黄粉虫粪有机肥对冷水花生长的影响*

唐 宇， 曹亚军， 欧庆宇， 张昌义， 刘国军， 熊晓莉

(1.重庆工商大学 环境与资源学院， 重庆 400067； 2.张家港兴茂昆虫生物科技有限公司， 江苏 张家港 215000； 3.成都优耕生态农业科技有限公司， 成都 610000； 4.成都正本源生化科技有限公司， 成都 610502； 5.成都市四友生物科技有限公司， 成都 610000)

0 引 言

黄粉虫粪作为一种优质的有机肥原料，含有丰富的营养物质，见表1。经检测，黄粉虫粪有机物含量77.68%～81.15%、全氮3.970%、全磷 1.860%和全钾2.660%，且富含锌、硼、铁、镁、钙、铜等多种微量元素，可用于农业施用与家庭种植[1-2]。不仅养分优于现有的禽畜粪便，也避免了禽畜粪便堆肥存在的氨气缺失、处理时间较长等问题[3]。黄粉虫粪有机肥(TMF)肥效稳定且持久，有提高土壤的活性的效用；也可以将虫粪沙与农家肥、化肥混合施用，具有改性和促进肥效的功能；同时，也可以调节土壤的微生态平衡并且能够起到良好的保水作用[4-5]。王久兴等[6]的研究表明：TMF对黄瓜壮苗有积极的作用，并且能显著提高幼苗的各项指标。武帅[7]等研究了TMF对花卉的生长及品质的影响，表明TMF能显著提高万寿菊的花朵质量、延长花期和减少倒伏。从以上文献可以看出TMF对蔬菜和花卉的生长均起到正面作用，但文献的评价指标仅从简单指标、相对指标、复合指标对植物生长进行考察，如叶长、叶宽、茎高、侧枝数等，未对植物生长过程中的理化指标进行深入的研究。

以冷水花为例，考察TMF对其生长的影响。测试叶片中的N、P、K、叶绿素、含水率、过氧化物酶活性和株高的变化，以考察TMF对冷水花的生长影响及最佳用量。

1 材料与方法

1.1 试验材料

TMF(张家港兴茂昆虫生物科技有限公司)，其营养成分见表1；冷水花(成都优耕生态农业科技有限公司)。其他试剂为分析纯，市购。

表1 黄粉虫粪发酵有机肥的营养成分表Table 1 Nutrient composition of tenebrio molitor fermentation organic fertilizer

1.2 试验仪器

全自动凯氏定氮仪(K1100F，济南海能仪器股份有限公司)、石墨消解仪(SH420F，济南海能仪器股份有限公司)、紫外分光光度计(UV1102，上海天美科技教学仪器有限公司)和火焰光度计(FP6432，上海仪电分析仪器有限公司)。

1.3 试验设计

将TMF与土壤分别按质量比0、3%、6%、9%、12%(T1、T2、T3、T4、T5)混合作为冷水花的培养基质，每组培育45盆，共计225盆，其中T1为对照组。在试验过程中，每隔12 d对冷水花进行一次取样，测量其在48 d培育过程中，冷水花叶片中的N、P、K、叶绿素、含水率、过氧化物酶活性、株高的变化。测量值取其测量的平均值。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 总N的测定

采用凯氏定氮法进行总氮的测定。称取新鲜叶片0.2 g，剪碎，放入消煮管中，再加入0.2 g的催化剂和20 m浓硫酸，同时做一组空白对照。使用消解仪在320 ℃下消解90 min。冷却至室温后，放入全自动凯氏定氮仪，设置相应的参数，进行测定。所得结果乘以系数6.25，即得到粗蛋白含量。

1.4.2 总P的测定

采用钼酸氨分光光度法进行总磷的测定。

(1) 消煮。准确称取新鲜剪碎的叶片0.5 g，放入凯氏瓶，同时加入浓硫酸5 mL，摇匀，过夜。使用电炉小火加热，等浓硫酸冒白烟后，再升温，直到溶液呈均匀的棕黑色时停止加热，冷却后加入6滴过氧化氢，消煮10 min，冷却后再次加入过氧化氢，重复数次，消煮到溶液无色为止，冷却后定容至100 mL。

