煙葉堆肥對泥炭蘚降解的影響

宋杰，邸慧慧，王粵，鐘明月，王莉媛，趙詩雨，卜貴軍*

（1 湖北民族大學林學園藝學院，湖北恩施 445000；2 湖北省煙草公司恩施州公司，湖北恩施 445000）

泥炭蘚是蘭花等園藝植物的優(yōu)質(zhì)基質(zhì)，泥炭蘚泥炭作為優(yōu)質(zhì)基質(zhì)，在農(nóng)業(yè)及園藝中有廣泛應用[1]。在土壤有機質(zhì)積累過程中具有至關重要的作用，是濕地土壤碳的重要來源[2-3]。但大量的泥炭挖掘會破壞自然生態(tài)環(huán)境[4]，尋找一種在可控條件下，對人工種植的泥炭蘚進行降解，以取代泥炭作為基質(zhì)是值得探究的途徑。

泥炭蘚在自然界中處于水分充足且溫度較低的環(huán)境中，植物體組織死亡后分解周期漫長[5]，在這種不易降解的條件下，亟需一種能代替自然降解泥炭蘚的方法，以緩解泥炭地被開采破壞的情況。堆肥是一種可加速有機物料降解的方法，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和畜牧業(yè)中可節(jié)約成本[6]，其通過利用微生物具有氧化、分解有機物的能力，使微生物在特定的情況下將有機物進行生物化學降解，作用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)加工等方面。

為了探索是否可通過堆肥加速泥炭蘚的降解，本研究選擇將泥炭蘚加入到煙葉堆肥系統(tǒng)中，研究自然條件下的泥炭蘚、與煙葉共同堆肥的泥炭蘚及吸取煙葉堆肥后滲濾液的泥炭蘚3 種泥炭蘚，在3 種不同處理下的泥炭蘚結(jié)構(gòu)、葉綠素含量及三維熒光的變化，以此研究泥炭蘚的降解情況。探索通過與煙葉堆肥加速泥炭蘚的降解情況，為進一步促進降解泥炭蘚提供基礎數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本項目的泥炭蘚都取自湖北省恩施土家苗族自治州七姊妹山，煙葉為烤后廢棄煙葉。

1.2 試驗方法

1.2.1 堆肥方法。在自制的堆肥桶內(nèi)，從下到上依次鋪氣板，泥炭蘚10g（吸取堆肥滲濾液），土壤903g，煙草復合肥26.7g，煙葉534.3g（10g 泥炭蘚，與煙葉共堆肥），煙草復合肥26.7g，土壤903g，加水2351g。以此步驟進行堆肥處理9 個月，得到與煙葉混合堆肥的泥炭蘚及吸取滲濾液的泥炭蘚。自然條件下的泥炭蘚樣本為常溫下封閉與自封帶的泥炭蘚樣本。將3 種泥炭蘚置于烘干機中烘干48h，取出樣品，將每份樣品各取3 份，并且保證每份樣品取得的是泥炭蘚的同一部位，用于測定指標。

1.2.2 電鏡掃描觀察。取3 個樣品每種泥炭蘚中的葉片部分分成若干細小碎片，固定于樣品臺上進行真空鍍膜處理[8]，然后進行電鏡掃描。分別觀察不同樣品的葉的分解情況。

1.2.3 測定葉綠素含量。每份樣品各取3 份，保證每份取自同一位置，每份稱取0.2g，放入研磨離心后，取上清液測定葉綠素含量[9]。

1.2.4 固體熒光掃描。分別取適量的3 種泥炭蘚樣本，并確保取得泥炭蘚相同部位，放入石英夾具中進行三維熒光掃描。參數(shù)設置為激發(fā)光譜波長λex＝200～600nm，發(fā)射光譜波長λem＝200～700nm，PTM 電壓為700V，掃描速度為30000nm/min。

2 結(jié)果及分析

2.1 堆肥后的泥炭蘚形態(tài)

2.1.1 自然條件下的泥炭蘚。該泥炭蘚植物樣本呈淡黃綠色，莖較長，有多個分支，莖和葉呈三角形，邊緣呈鋸齒狀平展長1～3mm，表面多孔隙，部分葉片呈綠色部分葉片呈透明狀。

