魚蛋白氨基酸水溶肥料的制備及應(yīng)用研究*

周 雄， 黃吉人

(1.寧波大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院 浙江寧波 315211； 2.寧波吉豐生物科技發(fā)展有限公司 浙江寧波 315734)

加強耕地質(zhì)量建設(shè)對于促進農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全具有十分重要的意義。然而，我國耕地土壤養(yǎng)分嚴重失衡，耕地質(zhì)量下降嚴重，耕地退化面積甚至已超過耕地總面積的40%[1-2]。其中主要原因是長期施用化肥，有機物料投入嚴重不足，加之水土流失，導(dǎo)致土壤有機質(zhì)含量逐年下降，土壤團粒結(jié)構(gòu)被破壞，保肥能力下降。同時，過量施用化肥也給環(huán)境和食品安全造成了巨大的威脅[3-5]。針對化肥使用過量的嚴峻形勢，原農(nóng)業(yè)部提出了《到2020年化肥使用量零增長行動方案》，方案引導(dǎo)和鼓勵農(nóng)民通過施用有機肥的方式保持和提高土壤地力，增加土壤有機質(zhì)含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，解決土壤肥力下降等問題[6]。

目前，有機肥主要來源于畜禽糞尿以及秸稈、豆粕、棉粕等其他農(nóng)副產(chǎn)品，來源較為單一。與此同時，隨著我國海洋漁業(yè)及水產(chǎn)品加工業(yè)的發(fā)展，豐富的低值魚類資源及水產(chǎn)品加工下腳料等可成為重要的綠色生態(tài)有機肥源。由魚蛋白質(zhì)分解而來的氨基酸，作為生命的基本結(jié)構(gòu)單位，可以被作物直接用來合成蛋白質(zhì)、核酸及個別內(nèi)源激素，使作物的代謝功能增強、抗逆能力提高。氨基酸肥料還能夠改善土壤理化性狀、提高保水保肥能力和透氣性能，起到養(yǎng)護、熟化、改良土壤的作用。

利用動物蛋白質(zhì)為原料制備氨基酸的方法一般有酸堿水解法和酶解法。酸堿水解法會使一些重要的氨基酸遭到破壞，且生物活性較差[7-8]。酶解法對反應(yīng)條件要求苛刻，單一的酶難以提高原料最終的水解度[9]。

針對上述問題，本文采用微生物發(fā)酵降解魚蛋白的方法，將魚類等水產(chǎn)品原料降解為氨基酸、脂質(zhì)、不飽和脂肪酸、活性肽、生物刺激素等活性物質(zhì)，以制備一種含魚蛋白氨基酸的水溶肥，進一步研究其對農(nóng)作物生長、產(chǎn)量、品質(zhì)、效益的影響。

1 試驗部分

1.1 主要原料和儀器

1.1.1 主要原料

青占魚，市售，用粉碎機粉碎成勻漿后冷藏備用；枯草芽孢桿菌(活菌含量≥2×1010CFU/g)、嗜酸乳桿菌(活菌含量≥1×1010CFU/g)，江蘇綠科生物技術(shù)有限公司；兩歧雙歧桿菌(活菌含量≥1×1010CFU/g)，山東濰坊嘉億生物工程有限公司；玉米淀粉，蘇州高峰淀粉科技有限公司；酒石酸銨、磷酸氫二鈉、葡萄糖均為化學(xué)純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司；氨基酸螯合鐵中w(鐵)≥17%，氨基酸螯合鋅中w(鋅)≥22%，氨基酸螯合錳中w(錳)≥22%，氨基酸螯合銅中w(銅)≥21%，深州市中農(nóng)凱勝微量元素廠。

1.1.2 主要儀器

SH-2型磁力攪拌器，Magnetic Stirrer公司；AB104-N型分析天平，METTLER TOLEDO公司；SPX-350B型恒溫恒濕培養(yǎng)箱、LC-DR型數(shù)顯糖度檢測儀，上海力辰儀器科技有限公司。