(2) 标准曲线的绘制。取数只50 mL的具塞比色管，分别加入0、1.5、2.5、5、10、15、20 mL的磷酸盐溶液，用蒸馏水稀释到50 mL。向比色管中滴入2～3滴的2，4二硝基酚指示剂，用6 mol/L氢氧化钠溶液和0.5 mol/L硫酸溶液调节pH到溶液刚好呈微黄色为止，再加入1 mL抗坏血酸溶液，混匀。30 s后加入2.0 mL钼酸盐溶液，摇匀，静置15 min。配制的标准溶液的含P量分别为0、2.5、5、10、20和25 μg。用30 mm比色皿于700 nm的波长处，分别测定其吸光度，用于绘制标曲。

(3) 样品的测定。准确吸取澄清的消煮液5 mL，放入50 mL的容量瓶中，再滴入2～3滴二硝基酚指示剂，用6 mol/L氢氧化钠溶液滴至刚好呈现黄色，再加入1滴硫酸溶液，使溶液的黄色消失，最后加入5 mL钼锑抗显色剂，摇匀，定容。在室温超过15 ℃的温度下静置30 min，于波长700 nm处测定其吸光度。总P含量(fP)的计算公式如下：

1.4.3 总钾的测定

采用火焰光度法进行总钾的测定。

(1) 消煮。具体操作步骤同1.3.2中(1)。

(2) 标准曲线的绘制。准确吸取含K量为100 mg/L的标准溶液10 mL于100 mL容量瓶中，用蒸馏水稀释定容。准确吸取0、2.5、5.0、7.5、10 mL的10 mg/L钾标准溶液于50 mL比色管中，同时加入与吸取体积相同的空白溶液，用蒸馏水稀释定容。在火焰光度计上，以空白溶液作零点，测定其吸光度，用于绘制标曲。

(3) 样品的测定。移取5 mL的样品溶液于50 mL比色管中，用蒸馏水稀释定容。按照(2)的方法测定吸光度，并从标准曲线上读出对应的浓度。总K的含量(fK)计算公式如下：

1.4.4 叶绿素的测定

采用分光光度法进行叶绿素含量的测定。

(1) 叶绿素的提取。称取新鲜叶片0.3 g，剪碎放入研钵，加入少量的石英砂和碳酸钙粉，再加入2～3 mL 95%乙醇，研磨成匀浆，最后再加入10 mL乙醇，继续研磨直至叶片变白。过滤，冲洗，直至滤纸和残渣看不到绿色，最后用95%乙醇定容至25 mL，摇匀。

(2) 吸光度的测定。用95%乙醇作为空白，分别在665 nm、649 nm和470 nm下测定提取液的吸光度。叶绿素的计算公式如下：

Ca=13.95A666-6.88A649

Cb=24.96A649-7.32A666

CT=Ca-Cb

其中：Ca、Cb分别是叶绿素a、b的浓度，mg/g；A665、A649分别是在665 nm、649 nm波长时，叶绿素色素提取液的吸光度，L/(g·cm)；CT为叶绿素总浓度mg/g；C为叶绿素含量mg/g。

1.4.5 含水率的测定

采用干重法测定含水率。

取新鲜的待测叶片，洗净，剪碎，称重，得到叶片的鲜重Wf。再用蒸馏水浸泡叶片，将烧杯和浸泡的叶片放入真空干燥箱中，向真空抽滤泵中注满水，抽滤30 min，使叶片吸水达饱和状态。将叶片表面水分吸干后称重，再用蒸馏水浸泡，抽滤30 min，直至称重的质量相等为止，就得到叶片吸水达到饱和时的质量，记为饱和鲜重Wt。最后将其放入烘箱，105 ℃干燥4～6 h。取出，冷却至室温后，将叶片称重，得到叶片干样品的总质量Wd。相对含水率的计算公式如下：

