秸秆酒精发酵废液对番茄生长与产量的影响

路 红 辛寒晓 孙国科 刘丽英 孙中涛*

1 山东农业大学生命科学学院 泰安 271018

2 山东佐田氏生物科技有限公司 济南 250000

白酒与酒精是我国的传统产业，年产量约400 万吨（以酒精计），对国民经济发展具有重要作用[1]。据估计，每产出1 t 酒精，约产生15～48 t 发酵废液，烘干后约产生0.45～1.44 t 干粉，其中有机物占75%左右[2]。秸秆酒精发酵液是以秸秆为主要原料生产酒精过程中产生的有机废液，黄腐酸含量丰富，是一类宝贵的生物质资源[3，4]。黄腐酸是腐植酸中分子量较小的成分，应用领域广泛[3]。特别是农业领域，因黄腐酸具有多种功效，以黄腐酸为功能性成分的新型肥料得到了快速发展[5～7]。有研究表明，以秸秆作为原料通过堆肥发酵生产的黄腐酸肥料可显著提高大棚蔬菜黄瓜、西红柿、辣椒和西葫芦的产量[8]。糖蜜酒精发酵液是以糖蜜为主要原料发酵生产酒精时产生的有机废液，可促进甘蔗生长，提高土壤腐殖质含量和土壤肥力[9，10]。造纸厂黑液中也含有黄腐酸成分，具有促进玉米幼苗和根系生长发育的作用[11]。目前，以秸秆堆肥、糖蜜酒精发酵液、造纸工业废水等为原料制备的生化黄腐酸已经形成规模化应用，取得了良好的应用效果，但以秸秆酒精生产过程中产生的有机废液制备的生化黄腐酸还未进入推广应用阶段，相关研究也较少，应用效果不明。因此，采用盆栽试验，初步研究了秸秆酒精发酵废液干粉对番茄生长、产量与品质的影响，为酒精发酵废液在新型肥料生产和农业栽培领域的综合利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

秸秆酒精发酵废液由山东佐田氏生物科技有限公司提供，以秸秆为原料生产酒精的过程中秸秆预处理与发酵过程产生的有机废液，本试验样品是以秸秆酒精发酵废液为原料，经蒸发、浓缩和喷雾干燥等工艺生产的粉末状物质，即秸秆酒精发酵废液干粉，其有机质含量为99.28%，黄腐酸含量为62.86%，营养元素氮、磷、钾含量分别为2.42%、2.83%、3.58%，电导率为5.94 mS/cm。

受试番茄品种为“硬粉番茄”，幼苗购自安徽省宿州市埇桥区雪卉苗圃园，幼苗高度为15 cm 左右，长势基本整齐均一。

1.2 盆栽试验设计

试验地点为山东省济南市山东佐田氏生物科技有限公司试验田，试验用土为0～20 cm 深度的耕作层土壤，其有机质含量为1.67%，氮、磷、钾含量分别为0.09%、0.06%和1.53%，电导率为245 μS/cm，pH 值为7.72。

盆栽试验采用盆口内径、盆底内径和盆高分别为25、20 和25 cm 的塑料盆，装土量为7.5 kg/盆，共24 盆，按矩阵方式进行排列，株距与行距均为80 cm。番茄幼苗于2020 年4 月24 日移栽入盆，每盆1 棵。采用滴灌方式进行浇水，滴箭流量1000 mL/h，根据土壤干湿程度确定滴灌时间。

试验共设2 个处理，每个处理12 盆。CK 处理不施肥，处理T 施用秸秆酒精发酵废液干粉，施肥量为1.00 g/盆·次，施肥方式为称量每盆所需要的1.00 g 秸秆酒精发酵废液干粉，溶于500 mL水中进行冲施。每10～12 天施肥1 次，共3 次。5 月17 日测定初始番茄株高H1、茎粗D1，并进行第1 次施肥处理；5 月29 日测定株高H2、茎粗D2，并进行第2 次施肥处理；6 月10 日测定株高H3、茎粗D3，并进行第3 次施肥处理。6 月8 日，在番茄苗期测定番茄叶片酶活性、总叶绿素含量和类胡萝卜素含量，6 月20 日在番茄初果期，再一次测定番茄叶片酶活性、总叶绿素含量和类胡萝卜素含量。6 月20 日，第1 次采摘番茄果实，计重；6 月27 日，第2 次采摘计重；此后每周采摘计重一次。产量为整个采收期总重量。

