含腐植酸型海藻生物肥的研發(fā)及肥效評價

周 麗 高進華 解學仕 楊恒哲 王婷婷 張淑敏

1 史丹利農(nóng)業(yè)集團股份有限公司 臨沂 276700

2 蚯蚓測土實驗室（山東）有限公司 臨沂 276700

腐植酸是動植物殘體經(jīng)過微生物的分解和轉化，在一系列地球化學過程中形成和累積的一類大分子天然有機混合物[1]。大量研究證實，腐植酸有促進植物生長、提高作物產(chǎn)量的作用[2，3]。腐植酸作為肥料基質，通過加入一定量的氮、磷、鉀和（或）微量元素等制成的腐植酸肥料，是一種多功能的復合肥料，具有改良土壤狀況、刺激作物生長、改善農(nóng)產(chǎn)品品質等功能。腐植酸復合肥是近年來農(nóng)業(yè)領域的熱點，然而現(xiàn)有技術中的腐植酸復合肥通常只是將傳統(tǒng)化肥和腐植酸原料簡單混合，由于腐植酸原料未被活化而無法形成游離腐植酸、不能激活官能團從而減弱協(xié)同作用。

海藻肥是一種使用海洋巨藻類（裙帶、海帶等）提取物配上一定數(shù)量的氮磷鉀以及微量元素加工出來的一種肥料。海藻肥中富含大量營養(yǎng)物質和有效成分，包括氮、磷、鉀等無機元素，微量營養(yǎng)元素以及一定數(shù)量的氨基酸、蛋白質、維生素、脂類、甜菜堿、海藻多糖、海藻鹽和植物生長激素等有機成分[4，5]。研究表明，海藻提取物可以促進種子萌發(fā)、植物生長、作物開花，提高作物產(chǎn)量和營養(yǎng)成分含量，提高植物抗逆性，延長貨架期[3]。Jannin 等[6]研究表明，海藻提取物增加了作物葉綠素含量主要是因為其增加了葉綠素源的產(chǎn)生，延遲了葉綠素降解和衰老。也有研究表明，褐藻提取物中的甜菜堿和甜菜堿類似物作為滲透保護劑減輕了鹽度對作物的影響，從而提高了作物的生產(chǎn)力[7]。

為了發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，開發(fā)生產(chǎn)無污染綠色食品，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的施肥技術必須進行改革。發(fā)展生物肥料是一個世界性的發(fā)展趨勢，也符合我國化肥工業(yè)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)政策。因此，將腐植酸、海藻肥料與微生物菌劑進行有機結合，研制開發(fā)新型肥料對我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，不僅可以提高肥料利用率，而且還利于提高糧食的產(chǎn)量和品質，促進我國農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展。

1 含腐植酸型海藻生物肥的工藝研發(fā)

以天然的海藻發(fā)酵液和活性生物菌為主體，采用現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生物技術，通過合理添加腐植酸，經(jīng)科學加工生產(chǎn)含腐植酸型海藻生物肥，其主要成分是海藻發(fā)酵液中含有的有利于植物生長發(fā)育的天然生物活性物質和海藻從海洋中吸收并富集在體內(nèi)的礦質營養(yǎng)元素，包括海藻多糖、酚類多聚化合物、甘露醇、甜菜堿、植物生長調節(jié)物質（細胞分裂素、赤霉素、生長素、脫落酸等）和氮、磷、鉀及鐵、硼、鉬、碘等微量元素。此外，為增加肥效和肥料的螯合作用，還溶入了適量的腐植酸，并又加入了適量微量元素，經(jīng)過科學合理配比而成，具有一肥多效的功能。具體生產(chǎn)工藝路線見圖1。

圖1 含腐植酸型海藻生物肥工藝路線Fig.1 Process route of seaweed biofertilizer containing humic acid

（1）多功能發(fā)酵菌種的篩選和分離。

從自然發(fā)酵降解的海藻中篩選和優(yōu)化得到多功能發(fā)酵菌種，主要由細菌、放線菌和真菌等有益微生物組成，對糖、蛋白質、纖維素和有機物均有很強的分解能力，將菌種經(jīng)平板培養(yǎng)、搖床培養(yǎng)、提純、菌種鑒定，然后進行復壯，作為接種菌種。通過培養(yǎng)試驗，分析不同菌種在不同環(huán)境條件下的協(xié)調共生能力、生長規(guī)律及拮抗作用，確定最佳微生物組合，即生物肥功能菌。