2.1.2 與煙葉共同堆肥的泥炭蘚。此樣品整體黑褐色，部分區(qū)域分不出葉與莖稈，沒有完整植株，莖稈呈麻絲狀，葉片蓮瓣狀，部分已經(jīng)分解為絮狀且形態(tài)不規(guī)則，能看到葉片少部分透明但部分呈黑褐色，其中散落的細小葉片數(shù)量較多。

2.1.3 吸取煙葉堆肥后滲濾液的泥炭蘚。此樣本顏色呈黃棕色，完整較差，枝條細長柔韌，大部分莖稈呈規(guī)則形狀，葉片少部分呈微綠色，大部分為深棕色，葉片呈開放打開狀，并且沒有完整的穗狀葉片。

2.2 電鏡掃描

通過對不同處理的泥炭蘚的葉片進行相同的掃描步驟處理，觀察到葉的分解程度也出現(xiàn)了不同的差別。在電鏡的觀察下（圖1-a、b、c），通過堆肥處理的泥炭蘚的分解程度最高，葉片分解后出現(xiàn)不規(guī)則形狀，葉片的破碎情況十分明顯，葉片上的水細胞破裂在3 種處理的泥炭蘚中最嚴重；其次是吸取滲濾液的泥炭蘚，該泥炭蘚的葉片上也出現(xiàn)了水細胞的破碎；分解情況最差的是自然條件下的泥炭蘚，在電鏡觀察下還能看到較大完整的區(qū)域，葉片中的水細胞形態(tài)完整。通過電鏡觀察3 種不同處理的泥炭蘚，可發(fā)現(xiàn)泥炭蘚的葉片出現(xiàn)不同的分解情況，與煙葉共同堆肥處理的泥炭蘚的分解程度最高，其次是吸取煙葉堆肥滲濾液的泥炭蘚，降解程度最低的是自然條件下的泥炭蘚。

圖1 葉的電鏡掃描（a 為自然條件下；b 為堆肥處理；c 為吸收滲濾液處理）

2.3 葉綠素含量及分析

由表1 可知，自然條件下的泥炭蘚的葉綠素濃度最高，其次是吸取煙葉堆肥滲濾液的泥炭蘚，葉綠素含量最低的是與煙葉共同堆肥處理的泥炭蘚。通過對比發(fā)現(xiàn)，3 個不同處理的泥炭蘚中，葉綠素a 的含量與葉綠素含量的變化趨勢一樣，自然條件下的濃度最高，其次是吸取煙葉堆肥滲濾液的泥炭蘚，最低的是共同堆肥處理的。

表1 葉綠素各含量分析表

葉綠素a 與葉綠素總濃度的變化趨勢相同，但葉綠素b 的變化趨勢出現(xiàn)了差異，三者中葉綠素b 含量最高的是吸取煙葉堆肥滲濾液的泥炭蘚，其次是自然條件下的泥炭蘚，這兩者的濃度雖然是吸取滲濾液的更高，但總體來說濃度相差不大，而含量最低的依舊是與煙葉共同堆肥處理的泥炭蘚。

由此可見，3 種不同處理的泥炭蘚的葉綠素各項指標中與煙葉共同堆肥的泥炭蘚含量均為最低，由此可知，該泥炭蘚中的葉綠素大多數(shù)已被分解掉，分解的程度達到最高，其次是吸取煙葉堆肥滲濾液的泥炭蘚，這種情況下的泥炭蘚中葉綠素的3 項指標中只有葉綠素b 的濃度比自然條件下的泥炭蘚高，經(jīng)查閱資料發(fā)現(xiàn)，煙葉中葉綠素b 的含量下降速率要比葉綠素a 快[10]，由此可知，在煙葉堆肥過程中葉綠素b 進入滲濾液中，然后又被吸取滲濾液的泥炭蘚所吸收，故導致該情況下的泥炭蘚中葉綠素b 的含量比自然條件下的略高。而自然條件下的泥炭蘚葉綠素b 含量最高。

