植物酵素肥料的制备和应用
韩如旸 | 2020年11月5日
文献引用
韩如旸. 2020. 植物酵素肥料的制备和应用. 网址：www.ruyangmicrobio.org/plant-jiaosu
什么是酵素？
酵素一词源于日本，日文酵素对应的英文名称为Kouso，后被台湾采用。酵素在生物化学上意义等同于酶，一如中国营养学会《营养科学词典》的定义：酵素，就是具有生物活性的酶，等同于英文中的Enzyme(1)。
国内产业界所称的商品酵素不非日语生化学中的酵素，而是等同于发酵产品。中国生物发酵产业协会于2016年制定了团体标准T/CBFIA 08001-2016《酵素产品分类导则》，国家工信部于2018年将QB/T 5324-2018《酵素产品分类导则》等两项酵素相关标准正式批准实施。《酵素产品分类导则》将酵素产品明确定义为：以动物、植物、菌类等为原料，经微生物发酵制得的含有特定生物活性成分的产品。这些生物活性成分包括多糖类、寡糖类、蛋白质及多肽、氨基酸类、维生素类等。农用酵素的定义为：以动物、植物、菌类等为原料，经微生物发酵制得的含有特定生物活性成分的用于土壤改良、农作物生长、病虫害防治等的酵素产品。导则中给出的酵素英文名即为中文拼音“Jiaosu”。
因此，商品名称“酵素（发酵产品）”和日本、台湾生化学“酵素（酶）”是两回事，等同于英文中的“Fermented food、fruits、plants、vegetables”等。
农业酵素肥料
植物酵素是将红糖、植物材料（天然植物组织或经济作物残体，如叶片、花朵、果实等）与水按一定配比均匀混合后，在设定条件下发酵数月后制备而成的酵素制剂(2)。利用植物残体制备酵素方法比较简单，一般把基质和水混合即可，加糖为碳源刺激原位微生物发酵，或外加发酵剂加速发酵过程。植物残体为残次水果或蔬菜等。果实本身含有丰富的营养物质，除了利于植物生长发育的各种矿质养分、有机酸、腐植酸、蛋白质、粗纤维素和维生素外，发酵过程中会将植物原材料中的有机大分子成分分解，最终还将形成寡糖、小分子有机酸(如柠檬酸、苹果酸)和糖蛋白等。腐熟发酵液中含有大量对植物生长有益菌及其次生代谢分泌产物，其中氨基酸部分源于果实自生蛋白质酶解、菌类的发酵产物和菌类细胞自溶(2)。由于其含有多种有益微生物、有机养分、天然植物激素及多种活性物质等，不仅能够改良土壤，建立良好的土壤微生态环境，同时还能够促进作物生长，提高作物产量及品质，起到了良好的生态综合效应(3)。
关于农用酵素的介绍及其在农业上的应用参考之前其它研究者的综述(2-5)。本文主要收集整理近年来的以植物为原料的酵素肥料的制作方法和应用情况。
酵素肥料的制备
利用果蔬制备的酵素肥料
利用果蔬残体制备酵素的一般方法是将植物材料切细，放入塑料桶中，加红糖和水，其中红糖:植物材料:水比例为1:3:10；留30%的空间，拧紧盖子进行发酵(3)。徐新等的酵素制备方法为：将3-5份单一品种植物碎片、10-15份水和1-3份糖装入发酵罐中，混合均匀；在20-35℃下，每天搅拌至少一次，发酵10-15天(6)。植物酵素肥料用水稀释50-300倍后，每季度施用至少一次(6)。
王翠云将烂水果、蔬菜叶等有机固体垃圾放入密封罐中，加入糖，加水至没过有机固体垃圾，同时在液体上方留一定空隙，随后密封发酵，前十天须常开盖放气，三个月后打开。其中糖:所有固体物质:水为1:3:10，随后密封发酵，前十天须常开盖放气，三个月后打开即得酵素营养肥，10倍稀释后用于植物施肥(7)。
韩淑芹和王翠芝利用食用葡萄糖粉和果蔬原浆制备酵素混合液，发酵高潮期过后趋于平静时第二次和第三次添加葡萄糖粉再次发酵制得酵素菌液。将酵素菌液1-3份、糖蜜1份和物料粉10-15份，混合搅拌后在密封避光常温的条件下发酵15-20日，得到具有甜味的酵素生物肥(8)。
