鱼蛋白氨基酸水溶肥料的制备及应用研究

Preparation and Application Research of the Water-Soluble Fertilizer Containing Fish Protein Amino Acids

周雄 Xiong ZHOU , 黄吉人 Jiren HUANG

1 宁波大学材料科学与化学工程学院浙江宁波 315211 School of Material Science and Chemical Engineering, Ningbo University, Ningbo, Zhejiang 315211, China 2 宁波吉丰生物科技发展有限公司浙江宁波 315734 Ningbo Jifeng Biotechnology Development Co., Ltd., Ningbo, Zhejiang 315734, China

摘要：

采用芽孢杆菌、乳杆菌、两歧双歧杆菌等微生物制取活化复合发酵菌剂，在常温下酵解粉碎成匀浆的低值鱼类产品，使鱼蛋白发酵降解成多种游离氨基酸和小分子有机活性物质；按行业标准《含氨基酸水溶肥料》(NY 1429-2010)的要求添加微量元素，制得鱼蛋白氨基酸水溶肥。1年的田间肥效试验结果表明：施用鱼蛋白氨基酸水溶肥可明显促进柑橘的长势、提升柑橘的品质、增加柑橘的产量。鱼蛋白氨基酸水溶肥可充分利用海洋生物资源，又绿色环保，推广应用将改善因长期施用化肥带来的土壤环境恶化、食品安全受威胁等问题。

关键词：

鱼蛋白; 复合发酵菌剂; 氨基酸; 水溶肥料;

Abstract：

Micro-organisms such as Bacillus, Lactobacillus, Bifidobacterium is used to prepare activated compound fermentation agent. After being fermented and crushed into homogenate low value fish products at room temperature, in order to ferment and degrade fish protein into a variety of free amino acids and small molecular organic active substances, the product is then added with trace elements according to the requirements of industry standard "Water-soluble fertilizers containing amino-acids" (NY 1429-2010). The fish protein amino acid water-soluble fertilizer is then prepared. The results of a year of field fertilizer efficiency test show that the application of fish protein amino acid water-soluble fertilizer can significantly promote and improve the growth, quality, yield of citrus. Due to the fact that fish protein amino acid water-soluble fertilizer makes full use of marine biological resources and also environmental friendly, long term application can effectively improve the problems of soil environment deterioration and food safety threats which both caused by long-term application of chemical fertilizer.

Keyword：

fish protein; compound fermentation agent; amino acid; water-soluble fertilizer;

加强耕地质量建设对于促进农业高质量发展，保障农产品质量安全具有十分重要的意义。然而，我国耕地土壤养分严重失衡，耕地质量下降严重，耕地退化面积甚至已超过耕地总面积的40%^[1-2]。其中主要原因是长期施用化肥，有机物料投入严重不足，加之水土流失，导致土壤有机质含量逐年下降，土壤团粒结构被破坏，保肥能力下降。同时，过量施用化肥也给环境和食品安全造成了巨大的威胁^[3-5]。针对化肥使用过量的严峻形势，原农业部提出了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》，方案引导和鼓励农民通过施用有机肥的方式保持和提高土壤地力，增加土壤有机质含量，改善土壤结构，解决土壤肥力下降等问题^[6]。

目前，有机肥主要来源于畜禽粪尿以及秸秆、豆粕、棉粕等其他农副产品，来源较为单一。与此同时，随着我国海洋渔业及水产品加工业的发展，丰富的低值鱼类资源及水产品加工下脚料等可成为重要的绿色生态有机肥源。由鱼蛋白质分解而来的氨基酸，作为生命的基本结构单位，可以被作物直接用来合成蛋白质、核酸及个别内源激素，使作物的代谢功能增强、抗逆能力提高。氨基酸肥料还能够改善土壤理化性状、提高保水保肥能力和透气性能，起到养护、熟化、改良土壤的作用。

利用动物蛋白质为原料制备氨基酸的方法一般有酸碱水解法和酶解法。酸碱水解法会使一些重要的氨基酸遭到破坏，且生物活性较差^[7-8]。酶解法对反应条件要求苛刻，单一的酶难以提高原料最终的水解度^[9]。

针对上述问题，本文采用微生物发酵降解鱼蛋白的方法，将鱼类等水产品原料降解为氨基酸、脂质、不饱和脂肪酸、活性肽、生物刺激素等活性物质，以制备一种含鱼蛋白氨基酸的水溶肥，进一步研究其对农作物生长、产量、品质、效益的影响。

