杜亞楠,孟曉慧,梅怡然,謝丹,冉煒,沈其榮

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院/江蘇省固體有機(jī)廢棄物資源化研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210095)

木薯是世界上重要的糧食產(chǎn)物之一,我國(guó)木薯年產(chǎn)量達(dá)1 000萬(wàn)t以上,年進(jìn)口木薯(主要是干木薯)200萬(wàn)t以上,在木薯脫皮、生產(chǎn)淀粉和釀酒等加工過(guò)程中產(chǎn)生的木薯渣高達(dá)數(shù)百萬(wàn)噸[1]。木薯渣富含植物養(yǎng)分元素及生長(zhǎng)素和赤霉素等植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑,具有很大的資源化利用價(jià)值[2]。堆肥可消納大量木薯渣[3]。然而,由于木薯渣含水量高、透氣性差,在堆肥過(guò)程中分解速率十分緩慢,導(dǎo)致堆肥成本過(guò)高。利用木薯渣堆肥進(jìn)一步生產(chǎn)功能性肥料有望提高木薯渣資源利用效率。

堿解反應(yīng)是以稀堿溶液為催化劑對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行水解的化學(xué)過(guò)程,該方法具有操作簡(jiǎn)單便捷、木質(zhì)素去除效果顯著等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于含木質(zhì)素的農(nóng)業(yè)廢棄物。該反應(yīng)能使植物細(xì)胞壁中的木質(zhì)素溶解,腐殖酸水解成小分子有機(jī)酸,蛋白質(zhì)的肽鍵裂解形成多肽和氨基酸,脂肪皂化為脂肪酸和醇類(lèi),細(xì)菌細(xì)胞壁的磷壁酸和病毒的核酸裂解,并使重金屬鈍化[4-6]。由于堆肥富含有機(jī)質(zhì)和微生物細(xì)胞,利用該方法對(duì)堆肥進(jìn)行水解有望提取出豐富的水溶性小分子有機(jī)酸、氨基酸、脂肪酸和養(yǎng)分離子等生物活性物質(zhì)。目前采用堿解處理的物料多為秸稈類(lèi)原料,將稀堿處理用于木薯渣等高淀粉類(lèi)原料的研究較少。有關(guān)木薯渣水解液的研究主要集中于制備乙醇[7],尚未發(fā)現(xiàn)木薯渣堆肥制備水溶性有機(jī)肥的報(bào)道。

黃瓜立枯病是由立枯絲核菌(Rhizoctoniasolani)引起的土傳性病害,是黃瓜育苗前期死苗倒苗的主要病害。該病原菌侵染力強(qiáng),寄主范圍廣,經(jīng)常造成大面積的缺苗和毀滅性的損失[8]。育苗是現(xiàn)代設(shè)施栽培最重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)之一,在生產(chǎn)上立枯病的防治手段主要依靠化學(xué)農(nóng)藥防控,但大量化學(xué)農(nóng)藥的使用會(huì)造成立枯病菌抗藥性[9],其效果受環(huán)境條件限制且不穩(wěn)定,急需新的非化學(xué)農(nóng)藥型防治手段。研究表明,施用有機(jī)肥能夠增強(qiáng)土壤肥力,改善土壤中微生物群落,提高農(nóng)作物的品質(zhì)和產(chǎn)量,并且對(duì)很多植物病原菌的生長(zhǎng)、繁殖均表現(xiàn)出明顯的抑制作用[10-11]。黃新琦[12]的研究結(jié)果表明,施用生物有機(jī)肥對(duì)黃瓜土傳立枯病有明顯的抑制作用。雖然堆肥和堆肥茶在立枯病防控上有一定效果[13],但防效的穩(wěn)定性也受有機(jī)物分解過(guò)程和產(chǎn)物組成變化的影響[14]。在“水肥一體化”不斷發(fā)展的形勢(shì)下,研究具有溶解快,抑病和促生效果好,可灌施、噴施和蘸根等即用型液體有機(jī)肥具有廣闊的應(yīng)用前景。

