核桃樹葉基質(zhì)化的酸堿前處理方式探究

王艷壯，姚曉杰，李瑩杰，何 苗，王應(yīng)梅，杜紅斌

塔里木大學(xué) 園藝與林學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾 843300

新疆地處內(nèi)陸，基質(zhì)原料草炭購買后還有較長的陸路運(yùn)輸，基質(zhì)成本高昂，而南疆大面積栽培核桃，擁有豐富的核桃樹葉資源，將其發(fā)酵腐解后作為基質(zhì)，具有廣闊的應(yīng)用前景。樹葉表面通常具有一層疏水蠟質(zhì)，會(huì)在核桃樹葉發(fā)酵過程中影響水分的浸潤和微生物的活動(dòng)，因此核桃樹葉發(fā)酵前處理也成了核桃樹葉基質(zhì)化的關(guān)鍵一環(huán)。不同植物的蠟質(zhì)成分雖然存在一定差異，但主要為長鏈脂肪酸及其衍生而來的醛、醇、烷、酮、酯等[1]，較多的成分可以與酸或堿反應(yīng)，因此可以采用酸堿溶液在堆腐發(fā)酵前對(duì)樹葉進(jìn)行前處理，破除蠟質(zhì)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)發(fā)酵。柴艷芳[2]研究發(fā)現(xiàn)添加松樹皮干質(zhì)量0.4%~0.8%的石灰預(yù)處理1周可以促進(jìn)松樹皮的發(fā)酵，證明酸堿前處理具備可行性。收集的核桃樹葉具有塵土且十分干燥，在酸堿處理前還需要對(duì)核桃樹葉進(jìn)行浸泡除塵和活化。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

核桃樹葉來自新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)塔里木大學(xué)園藝實(shí)驗(yàn)站、阿拉爾市十二團(tuán)核桃種植基地，為冬季搜集的核桃樹落葉，粉碎為5 mm后用于酸堿前處理研究。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)研究清水浸泡時(shí)間和酸堿溶液種類2個(gè)因素交互作用對(duì)核桃樹葉理化性質(zhì)的影響，設(shè)置了5個(gè)清水浸泡時(shí)間，選用硫酸、氫氧化鈉、草酸、氨水4種處理溶液，共計(jì)20個(gè)處理（表1）。具體試驗(yàn)方法為：將粉碎的核桃樹葉放入水桶中，加等體積自來水分別浸泡設(shè)定時(shí)長（浸泡0 h為不浸泡，直接取核桃樹葉處理）后撈出控水。取浸泡后的核桃樹葉2 L分別加入濃度為2%的等體積硫酸、草酸、氫氧化鈉、氨水溶液中處理1 h，撈出控干處理液，再用等體積自來水漂去處理液離子后烘干，測(cè)定處理后核桃樹葉的理化性質(zhì)。處理時(shí)長與處理液濃度設(shè)置參考姚文英[3]對(duì)樹葉酸堿前處理的設(shè)置。

表1 試驗(yàn)處理設(shè)置

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 容重孔隙度的測(cè)定取容積為V的容器，稱重（W0），裝滿風(fēng)干的基質(zhì)，稱重（W1），包2層紗布，用皮筋綁緊，浸泡水中24 h，稱重（W2），將容器倒置，水分自然瀝干后再稱重（W3），取下紗布皮筋稱重（W4），容重及孔隙度按以下公式計(jì)算。容重(g/cm3) =（W1-W0）/V；總孔隙度（%）= [（W2-W1-W4）/V]×100%；通氣孔隙度（%）= [（W2-W3）/V]×100%；持水孔隙度（%） = 總孔隙度-通氣孔隙度；氣水比=通氣孔隙度/持水孔隙度。

1.3.2 pH、EC值的測(cè)定取風(fēng)干樣品5 g，加蒸餾水50 mL，37℃方式下165 r/min震蕩浸提30 min，過濾后用pH計(jì)測(cè)定pH值，用電導(dǎo)儀測(cè)定電導(dǎo)率。

1.4 數(shù)據(jù)整理與分析

采用Excel 2019軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理與圖表的制作。利用灰色關(guān)聯(lián)度法對(duì)處理后核桃樹葉物理化學(xué)指標(biāo)關(guān)聯(lián)度進(jìn)行綜合排序，篩選合適處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同浸泡時(shí)間和酸堿溶液處理對(duì)核桃樹葉容重的影響

由圖1可知，浸泡不同時(shí)長后的核桃樹葉在硫酸、草酸、氫氧化鈉、氨水處理后容重變化呈現(xiàn)先增加后降低趨勢(shì)，即隨著核桃樹葉浸泡時(shí)間的增加，不同溶液處理后的核桃樹葉容重先增加后降低，其中氫氧化鈉和草酸溶液在浸泡48 h處理核桃樹葉容重達(dá)到最大，硫酸和氨水溶液在浸泡24 h處理核桃樹葉容重達(dá)到最高。

