T5、T2、T3次之。相較于對照組的增長率13.89%,施用TMF能夠提高過氧化氫酶的活性,可促進冷水花體內(nèi)的新陳代謝。
圖5 冷水花POD活性的變化Fig. 5 Changes of POD activity in Pilea notata C. H. Wrigh
在第24 d后,出現(xiàn)比較明顯的下降趨勢,分析其中原因:POD活性與呼吸作用、光合作用以及生長素的氧化均有關(guān)系,同時會隨著溫度的升高,呈先上升后下降的趨勢。由于該時段后,試驗地區(qū)氣溫的升高,使原本適合冷水花生長的環(huán)境變成一種逆境,體內(nèi)旺盛的生命活動受到影響,導(dǎo)致其進入一種低度休眠的狀態(tài),用以抵制逆境帶來的影響,致使POD活性的降低。
由圖6可知,冷水花的株高在所有處理下,均呈增長的趨勢。在T4處理下,株高長勢最好,最高達到25.22 cm,總增長率為30%,其次為T5組,增長率為25.20%。相反,T1組的增高率是最低的,僅為10.29%。由此可知,TMF的施用對冷水花的增長有正面效果,且對抗逆境作用有增強的效果。
T5組效果比T4組差,隨著TMF施用量的增加,對株高產(chǎn)生正面效應(yīng),但是超過一定范圍,冷水花的增長會減緩,甚至呈現(xiàn)出下降的趨勢。因為冷水花對營養(yǎng)元素吸收有限,過多施用反而會對植物生長產(chǎn)生負(fù)面影響。
圖6 冷水花株高的變化Fig. 6 Changes of the height of Pilea notata C. H. Wrigh
TMF的施用對冷水花生長過程均起促進作用,在含N量、含K量、葉綠素、含水率、過氧化氫酶活性、株高均有明顯的提升。尤其在T4組的配比下,冷水花葉片的含N量增長率為106.96%;葉綠素的增長率達59.47%,是T1組的3倍;過氧化氫酶活性增長率高達75%,是T1組的5倍以上;株高增長率,最高可達30%。綜合各指標(biāo)來看,TMF施用對冷水花則生長有較大的正面效應(yīng),且在培養(yǎng)基質(zhì)中存在最佳配比,當(dāng)TMF占培養(yǎng)基質(zhì)的9%時,效果最佳。同時,理化指標(biāo)間也相互影響。黃粉蟲糞富含N、P、K及其他微量元素,其中,N含量可以促進葉綠素的合成,與K含量均可影響植物光合作用;P含量可影響植物的新陳代謝作用,故植物中N、P、K含量的升高,可以促進植物根系的發(fā)育、植物的生長,激發(fā)過氧化氫酶的活性,同時也促進了株高的增長。