餅粕類堆肥的生產(chǎn)及在煙草生產(chǎn)中的應(yīng)用綜述

郭 維，羅建新 ,2，李宏圖，燕 慧，肖和友

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資環(huán)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128；2.中國(guó)煙草中南農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站，湖南 長(zhǎng)沙 410128）

油料作物的種子經(jīng)榨油后留下的餅粕副產(chǎn)物（如菜枯、豆粕和芝麻餅等）中含有大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，作為餅肥是植物生長(zhǎng)良好的肥源。餅肥不僅養(yǎng)分全面，能為作物生長(zhǎng)有效提供氮、磷、鉀、多種中微量營(yíng)養(yǎng)元素和具有特殊功能的小分子有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而且施用餅肥能調(diào)節(jié)土壤水、肥、氣、熱條件，改良長(zhǎng)期單施化肥而對(duì)土壤造成的不良影響，提高土壤肥力，并能明顯改善農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量?？緹熓且环N特殊的經(jīng)濟(jì)作物，其生產(chǎn)不僅需要重視煙葉產(chǎn)量，更重要的是必須提高煙葉質(zhì)量，而現(xiàn)階段我國(guó)煙葉的質(zhì)量與美國(guó)、巴西和津巴布韋等優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)國(guó)相比較尚有較大差距。因此，根據(jù)不同植煙區(qū)的氣候、生態(tài)條件，從植煙土壤肥力和煙草營(yíng)養(yǎng)著手，研發(fā)以餅粕為主要有機(jī)原料的有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥，是提高煙葉質(zhì)量的有效途徑和可能選擇之一。

1 餅肥資源及其發(fā)酵處理

1.1 餅肥資源概況與特點(diǎn)

我國(guó)油料作物種植面積與產(chǎn)量均居世界前列，每年產(chǎn)生的餅粕資源共計(jì)約2×107t[1]，數(shù)量巨大。餅粕不僅含多種礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)，還含有包括粗蛋白、粗脂肪、有機(jī)酸、多種氨基酸、小分子肽等有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[2]。其中，菜籽餅總氮、磷、鉀的含量分別為2%~7%、1%~2%、1%~2%，粗蛋白的平均含量在39.13%~45%之間，粗脂肪平均含量在1%~4.57%之間，經(jīng)發(fā)酵后氨基酸含量大多超過1.5%，其中含量最高的亮氨酸可達(dá)到2.84%[3]；豆粕總N、P、K的含量分別約為7.76%、1.58%、1.45%，粗蛋白的平均含量在43%左右，粗脂肪平均含量在0.61%~2.63%之間，經(jīng)發(fā)酵后大多數(shù)氨基酸含量在1%以上[4]；芝麻餅總N、P、K的含量約為5.71%、2.62%、1.43%，粗蛋白的平均含量在40%~46%之間，粗脂肪平均含量3.4%~10.3%之間，還含有多種氨基酸[5]。由此可見，菜籽餅、豆粕和芝麻餅中不僅含有豐富的“三要素”養(yǎng)分，而且粗蛋白和粗脂肪的含量很高，特別是其降解產(chǎn)物中的氨基酸、小分子肽類化合物和小分子有機(jī)酸類化合物，可能對(duì)改善煙葉的品質(zhì)具有特殊的作用和意義。

1.2 餅肥腐熟的影響因素

餅肥是優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥和土壤改良劑。但如果將未腐熟完全的餅肥直接施用，有可能產(chǎn)生燒根、爛種等問題，影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育。因此，各種餅粕都必須通過科學(xué)的發(fā)酵后施用，才能充分發(fā)揮其肥效。影響餅肥腐熟的因素主要包括溫度、水分含量、pH、C/N比以及通氣狀況等。

1.2.1 溫 度 一般認(rèn)為，堆肥的適宜溫度與發(fā)酵微生物的類型有關(guān)，高溫型微生物對(duì)有機(jī)物的降解效率高于中溫型微生物，而高溫型微生物較為理想的溫度為50~65℃，過低的堆溫將大大延長(zhǎng)堆肥腐熟的時(shí)間，而過高的堆溫（>70℃）則會(huì)對(duì)堆肥微生物產(chǎn)生有害影響。1.2.2 水分含量 水分主要起溶解有機(jī)物、參與微生物的新陳代謝、調(diào)節(jié)堆體通氣和堆體溫度的作用，直接影響堆肥的發(fā)酵速度。有研究表明，提高堆肥的含水量可減少NH3揮發(fā)，含水量為60%的堆體，NH3的揮發(fā)量明顯高于含水量為70%的堆體，堆肥合適的水分含量為50%~60%。

