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文檔簡介
《煙草秸稈生物有機肥生產(chǎn)技術指南》
標準編制說明
湖北省煙草公司恩施州公司
湖北省煙草科學研究院
2022年2月
《煙草秸稈生物有機肥生產(chǎn)技術指南》標準編制說明
1工作簡況
1.1任務來源
煙草行業(yè)指導性技術文件《煙草秸稈生物有機肥生產(chǎn)技術指南》是國家煙草
專賣局2018年度下達的行業(yè)標準制訂項目(國煙科[2018]177號),項目類別:
YC/Z制訂,合同號:2018B008。該項目為標準制訂項目,歸口農(nóng)業(yè)分技術委員會。
1.2項目承擔單位、協(xié)作單位及主要分工
本項目由湖北省煙草公司恩施州公司牽頭承擔,湖北省煙草科學研究院為協(xié)
作單位。
湖北省煙草公司恩施州公司負責項目技術路線以及技術方案的制定與實施;
湖北省煙草科學研究院參與項目技術路線以及技術方案的制定,并指導項目的實
施。
1.3主要工作過程
1.3.1前期研究工作
2008年,湖北省煙草公司以恩施州公司、省煙草科學研究院為班底成立了
生物技術組,確立了《生物技術在特色優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)上的應用研究》重大專項(鄂
煙科【2008】14號),2010年改為《煙葉秸稈生物有機肥研制及在煙葉生產(chǎn)上的
應用研究》(鄂煙科【2010】08號,合同號:027Y2010—017),全面開展煙草秸
稈生物有機肥領域試驗研究和產(chǎn)業(yè)化開發(fā)工作。煙草秸稈生物有機肥的研制與開
發(fā)項目涉及的研究內(nèi)容較多,為了加強技術攻關力量,有針對性的開展研制與開
發(fā)工作。先后與華中農(nóng)業(yè)大學國家農(nóng)業(yè)微生物重點實驗室、華中農(nóng)業(yè)大學植物科
學技術學院、河南農(nóng)業(yè)大學煙草學院、中科院成都生物所等科研院所建立了合作
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關系,參與了煙草秸稈養(yǎng)分分析、田間礦化規(guī)律、發(fā)酵腐熟技術、安全性評價等
方面的研究。整個項目按照“煙草秸稈—生物有機肥—煙葉種植”的循環(huán)農(nóng)業(yè)模
式思路,圍繞煙草秸稈成分分析及養(yǎng)分釋放規(guī)律、發(fā)酵及功能菌篩選、生產(chǎn)工藝
及田間應用效果等方面開展研究。按照“小試—中試—規(guī)?;a(chǎn)”步驟,實現(xiàn)
研究成果快速有效轉(zhuǎn)化,促進煙草秸稈生物有機肥產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,從而在煙區(qū)構(gòu)建
了以煙草秸稈為紐帶的循環(huán)農(nóng)業(yè)新模式,探索了“低碳煙草、清潔生產(chǎn)、循環(huán)農(nóng)
業(yè)”的可持續(xù)發(fā)展之路。
1.3.2項目啟動
根據(jù)標準合同確定的項目范圍、主要內(nèi)容和項目技術方案,對項目組進行分
工部署,制定項目工作計劃,提出各階段工作目標。
1.3.3分析數(shù)據(jù)、開展實驗,擬定初稿
總結(jié)、挖掘歷年來國內(nèi)外與此標準相關的項目成果,歸納、總結(jié)目前煙草秸
稈生物有機肥生產(chǎn)技術的優(yōu)劣之處,形成《煙草秸稈生物有機肥生產(chǎn)技術指南》
(初稿)。
1.3.4征求意見
項目組結(jié)合相關數(shù)據(jù)和試驗驗證總結(jié),對標準初稿進行修改完善,完成了該
標準編制說明的起草工作,形成了標準征求意見稿。