本研究以木薯渣堆肥為原料,使用KOH溶液進(jìn)行水解處理,研究不同堿濃度對(duì)木薯渣堆肥水解過(guò)程的影響,篩選出最優(yōu)水解濃度,以提高水解液的品質(zhì);并通過(guò)水培試驗(yàn)外源添加木薯渣堆肥水解液,來(lái)驗(yàn)證其對(duì)黃瓜立枯病的防病、促生效果,旨在為木薯渣的資源化利用提供新途徑,在提升其資源價(jià)值的同時(shí),為高效、安全的功能性液體有機(jī)肥料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 供試植株及肥料黃瓜品種為‘露豐’,購(gòu)自江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院。木薯渣堆肥采集自江蘇佳禾興農(nóng)業(yè)生物科技有限公司,將所購(gòu)原料過(guò)孔徑為380 μm的篩,風(fēng)干后密封保存?zhèn)溆?。其基本性質(zhì)為:有機(jī)質(zhì)含量467.65 g·kg-1,全氮含量20.34 g·kg-1,全磷含量13.46 g·kg-1,全鉀含量4.37 g·kg-1。無(wú)菌水解液的制備:用稀硝酸溶液調(diào)節(jié)木薯渣堆肥水解液pH值至中性,然后用0.22 μm的無(wú)菌濾膜過(guò)濾除菌。

1.1.2 供試菌株及培養(yǎng)基病原菌為立枯絲核菌(Rhizoctoniasolani),由筆者所在實(shí)驗(yàn)室提供。馬鈴薯葡萄糖瓊脂固體培養(yǎng)基(PDA):馬鈴薯200 g,葡萄糖20 g,瓊脂20 g,自來(lái)水1 000 mL,pH自然。馬鈴薯葡萄糖液體培養(yǎng)基(PDB):馬鈴薯200 g,葡萄糖20 g,自來(lái)水1 000 mL,pH自然。立枯絲核菌菌懸液的制備:在PDA培養(yǎng)基上培養(yǎng)立枯絲核菌3 d后,將其轉(zhuǎn)接到PDB液體培養(yǎng)基中,在28 ℃ 、170 r·min-1條件下繼續(xù)培養(yǎng)3 d,用雙層紗布濾出菌絲團(tuán),將菌絲攪碎,用無(wú)菌水將菌懸液調(diào)制到透光率為1.80%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 木薯渣堆肥水解試驗(yàn)總反應(yīng)體系為150 mL,將木薯渣堆肥與KOH溶液按照質(zhì)量體積比為 1∶7 混合,置于250 mL三角瓶中,由封口膜密封后,放入90 ℃恒溫水浴鍋中加熱反應(yīng)1 h。共設(shè)4個(gè)處理:不加堿處理及0.5、1.0、2.0 mol·L-1KOH處理,每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。水解結(jié)束后,將水解產(chǎn)物5 000 r·min-1離心10 min,上清液裝入50 mL離心管-20 ℃保存,用于全氮、全磷、全鉀、水溶性有機(jī)碳以及腐植酸含量的測(cè)定;殘留物用自來(lái)水沖洗至中性,在恒溫鼓風(fēng)干燥箱60 ℃烘干,用于固體分解率、木質(zhì)纖維素含量的測(cè)定以及掃描電鏡(SEM)、傅里葉紅外光譜(FTIR)分析。綜合以上各項(xiàng)指標(biāo)確定最優(yōu)水解液。

1.2.2 木薯渣堆肥水解液對(duì)立枯絲核菌菌絲生長(zhǎng)的抑制作用采用菌絲生長(zhǎng)速率法初步檢測(cè)最優(yōu)水解液對(duì)黃瓜立枯病病原菌菌絲生長(zhǎng)的抑制作用。共設(shè)4種稀釋倍數(shù),分別將木薯渣堆肥無(wú)菌處理液稀釋80、40、20和10倍,用只有PDA培養(yǎng)基的處理作為空白對(duì)照(CK)。不同處理分別接種黃瓜立枯病菌菌餅(直徑7 mm),菌絲面朝上,置于28 ℃恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)。當(dāng)對(duì)照組病原菌菌絲長(zhǎng)滿(mǎn)整個(gè)培養(yǎng)平板時(shí)試驗(yàn)即停止,測(cè)量不同處理下病原菌的菌落直徑,每個(gè)處理4個(gè)重復(fù)。

