蓝莓修剪枝条与果渣堆肥还园利用探究*

万合锋，武玉祥，黄振兴，李永霞

（1 贵州省生物研究所，贵阳550009）（2 贵州省蓝莓产业工程技术研究中心）（3 贵州省植物园）

蓝莓是杜鹃花科越橘属多年生小浆果，是世界五大健康食品之一，被称为“黄金浆果”“世界第三代水果”[1-2]、“超级水果”[3]，蓝莓在抗氧化[4]、缓解视力疲劳、增强记忆力、抗衰老、辅助降血脂、抗癌活性等方面有丰富的营养价值[5]，在果树领域有较高的经济价值[6]。截至2017 年，我国蓝莓栽培面积31 210 hm2，总产量114 905 t，规模化种植的省（直辖市、自治区）达到27 个。贵州省将蓝莓作为水果方面发展的扶贫产业之一，栽培面积迅速增加，2017 年达到13 000 hm2，产量达到30 000 t，均居全国首位[7]。贵州省蓝莓种植有30 多个品种，种植区域以麻江县为核心扩散至全省[8]，以有机栽培为主[6]。

随着蓝莓产业的迅猛发展，以贵州现有的蓝莓种植面积来说，果园修剪枝条量按照现在一般果园的4 500 kg/hm2计算[9]，蓝莓年修剪枝条量达58 500 t。蓝莓鲜果除了可以加工为果汁、果酱和护肤营养品等[10]，还可以作为制作冰淇淋、蛋糕、蓝莓派的配料和保健食品原料[11]，积压的蓝莓鲜果可以酿制红酒并保留蓝莓的营养价值，在蓝莓酿酒后产生的酒糟中提取花青素可用于开发天然色素[10]。蓝莓田间管理修剪的枝条、收割的杂草和鲜果加工提取后剩下的果渣与直接堆弃的果渣直接堆放在田间难以降解转化为有益物质供作物吸收生长，直接焚烧又污染环境浪费资源[12]。而国内外对蓝莓果渣、修剪枝叶和园区杂草还园利用的研究鲜有报道，根据当前蓝莓废弃物的利用现状，以类似果树和园林废弃物的处理作为蓝莓废弃物利用的参考，探究堆肥化技术在蓝莓废弃物处理中的利用。

1 蓝莓田间管理和加工中有机废弃物的利用现状

1.1 蓝莓田间管理中有机废弃物现状

蓝莓田间管理产生的有机废弃物如修剪的枝条、清理的杂草逐年增长，大部分蓝莓种植户与企业在处理蓝莓废弃物上简单粗放，多采取焚烧、堆放，易造成资源浪费和环境污染。目前，蓝莓田间管理产生的废弃物数量及其营养成分缺少基础数据，田间管理废弃物的利用研究鲜有报道，蓝莓属于水果的一种，文中借鉴果园废弃物研究现状对蓝莓田间管理产生的废弃物及利用前景进行分析。果树枝条体积大、经济价值低，常作廉价的燃料，易造成有机物及营养元素损失，堆弃易造成病虫害[13]。园林和果树修剪枝条通过堆肥处理还园可以改善土壤理化性质，增加土壤有机质、养分含量，促进作物生长[14]，逐渐用作堆肥、食用菌、生物化工产品和新型燃料的原材料[13,15]，枝条堆肥处理技术未得到广泛应用，主要是枝条中难以降解的木质素[15]。

