含腐植酸型海藻生物肥的研发及肥效评价

周 丽 高进华 解学仕 杨恒哲 王婷婷 张淑敏

1 史丹利农业集团股份有限公司 临沂 276700

2 蚯蚓测土实验室（山东）有限公司 临沂 276700

腐植酸是动植物残体经过微生物的分解和转化，在一系列地球化学过程中形成和累积的一类大分子天然有机混合物[1]。大量研究证实，腐植酸有促进植物生长、提高作物产量的作用[2，3]。腐植酸作为肥料基质，通过加入一定量的氮、磷、钾和（或）微量元素等制成的腐植酸肥料，是一种多功能的复合肥料，具有改良土壤状况、刺激作物生长、改善农产品品质等功能。腐植酸复合肥是近年来农业领域的热点，然而现有技术中的腐植酸复合肥通常只是将传统化肥和腐植酸原料简单混合，由于腐植酸原料未被活化而无法形成游离腐植酸、不能激活官能团从而减弱协同作用。

海藻肥是一种使用海洋巨藻类（裙带、海带等）提取物配上一定数量的氮磷钾以及微量元素加工出来的一种肥料。海藻肥中富含大量营养物质和有效成分，包括氮、磷、钾等无机元素，微量营养元素以及一定数量的氨基酸、蛋白质、维生素、脂类、甜菜碱、海藻多糖、海藻盐和植物生长激素等有机成分[4，5]。研究表明，海藻提取物可以促进种子萌发、植物生长、作物开花，提高作物产量和营养成分含量，提高植物抗逆性，延长货架期[3]。Jannin 等[6]研究表明，海藻提取物增加了作物叶绿素含量主要是因为其增加了叶绿素源的产生，延迟了叶绿素降解和衰老。也有研究表明，褐藻提取物中的甜菜碱和甜菜碱类似物作为渗透保护剂减轻了盐度对作物的影响，从而提高了作物的生产力[7]。

为了发展生态农业，开发生产无污染绿色食品，农业生产中的施肥技术必须进行改革。发展生物肥料是一个世界性的发展趋势，也符合我国化肥工业发展的产业政策。因此，将腐植酸、海藻肥料与微生物菌剂进行有机结合，研制开发新型肥料对我国农业可持续发展具有重要意义，不仅可以提高肥料利用率，而且还利于提高粮食的产量和品质，促进我国农业的健康发展。

1 含腐植酸型海藻生物肥的工艺研发

以天然的海藻发酵液和活性生物菌为主体，采用现代农业生物技术，通过合理添加腐植酸，经科学加工生产含腐植酸型海藻生物肥，其主要成分是海藻发酵液中含有的有利于植物生长发育的天然生物活性物质和海藻从海洋中吸收并富集在体内的矿质营养元素，包括海藻多糖、酚类多聚化合物、甘露醇、甜菜碱、植物生长调节物质（细胞分裂素、赤霉素、生长素、脱落酸等）和氮、磷、钾及铁、硼、钼、碘等微量元素。此外，为增加肥效和肥料的螯合作用，还溶入了适量的腐植酸，并又加入了适量微量元素，经过科学合理配比而成，具有一肥多效的功能。具体生产工艺路线见图1。

图1 含腐植酸型海藻生物肥工艺路线Fig.1 Process route of seaweed biofertilizer containing humic acid

（1）多功能发酵菌种的筛选和分离。

从自然发酵降解的海藻中筛选和优化得到多功能发酵菌种，主要由细菌、放线菌和真菌等有益微生物组成，对糖、蛋白质、纤维素和有机物均有很强的分解能力，将菌种经平板培养、摇床培养、提纯、菌种鉴定，然后进行复壮，作为接种菌种。通过培养试验，分析不同菌种在不同环境条件下的协调共生能力、生长规律及拮抗作用，确定最佳微生物组合，即生物肥功能菌。

（2）海藻生物降解种子液的制备。

将经过筛选和驯化后的菌株分别采用生物肥菌种培养罐进行深层发酵培养，然后将发酵液按照细菌∶放线菌∶真菌=1∶1∶1 混合，同时在混合发酵液中添加海藻生物降解所必需的营养源作为海藻生物降解种子液，营养源按照混合发酵液重量百分比：氮0.2%～5%，磷2.5%～10%，钾1%～6%和微量元素0.2%～5%。

海藻生物降解种子液中的各组分重量百分比为：尿素0.5%～10%、磷酸二氢钾5%～20%、蛋白胨3%～5%、含微量元素的盐3%～10%，其余为细菌、放线菌、真菌发酵液的混合液。

（3）发酵仓式海藻堆肥法大规模发酵处理海藻。

将新鲜海藻经过破碎后，按照新鲜海藻总重量添加1%～5%的海藻生物降解种子液，经一次发酵、二次发酵后，将海藻发酵液过滤，作为原料制备各类海藻肥。

其中，一次发酵（也称主发酵）是从发酵初期开始，经中温（45 ℃左右）、高温（55 ℃左右）然后到达温度开始下降（30 ℃左右）的整个过程，大约为6～12天，本发明采用的设备卧式发酵滚筒，主要进行厌氧发酵。

