木醋液在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

彭冬梅，李明周，伍 恒，張 航，周 嶺

（塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

0 引言

農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，以及糧食加工過(guò)程中產(chǎn)生大量的廢棄物，包括纖維素、木質(zhì)素、花生殼、秸稈、玉米芯等[1]。由于巨大的產(chǎn)量會(huì)造成直接和間接的環(huán)境污染，近年來(lái)合理開(kāi)發(fā)應(yīng)用生物質(zhì)資源逐漸獲得關(guān)注。

生物質(zhì)具有可再生性，其原材料來(lái)源廣泛，低污染，是一種綠色材料。有研究表明，通過(guò)一定的工藝和設(shè)備可以將農(nóng)林廢棄物同時(shí)轉(zhuǎn)化為氣、炭、液等產(chǎn)品。液體產(chǎn)品即為木醋液。

木醋液廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域和行業(yè)。根據(jù)不同制備工藝、不同原料，可作為農(nóng)藥添加劑、堆肥促進(jìn)劑、土壤改良劑、植物生長(zhǎng)促進(jìn)劑、食品添加劑、除臭劑、保鮮劑和醫(yī)藥原料等。鑒于我國(guó)能源緊缺，生物質(zhì)資源的有效利用將是解決能源問(wèn)題的途徑之一。

1 木醋液的制備

木醋液是由生物質(zhì)高溫?zé)峤膺^(guò)程中經(jīng)冷凝回收得到的混合氣體，經(jīng)靜置或蒸餾處理除去大部分焦油和有害物質(zhì)后形成木醋液，無(wú)毒害，是無(wú)污染的天然物質(zhì)。制取木醋液的原料來(lái)源廣泛，樹(shù)枝、秸稈、木屑、農(nóng)林廢棄物等都可以作為木醋液的制取材料，如杏樹(shù)枝、沙棘枝干以及柞木等樹(shù)枝類；葵花秸稈、地瓜秸稈、花生秸稈等秸稈類材料；以及松子殼、酸棗核殼、苦杏殼、核桃殼等果殼類材料。同時(shí)木醋液的成分性質(zhì)與熱解時(shí)間、熱解溫度等條件密不可分[2]。

一般木醋液的制備分為粗制木醋液和精制木醋液。在原材料熱解過(guò)程當(dāng)中將煙氣冷凝回收的直接產(chǎn)物即粗制木醋液，但粗制木醋液當(dāng)中含有大量的木焦油成分，它會(huì)以浮游或沉淀的狀態(tài)摻雜在木醋液當(dāng)中；且由于化學(xué)成分復(fù)雜多變，含有易氧化、易聚合、易變色的化學(xué)成分，性質(zhì)極其不穩(wěn)定[3]；粗制木醋液中含有一定量的如苯酚等有害物質(zhì)，對(duì)人體和牲畜有一定的影響，樸哲等研究表明，經(jīng)過(guò)二次蒸餾和二次吸附的粗制木醋液樣品中幾乎檢測(cè)不到苯酚的成分[4]。

常用木醋液的精制處理方法有：靜置法、多層過(guò)濾法、活性炭吸附法、分配法、蒸餾法、有機(jī)溶劑萃取法、低溫冷凍解凍法、木瓜酶酶解法、電解法、等。有研究者將秸稈制取的粗木醋液依次經(jīng)過(guò)一級(jí)活性炭吸附和一級(jí)減壓蒸餾，靜置一段時(shí)間，將所收集的蒸餾液中間層再次經(jīng)過(guò)活性炭吸附和減壓蒸餾，靜置后采集第二蒸餾液中間層再采取三級(jí)活性炭吸附，采用臭氧或紫外光照處理，獲得所述精制木醋液，經(jīng)過(guò)精制去除有害成分，才能將木醋液應(yīng)用到化妝品、食品和醫(yī)藥等領(lǐng)域。

2 木醋液的成分與性質(zhì)

在木醋液的制取過(guò)程中，由于熱解時(shí)間、熱解溫度以及原材料等方面的差異，最終所收集的木醋液的成分與含量各不相同[5]。在木醋液中，乙酸的含量居多，除此之外還含有酮類化合物、酚類化合物、酯類、醛類和醇類等化合物，但是含量相對(duì)較少[6-7]。施琳等人制備苦杏殼木醋液多酚，證明了木醋液多酚具有很強(qiáng)的抗脂質(zhì)過(guò)氧化能力，可有效防止核桃油脂發(fā)生過(guò)氧化[8]。

