秸稈酒精發(fā)酵廢液對(duì)番茄生長(zhǎng)與產(chǎn)量的影響

路 紅 辛寒曉 孫國(guó)科 劉麗英 孫中濤*

1 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 泰安 271018

2 山東佐田氏生物科技有限公司 濟(jì)南 250000

白酒與酒精是我國(guó)的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，年產(chǎn)量約400 萬(wàn)噸（以酒精計(jì)），對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要作用[1]。據(jù)估計(jì)，每產(chǎn)出1 t 酒精，約產(chǎn)生15～48 t 發(fā)酵廢液，烘干后約產(chǎn)生0.45～1.44 t 干粉，其中有機(jī)物占75%左右[2]。秸稈酒精發(fā)酵液是以秸稈為主要原料生產(chǎn)酒精過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)廢液，黃腐酸含量豐富，是一類寶貴的生物質(zhì)資源[3，4]。黃腐酸是腐植酸中分子量較小的成分，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛[3]。特別是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，因黃腐酸具有多種功效，以黃腐酸為功能性成分的新型肥料得到了快速發(fā)展[5～7]。有研究表明，以秸稈作為原料通過(guò)堆肥發(fā)酵生產(chǎn)的黃腐酸肥料可顯著提高大棚蔬菜黃瓜、西紅柿、辣椒和西葫蘆的產(chǎn)量[8]。糖蜜酒精發(fā)酵液是以糖蜜為主要原料發(fā)酵生產(chǎn)酒精時(shí)產(chǎn)生的有機(jī)廢液，可促進(jìn)甘蔗生長(zhǎng)，提高土壤腐殖質(zhì)含量和土壤肥力[9，10]。造紙廠黑液中也含有黃腐酸成分，具有促進(jìn)玉米幼苗和根系生長(zhǎng)發(fā)育的作用[11]。目前，以秸稈堆肥、糖蜜酒精發(fā)酵液、造紙工業(yè)廢水等為原料制備的生化黃腐酸已經(jīng)形成規(guī)?；瘧?yīng)用，取得了良好的應(yīng)用效果，但以秸稈酒精生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)廢液制備的生化黃腐酸還未進(jìn)入推廣應(yīng)用階段，相關(guān)研究也較少，應(yīng)用效果不明。因此，采用盆栽試驗(yàn)，初步研究了秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉對(duì)番茄生長(zhǎng)、產(chǎn)量與品質(zhì)的影響，為酒精發(fā)酵廢液在新型肥料生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)栽培領(lǐng)域的綜合利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

秸稈酒精發(fā)酵廢液由山東佐田氏生物科技有限公司提供，以秸稈為原料生產(chǎn)酒精的過(guò)程中秸稈預(yù)處理與發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生的有機(jī)廢液，本試驗(yàn)樣品是以秸稈酒精發(fā)酵廢液為原料，經(jīng)蒸發(fā)、濃縮和噴霧干燥等工藝生產(chǎn)的粉末狀物質(zhì)，即秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉，其有機(jī)質(zhì)含量為99.28%，黃腐酸含量為62.86%，營(yíng)養(yǎng)元素氮、磷、鉀含量分別為2.42%、2.83%、3.58%，電導(dǎo)率為5.94 mS/cm。

受試番茄品種為“硬粉番茄”，幼苗購(gòu)自安徽省宿州市埇橋區(qū)雪卉苗圃園，幼苗高度為15 cm 左右，長(zhǎng)勢(shì)基本整齊均一。

1.2 盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地點(diǎn)為山東省濟(jì)南市山東佐田氏生物科技有限公司試驗(yàn)田，試驗(yàn)用土為0～20 cm 深度的耕作層土壤，其有機(jī)質(zhì)含量為1.67%，氮、磷、鉀含量分別為0.09%、0.06%和1.53%，電導(dǎo)率為245 μS/cm，pH 值為7.72。