二次发酵（也称后发酵）一般需要20～30 天，是堆肥经过高温阶段、温度开始下降直至温度稳定35～40 ℃，达到腐熟阶段的过程，这个过程可以利用菌种中的放线菌和真菌，将在一次发酵中没有降解好的海藻进一步分解，并且可以去除厌氧发酵过程中的臭气，使海藻中的有效成分得以完全释放出来，此阶段的发酵是在专设的仓内进行，一般把物料堆积到1～2 m的高度进行敞开式后发酵，必要时需要翻堆及通风处理。

（4）含腐植酸型海藻复合肥的制备。

以海藻发酵液为基液与腐植酸、尿素、磷酸一铵、硫酸钾、微量元素中的至少一种进行配伍，混合均匀后进行浓缩，采用专用的海藻肥造粒机进行造粒，然后采用海藻肥专用干燥机进行低温烘干，从而制备含腐植酸型海藻复合肥颗粒。

（5）含腐植酸型海藻生物肥的制备。

在包膜工序将定量的包膜剂喷涂在海藻复合肥料颗粒上，使其具有防结块和隔离氮磷钾元素的功能，同时再将经过轻质碳酸钙、骨粉吸附的粉状微生物菌剂通过定量螺旋输送机输送到包膜机内，在包膜生产装置上采用微生物菌剂进行二次包膜扑粉处理，通过包膜机的滚动，在防结块包膜剂的作用下，使轻质碳酸钙、骨粉吸附的微生物菌剂均匀粘结在海藻复合肥料颗粒表面，形成菌剂包衣，赋予肥料富含有益微生物菌剂的新功能，同时颗粒肥料在包膜后其包膜剂将氮磷钾不利于微生物生存的营养元素进行了有效隔离，大幅度提高了微生物菌剂的生存环境。最后将菌剂包衣的颗粒复合微生物肥料冷风烘干，制备含腐植酸型海藻生物肥。其中，烘干机进口温度120～150 ℃，在烘干筒中物料温度不高于80 ℃。此烘干温度为低温烘干，可以保证菌剂的活性，从而生产含腐植酸型海藻生物肥。

菌剂包衣中的菌种可为单一菌种，也可为混合菌种，可根据不同的土壤、作物的性质来确定具体的菌种。吸附后菌种有效活菌总数达到3.0×108～8.0×108cfu/g，最高有效活菌总数可达到8×108cfu/g，水分含量保持在30%以内。吸附的介质可以是轻质碳酸钙、骨粉，也可以是草炭、稻壳粉等其他介质。

2 含腐植酸型海藻生物肥主要工艺技术指标

（1）尿素颗粒<Φ2 mm。

（2）固体物料细度<Φ0.425 mm。

（3）造粒工序物料温度50～70 ℃，物料水分6%～8%。

（4）烘干机进口温度120～150 ℃；烘干机出口温度50～70 ℃。

（5）冷却机出口温度≤35 ℃。

（6）筛分后粒度1～4.75 mm ≥90%。

（7）包膜工序中机械油∶防结剂=3.2∶1（即机械油∶防结剂=180 kg∶56 kg）；机械油加热温度85～90 ℃；混合液加热温度90～95 ℃；混合搅拌时间30 min；防结剂及机械油用量1.5～1.9 kg/t 肥料。

（8）微生物菌剂与肥料比例为1∶0.5。

（9）包装重量50.15～50.25 kg。

3 含腐植酸型海藻生物肥的效果评价

3.1 材料与方法

（1）试验材料。

供试肥料：普通复合肥（22-8-15）、海藻生物肥（22-8-15，不含腐植酸，含微生物菌剂）、含腐植酸型海藻肥（22-8-15，含腐植酸，不含微生物菌剂）、含腐植酸型海藻生物肥（22-8-15，含腐植酸和微生物菌剂）。

腐植酸为史丹利农业集团股份有限公司研发的高活性腐植酸，可水溶性腐植酸的含量58%，且活性官能团的含量为总酸性基含量大于8 mmol/g，羧基含量大于5 mmol/g，酚羟基含量大于3 mmol/g，E4/E6值大于6。含腐植酸型海藻肥、含腐植酸型海藻生物肥的腐植酸添加量均为2%～3%。

微生物菌剂为枯草芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌中的一种或多种。使每克海藻生物肥、含腐植酸型海藻生物肥中含有不低于1.2×1010cfu的微生物菌株为准，即每克海藻生物肥中需称取枯草芽孢杆菌（2.0×1010cfu/g）0.085 克。