1.2.3 木薯渣堆肥水解液對(duì)水培黃瓜苗期的防病與促生效果挑選籽粒飽滿(mǎn)的黃瓜種子進(jìn)行浸種催芽,待黃瓜出現(xiàn)2片子葉后移入含1/4 MS營(yíng)養(yǎng)液的三角瓶中繼續(xù)培養(yǎng)。挑選長(zhǎng)勢(shì)一致的15 d苗齡的黃瓜幼苗,移入裝有50 mL不同處理的營(yíng)養(yǎng)液中,每個(gè)處理加入3 mL立枯絲核菌菌懸液,觀(guān)察發(fā)病周期。共設(shè) 6個(gè)處理:CK為1/4 MS營(yíng)養(yǎng)液處理;T1—T5分別為木薯渣堆肥水解液稀釋10、20、40、80和120倍處理。每個(gè)處理6個(gè)重復(fù)。溫室條件下,每隔1～2 d加1次營(yíng)養(yǎng)液,培養(yǎng)至對(duì)照組黃瓜幼苗發(fā)病死亡。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 堆肥的固體分解率通過(guò)測(cè)定木薯渣堆肥的固體分解率,判斷水解效果。固體分解率(x)的計(jì)算公式為:x=(m1-m2)/m1×100%。式中:m1為加入木薯渣堆肥的質(zhì)量;m2為水解物離心后剩余殘?jiān)馁|(zhì)量。

1.3.2 水解殘?jiān)心举|(zhì)纖維素含量72%濃硫酸法測(cè)定木質(zhì)素含量;差重法測(cè)定纖維素含量;2.0 mol·L-1鹽酸水解法測(cè)定半纖維素含量。

1.3.3 水解殘?jiān)膾呙桦婄R(SEM)觀(guān)察將水解殘?jiān)娓蓸悠分糜陔婄R載物臺(tái)導(dǎo)電膠上,并用洗耳球吹掉表面臟物,經(jīng)低溫真空干燥并離子濺射鍍金后,利用Gemini SEM 300場(chǎng)發(fā)射電子顯微鏡(Carl Zeizz Microscopy GmbH)觀(guān)察其表面特征。

1.3.4 水解殘?jiān)道锶~紅外光譜(FTIR)分析將水解殘?jiān)娓蓸悠贩勰┡cKBr(光譜純)按體積比為 1∶100 的比例混合于瑪瑙研缽中研磨均勻;將混合物置于真空紅外干燥器內(nèi)干燥3 min,使用壓片機(jī)壓成薄圓片;用傅里葉紅外光譜儀(Thermo Nicolet iS10)進(jìn)行掃描測(cè)定,波數(shù)范圍400～4 000 cm-1,掃描間隔 2 mm,掃描次數(shù)128次,分辨率4 cm-1,以KBr為空白對(duì)照,采集背景值。

1.3.5 水解液的基本理化性質(zhì)全氮、全磷和全鉀含量測(cè)定參照農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(NY 525—2012)和文獻(xiàn)[15]中有關(guān)有機(jī)肥料養(yǎng)分測(cè)定的方法,先將木薯渣堆肥水解液充分混勻,取1 mL木薯渣堆肥水解液,濃硫酸-雙氧水消煮,定容到100 mL待測(cè)。采用連續(xù)流動(dòng)自動(dòng)分析儀(Auto Analyzers 3,Bran+Luebbe Germany)測(cè)定全氮含量;用鉬銻抗比色法722分光光度計(jì)測(cè)定全磷含量;用FP640火焰光度計(jì)測(cè)定全鉀含量,每個(gè)樣品重復(fù)3次?；靹蚝蟮哪臼碓逊仕庖航?jīng)0.45 μm微孔濾膜過(guò)濾,濾液稀釋一定濃度,用TOC儀(TOC-LCPN,島津)測(cè)定水溶性有機(jī)碳含量,每個(gè)樣品重復(fù)3次。參照農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(NYT 1971—2010)中有關(guān)水溶肥料腐植酸含量的測(cè)定方法測(cè)定腐植酸含量,每個(gè)樣品重復(fù)3次。

1.3.6 菌落直徑采用十字交叉法測(cè)量,并計(jì)算抑制率。菌落擴(kuò)展直徑(mm)=菌落平均直徑(mm)-菌餅直徑(7 mm)。菌絲生長(zhǎng)抑制率=(對(duì)照菌落擴(kuò)展直徑-處理菌落擴(kuò)展直徑)/對(duì)照菌落擴(kuò)展直徑×100%。

