秸秆乙醇副产物对辣椒生长•产量和土壤品质的影响

摘要 [目的] 研究秸秆乙醇副产物（straw ethanol by-product，SEBP）对辣椒（ Capsicum annuum  L.var. acuminatum ）生长的影响，探究SEBP在农业生产中的应用价值。[方法]采用紫外光谱和红外光谱分析了SEBP的磺酸盐结构特征，盆栽试验设空白对照、SEBP以及其他来源的生化黄腐酸A（BFAA）和生化黄腐酸B（BFAB）4个处理，各3个施肥水平（0.5 、1.0和1.5 g/（盆·次）），在辣椒不同生长阶段各施3次。[结果] SEBP具有明显的黄腐酸特征基团，可以显著提高辣椒的茎粗、株高和产量，其促生作用与施肥水平密切相关。在0.5 g/（盆·次）×3次施肥水平下，SEBP对辣椒茎粗和株高的促生效果最显著，分别比对照增加26.88%和24.99%;在1 g/（盆·次）×3次施肥水平下，辣椒单株产量比对照增加44.70%。施用SEBP能够提高土壤细菌和放线菌数量，降低土壤真菌数量，且其效果优于BFAA和BFAB。[结论]SEBP能够有效促进辣椒生长、增加产量和改善土壤微生态，可作为有机肥等新型肥料的生产原料，在农业生产中具有广阔的应用前景和显著的经济价值。

关键词 秸秆乙醇副产物;黄腐酸;有机肥;辣椒

中图分类号 S 641.3  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2022）17-0033-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.17.009

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effects of Straw Ethanol By-product on the Growth and Yield of Pepper and Soil Properties

LI Dong-min1， ZHANG Shou-qing2， ZHANG Hong-jia1 et al

（1. COFCO Nutrition and Health Research Institute， Beijing 102209;2. College of Life Sciences， Shandong Agricultural University，Taian，  Shandong  271018）

Abstract [Objective] The effects of straw ethanol by-product （SEBP） on the growth and yield of pepper （ Capsicum annuum  L. var.  acuminatum ） and the improvement of soil was investigated in this experiment in order to evaluate the potential of SEBP on agriculture production. [Method] The characteristic structure of sulfonate was analyzed by Ultraviolet and FTIR spectrums， respectively. The pot experiments were divided into four groups： blank control （CK）， SEBP， biochemical fulvic acid A （BFAA） and B （BFAB） from other sources. Each treatment group was fertilized at three levels， 0.5 ， 1.0 and 1.5 g/pot at a time， total 3 times. [Result] SEBP had typical fulvic acid characteristic group and could significantly improve the stem diameter， plant height and fruit yield of pepper， which was closely related to the fertilization level. The best improvement on stem diameter and plant height of pepper， which was 26.88% and 24.99% higher than by CK， was available by fertilizing SEBP at the dosage of 0.5 g/pot at a time. The highest yield of pepper per plant was available by SEBP at the fertilization level of 1 g/pot at a time， which was 44.70% higher than CK. Meanwhile， SEBP was benefit for increasing both soil bacteria and actinomycetes and decreasing soil fungi， which was better than BFAA and BFAB. [Conclusion] SEBP worked well on pepper plant by promoting growth， increasing yield and improving soil microecology. It can be used as raw materials for the formulation of new type biological organic fertilizer， and has broad application prospect and great economic value in agricultural production.

Key words Straw ethanol by-product;Fulvic acid;Organic fertilizer;Pepper

我国秸秆年产量巨大，约为10亿t[1]，其主要成分是纤维素、半纤维素和木质素等有机物质。以秸秆为原料经过酶解发酵采用生物法制备乙醇，是秸秆高值化利用的有效方式之一[2-4]，不仅可以解决能源资源短缺和秸秆焚烧带来的环境污染问题，而且可增加农民收入，助力实现“碳达峰、碳中和”的国家战略目标[5-7]。在秸秆乙醇生产过程中会产生大量的秸秆乙醇副产物（SEBP），其中富含黄腐酸等有机成分。由于秸秆乙醇是一个战略新兴产业，仍处于产业示范阶段，目前未见有对该副产物的深入研究。生化黄腐酸（biofulvic acid，BFA）是生物质原料经过一系列复杂的物理、化学及生物转化过程而形成的一类小分子腐殖酸类物质，富含多种功能基团，以及一定数量的水溶性碳、氨基酸、有益微生物及其代谢产物等物质，具有较强的生物活性[8-9]。主要来源于多种工业或农业副产物，如秸秆、蔗渣、发酵工业残渣等，经复杂的生化反应后形成[10]。研究表明，BFA不仅可以促进土壤团粒结构的形成，改善土壤理化性质，减少化肥使用，缓解土壤板结，还可促进作物对矿质养分的吸收利用，促进作物生长，增强作物的抗病与抗逆能力，提高作物产量和产品品质，已被广泛应用于作物种植[11-15]。BFA可以提高苹果的单株产量和单果重量[12]，提高黄瓜中淀粉等糖类物质含量[13]，促进番茄植株生长和产量形成[14，16]，提高稻麦产量、氮素利用率和经济效益[17-18]，提升玉米植株重量和玉米产量[19]，并能够提高棉花产量，促进减磷增效[20]。SEBP与目前市售BFA性能与结构类似，但制备工艺有一定差异。笔者对SEBP进行紫外光谱和红外光谱分析，初步解析其主要功能成分，采用辣椒盆栽试验，考察SEBP在促进辣椒生长、提高辣椒产量和品质、改良土壤理化和生物学性质等方面的应用效果，并与市售BFA进行对比。以期为SEBP在农业生产中的应用提供科学依据，拓展有机肥料产业原料来源。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验用原土取自山东佐田氏生物科技有限公司露天试验田的耕作层，褐土，采用5目筛除去碎石、土块及秸秆碎片等杂质后使用。土壤有机质含量22.74 g/kg，全氮0.65 g/kg，碱解氮66.2 mg/kg，速效磷45.6 mg/kg，速效钾118 mg/kg，pH 6.65。

