果實(shí)發(fā)酵液作為肥料的功效研究進(jìn)展

趙倩彥, 姚允聰, 閆 靜, 姬謙龍*

1.北京農(nóng)學(xué)院生物科學(xué)與工程學(xué)院, 北京 102206;2.北京農(nóng)學(xué)院植物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 北京 102206

果實(shí)發(fā)酵液作為肥料的功效研究進(jìn)展

趙倩彥1, 姚允聰2, 閆 靜1, 姬謙龍1*

1.北京農(nóng)學(xué)院生物科學(xué)與工程學(xué)院, 北京 102206;2.北京農(nóng)學(xué)院植物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 北京 102206

果實(shí)發(fā)酵液作為一種天然無公害植物源營養(yǎng)制劑，深受人們的青睞，介紹了果實(shí)發(fā)酵液的概念、營養(yǎng)組分及施用后對植物的各種功效和對土壤的改善作用。最后通過與一般的植物肥料進(jìn)行比較，分析了使用果實(shí)發(fā)酵液作為植物肥料的優(yōu)勢以及存在的問題，并對新型有機(jī)肥的研究提出了對策建議。

果實(shí)發(fā)酵液；肥料；功效

果實(shí)發(fā)酵液主要是以生理落果、人工疏果、采前落果及殘次果實(shí)等無商品價(jià)值的果實(shí)作為發(fā)酵材料，引入酵素與碳源，經(jīng)快速發(fā)酵制成的植物源營養(yǎng)制劑[1]。來源于植物的有機(jī)制劑最早起源于日本和韓國[2]，現(xiàn)如今，世界各國開始對農(nóng)藥的代替品進(jìn)行廣泛的探索。由于在發(fā)酵過程中除了酵素外不添加任何化學(xué)成分，符合有機(jī)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)要求，因此，近年來我國的一些高校和技術(shù)研究部門也紛紛開展植物源營養(yǎng)、殺蟲抑菌制劑的研制和推廣應(yīng)用。國內(nèi)外關(guān)于植物發(fā)酵液對人體的功效方面的報(bào)道較多，研究認(rèn)為植物發(fā)酵液提取物對人體具有抗癌、減肥、抗氧化和降血壓等方面的功效[3,4]。而關(guān)于其對植物功效的研究現(xiàn)狀和進(jìn)展卻很少涉及。植物發(fā)酵液對植物的作用主要在于促進(jìn)植物生長發(fā)育、改善果實(shí)品質(zhì)和土壤性質(zhì)、提高作物產(chǎn)量，對病原菌也有一定的抗性作用[5,6]。由于果樹本體(花、果實(shí)等)或其他植物幼嫩組織經(jīng)提取、發(fā)酵制得的植物源營養(yǎng)液具有制作工藝簡單、易操作、成本低等優(yōu)點(diǎn)[7]，因而在有機(jī)果品的生產(chǎn)上被廣泛應(yīng)用。從資源角度講，是對殘次落果廢棄資源的再利用；從病蟲害的角度來看，果園中的殘次爛果和生理落果若不及時(shí)處理，不僅提供病菌的藏身之地，而且會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。本文綜述了果實(shí)發(fā)酵液的營養(yǎng)組分及其對植物的各種功效和對土壤的改善作用，并分析了使用果實(shí)發(fā)酵液作為植物肥料的優(yōu)勢以及存在的問題，以期為果實(shí)發(fā)酵液的綜合利用研究提供參考。

1 果實(shí)發(fā)酵液中的營養(yǎng)組分

果實(shí)本身就具有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，它的成分除了包含利于植物生長發(fā)育的各種礦質(zhì)養(yǎng)分、有機(jī)酸、腐植酸、蛋白質(zhì)、粗纖維素和維生素[7]外，再將其進(jìn)行發(fā)酵時(shí)，過程中會將植物原材料中的有機(jī)大分子成分分解，最終還將形成寡糖、小分子有機(jī)酸(如檸檬酸、蘋果酸)和糖蛋白等[8]，這些物質(zhì)能夠提高植物對于病原菌的抗性。另外，果實(shí)在進(jìn)行發(fā)酵時(shí)，所添加的酵素本身就是有益菌體，因此腐熟的發(fā)酵液當(dāng)中含有大量益于植物生長的有益菌及次生代謝分泌產(chǎn)物。并且研究發(fā)現(xiàn)櫻桃發(fā)酵液中的氨基酸含量豐富、種類多，與植物能量代謝密切相關(guān)的丙酮酸族、絲氨酸族、谷氨酸族和天冬氨酸族，這四大類氨基酸占總量的90%以上[9]，而關(guān)于氨基酸的產(chǎn)生機(jī)理，一部分源自果實(shí)中蛋白質(zhì)的酶解，另外一部分則是各種菌類發(fā)酵過程中的代謝產(chǎn)物以及發(fā)酵完畢后菌類細(xì)胞的自溶[10]。

