饼粕类堆肥的生产及在烟草生产中的应用综述

郭 维，罗建新 ,2，李宏图，燕 慧，肖和友

（1.湖南农业大学资环学院，湖南 长沙 410128；2.中国烟草中南农业试验站，湖南 长沙 410128）

油料作物的种子经榨油后留下的饼粕副产物（如菜枯、豆粕和芝麻饼等）中含有大量营养物质，作为饼肥是植物生长良好的肥源。饼肥不仅养分全面，能为作物生长有效提供氮、磷、钾、多种中微量营养元素和具有特殊功能的小分子有机营养物质，而且施用饼肥能调节土壤水、肥、气、热条件，改良长期单施化肥而对土壤造成的不良影响，提高土壤肥力，并能明显改善农产品质量。烤烟是一种特殊的经济作物，其生产不仅需要重视烟叶产量，更重要的是必须提高烟叶质量，而现阶段我国烟叶的质量与美国、巴西和津巴布韦等优质烟叶生产国相比较尚有较大差距。因此，根据不同植烟区的气候、生态条件，从植烟土壤肥力和烟草营养着手，研发以饼粕为主要有机原料的有机无机复混肥，是提高烟叶质量的有效途径和可能选择之一。

1 饼肥资源及其发酵处理

1.1 饼肥资源概况与特点

我国油料作物种植面积与产量均居世界前列，每年产生的饼粕资源共计约2×107t[1]，数量巨大。饼粕不仅含多种矿物质营养，还含有包括粗蛋白、粗脂肪、有机酸、多种氨基酸、小分子肽等有机营养物质[2]。其中，菜籽饼总氮、磷、钾的含量分别为2%~7%、1%~2%、1%~2%，粗蛋白的平均含量在39.13%~45%之间，粗脂肪平均含量在1%~4.57%之间，经发酵后氨基酸含量大多超过1.5%，其中含量最高的亮氨酸可达到2.84%[3]；豆粕总N、P、K的含量分别约为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%之间，经发酵后大多数氨基酸含量在1%以上[4]；芝麻饼总N、P、K的含量约为5.71%、2.62%、1.43%，粗蛋白的平均含量在40%~46%之间，粗脂肪平均含量3.4%~10.3%之间，还含有多种氨基酸[5]。由此可见，菜籽饼、豆粕和芝麻饼中不仅含有丰富的“三要素”养分，而且粗蛋白和粗脂肪的含量很高，特别是其降解产物中的氨基酸、小分子肽类化合物和小分子有机酸类化合物，可能对改善烟叶的品质具有特殊的作用和意义。

1.2 饼肥腐熟的影响因素

饼肥是优质的有机肥和土壤改良剂。但如果将未腐熟完全的饼肥直接施用，有可能产生烧根、烂种等问题，影响作物的生长发育。因此，各种饼粕都必须通过科学的发酵后施用，才能充分发挥其肥效。影响饼肥腐熟的因素主要包括温度、水分含量、pH、C/N比以及通气状况等。

1.2.1 温 度 一般认为，堆肥的适宜温度与发酵微生物的类型有关，高温型微生物对有机物的降解效率高于中温型微生物，而高温型微生物较为理想的温度为50~65℃，过低的堆温将大大延长堆肥腐熟的时间，而过高的堆温（>70℃）则会对堆肥微生物产生有害影响。1.2.2 水分含量 水分主要起溶解有机物、参与微生物的新陈代谢、调节堆体通气和堆体温度的作用，直接影响堆肥的发酵速度。有研究表明，提高堆肥的含水量可减少NH3挥发，含水量为60%的堆体，NH3的挥发量明显高于含水量为70%的堆体，堆肥合适的水分含量为50%~60%。

1.2.3 pH值 最合适微生物生长的pH值为6～8，pH值过高或过低均会影响微生物的活动，从而影响堆肥的发酵。有研究表明，堆肥初期，堆体的pH值会降低，低pH会严重抑制堆肥反应的进行，因此在堆肥的初期需要对堆体的pH进行调节。而pH值过高不仅会影响微生物的活性，也会使堆制过程中产生的氨（NH3）的挥发加强。