1.3.7 植株生長(zhǎng)指標(biāo)收獲并記錄各處理組黃瓜的株高、莖粗、葉面積、葉綠素相對(duì)含量、地上部鮮重以及根系鮮重等指標(biāo)。用SPAD-502 chlorophyll meter(Minolta,Japan)測(cè)定葉綠素含量,選用根系掃描儀(Epson perfection V700 Photo,SEIKO EPSON corp)拍攝根系照片。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2010統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,采用SPSS Statistics 22軟件中的Duncan’s法和LSD法進(jìn)行差異顯著性分析,用Origin 9.0軟件對(duì)獲得的數(shù)據(jù)繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 KOH溶液水解木薯渣堆肥性質(zhì)及表征分析

2.1.1 木薯渣堆肥固體分解率如圖1所示:與不加堿處理相比,不同濃度KOH溶液處理后的木薯渣堆肥固體分解率均顯著增加(P<0.05)。當(dāng)KOH濃度為1.0 mol·L-1時(shí),固體分解率最高,為22.56%,與不加堿處理相比,增加123.37%。當(dāng)KOH濃度為2.0 mol·L-1時(shí),木薯渣堆肥的固體分解率與1.0 mol·L-1KOH處理無(wú)顯著差異(P>0.05)。這表明最適合木薯渣堆肥固體分解的KOH濃度是1.0 mol·L-1。

圖1 不同濃度KOH溶液對(duì)木薯渣堆肥固體 分解率的影響Fig.1 Effects of KOH solution of different concentrations on solid decomposition rate of cassava dreg compost 不同字母表示處理間在0.05水平差異顯著。下同。The different letters indicate significant difference at 0.05 level in different treatments. The same as follows.

2.1.2 木薯渣堆肥水解殘?jiān)心举|(zhì)纖維素含量從圖2可知:在未加堿處理?xiàng)l件下,水解殘?jiān)心举|(zhì)素含量最高,纖維素次之,半纖維素含量最低。加堿之后木質(zhì)素及半纖維素被脫除,纖維素含量顯著增加(P<0.05),并且當(dāng)KOH溶液的濃度由0.5 mol·L-1增加至2.0 mol·L-1,木質(zhì)素、半纖維素含量逐漸減少,纖維素含量逐漸增加。當(dāng)KOH濃度為1.0 mol·L-1時(shí),纖維素含量最高為26.01%,與不加堿處理相比,增加30.68%;木質(zhì)素含量為10.64%,與不加堿處理相比,減少52.09%;半纖維素含量為3.14%,與不加堿處理相比,減少24.15%。當(dāng)KOH濃度升至2.0 mol·L-1時(shí),木質(zhì)素、半纖維素含量降幅微弱,幾乎不變。由此可見(jiàn),在1.0 mol·L-1KOH溶液處理?xiàng)l件下,既能高效脫除木質(zhì)素和半纖維素,又能最大程度保留纖維素。

圖2 不同濃度KOH溶液處理后木薯渣堆肥 水解殘?jiān)哪举|(zhì)纖維素含量Fig.2 The lignocellulose contents of residues from cassava dreg compost treated with KOH solution at different concentrations 不同字母表示同一指標(biāo)處理間在0.05水平差異顯著。The different letters indicate significant difference of the same item at 0.05 level in different treatments.

2.1.3 木薯渣堆肥水解殘?jiān)膾呙桦婄R觀(guān)察從圖3可知:在不加堿處理?xiàng)l件下,木薯渣堆肥大顆粒團(tuán)聚在一起,表面相對(duì)完整緊湊;經(jīng)KOH溶液處理過(guò)后,樣品被破碎成塊狀,表面粗糙,結(jié)構(gòu)疏松,木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)被顯著破壞。當(dāng)KOH溶液濃度由0.5 mol·L-1增加至2.0 mol·L-1,破壞效果愈發(fā)明顯,當(dāng)KOH濃度為2.0 mol·L-1時(shí),相對(duì)于1.0 mol·L-1處理下的木薯渣堆肥,表面結(jié)構(gòu)破壞程度變化不大。

圖3 不同濃度KOH溶液處理木薯渣堆肥水解殘?jiān)膾呙桦婄R圖像Fig.3 Scanning electron microscopy(SEM)images of residues from cassava dreg compost treated with KOH solution at different concentrations

圖4 不同濃度KOH溶液處理木薯渣堆肥水解殘?jiān)母道锶~紅外分析Fig.4 Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR)analysis results of residues from cassava dreg compost treated with KOH solution at different concentrations

