肿柄菊有机肥料的研究进展

张余杰,秦小萍

(云南农业大学植物保护学院,云南昆明650201)

肿柄菊有机肥料的研究进展

张余杰,秦小萍

(云南农业大学植物保护学院,云南昆明650201)

肿柄菊作为有机肥料可以显著提高旱地、山地等贫瘠土壤的肥力,促进粮食增产,对保障粮食安全有着重要的意义。综述了肿柄菊有机肥料的研究进展,讨论了研究中存在的问题,并对其前景进行了展望。

肿柄菊;有机肥料;土壤;功效

肿柄菊(Tithonia diversifolia A.Gray),属于菊科肿柄菊属植物,又称为金光菊、树菊等,多年生半灌木状草木植物,根系发达,茎粗壮,繁殖力强,能在各类土壤中生长[1]。原产地为墨西哥及中美洲地区,曾作为观光植物、有机肥料、饲料等被广泛引进到亚洲、非洲、美洲的很多国家和地区,现在大量分布于热带和亚热带地区,其中在东南亚、南非、太平洋的一些国家和地区已成为入侵田间、路边的杂草,逐渐扩散形成单一优势种群[2]。目前,肿柄菊在我国广东、广西、福建、云南等省有逃逸种群分布,尤其是环境适宜的云南省。据报道,肿柄菊在云南地区的逃逸生长,已经给农业生产带来一定危害,同时对生物多样性造成不同程度的威胁,是一种具有较大潜在危害性的外来植物[3]。

目前,国内外对肿柄菊的研究主要集中在杀菌、除草和杀虫活性研究等方面。郝妮娜等[4]研究表明肿柄菊提取物对7种病原菌具有抑制作用。王丽等[5]研究发现肿柄菊水提液对水田稗具有显著的抑制作用。Adedire等[6]研究认为肿柄菊叶干粉乙醇提取物对四纹豆象有明显的杀卵、抗成虫羽化和杀虫作用,具有开发为昆虫杀虫剂的潜力。国外在开发肿柄菊用途方面研究较多,特别是作为有机肥料,而国内研究相对较少。肿柄菊作为有机肥料使用具有以下优点:绿色环保,减少化学肥料的施用,降低化学肥料对土壤的污染,促进土壤微生物的生长,维持生态平衡,同时其中的养分持久,肥效期长,且能够有效地改良土壤的结构。而化学肥料分解速度快,肥效期短,施用量低时起不到有效作用,施用量高时则会对作物造成伤害。因此,研究肿柄菊有机肥料的应用意义重大。

作者在此综述了国内外肿柄菊有机肥料的研究进展,分析了研究中存在的问题,并展望了其应用前景,旨在为肿柄菊作为有机肥料的开发利用提供参考。

1 肿柄菊有机肥料的研究进展

1.1 国外的研究进展

在国外,一些土壤贫瘠的地区和国家对肿柄菊作为有机肥料的研究较多,其中可以将肿柄菊作为有机肥料的粮食作物主要有水稻、玉米等。由于肿柄菊不是豆科植物,没有固氮能力,但是却能吸收和积聚土壤中的养分,并能迅速将体内积聚的养分释放到土壤中,供应粮食作物吸收和利用[7-9]。

Donald[10]研究发现热带火山灰土壤中种植的水稻,在生长的前2周里,肿柄菊(定量)作为有机肥料能有效增加的量,在第4周能显著增加的量,从第2周到第4周,总N量依然呈缓慢增加趋势,直至第12周,N的供应才接近于零。

Jama等[11]报道肿柄菊作为有机肥料不仅可以有效地增加作物营养物质N、P、K来源,而且可以降低土壤中某些物质对P元素的吸附并增加土壤微生物量。

Basamba等[12]研究表明肿柄菊可以显著提高贫瘠土壤的交换性Ca、Mg、K等营养成分的量。

Jayne等[13]在肯尼亚进行几种有机肥料提高土壤肥力的研究表明,肿柄菊作为有机肥料与家畜粪肥结合能显著地提高土壤肥力,所种作物产量高,成本低,经济效益好。

Mukuralinda等[14]在卢旺达研究发现,以肿柄菊作为有机肥料的玉米产量高于其它有机肥料。

Ikerra等[15]在坦桑尼亚莫罗戈罗地区的玉米种植试验表明,肿柄菊作为有机肥料可以改变土壤的性状(如土壤的p H值、交换性Al3+及Ca2+含量等),提高土壤中有效P的含量,促进玉米增产。