2相關領域的國、內(nèi)外標準研究和制修訂情況
到目前為止,國外尚未查詢到有關煙草秸稈生物有機肥生產(chǎn)技術標準。
2002-2004年,農(nóng)業(yè)部先后制定頒布了《有機肥料》(NY525-2002)和《生
物有機肥》(NY884-2004)等農(nóng)業(yè)行業(yè)標準,對提升有機肥產(chǎn)品質(zhì)量,規(guī)范有機
肥行業(yè)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。隨著有機肥生產(chǎn)和應用技術的發(fā)展,原標準中的一
些內(nèi)容及指標需要修訂完善。2012年,在深入調(diào)研、收集資料、樣品測定與試
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驗驗證的基礎上,農(nóng)業(yè)部修訂發(fā)布了新的《有機肥料》(NY525-2012)和《生物
有機肥》(NY884-2012)等農(nóng)業(yè)行業(yè)標準。2016年,安徽省制定頒布了《秸稈生
物有機肥料》(DB34/T2739-2016)地方標準。2019年12月17日,國家市場監(jiān)
督管理總局、國家標準化管理委員會批準發(fā)布強制性國家標準《肥料中有毒有害
物質(zhì)的限量要求》(GB38400-2019),并于2020年7月1日起實施。2021年5
月,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部批準發(fā)布《有機肥料》(NY525-2012)農(nóng)業(yè)行業(yè)標準,新的《有
機肥料》標準將替代舊的《有機肥料》(NY525-2012),并于2021年6月1日起
實施。
項目組在標準制訂時,對上述標準進行了深入的分析和對比,進行一定程度
地借鑒和參考,某些共性的內(nèi)容盡量與上述標準保持一致,體現(xiàn)標準之間的協(xié)調(diào)
一致性。
3標準編制原則及主要內(nèi)容確定的依據(jù)
3.1標準適用范圍
本標準規(guī)定了煙草秸稈生物有機肥的術語和定義、生產(chǎn)流程、技術要求、質(zhì)
量控制、包裝、標志、運輸、貯存和檢驗規(guī)則。
本標準適用于以煙草秸稈為主要原料,經(jīng)建堆、注水、添加有機物料、腐熟
菌種和功能菌種等工序,經(jīng)發(fā)酵腐熟工藝制成的煙草秸稈生物有機肥。
3.2標準編制原則
煙草秸稈生物有機肥生產(chǎn)技術指南編制遵循“科學、實用、合理”的原則,
力爭做到應用可行性、技術適用性、實施科學性,既起到指導和規(guī)范煙草秸稈生
物有機肥生產(chǎn),又服務于煙草行業(yè)綠色發(fā)展的作用。
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3.3標準主要內(nèi)容確定的依據(jù)
3.3.1范圍的確定
緊密結(jié)合煙草秸稈生物有機肥生產(chǎn)技術特點和相關標準技術內(nèi)容,合理規(guī)定
了標準要求的內(nèi)容和適用范圍。
3.3.2規(guī)范性引用文件
梳理標準文本中規(guī)范性引用的標準等文件,按照GB/T1.1-2020的要求進行
有序羅列和表述。
3.3.3術語和定義
術語內(nèi)容的確立,是通過綜合調(diào)查資料,項目組成員共同研討而確定,既立
足術語本身又緊密結(jié)合本標準的實際特點。
3.3.4生產(chǎn)流程和技術要求
生產(chǎn)流程和技術要求是本標準的核心部分,主要內(nèi)容包括煙草秸稈組成成分
和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化規(guī)律、煙草秸稈發(fā)酵腐熟菌的篩選和組配、煙草秸稈生物有機肥安全
