高安勤 鄧廷飛 王福鳳 柳小蘭 嚴(yán)艷芳
摘 要:為實(shí)現(xiàn)刺梨果渣生態(tài)高效利用,采用食用菌種植+中藥材種植模式進(jìn)行試驗(yàn),進(jìn)而達(dá)到刺梨果渣的“零廢棄”的目的。結(jié)果表明:以刺梨果渣為基質(zhì)栽培食用菌,平均生物學(xué)轉(zhuǎn)化率為124%,半纖維素、纖維素、木質(zhì)素降解率分別為47.50%、46.68%、7.30%;再利用刺梨果渣菌糠種植白及,種植所得白及符合2015年版《中國(guó)藥典》標(biāo)準(zhǔn),基質(zhì)中半纖維、纖維素、木質(zhì)素最高降解率分別為37.9%、38.8%、26.5%,通過(guò)降解后栽培基質(zhì)可以與尿素配合施用還田從而達(dá)到農(nóng)業(yè)資源“零廢棄”的目的。研究表明,刺梨果渣種植食用菌、白及是可行的,并且降低了基質(zhì)中纖維素等含量,對(duì)刺梨、食用菌、中藥材種植產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞:刺梨果渣;食用菌;白及;循環(huán)利用
刺梨是貴州獨(dú)有的特色林業(yè)產(chǎn)業(yè),2018年全省刺梨基地面積達(dá)260.31萬(wàn)畝,掛果面積為76.24萬(wàn)畝,鮮果總產(chǎn)量達(dá)16.95萬(wàn)噸,比2017年的15.14萬(wàn)噸增加12%,刺梨鮮果實(shí)際加工量7.85萬(wàn)噸,刺梨產(chǎn)業(yè)綜合產(chǎn)值37億多元,比2017年的31.3億元增幅為18%。目前全省從事刺梨加工企業(yè)達(dá)到40家,年設(shè)計(jì)產(chǎn)品加工生產(chǎn)能力88.87萬(wàn)噸。據(jù)了解,2018年全省刺梨加工產(chǎn)品主要用于食品、保健品以及飼料添加劑,有刺梨汁、刺梨酒、刺梨精品果脯、刺梨茶、刺梨核桃、刺梨精粉、刺梨軟糖、刺梨渣飼料添加劑等。現(xiàn)階段刺梨加工產(chǎn)品的前期處理,是先對(duì)刺梨進(jìn)行壓榨,刺梨果渣主要應(yīng)用在膳食纖維、超微粉及降血糖、果醋、提取天然香料、發(fā)酵飼料蛋白的制作中[1-3]。刺梨的盛果期只有2~3個(gè)月,產(chǎn)出的果渣量較大,上述應(yīng)用無(wú)法一次集中消納,而對(duì)提取后所殘留廢棄物怎么處理,也是一個(gè)極大的環(huán)境問(wèn)題。
筆者在本研究中結(jié)合貴州食用菌和中藥材發(fā)展趨勢(shì),采用食用菌種植平菇[4]+中藥材種植模式,達(dá)到刺梨果渣的“零廢棄”。在總結(jié)相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上,根據(jù)貴州省刺梨的種植規(guī)模以及刺梨果渣應(yīng)用情況,采用食用菌種植+中藥材種植模式,研究刺梨果渣經(jīng)過(guò)不同利用方式提高其降解效果和附加值,提出了刺梨果渣生態(tài)高效利用的理論依據(jù)和實(shí)踐支撐,為刺梨產(chǎn)業(yè)、食用菌產(chǎn)業(yè)、中藥材種植業(yè)發(fā)展提供了綜合利用的新途徑。
1 材料與方法
1.1 供試材料
刺梨果渣,由貴州奇昂生物科技有限公司提供,平菇栽培種,由貴州省天然產(chǎn)物研究中心提供;刺梨菌糠,用刺梨果渣生產(chǎn)的菌棒完全出菇后的殘?jiān)话准?,貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供;有機(jī)肥,羊糞有機(jī)肥(黔農(nóng)肥(2012)臨字0071號(hào)專利證號(hào):201210422218.7)。
1.2 供試方法
1.2.1 平菇栽培方法
(1)原種、栽培種的制備:原種、栽培種的制備參照李艷芳等[5]的方法。
(2)平菇培養(yǎng)基配方設(shè)計(jì):采用貴州省天然產(chǎn)物研究中心經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化配方[4],平菇培養(yǎng)基質(zhì)量配方為刺梨果渣73%、玉米面19%、普鈣3%。主料最優(yōu)質(zhì)量配比為刺梨果渣72%、玉米面19%、普鈣3%,而輔料為石灰5%、碳酸鈣1%,生物學(xué)轉(zhuǎn)化率124%。
