陈皮废弃果渣(液)有机碳肥研制及肥效初报

Preliminary Report on the Development of Organic Carbon Fertilizer from Waste Residue (Liquid) of Tangerine Peel and Fertilizer Efficiency

卫尤明 Youming WEI , 廖宗文 Zongwen LIAO , 朱佳豪 Jiahao ZHU , 毛小云 Xiaoyun MAO

1 华南农业大学资源环境学院广东广州 510642 College of Natural Resources and Environment, South China Agricultural University, Guangzhou, Guangdong 510642, China 2 广东省生态循环农业重点实验室广东广州 510642 Guangdong Key Laboratory of Ecological Circular Agriculture, Guangzhou, Guangdong 510642, China

摘要：

为解决新会陈皮加工产生的大量废渣(液)污染环境的问题，以陈皮加工废渣(液)为原料制成复方柑液有机碳肥，并进行系列盆栽、大田肥效试验。试验结果表明：施用有机碳肥后，叶菜类(小白菜、油麦菜等)增产18.6%~71.0%；除了大田玉米复方柑液有机碳肥A₃处理外，其他处理玉米增产12.9%~14.2%；作物的叶绿素含量升高，有利于促进光合作用。叶菜类蔬菜施用C/N(质量比)为3.2~3.5的复方有机碳肥效果较好，谷物类施肥C/N在2.1~3.2为宜；有机碳的肥效与作物种类、肥料的C/N有关。这为农产品加工废物的治理提供了资源化利用的新途径。

关键词：

有机碳肥; 碳氮比; 叶菜类蔬菜; 玉米; 新会陈皮;

Abstract：

In order to solve the environmental pollution problem caused by a large amount of waste residue (liquid) produced by Xinhui tangerine peel processing, compound orange liquid organic carbon fertilizer is prepared by using tangerine peel processing waste residue (liquid) as raw materials, and a series of potted and field fertilizer efficiency tests are carried out. The test results show that after applying organic carbon fertilizer, the output of leaf vegetables (pakchoi, leaf lettuce, etc.) increases by 18.6% to 71.0%; with field maize, except for compound orange liquid organic carbon fertilizer A₃ treatment, the output of other treatment maize increases by 12.9% to 14.2%; the increase of chlorophyll content of crops is conducive to promoting photosynthesis. For leafy vegetables, the application of compound organic carbon fertilizer with a C/N (mass ratio) of 3.2 to 3.5 has better effect, and a C/N ratio of 2.1 to 3.2 is more suitable for cereal fertilization; the efficiency of organic carbon fertilizer is related to crop types and C/N ratio of fertilizer. This provides a new way of resource utilization for the treatment of agricultural products processing waste.

Keyword：

organic carbon fertilizer; C/N ratio; leafy vegetables; maize; Xinhui tangerine peel;

新会陈皮为广东三宝之首，但长期以来制作过程中的“取皮弃肉”，造成每年丢弃的陈皮柑肉约160 kt，引起了一定的污染。传统的发酵堆肥与厌氧制酵素等方法存在制作周期长、见效慢的缺点，难以处理陈皮加工时产生的大量废渣(液)，急需一种能快速处理的适用技术。柑肉(液)处理技术遇到瓶颈，急需突破，否则，不仅发展受阻，现有的陈皮加工产业也会因污染问题难以为继。

近年来，已采用制果酱、制酒、制醋等方法对果肉(液)进行资源化利用，但均因方法成本高、市场竞争力不强未能实现产业化。用果肉制酵素肥或食品有一定的成效，但因发酵时间长(3~8个月)，难以在短期内处理收获季节(每年的10—12月)陈皮加工所产生的大量废渣(液)，急需一种能快速处理的适用技术。本文应用有机碳技术原理，根据果肉(液)有机成分，探索了快捷加工成有机碳肥的新途径，并验证了柑液有机碳肥的肥效。

