核桃樹葉基質(zhì)化的酸堿前處理與發(fā)酵工藝研究

王應(yīng)梅， 王艷壯， 李瑩杰， 李燕， 何苗， 王曉璟， 杜紅斌

（1.塔里木大學(xué)園藝與林學(xué)學(xué)院，南疆設(shè)施農(nóng)業(yè)兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 阿拉爾 843300；2.四川省巴中市通江縣農(nóng)業(yè)信息服務(wù)中心，四川 巴中 636700）

核桃是新疆主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一，種植面積由2003 年 的9.8 萬hm2增 至2016 年 的35 萬hm2[1]，到2019 年，南疆四地州核桃栽培面積達(dá)到38.29 萬hm2[2]，栽培面積較大，且仍在持續(xù)增長中。同時(shí)，核桃葉為羽狀復(fù)葉，葉面積較大，且數(shù)量多，形成了豐富的核桃樹葉資源。為防止病蟲害等危害，一般都會將核桃落葉清理出園，隨后進(jìn)行焚燒或填埋，既造成了極大的資源浪費(fèi)，又污染了環(huán)境。新疆地處內(nèi)陸，基質(zhì)運(yùn)輸成本較高，而將核桃樹葉進(jìn)行發(fā)酵腐熟為基質(zhì)，不僅能解決南疆地區(qū)基質(zhì)需求，降低基質(zhì)成本，還能促進(jìn)核桃樹葉資源的利用。

堆腐發(fā)酵是有機(jī)材料基質(zhì)化的常規(guī)方式，在發(fā)酵前，通常會采用一定的前處理方式調(diào)節(jié)材料性質(zhì)，促進(jìn)其分解發(fā)酵。柴艷芳[3]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。郭程程[4]采用硫酸對木耳菌糠進(jìn)行酸預(yù)處理，發(fā)現(xiàn)合理濃度的酸預(yù)處理有利于菇渣腐熟基質(zhì)性質(zhì)的提高。在樹葉的處理上，姚文英[5]研究發(fā)現(xiàn)，采用2%（體積分?jǐn)?shù)）的草酸浸泡5 mm 粒徑樹葉0.5 h，其pH 和電導(dǎo)率（electrical conductivity，EC）均有所降低，陳廣銀等[6]采用不同含量的石灰水噴淋粉碎后過2 cm 篩的樹葉，發(fā)現(xiàn)采用4.0%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）石灰預(yù)處理效果最佳。植物葉片表面都存在一層蠟質(zhì)，在一定程度上會阻礙樹葉的發(fā)酵分解。這層蠟質(zhì)大多由長鏈脂肪酸(C>18)及其衍生而來的醛、醇、烷、酮、酯以及一些三萜類化合物和小分子次生代謝產(chǎn)物構(gòu)成[7]，這些物質(zhì)大部分可以與酸堿溶液發(fā)生反應(yīng)，由此說明采用酸堿溶液對樹葉進(jìn)行前處理切實(shí)可行。在物料的基質(zhì)化過程中，為促進(jìn)堆腐發(fā)酵過程中微生物活動(dòng)、調(diào)節(jié)發(fā)酵后基質(zhì)性質(zhì)等，通常會添加一些發(fā)酵輔助物質(zhì)，如竹酢液、過磷酸鈣、沸石、發(fā)酵輔助酶等。張璐[8]研究發(fā)現(xiàn)，鼠李糖脂有利于微生物活動(dòng)，能更好地促進(jìn)園林廢棄物的堆腐發(fā)酵。

目前，以樹葉為材料開發(fā)基質(zhì)的研究相對較少，將核桃樹葉研制為基質(zhì)的報(bào)道更為鮮見，因此本研究通過對核桃樹葉進(jìn)行前處理和堆腐發(fā)酵研究，探索核桃樹葉基質(zhì)的研制方法，以期為核桃樹葉基質(zhì)化提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及來源