供试作物黄瓜品种为乾德二号，定植密度为3000 株/亩。

（2）试验方法。

试验设在山东省临沂市临沭县史丹利现代农业示范园，草甸土，土壤质地为壤质，上茬作物为西红柿。其土壤化学性状见表1。

表1 试验地土壤化学性状Tab.1 Chemical properties of soil in test plot

黄瓜苗于2020年4 月5 日定植；每次采收时都按小区单独采收、称重、计产，其他栽培管理措施同当地农民习惯一致。

试验设4 个处理，每个处理3 次重复，小区面积60 m2，施肥量50 kg/667 m2。

处理1：对照，常规施肥，普通复合肥。

处理2：海藻生物肥。

处理3：含腐植酸型海藻肥。

处理4：含腐植酸型海藻生物肥。

（3）测定项目及方法。

生长指标：每小区随机选取15 株黄瓜，于2020年6 月12 日，黄瓜定植后70 天，在黄瓜生长中期对黄瓜株高、茎粗和叶绿素含量进行原位测量，叶绿素相对含量（SPAD 值）测定用SPAD 502plus，每一株黄瓜顶端往下第四片叶子，测三次取平均值。

产量和品质：每小区选择3 个长势均匀地段（10 m2），根据长势分批采收计算。采收中期、盛果期样品，测定可溶性糖、Vc、硝酸盐和可溶性固形物含量。

3.2 结果与分析

（1）不同处理对黄瓜生长指标的影响。

在黄瓜生长前期、中期、后期对黄瓜株高、茎粗和SPAD 值进行原位测量，统计数据见表2。从表中可以看出，黄瓜生长前期阶段，处理2、3、4黄瓜株高分别比对照显著提高18.00%、24.41%、30.55%，黄瓜茎粗分别比对照显著提高4.04%、7.84%、15.68%，黄瓜SPAD 值差异不显著。

表2 不同处理黄瓜不同生育期生长指标统计Tab.2 Growth indexes statistics of cucumber at different growth stages under different treatments

黄瓜生长中期阶段，相对于对照，处理2、3、4 对黄瓜的株高和茎粗均有一定的促进作用，处理2、3、4 黄瓜株高分别比对照显著提高5.78%、9.74%、17.55%，黄瓜茎粗分别比对照显著提高13.45%、16.06%、20.08%，黄瓜SPAD 值差异不显著。因此，处理2、3、4 对黄瓜生长中期的茎粗促进作用更明显，对黄瓜的叶绿素作用不明显。处理4的黄瓜生长指标最优，处理3 优于处理2。

黄瓜生长后期阶段，处理2、3、4 黄瓜株高分别比对照显著提高3.49%、4.88%、5.52%，黄瓜茎粗分别比对照显著提高4.77%、4.49%、7.05%，黄瓜SPAD 值差异不显著。处理4的黄瓜生长指标最优，处理3 优于处理2。

（2）不同处理对黄瓜产量的影响。

从4 月3 日黄瓜定植到9 月20 日拉秧的过程进行计产，换算成黄瓜的亩产量，并对结果进行统计分析。不同处理对黄瓜产量的影响见表3。

表3 不同处理对黄瓜产量的影响Tab.3 Effects of different treatments on the yield of cucumber

从表中可以看出，处理2、3、4 黄瓜产量分别比对照提高944.79、1024.10、1380.85 kg，增产率分别为9.85%、10.68%、14.40%，差异均达显著水平。其中，处理4 黄瓜增产率最高。

（3）不同处理对黄瓜品质的影响。

不同处理对黄瓜品质的影响见表4。从表中可以看出，与对照相比，处理2、3、4 对黄瓜Vc 和可溶性糖含量均有提高作用，对黄瓜硝酸盐含量均有降低作用，对黄瓜的可溶性固形物含量影响不大。与对照相比，处理2、3、4 黄瓜Vc 含量分别比对照提高1.56%、2.77%、5.24%，差异显著，可溶性糖含量分别比对照提高4.42%、7.12%、9.33%，差异显著。处理4 黄瓜品质最优，硝酸盐含量降低率 为23.60%，处理3 次之。

表4 不同处理对黄瓜品质的影响Tab.4 Effects of different treatments on the quality of cucumber

4 结论

本研究通过开展田间示范，评价含腐植酸型海藻生物肥对设施黄瓜的产量及品质影响。结果表明，相对于对照，处理2、3、4 对黄瓜的株高、茎粗、产量、品质等均有一定的促进作用，但对黄瓜的SPAD 值作用不明显。黄瓜的生长指标数据显示，处理2、3、4 对黄瓜生长前期的株高和生长中期的茎粗促进作用更明显，前期的株高分别比对照显著提高18.00%、24.41%、30.55%，中期的茎粗分别比对照显著提高13.45%、16.06%、20.08%，处理4的黄瓜生长指标最优，处理3 次之。黄瓜的产量数据显示，处理2、3、4的黄瓜产量分别比对照提高944.79、1024.10、1380.85 kg，增产率分别为9.85%、10.68%、14.40%，处理4的黄瓜增产率最高，处理3 次之；黄瓜的品质数据显示，处理4 对硝酸盐含量有降低作用，降低率为23.60%，可溶性糖提高了9.33%。因此，处理4（含腐植酸型海藻生物肥22-8-15，含腐植酸、微生物菌剂）值得推广。本研究结果可为含腐植酸型海藻生物肥在黄瓜种植上的推广应用提供理论依据。