利用核桃青皮渣为主料制备生物有机肥及在葡萄上的应用

杨阳+汤小宁+张加魁+于向荣+苏玲+马建军

摘要：以物理挤压后的核桃青皮渣为原料，配以不同比例的食用菌菌渣和草木灰，接种不同微生物菌剂后，通过发酵处理，制备核桃青皮生物有机肥。设置两因素（物料配比、微生物菌剂）3水平正交试验，共计9个处理，进行堆肥发酵，完全腐熟后，分析不同处理生物有机肥的各项指标。结果表明：核桃青皮渣在原料中所占比例在40%～60%范围内，均有较好的发酵效果，各处理发酵后的有机肥有效活菌总数>1.1×108 cfu/g、有机质含量>64%、总养分含量（N+P2O5+K2O）>5%，均符合且优于生物有机肥行业（NY525—2012）标准，其中0.1%固体混合发酵菌剂B2组的A1B2、A2B2和A3B2处理组合发酵速度快、周期短，完成堆肥发酵总时间仅需23～25 d，且各项指标优于其它处理。田间肥效试验结果显示，A1B2、A2B2和A3B2基施肥处理的葡萄树体各项生理指标优于混合农家肥处理，与常规生物有机肥无显著性差异。

关键词：核桃青皮渣； 生物有机肥； 混合发酵菌剂；EM菌；光合菌；葡萄

中图分类号：S144.1：S663.1文献标识号：A文章编号：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.）為胡桃科胡桃属落叶乔木，世界四大干果之一，具有较高的营养及保健价值[1]。近年来，随着人们保健意识的增强，我国核桃栽培面积和总产量在逐年增加，截至2014年全国核桃栽培面积达554.78万公顷，总产量（干果）为271.37万吨[2]。核桃青皮，又称为青龙衣，是核桃外部一层厚厚的绿色果皮，含有多种次生代谢物质，可影响生态平衡[3]，在核桃采收期，田间、道边任意堆放的核桃青皮变黑变臭，污染周边环境。由于核桃青皮产量为核桃干果的4～5倍，那么如何来消耗近1 000万吨的核桃青皮，已成为科研人员亟需解决的首要问题。

有研究表明，核桃青皮具有较高的钾含量。钾作为“品质元素”，可显著提高植物品质，如烟草、马铃薯、小麦、甜菜、西瓜、葡萄等均为喜钾植物[4-6]。而食用菌菌渣含有丰富的蛋白质、有机物和多种矿质元素，可为作物提供平衡的氮、碳营养[5]。目前，有关核桃青皮的研究主要集中在有效活性物质的提取上[7]，大多采用溶剂提取、减压蒸馏、冷浸和热回流等方法，这些方法存在提取率低、能耗大等缺点，而对核桃青皮整体处理的研究和技术较少[8-10]，将其资源化的实践更少，不能从根本上解决污染问题。本研究以物理方法挤压核桃青皮后，利用核桃青皮渣混合食用菌菌渣，用草木灰调节pH值后接种微生物菌剂，制备的生物有机肥具有无污染、有机质含量高、钾含量高等优点，可有效改善土壤质量，提高土壤肥力水平，为目前农业生产提供一种绿色、安全、高效的生物有机肥，以及一种零添加、无污染的有机肥制备流程。

1材料与方法

1.1材料

新鲜核桃青皮渣：来自济南市仲宫镇核桃园村通过物理挤压后得到的鲜青皮渣。成分含量：鲜样含水量65%～70%，pH值4.5～5.0，碳水化合物27.9 g/kg、粗纤维57.2 g/kg、粗蛋白15.6 g/kg；烘干样品全氮含量3.2 g/kg、全磷1.6 g/kg、全钾36.8 g/kg、钙3.9 g/kg、镁0.8 g/kg、锌8.91 mg/kg、铁41.21 mg/kg、锰44.82 mg/kg、铜11.46 mg/kg。青皮渣鲜样中还含有丰富的VC和多种氨基酸。

食用菌菌渣：来自齐河某一食用菌生产基地，含水量40%，pH值约6.5，有机质46.7%；烘干样品氮含量16.3 g/kg，C/N为28∶1。

草木灰：来自佐田氏生物有限公司，含水量11%，pH值10～11，有机质9.01%，氮、磷、钾总养分含量约5.74%。

生物菌种：EM菌和光合菌种，来自山东农业大学生命科学学院。试验菌剂在试验室内制备。

混合发酵菌剂：来自济南益邦生物科技有限公司，有效活菌数≥108cfu/g，由质量百分数为40%绿色木霉、10%淡紫拟青霉、20%枯草芽孢杆菌、10%米曲霉、10%黑曲霉和10%酵母菌组成。