核桃樹葉收集于塔里木大學(xué)園藝試驗(yàn)站核桃資源圃和新疆阿拉爾市十二團(tuán)核桃園，采用5 mm篩孔的粉碎機(jī)打碎。發(fā)酵菌劑為嗜熱性側(cè)孢霉（Thermophilic sporotrichum）購自新疆塔克藍(lán)生物科技有限責(zé)任公司。玉米粉（用于菌劑擴(kuò)繁）購自當(dāng)?shù)丶Z油超市。發(fā)酵添加劑為鼠李糖脂（棕色液體，純度80%，質(zhì)量濃度60 g·L-1），購自西安瑞捷生物科技有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 核桃樹葉酸堿前處理 分別設(shè)置體積分?jǐn)?shù)為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0% 的草酸（C1~C6）和體積分?jǐn)?shù)為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%的氨水（N1~N6）處理0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h（H1~H5），即酸堿處理各30個(gè)。

核桃樹葉前處理方法：將粉碎的核桃樹葉放入大水桶中，加等體積自來水浸泡1 d后撈出控水（不滴水）[9]；然后分別加入等體積的不同處理溶液，按照預(yù)設(shè)時(shí)長進(jìn)行處理；最后控干處理液，用等體積自來水漂洗干凈，烘干后用于核桃樹葉理化性質(zhì)的測定。

1.2.2 核桃樹葉堆腐發(fā)酵 核桃樹葉堆腐發(fā)酵試驗(yàn)于2021 年6—8 月在新疆阿拉爾市十團(tuán)果色甜香果蔬農(nóng)民專業(yè)合作社進(jìn)行。試驗(yàn)共設(shè)置9 個(gè)處理，詳見表1。鼠李糖脂添加量以粉碎后的干核桃樹葉質(zhì)量計(jì)算。將進(jìn)行氨水前處理的核桃樹葉（A 組）與未進(jìn)行氨水前處理的核桃樹葉（B 組）分別建堆，堆體呈近圓錐形，高約0.8 m，直徑約1.6 m。將發(fā)酵菌劑（菌劑添加量為0.1%，以粉碎后的干核桃樹葉質(zhì)量計(jì)算）與玉米粉混合，按量取鼠李糖脂融入水中稀釋，翻拌時(shí)均勻?yàn)⑷刖鷦┎娏芟♂尩氖罄钐侵芤?，使核桃樹葉、菌劑、鼠李糖脂混合均勻，最后控制堆體濕度在60%左右，覆膜發(fā)酵。每天測定發(fā)酵堆和外界的溫度，適時(shí)翻堆，補(bǔ)充水分。每次翻堆混勻后取樣，用于測定核桃樹葉發(fā)酵過程中碳氮質(zhì)量比（C/N）、pH、電導(dǎo)率（electrical conductivity，EC）及胡敏酸（humic acid，HA）、富里酸含量（fulvic acid，F(xiàn)A）。發(fā)酵結(jié)束后，取樣檢測基質(zhì)重金屬及潛在毒害元素鈉（Na）、氯（Cl）含量，并進(jìn)行種子發(fā)芽試驗(yàn)，檢驗(yàn)基質(zhì)安全性。

表1 核桃樹葉發(fā)酵處理Table 1 Walnut leaves fermentation treatments

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 容重、孔隙度、pH、EC 值和發(fā)酵溫度的測定 參照王應(yīng)梅等[10]的方法測定容重、孔隙度、pH 和EC。采用北京凱安達(dá)儀器儀表有限公司生產(chǎn)的多通道溫度測定儀和電阻式電子數(shù)顯溫度計(jì)測定發(fā)酵溫度，分別于每日10:00 和20:00 測定發(fā)酵堆體溫度和環(huán)境溫度。

1.3.2 胡敏酸、富里酸、有機(jī)碳、全氮、重金屬和潛在毒害元素含量測定 胡敏酸（HA）、富里酸（FA）、全氮、重金屬和潛在毒害元素（鈉、氯）含量送樣于南京瑞源生物技術(shù)有限公司進(jìn)行測定。有機(jī)碳含量參照標(biāo)準(zhǔn)HJ 761—2015[11]，采用灼燒減量法測定。有機(jī)碳含量和全氮含量的比值即為C/N。

