楊陽+湯小寧+張加魁+于向榮+蘇玲+馬建軍

摘要：以物理擠壓后的核桃青皮渣為原料，配以不同比例的食用菌菌渣和草木灰，接種不同微生物菌劑后，通過發(fā)酵處理，制備核桃青皮生物有機肥。設置兩因素（物料配比、微生物菌劑）3水平正交試驗，共計9個處理，進行堆肥發(fā)酵，完全腐熟后，分析不同處理生物有機肥的各項指標。結果表明：核桃青皮渣在原料中所占比例在40%～60%范圍內，均有較好的發(fā)酵效果，各處理發(fā)酵后的有機肥有效活菌總數(shù)>1.1×108 cfu/g、有機質含量>64%、總養(yǎng)分含量（N+P2O5+K2O）>5%，均符合且優(yōu)于生物有機肥行業(yè)（NY525—2012）標準，其中0.1%固體混合發(fā)酵菌劑B2組的A1B2、A2B2和A3B2處理組合發(fā)酵速度快、周期短，完成堆肥發(fā)酵總時間僅需23～25 d，且各項指標優(yōu)于其它處理。田間肥效試驗結果顯示，A1B2、A2B2和A3B2基施肥處理的葡萄樹體各項生理指標優(yōu)于混合農家肥處理，與常規(guī)生物有機肥無顯著性差異。

關鍵詞：核桃青皮渣； 生物有機肥； 混合發(fā)酵菌劑；EM菌；光合菌；葡萄

中圖分類號：S144.1：S663.1文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2017）11-0086-05

Preparation of Bio-organic Fertilizer with Green Walnut

Residues as Raw Materials and Its Application on Grape

Yang Yang， Tang Xiaoning， Zhang Jiakui， Yu Xiangrong， Su Ling， Ma Jianjun

（Shandong Academy of Grape， Jinan 250000， China）

AbstractTaking green walnut residues after physical extrusion as raw materials， together with different proportions of edible fungi slags and ashes， the bio-organic fertilizer was prepared by inoculating with different microbial agents in fermentation process. In this study， the orthogonal test with two factors （material ratio and microbial agent） and three levels was set up. A total of 9 treatments were made to conduct composting fermentation. After the bio-organic fertilizer completely ripened， each index of different treatments were analyzed. The results showed that when the proportion of green walnut residues accounted for 40%～60% in the raw materials， the effect of fermentation was better with a total of over 1.1×108 cfu/g effective bacteria， over 64% organic matter content and a total of over 5% nutrient （N+P2O5+K2O）， which were consistent with and even better than the standards of bio-organic fertilizer industry （NY525-2012）. Among them， the A1B2， A2B2 and A3B2 treatment groups with 0.1% solid mixed-fermenting agent B2 had fast fermentation rate and short cycle. The composting fermentation completed in 23～25 days and the indicators were all better than other treatments. The results of field fertilizer experiment indicated that each physiological index of grape body in basal application of A1B2， A2B2 and A3B2 treatments was better than that of mixed farmyard manure treatment， and had no significant difference with conventional biological organic fertilizer treatment.

KeywordsGreen walnut residues； Bio-organic fertilizer； Mixed fermenting agent； EM bacteria； Photosynthetic bacteria； Grape

核桃（Juglans regia L.）為胡桃科胡桃屬落葉喬木，世界四大干果之一，具有較高的營養(yǎng)及保健價值[1]。近年來，隨著人們保健意識的增強，我國核桃栽培面積和總產量在逐年增加，截至2014年全國核桃栽培面積達554.78萬公頃，總產量（干果）為271.37萬噸[2]。核桃青皮，又稱為青龍衣，是核桃外部一層厚厚的綠色果皮，含有多種次生代謝物質，可影響生態(tài)平衡[3]，在核桃采收期，田間、道邊任意堆放的核桃青皮變黑變臭，污染周邊環(huán)境。由于核桃青皮產量為核桃干果的4～5倍，那么如何來消耗近1 000萬噸的核桃青皮，已成為科研人員亟需解決的首要問題。