盆栽試驗(yàn)采用盆口內(nèi)徑、盆底內(nèi)徑和盆高分別為25、20 和25 cm 的塑料盆，裝土量為7.5 kg/盆，共24 盆，按矩陣方式進(jìn)行排列，株距與行距均為80 cm。番茄幼苗于2020 年4 月24 日移栽入盆，每盆1 棵。采用滴灌方式進(jìn)行澆水，滴箭流量1000 mL/h，根據(jù)土壤干濕程度確定滴灌時(shí)間。

試驗(yàn)共設(shè)2 個(gè)處理，每個(gè)處理12 盆。CK 處理不施肥，處理T 施用秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉，施肥量為1.00 g/盆·次，施肥方式為稱量每盆所需要的1.00 g 秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉，溶于500 mL水中進(jìn)行沖施。每10～12 天施肥1 次，共3 次。5 月17 日測(cè)定初始番茄株高H1、莖粗D1，并進(jìn)行第1 次施肥處理；5 月29 日測(cè)定株高H2、莖粗D2，并進(jìn)行第2 次施肥處理；6 月10 日測(cè)定株高H3、莖粗D3，并進(jìn)行第3 次施肥處理。6 月8 日，在番茄苗期測(cè)定番茄葉片酶活性、總?cè)~綠素含量和類胡蘿卜素含量，6 月20 日在番茄初果期，再一次測(cè)定番茄葉片酶活性、總?cè)~綠素含量和類胡蘿卜素含量。6 月20 日，第1 次采摘番茄果實(shí)，計(jì)重；6 月27 日，第2 次采摘計(jì)重；此后每周采摘計(jì)重一次。產(chǎn)量為整個(gè)采收期總重量。

1.3 測(cè)定方法

秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法（NY/T 525-2021），黃腐酸含量測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法（HG/T 5334-2018）。番茄株高和莖粗分別采用卷尺和游標(biāo)卡尺測(cè)量?？?cè)~綠素和類胡蘿卜素含量測(cè)定采用分光光度法，取0.2 g 葉片，用25 mL 95%乙醇勻漿，濾液于665、649 和470 nm 測(cè)定吸光度[12]。超氧化物歧化酶（SOD）活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑（NBT）還原法，丙二醛（MDA）含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸（TBA）顯色法[13]。土壤全氮含量測(cè)定采用凱氏定氮法（LY/T 1228-2015）。土壤有效磷含量測(cè)定采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法。土壤速效鉀含量測(cè)定采用火焰光度計(jì)法[14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉對(duì)番茄株高的影響

秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉對(duì)番茄株高的影響如圖1 所示。與CK 相比，施肥處理的株高H1 增加14.47%，株高H2 增加12.42%，株高H3 增加10.91%，均達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。因此，秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉對(duì)番茄株高增長(zhǎng)均有顯著的促進(jìn)作用。

圖1 秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉對(duì)番茄株高的影響Fig.1 Eff ects of dry powder of waste liquid from straw alcohol fermentation on plant high of tomato

2.2 秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉對(duì)番茄莖粗的影響

秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉對(duì)番茄莖粗的影響如圖2 所示。與CK 相比，處理T 莖粗D1 增加5.31%，莖粗D2 增加5.23%，均達(dá)到顯著水平（P＜0.05），但莖粗D3 與CK 無(wú)顯著差異（P＞0.05）。因此，秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉在番茄生長(zhǎng)前期均可顯著促進(jìn)莖粗增加，在生長(zhǎng)后期促進(jìn)作用不明顯。

圖2 秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉對(duì)番茄莖粗的影響Fig.2 Eff ects of dry powder of waste liquid from straw alcohol fermentation on stem diameter of tomato

2.3 秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉對(duì)番茄葉片SOD 活性與MDA 含量的影響

秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉對(duì)番茄苗期和初果期葉片SOD 活性的影響如圖3（a）所示。與CK 相比，番茄苗期處理T 的葉片SOD 活性上升30.34%，達(dá)到了顯著水平（P＜0.05）。這說(shuō)明秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉可提高苗期番茄葉片SOD 活性，從而提高番茄的抗病與抗逆能力。與CK 相比，番茄初果期處理T 的葉片SOD 活性增加44.40%，達(dá)到了顯著水平（P＜0.05），這說(shuō)明秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉在提高初果期番茄抗病抗逆能力方面效果突出。