（2）海藻生物降解種子液的制備。

將經(jīng)過篩選和馴化后的菌株分別采用生物肥菌種培養(yǎng)罐進行深層發(fā)酵培養(yǎng)，然后將發(fā)酵液按照細菌∶放線菌∶真菌=1∶1∶1 混合，同時在混合發(fā)酵液中添加海藻生物降解所必需的營養(yǎng)源作為海藻生物降解種子液，營養(yǎng)源按照混合發(fā)酵液重量百分比：氮0.2%～5%，磷2.5%～10%，鉀1%～6%和微量元素0.2%～5%。

海藻生物降解種子液中的各組分重量百分比為：尿素0.5%～10%、磷酸二氫鉀5%～20%、蛋白胨3%～5%、含微量元素的鹽3%～10%，其余為細菌、放線菌、真菌發(fā)酵液的混合液。

（3）發(fā)酵倉式海藻堆肥法大規(guī)模發(fā)酵處理海藻。

將新鮮海藻經(jīng)過破碎后，按照新鮮海藻總重量添加1%～5%的海藻生物降解種子液，經(jīng)一次發(fā)酵、二次發(fā)酵后，將海藻發(fā)酵液過濾，作為原料制備各類海藻肥。

其中，一次發(fā)酵（也稱主發(fā)酵）是從發(fā)酵初期開始，經(jīng)中溫（45 ℃左右）、高溫（55 ℃左右）然后到達溫度開始下降（30 ℃左右）的整個過程，大約為6～12天，本發(fā)明采用的設備臥式發(fā)酵滾筒，主要進行厭氧發(fā)酵。

二次發(fā)酵（也稱后發(fā)酵）一般需要20～30 天，是堆肥經(jīng)過高溫階段、溫度開始下降直至溫度穩(wěn)定35～40 ℃，達到腐熟階段的過程，這個過程可以利用菌種中的放線菌和真菌，將在一次發(fā)酵中沒有降解好的海藻進一步分解，并且可以去除厭氧發(fā)酵過程中的臭氣，使海藻中的有效成分得以完全釋放出來，此階段的發(fā)酵是在專設的倉內(nèi)進行，一般把物料堆積到1～2 m的高度進行敞開式后發(fā)酵，必要時需要翻堆及通風處理。

（4）含腐植酸型海藻復合肥的制備。

以海藻發(fā)酵液為基液與腐植酸、尿素、磷酸一銨、硫酸鉀、微量元素中的至少一種進行配伍，混合均勻后進行濃縮，采用專用的海藻肥造粒機進行造粒，然后采用海藻肥專用干燥機進行低溫烘干，從而制備含腐植酸型海藻復合肥顆粒。

（5）含腐植酸型海藻生物肥的制備。

在包膜工序將定量的包膜劑噴涂在海藻復合肥料顆粒上，使其具有防結塊和隔離氮磷鉀元素的功能，同時再將經(jīng)過輕質碳酸鈣、骨粉吸附的粉狀微生物菌劑通過定量螺旋輸送機輸送到包膜機內(nèi)，在包膜生產(chǎn)裝置上采用微生物菌劑進行二次包膜撲粉處理，通過包膜機的滾動，在防結塊包膜劑的作用下，使輕質碳酸鈣、骨粉吸附的微生物菌劑均勻粘結在海藻復合肥料顆粒表面，形成菌劑包衣，賦予肥料富含有益微生物菌劑的新功能，同時顆粒肥料在包膜后其包膜劑將氮磷鉀不利于微生物生存的營養(yǎng)元素進行了有效隔離，大幅度提高了微生物菌劑的生存環(huán)境。最后將菌劑包衣的顆粒復合微生物肥料冷風烘干，制備含腐植酸型海藻生物肥。其中，烘干機進口溫度120～150 ℃，在烘干筒中物料溫度不高于80 ℃。此烘干溫度為低溫烘干，可以保證菌劑的活性，從而生產(chǎn)含腐植酸型海藻生物肥。

