腫柄菊有機(jī)肥料的研究進(jìn)展

張余杰,秦小萍

(云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院,云南昆明650201)

腫柄菊有機(jī)肥料的研究進(jìn)展

張余杰,秦小萍

(云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院,云南昆明650201)

腫柄菊作為有機(jī)肥料可以顯著提高旱地、山地等貧瘠土壤的肥力,促進(jìn)糧食增產(chǎn),對(duì)保障糧食安全有著重要的意義。綜述了腫柄菊有機(jī)肥料的研究進(jìn)展,討論了研究中存在的問題,并對(duì)其前景進(jìn)行了展望。

腫柄菊;有機(jī)肥料;土壤;功效

腫柄菊(Tithonia diversifolia A.Gray),屬于菊科腫柄菊屬植物,又稱為金光菊、樹菊等,多年生半灌木狀草木植物,根系發(fā)達(dá),莖粗壯,繁殖力強(qiáng),能在各類土壤中生長(zhǎng)[1]。原產(chǎn)地為墨西哥及中美洲地區(qū),曾作為觀光植物、有機(jī)肥料、飼料等被廣泛引進(jìn)到亞洲、非洲、美洲的很多國(guó)家和地區(qū),現(xiàn)在大量分布于熱帶和亞熱帶地區(qū),其中在東南亞、南非、太平洋的一些國(guó)家和地區(qū)已成為入侵田間、路邊的雜草,逐漸擴(kuò)散形成單一優(yōu)勢(shì)種群[2]。目前,腫柄菊在我國(guó)廣東、廣西、福建、云南等省有逃逸種群分布,尤其是環(huán)境適宜的云南省。據(jù)報(bào)道,腫柄菊在云南地區(qū)的逃逸生長(zhǎng),已經(jīng)給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)一定危害,同時(shí)對(duì)生物多樣性造成不同程度的威脅,是一種具有較大潛在危害性的外來(lái)植物[3]。

目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)腫柄菊的研究主要集中在殺菌、除草和殺蟲活性研究等方面。郝妮娜等[4]研究表明腫柄菊提取物對(duì)7種病原菌具有抑制作用。王麗等[5]研究發(fā)現(xiàn)腫柄菊水提液對(duì)水田稗具有顯著的抑制作用。Adedire等[6]研究認(rèn)為腫柄菊葉干粉乙醇提取物對(duì)四紋豆象有明顯的殺卵、抗成蟲羽化和殺蟲作用,具有開發(fā)為昆蟲殺蟲劑的潛力。國(guó)外在開發(fā)腫柄菊用途方面研究較多,特別是作為有機(jī)肥料,而國(guó)內(nèi)研究相對(duì)較少。腫柄菊作為有機(jī)肥料使用具有以下優(yōu)點(diǎn):綠色環(huán)保,減少化學(xué)肥料的施用,降低化學(xué)肥料對(duì)土壤的污染,促進(jìn)土壤微生物的生長(zhǎng),維持生態(tài)平衡,同時(shí)其中的養(yǎng)分持久,肥效期長(zhǎng),且能夠有效地改良土壤的結(jié)構(gòu)。而化學(xué)肥料分解速度快,肥效期短,施用量低時(shí)起不到有效作用,施用量高時(shí)則會(huì)對(duì)作物造成傷害。因此,研究腫柄菊有機(jī)肥料的應(yīng)用意義重大。

作者在此綜述了國(guó)內(nèi)外腫柄菊有機(jī)肥料的研究進(jìn)展,分析了研究中存在的問題,并展望了其應(yīng)用前景,旨在為腫柄菊作為有機(jī)肥料的開發(fā)利用提供參考。

1 腫柄菊有機(jī)肥料的研究進(jìn)展

1.1 國(guó)外的研究進(jìn)展

在國(guó)外,一些土壤貧瘠的地區(qū)和國(guó)家對(duì)腫柄菊作為有機(jī)肥料的研究較多,其中可以將腫柄菊作為有機(jī)肥料的糧食作物主要有水稻、玉米等。由于腫柄菊不是豆科植物,沒有固氮能力,但是卻能吸收和積聚土壤中的養(yǎng)分,并能迅速將體內(nèi)積聚的養(yǎng)分釋放到土壤中,供應(yīng)糧食作物吸收和利用[7-9]。