1.2.4 C/N比 堆肥起始的C/N以25～30为佳，有利于微生物的正常生长繁殖和有机物的快速降解。当有机物质C/N在10左右时，有机物被微生物迅速分解，而C/N大于80时，堆肥则难于腐熟。C/N比是堆肥腐熟的指标之一，一般认为，C/N比降到20以下是堆肥发酵成熟的标志。

1.2.5 通气状况 氧气是好氧微生物对有机物质进行快速降解的重要条件之一。大多研究者认为，堆体中的氧含量保持在5%~15%之间比较适宜，过小的通气不利于堆肥温度的升高，而过大的通气量则有可能使堆肥的热量散失，影响堆肥的无害化程度。

1.3 饼肥腐熟过程中的物质变化

饼肥腐熟过程是物质组分转化和含量变化的过程，饼粕中所含油脂、蛋白质、氨基酸、有机酸及其他营养成分的含量与比例会随着腐熟过程的进行而变化。Kiers等[6]研究发现，通过微生物发酵可以把蛋白质水解为氨基酸、多肽及氨等小分子物质。Hong等[7]的研究发现，豆粕发酵后大分子蛋白能降解为<20 kDa的小分子肽；堆肥腐熟后，堆肥中全氮含量有上升趋势，氨态氮先迅速升高，随后大幅度下降，而硝态氮则持续升高。

有研究发现，豆粕发酵前后，各种物质的含量变化明显，发酵后粗蛋白、粗脂肪、氨基酸、磷含量比发酵前分别提高 13.48%、18.18%、11.49%、55.56%，赖氨酸、蛋氨酸含量分别提高了7.91%、20.34%[8]。据王德培[9]的研究，豆粕发酵后可溶性氮总量可提高12.78%。武雪萍等[10]的研究结果表明，发酵后油饼中不饱和脂肪酸的含量明显高于饱和脂肪酸；氨基酸含量则以谷氨酸最高，而豆饼和花生饼发酵后氨基酸含量大于芝麻饼和菜籽饼。也有学者研究发现，在适当的条件下，豆粕饼发酵产生的发酵液中多肽的含量能达到3.585 mg/mL[11]。饼肥在发酵腐熟过程中产生的生物活性小分子物质，有利于作物的生长发育。

2 施用饼肥对土壤肥力的影响

随着工业的发展，化肥对农业生产的贡献越来越大，成为粮食作物增产的主要因素之一，但长期大量施用化学肥料所引起的土壤酸化、板结，肥料利用率降低、环境污染等问题严重[12]，因此，有必要增加有机肥在农业生产上的投入。

2.1 对土壤有机质含量的影响

吴槐泓[13]长期定位试验结果表明，施用不同种类有机肥，土壤有机质含量的增幅比单施化肥平均高7.14%~68.63%。唐继伟等[14]的长期定位试验结果也表明，有机肥与无机肥配合施用与施纯化肥相比，土壤有机质含量平衡点高出0.3%。还有研究发现，施用菜籽饼肥、菜籽饼肥+化肥与施用纯化肥相比，土壤有机质含量分别提高36.9%、17.4%[15]，说明施用有机肥能有效提高土壤有机质含量。

2.2 对土壤物理性状的影响

饼肥含有大量的有机质，有明显的培肥改土作用，长期施用饼肥可有效降低土壤容重，使土壤结构疏松，增加土壤团粒结构和土壤孔隙度，增大土壤通气性，提高土壤蓄水保肥能力[16]。艾天成等[17]通过盆栽试验证明，由于带入了有机质，施用饼肥后的处理与对照相比，土壤平均硬度降低9.7 kg/cm3。杨丽萍等[18]的研究发现，施用菜籽饼的土壤容重相比未作此处理的要降低2.42%，孔隙度则增加1.13%。可见，饼肥对维持良好的土壤结构有重要作用。