1.2.3 pH值 最合適微生物生長(zhǎng)的pH值為6～8，pH值過高或過低均會(huì)影響微生物的活動(dòng)，從而影響堆肥的發(fā)酵。有研究表明，堆肥初期，堆體的pH值會(huì)降低，低pH會(huì)嚴(yán)重抑制堆肥反應(yīng)的進(jìn)行，因此在堆肥的初期需要對(duì)堆體的pH進(jìn)行調(diào)節(jié)。而pH值過高不僅會(huì)影響微生物的活性，也會(huì)使堆制過程中產(chǎn)生的氨（NH3）的揮發(fā)加強(qiáng)。

1.2.4 C/N比 堆肥起始的C/N以25～30為佳，有利于微生物的正常生長(zhǎng)繁殖和有機(jī)物的快速降解。當(dāng)有機(jī)物質(zhì)C/N在10左右時(shí)，有機(jī)物被微生物迅速分解，而C/N大于80時(shí)，堆肥則難于腐熟。C/N比是堆肥腐熟的指標(biāo)之一，一般認(rèn)為，C/N比降到20以下是堆肥發(fā)酵成熟的標(biāo)志。

1.2.5 通氣狀況 氧氣是好氧微生物對(duì)有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行快速降解的重要條件之一。大多研究者認(rèn)為，堆體中的氧含量保持在5%~15%之間比較適宜，過小的通氣不利于堆肥溫度的升高，而過大的通氣量則有可能使堆肥的熱量散失，影響堆肥的無害化程度。

1.3 餅肥腐熟過程中的物質(zhì)變化

餅肥腐熟過程是物質(zhì)組分轉(zhuǎn)化和含量變化的過程，餅粕中所含油脂、蛋白質(zhì)、氨基酸、有機(jī)酸及其他營(yíng)養(yǎng)成分的含量與比例會(huì)隨著腐熟過程的進(jìn)行而變化。Kiers等[6]研究發(fā)現(xiàn)，通過微生物發(fā)酵可以把蛋白質(zhì)水解為氨基酸、多肽及氨等小分子物質(zhì)。Hong等[7]的研究發(fā)現(xiàn)，豆粕發(fā)酵后大分子蛋白能降解為<20 kDa的小分子肽；堆肥腐熟后，堆肥中全氮含量有上升趨勢(shì)，氨態(tài)氮先迅速升高，隨后大幅度下降，而硝態(tài)氮?jiǎng)t持續(xù)升高。

有研究發(fā)現(xiàn)，豆粕發(fā)酵前后，各種物質(zhì)的含量變化明顯，發(fā)酵后粗蛋白、粗脂肪、氨基酸、磷含量比發(fā)酵前分別提高 13.48%、18.18%、11.49%、55.56%，賴氨酸、蛋氨酸含量分別提高了7.91%、20.34%[8]。據(jù)王德培[9]的研究，豆粕發(fā)酵后可溶性氮總量可提高12.78%。武雪萍等[10]的研究結(jié)果表明，發(fā)酵后油餅中不飽和脂肪酸的含量明顯高于飽和脂肪酸；氨基酸含量則以谷氨酸最高，而豆餅和花生餅發(fā)酵后氨基酸含量大于芝麻餅和菜籽餅。也有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，在適當(dāng)?shù)臈l件下，豆粕餅發(fā)酵產(chǎn)生的發(fā)酵液中多肽的含量能達(dá)到3.585 mg/mL[11]。餅肥在發(fā)酵腐熟過程中產(chǎn)生的生物活性小分子物質(zhì)，有利于作物的生長(zhǎng)發(fā)育。

