腫柄菊有機肥料的研究進展

張余杰,秦小萍

(云南農業大學植物保護學院,云南昆明650201)

腫柄菊有機肥料的研究進展

張余杰,秦小萍

(云南農業大學植物保護學院,云南昆明650201)

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

腫柄菊;有機肥料;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,根系發達,莖粗壯,繁殖力強,能在各類土壤中生長[1]。原產地為墨西哥及中美洲地區,曾作為觀光植物、有機肥料、飼料等被廣泛引進到亞洲、非洲、美洲的很多國家和地區,現在大量分布于熱帶和亞熱帶地區,其中在東南亞、南非、太平洋的一些國家和地區已成為入侵田間、路邊的雜草,逐漸擴散形成單一優勢種群[2]。目前,腫柄菊在我國廣東、廣西、福建、云南等省有逃逸種群分布,尤其是環境適宜的云南省。據報道,腫柄菊在云南地區的逃逸生長,已經給農業生產帶來一定危害,同時對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植物[3]。

目前,國內外對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7種病原菌具有抑制作用。王麗等[5]研究發現腫柄菊水提液對水田稗具有顯著的抑制作用。Adedire等[6]研究認為腫柄菊葉干粉乙醇提取物對四紋豆象有明顯的殺卵、抗成蟲羽化和殺蟲作用,具有開發為昆蟲殺蟲劑的潛力。國外在開發腫柄菊用途方面研究較多,特別是作為有機肥料,而國內研究相對較少。腫柄菊作為有機肥料使用具有以下優點:綠色環保,減少化學肥料的施用,降低化學肥料對土壤的污染,促進土壤微生物的生長,維持生態平衡,同時其中的養分持久,肥效期長,且能夠有效地改良土壤的結構。而化學肥料分解速度快,肥效期短,施用量低時起不到有效作用,施用量高時則會對作物造成傷害。因此,研究腫柄菊有機肥料的應用意義重大。

作者在此綜述了國內外腫柄菊有機肥料的研究進展,分析了研究中存在的問題,并展望了其應用前景,旨在為腫柄菊作為有機肥料的開發利用提供參考。

1 腫柄菊有機肥料的研究進展

1.1 國外的研究進展

在國外,一些土壤貧瘠的地區和國家對腫柄菊作為有機肥料的研究較多,其中可以將腫柄菊作為有機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分,并能迅速將體內積聚的養分釋放到土壤中,供應糧食作物吸收和利用[7-9]。

Donald[10]研究發現熱帶火山灰土壤中種植的水稻,在生長的前2周里,腫柄菊(定量)作為有機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,直至第12周,N的供應才接近于零。

Jama等[11]報道腫柄菊作為有機肥料不僅可以有效地增加作物營養物質N、P、K來源,而且可以降低土壤中某些物質對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等營養成分的量。

Jayne等[13]在肯尼亞進行幾種有機肥料提高土壤肥力的研究表明,腫柄菊作為有機肥料與家畜糞肥結合能顯著地提高土壤肥力,所種作物產量高,成本低,經濟效益好。

Mukuralinda等[14]在盧旺達研究發現,以腫柄菊作為有機肥料的玉米產量高于其它有機肥料。

Ikerra等[15]在坦桑尼亞莫羅戈羅地區的玉米種植試驗表明,腫柄菊作為有機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,促進玉米增產。

Partey等[16]在加納研究腫柄菊葉的腐爛速度和營養物質的釋放速度發現,腫柄菊葉的分解速度高于其它幾種有機肥料,其中在第1周內,腫柄菊中營養物質N、P、K、Ca、Mg的釋放速度最快。

Aye等[17]在緬甸歷時2年進行黃色酸性土壤中的玉米種植試驗,發現腫柄菊作為有機肥料可以有效增加玉米的產量。這可能是因為腫柄菊降低了土壤酸度和Al3+濃度,從而創造了玉米生長的適宜環境[18]。

腫柄菊作為有機肥料用于玉米的研究較多,增產效果較好,前景廣闊,但用于其它作物的報道較少,如小麥、大豆、棉花、高粱等。從其發揮的功效來看,在提升其它作物的產量方面亦應有較好的效果。未來,腫柄菊作為有機肥料,經過適當的加工,對改善和提高貧瘠土地上作物的產量會有著顯著效果。

研究表明,木質植物切碎后加入到農田,可以維持作物的產量[19]。這是因為,木質植物能夠改善土壤結構,促進微生物的活動,使土壤富有營養[20,21]。腫柄菊作為有機肥料可以顯著增加旱地、高地、坡地糧食作物的產量,主要因為腫柄菊肥料增加了土壤中營養物質的含量,改善了土壤的物理性狀。