1.2 蓝莓果渣的利用现状

果渣为蓝莓果汁、果酒加工过程中的副产物[16]，含15 种花青素[3,17]、膳食纤维素[18]和多酚类物质[19]，粗脂肪、蛋白质、总糖、总酸，有21 种香气成分，6 种有机酸[20]，含有矿质元素Ca、Na、Mg、Mn、Zn[21]，是主要的食品添加剂和抗氧化剂[22]。酒渣花色苷的抗氧化性比蓝莓果花色苷要好[23]，蓝莓酒渣可制作蓝莓酒渣果酱[24]，提取花色苷[25]（目前已有报道的几个花色苷提取率分别为6.092[26]、4.988[27]、6.74[28]、4.67 mg/g[29]），可以作为膳食纤维蛋糕的辅助原料[30]，果渣中含0.18%的熊果苷对酪氨酸酶有抑制作用[31]，果渣还可以作蓝莓果渣挂面[32]，混合果酱的原料[33]，制作蓝莓果渣酵素[34]等，但对于果渣提取后废弃物利用研究未见报道。2018 年，课题组在贵州蓝莓主产区麻江县调研发现，种植户和蓝莓加工企业对蓝莓果渣营养成分和回用价值认识不足，蓝莓果加工后的果渣存在随意堆弃问题，对蓝莓红酒酒糟取样分析：pH 值3.28、容重450.67 kg/m3、铵态氮25.80 mg/kg、有效磷37.00 mg/kg、速效钾420.48 mg/kg、有机质97.91%、有机碳56.79%，并将蓝莓红酒酒糟与牛粪按照一定比例混合，进行高温堆肥处理[35]，结果表明堆肥后蓝莓红酒糟pH值由最初的3.28 增加到5.86，接近蓝莓生长的最佳值4.5～5.5[11]，EC 值0.79 mS/cm，小于2.6 mS/cm[36]，适合蓝莓生长，堆肥品种子发芽率指数为78%，达到可接受程度，基本无毒性，重金属（As、Hg、Pb、Cd、Cr）含量均在标准限量范围内。总体评价蓝莓红酒酒糟与牛粪混合堆肥后形成的栽培基质铵态氮、有效磷、速效钾、有机质和有机碳等均优于外购的商品基质，是非常适宜用作蓝莓栽培基质的原料，为蓝莓废弃物的资源化利用提供了理论基础。

2 高温好氧堆肥技术处理蓝莓废弃物

2.1 高温好氧堆肥技术

高温好氧堆肥发酵具有投资少、易操作等优点，是有机废弃物的有效处理途径，主要依靠微生物的作用，使原料从有机物转化为稳定、无害的物质[37]，微生物群落代谢能力和菌群结构是好氧堆肥的关键因素[38]，直接关系到物料的降解和营养成分的转化[39]，堆肥高温阶段是木质素、纤维素、半纤维素等分子被破坏、断裂和分解的主要阶段，特别是温度在55～60 ℃阶段，因此接种高温纤维素分解微生物，对于促进堆肥纤维素物质的快速降解和缩短腐熟时间具有积极意义[40]，堆肥处理是一种有效处理园艺废物[41]、果树枝条和动物粪便的方法[42]，有利于植物生长和植物病原菌的抑制[41]。蓝莓修剪枝条比蓝莓酒糟材质硬、成分复杂，主要含木质素、纤维素等大分子物质[9]。蓝莓田间管理和加工的废弃物堆肥发酵要充分考虑大分子纤维素和木质素等的高效降解，人工筛选、驯化和培养微生物菌剂用于蓝莓枝条、果渣堆肥，可以高效地将纤维素等复杂成分转化为易被吸收利用的单糖、二糖或寡聚糖等小分子物质[9]。陈浩天等[14]比较了几种处理园林废弃物的方法，发现好氧堆肥较直接焚烧可以减少园林废弃物中有机碳、全氮的大量损失。

2.2 预处理

何绪生等[15]研究认为果树枝条在堆肥前应粉碎到3 mm 左右，Milinković 等[41]认为应粉碎至5.5～10.0 mm。一般认为果树枝条粉碎长度不超过5 cm[37]，便于扩大物料混合接触面积。

2.3 蓝莓废弃物堆肥过程中纤维素降解菌的筛选

蓝莓堆肥发酵处理的关键是解决纤维素的降解。果树枝条中纤维素结构复杂抑制堆肥腐熟[9]，减缓物料分解[43]，纤维素降解一般需要2～3 年，沥滤出的高浓度矿物质造成二次污染[44]。纤维素降解菌筛选技术发展成熟，早在1982 年Teather 和Wood[45]发现刚果红染料与纤维素降解菌水解后的多糖可以形成浓郁色泽的透明水解圈。Hendricks等[46]在1993 年将其发展为鉴别纤维素降解菌的培养基。叶姜瑜[47]于1997 年探索出纤维素刚果红培养基，并广泛应用到纤维素降解菌的筛选。此后10余年，研究人员从土壤、腐烂枝叶、牛粪和污泥中分离出可以降解纤维素的降解菌[9]。周东兴等[48]从牛粪和秸秆的腐熟堆肥中筛选出高效纤维素降解菌枯草芽孢杆菌和隐球酵母菌。王震等[49]从发酵床垫料中分离出能降解纤维素的芽孢杆菌。李治玲等[50]从柑橘加工皮渣中分离得到能高效降解皮渣的耐高温细菌。