1.3.3 種子發(fā)芽指數(shù)的測定 種子發(fā)芽指數(shù)（germination index，GI）參考白永娟[12]的方法，取風(fēng)干樣5 g，加100 mL 蒸餾水在37 ℃條件下震蕩提取30 mim，過濾后取 9 mL濾液于鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中，加入30 粒小白菜種子，放入25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h，統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率并測定胚根長，以蒸餾水處理作為對照，每個(gè)處理重復(fù)6次。

1.4 數(shù)據(jù)整理與分析

采用Microsoft Office Excel 2019 進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理與圖表制作，采用DPS7.05 對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。通過灰色關(guān)聯(lián)度法對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?；疑P(guān)聯(lián)度分析依據(jù)鄧聚龍[13]提出的灰色系統(tǒng)理論原理，將30 個(gè)草酸前處理的7 個(gè)核桃樹葉理化指標(biāo)看成同一個(gè)灰色系統(tǒng)，30 個(gè)氨水前處理的7 個(gè)核桃樹葉理化指標(biāo)看成另一個(gè)灰色系統(tǒng)，每個(gè)處理方法或理化指標(biāo)為該系統(tǒng)中的1 個(gè)因素，參考楊澤敏等[14]的方法計(jì)算系統(tǒng)中各因素間的聯(lián)系程度。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)[15]要求及有機(jī)物質(zhì)發(fā)酵微生物生長適宜酸堿條件，分別取容重、氣水的體積比、pH、總孔隙度、通氣孔隙度和持水孔隙度最大值和EC 最小值夠成理想處理，采用變異系數(shù)法確定權(quán)重。

2 結(jié)果與分析

2.1 核桃樹葉酸堿前處理?xiàng)l件探究

2.1.1 酸溶液前處理?xiàng)l件探究 根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度分析原理，關(guān)聯(lián)度大的處理與理想處理接近程度大。由表2可知，等權(quán)關(guān)聯(lián)度排序前3位的草酸處理分別為C2H1、C2H2、C1H5；計(jì)算加權(quán)關(guān)聯(lián)度后，排序結(jié)果前3 位仍為C2H1、C2H2、C1H5處理，加權(quán)關(guān)聯(lián)度最大，同樣為C2H1處理。由此說明C2H1處理的綜合理化性質(zhì)最好，即核桃樹葉采用1%草酸溶液處理0.5 h較為適宜。

表2 不同前處理核桃樹葉理化指標(biāo)灰色關(guān)聯(lián)度排序Table 2 Ranking of correlation degree on physical and chemical indexes of walnut leaves treated by different pretreatment

2.1.2 堿溶液前處理?xiàng)l件探究 從表3 中可以看出， N3H2處理的等權(quán)關(guān)聯(lián)度最大，N1H4處理加權(quán)關(guān)聯(lián)度最大。但前處理對核桃樹葉各個(gè)理化指標(biāo)的影響程度不同，需要根據(jù)加權(quán)排序結(jié)果篩選最佳處理，因此氨水處理核桃樹葉采用0.5%溶液處理2 h較好（N1H4）。

表3 不同水平氨水溶液及時(shí)長處理核桃樹葉理化指標(biāo)灰色關(guān)聯(lián)度Table 3 Correlation degree of physical and chemical indexes of walnut leaves treated by different concentration of hartshorn and different duration

2.1.3 酸、堿溶液前處理對比 由灰色關(guān)聯(lián)度分析篩選得出草酸適宜前處理?xiàng)l件為1%溶液處理0.5 h；氨水適宜前處理?xiàng)l件為0.5%溶液處理2 h。對比草酸和氨水最優(yōu)處理?xiàng)l件下核桃樹葉的理化性質(zhì)（表4）發(fā)現(xiàn)，容重、孔隙度、EC等差異較小，而氨水處理后的pH 為6.61，草酸處理后的pH 為3.09。由于嗜熱性側(cè)孢霉的適宜pH 為4~8[16]，因此，氨水處理后的pH 更為適宜核桃樹葉發(fā)酵，0.5%氨水處理2 h為核桃葉前處理的最優(yōu)選擇。