1 材料与方法

2018年5月至2019年3月在华南农业大学农场及校内大棚，以玉米、油麦菜、小白菜为供试作物，分别开展了大田及盆栽试验。

供试土壤：盆栽土的pH 5.42，其中各物质及质量分数依次为有机质15.6 g/kg、全氮0.31 g/kg、速效磷2.78 mg/kg和速效钾18 mg/kg；大田土的pH为7.1，其中各物质及质量分数依次为有机质26.32 g/kg、全氮2.03 g/kg、碱解氮155.6 mg/kg、速效磷96.7 mg/kg和速效钾61.4 mg/kg。

试验施肥：盆栽氮、磷、钾基肥分别为尿素(w_N=46.4%)、过磷酸钙(w_P₂O₅=12%)、氯化钾(w_K₂O=62.6%)；大田常规复合肥中N、P₂O₅、K₂O的质量分数均为15%；氯化铵(w_N=26.1%)、硝酸钾(w_N=13.7%，w_K₂O=46.1%)；FSC福生有机碳肥，某公司提供，其中α-酮戊二酸、丙酮酸的质量浓度依次为24.2、22.5 g/L；原料柑液有机碳肥(简称原料柑碳肥)，某公司生产，以新会陈皮丢弃的废果肉(液)发酵而成，C/N(质量比，下同)为7.59，其中α-酮戊二酸、丙酮酸、柠檬酸的质量浓度依次为0.267、0.141、38.9 g/L；各型复方柑液有机碳肥(简称复方柑碳肥)是原料柑碳肥与添加剂通过不同配方制成，其中C/N分别为A₁ 5.49、A₂3.25、A₃3.54。

1.1 大田小白菜试验

比较了复方柑碳肥与硝态氮和铵态氮的效果。试验在华南农业大学农场进行，共设2个复方柑碳肥处理、3个对照，每个处理重复2次，每个重复小区面积为1 m²、各有80株小白菜。各处理氮、磷、钾基肥用量一致，为习惯用量(复合肥150 kg/hm²)；试验期间追肥1次，施用复合肥300 kg/hm²。大田小白菜试验施肥方案见表 1。

表 1

大田小白菜和玉米试验施肥方案

处理	叶面肥种类	叶面肥质量浓度/(mg·L^-1)	C/N
CK0	清水
CK1	NH₄Cl	385	0
CK2	KNO₃	714	0
T1	复方柑碳肥A₂	2 000	3.25
T2	复方柑碳肥A₃	2 000	3.54

试验周期为2018年9月14日至10月29日，共45 d，夏季转秋季。供试小白菜共喷肥3次，用量依次为100、200、200 mL，共500 mL。播种4 d后出苗，出苗后第10、20、32 d依次喷肥第1、2、3次，第3次喷肥后9 d收获。

1.2 大田玉米试验

试验在华南农业大学农场进行，共设2个复方柑碳肥处理、3个对照，每个处理重复2次，每个重复小区面积为3.7 m²、各有30株玉米。各处理氮、磷、钾基肥用量一致，为习惯用量(复合肥300 kg/hm²)；试验期间追肥2次，每次施复合肥525 kg/hm²。大田玉米试验施肥方案见表 1。

试验周期为2018年9月7日至11月16日，共70 d，夏季转秋季。供试玉米共喷肥3次，用量依次为0.8、1.0、1.0 L，共2.8 L。移苗后第25、36、47 d依次喷肥第1、2、3次，第3次喷肥后23 d收获。

1.3 盆栽油麦菜试验

考察了不同C/N柑液有机碳肥及不同施用方式的效果。试验在华南农业大学校内大棚进行，共设8个处理、3个对照，每个处理重复3次(盆)，每盆3株。每盆装填4 kg盆栽土，所施氮、磷、钾基肥用量一致，1 kg土壤中含N、P₂O_5、K₂O的质量依次为120、80、100 mg。盆栽油麦菜试验施肥方案见表 2。