1.3 测定方法

秸秆酒精发酵废液干粉有机质含量测定采用重铬酸钾容量法（NY/T 525-2021），黄腐酸含量测定采用重铬酸钾容量法（HG/T 5334-2018）。番茄株高和茎粗分别采用卷尺和游标卡尺测量。总叶绿素和类胡萝卜素含量测定采用分光光度法，取0.2 g 叶片，用25 mL 95%乙醇匀浆，滤液于665、649 和470 nm 测定吸光度[12]。超氧化物歧化酶（SOD）活性测定采用氮蓝四唑（NBT）还原法，丙二醛（MDA）含量测定采用硫代巴比妥酸（TBA）显色法[13]。土壤全氮含量测定采用凯氏定氮法（LY/T 1228-2015）。土壤有效磷含量测定采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-钼锑抗比色法。土壤速效钾含量测定采用火焰光度计法[14]。

2 结果与分析

2.1 秸秆酒精发酵废液干粉对番茄株高的影响

秸秆酒精发酵废液干粉对番茄株高的影响如图1 所示。与CK 相比，施肥处理的株高H1 增加14.47%，株高H2 增加12.42%，株高H3 增加10.91%，均达到显著水平（P＜0.05）。因此，秸秆酒精发酵废液干粉对番茄株高增长均有显著的促进作用。

图1 秸秆酒精发酵废液干粉对番茄株高的影响Fig.1 Eff ects of dry powder of waste liquid from straw alcohol fermentation on plant high of tomato

2.2 秸秆酒精发酵废液干粉对番茄茎粗的影响

秸秆酒精发酵废液干粉对番茄茎粗的影响如图2 所示。与CK 相比，处理T 茎粗D1 增加5.31%，茎粗D2 增加5.23%，均达到显著水平（P＜0.05），但茎粗D3 与CK 无显著差异（P＞0.05）。因此，秸秆酒精发酵废液干粉在番茄生长前期均可显著促进茎粗增加，在生长后期促进作用不明显。

图2 秸秆酒精发酵废液干粉对番茄茎粗的影响Fig.2 Eff ects of dry powder of waste liquid from straw alcohol fermentation on stem diameter of tomato

2.3 秸秆酒精发酵废液干粉对番茄叶片SOD 活性与MDA 含量的影响

秸秆酒精发酵废液干粉对番茄苗期和初果期叶片SOD 活性的影响如图3（a）所示。与CK 相比，番茄苗期处理T 的叶片SOD 活性上升30.34%，达到了显著水平（P＜0.05）。这说明秸秆酒精发酵废液干粉可提高苗期番茄叶片SOD 活性，从而提高番茄的抗病与抗逆能力。与CK 相比，番茄初果期处理T 的叶片SOD 活性增加44.40%，达到了显著水平（P＜0.05），这说明秸秆酒精发酵废液干粉在提高初果期番茄抗病抗逆能力方面效果突出。

MDA 是膜脂过氧化最重要的产物之一，它的产生还能加剧膜的损伤，因此在植物衰老生理和抗性生理研究中MDA 含量是一个常用指标。衰老、抗性差者MDA 含量相对较高[15]。秸秆酒精发酵废液干粉对番茄苗期和初果期叶片MDA 含量的影响分别如图3（b）所示。与CK 相比，番茄苗期处理T 的MDA 含量下降20.32%，达到了显著水平（P＜0.05）。与CK 相比，番茄初果期处理T 的MDA 含量下降8.43%，未达显著水平（P＞0.05）。这说明秸秆酒精发酵废液干粉可在一定程度降低不利的环境因素对叶片的胁迫作用，延缓番茄衰老；但作用不显著。

图3 秸秆酒精发酵废液干粉对番茄叶片SOD 活性（a）及MDA 含量（b）的影响Fig.3 Eff ects of dry powder of waste liquid from straw alcohol fermentation on SOD activity (a) and MDA content (b) of tomato leaves

2.4 秸秆酒精发酵废液干粉对番茄叶片总叶绿素及类胡萝卜素含量的影响

秸秆酒精发酵废液干粉对番茄苗期叶片总叶绿素及类胡萝卜素含量的影响如表1 所示。苗期，与CK 相比，处理T 番茄叶片总叶绿素含量增加24.29%，类胡萝卜素含量增加3.43%，但差异均未达显著水平（P＞0.05）。初果期，与CK 相比，处理T 番茄叶片总叶绿素含量增加12.09%，类胡萝卜素含量增加87.03%，差异均达显著水平（P＜0.05）。这说明秸秆酒精发酵废液干粉均可提高番茄苗期和初果期叶片的总叶绿素和类胡萝卜素含量，在初果期提高效果显著，增强番茄的光合作用，促进番茄干物质的积累。