Donald[10]研究發(fā)現(xiàn)熱帶火山灰土壤中種植的水稻,在生長(zhǎng)的前2周里,腫柄菊(定量)作為有機(jī)肥料能有效增加的量,在第4周能顯著增加的量,從第2周到第4周,總N量依然呈緩慢增加趨勢(shì),直至第12周,N的供應(yīng)才接近于零。

Jama等[11]報(bào)道腫柄菊作為有機(jī)肥料不僅可以有效地增加作物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)N、P、K來(lái)源,而且可以降低土壤中某些物質(zhì)對(duì)P元素的吸附并增加土壤微生物量。

Basamba等[12]研究表明腫柄菊可以顯著提高貧瘠土壤的交換性Ca、Mg、K等營(yíng)養(yǎng)成分的量。

Jayne等[13]在肯尼亞進(jìn)行幾種有機(jī)肥料提高土壤肥力的研究表明,腫柄菊作為有機(jī)肥料與家畜糞肥結(jié)合能顯著地提高土壤肥力,所種作物產(chǎn)量高,成本低,經(jīng)濟(jì)效益好。

Mukuralinda等[14]在盧旺達(dá)研究發(fā)現(xiàn),以腫柄菊作為有機(jī)肥料的玉米產(chǎn)量高于其它有機(jī)肥料。

Ikerra等[15]在坦桑尼亞莫羅戈羅地區(qū)的玉米種植試驗(yàn)表明,腫柄菊作為有機(jī)肥料可以改變土壤的性狀(如土壤的p H值、交換性Al3+及Ca2+含量等),提高土壤中有效P的含量,促進(jìn)玉米增產(chǎn)。

Partey等[16]在加納研究腫柄菊葉的腐爛速度和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的釋放速度發(fā)現(xiàn),腫柄菊葉的分解速度高于其它幾種有機(jī)肥料,其中在第1周內(nèi),腫柄菊中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)N、P、K、Ca、Mg的釋放速度最快。

Aye等[17]在緬甸歷時(shí)2年進(jìn)行黃色酸性土壤中的玉米種植試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)腫柄菊作為有機(jī)肥料可以有效增加玉米的產(chǎn)量。這可能是因?yàn)槟[柄菊降低了土壤酸度和Al3+濃度,從而創(chuàng)造了玉米生長(zhǎng)的適宜環(huán)境[18]。

腫柄菊作為有機(jī)肥料用于玉米的研究較多,增產(chǎn)效果較好,前景廣闊,但用于其它作物的報(bào)道較少,如小麥、大豆、棉花、高粱等。從其發(fā)揮的功效來(lái)看,在提升其它作物的產(chǎn)量方面亦應(yīng)有較好的效果。未來(lái),腫柄菊作為有機(jī)肥料,經(jīng)過適當(dāng)?shù)募庸?對(duì)改善和提高貧瘠土地上作物的產(chǎn)量會(huì)有著顯著效果。

研究表明,木質(zhì)植物切碎后加入到農(nóng)田,可以維持作物的產(chǎn)量[19]。這是因?yàn)?木質(zhì)植物能夠改善土壤結(jié)構(gòu),促進(jìn)微生物的活動(dòng),使土壤富有營(yíng)養(yǎng)[20,21]。腫柄菊作為有機(jī)肥料可以顯著增加旱地、高地、坡地糧食作物的產(chǎn)量,主要因?yàn)槟[柄菊肥料增加了土壤中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量,改善了土壤的物理性狀。

1.2 國(guó)內(nèi)的研究進(jìn)展

作為一種入侵植物,國(guó)內(nèi)對(duì)腫柄菊的研究相對(duì)較少,主要集中在其提取物的殺蟲活性方面,但在開發(fā)為有機(jī)肥料方面的研究鮮見報(bào)道。羅瑛等[1]對(duì)腫柄菊礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素進(jìn)行了分析,結(jié)果見表1。全國(guó)有機(jī)肥料品質(zhì)四要素分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、總分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[22]分別見表2、表3,高等植物中必需微量元素的平均含量[23]見表4。