表4 草酸、氨水最優(yōu)處理?xiàng)l件下核桃樹葉理化性質(zhì)Table 4 Physicochemical properties of walnut leaves treated with oxalic acid and ammonia

2.2 核桃樹葉堆腐發(fā)酵

2.2.1 發(fā)酵過程中堆體溫度變化 由圖1 可知，發(fā)酵過程中堆體溫度明顯高于外界氣溫。上午堆體溫度為32.85~54.25 ℃，下午為35.63~62.28 ℃，最高溫度達(dá)62.28 ℃。建堆發(fā)酵后，堆體溫度快速上升，2 d后溫度達(dá)到最高，而后由于氧氣的消耗，溫度逐漸降低，7 月5 日翻堆后溫度又開始上升。除翻堆使溫度變化較大外，氣溫對發(fā)酵堆體溫度的影響也較大，7月12日—23日和8月14日—16日多陰雨天氣，因此堆體溫度相對較低。前期堆體的溫度變化相對滯后于氣溫變化，后期與氣溫變化同步。在9個(gè)發(fā)酵處理中，A3處理溫度最高，B9處理溫度最低；且A 組處理溫度略高于B 組處理，說明經(jīng)過氨水前處理后添加0.3%的鼠李糖脂（A3）有利于核桃樹葉發(fā)酵堆體溫度的提高。

圖1 不同發(fā)酵處理堆體溫度及氣溫變化Fig. 1 Changes of heap temperature and temperature under different fermentation treatments

2.2.2 發(fā)酵過程中堆體pH、電導(dǎo)率變化 由圖2可知，堆體pH隨著發(fā)酵時(shí)間的延長逐漸升高，前期各處理的上升速度存在差異，但發(fā)酵結(jié)束時(shí)pH均為8.0左右，說明是否進(jìn)行氨水前處理和添加鼠李糖脂對核桃樹葉堆腐后pH影響較小。對于進(jìn)行過氨水前處理的A 組，其堆體電導(dǎo)率（EC）在發(fā)酵第1周迅速降低，而在隨后發(fā)酵過程中基本穩(wěn)定不變，不同鼠李糖脂添加量處理間差異較小，說明氨水前處理有利于堆體EC的降低；而經(jīng)過氨水處理后，鼠李糖脂對核桃樹葉發(fā)酵過程中堆體EC 的影響較小。對于未進(jìn)行前處理的B 組，其堆體EC 隨著發(fā)酵時(shí)間的延長呈上升趨勢，其中B9處理上升較快；B3處理上升較慢，且EC始終低于B0處理，說明添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的鼠李糖脂有利于緩解未進(jìn)行氨水前處理核桃樹葉發(fā)酵過程中EC值的上升。

圖2 不同發(fā)酵處理的pH和電導(dǎo)率Fig. 2 pH and electrical conductivity under different fermentation treatments

2.2.3 不同發(fā)酵處理核桃樹葉腐殖情況 由圖3可知，胡敏酸（HA）含量從發(fā)酵初始至第5 周呈下降趨勢，第5 周至第7 周呈上升趨勢。發(fā)酵前期HA 含量降低可能是由于核桃樹葉中本身存在的HA 含量較高，且不穩(wěn)定；發(fā)酵過程中將原本存在的HA 分解，重新合成了分子量較大、結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定的HA。在發(fā)酵過程中，A 組處理堆體的HA 含量始終低于B 組，可能是由于HA 可溶于堿性溶液，因而A 組受氨水前處理的影響HA含量較低。在發(fā)酵初始，堆體富里酸（FA）含量較高；發(fā)酵1 周后FA 含量快速降低，而后基本保持穩(wěn)定，各處理間沒有明顯的規(guī)律性差異。FA是活躍的小分子有機(jī)酸，能被微生物利用，發(fā)酵初期微生物大量增值，消耗掉較多FA；發(fā)酵中后期堆體中存在有機(jī)物分解釋放和微生物的消耗及FA 向HA 的轉(zhuǎn)化，即產(chǎn)生與利用達(dá)到平衡，使HA 含量基本穩(wěn)定。E4/E6 值是表征HA 分子大小與聚合程度的指標(biāo)。由圖4 可知，A0~A9 處理的E4/E6 值在第1 周快速下降，而后呈緩慢上升趨勢；B0~B9 處理的E4/E6 值下降上升波動(dòng)變化，較不穩(wěn)定；且A0~A9 處理的E4/E6 值始終低于B0~B9 處理。