Partey等[16]在加纳研究肿柄菊叶的腐烂速度和营养物质的释放速度发现,肿柄菊叶的分解速度高于其它几种有机肥料,其中在第1周内,肿柄菊中营养物质N、P、K、Ca、Mg的释放速度最快。

Aye等[17]在缅甸历时2年进行黄色酸性土壤中的玉米种植试验,发现肿柄菊作为有机肥料可以有效增加玉米的产量。这可能是因为肿柄菊降低了土壤酸度和Al3+浓度,从而创造了玉米生长的适宜环境[18]。

肿柄菊作为有机肥料用于玉米的研究较多,增产效果较好,前景广阔,但用于其它作物的报道较少,如小麦、大豆、棉花、高粱等。从其发挥的功效来看,在提升其它作物的产量方面亦应有较好的效果。未来,肿柄菊作为有机肥料,经过适当的加工,对改善和提高贫瘠土地上作物的产量会有着显著效果。

研究表明,木质植物切碎后加入到农田,可以维持作物的产量[19]。这是因为,木质植物能够改善土壤结构,促进微生物的活动,使土壤富有营养[20,21]。肿柄菊作为有机肥料可以显著增加旱地、高地、坡地粮食作物的产量,主要因为肿柄菊肥料增加了土壤中营养物质的含量,改善了土壤的物理性状。

1.2 国内的研究进展

作为一种入侵植物,国内对肿柄菊的研究相对较少,主要集中在其提取物的杀虫活性方面,但在开发为有机肥料方面的研究鲜见报道。罗瑛等[1]对肿柄菊矿质营养元素进行了分析,结果见表1。全国有机肥料品质四要素分级标准、总分分级标准[22]分别见表2、表3,高等植物中必需微量元素的平均含量[23]见表4。

表1 肿柄菊中主要营养元素和微量营养元素的含量/%Tab.1 Main nutrient elements content and micronutrient elements content in Tithonia diversifolia/%

表2 全国有机肥料品质四要素分级标准Tab.2 National classification standard of organic fertilizer quality's four elements

表3 全国有机肥料品质总分分级标准Tab.3 National classification standard of total quality score

表4 高等植物中必需微量元素的平均含量(Cl除外)/mg·kg-1Tab.4 Average content of essential trace elements in higher plants(except Cl)/mg·kg-1

由表1可知,肿柄菊含有大量的N、P、K、Ca等常量元素和丰富的Fe、Mn、Zn、B、Cu、Mo等微量元素。

由表1和表2可知,肿柄菊N、P、K三大元素的得分在分级标准中分别为40分、9分和16分,粗有机物得分以绿肥类粗有机物平均含量83.18%计算为25分,合计为90分。

由表3可知,肿柄菊作为有机肥料符合一级有机肥的标准。

由表1和表4可知,肿柄菊中微量元素的含量均高于高等植物必需微量元素的平均含量。此外,肿柄菊分布广,种子产量高,繁殖能力强,含有丰富的营养元素,是一种优良的野生有机肥源植物。

2 存在的问题

2.1 威胁生态平衡

肿柄菊具有繁殖力强、种子产量高、易于传播、营养体贮藏着大量养分、有化感作用等入侵性外来植物所具有的一般特点[24-26],并且其克隆产生的后代在存活率等方面高于其它植物有性繁殖产生的后代[27]。因此,如果对其种植管理不善,容易造成逃逸和扩散,对本地植物的生长产生不良影响,威胁生物的多样性。鉴于其尚未在国内造成严重危害,目前未将其列为检疫性植物。相关报道证明,北方尚未发现肿柄菊的生长,但肿柄菊适应性很广,至于能否引种到北方,仍在研究当中。