菌劑包衣中的菌種可為單一菌種，也可為混合菌種，可根據(jù)不同的土壤、作物的性質來確定具體的菌種。吸附后菌種有效活菌總數(shù)達到3.0×108～8.0×108cfu/g，最高有效活菌總數(shù)可達到8×108cfu/g，水分含量保持在30%以內(nèi)。吸附的介質可以是輕質碳酸鈣、骨粉，也可以是草炭、稻殼粉等其他介質。

2 含腐植酸型海藻生物肥主要工藝技術指標

（1）尿素顆粒<Φ2 mm。

（2）固體物料細度<Φ0.425 mm。

（3）造粒工序物料溫度50～70 ℃，物料水分6%～8%。

（4）烘干機進口溫度120～150 ℃；烘干機出口溫度50～70 ℃。

（5）冷卻機出口溫度≤35 ℃。

（6）篩分后粒度1～4.75 mm ≥90%。

（7）包膜工序中機械油∶防結劑=3.2∶1（即機械油∶防結劑=180 kg∶56 kg）；機械油加熱溫度85～90 ℃；混合液加熱溫度90～95 ℃；混合攪拌時間30 min；防結劑及機械油用量1.5～1.9 kg/t 肥料。

（8）微生物菌劑與肥料比例為1∶0.5。

（9）包裝重量50.15～50.25 kg。

3 含腐植酸型海藻生物肥的效果評價

3.1 材料與方法

（1）試驗材料。

供試肥料：普通復合肥（22-8-15）、海藻生物肥（22-8-15，不含腐植酸，含微生物菌劑）、含腐植酸型海藻肥（22-8-15，含腐植酸，不含微生物菌劑）、含腐植酸型海藻生物肥（22-8-15，含腐植酸和微生物菌劑）。

腐植酸為史丹利農(nóng)業(yè)集團股份有限公司研發(fā)的高活性腐植酸，可水溶性腐植酸的含量58%，且活性官能團的含量為總酸性基含量大于8 mmol/g，羧基含量大于5 mmol/g，酚羥基含量大于3 mmol/g，E4/E6值大于6。含腐植酸型海藻肥、含腐植酸型海藻生物肥的腐植酸添加量均為2%～3%。

微生物菌劑為枯草芽孢桿菌、膠凍樣芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌中的一種或多種。使每克海藻生物肥、含腐植酸型海藻生物肥中含有不低于1.2×1010cfu的微生物菌株為準，即每克海藻生物肥中需稱取枯草芽孢桿菌（2.0×1010cfu/g）0.085 克。

供試作物黃瓜品種為乾德二號，定植密度為3000 株/畝。

（2）試驗方法。

試驗設在山東省臨沂市臨沭縣史丹利現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園，草甸土，土壤質地為壤質，上茬作物為西紅柿。其土壤化學性狀見表1。

表1 試驗地土壤化學性狀Tab.1 Chemical properties of soil in test plot

黃瓜苗于2020年4 月5 日定植；每次采收時都按小區(qū)單獨采收、稱重、計產(chǎn)，其他栽培管理措施同當?shù)剞r(nóng)民習慣一致。

試驗設4 個處理，每個處理3 次重復，小區(qū)面積60 m2，施肥量50 kg/667 m2。

處理1：對照，常規(guī)施肥，普通復合肥。

處理2：海藻生物肥。

處理3：含腐植酸型海藻肥。

處理4：含腐植酸型海藻生物肥。

（3）測定項目及方法。

生長指標：每小區(qū)隨機選取15 株黃瓜，于2020年6 月12 日，黃瓜定植后70 天，在黃瓜生長中期對黃瓜株高、莖粗和葉綠素含量進行原位測量，葉綠素相對含量（SPAD 值）測定用SPAD 502plus，每一株黃瓜頂端往下第四片葉子，測三次取平均值。

產(chǎn)量和品質：每小區(qū)選擇3 個長勢均勻地段（10 m2），根據(jù)長勢分批采收計算。采收中期、盛果期樣品，測定可溶性糖、Vc、硝酸鹽和可溶性固形物含量。

3.2 結果與分析

（1）不同處理對黃瓜生長指標的影響。

在黃瓜生長前期、中期、后期對黃瓜株高、莖粗和SPAD 值進行原位測量，統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表2。從表中可以看出，黃瓜生長前期階段，處理2、3、4黃瓜株高分別比對照顯著提高18.00%、24.41%、30.55%，黃瓜莖粗分別比對照顯著提高4.04%、7.84%、15.68%，黃瓜SPAD 值差異不顯著。

