烟叶堆肥对泥炭藓降解的影响

宋杰，邸慧慧，王粤，钟明月，王莉媛，赵诗雨，卜贵军*

（1 湖北民族大学林学园艺学院，湖北恩施 445000；2 湖北省烟草公司恩施州公司，湖北恩施 445000）

泥炭藓是兰花等园艺植物的优质基质，泥炭藓泥炭作为优质基质，在农业及园艺中有广泛应用[1]。在土壤有机质积累过程中具有至关重要的作用，是湿地土壤碳的重要来源[2-3]。但大量的泥炭挖掘会破坏自然生态环境[4]，寻找一种在可控条件下，对人工种植的泥炭藓进行降解，以取代泥炭作为基质是值得探究的途径。

泥炭藓在自然界中处于水分充足且温度较低的环境中，植物体组织死亡后分解周期漫长[5]，在这种不易降解的条件下，亟需一种能代替自然降解泥炭藓的方法，以缓解泥炭地被开采破坏的情况。堆肥是一种可加速有机物料降解的方法，在农业生产和畜牧业中可节约成本[6]，其通过利用微生物具有氧化、分解有机物的能力，使微生物在特定的情况下将有机物进行生物化学降解，作用于农业生产加工等方面。

为了探索是否可通过堆肥加速泥炭藓的降解，本研究选择将泥炭藓加入到烟叶堆肥系统中，研究自然条件下的泥炭藓、与烟叶共同堆肥的泥炭藓及吸取烟叶堆肥后渗滤液的泥炭藓3 种泥炭藓，在3 种不同处理下的泥炭藓结构、叶绿素含量及三维荧光的变化，以此研究泥炭藓的降解情况。探索通过与烟叶堆肥加速泥炭藓的降解情况，为进一步促进降解泥炭藓提供基础数据和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本项目的泥炭藓都取自湖北省恩施土家苗族自治州七姊妹山，烟叶为烤后废弃烟叶。

1.2 试验方法

1.2.1 堆肥方法。在自制的堆肥桶内，从下到上依次铺气板，泥炭藓10g（吸取堆肥渗滤液），土壤903g，烟草复合肥26.7g，烟叶534.3g（10g 泥炭藓，与烟叶共堆肥），烟草复合肥26.7g，土壤903g，加水2351g。以此步骤进行堆肥处理9 个月，得到与烟叶混合堆肥的泥炭藓及吸取渗滤液的泥炭藓。自然条件下的泥炭藓样本为常温下封闭与自封带的泥炭藓样本。将3 种泥炭藓置于烘干机中烘干48h，取出样品，将每份样品各取3 份，并且保证每份样品取得的是泥炭藓的同一部位，用于测定指标。

1.2.2 电镜扫描观察。取3 个样品每种泥炭藓中的叶片部分分成若干细小碎片，固定于样品台上进行真空镀膜处理[8]，然后进行电镜扫描。分别观察不同样品的叶的分解情况。

1.2.3 测定叶绿素含量。每份样品各取3 份，保证每份取自同一位置，每份称取0.2g，放入研磨离心后，取上清液测定叶绿素含量[9]。

1.2.4 固体荧光扫描。分别取适量的3 种泥炭藓样本，并确保取得泥炭藓相同部位，放入石英夹具中进行三维荧光扫描。参数设置为激发光谱波长λex＝200～600nm，发射光谱波长λem＝200～700nm，PTM 电压为700V，扫描速度为30000nm/min。

2 结果及分析

2.1 堆肥后的泥炭藓形态

2.1.1 自然条件下的泥炭藓。该泥炭藓植物样本呈淡黄绿色，茎较长，有多个分支，茎和叶呈三角形，边缘呈锯齿状平展长1～3mm，表面多孔隙，部分叶片呈绿色部分叶片呈透明状。

2.1.2 与烟叶共同堆肥的泥炭藓。此样品整体黑褐色，部分区域分不出叶与茎秆，没有完整植株，茎秆呈麻丝状，叶片莲瓣状，部分已经分解为絮状且形态不规则，能看到叶片少部分透明但部分呈黑褐色，其中散落的细小叶片数量较多。

2.1.3 吸取烟叶堆肥后渗滤液的泥炭藓。此样本颜色呈黄棕色，完整较差，枝条细长柔韧，大部分茎秆呈规则形状，叶片少部分呈微绿色，大部分为深棕色，叶片呈开放打开状，并且没有完整的穗状叶片。

2.2 电镜扫描

通过对不同处理的泥炭藓的叶片进行相同的扫描步骤处理，观察到叶的分解程度也出现了不同的差别。在电镜的观察下（图1-a、b、c），通过堆肥处理的泥炭藓的分解程度最高，叶片分解后出现不规则形状，叶片的破碎情况十分明显，叶片上的水细胞破裂在3 种处理的泥炭藓中最严重；其次是吸取渗滤液的泥炭藓，该泥炭藓的叶片上也出现了水细胞的破碎；分解情况最差的是自然条件下的泥炭藓，在电镜观察下还能看到较大完整的区域，叶片中的水细胞形态完整。通过电镜观察3 种不同处理的泥炭藓，可发现泥炭藓的叶片出现不同的分解情况，与烟叶共同堆肥处理的泥炭藓的分解程度最高，其次是吸取烟叶堆肥渗滤液的泥炭藓，降解程度最低的是自然条件下的泥炭藓。