1.2.2 白及栽種方法
(1)栽培基質(zhì)選擇:采用刺梨菌糠作為栽培基質(zhì),通過(guò)盆栽方式栽培,其中將菌糠分為滅菌、不滅菌兩種。
(2)盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì):菌糠盆栽為兩因素試驗(yàn),進(jìn)行菌糠工藝處理(A)和羊糞有機(jī)肥施用量(B)白及盆栽試驗(yàn),菌糠工藝處理設(shè)2個(gè)水平,有機(jī)肥施用量設(shè)4個(gè)水平,每個(gè)處理3個(gè)重復(fù),并采用土壤做對(duì)照(表1、表2)。
(3)栽種時(shí)間:該試驗(yàn)從2016年9月14日栽培,至2019年5月22日采收。每個(gè)盆栽栽種2株白及,一次性按比例加入基肥后,不加任何肥料。
1.3 指標(biāo)測(cè)定方法與標(biāo)準(zhǔn)
1.3.1 白及指標(biāo) 有以下幾項(xiàng):
(1)生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)測(cè)定:本試驗(yàn)共設(shè)置33盆。測(cè)量時(shí)每盆取平均值。使用鋼尺(精確到1毫米)觀測(cè)葉片長(zhǎng)度、株高,使用游標(biāo)卡尺(精確到0.01毫米)觀測(cè)莖粗。葉片數(shù)、莖節(jié)數(shù)采用計(jì)數(shù)法。各生長(zhǎng)指標(biāo)按照以下標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè):①塊莖:每株塊莖出芽數(shù);②株高:地上部分自然高度。
(2)水分的測(cè)定(參考GB/T 5009.3—2010):①將稱量瓶置于101~105 ℃干燥箱中干燥,冷卻,稱量,稱量前后兩次質(zhì)量差為2毫克以內(nèi),即為恒質(zhì)量。②稱取5克左右白及試樣(精確至0.000 1克)置于恒質(zhì)量的稱量瓶中,加蓋,精密稱量后,置101~105 ℃烘箱中干燥,瓶蓋斜搭稱量瓶上,干燥3小時(shí)后,將瓶蓋蓋好,取出放入干燥器內(nèi)冷卻半小時(shí)后稱量,重復(fù)以上步驟直至前后兩次質(zhì)量差為2毫克以內(nèi),記下最低質(zhì)量。注:在計(jì)算中,恒重值取最低質(zhì)量。
③結(jié)果計(jì)算
X=[m1-m2m1-m3]×100%。
式中:X—試樣中水分的含量(克/100克);m1—稱量瓶+試樣的質(zhì)量(克);m2—稱量瓶+試樣干燥后的質(zhì)量(克);m3—稱量瓶質(zhì)量(克)。
(3)灰分的測(cè)定(參考GB/T? 5009.4—2016):①稱取約4.0克樣品(精確至0.000 1克)于恒質(zhì)量的坩堝中,用小火加熱使樣品炭化至無(wú)煙。將炭化完全的樣品放入馬弗爐中,525 ℃灼燒灰化3小時(shí),待爐溫降至200 ℃以下,取出坩堝放于干燥器中,冷卻0.5小時(shí),稱質(zhì)量。重復(fù)灼燒、冷卻、稱質(zhì)量,直至前后兩次稱量質(zhì)量差不超過(guò)5毫克,記下最低質(zhì)量。
②結(jié)果計(jì)算:
X=[m2-m0m1-m0]×100%。
其中:X—樣品中總灰分的含量(%);m2—坩堝和總灰分的質(zhì)量(克);m0—坩堝質(zhì)量(克);m1—樣品和坩堝質(zhì)量(克)。
1.3.2 栽培基質(zhì)指標(biāo) 測(cè)定栽培基質(zhì)前后的中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、水溶性浸出物等的含量變化。中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、纖維素、木質(zhì)素、半纖維素含量的測(cè)定方法參照池寧琳[6]的報(bào)道。
1.4 數(shù)據(jù)處理