高海霞等研究表明，木醋液共含有42種化學(xué)成分，其中酸類和酚類是木醋液的主要組成物質(zhì)，其中乙酸 （16.34%）和 2，6-二甲氧基苯酚（11.10%）相對(duì)含量較高，干燥的杜仲葉林枝木經(jīng)過(guò)無(wú)氧高溫?zé)峤膺^(guò)程中，經(jīng) E1（90—200℃）、E2（200—340 ℃）、E3（340—520 ℃）3 個(gè)溫度所處理的木醋液性質(zhì)差異明顯，其中pH值分別為3.34、2.36、3.86； 總酸含量分別為 4.75、13.38、3.56；折光率分別為 1.95、41.15、15.25[9]。

3 木醋液的應(yīng)用

3.1 生長(zhǎng)促進(jìn)劑

研究證明，木醋液對(duì)植物的根系生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用，尤其在種子的萌發(fā)過(guò)程中。經(jīng)木醋液浸種處理的白菜種子、茄子種子及西葫蘆種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)明顯提高，種子幼苗的干重和鮮重差異顯著[10-12]。有研究認(rèn)為，木醋液具有生長(zhǎng)素IAA基因類似的調(diào)節(jié)機(jī)制，可調(diào)節(jié)Aux/IAA1、Aux/I AA5等基因的表達(dá)，為木醋液的調(diào)節(jié)機(jī)制的研究提供了有效依據(jù)[13]。可能由于木醋液本身成分含量復(fù)雜多變，同時(shí)對(duì)植株產(chǎn)生抑制或促進(jìn)作用，因此作用機(jī)理相對(duì)復(fù)雜，具體的作用機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

3.2 提高產(chǎn)量和品質(zhì)

木醋液對(duì)水果蔬菜的質(zhì)量影響也不可忽視，木醋液的用量不同對(duì)植物果實(shí)的品質(zhì)的作用也不同。研究表明，木醋液的施用可以增加葡萄、玉米、草莓、甜瓜的糖度積累，改善蘋(píng)果樹(shù)、黑松的生長(zhǎng)狀況[14-17]。對(duì)棉花而言，木醋液不僅能夠促進(jìn)棉花種子萌發(fā)，而且可增加果枝臺(tái)數(shù)，提高棉花的纖維品質(zhì)，增加單鈴重和總鈴數(shù)，可有效提高棉花產(chǎn)量[18]。

還有研究表明,通過(guò)對(duì)蘋(píng)果、獼猴桃及西瓜進(jìn)行一定周期的木醋液噴施后，它們維生素C的含量都有明顯的提高，使西瓜和蘋(píng)果中的糖分增多，同時(shí)總酸含量有所下降，而獼猴桃的可滴定酸比重也大大減小[19-21]。適度的木醋液可增加西紅柿的株高，提高可溶性糖和維生素C的含量，從而促進(jìn)西紅柿的生長(zhǎng)及果實(shí)品質(zhì)的[22-23]提高。另外，有研究表明，木醋可影響苦瓜的生長(zhǎng)發(fā)育和提高黑木耳的產(chǎn)量[24-25]。

3.3 抑菌消毒

由于制取工藝、精致工藝及原材料的不同，木醋液的成分有也具有較大的差異，所以木醋液對(duì)不同細(xì)菌的抑制效果也有所不同，不同病原菌對(duì)同一種木醋液的耐受能力也具有差異性。毛巧芝等研究發(fā)現(xiàn)，木醋液制取過(guò)程中不同收集溫度所產(chǎn)生的木醋液對(duì)試驗(yàn)對(duì)象的5種植物病原菌和4種霉菌都具有抑制作用，170—370℃的木醋液對(duì)植物病原菌的抑菌作用最強(qiáng)。同時(shí)對(duì)4種霉菌的作用效果說(shuō)明，苦杏殼木醋液對(duì)霉菌具有選擇性的抑制作用，為開(kāi)發(fā)針對(duì)性的抑菌劑提供了有效基礎(chǔ)[26]。與此同時(shí)，易允喻等研究通過(guò)施加由苦杏殼提取的不同濃度木醋液時(shí)，將金黃色葡萄球菌和大腸桿菌作為指示菌，通過(guò)它們的存活曲線和死亡曲線分析得出木醋液對(duì)這兩種代表性的細(xì)菌的抑菌效果顯著[27]?？艹梢陨叫託樵暇频哪敬滓?，對(duì)6種供試細(xì)菌皆表現(xiàn)出抑菌活性，抑菌效果比對(duì)照品硫酸鏈霉素提高了1.6—1.7倍，最大抑菌圈直徑可達(dá)42.33 mm[28]。