有研究表明，核桃青皮具有較高的鉀含量。鉀作為“品質元素”，可顯著提高植物品質，如煙草、馬鈴薯、小麥、甜菜、西瓜、葡萄等均為喜鉀植物[4-6]。而食用菌菌渣含有豐富的蛋白質、有機物和多種礦質元素，可為作物提供平衡的氮、碳營養(yǎng)[5]。目前，有關核桃青皮的研究主要集中在有效活性物質的提取上[7]，大多采用溶劑提取、減壓蒸餾、冷浸和熱回流等方法，這些方法存在提取率低、能耗大等缺點，而對核桃青皮整體處理的研究和技術較少[8-10]，將其資源化的實踐更少，不能從根本上解決污染問題。本研究以物理方法擠壓核桃青皮后，利用核桃青皮渣混合食用菌菌渣，用草木灰調節(jié)pH值后接種微生物菌劑，制備的生物有機肥具有無污染、有機質含量高、鉀含量高等優(yōu)點，可有效改善土壤質量，提高土壤肥力水平，為目前農業(yè)生產提供一種綠色、安全、高效的生物有機肥，以及一種零添加、無污染的有機肥制備流程。

1材料與方法

1.1材料

新鮮核桃青皮渣：來自濟南市仲宮鎮(zhèn)核桃園村通過物理擠壓后得到的鮮青皮渣。成分含量：鮮樣含水量65%～70%，pH值4.5～5.0，碳水化合物27.9 g/kg、粗纖維57.2 g/kg、粗蛋白15.6 g/kg；烘干樣品全氮含量3.2 g/kg、全磷1.6 g/kg、全鉀36.8 g/kg、鈣3.9 g/kg、鎂0.8 g/kg、鋅8.91 mg/kg、鐵41.21 mg/kg、錳44.82 mg/kg、銅11.46 mg/kg。青皮渣鮮樣中還含有豐富的VC和多種氨基酸。

食用菌菌渣：來自齊河某一食用菌生產基地，含水量40%，pH值約6.5，有機質46.7%；烘干樣品氮含量16.3 g/kg，C/N為28∶1。

草木灰：來自佐田氏生物有限公司，含水量11%，pH值10～11，有機質9.01%，氮、磷、鉀總養(yǎng)分含量約5.74%。

生物菌種：EM菌和光合菌種，來自山東農業(yè)大學生命科學學院。試驗菌劑在試驗室內制備。

混合發(fā)酵菌劑：來自濟南益邦生物科技有限公司，有效活菌數(shù)≥108cfu/g，由質量百分數(shù)為40%綠色木霉、10%淡紫擬青霉、20%枯草芽孢桿菌、10%米曲霉、10%黑曲霉和10%酵母菌組成。

1.2儀器與設備

5 L 離位滅菌發(fā)酵罐（上海保興BIOTECH-5BG）； 超凈工作臺（蘇州凈化）；生物安全柜（Hair）；恒溫培養(yǎng)箱（LRH-250）；氣浴恒溫搖床；濕物料粉碎機（河南SCF600×600） 。

1.3方法

1.3.1工藝流程以核桃青皮渣為原料制備生物有機肥的工藝流程見圖1。

1.3.2制備過程

（1）菌劑的制備

EM菌培養(yǎng)（100 kg）：用90℃以上的熱水將100 L白桶消毒，然后將準備好的麥麩、硫酸銨、磷酸二氫鉀、糖蜜倒入桶內，加開水攪拌至溶化，再加水至100 L，攪拌均勻，待水溫降至35℃將EM菌種倒入白桶內，約一周左右即可培養(yǎng)好。

光合菌培養(yǎng)（100 kg）：操作前將雙手清洗干凈，按照配方稱出所需試劑，依次將碳酸氫鈉、氯化鈉、丙酸鈉、硫酸鎂、磷酸二氫鉀、方晶糖倒入清洗干凈的白桶內，稍加水用木棍攪拌均勻至試劑溶解（注：酵母膏用溫水溶解攪拌后方可倒入白桶內），向白桶內加入80 kg水攪拌均勻，再放入20 kg已培養(yǎng)好的菌種（注：需用白布將菌種過濾），攪拌均勻。

在桶內安裝好燈泡接通電源，菌種適宜溫度在28～32℃，每天攪拌4～5次（2～3 h攪拌一次），清理上面漂浮的雜質，整個過程一定要注意衛(wèi)生，攪拌前雙手清洗干凈，木棍都要燙一下。15 d左右即可培養(yǎng)好。（注：若室溫達不到要求，桶外部先用電熱毯包住接通電源，再用毛氈包住。培養(yǎng)前幾天可將電熱毯調至高檔，待溫度提升后再調至低檔。）

混合發(fā)酵菌劑：將混合發(fā)酵菌劑與麥麩按照重量比1∶4的比例稀釋均勻。

（2）原料預處理與配比方案

用濕物料粉碎機分別將核桃青皮渣、食用菌菌渣粉碎至2～3 cm。按照表1進行原料配比試驗處理設置，配方1、2、3分別標記為A1、A2、A3。

1.3.3有機肥田間肥效試驗設置有機肥發(fā)酵完成后，選擇最佳發(fā)酵處理組合，于2015年10月在濟南泉城公園葡萄試驗基地進行秋施基肥試驗，試材及處理內容見表3。