圖1 不同浸泡時(shí)長與溶液種類處理核桃樹葉容重的變化

2.2 不同浸泡時(shí)間和酸堿溶液處理對(duì)核桃樹葉孔隙度的影響

由圖2可知，氫氧化鈉和氨水2種堿液處理后核桃樹葉總孔隙度變化趨勢(shì)一致，隨著核桃樹葉浸泡時(shí)間的增加，氫氧化鈉和氨水處理后的核桃樹葉容重先增加后降低再增加。硫酸和草酸2種酸溶液處理總孔隙度變化互不相同，在不同浸泡時(shí)間下草酸處理后總孔隙度變化較小，相對(duì)浸泡0 h的處理，各個(gè)浸泡時(shí)間處理總孔隙度增加或減不超過6%，硫酸處理變化則較大，浸泡0.5 h后處理總孔隙度上升，之后幾乎隨浸泡時(shí)間的增加呈直線下降。在通氣孔隙和持水孔隙度上，除個(gè)別處理外，不同溶液處理變化趨勢(shì)一致，隨著核桃樹葉浸泡時(shí)間的增加，不同溶液處理后核桃樹葉通氣孔隙度增加，持水孔隙度降低。在氣水比上，不同浸泡時(shí)間下，硫酸和草酸處理高于氫氧化鈉和氨水處理，總體上看隨著浸泡時(shí)間的增加，核桃樹葉在4種溶液處理后氣水比呈增加趨勢(shì)。

圖2 不同浸泡時(shí)長與溶液種類處理核桃樹葉孔隙度的變化

2.3 不同浸泡時(shí)間和酸堿溶液處理核桃樹葉pH、EC值的影響

由圖3可知，在同種溶液處理下，不同浸泡時(shí)間處理之間核桃樹葉pH值相差較小，但相同浸泡時(shí)間下，不同酸堿溶液處理后，核桃樹葉pH值相差較大。氫氧化鈉處理后pH值在8.87~10.59之間，處理后的核桃樹葉呈堿性，氨水處理后的pH值在6.7左右，處理后的核桃樹葉近中性，硫酸和草酸處理后核桃樹葉pH值均低于3.3，酸性較強(qiáng)。從不同處理pH值的變化可以看出，自來水浸泡對(duì)核桃樹葉pH值影響不大，而不同處理溶液種類才是影響核桃樹葉pH值的關(guān)鍵。浸泡不同時(shí)長后的核桃樹葉在氨水處理后的EC值變化不大，基本保持平穩(wěn)，而氫氧化鈉、硫酸和草酸處理變化均較大，隨核桃樹葉浸泡時(shí)間的增加，硫酸處理的EC值先降低后升高，氫氧化鈉和草酸處理的EC值先升高后降低再升高，3種溶液處理均在浸泡24 h后的EC值降為最低。

圖3 不同浸泡時(shí)長與溶液種類處理核桃樹葉pH、EC值變化

2.4 不同浸泡時(shí)間和酸堿溶液處理灰色關(guān)聯(lián)度分析

依據(jù)鄧聚龍[4]提出的灰色系統(tǒng)理論原理，對(duì)不同酸堿前處理后核桃樹葉理化指標(biāo)進(jìn)行綜合分析排序。理想處理方法的設(shè)定綜合考慮蔬菜育苗基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（NY/T 2118—2012）[5]要求及有機(jī)物質(zhì)發(fā)酵微生物生長適宜酸堿方式，取各個(gè)處理的容重、氣水比和pH值均值，總孔隙度、通氣孔隙度和持水孔隙度最大值，EC最小值構(gòu)成理想處理，采用變異系數(shù)法確定其權(quán)重。

由表2可知，等權(quán)關(guān)聯(lián)度和加權(quán)關(guān)聯(lián)度第一位分別為Q17和Q18處理，2種排序結(jié)果存在差異。因?yàn)椴煌幚韺?duì)核桃樹葉各個(gè)方面理化指標(biāo)的影響程度不同，需要對(duì)各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)分析，因此最佳處理為Q18。

3 討論與結(jié)論

核桃樹葉前處理是為了促進(jìn)核桃樹葉的發(fā)酵。在進(jìn)行不同前處理后應(yīng)選擇容重適中的處理，以防止在進(jìn)行前處理后發(fā)酵基質(zhì)容重偏低或過高。核桃樹葉的堆腐發(fā)酵需要足夠的空氣、水分和適宜的pH值，以維持微生物的活動(dòng)，這就要求前處理后核桃樹葉需要具備高持水和高通氣性。許燕等[6]研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵菌嗜熱性側(cè)孢霉適宜pH值在4~8之間，據(jù)此，采用氨水前處理更有利于使核桃樹葉pH值適宜發(fā)酵。蔬菜育苗基質(zhì)要求EC值為0.1~0.2 mS/cm，因此核桃樹葉前處理后需要保持較低的EC值。綜合前處理后核桃樹葉理化性質(zhì)變化發(fā)現(xiàn)，在浸泡24 h后采用氨水處理的核桃樹葉綜合理化性質(zhì)最適宜后期發(fā)酵，且灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果與此一致，篩選出核桃樹葉最佳前處理方式為自來水浸泡24 h后采用氨水處理。