核桃樹葉基質化的酸堿前處理方式探究

王艷壯，姚曉杰，李瑩杰，何 苗，王應梅，杜紅斌

塔里木大學 園藝與林學學院，新疆阿拉爾 843300

新疆地處內陸，基質原料草炭購買后還有較長的陸路運輸，基質成本高昂，而南疆大面積栽培核桃，擁有豐富的核桃樹葉資源，將其發酵腐解后作為基質，具有廣闊的應用前景。樹葉表面通常具有一層疏水蠟質，會在核桃樹葉發酵過程中影響水分的浸潤和微生物的活動，因此核桃樹葉發酵前處理也成了核桃樹葉基質化的關鍵一環。不同植物的蠟質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，因此可以采用酸堿溶液在堆腐發酵前對樹葉進行前處理，破除蠟質結構，促進發酵。柴艷芳[2]研究發現添加松樹皮干質量0.4%~0.8%的石灰預處理1周可以促進松樹皮的發酵，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核桃樹葉進行浸泡除塵和活化。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

核桃樹葉來自新疆生產建設兵團塔里木大學園藝實驗站、阿拉爾市十二團核桃種植基地，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 試驗方法

試驗研究清水浸泡時間和酸堿溶液種類2個因素交互作用對核桃樹葉理化性質的影響，設置了5個清水浸泡時間，選用硫酸、氫氧化鈉、草酸、氨水4種處理溶液，共計20個處理（表1）。具體試驗方法為：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定時長（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，測定處理后核桃樹葉的理化性質。處理時長與處理液濃度設置參考姚文英[3]對樹葉酸堿前處理的設置。

表1 試驗處理設置

1.3 測定指標及方法

1.3.1 容重孔隙度的測定取容積為V的容器，稱重（W0），裝滿風干的基質，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值的測定取風干樣品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計測定pH值，用電導儀測定電導率。

1.4 數據整理與分析

采用Excel 2019軟件進行試驗數據的整理與圖表的制作。利用灰色關聯度法對處理后核桃樹葉物理化學指標關聯度進行綜合排序，篩選合適處理。

2 結果與分析

2.1 不同浸泡時間和酸堿溶液處理對核桃樹葉容重的影響

由圖1可知，浸泡不同時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先增加后降低趨勢，即隨著核桃樹葉浸泡時間的增加，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到最大，硫酸和氨水溶液在浸泡24 h處理核桃樹葉容重達到最高。

圖1 不同浸泡時長與溶液種類處理核桃樹葉容重的變化

2.2 不同浸泡時間和酸堿溶液處理對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一致，隨著核桃樹葉浸泡時間的增加，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，在不同浸泡時間下草酸處理后總孔隙度變化較小，相對浸泡0 h的處理，各個浸泡時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，之后幾乎隨浸泡時間的增加呈直線下降。在通氣孔隙和持水孔隙度上，除個別處理外，不同溶液處理變化趨勢一致，隨著核桃樹葉浸泡時間的增加，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間的增加，核桃樹葉在4種溶液處理后氣水比呈增加趨勢。

圖2 不同浸泡時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，不同浸泡時間處理之間核桃樹葉pH值相差較小，但相同浸泡時間下，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。從不同處理pH值的變化可以看出，自來水浸泡對核桃樹葉pH值影響不大，而不同處理溶液種類才是影響核桃樹葉pH值的關鍵。浸泡不同時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，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 不同浸泡時長與溶液種類處理核桃樹葉pH、EC值變化

2.4 不同浸泡時間和酸堿溶液處理灰色關聯度分析

依據鄧聚龍[4]提出的灰色系統理論原理，對不同酸堿前處理后核桃樹葉理化指標進行綜合分析排序。理想處理方法的設定綜合考慮蔬菜育苗基質標準（NY/T 2118—2012）[5]要求及有機物質發酵微生物生長適宜酸堿方式，取各個處理的容重、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最小值構成理想處理，采用變異系數法確定其權重。

由表2可知，等權關聯度和加權關聯度第一位分別為Q17和Q18處理，2種排序結果存在差異。因為不同處理對核桃樹葉各個方面理化指標的影響程度不同，需要對各個指標進行加權分析，因此最佳處理為Q18。

3 討論與結論

核桃樹葉前處理是為了促進核桃樹葉的發酵。在進行不同前處理后應選擇容重適中的處理，以防止在進行前處理后發酵基質容重偏低或過高。核桃樹葉的堆腐發酵需要足夠的空氣、水分和適宜的pH值，以維持微生物的活動，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]研究發現，發酵菌嗜熱性側孢霉適宜pH值在4~8之間，據此，采用氨水前處理更有利于使核桃樹葉pH值適宜發酵。蔬菜育苗基質要求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變化發現，在浸泡24 h后采用氨水處理的核桃樹葉綜合理化性質最適宜后期發酵，且灰色關聯度分析結果與此一致，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。