試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用DPS7.05軟件進(jìn)行方差分析和多重比較(α=0.05),所有數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,采用Microsoft Office Excel 2007繪制圖表。
2 結(jié)果與分析
2.1 刺梨果渣栽培平菇前后半纖維素、纖維素及木質(zhì)素的變化
通過(guò)平菇的降解作用,栽培原料中的有機(jī)物和水分逐漸被利用,菌包的總質(zhì)量逐漸減?。ū?)。經(jīng)過(guò)刺梨果渣、栽培原料、菌絲長(zhǎng)滿、出菇芽、菌糠等幾個(gè)階段,刺梨果渣到刺梨菌糠基質(zhì)階段的半纖維素、纖維素、木質(zhì)素含量是降低的,半纖維素從21.69%降低到11.39%,降解率為47.5%;纖維素含量從25.21%降低到13.44%,降解率為46.68%;木質(zhì)素含量從30.74%降低到28.49%,降解率為7.3%,都呈極顯著差異。
2.2 白及各處理間生長(zhǎng)發(fā)芽與存活率情況
通過(guò)1年的觀察,白及地上部分在10月份左右開(kāi)始凋謝枯萎,翌年2月又開(kāi)始發(fā)新芽。采用菌糠基質(zhì)栽培的白及以及對(duì)照處理,從表4看出,白及存活率和發(fā)芽率都為100%,說(shuō)明刺梨菌糠栽培白及較為適宜,菌糠滅菌和不滅菌對(duì)白及的存活率影響不大。這與薄璇[7]廢棄的食用菌菌糠適宜作為一種新型的基質(zhì)資源栽培利用的結(jié)果一致(表4)。
2.3 白及采收各處理間生長(zhǎng)情況
經(jīng)過(guò)將近兩年半的生長(zhǎng),進(jìn)行采挖,去掉泥土蒸5分鐘,至內(nèi)無(wú)白心時(shí)取出,冷卻,去掉根須,烘干備用。
從表5可以看出,處理1,白及株數(shù)最多,塊莖鮮質(zhì)量最大為249.4克,處理10的白及塊莖最小為28克,對(duì)照組采用土壤種植白及CK質(zhì)量為142.1克。從各處理可看出,加入有機(jī)肥2%種植白及產(chǎn)量最高。而滅菌和不滅菌的結(jié)果表明,不滅菌產(chǎn)出的白及產(chǎn)量高于滅菌的(圖1)。有研究表明[8]大田集約化種植和大棚種植密度均為6000株/畝,林下種植密度為4000株/畝。大棚、大田和林下種植平均每畝鮮塊莖產(chǎn)量,一年半時(shí)分別為751.8、640.8、285.6千克;兩年半時(shí)分別為1 954.8、1 512.0、716.8千克;三年半時(shí)分別為3 066.0、2 715.0、1 264.4千克。
本試驗(yàn)種植的每個(gè)處理總株數(shù)為6株,可換算成每畝種植株數(shù),需乘以1000,得出產(chǎn)量處理1為249.4千克/畝,這與上述研究產(chǎn)量相差甚遠(yuǎn),但是與張秀玥等[9]研究最好處理產(chǎn)量相當(dāng)。通過(guò)該試驗(yàn)可以看出,刺梨菌糠種植白及可行,需后續(xù)進(jìn)一步進(jìn)行施肥試驗(yàn)。
2.4 白及各處理間品質(zhì)情況
從表6可以看出,各處理水分含量和灰分含量都符合2015年版《中國(guó)藥典》標(biāo)準(zhǔn),水分含量低于15%,灰分含量低于5%。從各處理間看,水分含量各處理間存在顯著差異,處理2、3、8、9差異不顯著。處理1水分含量最低,為9.78%,處理5水分含量最高,為14.71%。處理10灰分含量最高,為4.77%,處理4次之,為4.34%。處理3、4、8、9差異不顯著,不滅菌處理隨有機(jī)肥施用量梯度升高,白及灰分也呈升高態(tài)勢(shì),表明在生長(zhǎng)過(guò)程中應(yīng)合理施用肥料。該白及灰分含量與吳鳳云等[10]研究三年生白及灰分含量相當(dāng)。
2.5 栽培基質(zhì)栽種前后半纖維素、纖維素及木質(zhì)素含量的變化情況及與產(chǎn)量的關(guān)系