2 施用餅肥對(duì)土壤肥力的影響

隨著工業(yè)的發(fā)展，化肥對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的貢獻(xiàn)越來越大，成為糧食作物增產(chǎn)的主要因素之一，但長(zhǎng)期大量施用化學(xué)肥料所引起的土壤酸化、板結(jié)，肥料利用率降低、環(huán)境污染等問題嚴(yán)重[12]，因此，有必要增加有機(jī)肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的投入。

2.1 對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

吳槐泓[13]長(zhǎng)期定位試驗(yàn)結(jié)果表明，施用不同種類有機(jī)肥，土壤有機(jī)質(zhì)含量的增幅比單施化肥平均高7.14%~68.63%。唐繼偉等[14]的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)結(jié)果也表明，有機(jī)肥與無機(jī)肥配合施用與施純化肥相比，土壤有機(jī)質(zhì)含量平衡點(diǎn)高出0.3%。還有研究發(fā)現(xiàn)，施用菜籽餅肥、菜籽餅肥+化肥與施用純化肥相比，土壤有機(jī)質(zhì)含量分別提高36.9%、17.4%[15]，說明施用有機(jī)肥能有效提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。

2.2 對(duì)土壤物理性狀的影響

餅肥含有大量的有機(jī)質(zhì)，有明顯的培肥改土作用，長(zhǎng)期施用餅肥可有效降低土壤容重，使土壤結(jié)構(gòu)疏松，增加土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和土壤孔隙度，增大土壤通氣性，提高土壤蓄水保肥能力[16]。艾天成等[17]通過盆栽試驗(yàn)證明，由于帶入了有機(jī)質(zhì)，施用餅肥后的處理與對(duì)照相比，土壤平均硬度降低9.7 kg/cm3。楊麗萍等[18]的研究發(fā)現(xiàn)，施用菜籽餅的土壤容重相比未作此處理的要降低2.42%，孔隙度則增加1.13%?？梢?，餅肥對(duì)維持良好的土壤結(jié)構(gòu)有重要作用。

2.3 對(duì)土壤養(yǎng)分有效性的影響

土壤速效養(yǎng)分是當(dāng)季作物生長(zhǎng)所需養(yǎng)分的主要來源。研究表明[19]，餅肥中的活性物質(zhì)能有效活化土壤養(yǎng)分。施用餅肥后，能減少土壤對(duì)磷的固定，促進(jìn)土壤中遲效磷的速效化；對(duì)土壤鉀素的影響也類似。因此，餅肥在一定程度上減少了鉀素固定，并促使土壤緩效態(tài)鉀的速效化。唐繼偉等[14]的研究也發(fā)現(xiàn)施用花生餅50 d后，土壤堿解氮含量可從85.2 mg/kg增加到123.5 mg/kg。王軍[20]室內(nèi)模型研究結(jié)果表明，花生餅處理的紫色土在烤煙不同生育與相同時(shí)期的對(duì)照相比較，堿解氮、有效磷、速效鉀含量均高于對(duì)照組，其中速效鉀增加的趨勢(shì)尤為明顯。有研究顯示植煙土壤增施餅肥后，土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量平均增加0.29～2.70 mg/kg、0.39～0.77 mg/kg、32～60 mg/kg[21-22]。故此，餅肥在培肥地力、提高土壤養(yǎng)分有效性方面作用明顯。

2.4 對(duì)土壤微生物及酶活性的影響

土壤中固氮菌、解磷菌和解鉀菌對(duì)土壤養(yǎng)分的有效化起著重要的作用，而放線菌數(shù)量的增加可以降低有害病菌活性，減少土傳病害的發(fā)生，有利于作物生長(zhǎng)[23]。土壤微生物碳與土壤有機(jī)質(zhì)含量有很好的相關(guān)性。長(zhǎng)期施用餅肥能提高土壤微生物碳和氮含量，并能提高一些土壤酶活性。郭紅祥等[24]的研究結(jié)果表明，餅肥能增加土壤中氨化細(xì)菌數(shù)量，有利于提高土壤供氮能力，餅肥亦能增加土壤中纖維素分解菌的數(shù)量，提高土壤供碳能力。劉衛(wèi)群[25]等通過盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，配施不同比例的芝麻餅的處理與對(duì)照相比，土壤微生物數(shù)量增加，氨化細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量分別提高44～700倍、1.04～1.52倍、3.33～9.17倍。張敏等[26]的試驗(yàn)結(jié)果表明，在第四紀(jì)黃壤和中性紫色土中添加菜籽餅肥能在短時(shí)間內(nèi)提高蛋白酶、脲酶和過氧化氫酶的活性。武雪萍等[4]發(fā)現(xiàn)芝麻餅肥和化肥配施與單施化肥相比，根際土壤脂肪酶、轉(zhuǎn)化酶和脲酶活性分別提高了24.85%～60.00%、23.08%～39.46%和4.17%～56.2%；根際土壤微生物碳、氮含量分別提高79.88%～97.14%和29.73%～74.96%。