3.4 病蟲(chóng)妨害

木醋液對(duì)于農(nóng)作物、水果、蔬菜、菌類等都具有良好的防病和防止蟲(chóng)害的作用?？捎行Х乐胃涕兕惥G斑病和蘋(píng)果斑點(diǎn)落葉病[29]。徐巖巖等通過(guò)田間試驗(yàn)證明除去了木焦油及有害物質(zhì)的適宜濃度的精制山杏殼木醋液可顯著抑制引起平菇細(xì)菌性褐斑病的托拉斯假單胞桿菌，同時(shí)促進(jìn)平菇菌絲的生長(zhǎng)[30]。

木醋液的原料來(lái)源廣泛，不同原料所制得的木醋對(duì)于不同的害蟲(chóng)的防治效果顯著卻也有所差異。馮晨等研究得出舞毒蛾幼蟲(chóng)1—2齡是使用木醋液防治的最佳時(shí)期，使用松木屑木醋液后24 h是比較適宜的松木屑木醋液殺蟲(chóng)活性起效時(shí)間。20%體積的松木屑木醋液水溶液，在24 h校正死亡率超過(guò)半數(shù)致死率達(dá)到53.33%[31]。崔義等應(yīng)用木醋液及其混合復(fù)配物噴霧法進(jìn)行殺蟲(chóng)試驗(yàn)，研究結(jié)果表明，1 mL木醋液藥液1次噴霧，松木屑木醋液與樟子松、黑皮油松混合鮮針葉精油復(fù)配溶液對(duì)黃粉蟲(chóng)幼蟲(chóng)的殺蟲(chóng)效果第1 d即達(dá)到100%。其他復(fù)配液及精制松木屑木醋液均對(duì)黃粉蟲(chóng)幼蟲(chóng)的生長(zhǎng)具有抑制作用[32]，對(duì)石榴根結(jié)線蟲(chóng)病和番茄根結(jié)線蟲(chóng)病也有防治效果[33]。

3.5 土壤改良

我國(guó)在1954年就開(kāi)始有關(guān)于木醋液制取的相關(guān)報(bào)道，直至1986年木醋液應(yīng)用與土壤改良才被人逐漸的認(rèn)識(shí)并重視?，F(xiàn)今木醋液被廣泛應(yīng)用在土壤改良方面，有研究者表明木醋液的單一成分對(duì)于土壤的性質(zhì)沒(méi)有顯著的效果，由此可以說(shuō)明是由于木醋液多種成分共同作用的結(jié)果?？梢杂行У母纳仆寥赖奈锢硇再|(zhì)、化學(xué)性質(zhì)以及生物學(xué)性質(zhì)。木醋液的施加可以改變土壤團(tuán)粒級(jí)別構(gòu)成情況，促使大團(tuán)聚體的形成，改善土壤的孔隙結(jié)構(gòu)，起到疏松土壤的作用，有利于土壤養(yǎng)分的有效保存，防止養(yǎng)分流失，更有效的保持水分，為土壤當(dāng)中的微生物提供了良好的棲息空間。木醋液在改變土壤物理性質(zhì)的同時(shí)對(duì)土壤當(dāng)中的酶活性具有一定的積極作用[34]。有研究者證明，添加了木醋液的土壤中0.25 mm的土壤團(tuán)聚體顆粒數(shù)量增多，這一級(jí)別團(tuán)聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)與對(duì)照相比有所提高。同時(shí)隨著稀釋倍數(shù)的增加，＞0.25 mm的團(tuán)聚體呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)[35]。另一方面，有研究證明木醋液可以防止土壤水分的擴(kuò)散，對(duì)水分的轉(zhuǎn)移造成一定的阻礙作用，在水分運(yùn)移的垂直方向上效果更為顯著，水分保持在一定區(qū)域不過(guò)快流失[36]。