1.2 制備魚蛋白氨基酸水溶肥

1.2.1 復(fù)合發(fā)酵菌劑的配制及活化

將枯草芽孢桿菌、嗜酸乳桿菌、兩歧雙歧桿菌按質(zhì)量比7∶2∶1混合組成復(fù)合發(fā)酵菌劑。按玉米淀粉10%(質(zhì)量分數(shù)，下同)、酒石酸銨5%、磷酸氫二鈉1%、葡萄糖5%、復(fù)合發(fā)酵菌劑3%、水76%攪拌均勻，控制溫度為30 ℃，活化復(fù)合發(fā)酵菌劑5 h。詳情可以參照已申請專利CN108707563A復(fù)合發(fā)酵菌劑及魚蛋白氨基酸水溶肥的制備方法[10]。

1.2.2 魚蛋白發(fā)酵降解

將青占魚用粉碎機粉碎，成魚勻漿后除雜質(zhì)稱重，放入發(fā)酵罐內(nèi)，將已激活的復(fù)合發(fā)酵菌劑按魚勻漿總質(zhì)量的5%加入并攪拌均勻；將發(fā)酵罐密封隔絕空氣，放置在常溫(10～30 ℃)下發(fā)酵10 d，其間不予攪拌，保持穩(wěn)定的發(fā)酵環(huán)境。發(fā)酵結(jié)束后，將發(fā)酵罐內(nèi)的發(fā)酵醪用過濾器過濾，得到魚蛋白氨基酸發(fā)酵液(棕黃色澄清液體)與發(fā)酵渣。

1.2.3 魚蛋白氨基酸發(fā)酵液的成分檢測

委托譜尼測試集團股份有限公司分別按照我國農(nóng)業(yè)行業(yè)標準《水溶肥料 游離氨基酸含量的測定》(NY/T 1975—2010)、《水溶肥料 有機質(zhì)含量的測定》(NY/T 1976—2010)、《水溶肥料 總氮、磷、鉀含量的測定》(NY/T 1977—2010)對魚蛋白氨基酸發(fā)酵液的成分進行測定。

1.2.4 魚蛋白氨基酸水溶肥的配制

取發(fā)酵液10份(質(zhì)量份，下同)，按照我國農(nóng)業(yè)行業(yè)標準《含氨基酸水溶肥料》(NY 1429—2010)中的要求，分別加入氨基酸螯合銅1.5份、氨基酸螯合鐵3份、氨基酸螯合錳1.5份、氨基酸螯合鋅4份，攪拌溶解于魚蛋白氨基酸發(fā)酵液中，制得魚蛋白氨基酸水溶肥。

1.3 肥效試驗

1.3.1 試驗時間和地點

肥效試驗于2017年全年在浙江寧波象山“紅美人”柑橘種植基地內(nèi)進行?；胤N植面積100畝(1畝=667 m2，下同)，采用鋼架大棚種植，地勢平坦。供試土壤為黃壤，土壤肥力均勻，具有較強的代表性[11]，其基本理化性狀：w(有機質(zhì))29.80 g/kg，w(全氮)2.23 g/kg，w(速效磷)22.20 mg/kg，w(速效鉀)134.0 mg/kg，pH為7.8。

1.3.2 試驗品種及處理方式

試驗品種為“紅美人”柑橘。隨機選取基地內(nèi)10畝棚區(qū)為試驗田，施用供試肥；隨機選取基地其他區(qū)域10畝棚區(qū)為對照田，不施用供試肥。供試肥為上述魚蛋白氨基酸水溶肥(養(yǎng)分含量：游離氨基酸質(zhì)量濃度為120.5 g/L，微量元素質(zhì)量濃度為23 g/L)，由寧波吉豐生物科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)并提供。

1.3.3 施肥方法

試驗田畝底施魚蛋白有機肥[w(粗蛋白)≥20%，w(有機質(zhì))≥50%，w(N+P2O5+K2O)≥5%，pH為7～8]約2 t，作為冬肥穴施。2月底每畝用供試肥10 L，稀釋200倍沖施。5月中下旬每畝用供試肥10 L加普通大量元素水溶肥(N-P2O5-K2O=20-20-20)5 kg，稀釋200～250倍沖施。7月至12月間，每隔半個月以同樣方式?jīng)_施一次。其他管理措施按常規(guī)進行。對照田除了未使用上述供試肥外，其余施肥方法同試驗田。上述底肥、普通大量元素水溶肥均由寧波吉豐生物科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)并提供。