表2 不同處理黃瓜不同生育期生長指標統(tǒng)計Tab.2 Growth indexes statistics of cucumber at different growth stages under different treatments

黃瓜生長中期階段，相對于對照，處理2、3、4 對黃瓜的株高和莖粗均有一定的促進作用，處理2、3、4 黃瓜株高分別比對照顯著提高5.78%、9.74%、17.55%，黃瓜莖粗分別比對照顯著提高13.45%、16.06%、20.08%，黃瓜SPAD 值差異不顯著。因此，處理2、3、4 對黃瓜生長中期的莖粗促進作用更明顯，對黃瓜的葉綠素作用不明顯。處理4的黃瓜生長指標最優(yōu)，處理3 優(yōu)于處理2。

黃瓜生長后期階段，處理2、3、4 黃瓜株高分別比對照顯著提高3.49%、4.88%、5.52%，黃瓜莖粗分別比對照顯著提高4.77%、4.49%、7.05%，黃瓜SPAD 值差異不顯著。處理4的黃瓜生長指標最優(yōu)，處理3 優(yōu)于處理2。

（2）不同處理對黃瓜產(chǎn)量的影響。

從4 月3 日黃瓜定植到9 月20 日拉秧的過程進行計產(chǎn)，換算成黃瓜的畝產(chǎn)量，并對結果進行統(tǒng)計分析。不同處理對黃瓜產(chǎn)量的影響見表3。

表3 不同處理對黃瓜產(chǎn)量的影響Tab.3 Effects of different treatments on the yield of cucumber

從表中可以看出，處理2、3、4 黃瓜產(chǎn)量分別比對照提高944.79、1024.10、1380.85 kg，增產(chǎn)率分別為9.85%、10.68%、14.40%，差異均達顯著水平。其中，處理4 黃瓜增產(chǎn)率最高。

（3）不同處理對黃瓜品質的影響。

不同處理對黃瓜品質的影響見表4。從表中可以看出，與對照相比，處理2、3、4 對黃瓜Vc 和可溶性糖含量均有提高作用，對黃瓜硝酸鹽含量均有降低作用，對黃瓜的可溶性固形物含量影響不大。與對照相比，處理2、3、4 黃瓜Vc 含量分別比對照提高1.56%、2.77%、5.24%，差異顯著，可溶性糖含量分別比對照提高4.42%、7.12%、9.33%，差異顯著。處理4 黃瓜品質最優(yōu)，硝酸鹽含量降低率 為23.60%，處理3 次之。

表4 不同處理對黃瓜品質的影響Tab.4 Effects of different treatments on the quality of cucumber

4 結論

本研究通過開展田間示范，評價含腐植酸型海藻生物肥對設施黃瓜的產(chǎn)量及品質影響。結果表明，相對于對照，處理2、3、4 對黃瓜的株高、莖粗、產(chǎn)量、品質等均有一定的促進作用，但對黃瓜的SPAD 值作用不明顯。黃瓜的生長指標數(shù)據(jù)顯示，處理2、3、4 對黃瓜生長前期的株高和生長中期的莖粗促進作用更明顯，前期的株高分別比對照顯著提高18.00%、24.41%、30.55%，中期的莖粗分別比對照顯著提高13.45%、16.06%、20.08%，處理4的黃瓜生長指標最優(yōu)，處理3 次之。黃瓜的產(chǎn)量數(shù)據(jù)顯示，處理2、3、4的黃瓜產(chǎn)量分別比對照提高944.79、1024.10、1380.85 kg，增產(chǎn)率分別為9.85%、10.68%、14.40%，處理4的黃瓜增產(chǎn)率最高，處理3 次之；黃瓜的品質數(shù)據(jù)顯示，處理4 對硝酸鹽含量有降低作用，降低率為23.60%，可溶性糖提高了9.33%。因此，處理4（含腐植酸型海藻生物肥22-8-15，含腐植酸、微生物菌劑）值得推廣。本研究結果可為含腐植酸型海藻生物肥在黃瓜種植上的推廣應用提供理論依據(jù)。