1.2 试验材料

供试作物为线椒（ Capsicum annuum  L.var. acuminatum ）。SEBP样品由国投生物科技投资有限公司提供，是以玉米秸秆为原料生产秸秆乙醇的副产物，其他来源的生化黄腐酸样品A（BFAA）和B（BFAB）来自市售。各受试原料的养分组成与理化性质见表1。

1.3 试验设计

盆栽试验于2020年4—7月进行，试验地点为山东佐田氏生物科技有限公司露天试验田。辣椒幼苗购自宿州市埇桥区雪卉苗圃园，8片真叶，长势基本一致。塑料花盆上口内径18 cm，底部内径14 cm，高15 cm，每盆装土7.5 kg，移栽2棵辣椒幼苗。花盆按行排列，盆间距与行距均为80 cm。

试验共设4个处理组：空白对照（CK）、SEBP处理组（T 1）、BFAA处理组（T 2）和BFAB处理组（T 3）。T 1～T 3处理组各设低、中、高3个不同施肥水平，施肥量分别为0.5、1.0和1.5 g/（盆·次），各施肥水平均设12盆。CK共12盆，以等量去离子水代替生化黄腐酸进行施肥处理。5月18日第一次施肥，此后每12 d施肥一次，共3次。施肥方式为将每盆需要的生化黄腐酸单独称量，溶于500 mL水中进行冲施。每次施肥处理后的第10天测定株高和茎粗。根据辣椒生长情况适时采摘，每盆辣椒全生长期采摘量的平均值计为单株产量。6月24日在花盆中采土取样，用于测定土壤的理化及生物学性质。

1.4 分析与检测

1.4.1 紫外光谱和红外光谱分析。将SEBP、BFAA、BFAB和木质素磺酸钠样品（Sigma公司）分别溶于水，配制0.1 g/L的样品溶液，用紫外分光光度计进行扫描。设置光栅狭缝宽度为2 nm，扫描步长为1 nm，扫描速度为中速，扫描波长为190～500 nm。测试仪器为紫外分光光度计UV-1900i，日本岛津公司。将上述4种样品分别粉碎后，通过压片机压片后进行红外光谱分析。采用傅里叶变换衰减全反射红外光谱法（ATR-FTIR），光谱条件：空气背景，分束器为KBr，扫描次数32次，分辨率4 cm- 波数范围4 000～350 cm-1。测试仪器为Thermo NicoLet IS50红外光谱仪，美国Thermo Fisher公司。

1.4.2 测定指标与方法。供试生化黄腐酸样品有机质含量测定采用重铬酸钾容量法（NY/T 525—2012），黄腐酸含量测定采用重铬酸钾容量法（HGT 5334—2018）。辣椒株高和茎粗分别采用卷尺和游标卡尺测量。辣椒采摘后，当日使用电子天平（精度为0.01 g）称量每株的果实总重。土壤容重和持水能力测定采用环刀法（NY/T 1121.4—2006）。pH使用酸度计进行测定（LY/T 1239—1999）。土壤有机质含量测定采用重铬酸钾容量法（NY/T 1121.6—2006）。土壤氮含量测定采用凯氏定氮法（LY/T 1228—2015）。土壤速效磷含量测定采用钼锑抗比色法（NY/T 88—1988）。土壤速效钾含量测定采用CH 3COONH 4浸提-火焰光度计法（NY/T 889—2004）。土壤中细菌、真菌与放线菌活菌数量的测定采用平板涂布法（GB 4789.2—1994）。

1.5 数据处理与分析