表3田間肥效試驗處理處理秋施基肥處理1A1B2組合發(fā)酵后的核桃青皮生物有機肥2A2B2組合發(fā)酵后的核桃青皮生物有機肥3A3B2組合發(fā)酵后的核桃青皮生物有機肥CK1常用生物有機肥CK2混合農家肥

1.3.4有機肥養(yǎng)分以及葡萄生理指標測定方法分別從各試驗組隨機多點采樣（n≥6）進行有機肥常規(guī)養(yǎng)分指標測定，參照農業(yè)部頒布的生物有機肥NY525—2012標準。有機質含量測定采用重鉻酸鉀容量法[11]；氮采用凱氏定氮法；磷采用釩鉬黃比色法[11]；鉀采用火焰光度法[11]；水分測定采用真空烘箱法[11]；酸堿度測定用 pH計[11]；活菌總數(shù)測定采用稀釋平皿計數(shù)法[12]。

凈光合速率用 CIRAS-2 便攜式光合測定系統(tǒng)（PPSystems，英國）測定。條件為：光量子通量密度為 1 000 μmol/（m2·s），參比室CO2濃度為（360±20）μmol/L，葉室溫度為（25±0.5）℃；葉綠素含量采用比色法；可滴定酸采用滴定法；可溶性固形物采用手持糖度計測定。

1.4數(shù)據(jù)處理及分析方法

試驗數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2007軟件進行處理。采用SPSS 13.0進行方差分析， Duncans新復極差法進行結果的顯著性檢驗。

2結果與分析

2.1制備生物有機肥過程中的相關指標確定

要保證發(fā)酵的順利完成，根據(jù)生產中的物料水分要求，首先要確定物料的水分含量，本試驗中按照3個原料配比方案混合均勻后，水分含量基本在50%～58%之間，其感官評判標準： 手抓有水分滲出，松開即散。其次，要保證有益菌生長的pH值范圍，本研究中是通過添加不同比例的草木灰來完成pH值的調節(jié)，使3個處理的pH值在6.5～7.5范圍內。當堆肥溫度降到35℃以下時，停止翻堆，物料進入腐熟階段。當物料呈現(xiàn)無臭味、黑褐色且堆內產生灰白色至灰綠色菌絲時，為完熟標準。

2.2不同處理堆肥發(fā)酵過程中的溫度變化與完熟時間

不同接種處理的發(fā)酵溫度及起始時間存在較大差異（圖2），接種B2的3個配比處理升溫速度快，其中以A1B2處理升溫迅速，在第3 d時首先超過40℃，在第7 d就達到60℃，并且連續(xù)11 d始終保持在60～64℃，第17 d溫度開始下降，到第23 d后基本維持在35℃以下，說明已經到達完熟階段；接種B1的3個配比處理升溫時間要晚于B2處理組，其中A1B1在第4 d溫度超過40℃，在第10 d達到60℃，并且連續(xù)8 d始終保持在60℃，第18 d溫度開始下降，到第25 d后基本維持在35℃以下；接種B3的3個配比處理發(fā)酵起始時間最晚，其中A1B3在第7 d溫度超過40℃，在第11 d達到50℃，并且連續(xù)9 d始終保持在50～55℃，第21 d溫度開始下降，到第29 d后基本維持在35℃以下。

接種相同菌種的不同物料配比處理間的升溫速度，隨核桃青皮渣比例的升高而逐漸減慢（圖2）。以發(fā)酵升溫較迅速的B2處理組為例，A1B2、A2B2、A3B2三個處理的發(fā)酵起始時間（≥40℃）的順序為A1B2>A2B2>A3B2，其它接種處理組均有類似的規(guī)律。

2.3三種不同原料配比發(fā)酵周期及生物有機肥指標檢測

試驗結果（表4）顯示，隨著原料中核桃青皮渣比例的增加，發(fā)酵起始時間推遲，發(fā)酵周期延長。生物有機肥指標檢測中，鉀素含量增加，氮素含量減少。各處理有效活菌總數(shù)、有機質含量、總養(yǎng)分（N+P2O5+ K2O>5%）均符合且優(yōu)于生物有機肥行業(yè)（NY525—2012）標準，其中0.1%固體混合發(fā)酵菌劑B2處理組A1B2、A2B2和A3B2的發(fā)酵速度快、周期短，完成堆肥發(fā)酵總時間短僅需23～25 d，且各項指標優(yōu)于其它處理。

