樟子松树皮腐熟理化性质变化研究

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　　摘要 为了解樟子松树皮腐熟后理化性质的变化，将新鲜树皮粉碎后进行了腐熟处理，并测定相关的理化指标。结果表明：树皮腐熟后，容重降低了0.04 g/cm3，总孔隙度、通气孔隙、持水孔隙、气水比没有明显的变化（P<0.05）;但化学性质发生了明显变化，pH、电导率明显降低，有机碳含量、全氮含量、碱解氮含量明显增加，全磷含量增加0.09 g/kg，单宁含量由13.28%降至0.29%。通过樟子松树皮理化性质的研究，为今后作栽培基质用提供技术支持和理论依据。
　　关键词 樟子松树皮;腐熟;理化性质
　　中图分类号 S 141.4文献标识码 A
　　文章编号 0517-6611（2020）17-0158-02
　　doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.17.040
　　开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
　　Study on the Change of Physical and Chemical Properties of Pinus sylvestris Barks after Fermentation
　　LI Yan hong1， LIN Wen xia2， LI Xin1 et al
　　（1.Hulunbuir Forestry Research Institution，Hulunbuir，Inner Mongolia 021008;2.Forestry and Grassland Bureau of Ewenki Autonomous Banner，Ewenki Autonomous Banner，Inner Mongolia021100）
　　Abstract In order to understand the changes of physical and chemical properties of Pinus sylvestris bark after fermentation，the relevant physical and chemical indicators were determined after the fresh bark was broken and fermented.The results showed that bulk density decreased by 0.04 g/cm3，the total porosity，aeration porosity，water holding porosity and gas water ratio had no significant change （P<0.05）.However，it had dramatic changes in chemical properties，the pH and EC decreased significantly，the organic carbon，total nitrogen and alkaline hydrolysis nitrogen content increased significantly，the total phosphorus content increased by 0.09 g/kg，and the tannin content decreased from 13.28% to 0.29%.Through the study on the change of physical and chemical properties of Pinus sylvestris barks after fermentation，we canprovide technical support and theoretical basis for future cultivation substrate.
　　Key words Pinus sylvestris barks;Fermentation;Physical and chemical properties
　　樟子松（Pinus sylvestris var.mongolica Litv.）原产于我国大兴安岭和呼伦贝尔草原红花尔基沙地，具有抗寒、抗旱和较速生等优良特性[1-2]。樟子松材质较强，纹理直，可供建筑、家具等用材。樟子松木材利用后产生了大量的树皮废弃物，如何有效地处理这些废弃物是解决木材利用率和环保等方面的重要问题。新鲜松树皮中含有较多的单宁、酚类、有机酸和松脂类物质[3]，未经处理，这些物质会影响植物的正常生长[4]。目前，关于树皮的腐熟及应用，国内外已有不少报道[5-6]，张沛健等[7]以桉树皮为原料，通过添加不同氮源与菌剂，探究其对树皮的腐熟效果;武亚敬等[8]利用田间堆制腐熟技术对松树皮进行腐熟;柴艳芳等[9]通过添加EM菌剂、木醋液，探究松树皮发酵的最佳方案。但是，关于樟子松树皮腐熟后的理化性质研究很少。该研究通过对樟子松新鲜树皮进行腐熟处理，测定相关理化性质，旨在通过腐熟改善树皮的理化性质，降解单宁等有害物质，为制作更加优良的有机基质提供理论参考。
