松針堆肥待解決的技術問題及其潛在價值,農藝學論文

松針堆肥待解決的技術問題及其潛在價值,農藝學論文松針，別名松毛、豬鬃松毛、山松須，為松科植物的針狀葉，植物來源主要有云南松、黑松、黃山松、紅松、油松、馬尾松、濕地松、華山松等。松針作為中國傳統(tǒng)中藥早有研究，在(本草經(jīng)集注〕、(名醫(yī)別錄〕、(中華本草〕和(本草綱目〕中都有具體的記載，是一種獨特的中藥材，已引起國內外的廣泛研究，各種松針保健品鱗櫛次比[1-3].經(jīng)世界各機構多年研究證實，松針沒有任何毒副作用。當前，松針的藥用價值研究已經(jīng)相當成熟，松針粉及松針提取液都對人類健康有著重要作用[4-6].松針是一種可再生的自然資源，分布范圍廣泛，中國松樹包含10個屬120余種，松針資源豐富，現(xiàn)有松林面積約6100萬~6700萬hm2,松針蘊含量在一億t以上，每年可獲得松針200萬~300萬t,且松樹分布區(qū)域密集，有利于松針的收集利用，具有相當廣闊的開發(fā)前景。落葉松針的藥用價值低于新鮮松針，但研究表示清楚松針枯槁落葉后部分養(yǎng)分分解流失，大多數(shù)養(yǎng)分都能夠以愈加穩(wěn)定的方式存在，因而用落葉松針是一種獨具特色的有機肥制作原材料，松針富含的蛋白質、氨基酸、微量元素和活性物質都對作物生長有著重要的作用，松針黃酮還具有獨特的水溶性，充分腐熟后都會釋放進土壤中，對土壤改進能夠起到獨特的作用[7-8].松針的一些藥用價值能否會隨著有機肥進入土壤而造就獨特的作物品質還尚未有研究。當前，對松針堆肥方面的研究尚未有報道，是松針綜合開發(fā)利用的一片空白，有著可行性的研究價值和宏大的應用潛力，是一種不可多得的有機肥原材料。因而，筆者通過綜述松針堆肥的潛在價值和存在問題，旨在為松針在有機肥方面的開發(fā)利用提供理論基礎和現(xiàn)實根據(jù)。1松針的主要組成成分松針富含豐富的色素、揮發(fā)油、維生素、氨基酸、有機酸、可溶性糖類、礦質元素及抗菌素、植物酵素、多元酚等多種活性物質[9].當前人們對色素和揮發(fā)油的研究較多，在其他方面研究較少。松針中葉綠素含量可高達3.22%,成熟葉片含量高于幼葉，不同種類松針類胡蘿卜素含量60~356mg/kg之間，各種松樹松針維生素C的含量在412~2505mg/kg,維生素E的含量201~1266mg/kg,以及豐富的B族維生素[10-12].新鮮松針中豐富的葉綠素含量能夠止血、愈合傷口、降低血壓，枯燥的松針葉綠素基本分解完全，在堆肥中沒有任何作用。用新鮮和枯槁雪松松針為材料，采用分級萃取的方式方法提取揮發(fā)油，鑒定其化學成分的結果表示清楚，新鮮雪松松針中含有65種成分，主要成分是烯酸、甾醇、烷烴、烯酮類，枯槁雪松松針含有44種成分且以相比照較穩(wěn)定的形式存在，主要是酯類、烷酸、酮類以及甾醇類物質，通過對紅松、馬尾松、濕地松、黑松、黃山松等不同品種松鼠的研究均發(fā)現(xiàn)了大量揮發(fā)油的存在[13-17].枯槁松針中大量保存的揮發(fā)油會在堆肥的經(jīng)過中釋放進有機肥中，進而進入土壤起到特殊的生理作用。對馬尾松、黑松、云杉水溶性物質研究表示清楚，水溶性物質中蛋白質含量分別到達8.75%、3.68%、3.3%,氨基酸種類分別為18種、18種和16種[18].