其中：Wf、Wd、Wt分别为叶片鲜重、叶片干样品的总质量以及饱和鲜重(mg)。

1.4.6 过氧化物酶活性的测定

采用比色法测定过氧化氢酶[8]。

(1) 酶液的制备。称取新鲜叶片1 g，剪碎放入研钵中，加入适量的磷酸缓冲溶液，研磨成匀浆，倒入离心管中，用4 000 r/min的转速离心15 min，提取上清液到容量瓶，向残渣中加入5 mL的磷酸缓冲溶液，再次提取上清液，用磷酸缓冲溶液定容。

(2) 活性的测定。向第一个比色杯中分别加入反应混合液、磷酸缓冲溶液3 mL和1 mL，用作对照，向第二个比色杯中分别加入反应混合液、上述酶液3 mL和1 mL，立即开始计时，在波长470 nm下用分光光度计测定其吸光度，每隔1 min记录一次。过氧化氢酶活性的计算公式如下：

其中：ΔA470为反应时间内的吸光度的变化，L/(g·cm)；W为叶片重(g)；Vt为提取酶液的总体积(mL)；Vs为测定时取用酶液的体积(mL)；t为反应时间(min)。

2 结果与讨论

2.1 对冷水花叶片N含量的影响

由图1可知，不同处理下的冷水花叶片中含N量是呈现一种缓慢增长的趋势。T1最高含氮量为2.59%，增长率是61.83%，T4含N量最高，增长率为106.96%，T5、T3、T2次之。可知，TMF的施用，给冷水花提供大量的氮元素，使其叶片氮含量明显增加。但T5处理下的氮含量增长却低于T4，表明过多的施用TMF，不利于冷水花的氮吸收量。因此，从含N量来说，TMF最佳基质配比为9%。

图1 冷水花含N量的变化Fig. 1 Change of nitrogen content in Pilea notata C. H. Wrigh

2.2 对冷水花叶片P含量的影响

由表2可知，不同实验组下，冷水花的P含量在整个实验周期在±1%范围内浮动。众所周知，植物体内P的主要作用是抗寒、促进果实的发育和提前成熟。而在实验期间，冷水花并未开花结果，同时，试验所处地区温度较高，所以冷水花吸P量较低，其叶片中总P的含量变化微乎其微[9]。

表2 冷水花含P量的变化/%Table 2 Change of phosphorus content in Pilea notata C. H. Wrigh/%

2.3 对冷水花叶片K含量的影响

由图2可知，T1、T2、T3实验下，叶片含K量，在整个实验周期过程中变化不大，但T4、T5组变化较为明显，均呈先增后减的趋势，其中，T4组的K含量的增长率最大。总体来说，与T1对比，TMF的施用对冷水花的K含量的增长，起到了正面的作用。

同时，冷水花在第24 d后，含钾量会出现下降现象，分析其中原因可能为：在该时段后，试验所处地区气温升高，会影响植物吸收钾离子的通道开放，从而影响其吸收，而导致消耗的钾离子高于吸收的钾离子，造成了其后期下降的现象[10-12]。

图2 冷水花钾含量的变化Fig. 2 Changes of potassium content in Pilea notata C. H. Wrigh

2.4 对冷水花叶绿素含量的影响

由图3可知，冷水花的叶绿素总量，在所有实验组下，呈现明显先升高再小幅下降的变化趋势，且在T4处理下，叶绿素含量达到最高2.65 mg/L，增长率为59.47%，之后依次为T5、T3、T2。叶绿素的合成受诸多条件的影响，其中也受植物中含氮量的影响。由此可知，TMF的施用可较大程度的增加冷水花体内的氮含量，从而可进一步促进叶绿素的合成。所以，TMF的施用可明显促进植物内的叶绿素的合成。