3 施用餅肥對(duì)烤煙生產(chǎn)的影響

國(guó)內(nèi)外對(duì)餅肥在煙草上的應(yīng)用研究較多，眾多專家學(xué)者的研究表明，煙草生產(chǎn)上施用餅肥對(duì)提高煙葉產(chǎn)量和改善煙葉質(zhì)量均有積極的作用。

3.1 對(duì)烤煙生長(zhǎng)發(fā)育的影響

餅肥發(fā)酵后不僅養(yǎng)分豐富，而且還含有許多活性物質(zhì)，能為煙草生長(zhǎng)發(fā)育提供養(yǎng)分并刺激煙株生長(zhǎng)，調(diào)節(jié)植株體內(nèi)生命活動(dòng)和代謝過程，例如大豆餅的降解產(chǎn)物中具有生物活性的多肽能促進(jìn)植物根系及根毛的生長(zhǎng)并促進(jìn)煙草根系發(fā)育，提高煙株根系活力，從而有利于煙草更好地生長(zhǎng)發(fā)育。羅建新等[27]研究表明，施用煙草有機(jī)無機(jī)肥的處理與單施無機(jī)肥的處理相比較，煙株根系鮮重和干重分別可提高77.2%和54.3%，直徑大于1 mm的根系數(shù)量增加38.8%，大于5 mm的根系數(shù)量增加1倍。籍越等[28]的試驗(yàn)結(jié)果表明，配施餅肥能有效增大烤煙根系體積，增大根系活躍吸收面積，無機(jī)肥配施40%或者60%的腐熟芝麻餅肥均有利于煙株根系活力的提高，增大根系干物質(zhì)量，其中配施40%芝麻餅，有助于根冠比的協(xié)調(diào)，配施60%芝麻餅，有利于根系下扎。張勇等[29]的應(yīng)用研究表明，煙草施用餅肥后，煙株外形表現(xiàn)較好，煙株呈塔形，莖葉角度中等，主脈中等粗細(xì)，煙株整齊度好。彭艷等[30]發(fā)現(xiàn)，施用腐熟的菜籽餅肥有利于煙草生育期的延長(zhǎng)，能提高煙葉的耐熟性，還能增強(qiáng)烤煙的抗病性，這些結(jié)果在不同類型的土壤上也得到了驗(yàn)證。邱妙文等[31]的研究結(jié)果表明，在紫色土連續(xù)三年施用花生餅肥可明顯促進(jìn)煙株的生長(zhǎng)發(fā)育，能擴(kuò)大中、上部葉的葉片面積，有利于煙葉產(chǎn)量的提高。

3.2 對(duì)烤煙產(chǎn)量的影響

施用餅肥能增加煙葉產(chǎn)量是國(guó)內(nèi)行業(yè)內(nèi)的共識(shí)，餅肥在烤煙生長(zhǎng)后期供肥能力有保證，與化肥相比能更好的促進(jìn)上部煙葉的生長(zhǎng)。研究發(fā)現(xiàn)，適量比例的餅肥配施化肥的處理與純化肥處理相比，能顯著提高煙葉產(chǎn)量。胡建斌等[32]用10%、20%、30%的花生餅配施化肥與100%化肥處理相比較，發(fā)現(xiàn)配施花生餅后，煙葉產(chǎn)量可分別增加39、140 和 230 kg/hm2。易建華[33]的研究表明，在有機(jī)質(zhì)含量為2%的土壤上增施菜籽餅肥，煙葉產(chǎn)量可增加282 kg/hm2，在有機(jī)質(zhì)含量為4%的土壤上增施菜籽餅肥，煙葉產(chǎn)量可增加1 048.95 kg/hm2。