圖3 核桃樹葉發(fā)酵過程中胡敏酸、富里酸和E4/E6值變化Fig. 3 Changes in HA， FA， and E4 / E6 values during the fermentation of walnut leaves

圖4 不同發(fā)酵處理的C/N變化和T值Fig. 4 C/N and Tvalue under different fermentation treatments

2.2.4 不同發(fā)酵處理C/N 變化及T值差異 由圖4 可知，在核桃樹葉發(fā)酵過程中，堆體C/N 呈下降趨勢。其中B0~B9處理緩慢下降，除B6處理在發(fā)酵中期C/N 較高外，其余3個(gè)處理的C/N 均低于B0 對照，說明添加鼠李糖脂利于核桃樹葉發(fā)酵堆體C/N 的降低；A0~A9 處理在第1 周時(shí)下降快速，隨后緩慢降低，不同鼠李糖脂添加量處理間差異較小。發(fā)酵結(jié)束后，A0~A9 處理堆體的C/N 均低于B0~B9 處理，說明氨水前處理有利于核桃樹葉發(fā)酵過程中C/N 的降低，可以促進(jìn)核桃樹葉的發(fā)酵分解。T值是發(fā)酵結(jié)束時(shí)的C/N 與初始物料的C/N 之比，由圖5 可知，B0 處理的T值最高，為0.58；A3 處理最低，為0.36。進(jìn)行氨水前處理的A組堆體T值顯著低于未進(jìn)行前處理的B 組；在同組內(nèi)不同鼠李糖脂添加量處理間差異較小。

圖5 不同發(fā)酵處理核桃樹葉基質(zhì)浸提液種子發(fā)芽指數(shù)Fig. 5 Seed germination index of substrate extracts under different fermentation treatments

2.2.5 不同發(fā)酵處理核桃樹葉基質(zhì)安全性分析 國標(biāo)GB/T 33891—2017 綠化用有機(jī)基質(zhì)[17]對潛在毒害元素和重金屬含量進(jìn)行規(guī)定，鈉離子含量小于1 000 mg·L-1，氯離子含量小于1 500 mg·L-1；園藝用基質(zhì)重金屬含量應(yīng)該達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ級要求。由表5 可知，不同處理?xiàng)l件下發(fā)酵結(jié)束后核桃樹葉基質(zhì)的重金屬和潛在毒害元素含量均符合要求。

表5 不同發(fā)酵處理核桃樹葉基質(zhì)重金屬和潛在毒害元素含量Table 5 Contents of heavy metals and potentially toxic elements in walnut leaf substrate

種子發(fā)芽指數(shù)是檢測基質(zhì)安全性和腐熟度最為直觀有效的方法。當(dāng)種子發(fā)芽指數(shù)大于50%時(shí)，認(rèn)為基質(zhì)基本腐熟；大于80%認(rèn)為基質(zhì)完全腐熟[18]。由圖5 可知，B0 處理的發(fā)芽指數(shù)為70.56%，大于50%，基本達(dá)到腐熟；其余基質(zhì)的發(fā)芽指數(shù)均達(dá)到80%以上，即基質(zhì)完全腐熟。由此表明，所有處理基質(zhì)均安全可用。