魏树伟等发明的梨酵素制备步骤为：把梨果洗净，保留果皮，切成块状，红糖:梨果块:水按1:2.8-3.2:6.8-7.2的比例进行混合形成梨酵素原料，放到容器中，留出20%空间。在发酵开始的第一个月中不断放气。第一个月后把容器密封，放置在阴凉处；至少六个月后，通过滤网把碎渣过滤得到梨酵素原液(9)。
高亮等发明的用蔬菜残枝、残次果自制的酵素菌发酵液。每200份所述酵素菌发酵液，其原料组成为：蔬菜残枝、残次果50份、红糖4-6份、中微量元素0.6-0.8份、磷酸二氨0.3-0.5份、矿物源腐植酸盐1份、脱脂豆粕2份、氨基酸聚合物0.5-1份、酵素原菌0.6份、自来水余量(10)。
薛鹏飞等用厌氧和好氧两步发酵制备具有生根助长功能的酵素。该菌肥原料组成为:酵素菌肥母液50-60%，糖蜜5-8%，尿素2-5%，硫酸锌0.5-1%，乙酸钠5-10%，黄腐酸 钾2-5%，磷酸二氢钙0.5-1%，氯化镁1-2%，复合氨基酸2-5%，复合微量元素0.1-0.5%，色氨酸1-2%，水余量。酵素菌肥母液的成分组成为：蔬菜作物嫩叶或嫩尖30-40%，糖蜜5-8%，尿素0.5-1%，麦麸0.5-1%，水余量。制备大致过程如下：将蔬菜作物嫩叶或嫩尖中加入部分水，用打浆机进行匀浆，备用；将麦麸加入部分水煮至溶液为乳白色，过滤，得到上清液，备用；将蔬菜作物嫩叶或嫩尖浆、上清液以及其他酵素肥母液原料加入到发酵罐中，加入剩余的水，充分搅拌混匀；加热至35-40℃，通入空气，充分搅拌20-30min；加入益生菌菌种，完成接种，打开空气搅拌，搅拌20-30min；将发酵罐密封，温度控制在35-40℃，厌氧发酵24-36h；厌氧发酵完毕，打开发酵罐，通风搅拌30-40min，温度控制在25-30℃，好氧发酵至发酵液表层出现一层白色的菌膜；得到的发酵液进行过滤，得到清液，即为酵素菌肥母液。将酵素菌肥母液和其它组分混合，重复上述制备流程得到最终产品。用37-40℃温水将酵素菌肥稀释100-200倍后，随水冲施，或叶面喷施，或蘸根使用(11)。
利用中草药植物制备的酵素肥料
常昌龙等将自制艾蒿野菊腐熟液、省耕酵素菌、10%氨基酸、稀土、硅肥、а-萘乙酸钠、复硝酚钠、钙粉混配制成免耕液肥(12)。自制艾蒿野菊腐熟液步骤为：将艾蒿50-100公斤、全株野菊50-10公斤，洗净、切碎，放入发酵罐或者发酵池中，加入2-10公斤酵素菌速腐剂，拌匀，加入水200-300公斤，搅匀，升温至40-80℃，发酵5-10天，每天搅拌一次，直至艾蒿野菊汁液完全浸出，过滤，取其滤液，静置3-4天，再次过滤，即成为自制艾蒿野菊熟腐液。混合步骤为：先将10％氨基酸加入搅拌桶中，启动搅拌机，边搅动，边加入艾蒿野菊腐熟液、省耕酵素菌、稀土、硅肥、а-萘乙酸钠、复硝酚钠等原材料。升温至50-80℃，搅拌72小时，净置48小时，再搅拌72小时后，然后边搅边加入钙粉，将pH值调至3.0-7.0，过滤，再搅拌48小时，净置24小时，过滤得到滤液可作为多功能免耕液肥(12)。使用时选在雨后或者灌水足墒后1-6小时内，每亩300毫升兑水30公斤，搅匀喷雾农田表土。第一年，每半年施用一次；第二年起，每年施用一次(12)。
杨晓辉利用黄花蒿和鲜果蔬制备农药用酵素。黄花蒿采自户外，切碎后发酵，黄花蒿叶子效果更优。发酵剂可以选择使用红糖、冰糖等。水果皮发酵后具有果香味并能去除黄花蒿发酵产生的异味，可以选择使用柑橘皮、菠萝皮、葡萄皮等。发酵剂、黄花蒿、鲜果蔬和水的质量比为1-5:2-10:2-10:5-20，优选红糖、黄花蒿、果皮和水的质量比为1-5:2-10:2-10:5-20，更优选红糖、黄花蒿、果皮和水的质量比为1:3:2:10(13) 利用黄花蒿作为原料制备的农药用酵素可以减少化学农药的使用，有效地防治蚜虫、叶蝉、飞虱、土蚕等害虫，同时促进作物生长，提高土壤肥力(13)