2.4 堆肥过程中复合降解菌的构建

蓝莓废弃物堆肥过程中，应在分离优势菌株的基础上构建复合菌群添加到堆体中加快物料腐熟。研究表明，堆肥中复合微生物菌种较单一优势菌种更有助于枝条的快速降解。史龙翔[9]从果树树枝自然堆腐和山区枯枝落叶腐烂严重的腐殖土中分离纯化出高效纤维素降解菌株，构建了高效混合菌群，用于枝条堆腐，提高了酶活性，促进了细菌群落结构演替，加快了堆体腐熟。Yang 等[42]通过接种复合微生物菌种对猪粪和苹果树枝条堆肥，提高了堆肥质量和效率。刘建斌等[40]采用限制性培养筛选出高温纤维素分解复合菌群PN-8，有效促进了有机质分解，缩短了发酵时间。王春铭等[51]研究认为从堆肥原料中筛选混合菌群，各菌群之间相互作用生成抗氧化物质，形成复杂稳定的生态系统，可以促进有机物降解、加快腐熟。张昊等[52]将2 株嗜温菌株和1 株嗜热菌株配制复合菌剂降低了鸡粪堆肥中氨气释放量。

3 蓝莓废弃物高效堆肥中应考虑的关键因素

3.1 注重土著降解菌的分离应用

研究表明从堆肥过程中分离土著微生物用于物料降解较外源（外购）微生物菌剂效果好。阮馨怡等[53]筛选高效污泥降解菌经16SrDNA 分析，主要属于芽孢杆菌属，并且分离自污泥中的菌株比土壤中的菌株效果好，因为外源微生物量过多，与污泥中土著微生物形成竞争，打破了菌种之间的生态平衡，导致微生物因竞争而大量死亡。文亚雄等[54]从菇渣中筛选得到芽孢杆菌属，通过秸秆堆肥验证物料有机质含量、堆内温度、GI 指数均优于市售菌剂处理，秸秆完全腐熟且对植物生长有促进作用。

3.2 与现代微生物分离鉴定技术相结合

在蓝莓废弃物堆肥过程中可以借助现代技术手段16SrDNA 序列分析、Biolog 技术、宏基因组技术分析微生物的组成，明确关键微生物种类，进行分离纯化保存利用，提高工作效率，减少传统分离及形态观察环境干扰和工作量。刘晓梅等[44]用16SrDNA 序列分析，从杏鲍菇菌渣中经过纤维素刚果红水解圈测定、滤纸条降解试验以及纤维素酶活力测定，筛选高效降解纤维素菌株主要为枯草芽孢杆菌，此外有链霉菌属、丛毛单细胞菌属。王秀红等[38]用Biolog 技术和宏基因组技术相结合，了解好氧堆肥过程中微生物的代谢能力，为筛选新菌种指明了方向。张昊等[52]从鸡粪及鸡粪堆肥样品中富集、分离、纯化氨氮降解菌，通过形态学观察和16SrDNA序列同源性分析，发现其属于无氧芽孢杆菌和产气肠杆菌。

3.3 堆肥条件优化控制

蓝莓废弃物堆肥应着重从改良试验条件入手探索加快堆肥进程，可以考虑添加适量生物质炭，缩短堆肥时间，抑制温室气体挥发[15]。Jain 等[55]在牛粪与锯末的堆肥中添加生物炭，加快了物料的降解。Reyes-Torres 等[56]综述绿色废物中木质纤维素降解，从降低物料的粒度、添加改良剂、膨胀性材料（生物炭、木屑）等方面改良试验条件。Ueda等[57]制备含有链球菌菌丝体的固体微生物制剂快速降解修剪后枝条。Song 等[58]在堆肥中添加抗酸化微生物群落显著增加了催化木质素、纤维素和半纤维素降解酶的种类，增加了关键酶数量。

4 展 望

蓝莓适宜生长在pH 值4.0～5.5、有机质含量丰富、疏松、排水好的环境中[8]，将蓝莓果渣与修剪枝叶、园区杂草混合堆肥回用于蓝莓栽植，符合发展循环农业和生态农业要求。针对蓝莓修剪枝条的降解难题，在蓝莓修剪枝条与果渣混合堆肥发酵过程中借助现代分子生物学技术手段对堆肥不同时期的微生物群落分布情况和微生物组成进行分析，得到可以快速高效降解蓝莓生产加工废弃物的优势菌种，并筛选分离纯化保存利用。一方面，可以减少降解蓝莓废弃物优势菌的不确定性，减少外购菌剂的盲目性；另一方面，将试验中筛选的优势菌与现场生产利用相结合，在蓝莓废弃物堆肥中通过添加优势菌剂加速物料降解和腐熟；再有，系统认识堆肥发酵产物在还田还园利用中提质增效响应情况，将试验取得的良好技术推广到基层，实现技术转化，提高蓝莓废弃物循环利用的高效性、环保性，既做到保证质量，又减少了环境污染。