3 討論

酸堿前處理是調(diào)節(jié)核桃樹葉理化性質(zhì)、促進(jìn)其分解發(fā)酵的一種手段。本研究結(jié)合基質(zhì)理化指標(biāo)要求、基質(zhì)原始材料在發(fā)酵過程中的變化[19-21]和基質(zhì)原始材料發(fā)酵條件，分別取酸堿前處理后核桃樹葉的容重、氣水體積比和pH均值和總孔隙度、通氣孔隙度和持水孔隙度最大值及EC最小值構(gòu)成理想處理，創(chuàng)新地采用了灰色關(guān)聯(lián)度法分別篩選酸堿溶液的適宜處理水平與處理時(shí)長組合，降低了數(shù)據(jù)分析的難度，同時(shí)使處理后的核桃樹葉更適宜后期發(fā)酵。通過灰色關(guān)聯(lián)法篩選出的草酸適宜前處理?xiàng)l件為體積分?jǐn)?shù)1%溶液處理0.5 h；氨水的適宜前處理?xiàng)l件為體積分?jǐn)?shù)0.5%溶液處理2 h。對比草酸和氨水各自適宜處理?xiàng)l件下核桃樹葉的理化性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)氨水處理后的pH更適宜核桃樹葉發(fā)酵，因此，確定體積分?jǐn)?shù)0.5%氨水處理2 h為適宜的核桃樹葉前處理?xiàng)l件。

在物料堆腐發(fā)酵過程中，溫度是監(jiān)測發(fā)酵情況的重要指標(biāo)，陳漢才等[22]認(rèn)為，發(fā)酵堆體溫度在55 ℃條件下保持3 d以上或50 ℃以上保持5~7 d，可以有效殺滅物料中的致病微生物，確保堆肥衛(wèi)生指標(biāo)合格。本研究發(fā)現(xiàn)，在6月28日至7月3日發(fā)酵堆體的溫度都在50 ℃以上，且保持高溫6 d，達(dá)到高溫要求，衛(wèi)生指標(biāo)合格。堆體溫度變化受到外界溫度的影響，但前期（6 月28 日—8 月16 日）堆體溫度的變化相對滯后于氣溫的變化；后期與氣溫變化同步，說明前期堆體快速發(fā)酵產(chǎn)熱，而后期產(chǎn)熱較少，表明核桃樹葉基本發(fā)酵腐熟。在發(fā)酵過程中，堆體pH隨發(fā)酵時(shí)間的延長逐漸升高，這可能與發(fā)酵過程中堿性物質(zhì)的生成有關(guān)； A0~A9 處理的電導(dǎo)率呈降低趨勢，而B0~B9處理的電導(dǎo)率呈上升趨勢，說明氨水前處理有利于控制堆體電導(dǎo)率的升高。