图1 叶的电镜扫描（a 为自然条件下；b 为堆肥处理；c 为吸收渗滤液处理）

2.3 叶绿素含量及分析

由表1 可知，自然条件下的泥炭藓的叶绿素浓度最高，其次是吸取烟叶堆肥渗滤液的泥炭藓，叶绿素含量最低的是与烟叶共同堆肥处理的泥炭藓。通过对比发现，3 个不同处理的泥炭藓中，叶绿素a 的含量与叶绿素含量的变化趋势一样，自然条件下的浓度最高，其次是吸取烟叶堆肥渗滤液的泥炭藓，最低的是共同堆肥处理的。

表1 叶绿素各含量分析表

叶绿素a 与叶绿素总浓度的变化趋势相同，但叶绿素b 的变化趋势出现了差异，三者中叶绿素b 含量最高的是吸取烟叶堆肥渗滤液的泥炭藓，其次是自然条件下的泥炭藓，这两者的浓度虽然是吸取渗滤液的更高，但总体来说浓度相差不大，而含量最低的依旧是与烟叶共同堆肥处理的泥炭藓。

由此可见，3 种不同处理的泥炭藓的叶绿素各项指标中与烟叶共同堆肥的泥炭藓含量均为最低，由此可知，该泥炭藓中的叶绿素大多数已被分解掉，分解的程度达到最高，其次是吸取烟叶堆肥渗滤液的泥炭藓，这种情况下的泥炭藓中叶绿素的3 项指标中只有叶绿素b 的浓度比自然条件下的泥炭藓高，经查阅资料发现，烟叶中叶绿素b 的含量下降速率要比叶绿素a 快[10]，由此可知，在烟叶堆肥过程中叶绿素b 进入渗滤液中，然后又被吸取渗滤液的泥炭藓所吸收，故导致该情况下的泥炭藓中叶绿素b 的含量比自然条件下的略高。而自然条件下的泥炭藓叶绿素b 含量最高。

2.5 固体荧光扫描分析

通过荧光峰值所在位置的变化观察在不同处理下泥炭藓中物质含量的变化。通过三维荧光扫描观察3 种泥炭藓中物质含量的变化（见表2）。

表2 固体荧光扫描结果

自然状态下的三维荧光扫描出现了3 个峰，分别是峰Ⅰ在λex/λem＝284/360，荧光强度为1156；峰Ⅱ在λex/λem＝265/439，荧光强度为1739，；峰Ⅲ在λex/λem＝366/438，荧光强度为2106；与烟叶共同堆肥的泥炭藓只出现了一个荧光峰，峰的位置在峰Ⅰλex/λem＝284/361，荧光强度为437.1；吸收烟叶堆肥渗滤液的也只出现一个峰，为峰Ⅰ在λex/λem＝284/360，荧光强度为679.2。

通过对比三者的荧光峰可知，自然条件下的泥炭藓中的物质明显比经过其他2 种不同处理的泥炭藓多了峰Ⅱ和峰Ⅲ2 种物质，且峰Ⅰ的荧光强度比其他2 种处理高很多。而3 种泥炭藓的三维荧光中峰Ⅰ所在的位置都几乎一样，因此可知，峰Ⅰ所代表的是同一种物质。因为峰Ⅰ都处于同一位置且自然条件下的荧光强度最高，吸收渗滤液的次之，与烟叶共同堆肥的泥炭藓最高，峰Ⅰ代表的物质在3 种不同处理下出现了不同程度的降解情况。其中与烟叶堆肥的泥炭藓降解程度最高，吸收渗滤液的次之。

自然条件下的泥炭藓比其他2 种处理的泥炭藓多了峰Ⅱ和峰Ⅲ2 个荧光峰，由此可推出，在堆肥处理和吸收渗滤液2 种不同的处理过程中，这2 种物质被完全降解。

根据固体三维荧光图可知，经过堆肥处理过的泥炭藓的分解程度更高，其次是吸收渗滤液的泥炭藓，自然条件下的泥炭藓分解程度最低。

3 结论与讨论

随着现代化生活的发展，农业的种植在追求更高的效率，使用有机肥已成为趋势，而分解程度高的泥炭藓作为优质的农业有机肥和种子培育的优质基质，已经展现出其较高的经济价值，但天然的泥炭藓分解速率慢，因此，尝试用烟叶混合堆肥及吸收烟叶堆肥渗滤液的泥炭藓比较泥炭藓的分解情况，结果如下：（1）在电镜观察下，与烟叶堆肥的泥炭藓分解程度最高，其次是吸收烟叶堆肥渗滤液的泥炭藓，分解程度最低的是自然条件下的泥炭藓；（2）叶绿素含量的结果显示，与烟叶堆肥的泥炭藓的叶绿素含量最低，降解程度最高，其次是吸收堆肥渗滤液处理的泥炭藓，叶绿素含量也出现了下降，而叶绿素含量最高的是自然状态下的泥炭藓；（3）三维荧光测发现，自然状态下中的物质含量最高，与烟叶堆肥和吸收渗滤液的泥炭藓降解了其中的大部分物质，其中与烟叶堆肥的泥炭藓中降解程度最高，因此堆肥处理的分解程度最高。吸收渗滤液的次之。

经电镜观察、测定叶绿素含量及固体荧光扫描发现，与烟叶共同堆肥能有效促进泥炭藓的分解，吸收烟叶堆肥渗滤液也对泥炭藓的分解起到一定促进作用，但是没有与烟叶堆肥下的分解程度高，而自然条件下的泥炭藓分解程度最低。