　　1 材料与方法
　　1.1 材料
　　樟子松树皮原材料来自满洲里市木材加工厂，金宝贝11型树皮发酵助剂购自北京华夏康源科技有限公司。
　　1.2 试验设计
　　樟子松树皮腐熟试验在鄂温克旗南屯林场院内试验地上实施。运用粉碎机将樟子松树皮粉碎，筛网孔径选择8 mm，根据金宝贝说明书的配比以及试验目的，加入金宝贝树皮发酵助剂，以畜禽粪便和尿素为氮源，按一定配比进行混合（树皮400 kg+牛粪20 kg+尿素8 kg+石灰0.8 kg+金宝贝树皮发酵助剂1 kg+2.5 kg玉米粉），堆成1.0～1.5 m高的大堆，做到保溫、保湿。在堆体的同一高度不同方向插入温度计，每天观测樟子松树皮堆体温度变化，温度计插入深度约20 cm。经过5～7 d发酵，发酵温度达45～50 ℃，发酵物表面出现白色菌丝时（保持2 d以上）进行第一次翻堆，翻堆时补充水分，使树皮含水量控制在60%左右。继续进行发酵，使发酵温度继续上升，如此反复，直到温度不再上升，发酵结束。 　　1.3 方法
　　发酵结束后，随机取样拿回实验室进行理化性质测定，测定指标包括容重、总孔隙度、通气孔隙、持水孔隙、气水比、pH、电导率、有机碳、全氮、碱解氮、全磷、单宁含量。测定方法参照《土壤农化分析》[10]常规分析方法，其中pH采用Sarorius PB-10酸度计测定，电导率采用雷磁 DDS-307电导率测定仪测定，有机碳含量测定采用重铬酸钾外加热法，全氮含量测定采用半微量凯氏定氮法，碱解氮含量测定采用碱解扩散法，全磷含量测定采用NaOH 熔融—钼锑抗比色法;单宁含量测定参照《植物生理学实验指导》[11]，利用比色法测定。
　　1.4 统计分析 运用SPSS、Excel软件进行数据分析。
　　2 结果与分析
　　2.1 樟子松树皮腐熟过程中温度变化
　　由图1可知，第2天堆体温度就上升到50.6 ℃，第8天翻堆，温度略有下降，随后又上升到42 ℃左右，第15天温度开始下降至33 ℃左右，第21天翻堆后，温度上升幅度不明显，并保持在25 ℃左右，温度不再上升，腐熟过程结束。温度变化反映了树皮腐熟过程中微生物活性的变化，经历了升温、高温、降温，当温度趋近于环境温度时，表明树皮的分解接近完全，腐熟可被认为已达稳定[12-14]。
　　2.2 樟子松树皮腐熟过程中物理性质变化
　　由表1可知，樟
　　子松树皮发酵后，容重降低了0.04 g/cm3，差异显著（P<0.05），总孔隙度、通气孔隙、气水比略增加，但差异不显著（P≥0.05），持水孔隙降低1.63百分点，差异不显著（P≥0.05）。
　　2.3 樟子松树皮腐熟过程中化学性质变化 由表2可知，腐熟处理后的樟子松树皮化学性质变化很大，pH、电导率明显降低（P<0.05），有机碳含量、全氮含量、碱解氮含量明显增加（P<0.05），全磷含量增加0.09 g/kg，但差异不显著（P≥0.05）。樟子松树皮发酵后，树皮的单宁含量由13.28%降至0.29%，差异显著（P<0.05）。说明在樟子松树皮腐熟过程中，微生物发生了复杂的生物化学反应。
　　3 结论与讨论
　　樟子松树皮腐熟过程中，微生物發生了从分解水溶性有机物开始，逐渐降解难分解有机物（如纤维素和木质素），并转化为腐殖质的生物化学过程。发酵过程的不同阶段，堆体中的微生物数量和种群结构也不断发生变化[15-16]。树皮在发酵过程中，可能受微生物作用，大粒径树皮颗粒被降解，小粒径树皮颗粒受菌丝的黏结作用而团聚在一起，使得容重降低0.04 g/cm3，孔隙度没有明显变化。但是，樟子松树皮腐熟后的化学性质发生明显变化，pH、电导率明显降低（P<0.05），pH的变化可能与添加的尿素、牛粪有关，贺海升等[17]研究发现用尿素作氮源发酵针叶树皮土，pH明显降低[18]。EC反映基质可溶性盐分的多少，随着腐熟的进行，可溶性盐分被微生物利用和流失，导致 EC 下降。顾剑等[19]对樟子松树皮的有效成分进行了研究，发现樟子松树皮含有多糖、苷类、黄酮、有机酸、鞣质等成分，这些成分可能被微生物分解并发生复杂的生物化学反应，产生碳水化合物，导致有机碳、全磷含量的增加。全氮、碱解氮含量较腐熟前增加，说明含氮物质在微生物作用下发生降解，释放氨气，并产生铵盐[20-21]，从而增加了氮含量，由于添加的尿素、牛粪含有较多氮素，促进了全氮、碱解氮含量的增加。通过腐熟，新鲜松树皮中的单宁等有害物质得到降解，单宁含量从13.28%降至0.29%。综上所述，樟子松树皮经过腐熟后，有害物质得到降解，并产生了植物生长所需的C、N、P等化学元素，但是樟子松树皮腐熟只是用作栽培基质的前处理工作，作为一种单一基质其理化性质不能完全满足育苗要求。需要和其他基质混配，形成理化性质适合育苗要求的理想基质，才能应用于苗木、花卉、蔬菜等基质栽培。今后可以根据植物的生长习性合理调配育苗基质，为樟子松树皮废物利用及开发提供理论支持。
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