性、煙草秸稈生物有機肥生產(chǎn)工藝參數(shù)與流程、煙草秸稈生物有機肥的田間應用
等。主要指標的確定依據(jù)參見“《煙草秸稈生物有機肥生產(chǎn)技術指南》技術報告”。
3.3.4.1煙草秸稈組成成分分析
3.3.4.1.1不同作物秸稈的組分比較
經(jīng)過對煙草、玉米、水稻、小麥、大麥、燕麥、高粱的組分比較,煙草秸稈
干物質(zhì)、灰分、鉀、氯和氮含量適中,與其它秸稈差異不大,具備有機肥生產(chǎn)的
物質(zhì)基礎。煙草秸稈較其它秸稈的木質(zhì)素和纖維素偏高,說明煙草秸稈較禾本科
類秸稈發(fā)酵分解難度偏高。
3.3.4.1.2煙草秸稈組成成分分析
湖北省不同類型和地區(qū)煙草秸稈中有機碳含量相近,還原糖和總糖以烤煙、
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白肋煙和曬煙含量高,煙堿、氯和鉀含量差異不明顯;煙草秸稈礦質(zhì)元素鉀、鈣、
磷和鎂含量較高,硼、銅、鐵、錳、鈉和鋅含量較低,氨基酸含量烤煙>馬里蘭
煙>白肋煙>曬煙>香料煙;煙草秸稈重金屬均在生物有機肥限量標準范圍內(nèi),
適合作為生物有機肥原料。
3.3.4.2煙草秸稈生物有機肥養(yǎng)分釋放規(guī)律
3.3.4.2.1煙草秸稈生物有機肥模擬發(fā)酵研究
隨著模擬發(fā)酵時間的延長,煙草秸稈生物有機肥中各氨基酸組分的含量、氨
基酸總量和不同種類的有機酸均逐漸提高,說明煙草秸稈生物有機肥在發(fā)酵過程
中含氨基酸和有機酸組分能夠有效分解、釋放,且發(fā)酵時間越長,氨基酸和有機
酸組分釋放、分解越充分,越有利于作物生長發(fā)育。研究發(fā)現(xiàn)煙桿有機肥發(fā)酵
35天時,煙草秸稈生物有機肥中高級脂肪酸組分分解和釋放最為強烈。未腐熟
的煙草秸稈生物有機肥對種子發(fā)芽有抑制作用,經(jīng)過長時間充分發(fā)酵腐熟后,煙
草秸稈生物有機肥對種子發(fā)芽率的抑制作用降低,印證了煙煙草秸稈生物有機肥
充分發(fā)酵腐熟的必要性。
3.3.4.2.2煙草秸稈生物有機肥田間礦化研究
3.3.4.2.2.1碳素礦化動態(tài)變化
隨著土壤礦化時間的延長,煙草秸稈生物有機肥和商品有機肥處理的土壤有
機碳含量呈現(xiàn)逐漸增高趨勢,但對照土壤有機碳含量基本保持平穩(wěn),且在各個取
樣時期,煙草秸稈生物有機肥處理土壤有機碳含量均高于商品有機肥處理,說明
煙草秸稈生物有機肥對提高土壤有機質(zhì)含量、培肥土壤效果好于商品有機肥。
3.3.4.2.2.2氮素礦化動態(tài)變化
煙草秸稈生物有機肥處理土壤全氮含量大于商品有機肥處理,土壤有機氮的
礦化率小于商品有機肥處理,說明煙草秸稈生物有機肥氮的供應總量高于商品有
機肥,且釋放的有機形態(tài)氮轉(zhuǎn)換為無機形態(tài)氮的比例相對商品有機肥低,表明煙
草秸稈生物有機肥氮含量充足,但氮素轉(zhuǎn)化為無機形態(tài)氮的過程緩慢,有利于煙
桿生物有機肥氮素的持續(xù)穩(wěn)定供應,施用到煙田后,既能有效培肥土壤,也不會
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產(chǎn)生土壤供氮能力過高的現(xiàn)象。
3.3.4.3煙草秸稈發(fā)酵腐熟菌的篩選和組配
3.3.4.3.1纖維素降解菌株
(1)菌株篩選。經(jīng)過初篩、復篩,最后選取纖維素酶活較高的4株菌制備
復合菌劑,即細菌B4、B26,霉菌M1、M90。
(2)菌株鑒定。經(jīng)基因測序鑒定,菌株B4和B26為龍舌蘭芽胞桿菌(Bacillus
tequilensis)和枯草芽胞桿菌(Bacillussubtilis)。根據(jù)M1和M90的形態(tài)特征和