表 2

盆栽油麦菜试验施肥方案

处理	肥料及施肥方式	肥料质量浓度/(mg·L^-1)	C/N
CK0	清水
CK1	原料柑碳肥，喷施	2 000	7.59
CK2	原料柑碳肥，灌施	2 000	7.59
T1	复方柑碳肥A₁，喷施	2 000	5.49
T2	复方柑碳肥A₁，灌施	2 000	5.49
T3	复方柑碳肥A₂，喷施	2 000	3.25
T4	复方柑碳肥A₂，灌施	2 000	3.25
T5	复方柑碳肥A₃，喷施	2 000	3.54
T6	复方柑碳肥A₃，灌施	2 000	3.54
T7	NH₄Cl，喷施	385	0
T8	NH₄Cl-原料柑碳肥，喷施	385-2 000	3.30

试验周期为2018年11月27日至2019年1月16日，共50 d。供试油麦菜共施肥3次，每次喷施量依次为50、50、100 mL，共200 mL；每次灌施量依次为60、60、120 mL，共240 mL。移苗后第10、21、38 d依次喷(灌)肥第1、2、3次，第3次喷(灌)肥后12 d收获。

1.4 盆栽玉米试验

试验加入FSC福生有机碳肥，考察了复方柑碳肥、氯化铵、硝酸钾的施肥效果。针对盆栽土钾含量低的问题，对叶片中的钾含量进行了分析，以判断肥料是否可以促进钾的吸收。试验采用纳氏试剂比色法测定叶片中铵态氮的含量，考察施用复方柑碳肥是否可促进氮的同化。

试验在华南农业大学校内大棚进行，共设3个处理、3个对照，每个处理3盆，每盆3株。每盆装填4 kg盆栽土，所施氮、磷、钾基肥用量一致，1 kg土壤中含N、P₂O_5、K₂O的质量依次为120、80、100 mg。盆栽玉米试验施肥方案见表 3。

表 3

盆栽玉米试验施肥方案

处理	叶面肥种类	叶面肥质量浓度/(mg·L^-1)	C/N
CK0	清水
CK1	NH₄Cl	308	0
CK2	KNO₃	571	0
T1	NH₄Cl-FSC	308-1 111	0.52
T2	KNO₃-FSC	571-1 111	0.52
T3	复方柑碳肥A₂	2 000	3.25

试验周期为2018年7月28日至9月13日，共47 d，夏季。供试玉米共喷肥4次，用量依次为50、50、100、100 mL，共300 mL。播种5 d后出苗，出苗后第7、14、21、35 d依次喷肥第1、2、3、4次，第4次喷肥后7 d收获。

2 结果与分析

2.1 大田小白菜试验情况

由表 4可知：与清水处理(CKO)相比，喷施复方柑碳肥能明显增产，增产率27.8%~52.6%，其中喷施复方柑碳肥A₃(T2)处理的产量最高，优于T1处理，且增幅大于2种氮肥处理(CK1和CK2)；喷施复方柑碳肥可使叶绿素含量得到提升，提升率为0.7%~6.9%。

表 4

大田小白菜试验各处理的产量及叶绿素测定值

处理	产量		叶绿素
处理	测定值/(kg·亩^-1)	与CK0相比增产率/%	测定值	与CK0相比提升率/%
CK0	1 145±475 a		40.9±0.9 a
CK1	1 354±251 a	18.2	44.8±2.6 a	9.5
CK2	1 441±37 a	25.8	45.1±0.14 a	10.3
T1	1 463±252 a	27.8	43.7±4.53 a	6.9
T2	1 747±270 a	52.6	41.2±3.96 a	0.7
注：1)1亩=667 m²，下同

2.2 大田玉米试验情况

由表 5可知：与对照清水处理(CK0)相比，喷施复方柑碳肥A₂(T1)处理可增产14.2%，且优于2种氮肥处理(CK1和CK2)；但喷施复方柑碳肥A₃(T2)处理未能实现增产。试验以玉米穗产量作对比，与仅收获营养器官的小白菜不同，玉米进入生殖生长阶段后代谢不同，C/N优化值随之有相应变化，故喷施复方柑碳肥A₂增产而喷施复方柑碳肥A₃略减产，但降幅比喷施氯化铵(CK1)处理的低；喷施复方柑碳肥A₂的增产效果优于喷施硝酸钾的，表明C/N适合的复方柑碳肥对玉米的肥效优于普通铵、硝两种形态的化肥氮。试验结果表明，存在营养生长和生殖生长2个阶段的作物，需要依其生理特点调整C/N，才能更好地发挥肥效潜力。