2.2 木薯渣堆肥水解液對(duì)黃瓜立枯病的防治促生效果

2.2.1 木薯渣堆肥水解液基本理化性質(zhì)從表1可知:與不加堿處理相比,加堿能夠顯著促進(jìn)木薯渣堆肥中全氮、全磷的溶出(P<0.05)。當(dāng)KOH溶液濃度為2.0 mol·L-1時(shí),木薯渣堆肥水解液中的全氮、全磷含量均達(dá)到最高值,但與1.0 mol·L-1KOH溶液處理相比,木薯渣堆肥水解液中的全氮、全磷含量增幅微弱,僅為0.43%和6.52%(P<0.05)。與上述物質(zhì)含量變化不同,木薯渣堆肥水解液中的水溶性有機(jī)碳和腐植酸含量雖然在加堿之后顯著增加(P<0.05),但是經(jīng)2.0 mol·L-1KOH溶液處理的木薯渣堆肥水解液中水溶性有機(jī)碳和腐植酸含量反而低于1.0 mol·L-1KOH溶液處理。因此,1.0 mol·L-1KOH溶液處理木薯渣堆肥有機(jī)養(yǎng)分溶出效果最好。

表1 不同濃度KOH溶液處理木薯渣堆肥的水解液基本理化性質(zhì)Table 1 The basic physic-chemical characteristics of cassava dreg compost hydrolysate

雖然堿濃度的增加在一定范圍內(nèi)可以促進(jìn)木薯渣堆肥固體物質(zhì)的溶解、有機(jī)養(yǎng)分的溶出,以及木質(zhì)素、半纖維的降解,但是在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中,還得考慮資源耗費(fèi)和后期處理工作繁雜程度,所以最終選擇的KOH溶液濃度為1.0 mol·L-1。

2.2.2 木薯渣堆肥水解液對(duì)立枯絲核菌菌絲生長(zhǎng)的抑制作用從圖5可知:菌絲在含有過(guò)濾除菌的木薯渣堆肥水解液培養(yǎng)平板上的生長(zhǎng)速度顯著低于對(duì)照處理,且隨著木薯渣堆肥水解液稀釋倍數(shù)的降低,抑制作用逐漸增強(qiáng)。在稀釋80、40、20和10倍的培養(yǎng)基上,立枯絲核菌的菌絲直徑分別為62.20、59.90、53.80和40.20 mm;菌絲生長(zhǎng)抑制率分別為18.80%、21.80%、29.77%和47.52%。由此可見(jiàn),木薯渣堆肥水解液能夠有效抑制立枯絲核菌的生長(zhǎng)。

圖5 木薯渣堆肥水解液對(duì)立枯絲核菌菌絲生長(zhǎng)的抑制作用Fig.5 Inhibitory effect of cassava dreg compost hydrolysate on mycelial growth of Rhizoctonia solaniCK為不添加水解液的空白對(duì)照。CK indicates blank control that treated without adding hydrolysate.

2.2.3 木薯渣堆肥水解液對(duì)水培黃瓜苗期的防病與促生效果圖6為15 d苗齡的黃瓜幼苗接種立枯絲核菌3、6和10 d的發(fā)病情況。對(duì)照組黃瓜幼苗在接種病原菌6 d后,莖基部產(chǎn)生暗褐色病斑,病部出現(xiàn)凹陷,葉片出現(xiàn)卷曲發(fā)黃的癥狀。隨著時(shí)間的推移,葉片黃色部位逐漸從葉邊緣向葉中心擴(kuò)展,待接種病原菌10 d后,葉片卷曲萎蔫癥狀非常明顯,甚至死亡。然而,在稀釋后的木薯渣堆肥水解液中培養(yǎng)的黃瓜幼苗并未出現(xiàn)典型發(fā)病癥狀,表明木薯渣堆肥水解液能有效防治黃瓜立枯病。

圖6 木薯渣堆肥水解液對(duì)水培黃瓜的防病促生作用Fig.6 The effect of cassava dreg compost hydrolysate on disease control and growth promotion of cucumber by solution culture experiment CK為1/4 MS營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)(空白對(duì)照);T1—T5分別為黃瓜幼苗的木薯渣堆肥水解液分別稀釋10、20、40、80和120倍處理。下同。CK is 1/4 MS nutrient solution culture(blank control);T1-T5 indicate the cassava dreg compost hydrolysates used to treat cucumber seedlings were diluted to 10,20,40,80 and 120 times. The same as follows.