木醋液在施加到土壤的過(guò)程當(dāng)中對(duì)土壤的化學(xué)性質(zhì)具有影響，早在1999年，潘永亮將木醋液與木炭按照一定比例混合施加到土壤中，得出木醋液有效改善了土壤的酸堿度，為土壤提供了一定的微量元素[37]。木醋液可以提高土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀的含量[38]，對(duì)土壤當(dāng)中的離子和微量元素具有一定的調(diào)節(jié)作用；申健等研究通過(guò)在藍(lán)莓的栽培土中添加木醋液的試驗(yàn)得出上述結(jié)論，并且木醋液對(duì)土壤的pH值降低效果很明顯，對(duì)土壤改良起到了促進(jìn)作用[39]。張亞蘭等研究者將木醋液應(yīng)用于鹽堿土的改良證明木醋液可顯著地降低土壤的pH值[40-41]。王遠(yuǎn)蘭通過(guò)試驗(yàn)研究得出，木醋液對(duì)西瓜和甜瓜的種植區(qū)土壤中的微量元素的作用效果不同，有效Zn含量差異顯著[42]。說(shuō)明木醋液對(duì)不同地區(qū)、不同作用植株以及不同的施加時(shí)間的土壤理化性質(zhì)的改變指標(biāo)也不盡相同，是由多種成分的混合物共同作用的結(jié)果。但都足以說(shuō)明木醋液對(duì)土壤的理化性質(zhì)具有顯著的效果。

木醋液施加到土壤當(dāng)中可以提高微生物的數(shù)量，更迅速的激活土壤微生物[43-45]，為微生物提供所需要的營(yíng)養(yǎng)，同時(shí)對(duì)于土壤當(dāng)中的酶活性具有提高作用[46]；高濃度的木醋液反而會(huì)使部分微生物活性和部分酶活性受到抑制[47-48]。

3.6 保鮮劑和抗氧化劑

1989年，國(guó)外已經(jīng)將木醋液應(yīng)用于新鮮的魚(yú)類和肉類的保存，并證明木醋液具有殺菌和抗氧化的作用[49]。隨著人們對(duì)于木醋液研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)木醋液對(duì)鮮花的保鮮及水果的運(yùn)輸及貯藏起到了特殊的作用。薛桂新等研究證明，用濃度5 g/L的木醋液處理桃，能很好地減緩失水，從而延長(zhǎng)桃的保鮮期[50]。此濃度的木醋液對(duì)櫻桃和西紅柿具有相同效果，可有效降低失水率和腐爛率[51]。薛桂新以不同濃度的木醋液作為麝香百合的保鮮液，測(cè)驗(yàn)結(jié)果表明，3.4 g/L的木醋液對(duì)延長(zhǎng)花的盛放期、抑制過(guò)氧化物的活性、延長(zhǎng)鮮花的保鮮期有顯著作用[52]。

3.7 堆肥發(fā)酵及除臭劑

1965年，日本開(kāi)始木醋液相關(guān)的研究[53]，之后不斷地將木醋液應(yīng)用于新的領(lǐng)域[54-55]。韓杰將木醋液與生物炭混合后喂食仔豬后發(fā)現(xiàn)，可有效降低幼豬糞便中氨氣、硫化氫氣體的排放[56]。顏海龍等使用蘋(píng)果木醋也證明了木醋液能有效的降解畜禽糞便的臭氣[57]。在堆肥過(guò)程中木醋液也起到了積極作用，將木醋液添加到不同的堆料當(dāng)中所產(chǎn)生的的影響也不相同，有研究表明，木醋液的添加可以降低堆肥升溫時(shí)間、提高發(fā)酵溫度、加快堆料腐熟[58-61]，王磊元等研究證明，木醋液使牛糞堆肥過(guò)程中熱傳遞更加均勻化，使硝態(tài)氮及銨態(tài)氮成分有所增加，有效抑制了甲烷氣體和二氧化碳?xì)怏w的排放[62-63]。

4 結(jié)論

隨著國(guó)家生產(chǎn)方式的發(fā)展和人們健康生活的觀念以及國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推進(jìn)，生物質(zhì)能源的發(fā)展將受到廣泛的認(rèn)同，與此同時(shí)木醋液作為無(wú)污染、可再生的綠色材料，它的研究開(kāi)發(fā)也將受到各行各業(yè)的重視，但是由于影響其成分的因素眾多，木醋液本身化學(xué)成分種類復(fù)雜，且極易分解，因此，木醋液的具體有效成分和作用機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

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