3.3 對(duì)烤煙品質(zhì)的影響

煙葉內(nèi)各化學(xué)成分含量的高低與比例是衡量煙葉質(zhì)量的重要指標(biāo)，同時(shí)煙葉的評(píng)吸質(zhì)量和香吃味也是評(píng)價(jià)煙葉質(zhì)量的重要指標(biāo)。施用餅肥有利于提高煙葉的香氣質(zhì)量是我國(guó)煙農(nóng)普遍的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，研究也表明，施用餅肥不僅有利于煙葉外觀質(zhì)量的改善，而且能使煙葉的內(nèi)化學(xué)成分協(xié)調(diào)，香氣物質(zhì)增加，全面改善煙葉質(zhì)量，提高煙葉等級(jí)[34-35]。唐莉娜[34]的盆栽試驗(yàn)和田間試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)有機(jī)氮肥施用比例占總施氮量的25%時(shí)，有利于協(xié)調(diào)煙葉中氮磷鉀營(yíng)養(yǎng)的分配比例，提高上部煙葉鉀含量，提高煙葉品質(zhì)。陳朝陽[35]的研究結(jié)果顯示，施用有機(jī)肥后，煙葉煙堿含量適宜，總糖、還原糖含量增加，上部煙葉蛋白質(zhì)含量降低。新植二烯、類胡蘿卜素類、西柏烷類、苯丙氨酸類和美德拉反應(yīng)產(chǎn)物等是煙葉主要的致香物質(zhì)，對(duì)煙葉的吃味有重要影響[36]。張延軍等[37]的試驗(yàn)結(jié)果表明，化肥配施芝麻餅肥與施純化肥相比，煙葉內(nèi)新植二烯、類胡蘿卜素降解產(chǎn)物、苯丙氨酸類代謝產(chǎn)物、西柏烷類降解產(chǎn)物、茄酮含量和美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的平均含量依次增加了27.54%、12.72%、30.54%、65.47%和6.01%。也有研究表明，配施50%芝麻餅肥的處理煙葉新植二烯和類胡蘿卜素降解產(chǎn)物的含量比對(duì)照分別提高28.15%～59.43%、1.26%～49.50%[38]?；h領(lǐng)等[39]的研究結(jié)果表明，增施餅肥后，所測(cè)定的27種中性香氣成分中有18種含量明顯高于對(duì)照，說明增施餅肥能有效提高煙葉香氣物質(zhì)含量。趙銘欽[40]的研究發(fā)現(xiàn)，配施餅肥處理煙葉香氣物質(zhì)總量達(dá)到1 154.66 μg/g，高出對(duì)照 513.1 μg/g。

4 結(jié)語

發(fā)酵餅粕在煙草生產(chǎn)中的應(yīng)用效果顯著，不僅可以改良土壤，提高土壤養(yǎng)分的有效性，而且還能促進(jìn)煙草生長(zhǎng)發(fā)育，提高煙葉產(chǎn)量，改善煙葉質(zhì)量，特別是在提高煙葉的香氣質(zhì)量上作用特殊。我國(guó)餅粕資源豐富，合理利用前景廣闊。餅粕作為一種優(yōu)質(zhì)資源，目前主要用作飼料，但如果用作肥料，當(dāng)然更是一種優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料資源。作為高端肥料產(chǎn)品的原料，如果能夠充分發(fā)揮其特殊功能肥料的作用（如作為煙葉的提香肥料），在附加值較高的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)中應(yīng)用，將會(huì)拓展餅粕肥料的應(yīng)用空間和價(jià)值。餅粕肥料不僅養(yǎng)分全面，肥效持久，適于各類土壤和多種作物，而且餅粕發(fā)酵后能形成大量的氨基酸、小分子肽類化合物和小分子有機(jī)酸等特殊有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，對(duì)提高煙葉的品質(zhì)，特別是提高煙葉的香氣質(zhì)量具有特別的作用。當(dāng)然，在餅粕肥料發(fā)酵程度的掌控和提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的作用機(jī)理上，還需開展更加深入的研究。

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