水浸片觀察,初步確定M1和M90均為黑曲霉(Aspergillusniger)。
(3)菌株配伍優(yōu)化。對不同配比的細菌和真菌的煙稈纖維素降解率檢測后
發(fā)現(xiàn),M1:M2:B4:B26在4:4:1:1的配比時,對煙稈纖維素的降解效果
最好。
(4)發(fā)酵效果。添加復合微生物菌劑加快了堆體升溫的速度,縮短了進入
高溫期的時間,并提高了堆體最高溫度,延長了高溫期的時間。添加復合微生物
菌劑可以明顯加速煙草秸稈中纖維素和半纖維素的降解,與對照相比其降解率分
別提高了68.80%和17.73%,而木質(zhì)素的降解與對照相比無明顯區(qū)別。堆肥末期,
煙草秸稈中纖維素和半纖維素的含量降至6%以下。
3.3.4.3.2木質(zhì)素降解菌株
(1)通過木質(zhì)素降解菌的復篩,得到木質(zhì)素降解酶活性較高的菌株S13和
S18,經(jīng)18srDNA鑒定出兩株菌分別為粗毛栓菌(Trametesgallica)S13和糙皮
側(cè)耳(Pleurotusostreatu)S18。
(2)利用堆肥過程中接種篩選的和實驗保存的纖維素降解菌(細菌B4、B26,
霉菌M1、M90)和木質(zhì)素降解菌(白腐菌S13、S18),通過測定堆體的溫度、
有機碳含量、全氮含量、水溶性銨態(tài)氮與水溶性硝態(tài)氮含量、前后堆體全鉀含量
變化、木質(zhì)纖維素含量等指標,驗證了木質(zhì)素降解菌在堆肥中對木質(zhì)素的降解能
力對堆肥腐熟的促進作用,成功獲得了煙草秸稈快速腐熟劑的配方。
(3)通過碳源實驗、氮源實驗、培養(yǎng)基無機鹽實驗、發(fā)酵初始pH、發(fā)酵初
始接種量、初始裝液量等條件的優(yōu)化,獲得S13和S18菌株最佳發(fā)酵培養(yǎng)基及
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培養(yǎng)條件。
3.3.4.3.3煙堿降解菌株
(1)篩選得到一株降解煙堿能力最好的菌株EA-17,經(jīng)過形態(tài)觀察、生理
生化試驗、16SrRNA全序列分析得到EA-17菌株為嗜組氨醇節(jié)桿菌
(Arthrobacterhistidinolovorans)。
(2)在初始煙堿含量為0.5-4g/L的發(fā)酵液中培養(yǎng)EA-17菌株24h,初始煙
堿含量為0.5g/L和1g/L的發(fā)酵液煙堿降解率分別為81.62%和71.36%,初始煙
堿含量為2g/L和4g/L的發(fā)酵液煙堿降解率更是達到了96.16%和95.63%。
(3)通過培養(yǎng)條件和培養(yǎng)基優(yōu)化試驗,得到適宜EA-17菌株生長的培養(yǎng)基
及培養(yǎng)條件。
3.3.4.4煙草秸稈生物有機肥安全性
3.3.4.4.1病毒血清學檢測
(1)不同溫度處理煙草秸稈原料及肥料酶聯(lián)免疫結(jié)果表明,對煙草秸稈原
料及肥料采用100℃以上的高溫消毒方式可取得殺滅病毒或抑制病毒活性的預
期結(jié)果。
(2)紫外線處理不同時間的煙草秸稈粉碎物及生物有機肥處理酶聯(lián)免疫結(jié)
果表明,煙草秸稈粉碎物和生物有機肥以及CK共12個樣本均檢測出了TMV、
CMV、PVX和PVY4種病毒??赡苡捎诜柿系念w粒過大,使得紫外線消毒效果
不佳。
(3)通過對煙草秸稈生物有機肥粗提液的病毒檢測,在原材料和不同發(fā)酵
階段的產(chǎn)品中沒有檢測到TMV、CMV、PVX、PVY4種病毒的存在。表明煙草
秸稈生物有機肥原材料經(jīng)消毒和發(fā)酵兩個過程,產(chǎn)品不攜帶病毒,在生產(chǎn)上應用
是安全的。
3.3.4.4.2盆栽傳毒試驗