1 试验部分

1.1 主要原料和仪器

1.1.1 主要原料

青占鱼，市售，用粉碎机粉碎成匀浆后冷藏备用；枯草芽孢杆菌(活菌含量≥2×10¹⁰ CFU/g)、嗜酸乳杆菌(活菌含量≥1×10¹⁰ CFU/g)，江苏绿科生物技术有限公司；两歧双歧杆菌(活菌含量≥1×10¹⁰ CFU/g)，山东潍坊嘉亿生物工程有限公司；玉米淀粉，苏州高峰淀粉科技有限公司；酒石酸铵、磷酸氢二钠、葡萄糖均为化学纯，国药集团化学试剂有限公司；氨基酸螯合铁中w(铁)≥17%，氨基酸螯合锌中w(锌)≥22%，氨基酸螯合锰中w(锰)≥22%，氨基酸螯合铜中w(铜)≥21%，深州市中农凯胜微量元素厂。

1.1.2 主要仪器

SH-2型磁力搅拌器，Magnetic Stirrer公司；AB104-N型分析天平，METTLER TOLEDO公司；SPX-350B型恒温恒湿培养箱、LC-DR型数显糖度检测仪，上海力辰仪器科技有限公司。

1.2 制备鱼蛋白氨基酸水溶肥

1.2.1 复合发酵菌剂的配制及活化

将枯草芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌、两歧双歧杆菌按质量比7∶2∶1混合组成复合发酵菌剂。按玉米淀粉10%(质量分数，下同)、酒石酸铵5%、磷酸氢二钠1%、葡萄糖5%、复合发酵菌剂3%、水76%搅拌均匀，控制温度为30 ℃，活化复合发酵菌剂5 h。详情可以参照已申请专利CN108707563A复合发酵菌剂及鱼蛋白氨基酸水溶肥的制备方法^[10]。

1.2.2 鱼蛋白发酵降解

将青占鱼用粉碎机粉碎，成鱼匀浆后除杂质称重，放入发酵罐内，将已激活的复合发酵菌剂按鱼匀浆总质量的5%加入并搅拌均匀；将发酵罐密封隔绝空气，放置在常温(10~30 ℃)下发酵10 d，其间不予搅拌，保持稳定的发酵环境。发酵结束后，将发酵罐内的发酵醪用过滤器过滤，得到鱼蛋白氨基酸发酵液(棕黄色澄清液体)与发酵渣。

1.2.3 鱼蛋白氨基酸发酵液的成分检测

委托谱尼测试集团股份有限公司分别按照我国农业行业标准《水溶肥料游离氨基酸含量的测定》(NY/T 1975-2010)、《水溶肥料有机质含量的测定》(NY/T 1976-2010)、《水溶肥料总氮、磷、钾含量的测定》(NY/T 1977-2010)对鱼蛋白氨基酸发酵液的成分进行测定。

1.2.4 鱼蛋白氨基酸水溶肥的配制

取发酵液10份(质量份，下同)，按照我国农业行业标准《含氨基酸水溶肥料》(NY 1429-2010)中的要求，分别加入氨基酸螯合铜1.5份、氨基酸螯合铁3份、氨基酸螯合锰1.5份、氨基酸螯合锌4份，搅拌溶解于鱼蛋白氨基酸发酵液中，制得鱼蛋白氨基酸水溶肥。

1.3 肥效试验

1.3.1 试验时间和地点

肥效试验于2017年全年在浙江宁波象山“红美人”柑橘种植基地内进行。基地种植面积100亩(1亩=667 m²，下同)，采用钢架大棚种植，地势平坦。供试土壤为黄壤，土壤肥力均匀，具有较强的代表性^[11]，其基本理化性状：w(有机质)29.80 g/kg，w(全氮)2.23 g/kg，w(速效磷)22.20 mg/kg，w(速效钾)134.0 mg/kg，pH为7.8。

1.3.2 试验品种及处理方式

试验品种为“红美人”柑橘。随机选取基地内10亩棚区为试验田，施用供试肥；随机选取基地其他区域10亩棚区为对照田，不施用供试肥。供试肥为上述鱼蛋白氨基酸水溶肥(养分含量：游离氨基酸质量浓度为120.5 g/L，微量元素质量浓度为23 g/L)，由宁波吉丰生物科技发展有限公司生产并提供。