MDA 是膜脂過(guò)氧化最重要的產(chǎn)物之一，它的產(chǎn)生還能加劇膜的損傷，因此在植物衰老生理和抗性生理研究中MDA 含量是一個(gè)常用指標(biāo)。衰老、抗性差者M(jìn)DA 含量相對(duì)較高[15]。秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉對(duì)番茄苗期和初果期葉片MDA 含量的影響分別如圖3（b）所示。與CK 相比，番茄苗期處理T 的MDA 含量下降20.32%，達(dá)到了顯著水平（P＜0.05）。與CK 相比，番茄初果期處理T 的MDA 含量下降8.43%，未達(dá)顯著水平（P＞0.05）。這說(shuō)明秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉可在一定程度降低不利的環(huán)境因素對(duì)葉片的脅迫作用，延緩番茄衰老；但作用不顯著。

圖3 秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉對(duì)番茄葉片SOD 活性（a）及MDA 含量（b）的影響Fig.3 Eff ects of dry powder of waste liquid from straw alcohol fermentation on SOD activity (a) and MDA content (b) of tomato leaves

2.4 秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉對(duì)番茄葉片總?cè)~綠素及類胡蘿卜素含量的影響

秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉對(duì)番茄苗期葉片總?cè)~綠素及類胡蘿卜素含量的影響如表1 所示。苗期，與CK 相比，處理T 番茄葉片總?cè)~綠素含量增加24.29%，類胡蘿卜素含量增加3.43%，但差異均未達(dá)顯著水平（P＞0.05）。初果期，與CK 相比，處理T 番茄葉片總?cè)~綠素含量增加12.09%，類胡蘿卜素含量增加87.03%，差異均達(dá)顯著水平（P＜0.05）。這說(shuō)明秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉均可提高番茄苗期和初果期葉片的總?cè)~綠素和類胡蘿卜素含量，在初果期提高效果顯著，增強(qiáng)番茄的光合作用，促進(jìn)番茄干物質(zhì)的積累。

表1 秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉對(duì)番茄葉片總?cè)~綠素及類胡蘿卜素含量的影響Tab.1 Eff ects of dry powder of waste liquid from straw alcohol fermentation on total chlorophyll and carotenoid content of tomato leaves mg/g FW

2.5 秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉對(duì)番茄單株產(chǎn)量的影響

秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉對(duì)番茄單株產(chǎn)量的影響如表2 所示。與CK 相比，處理T 番茄單株產(chǎn)量增加12.19%，差異達(dá)顯著水平（P＜0.05）。這說(shuō)明施用秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉具有很好的肥效，可顯著提高番茄產(chǎn)量。

3 結(jié)果與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，與對(duì)照相比，施用秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉的處理可顯著提高番茄的株高和番茄生長(zhǎng)前期的莖粗，這說(shuō)明秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉可促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收，另外也體現(xiàn)了秸稈酒精發(fā)酵廢液來(lái)源的黃腐酸含有的活性基團(tuán)可促進(jìn)植物細(xì)胞分裂，有利于植物的生長(zhǎng)，這與李靜等[16]對(duì)于黃腐酸促進(jìn)番茄根系生長(zhǎng)的結(jié)論相同。

根據(jù)植物中SOD 酶活性變化，可判斷過(guò)氧化作用的程度，SOD 活性高，可提高植物的抗逆能力；MDA 含量是表征植物膜系統(tǒng)是否穩(wěn)定的重要指標(biāo)，含量過(guò)高，植物膜系統(tǒng)不穩(wěn)定，將影響受體植物細(xì)胞的正常代謝，最終抑制植物生長(zhǎng)[17]。本試驗(yàn)研究結(jié)果說(shuō)明在番茄生長(zhǎng)期，與對(duì)照相比，施用秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉可顯著提高番茄葉片SOD 酶活性，特別是番茄初果期。與對(duì)照相比，施用秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉可一定程度降低番茄葉片MDA 含量，保護(hù)葉片，延遲番茄植株生長(zhǎng)期的衰老，提高抗逆能力，促進(jìn)番茄的生長(zhǎng)，但未達(dá)顯著差異。