同时，冷水花在24 d后，叶绿素会出现下降现象，分析其中原因可能为，一是栽培的基质营养被消耗完毕，没有足够的营养提供冷水花叶绿素的合成；二是由于温度升温过高时，植物体内与光合作用相关的酶的活性会有所下降，从而影响叶绿素的合成；三是当植物受到逆境的胁迫时，会影响叶绿素的吸收，植物的光合作用也受到影响，进而导致叶绿素的含量更低[14]。

图3 冷水花叶绿素总量的变化Fig. 3 Changes of the total chlorophyll content in Pilea notata C. H. Wrigh

2.5 对冷水花含水率的影响

由图4可知，冷水花叶片的相对含水率，除T1处理外，均呈单峰曲线变化，同时在T4处理下的含水率最高达到91.03%，增长率为5.60%，到T5处理次之。相较于T1处理下的含水率呈负增长，其他处理的增长率均为正值，故TMF对植物的吸水能力与叶片的保水能力具有促进作用。

在第24 d后，含水率几乎达到了最大值，而后开始下降，分析其中原因可能是，在此时段后，试验所在地区进入迅速升温的阶段，空气的温度较高，湿度迅速降低，水蒸发快，冷水花吸收水量变少，叶片的相对含水量出现下降的现象。

图4 冷水花叶片含水率的变化Fig. 4 Changes of moisture content in Pilea notata C. H. Wrigh leaves

2.6 对冷水花过氧化氢酶活性的影响

过氧化物酶(POD)是一种在植物内普遍存在、具有较高活性的酶，可反应植物内在某一时期代谢的变化。由图5可知，冷水花POD的总体趋势是呈现单峰变化的。在T4处理下，POD最高达到1.3ΔA470/(g·min)，增长率为75%，且为最高，T5、T2、T3次之。相较于对照组的增长率13.89%，施用TMF能够提高过氧化氢酶的活性，可促进冷水花体内的新陈代谢。

图5 冷水花POD活性的变化Fig. 5 Changes of POD activity in Pilea notata C. H. Wrigh

在第24 d后，出现比较明显的下降趋势，分析其中原因：POD活性与呼吸作用、光合作用以及生长素的氧化均有关系，同时会随着温度的升高，呈先上升后下降的趋势。由于该时段后，试验地区气温的升高，使原本适合冷水花生长的环境变成一种逆境，体内旺盛的生命活动受到影响，导致其进入一种低度休眠的状态，用以抵制逆境带来的影响，致使POD活性的降低。

2.7 对冷水花株高的影响

由图6可知，冷水花的株高在所有处理下，均呈增长的趋势。在T4处理下，株高长势最好，最高达到25.22 cm，总增长率为30%，其次为T5组，增长率为25.20%。相反，T1组的增高率是最低的，仅为10.29%。由此可知，TMF的施用对冷水花的增长有正面效果，且对抗逆境作用有增强的效果。

T5组效果比T4组差，随着TMF施用量的增加，对株高产生正面效应，但是超过一定范围，冷水花的增长会减缓，甚至呈现出下降的趋势。因为冷水花对营养元素吸收有限，过多施用反而会对植物生长产生负面影响。

图6 冷水花株高的变化Fig. 6 Changes of the height of Pilea notata C. H. Wrigh

3 结 论

TMF的施用对冷水花生长过程均起促进作用，在含N量、含K量、叶绿素、含水率、过氧化氢酶活性、株高均有明显的提升。尤其在T4组的配比下，冷水花叶片的含N量增长率为106.96%；叶绿素的增长率达59.47%，是T1组的3倍；过氧化氢酶活性增长率高达75%，是T1组的5倍以上；株高增长率，最高可达30%。综合各指标来看，TMF施用对冷水花则生长有较大的正面效应，且在培养基质中存在最佳配比，当TMF占培养基质的9%时，效果最佳。同时，理化指标间也相互影响。黄粉虫粪富含N、P、K及其他微量元素，其中，N含量可以促进叶绿素的合成，与K含量均可影响植物光合作用；P含量可影响植物的新陈代谢作用，故植物中N、P、K含量的升高，可以促进植物根系的发育、植物的生长，激发过氧化氢酶的活性，同时也促进了株高的增长。