在有機(jī)物料發(fā)酵分解過程中，有機(jī)質(zhì)大分子在堆肥前期降解為小分子物質(zhì),然后被微生物礦化為CO2排放到空氣中,或在堆肥后期通過特定途徑聚合形成腐殖質(zhì)[23]。腐殖質(zhì)主要包含胡敏酸(HA)和富里酸(FA),其中HA 為大分子復(fù)合物,相對穩(wěn)定；而FA 分子量較小,活性較高,可被微生物分解利用[24]。研究表明，在雞糞+稻草發(fā)酵過程中，F(xiàn)A 呈下降趨勢，HA 在堆肥初期迅速下降后期緩慢上升[25]；在新鮮牛糞+甘蔗渣[26]與雞糞+蔬菜廢棄物[27]發(fā)酵過程中，HA含量穩(wěn)步上升，F(xiàn)A含量逐步下降；在餐廚垃圾+水稻秸稈發(fā)酵過程中，F(xiàn)A先增加后降低，HA 的含量快速上升[28]。本研究發(fā)現(xiàn)在核桃樹葉發(fā)酵過程中HA 和FA 含量都在降低，結(jié)果與前人研究結(jié)果存在差異。這一方面是因?yàn)楹颂覙淙~材料本身偏酸性；另一方面與氨水前處理有關(guān)。吳陽等[29]研究表明，園林綠化廢棄物堆肥在發(fā)酵過程中E4/E6 值上升；吳夢婷等[30]進(jìn)行牛糞秸稈混合堆肥發(fā)現(xiàn)，E4/E6 值呈先升高再降低的趨勢。本研究表明，A0~A9 處理的E4/E6 值在第1 周快速下降，后又緩慢上升；B0~B9 處理的E4/E6 值呈下降上升波動(dòng)變化。發(fā)酵初始時(shí)E4/E6 值較高，說明初始時(shí)HA 分子較小，聚合度較低；發(fā)酵后E4/E6值有所下降，且A0~A9處理始終低于B0~B9 處理，說明氨水前處理有利于大分子HA 的生成，提高了HA 的聚合度；發(fā)酵結(jié)束時(shí)，E4/E6 值仍然較高，說明腐殖酸分子仍相對活躍。核桃樹葉腐殖酸和E4/E6 值在發(fā)酵過程中變化較大且規(guī)律不穩(wěn)定，因而不宜用作判斷核桃樹葉腐熟的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，與前人研究結(jié)果一致[31-32]。Morel等[33]提出用T值來判別堆肥的腐熟程度，當(dāng)T值小于0.6 時(shí)可認(rèn)為堆肥腐熟。本研究發(fā)現(xiàn)8 個(gè)發(fā)酵處理的T值為0.36~0.58，均小于0.6，表明所有處理核桃樹葉均發(fā)酵腐熟。在發(fā)酵所得基質(zhì)安全指標(biāo)上，本研究所有處理的重金屬含量都在安全范圍內(nèi)，且種子發(fā)芽率除B0 處理為70.56%外其余處理都高于80%，遠(yuǎn)超過50%，說明所有處理核桃樹葉基質(zhì)都安全可用。

在核桃樹葉堆腐發(fā)酵部分，除卻分析后發(fā)現(xiàn)不適宜用作評價(jià)指標(biāo)的HA、FA、E4/E6值外，溫度、T值、重金屬含量和基質(zhì)浸提液種子發(fā)芽指數(shù)等指標(biāo)都表明8個(gè)處理的核桃樹葉發(fā)酵腐熟，且所得基質(zhì)安全可用，其中A3處理發(fā)酵過程中保持相對較高的溫度，T值最低，發(fā)芽指數(shù)在85%以上，堆腐效果優(yōu)于其他處理。結(jié)合前期的酸堿前處理，表明核桃樹葉基質(zhì)研制的關(guān)鍵工藝為體積分?jǐn)?shù)0.5%的氨水處理2 h后添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%鼠李糖脂進(jìn)行發(fā)酵，完整的基質(zhì)化工藝流程如圖6所示。

圖6 核桃樹葉基質(zhì)化工藝流程Fig. 6 Substrate process of walnut leaves

核桃樹葉基質(zhì)化是將其轉(zhuǎn)化為可在田間應(yīng)用的基質(zhì)的過程。本研究僅對核桃樹葉的酸堿前處理和堆腐發(fā)酵進(jìn)行了研究，后續(xù)工作仍需在兩方面繼續(xù)努力：一是核桃樹葉基質(zhì)的應(yīng)用實(shí)踐，本研究結(jié)果表明核桃樹葉基質(zhì)安全可用，但實(shí)際的應(yīng)用效果如何，在育苗應(yīng)用上能否培育壯苗，在栽培應(yīng)用上能否保證作物生長和產(chǎn)量，這些都需要進(jìn)一步檢驗(yàn)；二是本研究雖篩選出了適宜的核桃樹葉前處理?xiàng)l件，但處理后核桃樹葉結(jié)構(gòu)的變化機(jī)理卻未知，應(yīng)進(jìn)一步通過顯微觀察、葉表蠟質(zhì)含量測定等方法探究核桃樹葉片結(jié)構(gòu)與物質(zhì)組成在前處理后的變化，或可取得新的發(fā)現(xiàn)。