在番茄初果期，施用秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉的處理顯著增加了番茄葉片總?cè)~綠素和類胡蘿卜素的含量，這有利于番茄葉片進(jìn)行光合作用，積累光合產(chǎn)物，從而提高番茄產(chǎn)量。軒華強(qiáng)等[18]的研究發(fā)現(xiàn)，黃腐酸能促進(jìn)植物光合作用，當(dāng)植物光合速率較高時(shí)，同化的有機(jī)物增多，光合作用產(chǎn)生的糖類物質(zhì)也更容易在植物體內(nèi)積累。何流等[19]的研究發(fā)現(xiàn)，黃腐酸水溶肥可以提高蘋果葉片葉綠素含量。這些報(bào)道均與本文的研究結(jié)果一致。

施用秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉的處理顯著提高了番茄產(chǎn)量，這說(shuō)明秸稈酒精發(fā)酵廢液可作為新型肥料生產(chǎn)原料。羅建學(xué)等[20]、安學(xué)忠等[21]與馬曉晶等[22]的研究表明，黃腐酸對(duì)大白菜、玉米和水稻等作物具有明顯的增產(chǎn)作用，這與本研究結(jié)果一致。

與其他發(fā)酵廢液類似，秸稈酒精發(fā)酵廢液除含黃腐酸外，還含大量的糖類、有機(jī)酸和蛋白質(zhì)等易降解有機(jī)質(zhì)。以其為原料經(jīng)噴霧干燥制備的干粉產(chǎn)品應(yīng)用時(shí)必須注意施肥方式和用量，否則可能帶來(lái)抑制作物生長(zhǎng)甚至燒苗爛根等不良效果。本研究將干粉產(chǎn)品稀釋500 倍后沖施，取得了較好應(yīng)用效果，這說(shuō)明該稀釋倍數(shù)是安全有效的，但生產(chǎn)實(shí)踐中可允許最低和最高稀釋倍數(shù)還有待進(jìn)一步研究。本研究每株番茄的全季施用量為3 g，分3 次施用，每次沖施1 g，每10～12 天沖施1 次，是參照其他來(lái)源的生化黃腐酸產(chǎn)品推薦用法用量及施肥成本確定的，在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有較強(qiáng)的指導(dǎo)價(jià)值。在后續(xù)研究中，我們將進(jìn)一步探討不同施肥量及不同施肥方式對(duì)番茄生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響，以期進(jìn)一步減少成本、提高施肥效率和應(yīng)用效果。此外，在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，秸稈酒精發(fā)酵廢液干粉具有較強(qiáng)的吸濕性，容易因受潮而結(jié)塊，甚至長(zhǎng)霉腐敗。因此，在保存、轉(zhuǎn)運(yùn)和利用過(guò)程中，應(yīng)注意密封、防潮，袋裝成品堆放層數(shù)不宜太大。為降低生產(chǎn)和應(yīng)用成本，建議生產(chǎn)膏狀產(chǎn)品，與粉狀產(chǎn)品相比，既節(jié)約能源，還避免吸潮結(jié)塊、粉塵等問(wèn)題。但膏狀產(chǎn)品的包裝與運(yùn)輸費(fèi)用比粉狀產(chǎn)品高，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)綜合考慮。

總之，秸稈酒精發(fā)酵廢液可以促進(jìn)番茄的生長(zhǎng)發(fā)育，提高番茄的抗逆性、光合作用效率和產(chǎn)量。本研究為秸稈酒精發(fā)酵廢液資源在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用提供了理論依據(jù)，對(duì)提高秸稈酒精生產(chǎn)廢液的綜合利用水平具有重要意義。