干松針部分蛋白質會分解，部分蛋白質分解成氨基酸通過有機肥被作物吸收。松樹是含有有機酸較多的一種植物，也正是由于這個原因松樹才能在各種逆境環(huán)境下生長。周維純等[19]定量分析發(fā)現(xiàn)，從松針針葉的水溶性物質中有機酸經(jīng)過色譜能夠分離出12個峰，通過質譜鑒定出了7種化合物，占有機酸總量的74.31%,其主要成分為檸檬酸〔17.06%〕、蘋果酸〔17.92%〕、琥珀酸〔10.71%〕、戊二酸〔12.34%〕等。華而不實莽草酸就是一種在松針中發(fā)現(xiàn)的有機酸，畢躍峰等[20-22]從馬尾松針水煎液中分離得到莽草酸，華而不實干馬尾松松針莽草酸含量能夠到達5.71%.松針含有豐富的礦質營養(yǎng)元素以及粗營養(yǎng)成分，如表1、表2所示[23].任何作物的生長都離不開礦質營養(yǎng)元素的供應，是維持組織正常生理功能的必要物質，已有研究表示清楚，松針中的營養(yǎng)成分不僅僅是人體生長的保健品，也是優(yōu)質的動物飼料添加劑。2松針堆肥的潛在價值2.1松針的生物抗衰老功能在堆肥中的潛在價值當作物遭到逆境或病蟲害脅迫時，隨著脅迫時間的延長，作物體內就會產生大量的自由基毀壞細胞構造，各種保衛(wèi)激酶活性下降，促進細胞衰老死亡。華而不實活性氧自由基在作物衰老、代謝、免疫與信號傳導中都起重要作用[24].作物的這種衰老變化與人體細胞的衰老變化規(guī)律是類似的，大多數(shù)疾病的發(fā)生都與自由基對人體機體的氧化損害有關，而植物中黃酮類成分除了具有調血脂、消炎、降壓作用外，在去除自由基方面也有宏大作用[25-27].陳長武等[27]通過給小鼠注射松針提取物發(fā)現(xiàn)能夠明顯提高小鼠的耐缺氧和抵抗疲憊的能力，能夠通過加強機體免疫延緩衰老。單紅梅等[41]飼馬尾松松針水提取液給老齡鼠，發(fā)現(xiàn)能夠提高老齡鼠的SOD活性和Na+-K+-ATP酶活性，進而減緩衰老進程。表示清楚松針是具有抗衰老能力的，其抗衰老功能可能是通過提高保衛(wèi)酶活性，加強體內自由基去除能力，進而保衛(wèi)細胞膜的完好性和正常的生理功能，起到延緩衰老的作用。這種自由基去除機理在作物體內也是一樣的，華而不實松針提取液能夠提高SOD酶活性，SOD酶也是作物體內去除體內自由基的重要保衛(wèi)酶類[29].因而，松針中含有豐富的黃酮類物質，在經(jīng)過有機肥堆捂腐熟后會通過土壤被作物吸收，進而能夠提高作物的抗逆境能力，保證正常的勝利功能，延緩作物衰老。2.2松針的抑菌、抗病毒功能在堆肥中的潛在價值有機肥是一種各種養(yǎng)分與各種微生物混合的肥料，具有養(yǎng)分全面、功能多樣、綠色環(huán)保等很多優(yōu)點，但也存在著一些缺陷。通過原材料會帶入大量的寄生蟲、病菌、病毒，在堆制經(jīng)過中還會產生一些有害物質，這些有害源不經(jīng)過處理就會帶入土壤，加劇土傳病害，造成病毒積累，對像煙草一樣的作物會造成大面積病蟲害發(fā)生，嚴重影響產量與品質，尤其是農民自制的農家肥情況愈加嚴重。研究發(fā)現(xiàn)，馬尾松的松針對蠟狀芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、大腸桿菌等常見的腐敗菌都有抑制作用，甚至抑菌效果比苯甲酸鈉和山梨酸鉀的作用好[30-31].