外源添加木薯渣堆肥水解液培養(yǎng)的苗期黃瓜生長(zhǎng)情況見(jiàn)表2。對(duì)照組植株在立枯絲核菌的脅迫下,生長(zhǎng)發(fā)育受阻,株型較小,葉片發(fā)黃萎蔫。在木薯渣堆肥水解液中培養(yǎng)的植株,其生長(zhǎng)狀況則顯著優(yōu)于對(duì)照組。T2處理的促生作用最優(yōu),其株高、莖粗、葉綠素相對(duì)含量、葉面積、地上部鮮重和根鮮重分別比對(duì)照組增加了181.79%、49.64%、166.74%、46.85%、227.14%和180.72%。結(jié)果表明,在黃瓜水培體系中外源添加不同稀釋倍數(shù)的木薯渣堆肥水解液均能不同程度地促進(jìn)黃瓜幼苗的生長(zhǎng)。

表2 木薯渣堆肥水解液對(duì)水培黃瓜苗期的促生作用Table 2 Growth promoting effect of cassava dreg compost hydrolysate on the seedling stage of

圖7表明:高濃度的木薯渣堆肥水解液會(huì)抑制黃瓜根系生長(zhǎng),T1處理黃瓜幼苗總根長(zhǎng)、根面積比對(duì)照下降,而其他處理能明顯促進(jìn)黃瓜的根系發(fā)育,且隨稀釋倍數(shù)的增加,促生效果逐漸減弱。與CK相比,T2處理的總根長(zhǎng)、根面積分別增加122.66%和204.08%;T3處理分別增加93.73%和141.93%;T4處理分別增加60.92%和95.26%;T5處理分別增加49.69%和85.23%。上述結(jié)果均表明,在適宜濃度下,木薯渣堆肥水解液能夠促進(jìn)黃瓜幼苗根系生長(zhǎng)。

圖7 木薯渣堆肥水解液對(duì)水培黃瓜苗期根系生長(zhǎng)的影響Fig.7 The effect of cassava dreg compost hydrolysate on root growth of cucumber seedling by solution culture experiment

3 討論

本研究采用KOH溶液水解木薯渣堆肥,能夠?qū)⒍逊手胁蝗苄源蠓肿游镔|(zhì)轉(zhuǎn)化為可溶性物質(zhì),其水解液富含有機(jī)養(yǎng)分,可作為有機(jī)液肥使用;經(jīng)過(guò)脫除木質(zhì)素后的堆肥殘?jiān)缓嗫桌w維素,也具有潛在的應(yīng)用價(jià)值[16]。與高溫高壓水解過(guò)程相比,本研究在常壓、90 ℃、1.0 mol·L-1KOH和1 h停留時(shí)間條件下進(jìn)行堆肥水解試驗(yàn),屬于一種較低成本的溫和處理方法[17]。

本研究在對(duì)木薯渣堆肥進(jìn)行堿解的過(guò)程中發(fā)現(xiàn),在一定范圍內(nèi)堿濃度越高,固體分解率越大,這與眾多學(xué)者的研究結(jié)果一致[18-19],但是當(dāng)堿濃度超過(guò)1.0 mol·L-1后,反而不利于反應(yīng)的進(jìn)行,可能是因?yàn)檫^(guò)量的堿液使少量的木質(zhì)纖維素發(fā)生碳化,使干物質(zhì)被溶出[20]。稀堿溶液處理木薯渣堆肥時(shí),其木質(zhì)纖維素組成比例發(fā)生很大變化,堿濃度越大,對(duì)半纖維素和木質(zhì)素的降解效果越好。這可能與堿液中的OH-數(shù)量有關(guān),當(dāng)堿濃度增加時(shí),OH-數(shù)量增加。堿性條件下,OH-能夠破壞木質(zhì)素分子間的醚鍵,削弱半纖維素和纖維素間的氫鍵,皂化半纖維素和木質(zhì)素之間的酯鍵,進(jìn)而使部分木質(zhì)素與纖維素分解生成酚類(lèi)和酸類(lèi)物質(zhì)[21]。本研究中的掃描電鏡(SEM)圖像驗(yàn)證了稀堿水解可以促進(jìn)木質(zhì)纖維素的降解。紅外光譜吸收峰相對(duì)強(qiáng)度的改變也說(shuō)明堿處理使木薯渣堆肥中的碳水化合物、蛋白質(zhì)、木質(zhì)素、半纖維素等物質(zhì)大量降解溶出[22-23],堆肥水解液中水溶性有機(jī)物和養(yǎng)分含量豐富,可作為有機(jī)液肥使用。