2.2 加工问题

肿柄菊要成为可用的有机肥料,需要经过栽培、适时收获、切割、打碎等多个环节,这就需要一定数量的劳动力。因此,就个体农户来言,必定费工费时,不能形成较大的规模和较高的效益,不利于其在全国范围内推广应用。如若能与工厂结合,进行大规模产业化的加工,成本将会大大降低。

2.3 功能型有机肥料

虽然国外对肿柄菊作为绿肥进行了大量的研究,但尚无将其加工成多功能有机肥料的报道。未来应通过各种技术手段,将其与农药相结合,加工成具有杀虫或除草功能的有机肥料,将会为农业生产带来可观的经济效益。

2.4 对农业生产的影响

人类的活动为肿柄菊的扩散入侵提供了条件,加之田间土壤肥力较高,为入侵的肿柄菊提供了丰富的营养,且肿柄菊植株密集、主体高大、繁殖能力强,短时间内能形成单一优势群落,彻底清除相当困难,给农业生产带来一定危害,同时也为鼠类和害虫提供了隐藏场所。

2.5 对重金属的吸收

王海娟[28]研究发现,菊科植物耐贫瘠,对重金属有较强的吸收能力。作为菊科植物中的一种,肿柄菊如能开发成功能肥料,通过提升土壤质量、增加土壤有机质、提高生物活性、改善土壤p H值,从而增强土壤对重金属的固定能力,钝化土壤中重金属,抑制水稻对重金属的吸收,将大为改善当前国内重金属污染区域的粮食品质。有关肿柄菊在此方面的研究尚未见报道,通过现有技术将其加工成具有吸附功能的生物质炭肥料,抑或提取其中能与重金属相结合的物质,将成为下一步研究的重点。

2.6 其它

据相关报道,肿柄菊对一些作物种子萌发或幼苗生长具有一定的化感作用,因此在施用前需要进行必要的室内试验,为大田应用提供理论基础。肿柄菊的这种化感作用能否通过技术手段(如固态发酵、液态发酵或添加某种物质等)进行调节的研究鲜有报道,未来应重点加强。此外,秸秆直接还田量太大不仅会降低土壤p H值,而且还会带入虫卵、杂草种子等有害物质。目前,有机肥料处理的科学方法是将有机肥料接菌后堆腐和沤制。

3 展望

在土壤中施入以肿柄菊为原料的有机肥料,不仅可以变废为宝,控制肿柄菊的扩散和蔓延,节约农业生产成本,而且可以与化学肥料形成互补,在粮食作物生长期内稳定地供给营养物质。此外,旱地、高地等贫瘠土壤在我国广泛分布,如果能够提高这部分土地的肥力,将会促进我国粮食产量的提高,对于维持我国粮食安全有着重要的意义。因此,应首先在实验室进行不同地区、不同土壤、不同温湿度等适应性试验确定其效果后,再在现有的生长地进行栽培,通过工厂进行大规模的加工,利用现有的技术手段将肿柄菊开发为具有杀虫、除草等功能的有机肥料,进行推广应用。

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Research Progress of Tithonia Diversifolia Organic Fertilizer

ZHANG Yu-jie,QIN Xiao-ping
(College of Plant Protection,Yunnan Agricultural University,Kunming 650201,China)

As organic fertilizer,Tithonia diversifolia can significantly improve dry,mountain as well as other leanness soils′fertility and increase grain production,which is important to ensure food safety.This paper summarized the research progress of Tithonia diversifolia organic fertilizer,discussed the existing problems in the field and prospected its application in the future.

Tithonia diversifolia;organic fertilizer;soil;efficacy

S 142.3

A

1672-5425(2013)11-0015-04

10.3969/j.issn.1672-5425.2013.11.004

2013-07-29

张余杰(1984-),男,河南柘城人,硕士研究生,主要从事植物源农药研究,E-mail:yujie840704@126.com;通讯作者:秦小萍,副教授,E-mail:qxp99@163.com。