2.5 固體熒光掃描分析

通過熒光峰值所在位置的變化觀察在不同處理下泥炭蘚中物質(zhì)含量的變化。通過三維熒光掃描觀察3 種泥炭蘚中物質(zhì)含量的變化（見表2）。

表2 固體熒光掃描結(jié)果

自然狀態(tài)下的三維熒光掃描出現(xiàn)了3 個峰，分別是峰Ⅰ在λex/λem＝284/360，熒光強度為1156；峰Ⅱ在λex/λem＝265/439，熒光強度為1739，；峰Ⅲ在λex/λem＝366/438，熒光強度為2106；與煙葉共同堆肥的泥炭蘚只出現(xiàn)了一個熒光峰，峰的位置在峰Ⅰλex/λem＝284/361，熒光強度為437.1；吸收煙葉堆肥滲濾液的也只出現(xiàn)一個峰，為峰Ⅰ在λex/λem＝284/360，熒光強度為679.2。

通過對比三者的熒光峰可知，自然條件下的泥炭蘚中的物質(zhì)明顯比經(jīng)過其他2 種不同處理的泥炭蘚多了峰Ⅱ和峰Ⅲ2 種物質(zhì)，且峰Ⅰ的熒光強度比其他2 種處理高很多。而3 種泥炭蘚的三維熒光中峰Ⅰ所在的位置都幾乎一樣，因此可知，峰Ⅰ所代表的是同一種物質(zhì)。因為峰Ⅰ都處于同一位置且自然條件下的熒光強度最高，吸收滲濾液的次之，與煙葉共同堆肥的泥炭蘚最高，峰Ⅰ代表的物質(zhì)在3 種不同處理下出現(xiàn)了不同程度的降解情況。其中與煙葉堆肥的泥炭蘚降解程度最高，吸收滲濾液的次之。

自然條件下的泥炭蘚比其他2 種處理的泥炭蘚多了峰Ⅱ和峰Ⅲ2 個熒光峰，由此可推出，在堆肥處理和吸收滲濾液2 種不同的處理過程中，這2 種物質(zhì)被完全降解。

根據(jù)固體三維熒光圖可知，經(jīng)過堆肥處理過的泥炭蘚的分解程度更高，其次是吸收滲濾液的泥炭蘚，自然條件下的泥炭蘚分解程度最低。

3 結(jié)論與討論

隨著現(xiàn)代化生活的發(fā)展，農(nóng)業(yè)的種植在追求更高的效率，使用有機肥已成為趨勢，而分解程度高的泥炭蘚作為優(yōu)質(zhì)的農(nóng)業(yè)有機肥和種子培育的優(yōu)質(zhì)基質(zhì)，已經(jīng)展現(xiàn)出其較高的經(jīng)濟價值，但天然的泥炭蘚分解速率慢，因此，嘗試用煙葉混合堆肥及吸收煙葉堆肥滲濾液的泥炭蘚比較泥炭蘚的分解情況，結(jié)果如下：（1）在電鏡觀察下，與煙葉堆肥的泥炭蘚分解程度最高，其次是吸收煙葉堆肥滲濾液的泥炭蘚，分解程度最低的是自然條件下的泥炭蘚；（2）葉綠素含量的結(jié)果顯示，與煙葉堆肥的泥炭蘚的葉綠素含量最低，降解程度最高，其次是吸收堆肥滲濾液處理的泥炭蘚，葉綠素含量也出現(xiàn)了下降，而葉綠素含量最高的是自然狀態(tài)下的泥炭蘚；（3）三維熒光測發(fā)現(xiàn)，自然狀態(tài)下中的物質(zhì)含量最高，與煙葉堆肥和吸收滲濾液的泥炭蘚降解了其中的大部分物質(zhì)，其中與煙葉堆肥的泥炭蘚中降解程度最高，因此堆肥處理的分解程度最高。吸收滲濾液的次之。

經(jīng)電鏡觀察、測定葉綠素含量及固體熒光掃描發(fā)現(xiàn)，與煙葉共同堆肥能有效促進泥炭蘚的分解，吸收煙葉堆肥滲濾液也對泥炭蘚的分解起到一定促進作用，但是沒有與煙葉堆肥下的分解程度高，而自然條件下的泥炭蘚分解程度最低。