表1 腫柄菊中主要營(yíng)養(yǎng)元素和微量營(yíng)養(yǎng)元素的含量/%Tab.1 Main nutrient elements content and micronutrient elements content in Tithonia diversifolia/%

表2 全國(guó)有機(jī)肥料品質(zhì)四要素分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 National classification standard of organic fertilizer quality's four elements

表3 全國(guó)有機(jī)肥料品質(zhì)總分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.3 National classification standard of total quality score

表4 高等植物中必需微量元素的平均含量(Cl除外)/mg·kg-1Tab.4 Average content of essential trace elements in higher plants(except Cl)/mg·kg-1

由表1可知,腫柄菊含有大量的N、P、K、Ca等常量元素和豐富的Fe、Mn、Zn、B、Cu、Mo等微量元素。

由表1和表2可知,腫柄菊N、P、K三大元素的得分在分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中分別為40分、9分和16分,粗有機(jī)物得分以綠肥類粗有機(jī)物平均含量83.18%計(jì)算為25分,合計(jì)為90分。

由表3可知,腫柄菊作為有機(jī)肥料符合一級(jí)有機(jī)肥的標(biāo)準(zhǔn)。

由表1和表4可知,腫柄菊中微量元素的含量均高于高等植物必需微量元素的平均含量。此外,腫柄菊分布廣,種子產(chǎn)量高,繁殖能力強(qiáng),含有豐富的營(yíng)養(yǎng)元素,是一種優(yōu)良的野生有機(jī)肥源植物。

2 存在的問題

2.1 威脅生態(tài)平衡

腫柄菊具有繁殖力強(qiáng)、種子產(chǎn)量高、易于傳播、營(yíng)養(yǎng)體貯藏著大量養(yǎng)分、有化感作用等入侵性外來(lái)植物所具有的一般特點(diǎn)[24-26],并且其克隆產(chǎn)生的后代在存活率等方面高于其它植物有性繁殖產(chǎn)生的后代[27]。因此,如果對(duì)其種植管理不善,容易造成逃逸和擴(kuò)散,對(duì)本地植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生不良影響,威脅生物的多樣性。鑒于其尚未在國(guó)內(nèi)造成嚴(yán)重危害,目前未將其列為檢疫性植物。相關(guān)報(bào)道證明,北方尚未發(fā)現(xiàn)腫柄菊的生長(zhǎng),但腫柄菊適應(yīng)性很廣,至于能否引種到北方,仍在研究當(dāng)中。

2.2 加工問題

腫柄菊要成為可用的有機(jī)肥料,需要經(jīng)過栽培、適時(shí)收獲、切割、打碎等多個(gè)環(huán)節(jié),這就需要一定數(shù)量的勞動(dòng)力。因此,就個(gè)體農(nóng)戶來(lái)言,必定費(fèi)工費(fèi)時(shí),不能形成較大的規(guī)模和較高的效益,不利于其在全國(guó)范圍內(nèi)推廣應(yīng)用。如若能與工廠結(jié)合,進(jìn)行大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的加工,成本將會(huì)大大降低。

2.3 功能型有機(jī)肥料

雖然國(guó)外對(duì)腫柄菊作為綠肥進(jìn)行了大量的研究,但尚無(wú)將其加工成多功能有機(jī)肥料的報(bào)道。未來(lái)應(yīng)通過各種技術(shù)手段,將其與農(nóng)藥相結(jié)合,加工成具有殺蟲或除草功能的有機(jī)肥料,將會(huì)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

人類的活動(dòng)為腫柄菊的擴(kuò)散入侵提供了條件,加之田間土壤肥力較高,為入侵的腫柄菊提供了豐富的營(yíng)養(yǎng),且腫柄菊植株密集、主體高大、繁殖能力強(qiáng),短時(shí)間內(nèi)能形成單一優(yōu)勢(shì)群落,徹底清除相當(dāng)困難,給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)一定危害,同時(shí)也為鼠類和害蟲提供了隱藏場(chǎng)所。