2.3 对土壤养分有效性的影响

土壤速效养分是当季作物生长所需养分的主要来源。研究表明[19]，饼肥中的活性物质能有效活化土壤养分。施用饼肥后，能减少土壤对磷的固定，促进土壤中迟效磷的速效化；对土壤钾素的影响也类似。因此，饼肥在一定程度上减少了钾素固定，并促使土壤缓效态钾的速效化。唐继伟等[14]的研究也发现施用花生饼50 d后，土壤碱解氮含量可从85.2 mg/kg增加到123.5 mg/kg。王军[20]室内模型研究结果表明，花生饼处理的紫色土在烤烟不同生育与相同时期的对照相比较，碱解氮、有效磷、速效钾含量均高于对照组，其中速效钾增加的趋势尤为明显。有研究显示植烟土壤增施饼肥后，土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量平均增加0.29～2.70 mg/kg、0.39～0.77 mg/kg、32～60 mg/kg[21-22]。故此，饼肥在培肥地力、提高土壤养分有效性方面作用明显。

2.4 对土壤微生物及酶活性的影响

土壤中固氮菌、解磷菌和解钾菌对土壤养分的有效化起着重要的作用，而放线菌数量的增加可以降低有害病菌活性，减少土传病害的发生，有利于作物生长[23]。土壤微生物碳与土壤有机质含量有很好的相关性。长期施用饼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。郭红祥等[24]的研究结果表明，饼肥能增加土壤中氨化细菌数量，有利于提高土壤供氮能力，饼肥亦能增加土壤中纤维素分解菌的数量，提高土壤供碳能力。刘卫群[25]等通过盆栽试验发现，配施不同比例的芝麻饼的处理与对照相比，土壤微生物数量增加，氨化细菌、放线菌、真菌数量分别提高44～700倍、1.04～1.52倍、3.33～9.17倍。张敏等[26]的试验结果表明，在第四纪黄壤和中性紫色土中添加菜籽饼肥能在短时间内提高蛋白酶、脲酶和过氧化氢酶的活性。武雪萍等[4]发现芝麻饼肥和化肥配施与单施化肥相比，根际土壤脂肪酶、转化酶和脲酶活性分别提高了24.85%～60.00%、23.08%～39.46%和4.17%～56.2%；根际土壤微生物碳、氮含量分别提高79.88%～97.14%和29.73%～74.96%。

3 施用饼肥对烤烟生产的影响

国内外对饼肥在烟草上的应用研究较多，众多专家学者的研究表明，烟草生产上施用饼肥对提高烟叶产量和改善烟叶质量均有积极的作用。

3.1 对烤烟生长发育的影响

饼肥发酵后不仅养分丰富，而且还含有许多活性物质，能为烟草生长发育提供养分并刺激烟株生长，调节植株体内生命活动和代谢过程，例如大豆饼的降解产物中具有生物活性的多肽能促进植物根系及根毛的生长并促进烟草根系发育，提高烟株根系活力，从而有利于烟草更好地生长发育。罗建新等[27]研究表明，施用烟草有机无机肥的处理与单施无机肥的处理相比较，烟株根系鲜重和干重分别可提高77.2%和54.3%，直径大于1 mm的根系数量增加38.8%，大于5 mm的根系数量增加1倍。籍越等[28]的试验结果表明，配施饼肥能有效增大烤烟根系体积，增大根系活跃吸收面积，无机肥配施40%或者60%的腐熟芝麻饼肥均有利于烟株根系活力的提高，增大根系干物质量，其中配施40%芝麻饼，有助于根冠比的协调，配施60%芝麻饼，有利于根系下扎。张勇等[29]的应用研究表明，烟草施用饼肥后，烟株外形表现较好，烟株呈塔形，茎叶角度中等，主脉中等粗细，烟株整齐度好。彭艳等[30]发现，施用腐熟的菜籽饼肥有利于烟草生育期的延长，能提高烟叶的耐熟性，还能增强烤烟的抗病性，这些结果在不同类型的土壤上也得到了验证。邱妙文等[31]的研究结果表明，在紫色土连续三年施用花生饼肥可明显促进烟株的生长发育，能扩大中、上部叶的叶片面积，有利于烟叶产量的提高。