由堆肥制備的液體有機(jī)肥能有效抑制某些葉傳和土傳病害,但具體以何種物質(zhì)或通過(guò)何種方式起到關(guān)鍵作用,目前尚無(wú)統(tǒng)一定論。丁馳等[24]研究未經(jīng)堿預(yù)處理與經(jīng)過(guò)2% NaOH堿預(yù)處理的水稻秸稈水解液中抑制物組成成分,發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)堿處理的水稻秸稈水解液中抑制物明顯增加,尤其是酚類(lèi)和酸類(lèi)物質(zhì),其種類(lèi)和含量較對(duì)照組顯著增加。提取液中的有機(jī)酸類(lèi)、酚類(lèi)、揮發(fā)性脂肪酸以及氨等化合物可以通過(guò)改善植物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)狀況、對(duì)病原菌有直接毒性或誘導(dǎo)植物系統(tǒng)抗性以抵御病原菌侵染[25-27]。McQuilken等[28]經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),堆肥提取液經(jīng)過(guò)濾除菌后仍保持一定的抑菌效果,可能是堆肥提取液中微生物產(chǎn)生的副產(chǎn)物或者代謝產(chǎn)物在起作用。在本研究中,由木薯渣堆肥制成的有機(jī)液肥經(jīng)過(guò)濾除菌后能顯著降低立枯絲核菌菌絲生長(zhǎng)速度,其抑制率高達(dá)47.52%,由此可以推斷出該堆肥水解液中可能含有某些抑制立枯絲核菌生長(zhǎng)的物質(zhì)。

木薯渣堆肥水解液中氮、磷、鉀及有機(jī)質(zhì)含量豐富,在防病促生方面有非常顯著的效果。本研究通過(guò)水培方式觀(guān)察木薯渣堆肥水解液對(duì)黃瓜立枯病的防治效果后發(fā)現(xiàn),外源添加一定濃度的木薯渣堆肥水解液能夠顯著促進(jìn)黃瓜幼苗的生長(zhǎng),增加作物的干、鮮重,并且有效抑制黃瓜立枯病的發(fā)生。這可能是因?yàn)槟臼碓逊仕庖焊缓乃苄杂袡C(jī)物,尤其是有機(jī)酸類(lèi)和酚類(lèi)化合物以及多種營(yíng)養(yǎng)元素可以為作物提供足夠的養(yǎng)分從而促進(jìn)作物生長(zhǎng),增加產(chǎn)量,還可能直接或經(jīng)化學(xué)修飾后誘導(dǎo)黃瓜幼苗產(chǎn)生抗性[29-30]。本研究采用水培的方式來(lái)驗(yàn)證木薯渣堆肥水解液對(duì)黃瓜立枯病的防治效果,是因?yàn)樗嗟姆绞揭子诳刂浦仓甑纳L(zhǎng)條件,可更直觀(guān)地觀(guān)察植株的發(fā)病情況,但是考慮到實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中田間植株生長(zhǎng)環(huán)境復(fù)雜多變,在實(shí)際應(yīng)用堆肥水解液來(lái)防治植物病害時(shí),應(yīng)充分考慮堆肥來(lái)源的復(fù)雜性和病原菌種類(lèi)的多樣性,后續(xù)需要對(duì)提取液中的抑菌功能物質(zhì)成分進(jìn)行提取和鑒定,使得對(duì)于農(nóng)作物病害的綠色防控更具有可預(yù)見(jiàn)性和針對(duì)性,后續(xù)還需結(jié)合盆栽及大田試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

綜上所述,KOH溶液處理能顯著提高木薯渣堆肥的水解效率,且在KOH溶液濃度為1.0 mol·L-1時(shí),水解效果最好;該水解液能顯著抑制立枯絲核菌菌絲的生長(zhǎng),有效防治黃瓜立枯病,促進(jìn)黃瓜生長(zhǎng)。