1.2 國內的研究進展

作為一種入侵植物,國內對腫柄菊的研究相對較少,主要集中在其提取物的殺蟲活性方面,但在開發為有機肥料方面的研究鮮見報道。羅瑛等[1]對腫柄菊礦質營養元素進行了分析,結果見表1。全國有機肥料品質四要素分級標準、總分分級標準[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 腫柄菊中主要營養元素和微量營養元素的含量/%Tab.1 Main nutrient elements content and micronutrient elements content in Tithonia diversifolia/%

表2 全國有機肥料品質四要素分級標準Tab.2 National classification standard of organic fertilizer quality's four elements

表3 全國有機肥料品質總分分級標準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標準中分別為40分、9分和16分,粗有機物得分以綠肥類粗有機物平均含量83.18%計算為25分,合計為90分。

由表3可知,腫柄菊作為有機肥料符合一級有機肥的標準。

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,種子產量高,繁殖能力強,含有豐富的營養元素,是一種優良的野生有機肥源植物。

2 存在的問題

2.1 威脅生態平衡

腫柄菊具有繁殖力強、種子產量高、易于傳播、營養體貯藏著大量養分、有化感作用等入侵性外來植物所具有的一般特點[24-26],并且其克隆產生的后代在存活率等方面高于其它植物有性繁殖產生的后代[27]。因此,如果對其種植管理不善,容易造成逃逸和擴散,對本地植物的生長產生不良影響,威脅生物的多樣性。鑒于其尚未在國內造成嚴重危害,目前未將其列為檢疫性植物。相關報道證明,北方尚未發現腫柄菊的生長,但腫柄菊適應性很廣,至于能否引種到北方,仍在研究當中。

2.2 加工問題

腫柄菊要成為可用的有機肥料,需要經過栽培、適時收獲、切割、打碎等多個環節,這就需要一定數量的勞動力。因此,就個體農戶來言,必定費工費時,不能形成較大的規模和較高的效益,不利于其在全國范圍內推廣應用。如若能與工廠結合,進行大規模產業化的加工,成本將會大大降低。

2.3 功能型有機肥料

雖然國外對腫柄菊作為綠肥進行了大量的研究,但尚無將其加工成多功能有機肥料的報道。未來應通過各種技術手段,將其與農藥相結合,加工成具有殺蟲或除草功能的有機肥料,將會為農業生產帶來可觀的經濟效益。

2.4 對農業生產的影響

人類的活動為腫柄菊的擴散入侵提供了條件,加之田間土壤肥力較高,為入侵的腫柄菊提供了豐富的營養,且腫柄菊植株密集、主體高大、繁殖能力強,短時間內能形成單一優勢群落,徹底清除相當困難,給農業生產帶來一定危害,同時也為鼠類和害蟲提供了隱藏場所。

2.5 對重金屬的吸收

王海娟[28]研究發現,菊科植物耐貧瘠,對重金屬有較強的吸收能力。作為菊科植物中的一種,腫柄菊如能開發成功能肥料,通過提升土壤質量、增加土壤有機質、提高生物活性、改善土壤p H值,從而增強土壤對重金屬的固定能力,鈍化土壤中重金屬,抑制水稻對重金屬的吸收,將大為改善當前國內重金屬污染區域的糧食品質。有關腫柄菊在此方面的研究尚未見報道,通過現有技術將其加工成具有吸附功能的生物質炭肥料,抑或提取其中能與重金屬相結合的物質,將成為下一步研究的重點。

2.6 其它

據相關報道,腫柄菊對一些作物種子萌發或幼苗生長具有一定的化感作用,因此在施用前需要進行必要的室內試驗,為大田應用提供理論基礎。腫柄菊的這種化感作用能否通過技術手段(如固態發酵、液態發酵或添加某種物質等)進行調節的研究鮮有報道,未來應重點加強。此外,秸稈直接還田量太大不僅會降低土壤p H值,而且還會帶入蟲卵、雜草種子等有害物質。目前,有機肥料處理的科學方法是將有機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肥料,不僅可以變廢為寶,控制腫柄菊的擴散和蔓延,節約農業生產成本,而且可以與化學肥料形成互補,在糧食作物生長期內穩定地供給營養物質。此外,旱地、高地等貧瘠土壤在我國廣泛分布,如果能夠提高這部分土地的肥力,將會促進我國糧食產量的提高,對于維持我國糧食安全有著重要的意義。因此,應首先在實驗室進行不同地區、不同土壤、不同溫濕度等適應性試驗確定其效果后,再在現有的生長地進行栽培,通過工廠進行大規模的加工,利用現有的技術手段將腫柄菊開發為具有殺蟲、除草等功能的有機肥料,進行推廣應用。

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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,主要從事植物源農藥研究,E-mail:yujie840704@126.com;通訊作者:秦小萍,副教授,E-mail:qxp99@163.com。