表 5

大田玉米试验各处理的产量

处理	亩产量/kg	与CK0相比增产率/%
CK0	978
CK1	895	-8.5
CK2	990	1.2
T1	1 117±57	14.2
T2	931±26	-4.8

2.3 盆栽油麦菜试验情况

由表 6可知：喷(灌)施各种柑液有机碳肥均比清水处理有明显的肥效，鲜重提高了10.4%~71.0%，叶绿素含量提高了0%~4.7%，植株中全钾质量分数提高了0.4%~19.9%；3种复方柑碳肥(A₁、A₂、A₃)的施用效果均优于原料柑碳肥的；喷施复方柑碳肥A₃的效果优于喷施A₁、A₂的，灌施则相反；喷施氯化铵效果不明显，与原料柑碳肥混配后再喷施，肥效得到大幅提升，表明柑液有机碳肥对氯化铵有明显的增效作用。

表 6

盆栽油麦菜试验结果

处理	鲜重		叶绿素		植株中全钾
处理	测定值/g	与CK0相比增产率/%	测定值	与CK0相比提升率/%	测定值/(g·kg^-1)	与CK0相比提升率/%
CK0	65.5±3.9 b		40.1±0.3 a		73.5±3.1 b
CK1	72.3±14.9 b	10.4	40.5±0.4 a	1.0	73.8±0.1 b	0.4
CK2	94.4±26.4 ab	44.1	41.2±1.1 a	2.7	76.8±0.7 b	4.5
T1	78.5±10.1 b	19.8	42.0±1.6 a	4.7	76.4±0.5 b	3.9
T2	102.0±21.5 ab	55.7	40.7±0.1 a	1.5	86.1±2.9 ab	17.1
T3	77.7±15.7 b	18.6	40.1±0.2 a	0	88.1±0.7 ab	19.9
T4	112.0±18.0 a	71.0	40.7±0.8 a	1.5	81.2±2.1 ab	10.5
T5	110.0±2.6 a	67.9	41.5±0.9 a	3.5	85.9±0.2 ab	16.9
T6	88.5±19.3 ab	35.1	42.0±1.4 a	4.7	81.7±1.1 ab	11.2
T7	75.4±8.0 b	15.1	39.4±1.8 a	-1.7	77.4±1.6 ab	5.3
T8	96.5±16.8 ab	47.3	42.5±0.6 a	6.0	91.8±0.1 a	24.9

2.4 盆栽玉米试验情况

由表 7可知：喷施复方柑碳肥后增产明显，增幅达12.9%，优于其他单独施用化肥或配施FSC处理；喷施复方柑碳肥降低了植株的铵态氮含量，这与铵态氮加速转化为有机态氮有关，已有报道有机碳可促进水稻氮同化、减少叶片中铵态氮含量、促进高产^[1-2]；T3(复方柑碳肥A₂)处理的铵态氮减幅明显大于其他碳、氮肥处理，而且其鲜重增幅最大；各处理的铵态氮降幅与产量增幅大致呈负相关趋势。

表 7

盆栽玉米试验结果

处理	鲜重		铵态氮
处理	测定值/g	与CK0相比增产率/%	测定值/(mg·kg^-1)	与CK0相比减幅/%
CK0	139±11.0 b		734±660 a
CK1	124±5.0 bc	-10.8	501±456 a	-31.7
CK2	155±9.6 a	11.5	523±484 a	-28.7
T1	116±11.0 c	-16.5	702±683 a	-4.4
T2	134±6.7 b	-3.6	544±479 a	-25.9
T3	157±9.8 a	12.9	372±385 a	-49.3