由表7可知,基質(zhì)栽培后半纖維素、纖維素、木質(zhì)素的平均含量都有所降低,且與各處理具有顯著差異;可以看出經(jīng)基質(zhì)栽培后,各處理半纖維素、纖維素及木質(zhì)素有不同程度降解。從菌糠—白及收獲后的階段,從刺梨菌糠栽培前起算,處理8半纖維素含量最低為7.07%,降解率為37.9%;處理5的纖維素含量最低為8.22%,降解率為38.8%;處理10的木質(zhì)素含量最低為20.94%,降解率為26.5%?;|(zhì)各處理中纖維素含量、半纖維素含量、木質(zhì)素含量與有機(jī)肥施用量無(wú)規(guī)律可循。從刺梨果渣—白及收獲后的階段,各處理間半纖維素和纖維素的最高降解率都為67.4%、木質(zhì)素最高降解率為31.9%。在白及收獲后的基質(zhì)中施入尿素能進(jìn)一步促進(jìn)降解,有研究表明[11]纖維素和尿素配施會(huì)顯著提高土壤細(xì)菌物種數(shù)量和物種多樣性,降低土壤硝化作用強(qiáng)度。
從表8可以看出,纖維素含量與半纖維素含量呈顯著正相關(guān);白及產(chǎn)量與木質(zhì)素含量呈極顯著正相關(guān)。表明木質(zhì)素可以增加白及產(chǎn)量,這與張作新、薛占奎等[12-13]研究木質(zhì)素肥料可使小麥、晚稻增產(chǎn)的結(jié)果相同。
3 討論與結(jié)論
(1)試驗(yàn)結(jié)果表明,刺梨果渣經(jīng)過(guò)食用菌栽培后,作為基質(zhì)種植白及是可行的,種植白及的存活率和出芽率都為100%。通過(guò)對(duì)菌糠進(jìn)行滅菌和不滅菌處理,不滅菌處理的產(chǎn)量?jī)?yōu)于滅菌處理的產(chǎn)量,這可能是由于菌糠中還有大量的粗纖維、粗蛋白、多糖及礦質(zhì)元素等殘余菌絲體,能保水透氣[14],筆者認(rèn)為基質(zhì)經(jīng)過(guò)滅菌后會(huì)破壞菌糠的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以及滅殺部分微生物,導(dǎo)致微生物數(shù)量減少無(wú)法對(duì)基質(zhì)中的粗纖維、粗蛋白等進(jìn)行分解,為作物提供的養(yǎng)分,導(dǎo)致產(chǎn)量比未滅菌處理低。通過(guò)與相關(guān)研究對(duì)比,本試驗(yàn)產(chǎn)量不高,主要是由于該試驗(yàn)只施基肥而未追肥,與牟紅杰等[15]的菌糠中所剩余的礦物質(zhì)、氮素營(yíng)養(yǎng)元素都有限,栽培中不能替代化肥的研究結(jié)果不謀而合,要提高白及產(chǎn)量需要進(jìn)一步進(jìn)行施肥試驗(yàn)。
(2)從刺梨果渣—菌糠—白及種植后,刺梨果渣中的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素在不斷降解,刺梨果渣—菌糠階段,降解率大小順序?yàn)榘肜w維素>纖維素>木質(zhì)素,這與于丹[16]等研究香菇基質(zhì)中纖維素降解率順序一致,但降解率比香菇低。菌糠—白及收獲后的階段,降解率大小順序?yàn)槔w維素>半纖維素>木質(zhì)素,經(jīng)過(guò)兩次降解后,刺梨果渣基質(zhì)中半纖維素和纖維素降解率最高為67.4%、木質(zhì)素降解率最高為31.9%。木質(zhì)素結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定難于降解,因此木質(zhì)素降解率最低。
(3)刺梨果渣經(jīng)過(guò)食用菌栽培和中藥材種植,食用菌和白及都產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益,在栽培過(guò)程中,刺梨果渣的纖維素等物質(zhì)得到了充分的降解,可以結(jié)合尿素配施歸還農(nóng)田,從而真正達(dá)到農(nóng)業(yè)資源的“零廢棄”,為刺梨果渣的生態(tài)高效利用提供了具有可操作性的新路徑。
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作者簡(jiǎn)介:高安勤(1991年-),男,貴州黔西人,碩士,高級(jí)農(nóng)藝師,主要從事土肥水技術(shù)推廣工作。
*通信作者:鄧廷飛(1988年-),男,貴州石阡人,碩士,助理研究員,主要從事資源廢棄物利用和土壤微生物相關(guān)研究工作。E-mail:513620245@qq.com。