王桂林利用蛋白草、艾草、荨麻等多种植物制备酵素益生菌肥，其中蛋白草占75-85%、艾草占10-15%、荨麻占5-10%。将打碎后的蛋白草、艾草和荨麻放入发酵容器中，2-4份混合物料加8-10份的水，加入1-3%的糖蜜和0.1-0.3%的功能菌，充分混合后密封厌氧发酵；发酵一个月后，加入5-8%的茶枯、4-6%的菜籽枯、3-5%的腐植酸、1-2%的海藻粉、1-2.5%的硫酸亚铁、1-1.5%的硫酸锌、0.2-0.5%的硫酸铜、0.3-0.7%的硫酸锰、0.5-1%的硼砂、1-2%的硅酸钾、0.1-0.3%的复合功能菌，然后继续发酵一个月。最终制备成为酵素益生菌多功能生物肥，内含酵素、微生物益生菌、多种营养元素、多种维生素、氨基酸、腐植酸、抑菌因子等(14)。蛋白草、艾草、荨麻经过厌氧发酵后产生的氨基酸、有机酸和第二次发酵时添加的腐植酸及复合功能菌，能将第二次添加的微量元素进行鳌合，成鳌合态离子，利于作物吸收。鳌合态元素施入土壤，阻止营养元素之间的拮抗作用，利于作物对各种元素的平衡吸收。氨基酸和腐植酸具有增强肥效和药效的作用(14)。
杨小生等以中药提取副产物作为发酵基质，添加复合酶制剂和农用酵素发酵剂，发酵后采用高温蒸汽循环灭菌，得到生物活性植物叶面肥。制备用料配比为：水提中药药渣500-1000份，醇沉中药浸膏30-100份，复合酶制剂1-3份，酵素发酵剂1-5份，水300-800份。所用复合酶制剂组分配比为：纤维素酶5-10份，中性蛋白质酶1-5份，糖化淀粉酶3-8份。酵素发酵剂中活菌落总数为5-7×107cfu/g，其中包含细菌 60％，真菌 30％、放线菌10%(15)。
利用牛奶制备的酵素
梁俊超利用牛奶制备酵素肥，其成分配比为：牛奶10%-40%、酵母菌素1%-5%、有机营养剂1%-5%、品质营养元素1%-5%、悬浮助剂1%-5%、离子水40%-86%。牛奶发酵后加中级酵素、有机营养剂、品质营养元素、悬浮助剂、离子水继续混合20min-60min，制得牛奶酵素肥(16)。发酵后的牛奶中富含蛋白质分解生成的氨基酸、小分子肽等多种营养成分，容易被作物吸收，从而促进作物的生长。
添加发酵菌剂的酵素制备
赵峥等将葡萄废果、糖和复合微生物菌剂混合后发酵，其中复合微生物菌剂包括干酪乳杆菌、酵母菌和曲霉菌(17)。最终酵素产品中氮磷钾的含量较高，其中总有效氮含量≥90mg/L，NH4+离子含量≥10mg/L，NO3-离子含量≥20mg/L，PO43-离子含量≥100mg/L，K+离子含量≥800mg/L，Ca2+离子含量≥100mg/L，Mg2+离子含量≥40mg/L。葡萄废果酵素可作为营养丰富的有机肥料重新施入土壤中(17)。与常规施肥处理相比，施用了葡萄酵素之后的土壤细菌群落结构在门和属水平均产生了显著差异，尤其是与氮循环相关的菌属如硝化菌属Nitrobacter和中慢生根瘤菌属Mesorhizobium明显占优(18)。
周德平等利用米曲霉Asperigillus oryzae CGMCC 16264和鲁氏结合酵母Zygosaccharomyces rouxii CGMCC 16260做为复合菌剂，CFU比例为1：1-1.5。菌剂用量为总发酵料质量的5-6％。碳源为红糖、糖蜜等糖类，用量为总发酵料质量的 6.5～7.0%。利用该复合菌剂制备的葡萄源酵素液肥富含多种氨基酸和近千种的小分子酸类。液肥中活性微生物含量≥104 CFU·ml-1。)。以葡萄为例，在常规施肥基础上，酵素原液稀释100倍叶面喷施，原液2L·亩-1·次-1 ；从萌芽后期开始至果实成熟期止，每2周1次，共叶面喷施4次。常规施肥+喷施+土施具体为：在常规施肥+叶面喷施酵素的基础上，再用酵素原液稀释50倍进行根部灌溉，原液0.2L·树-1·次-1，从萌芽后期开始至果实成熟期止，共土施4次，每次均与叶面喷施同时进行(19)。