2.5 對(duì)重金屬的吸收

王海娟[28]研究發(fā)現(xiàn),菊科植物耐貧瘠,對(duì)重金屬有較強(qiáng)的吸收能力。作為菊科植物中的一種,腫柄菊如能開發(fā)成功能肥料,通過提升土壤質(zhì)量、增加土壤有機(jī)質(zhì)、提高生物活性、改善土壤p H值,從而增強(qiáng)土壤對(duì)重金屬的固定能力,鈍化土壤中重金屬,抑制水稻對(duì)重金屬的吸收,將大為改善當(dāng)前國(guó)內(nèi)重金屬污染區(qū)域的糧食品質(zhì)。有關(guān)腫柄菊在此方面的研究尚未見報(bào)道,通過現(xiàn)有技術(shù)將其加工成具有吸附功能的生物質(zhì)炭肥料,抑或提取其中能與重金屬相結(jié)合的物質(zhì),將成為下一步研究的重點(diǎn)。

2.6 其它

據(jù)相關(guān)報(bào)道,腫柄菊對(duì)一些作物種子萌發(fā)或幼苗生長(zhǎng)具有一定的化感作用,因此在施用前需要進(jìn)行必要的室內(nèi)試驗(yàn),為大田應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。腫柄菊的這種化感作用能否通過技術(shù)手段(如固態(tài)發(fā)酵、液態(tài)發(fā)酵或添加某種物質(zhì)等)進(jìn)行調(diào)節(jié)的研究鮮有報(bào)道,未來(lái)應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)。此外,秸稈直接還田量太大不僅會(huì)降低土壤p H值,而且還會(huì)帶入蟲卵、雜草種子等有害物質(zhì)。目前,有機(jī)肥料處理的科學(xué)方法是將有機(jī)肥料接菌后堆腐和漚制。

3 展望

在土壤中施入以腫柄菊為原料的有機(jī)肥料,不僅可以變廢為寶,控制腫柄菊的擴(kuò)散和蔓延,節(jié)約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本,而且可以與化學(xué)肥料形成互補(bǔ),在糧食作物生長(zhǎng)期內(nèi)穩(wěn)定地供給營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。此外,旱地、高地等貧瘠土壤在我國(guó)廣泛分布,如果能夠提高這部分土地的肥力,將會(huì)促進(jìn)我國(guó)糧食產(chǎn)量的提高,對(duì)于維持我國(guó)糧食安全有著重要的意義。因此,應(yīng)首先在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行不同地區(qū)、不同土壤、不同溫濕度等適應(yīng)性試驗(yàn)確定其效果后,再在現(xiàn)有的生長(zhǎng)地進(jìn)行栽培,通過工廠進(jìn)行大規(guī)模的加工,利用現(xiàn)有的技術(shù)手段將腫柄菊開發(fā)為具有殺蟲、除草等功能的有機(jī)肥料,進(jìn)行推廣應(yīng)用。

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Research Progress of Tithonia Diversifolia Organic Fertilizer

ZHANG Yu-jie,QIN Xiao-ping
(College of Plant Protection,Yunnan Agricultural University,Kunming 650201,China)

As organic fertilizer,Tithonia diversifolia can significantly improve dry,mountain as well as other leanness soils′fertility and increase grain production,which is important to ensure food safety.This paper summarized the research progress of Tithonia diversifolia organic fertilizer,discussed the existing problems in the field and prospected its application in the future.

Tithonia diversifolia;organic fertilizer;soil;efficacy

S 142.3

A

1672-5425(2013)11-0015-04

10.3969/j.issn.1672-5425.2013.11.004

2013-07-29

張余杰(1984-),男,河南柘城人,碩士研究生,主要從事植物源農(nóng)藥研究,E-mail:yujie840704@126.com;通訊作者:秦小萍,副教授,E-mail:qxp99@163.com。