煙草秸稈生物有機肥盆栽傳毒試驗結(jié)果顯示,煙草秸稈生物有機肥成品與復
合肥盆栽煙草生長正常,沒有發(fā)現(xiàn)病毒病、真菌和細菌病害的發(fā)生。根據(jù)煙草秸
稈生物有機肥的盆栽傳毒試驗結(jié)果,表明煙草秸稈生物有機肥在生產(chǎn)上應用是安
全的。
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3.3.4.4.3重金屬含量分析
(1)恩施煙區(qū)使用的生物有機肥重金屬含量均在安全范圍內(nèi)。同時,施用
生物有機肥后,土壤中重金屬含量除鎘外,大部分較對照有所降低。
(2)生物有機肥與土壤、生物有機肥與煙葉、土壤殘留與煙葉間重金屬鎘
含量相關性較低。
3.3.4.5煙草秸稈生物有機肥生產(chǎn)工藝參數(shù)與流程
3.3.4.5.1發(fā)酵菌生產(chǎn)工藝
煙草秸稈腐熟劑菌種包括纖維素降解霉菌、纖維素降解細菌以及煙堿降解菌。
其中纖維素降解霉菌包括黑曲霉(Aspergillusniger)M1及黑曲霉(Aspergillus
niger)M90,纖維素降解細菌包括龍舌蘭芽胞桿菌(Bacillustequilensis)B4和
枯草芽胞桿菌(Bacillussubtilis)B26,木質(zhì)素降解菌包括粗毛栓菌(Trametes
gallica)S13和糙皮側(cè)耳(Pleurotusostreatus)S18,煙堿降解菌為噬組氨醇節(jié)桿
菌(Arthrobacterhistidinolovorans)EA-17。開展不同菌株的制備技術研究,包括
霉菌培養(yǎng)技術、細菌培養(yǎng)技術。
3.3.4.5.2煙草秸稈生物有機肥生產(chǎn)工藝
(1)煙草秸稈收集與粉碎
收集干燥后的烤煙和白肋煙全株煙草秸稈,含煙桿和煙蔸兩個部分,粉碎至
粒度3~5mm,呈顆粒、絲或棒狀物。
(2)滅菌
將粉碎后的煙草秸稈輸送到消毒設備,溫度≥100℃,操作時間≥10min。
(3)堆肥
在滅菌后的煙草秸稈粉碎物堆積成條垛狀,堆體寬1.6m~2m,堆體高1.0
m~1.6m,長度視材料多少和場地大小而定。堆體堆制后,補充一定氮源,調(diào)節(jié)
碳氮比達到25~30;加水,混合均勻,保持堆體含水量在60%~65%。
(4)接種
把制備好的菌種,包括纖維素降解霉菌(M1和M90)、纖維素降解細菌(B4
和B26)、木質(zhì)素降解菌(S13和S18)、煙堿降解菌(EA-17),以0.2%(質(zhì)量比)
接種量接入準備好的堆體。
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(5)堆肥腐熟
堆體接菌后,適時進行翻堆,堆體原料變成褐色或黑褐色,無氨臭氣味,堆
積材料柔軟腐爛,用手拉捏極易斷碎時,初步判定發(fā)酵結(jié)束。共需發(fā)酵35d~40
d。
(6)添加功能菌
把制備好的目標功能菌種,以0.5%(質(zhì)量比)接種量接入腐熟好的堆肥中。
接種方法如下:擴培發(fā)酵后的細菌液,攪拌均勻,用水泵將其均勻的噴灑到堆體
上。
(7)成品包裝
把制備好的肥料按照產(chǎn)品包裝要求包裝成袋。
3.3.4.5.3原料及產(chǎn)品標準
制定了煙草秸稈收購標準、煙草秸稈加工標準和煙草秸稈生物有機肥產(chǎn)品標
準。
3.3.4.5.4煙草秸稈有機肥和煙草秸稈生物有機肥產(chǎn)品登記
獲得了有機肥料和生物有機肥登記證。
3.3.4.6煙草秸稈生物有機肥應用效果
3.3.4.6.1在煙葉生產(chǎn)上應用效果研究
3.3.4.6.1.1不同用量研究
試驗共設100%化肥、30%煙草秸稈生物有機肥替代化肥、50%煙草秸稈生
物有機肥替代化肥、70%煙草秸稈有機肥替代化肥、100%煙草秸稈生物有機肥5
個處理。
(1)施用煙草秸稈生物有機肥可以促進煙株中下部葉片開片,能夠提高煙