2 果實(shí)發(fā)酵液對植物的功效研究

2.1 對植物的元素、可溶性物質(zhì)及酶活性影響

果實(shí)發(fā)酵液中的有益微生物可以促進(jìn)植物活化，利于其對一些難溶態(tài)元素的吸收，研究表明，發(fā)酵液可以提高連作土壤中有機(jī)質(zhì)、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、 速效磷、速效鉀的含量，從而促進(jìn)植物吸收[11]。2012年羅蕊等[12]研究發(fā)現(xiàn)，施用稀釋200倍的梨果實(shí)發(fā)酵液后梨幼樹葉片中N、P、K、Ca、Fe、Mn、Cu 的含量都顯著高于對照，并且可溶性固形物含量、可溶性總糖含量、糖酸比和 Vc 含量也顯著提高。在蘋果果實(shí)發(fā)酵過程中由于有蘋果酸的生成，而蘋果酸具有誘導(dǎo)抗性作用[13]，它可以增強(qiáng)蘋果果實(shí)內(nèi)苯丙氨酸、過氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)的活性，酚類物質(zhì)的含量也明顯提高[14]。當(dāng)蘋果發(fā)酵液施用于接種了灰霉病的草莓時(shí)，POD在4 d和10 d都呈現(xiàn)2個(gè)酶活性高峰，但在12 d時(shí)POD活性回落到與原始活性相近的水平，PPO的水平也高于對照，使β-1,3-葡聚糖酶活性高峰較早出現(xiàn)[15]。對于缺鐵平邑甜茶幼苗，稀釋300倍的富鐵蘋果果實(shí)發(fā)酵液均能夠提高CAT、POD、MDA的活性，以及可溶性糖的含量，效果顯著[16]。

2.2 發(fā)酵液對植物抗病性的影響

果實(shí)發(fā)酵液在發(fā)酵過程中，pH最終會降至3.3左右，再繼續(xù)發(fā)酵時(shí)pH變化較小，基本穩(wěn)定在這個(gè)數(shù)值上下，這可能是發(fā)酵過程中會產(chǎn)生一些具有緩沖能力的物質(zhì)所致[17,18]。而在這樣極低的pH狀態(tài)下，能夠有效抑制不良微生物的生長繁殖，所以發(fā)酵液本身不會有病原菌的大量繁殖，對植物也可以起到防治病蟲害的作用。施入偏酸性的果實(shí)發(fā)酵液后，在一定程度上可以中和土壤的pH，其降低pH貢獻(xiàn)最大的為蘋果酸，用蘋果酸處理對蘋果黑斑病有很強(qiáng)的抑制效果[19]。2010年戚亞平等[16]曾報(bào)道，蘋果果實(shí)發(fā)酵液中加入 FeSO4可促進(jìn)平邑甜茶根系對鐵的吸收，從而對缺鐵型黃葉病有很好的療效，其效果顯著高于單獨(dú)施用鐵制劑。

另外，水楊酸雖然可誘導(dǎo)部分糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物(如玉米、小麥、水稻、棉花、香蕉)、蔬菜(黃瓜、番茄、白菜)等植物產(chǎn)生抗性，但2010年宋備舟等[15]指出：在草莓灰霉病中，單獨(dú)施用水楊酸，效果并不顯著，而在水楊酸的基礎(chǔ)上加入蘋果果實(shí)發(fā)酵液后混合噴施，草莓接種病原菌，其發(fā)病率與對照差異顯著，抗病指數(shù)也達(dá)到了34.6%。這說明兩者的混合物誘導(dǎo)草莓產(chǎn)生抗性，即蘋果果實(shí)發(fā)酵液與水楊酸協(xié)同作用對植物產(chǎn)生誘導(dǎo)抗性效果更好。耿健等[19]也認(rèn)為植物源發(fā)酵液能夠有效抑制梨樹黑星病、輪紋病、腐爛病害的發(fā)生。2012年王榮娟等[20]研究指出，病原菌接種后9～72 h，噴施蘋果脫乙酰幾丁質(zhì)發(fā)酵液處理過的蘋果葉片可有效誘導(dǎo)對斑點(diǎn)落葉病的抗性，其誘導(dǎo)反應(yīng)可能與侵染早期葉片活性氧迸發(fā)及抗氧化代謝有關(guān)。