1.2仪器与设备

5 L 离位灭菌发酵罐（上海保兴BIOTECH-5BG）； 超净工作台（苏州净化）；生物安全柜（Hair）；恒温培养箱（LRH-250）；气浴恒温摇床；湿物料粉碎机（河南SCF600×600） 。

1.3方法

1.3.1工艺流程以核桃青皮渣为原料制备生物有机肥的工艺流程见图1。

1.3.2制备过程

（1）菌剂的制备

EM菌培养（100 kg）：用90℃以上的热水将100 L白桶消毒，然后将准备好的麦麸、硫酸铵、磷酸二氢钾、糖蜜倒入桶内，加开水搅拌至溶化，再加水至100 L，搅拌均匀，待水温降至35℃将EM菌种倒入白桶内，约一周左右即可培养好。

光合菌培养（100 kg）：操作前将双手清洗干净，按照配方称出所需试剂，依次将碳酸氢钠、氯化钠、丙酸钠、硫酸镁、磷酸二氢钾、方晶糖倒入清洗干净的白桶内，稍加水用木棍搅拌均匀至试剂溶解（注：酵母膏用温水溶解搅拌后方可倒入白桶内），向白桶内加入80 kg水搅拌均匀，再放入20 kg已培养好的菌种（注：需用白布将菌种过滤），搅拌均匀。

在桶内安装好灯泡接通电源，菌种适宜温度在28～32℃，每天搅拌4～5次（2～3 h搅拌一次），清理上面漂浮的杂质，整个过程一定要注意卫生，搅拌前双手清洗干净，木棍都要烫一下。15 d左右即可培养好。（注：若室温达不到要求，桶外部先用电热毯包住接通电源，再用毛毡包住。培养前几天可将电热毯调至高档，待温度提升后再调至低档。）

混合发酵菌剂：将混合发酵菌剂与麦麸按照重量比1∶4的比例稀释均匀。

（2）原料预处理与配比方案

用湿物料粉碎机分别将核桃青皮渣、食用菌菌渣粉碎至2～3 cm。按照表1进行原料配比试验处理设置，配方1、2、3分别标记为A1、A2、A3。

1.3.3有机肥田间肥效试验设置有机肥发酵完成后，选择最佳发酵处理组合，于2015年10月在济南泉城公园葡萄试验基地进行秋施基肥试验，试材及处理内容见表3。

表3田间肥效试验处理处理秋施基肥处理1A1B2组合发酵后的核桃青皮生物有机肥2A2B2组合发酵后的核桃青皮生物有机肥3A3B2组合发酵后的核桃青皮生物有机肥CK1常用生物有机肥CK2混合农家肥

1.3.4有机肥养分以及葡萄生理指标测定方法分别从各试验组随机多点采样（n≥6）进行有机肥常规养分指标测定，参照农业部颁布的生物有机肥NY525—2012标准。有机质含量测定采用重铬酸钾容量法[11]；氮采用凯氏定氮法；磷采用钒钼黄比色法[11]；钾采用火焰光度法[11]；水分测定采用真空烘箱法[11]；酸碱度测定用 pH计[11]；活菌总数测定采用稀释平皿计数法[12]。

净光合速率用 CIRAS-2 便携式光合测定系統（PPSystems，英国）测定。条件为：光量子通量密度为 1 000 μmol/（m2·s），参比室CO2浓度为（360±20）μmol/L，叶室温度为（25±0.5）℃；叶绿素含量采用比色法；可滴定酸采用滴定法；可溶性固形物采用手持糖度计测定。

1.4数据处理及分析方法

试验数据用Microsoft Excel 2007软件进行处理。采用SPSS 13.0进行方差分析， Duncans新复极差法进行结果的显著性检验。

2结果与分析

2.1制备生物有机肥过程中的相关指标确定

要保证发酵的顺利完成，根据生产中的物料水分要求，首先要确定物料的水分含量，本试验中按照3个原料配比方案混合均匀后，水分含量基本在50%～58%之间，其感官评判标准： 手抓有水分渗出，松开即散。其次，要保证有益菌生长的pH值范围，本研究中是通过添加不同比例的草木灰来完成pH值的调节，使3个处理的pH值在6.5～7.5范围内。当堆肥温度降到35℃以下时，停止翻堆，物料进入腐熟阶段。当物料呈现无臭味、黑褐色且堆内产生灰白色至灰绿色菌丝时，为完熟标准。

2.2不同处理堆肥发酵过程中的温度变化与完熟时间

不同接种处理的发酵温度及起始时间存在较大差异（图2），接种B2的3个配比处理升温速度快，其中以A1B2处理升温迅速，在第3 d时首先超过40℃，在第7 d就达到60℃，并且连续11 d始终保持在60～64℃，第17 d温度开始下降，到第23 d后基本维持在35℃以下，说明已经到达完熟阶段；接种B1的3个配比处理升温时间要晚于B2处理组，其中A1B1在第4 d温度超过40℃，在第10 d达到60℃，并且连续8 d始终保持在60℃，第18 d温度开始下降，到第25 d后基本维持在35℃以下；接种B3的3个配比处理发酵起始时间最晚，其中A1B3在第7 d温度超过40℃，在第11 d达到50℃，并且连续9 d始终保持在50～55℃，第21 d温度开始下降，到第29 d后基本维持在35℃以下。