1.3.4 試驗調(diào)查

在試驗田中均勻布置5處重復(fù)取樣和田間生育性狀觀察點，每點考察5株柑橘。采摘時，試驗區(qū)和對照區(qū)單摘單收，進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

2 結(jié)果與討論

2.1 魚蛋白發(fā)酵液的檢測結(jié)果

魚蛋白發(fā)酵液干燥成粉末后按NY/T 1975—2010中的方法進行檢測，測定結(jié)果：游離氨基酸為25%(質(zhì)量分數(shù)，下同)，其中含天門冬氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、谷氨酸、脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸、胱氨酸、纈氨酸、蛋氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸、組氨酸、精氨酸；有機質(zhì)為61.5%，總氮(TN)為13.41%，磷(以P2O5計)為1.64%，鉀(以K2O計)為2.30%。

復(fù)合發(fā)酵菌劑由兼性厭氧的芽孢桿菌、耐氧性厭氧的乳桿菌和專性厭氧的兩歧雙歧桿菌混合組成。發(fā)酵時，芽孢桿菌能夠迅速消耗環(huán)境中的游離氧，造成環(huán)境低氧，從而促進上述復(fù)合發(fā)酵菌劑中的乳桿菌、兩歧雙歧桿菌等厭氧益生菌的生長。乳桿菌和兩歧雙歧桿菌生長時產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)會間接抑制腐敗菌生長；芽孢桿菌生長時會產(chǎn)生抑菌成分，且能夠自身合成蛋白酶、脂肪酶等多種活性酶，能在常溫下快速分解物料中的蛋白質(zhì)、脂肪，生成種類豐富的氨基酸、小分子活性有機物等營養(yǎng)物質(zhì)。

2.2 施用魚蛋白氨基酸水溶肥對柑橘長勢及果品品質(zhì)的影響

施用魚蛋白氨基酸水溶肥對柑橘長勢及果品品質(zhì)的影響見表1。

從表1可看出：試驗田施用魚蛋白氨基酸水溶肥后，柑橘葉片顏色深綠，葉片厚且有光澤，生長整齊，新梢粗壯，坐果率高，果形好，果實轉(zhuǎn)色均勻、色澤一致，果實光亮，最高糖度達20°BX，平均糖度達17°BX；對照田未施魚蛋白氨基酸水溶肥，柑橘葉色淺、葉片薄，新梢細弱，果實形狀、色澤、光澤、糖度、風(fēng)味等指標均弱于試驗田的。

表1 柑橘長勢及果品品質(zhì)

2.3 施用魚蛋白氨基酸水溶肥對柑橘產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響

施用魚蛋白氨基酸水溶肥對柑橘產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響見表2(表中數(shù)據(jù)均為平均值)。

表2 施用魚蛋白氨基酸水溶肥對柑橘產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響

由表2可知：試驗田比對照田平均畝產(chǎn)值明顯提高，平均畝產(chǎn)值增收率在扣除增施魚蛋白氨基酸水溶肥成本后可達20.77%。

3 結(jié)語

采用枯草芽孢桿菌、嗜酸乳桿菌、兩歧雙歧桿菌混合組成的復(fù)合發(fā)酵菌劑經(jīng)活化后，可在常溫下有效酵解魚蛋白，從而使豐富的魚類等水產(chǎn)品資源轉(zhuǎn)換為富含天然氨基酸和其他天然有機活性物質(zhì)的綠色有機肥料。施用該有機肥料后，柑橘作物的生長、果品品質(zhì)、產(chǎn)量、經(jīng)濟效益有明顯的提高。同時，魚蛋白氨基酸水溶肥綠色環(huán)保，加以推廣應(yīng)用將有效改善因長期施用化肥帶來的土壤環(huán)境惡化、食品安全受威脅等問題。