表1 秸秆酒精发酵废液干粉对番茄叶片总叶绿素及类胡萝卜素含量的影响Tab.1 Eff ects of dry powder of waste liquid from straw alcohol fermentation on total chlorophyll and carotenoid content of tomato leaves mg/g FW

2.5 秸秆酒精发酵废液干粉对番茄单株产量的影响

秸秆酒精发酵废液干粉对番茄单株产量的影响如表2 所示。与CK 相比，处理T 番茄单株产量增加12.19%，差异达显著水平（P＜0.05）。这说明施用秸秆酒精发酵废液干粉具有很好的肥效，可显著提高番茄产量。

3 结果与讨论

试验结果表明，与对照相比，施用秸秆酒精发酵废液干粉的处理可显著提高番茄的株高和番茄生长前期的茎粗，这说明秸秆酒精发酵废液干粉可促进植物生长发育，营养物质吸收，另外也体现了秸秆酒精发酵废液来源的黄腐酸含有的活性基团可促进植物细胞分裂，有利于植物的生长，这与李静等[16]对于黄腐酸促进番茄根系生长的结论相同。

根据植物中SOD 酶活性变化，可判断过氧化作用的程度，SOD 活性高，可提高植物的抗逆能力；MDA 含量是表征植物膜系统是否稳定的重要指标，含量过高，植物膜系统不稳定，将影响受体植物细胞的正常代谢，最终抑制植物生长[17]。本试验研究结果说明在番茄生长期，与对照相比，施用秸秆酒精发酵废液干粉可显著提高番茄叶片SOD 酶活性，特别是番茄初果期。与对照相比，施用秸秆酒精发酵废液干粉可一定程度降低番茄叶片MDA 含量，保护叶片，延迟番茄植株生长期的衰老，提高抗逆能力，促进番茄的生长，但未达显著差异。

在番茄初果期，施用秸秆酒精发酵废液干粉的处理显著增加了番茄叶片总叶绿素和类胡萝卜素的含量，这有利于番茄叶片进行光合作用，积累光合产物，从而提高番茄产量。轩华强等[18]的研究发现，黄腐酸能促进植物光合作用，当植物光合速率较高时，同化的有机物增多，光合作用产生的糖类物质也更容易在植物体内积累。何流等[19]的研究发现，黄腐酸水溶肥可以提高苹果叶片叶绿素含量。这些报道均与本文的研究结果一致。

施用秸秆酒精发酵废液干粉的处理显著提高了番茄产量，这说明秸秆酒精发酵废液可作为新型肥料生产原料。罗建学等[20]、安学忠等[21]与马晓晶等[22]的研究表明，黄腐酸对大白菜、玉米和水稻等作物具有明显的增产作用，这与本研究结果一致。

与其他发酵废液类似，秸秆酒精发酵废液除含黄腐酸外，还含大量的糖类、有机酸和蛋白质等易降解有机质。以其为原料经喷雾干燥制备的干粉产品应用时必须注意施肥方式和用量，否则可能带来抑制作物生长甚至烧苗烂根等不良效果。本研究将干粉产品稀释500 倍后冲施，取得了较好应用效果，这说明该稀释倍数是安全有效的，但生产实践中可允许最低和最高稀释倍数还有待进一步研究。本研究每株番茄的全季施用量为3 g，分3 次施用，每次冲施1 g，每10～12 天冲施1 次，是参照其他来源的生化黄腐酸产品推荐用法用量及施肥成本确定的，在实际农业生产中具有较强的指导价值。在后续研究中，我们将进一步探讨不同施肥量及不同施肥方式对番茄生长发育及产量的影响，以期进一步减少成本、提高施肥效率和应用效果。此外，在试验过程中发现，秸秆酒精发酵废液干粉具有较强的吸湿性，容易因受潮而结块，甚至长霉腐败。因此，在保存、转运和利用过程中，应注意密封、防潮，袋装成品堆放层数不宜太大。为降低生产和应用成本，建议生产膏状产品，与粉状产品相比，既节约能源，还避免吸潮结块、粉尘等问题。但膏状产品的包装与运输费用比粉状产品高，生产企业应综合考虑。

总之，秸秆酒精发酵废液可以促进番茄的生长发育，提高番茄的抗逆性、光合作用效率和产量。本研究为秸秆酒精发酵废液资源在农业生产中的应用提供了理论依据，对提高秸秆酒精生产废液的综合利用水平具有重要意义。