接种相同菌种的不同物料配比处理间的升温速度，随核桃青皮渣比例的升高而逐渐减慢（图2）。以发酵升温较迅速的B2处理组为例，A1B2、A2B2、A3B2三个处理的发酵起始时间（≥40℃）的顺序为A1B2>A2B2>A3B2，其它接种处理组均有类似的规律。

2.3三种不同原料配比发酵周期及生物有机肥指标检测

试验结果（表4）显示，随着原料中核桃青皮渣比例的增加，发酵起始时间推迟，发酵周期延长。生物有机肥指标检测中，钾素含量增加，氮素含量减少。各处理有效活菌总数、有机质含量、总养分（N+P2O5+ K2O>5%）均符合且优于生物有机肥行业（NY525—2012）标准，其中0.1%固体混合发酵菌剂B2处理组A1B2、A2B2和A3B2的发酵速度快、周期短，完成堆肥发酵总时间短仅需23～25 d，且各项指标优于其它处理。

2.4田间肥效试验结果

2015年核桃青皮生物有机肥发酵结束后，选择发酵效果较好的一组处理A1B2、A2B2、A3B2，以常规生物有机肥（CK1）、混合农家肥（CK2）为对照， 于2015年10月在贵妃玫瑰葡萄上进行了田间秋施基肥试验处理，并于2016年6—7月进行各项指标测定。由表5看出，A1B2、A2B2、A3B2处理组的净光合速率、叶绿素含量、可溶性固形物等生理生化指标均显著高于CK2，与CK1数值差异较小。

3讨论与结论

本试验研究表明，核桃青皮渣与食用菌菌渣、草木灰为原料，接种适宜的微生物菌种，利用零添加、无污染的生产工艺，可制备绿色、安全、高效的生物有机肥。核桃青皮渣在原料中所占比例从40%～60%，均能很好地进行堆肥发酵，且与适当比例的辅料混配时，其水分和pH值不用重新调整就可符合发酵要求，简化了有机肥生产的工艺流程。

由于核桃青皮渣通过物理挤压后，含水量大，pH值偏低，透气性差，这些因素将直接影响发酵效果，而生产中菌种发酵有机肥的最适湿度为50%～60%，过高的含水量可影响堆肥的发酵速度和腐熟程度，且菌种适宜生长的pH值为6.0～8.5，偏酸环境会直接阻碍菌种繁殖甚至使其灭活，有机肥发酵菌种多是好氧型，透气性差的物料将很难使发酵快速高效进行。本试验以核桃青皮渣为主料，选择食用菌菌渣和草木灰为辅料，一方面起到调节水分的作用，另一方面食用菌菌渣可提高C/N，同时解决透气性问题，而草木灰可用来调节pH值，可实现资源再利用，且无添加人粪尿，可减少土壤重金属污染的危险。

有研究表明，核桃青皮渣粗纤维含量高约为18%[13]，将直接影響堆肥升温效果，延长发酵时间影响发酵效果，而接种B2的处理组（A1B2、A2B2和A3B2）所用的混合发酵菌剂含有40%绿色木霉，是粗纤维降解专用菌种，可有效迅速降解核桃青皮中的粗纤维，加快其腐熟速度，提高肥料品质。B1处理组（A1B1、A2B1和A3B1）前期也加入混合发酵菌剂，但由于添加比例低（0.05%），所以其升温较B2处理组慢，发酵周期延长。B3处理组（A1B3、A2B3和A3B3）由于没有接入绿色木霉，前期未完成粗纤维的降解，其发酵周期更长，发酵温度均未达到60℃，且发酵结束后仍能在堆肥中看到少许核桃青皮渣，发酵不彻底。说明采用核桃青皮渣生产生物有机肥时，接种的微生物菌种要含有一定量的粗纤维降解菌——绿色木霉。

葡萄为喜钾植物，本研究田间试验结果显示，A1B2、A2B2和A3B2处理组的生物有机肥钾含量≥3%，在葡萄园施用后，葡萄树体各项指标较好。本试验数据表明，通过该方法制备的生物有机肥，提高了肥料的稳定性，添加的各菌种间协同作用，可增强土壤酶活性，施入土壤后，能有效改善土壤质量，有利于耕作及作物根系的生长发育，延长肥效期，提高产量，改善品质。并且该方法制备的生物有机肥还含有较高的钾素，为生产上提供了一种高钾生物有机肥。本研究结果将核桃青皮渣资源化，既保护环境，又可提高经济效益，具有生态及经济双重效应。

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收稿日期：2017-05-27

基金项目：济宁市科技发展计划项目“谷氨酸废液农业综合利用技术集成及其生态效应研究”；潍坊科技学院校级课题（W14K013）

作者简介：张连秋，男，山东济宁人，高级农艺师，主要从事农业技术推广工作。

通讯作者：张敬敏（1975—），女，山东济宁人，博士，主要从事植物营养机理研究。E-mail：jmzhang1301@126.com