1.3.3 施肥方法

试验田亩底施鱼蛋白有机肥[w(粗蛋白)≥20%，w(有机质)≥50%，w(N+P₂O₅+K₂O)≥5%，pH为7~8]约2 t，作为冬肥穴施。2月底每亩用供试肥10 L，稀释200倍冲施。5月中下旬每亩用供试肥10 L加普通大量元素水溶肥(N-P₂O₅-K₂O=20-20-20)5 kg，稀释200~250倍冲施。7月至12月间，每隔半个月以同样方式冲施一次。其他管理措施按常规进行。对照田除了未使用上述供试肥外，其余施肥方法同试验田。上述底肥、普通大量元素水溶肥均由宁波吉丰生物科技发展有限公司生产并提供。

1.3.4 试验调查

在试验田中均匀布置5处重复取样和田间生育性状观察点，每点考察5株柑橘。采摘时，试验区和对照区单摘单收，进行数据统计。

2 结果与讨论

2.1 鱼蛋白发酵液的检测结果

鱼蛋白发酵液干燥成粉末后按NY/T 1975-2010中的方法进行检测，测定结果：游离氨基酸为25%(质量分数，下同)，其中含天门冬氨酸、苏氨酸、丝氨酸、谷氨酸、脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸、胱氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、组氨酸、精氨酸；有机质为61.5%，总氮(TN)为13.41%，磷(以P₂O₅计)为1.64%，钾(以K₂O计)为2.30%。

复合发酵菌剂由兼性厌氧的芽孢杆菌、耐氧性厌氧的乳杆菌和专性厌氧的两歧双歧杆菌混合组成。发酵时，芽孢杆菌能够迅速消耗环境中的游离氧，造成环境低氧，从而促进上述复合发酵菌剂中的乳杆菌、两歧双歧杆菌等厌氧益生菌的生长。乳杆菌和两歧双歧杆菌生长时产生的化学物质会间接抑制腐败菌生长；芽孢杆菌生长时会产生抑菌成分，且能够自身合成蛋白酶、脂肪酶等多种活性酶，能在常温下快速分解物料中的蛋白质、脂肪，生成种类丰富的氨基酸、小分子活性有机物等营养物质。

2.2 施用鱼蛋白氨基酸水溶肥对柑橘长势及果品品质的影响

施用鱼蛋白氨基酸水溶肥对柑橘长势及果品品质的影响见表 1。

表 1

柑橘长势及果品品质

组别	新梢	叶形/叶色	果形	果色	光泽	糖度/(°BX)		风味
组别	新梢	叶形/叶色	果形	果色	光泽	最高值	平均值	风味
试验田	粗壮	叶厚/深绿	扁球形，均匀规则	浓橙色，均匀	光亮	20	17	浓郁
对照田	细弱	叶薄/淡绿	扁球形，大小不均匀	橙色，不均匀	暗淡	17	15	略淡

从表 1可看出：试验田施用鱼蛋白氨基酸水溶肥后，柑橘叶片颜色深绿，叶片厚且有光泽，生长整齐，新梢粗壮，坐果率高，果形好，果实转色均匀、色泽一致，果实光亮，最高糖度达20°BX，平均糖度达17°BX；对照田未施鱼蛋白氨基酸水溶肥，柑橘叶色浅、叶片薄，新梢细弱，果实形状、色泽、光泽、糖度、风味等指标均弱于试验田的。

2.3 施用鱼蛋白氨基酸水溶肥对柑橘产量及经济效益的影响

施用鱼蛋白氨基酸水溶肥对柑橘产量及经济效益的影响见表 2(表中数据均为平均值)。

表 2

施用鱼蛋白氨基酸水溶肥对柑橘产量及经济效益的影响

组别	亩产量/kg	售价/(元·kg^-1)	亩产值/元	亩增产量/kg	亩增施肥成本/元	亩增产值/元	亩产值增收率/%
试验田	2 650	60	159 000	50	2 000	27 000	20.77
对照田	2 600	50	130 000

由表 2可知：试验田比对照田平均亩产值明显提高，平均亩产值增收率在扣除增施鱼蛋白氨基酸水溶肥成本后可达20.77%。

3 结语

采用枯草芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌、两歧双歧杆菌混合组成的复合发酵菌剂经活化后，可在常温下有效酵解鱼蛋白，从而使丰富的鱼类等水产品资源转换为富含天然氨基酸和其他天然有机活性物质的绿色有机肥料。施用该有机肥料后，柑橘作物的生长、果品品质、产量、经济效益有明显的提高。同时，鱼蛋白氨基酸水溶肥绿色环保，加以推广应用将有效改善因长期施用化肥带来的土壤环境恶化、食品安全受威胁等问题。

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