并且樓英彪等[31]對雪松松針提取物研究表示清楚雪松松針提取物具有較好的抑菌作用，熱處理對抑菌活性無明顯影響，隨著pH升高〔4~9〕抑菌圈逐步減小，隨著糖〔4%~20%〕含量升高抑菌圈呈升高趨勢[33].近年來人們用松針內生真菌來研究微生物農藥也有所進展，對番茄枯萎病菌、辣椒疫霉病菌和蘋果炭疽病菌都表現(xiàn)出抑菌活性。對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、稻白葉枯病菌和枯草芽孢桿茵4株常見病原細菌都表現(xiàn)出差異性抑菌活性[34-35].魏鳳香等[35]研究發(fā)現(xiàn)，松針還具有抗甲型流感病毒的作用，隨著濃度的升高作用逐步加強。曹侃等[36]研究發(fā)現(xiàn)，松針抑菌作用主要由松針的醇、酯類物質完成，華而不實抑菌作用由強到弱的部位為正丁醇部位乙酸乙酯部位氯仿部位。松針中的醇、酯類物質在枯槁松針中能夠穩(wěn)定保存，能夠看出松針的抑菌、抗病毒效果是毋庸置疑的，松針有機肥施入土壤能夠有效的抑制土傳病害，并且能夠對當季作物病害的爆發(fā)起到抑制作用，這是一般有機肥所沒有的成效。2.3松針堆肥在田間地表徑流量和養(yǎng)分淋洗方面潛在價值在云南、貴州等高原山區(qū)，壩區(qū)以梯田為主，山區(qū)以坡地為主，加之全年雨量分配不均，土壤保水能力較差，雨季雨水帶走大量的耕層土壤，耕地坡度越大保水能力越差，養(yǎng)分淋洗比擬嚴重，進而會引起土壤逐步退化、土地生產力水平逐年下降，旱季缺水，嚴重影響作物生長。松針因其獨特的葉型不同于其他覆蓋物，如松樹枝或草。針葉能夠互相交織在一起，愈加穩(wěn)定地覆蓋于土壤外表，甚至在多風區(qū)域以及在徑流底下或是坡度較大的地方都能夠起到穩(wěn)定的覆蓋作用。因而松針覆蓋能夠緩沖雨滴動能、降低徑流流速、防止土壤侵蝕、保衛(wèi)土壤水分、調節(jié)土壤溫度、促進作物生長，并且松針覆蓋層還具有松懈構造，因而有利于土壤外表的透氣透水[42].在云南等地使用松針堆肥主要有兩種方式，一種是隨著深耕混入耕作層，這與一般有機肥的使用方式方法一致，一種是地上部作物培土，其農家肥中松針交織，透氣性比土壤還高，有利于雨水下滲，減少水分蒸發(fā)和土壤板結，溫和的肥力不會造成燒苗現(xiàn)象，有利于地表根系的養(yǎng)分、水分和氧氣的吸收，是一種創(chuàng)新的有機肥施用方式。2.4松針對土壤改進方面的潛在價值大量研究表示清楚，松針具有改進土壤的作用。松針堆肥疏松性較好，施入土壤中能夠增加土壤孔隙度，提高根系活力，防止土壤板結。松針不僅能夠施入土壤，而且能夠通過覆蓋改進土壤理化性狀。而且松針中富含的酸性物質能夠影響土壤酸堿度，降低土壤pH,能夠知足一些對土壤理化性質具有特殊要求的作物，如越桔種植要求酸性土壤，烤煙需要土壤釋放大量的有效K,南花北養(yǎng)所需要的酸性土壤環(huán)境等。酸性物質隨有機肥進入土壤不僅有利于土壤中速效N、Cu、Fe、Sn、Mn含量的增加，還能夠促進土壤中固定態(tài)養(yǎng)分的釋放。土壤偏酸性還有利于菌根的侵染，對烤煙、越桔等作物的生長具有優(yōu)勢作用。