葉產(chǎn)量和產(chǎn)值,增加植煙效益,其中以施用30%和50%煙草秸稈生物有機肥效
果最好。
(2)施用煙草秸稈生物有機肥對上部和下部煙葉的增香效果明顯,其中以
30%替代和50%替代處理增香效果最好。
(3)經(jīng)過綜合比較,30%替代綜合效益最好,可以作為田間使用的指標。
3.3.4.6.1.2不同生物有機肥應用效果研究
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試驗共進行2年,共設煙草秸稈生物有機肥、餅肥、4種商品有機肥替代30%
總氮后的應用效果,100%化學肥料為對照。
(1)通過兩年的監(jiān)測表明,在煙葉生產(chǎn)上使用煙草秸稈生物有機肥是安全
的,同時應慎重選擇使用商品生物有機肥C,以減少煙葉重金屬污染的風險。
(2)施用煙草秸稈生物有機肥對促進株高和中上部葉片的開片有一定作用。
各處理比較,施用菜枯和煙草秸稈生物有機肥對煙株農(nóng)藝性狀的影響年度差異不
大,比較穩(wěn)定;施用其它生物有機肥的年度差異比較大,不穩(wěn)定。
(3)施用菜枯和煙草秸稈生物有機肥可以提高產(chǎn)量和產(chǎn)值;施用煙草秸稈
生物有機肥還能夠提高上中等煙比例。
(4)施用生物有機肥可以提高初烤煙葉中的總糖、還原糖和鉀含量,降低
初烤煙葉中的煙堿含量。
3.3.4.6.1.3煙草秸稈生物有機肥對植煙土壤生態(tài)的影響
(1)施用煙草秸稈生物有機肥能夠提高植煙土壤含水率,增強土壤的保水
能力。施用煙草秸稈生物有機肥能夠顯著提高土壤的有機質(zhì)和堿解氮含量。施用
煙草秸稈生物有機肥可以顯著提高土壤陽離子交換量,增強土壤緩沖能力和保肥
能力。施用煙草秸稈生物有機肥是解決土壤酸化問題的有效措施。施用煙草秸稈
生物有機肥可以改善土壤質(zhì)地和結(jié)構(gòu),增強植煙土壤的透氣性,有利于煙葉的健
康生長。
(2)施用煙草秸稈生物有機肥可改善土壤微生物種群,提升微生物數(shù)量。
煙草秸稈生物有機肥富含有機質(zhì),施入土壤增加了其能源物質(zhì),為微生物的生長
提供了豐富的碳源和氮源,刺激土壤中各種細菌的繁殖。煙草秸稈生物有機肥增
加了土壤中硝化細菌和氨化細菌的數(shù)量。硝化細菌和氨化細菌數(shù)量的增加,有利
于煙草對氮的吸收和利用。此外,煙草秸稈生物有機肥增加了土壤中放線菌數(shù)量,
放線菌可產(chǎn)生多種抗生素,抑制土壤中病原菌的生長,表明煙草秸稈生物有機肥
有利于提高烤煙根系土壤對病原菌的拮抗和抗病能力。
(3)煙草秸稈生物有機肥明顯提高了酸性磷酸酶和脲酶的活性,有利于改
善土壤內(nèi)部的營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán),促進煙草對土壤磷肥和氮肥的吸收和利用。
3.3.4.6.2在其它作物上應用效果研究
(1)大豆。共設5個處理,分別為20kg、30kg三元復合肥,40kg、60kg
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煙桿生物有機肥,CK為不施肥空白處理。各試驗處理平均畝產(chǎn)量為175.3-218.5
kg,最高為60kg煙草秸稈生物有機肥作底肥,施用煙草秸稈生物有機肥增產(chǎn)效
果高于三元復合肥。在大豆生產(chǎn)中用適量的煙草秸稈生物有機肥,增產(chǎn)效果顯著,
品質(zhì)提高。
(2)魔芋。共設50kg/畝復合肥、30kg/畝復合肥+20kg鉀肥、100kg/畝煙
草秸稈生物有機肥、60kg/畝煙草秸稈生物有機肥作底肥4個處理,CK為不施
肥空白對照。4
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