2.3 對植物的其他功效

果實(shí)發(fā)酵液除了可以提高植物本身的礦質(zhì)元素含量、可溶性物質(zhì)和酶活性外，還能顯著提高水分利用效率和葉片的葉綠素和類胡蘿卜素的含量，大大改善了葉片的光合性能，并且克服了光合“午休”現(xiàn)象的發(fā)生，促進(jìn)植物葉片生長，進(jìn)而改善果實(shí)品質(zhì)，提高產(chǎn)量[6,21]，這可能與成品發(fā)酵液的礦質(zhì)元素含量較高、養(yǎng)分比例較均衡有關(guān)。此外，發(fā)酵液在發(fā)酵過程中，具有一定的螯合能力，可以螯合一些金屬離子，使其更有利于植物的吸收，提高幼苗株高和干粗的增長率、鮮重、干重及根冠比等[22～24]。

3 果實(shí)發(fā)酵液對土壤的改善作用

土壤的理化性質(zhì)和生物學(xué)特性決定了土壤質(zhì)量的好壞[25]。未腐爛的有機(jī)物料大量殘存于土壤中，例如大量的生理落果若不及時(shí)處理，對土壤微生物區(qū)系會帶來分解壓力，干擾土壤腐殖化和礦化過程。所以果實(shí)發(fā)酵液不僅免除了這種分解壓力，同時(shí)它們經(jīng)過發(fā)酵后，pH成酸性，而我國北方多數(shù)土壤的 pH普遍較高，發(fā)酵液經(jīng)過一定比例稀釋后再施用到土壤中，有利于改善鹽堿地，對土壤而言還增加了大量的礦物質(zhì)元素和有益微生物。而土壤微生物是土壤生物學(xué)特性的重要指標(biāo)，微生物多樣性指數(shù)和土壤P、K含量是決定土壤質(zhì)量的關(guān)鍵因素[26]。并且土壤pH與土壤微生物間會相互影響[27]，一方面pH會影響土壤微生物的種類和數(shù)量以及對礦質(zhì)元素的吸收，反之，土壤微生物通過對腐殖質(zhì)和各種有機(jī)化合物的分解、土壤養(yǎng)分的固定與釋放，又影響到土壤的pH和土壤肥力。2015年戚亞平等[28]研究表明，蘋果發(fā)酵液可顯著地降低土壤的pH，加強(qiáng)有機(jī)物向地下部的運(yùn)輸，相應(yīng)地根系也會分泌更多地有機(jī)物質(zhì)，利于土壤微生物數(shù)量的增殖，顯著增加細(xì)菌、酵母菌和放線菌的數(shù)量，極大地改善了土壤的質(zhì)量，符合持續(xù)、環(huán)保、健康發(fā)展的理念。

4 果實(shí)發(fā)酵液作為肥料的優(yōu)勢及存在的問題

4.1 果實(shí)發(fā)酵液作為肥料的優(yōu)勢

果實(shí)發(fā)酵液符合有機(jī)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)要求毋庸置疑，從改善土壤性質(zhì)到促進(jìn)植物生長、最終改善果實(shí)品質(zhì)、提高產(chǎn)量等方面，和其他一般肥料相比具有獨(dú)特的優(yōu)勢。果實(shí)發(fā)酵液不僅能減少環(huán)境污染，而且成本較低，制作工藝簡單。從長遠(yuǎn)角度來看，即使對土壤長期施加果實(shí)發(fā)酵液，也只會增加土壤肥力，增多土壤中有益菌的存在，使土壤與連作植物間達(dá)到良性循環(huán)，而一般的肥料(N、P、K肥等)隨著其添加數(shù)量的增加以及持續(xù)時(shí)間的延長，會導(dǎo)致土壤中物種多樣性的喪失越來越顯著[29,30]。另外，果實(shí)發(fā)酵液不僅從根本上改善了土壤質(zhì)量，促進(jìn)了植物生長外，它同時(shí)還可以作為葉面肥，利于植物吸收，達(dá)到直接促進(jìn)植物生長的效果。

4.2 存在的問題

雖然果實(shí)發(fā)酵液綠色、環(huán)保、無公害，且具有其他一般肥料所不具備的天然優(yōu)勢。但是果實(shí)發(fā)酵液也存在諸多問題亟待解決。從材料的來源講，其來源并不充足，大多僅來源于果園里的殘次落果，不能滿足較大量的生產(chǎn)需要；在抗病方面，果實(shí)發(fā)酵液具有一定的抗病效果，但不能從根本上解決某種植物病害；從材料本身講，對于果實(shí)的不同種類以及果實(shí)的成熟程度，相應(yīng)地補(bǔ)充多少碳源及酵素才能使其快速高效的發(fā)酵和具有最佳的營養(yǎng)成分，針對這方面只是有一個(gè)大體的把握，尚不能完全確定加入量；另外，對已發(fā)酵成熟的發(fā)酵液本身而言，由于每次發(fā)酵受多種因素的影響，導(dǎo)致本身的營養(yǎng)成分含量并不完全穩(wěn)定，并且不同果實(shí)種類共同發(fā)酵時(shí)，怎樣使發(fā)酵液達(dá)到營養(yǎng)均衡狀態(tài)同樣有待解決。