研究表示清楚經(jīng)過簡單堆捂的松針土能夠對堿性土壤起到良好的調節(jié)作用，是鹽堿地的土壤改進的一種有效地生物改進劑，尤其在花卉養(yǎng)殖及園林綠化方面有著其他基質所不具備的效果，并且松針土也作為一種商品在市場上廣受歡迎。3松針堆肥有待解決的技術問題3.1松針堆肥降解菌的研究松針富含豐富的油分，能夠減少水分的蒸騰以及葉片吸水，阻礙農家肥堆捂經(jīng)過中松針的降解，怎樣加快松針降解速度是松針堆肥有待解決的一個重要問題。用新鮮和枯槁雪松松針為研究材料，采用分級萃取的方式方法提取松針中的揮發(fā)油，成分鑒定結果表示清楚，新鮮雪松松針中富含65種油性成分，其主要的成分是烯酸、烷烴、甾醇、烯酮類；枯槁的松針含有44種油性成分，主要是酯類、烷酸、甾醇類以及酮類物質，而且在枯槁松針中的各種油性成分以相比照較穩(wěn)定的形式存在。這就導致以農民習慣的堆肥形式，松針不能夠有效分解，進而不能充分利用松針中的有效養(yǎng)分。當前，對松針降解細菌挑選以及酶學特性的研究才剛剛起步[9-11].研究表示清楚，降解松針使用細菌和放線菌的混合菌群，能夠起到愈加顯著的效果，在我們今后的松針降解研究中能夠以混合型菌劑為發(fā)展方向，以及研究在降解經(jīng)過中各種菌株之間的協(xié)助與拮抗作用，以尋找最佳的菌種混合方案，才能實現(xiàn)松針的高效降解，提高松針堆肥的利用價值。3.2松針堆肥條件控制的研究農家肥堆捂一般選用枯燥的落葉松針，但枯燥松針保水性和吸水性較差，在堆肥經(jīng)過中水分散失快，不僅高溫持續(xù)時間短，而且溫度下降速度快，降解周期較長且降解效果較差，怎樣尋找最佳的降解條件控制是松針堆肥需要解決的另一個重要課題[38-40].只要深切進入研究全面衡量堆肥的最佳碳氮比、堆肥中重金屬的含量、堆捂經(jīng)過中高溫持續(xù)時間以及堆肥毒性等各項理化指標，并以國家堆肥標準為參照進行實時監(jiān)測，尋找最佳的控制條件，保證松針堆肥的最大價值，使得通過松針堆捂產出的有機肥料全面達標，并研究在不同作物上的施用效果和使用方案，才能使松針創(chuàng)造出農業(yè)生產方面的宏大價值。3.3松針堆肥作物配方的研究與一般的農家肥堆捂原材料相比擬，松針富含豐富的養(yǎng)分，與禽畜糞便堆捂的經(jīng)過中，應該實現(xiàn)什么樣的堆捂比例才能使這種有機肥價值最大化，也是有待研究的一個問題。而且，松針所具有的藥用價值能否對農業(yè)生產有利也有待于進一步研究。松針堆肥所生的酸性物質對作物和土壤會造成什么樣的影響，如可通過調節(jié)堆肥中松針的比例來控制堆肥中酸性物質的量來最大限度知足作物生長的需求，也需要深切進入研究。4瞻望松針因其獨特的生存環(huán)境和生理功能，造就獨特的內含物質，顯著不同于一般禾本科作物，是一種獨特的有機肥原材料。到當前為止，僅有對松針的藥用價值研究，在有機肥方面的研究尚未開場，這樣的研究背景使的松針堆肥具有可行性的研究價值和相當好的發(fā)展前景，是綜合利用松針的重要途徑和有機肥發(fā)展的重要內容。以下為參考文獻：[1]張志琴，肖培云，劉光明。松針的化學成分和藥理活性研究進展[J].當代藥物與臨床，2018,26〔4〕：278-282.[2]劉東彥，石曉峰，李沖，等。雪松松針黃酮類化學成分的研究[J].