3.2 对烤烟产量的影响

施用饼肥能增加烟叶产量是国内行业内的共识，饼肥在烤烟生长后期供肥能力有保证，与化肥相比能更好的促进上部烟叶的生长。研究发现，适量比例的饼肥配施化肥的处理与纯化肥处理相比，能显著提高烟叶产量。胡建斌等[32]用10%、20%、30%的花生饼配施化肥与100%化肥处理相比较，发现配施花生饼后，烟叶产量可分别增加39、140 和 230 kg/hm2。易建华[33]的研究表明，在有机质含量为2%的土壤上增施菜籽饼肥，烟叶产量可增加282 kg/hm2，在有机质含量为4%的土壤上增施菜籽饼肥，烟叶产量可增加1 048.95 kg/hm2。

3.3 对烤烟品质的影响

烟叶内各化学成分含量的高低与比例是衡量烟叶质量的重要指标，同时烟叶的评吸质量和香吃味也是评价烟叶质量的重要指标。施用饼肥有利于提高烟叶的香气质量是我国烟农普遍的经验总结，研究也表明，施用饼肥不仅有利于烟叶外观质量的改善，而且能使烟叶的内化学成分协调，香气物质增加，全面改善烟叶质量，提高烟叶等级[34-35]。唐莉娜[34]的盆栽试验和田间试验结果表明：当有机氮肥施用比例占总施氮量的25%时，有利于协调烟叶中氮磷钾营养的分配比例，提高上部烟叶钾含量，提高烟叶品质。陈朝阳[35]的研究结果显示，施用有机肥后，烟叶烟碱含量适宜，总糖、还原糖含量增加，上部烟叶蛋白质含量降低。新植二烯、类胡萝卜素类、西柏烷类、苯丙氨酸类和美德拉反应产物等是烟叶主要的致香物质，对烟叶的吃味有重要影响[36]。张延军等[37]的试验结果表明，化肥配施芝麻饼肥与施纯化肥相比，烟叶内新植二烯、类胡萝卜素降解产物、苯丙氨酸类代谢产物、西柏烷类降解产物、茄酮含量和美拉德反应产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%芝麻饼肥的处理烟叶新植二烯和类胡萝卜素降解产物的含量比对照分别提高28.15%～59.43%、1.26%～49.50%[38]。化党领等[39]的研究结果表明，增施饼肥后，所测定的27种中性香气成分中有18种含量明显高于对照，说明增施饼肥能有效提高烟叶香气物质含量。赵铭钦[40]的研究发现，配施饼肥处理烟叶香气物质总量达到1 154.66 μg/g，高出对照 513.1 μg/g。

4 结语

发酵饼粕在烟草生产中的应用效果显著，不仅可以改良土壤，提高土壤养分的有效性，而且还能促进烟草生长发育，提高烟叶产量，改善烟叶质量，特别是在提高烟叶的香气质量上作用特殊。我国饼粕资源丰富，合理利用前景广阔。饼粕作为一种优质资源，目前主要用作饲料，但如果用作肥料，当然更是一种优质的有机肥料资源。作为高端肥料产品的原料，如果能够充分发挥其特殊功能肥料的作用（如作为烟叶的提香肥料），在附加值较高的农产品生产中应用，将会拓展饼粕肥料的应用空间和价值。饼粕肥料不仅养分全面，肥效持久，适于各类土壤和多种作物，而且饼粕发酵后能形成大量的氨基酸、小分子肽类化合物和小分子有机酸等特殊有机营养物质，对提高烟叶的品质，特别是提高烟叶的香气质量具有特别的作用。当然，在饼粕肥料发酵程度的掌控和提高农产品质量的作用机理上，还需开展更加深入的研究。

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