4.3 解決方法

為解決果實(shí)發(fā)酵液可能存在的問題，主要的對策有以下幾方面：

4.3.1 原料不足方面 可以參考結(jié)合其他種類有機(jī)原料進(jìn)行發(fā)酵，比如落葉、秸稈、動(dòng)物糞便、制糖工業(yè)的濾渣等。曾有研究用有機(jī)物料雞糞、 羊糞、 牛糞、 秸稈按體積比6∶1∶1∶2混勻，結(jié)果證明其可以克服蘋果的連作障礙[23]，這樣可以擴(kuò)大材料來源，為生產(chǎn)更多的高效營養(yǎng)液奠定基礎(chǔ)。

4.3.2 抗病方面 可以結(jié)合生防菌在生物防治方面的優(yōu)勢，在發(fā)酵過程中加入已經(jīng)篩選得到的具有針對性的抗病菌種，一方面可以提高植物免疫能力，起到生物防治效果，另一方面菌種在促進(jìn)植物發(fā)酵過程中，相應(yīng)地會誘導(dǎo)該菌種產(chǎn)生更多的抗菌素，彌補(bǔ)了生防菌在此方面的不足[31,32]。

4.3.3 不同材料補(bǔ)充的碳源及酵素量 通過測試果實(shí)發(fā)酵液中可溶性固形物、殘余糖含量的多少，針對不同種類原材料和成熟度來找到一個(gè)補(bǔ)充碳源和添加酵素的配比標(biāo)準(zhǔn)，使其發(fā)酵液在經(jīng)濟(jì)高效的基礎(chǔ)上發(fā)酵。

4.3.4 營養(yǎng)成分方面 嚴(yán)格控制已探索好的發(fā)酵條件，對于不同果實(shí)或者其他有機(jī)物料共同發(fā)酵時(shí)，找到一個(gè)益于植物生長的最佳配比，使其發(fā)酵液營養(yǎng)均衡。

5 展望

近年來，化學(xué)肥料的長期添加對土壤及物種多樣性造成的種種危害逐漸引起了人們的重視[29,30]，同時(shí)掀起了新型肥料發(fā)展的高潮，腐植酸肥、各種有機(jī)材料的發(fā)酵肥、酵素菌肥、氨基酸和核酸肥、海藻肥等，這些肥料中大部分都應(yīng)用了生物發(fā)酵技術(shù)，同時(shí)已經(jīng)在市場上廣泛應(yīng)用。因此，未來應(yīng)秉承綠色環(huán)?？沙掷m(xù)的發(fā)展理念研究高效的新型肥，提升自主創(chuàng)新能力，同時(shí)鼓勵(lì)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，整合優(yōu)勢資源，確保科研成果產(chǎn)出與轉(zhuǎn)化的有效銜接。

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Progress on Function of Fruit Fermentation Liquor as Fertilizer

ZHAO Qianyan1, YAO Yuncong2, YAN Jing1, JI Qianlong1*

1.CollegeofBiologicalScienceandEngineering,BeijingUniversityofAgriculture,Beijing102206,China;2.PlantScienceandTechnologyCollege,BeijingUniversityofAgriculture,Beijing102206,China

Fruit fermentation liquor was popular as a natural pollution-free plant-derived nutrient solution. This article described the meaning and nutrition components of plant fermentation liquor, and summarized its functions on plants and significant improvement in soil. Finally, through comparing with general fertilizers of plant, the advantage and problem of fruit fermentation liquor as fertilizers of plant were discussed, and the paper gave some suggestion on the way to solve research of new organic fertilizer.

fruit fermentation liquor; fertilizer; function

2016-11-07; 接受日期：2016-12-19

北京市農(nóng)業(yè)科技項(xiàng)目(20140136)資助。

趙倩彥，碩士研究生，主要從事果實(shí)發(fā)酵液對蘋果矮化砧研究。E-mail:983417316@qq.com。*通信作者：姬謙龍，教授，博士，主要從事果樹種質(zhì)資源創(chuàng)新與利用研究。E-mail:13693344293@163.com

10.3969/j.issn.2095-2341.2017.02.09