2.4田間肥效試驗結果

2015年核桃青皮生物有機肥發(fā)酵結束后，選擇發(fā)酵效果較好的一組處理A1B2、A2B2、A3B2，以常規(guī)生物有機肥（CK1）、混合農家肥（CK2）為對照， 于2015年10月在貴妃玫瑰葡萄上進行了田間秋施基肥試驗處理，并于2016年6—7月進行各項指標測定。由表5看出，A1B2、A2B2、A3B2處理組的凈光合速率、葉綠素含量、可溶性固形物等生理生化指標均顯著高于CK2，與CK1數(shù)值差異較小。

3討論與結論

本試驗研究表明，核桃青皮渣與食用菌菌渣、草木灰為原料，接種適宜的微生物菌種，利用零添加、無污染的生產工藝，可制備綠色、安全、高效的生物有機肥。核桃青皮渣在原料中所占比例從40%～60%，均能很好地進行堆肥發(fā)酵，且與適當比例的輔料混配時，其水分和pH值不用重新調整就可符合發(fā)酵要求，簡化了有機肥生產的工藝流程。

由于核桃青皮渣通過物理擠壓后，含水量大，pH值偏低，透氣性差，這些因素將直接影響發(fā)酵效果，而生產中菌種發(fā)酵有機肥的最適濕度為50%～60%，過高的含水量可影響堆肥的發(fā)酵速度和腐熟程度，且菌種適宜生長的pH值為6.0～8.5，偏酸環(huán)境會直接阻礙菌種繁殖甚至使其滅活，有機肥發(fā)酵菌種多是好氧型，透氣性差的物料將很難使發(fā)酵快速高效進行。本試驗以核桃青皮渣為主料，選擇食用菌菌渣和草木灰為輔料，一方面起到調節(jié)水分的作用，另一方面食用菌菌渣可提高C/N，同時解決透氣性問題，而草木灰可用來調節(jié)pH值，可實現(xiàn)資源再利用，且無添加人糞尿，可減少土壤重金屬污染的危險。

有研究表明，核桃青皮渣粗纖維含量高約為18%[13]，將直接影響堆肥升溫效果，延長發(fā)酵時間影響發(fā)酵效果，而接種B2的處理組（A1B2、A2B2和A3B2）所用的混合發(fā)酵菌劑含有40%綠色木霉，是粗纖維降解專用菌種，可有效迅速降解核桃青皮中的粗纖維，加快其腐熟速度，提高肥料品質。B1處理組（A1B1、A2B1和A3B1）前期也加入混合發(fā)酵菌劑，但由于添加比例低（0.05%），所以其升溫較B2處理組慢，發(fā)酵周期延長。B3處理組（A1B3、A2B3和A3B3）由于沒有接入綠色木霉，前期未完成粗纖維的降解，其發(fā)酵周期更長，發(fā)酵溫度均未達到60℃，且發(fā)酵結束后仍能在堆肥中看到少許核桃青皮渣，發(fā)酵不徹底。說明采用核桃青皮渣生產生物有機肥時，接種的微生物菌種要含有一定量的粗纖維降解菌——綠色木霉。

葡萄為喜鉀植物，本研究田間試驗結果顯示，A1B2、A2B2和A3B2處理組的生物有機肥鉀含量≥3%，在葡萄園施用后，葡萄樹體各項指標較好。本試驗數(shù)據(jù)表明，通過該方法制備的生物有機肥，提高了肥料的穩(wěn)定性，添加的各菌種間協(xié)同作用，可增強土壤酶活性，施入土壤后，能有效改善土壤質量，有利于耕作及作物根系的生長發(fā)育，延長肥效期，提高產量，改善品質。并且該方法制備的生物有機肥還含有較高的鉀素，為生產上提供了一種高鉀生物有機肥。本研究結果將核桃青皮渣資源化，既保護環(huán)境，又可提高經濟效益，具有生態(tài)及經濟雙重效應。

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收稿日期：2017-05-27

基金項目：濟寧市科技發(fā)展計劃項目“谷氨酸廢液農業(yè)綜合利用技術集成及其生態(tài)效應研究”；濰坊科技學院校級課題（W14K013）

作者簡介：張連秋，男，山東濟寧人，高級農藝師，主要從事農業(yè)技術推廣工作。

通訊作者：張敬敏（1975—），女，山東濟寧人，博士，主要從事植物營養(yǎng)機理研究。E-mail：jmzhang1301@126.com