3 讨论

3.1 柑液有机碳肥的增产效应及其影响因素

3.1.1 C/N调配的增产效应

盆栽、大田试验结果表明，柑液有机碳肥增产作用明显，但增产效果因作物种类不同有较大差异，叶菜类(小白菜、油麦菜等)增产18.6%~71.0%；除了大田玉米T2(复方柑碳肥A₃)处理外，玉米增产12.9%~14.2%。这说明有机碳肥的增产效果与其C/N有很大关系，叶菜类施用C/N为3.2~3.5的复方有机柑碳肥效果较好，谷物类施肥的C/N在2.1~3.2为宜。C/N是重要的养分平衡^{[1, 3]}，依据作物种类的不同配制相应的柑液有机碳肥，可进一步发挥其增产潜力。玉米、蔬菜的肥效差别可能与两者的不同生理特性有关，尤其是与C₃作物和C₄作物的光合作用及后续的生化代谢特点有关。叶菜类生长至收获为营养生长，可直接以生物量衡量肥效；玉米则有营养生长和生殖生长2个阶段，涉及养分在生殖生长阶段的重新分配，肥效分生物产量和经济产量，故试验设盆栽、大田分别在营养生长阶段和玉米成熟期收获评价。喷(灌)施柑液有机碳肥还可促进钾的吸收，增幅达0.4%~19.9%，在缺钾土壤上的效果将更好。

3.1.2 与铵态氮配合的增效作用

铵态氮与硝态氮是两种不同形态的氮，通常硝态氮的肥效优于铵态氮的，试验结果已证实，因此硝基肥的价格较高。试验发现，铵态氮配原料柑碳肥后，其效果优于硝态氮。这可能是柑液有机碳肥中的几种有机碳成分(α-酮戊二酸、丙酮酸、柠檬酸)促进了铵态氮的同化(转化为氨基酸)，降低了细胞中NH₄⁺浓度，避免了高浓度NH₄⁺对细胞的伤害^[4-5]。原料柑碳肥与氯化铵配施，优于另一有机碳肥FSC与氯化铵的配施效果。将柑液有机碳肥加入氯化铵中，有可能成为节支增效的添加剂，值得今后进一步研究。

3.1.3 柑液有机碳肥喷施与灌施的比较

叶菜类的盆栽试验结果显示，总体上灌施效果优于喷施效果，灌施产量增幅高出喷施的30%~44%。灌施的养分可较好地保留于土层而被根吸收，且其中的丙酮酸、柠檬酸等有机酸对土壤中的微量元素有一定的络合增效作用(对土壤微生物也有一定的促进作用)。喷施方式作用时间短，易受气候影响，一旦下雨易淋失，因此效果不及灌施。

3.2 开发废弃资源，构建生态闭环

试验所用方法与传统发酵堆肥、厌氧制酵素等处理方法相比，具有加工速度快(约3 h)、处理量大、废弃物处理干净等优点，可开发高效有机碳产品，市场前景广阔，在原料收纳和市场开拓两方面具有突出优势。新会地区大部分果场与加工企业联系紧密，加工企业(如有机碳肥厂)可就近收纳果场的废柑肉(液)，制成的肥料无需经销商渠道，直接销售给果园施用，由此构建成一种基于废液转化为肥料的双向对流生态闭环。

果场与加工企业互为供销关系，可形成具有内在耦合联系的良性循环，这一独特优势更有利于废柑肉(液)收纳，也更有利于柑液有机碳肥的销售，生态效益和经济效益的提升都很明显。

试验所用方法为乡村振兴中兴起的农产品加工产业的废渣(液)的资源化处理提供了新的科技动力。热带、亚热带的农产品加工所产生的废物，如中药渣(液)、酒精厂木薯渣(液)以及菠萝、椰子等水果加工厂的废渣(液)等，均可采用这一资源化技术进行开发。既要“金山银山”，又有“绿水青山”，在乡村振兴中推进绿色发展。

ckwx 参考文献

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