岳靖松利用酵母菌进行水果酵素制备，其方法为：将水果及其下脚料和辅料分别绞碎，再接入安琪葡萄酒果酒专用酵母，加水混合均匀，其中水果及其下脚料500-1000份、辅料20-50份、酵母菌10-20份、水50-100份；搅动容器中的原料，搅拌均匀，加盖密封；每隔一周搅拌一次，保持发酵温度为30-40℃，发酵10-12周得到发酵液(20)。
酵素菌肥的增产促生效用
番茄
刁亚娟研究表明，酵素菌肥对番茄有显著的促进生长作用，使其株高、茎粗、叶面积、叶片数和株展增加。酵素菌肥可显著增加番茄果实中的VC含量、可溶性固形物含量。酵素菌肥显著提高了番茄地中土壤有机质含量，同时促进迟效N、P的分解，有效N、P、K含量显著增加(21)。于晶等研究表明，在酵素菌肥+配施50%化肥结合施肥条件下，番茄各指标表现最优，可显著提高番茄叶片叶绿素SPAD值10.29%、光合速率33.76%；降低土壤容重6.34%；降低土壤全盐28.70%；提高土壤有机质51.86%、速效磷117.75%、速效钾36.17%，土壤肥力水平得到显著提升。酵素菌肥也提高番茄成熟度118.45%，增产98.45%，品质较优良(22)。
水稻
朱练峰等将生物酵素肥应用于水稻试验中，于移栽前7天、移栽后7天和抽穗期分三次喷施，每次每亩用生物酵素肥200 ml稀释700倍，喷洒叶面至滴水。移栽前1天每亩施用15kg复合肥和5 kg尿素做底肥，在分蘖前期每亩施用8 kg尿素做分蘖肥。喷施生物酵素肥的秀水l1(常规粳稻)和协优46(杂交稻)分别比对照增产5.19％和7.2l％，而且减少稻米垩白，改善水稻外观品质，适当减轻水稻虫害。秧苗期施用对杂交稻秧苗分蘖能力和根系生长有一定促进作用。移栽后结合施肥喷施生物酵素，能相应促进水稻单株分蘖和群体稳长，减少无效分蘖，提高成穗率；在水稻生育后期施用可提高水稻结实率和籽粒饱满程度，达到增粒增重的增产效果(23)。
胡成成等研究了酵素菌肥对膜下滴灌水稻的农艺性状及内在品质的影响。结果表明，酵素菌肥能够缩短膜下滴灌水稻的生育期，增加水稻的株高，提高膜下滴灌水稻的群体有效分蘖比例，减少无效分蘖的发生，最终增加水稻的产量（两个供试品种分别增产26%和30%），并能改善膜下滴灌水稻的外观及内在品质(24)。
黄涛等研究表明，有机栽培超级稻酵素肥最佳施用量为1200kg•hm-2, 产量达7478 kg•hm-2。有机栽培条件下土壤有机质、速效氮、有效磷和速效钾含量比传统栽培都有不同程度的提高，具良好培肥效果(25)
芹菜
王青凤对温室芹菜的酵素菌肥试验表明，供试土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、全盐含量随酵素菌肥施用量的增加而显著增加；pH则随施用量的增加而显著降低。在15-45t/hm-2施肥范围内，芹菜产量随酵素菌肥用量的增加呈线性增加，VC含量略下降，可溶性糖含量显著增加，芹菜体内硝态氮含量显著升高，但仍属于A级绿色蔬菜(26)。
小麦
马欣等研究表明，稀释1000倍的苹果渣发酵酵素溶液能显著促进小麦种子萌发，发芽率提高40.01%，叶绿素含量增加了1.16倍；稀释100倍的菌肥溶液能显著促进小麦株高、最长根长和鲜重的增长，尤其能明显促进小麦根系分蘖，比对照增加了4.11倍；稀释10倍的菌肥溶液能显著提高光合作用，小麦幼苗光合作用强度和CO2同化量均增加了4.75倍(27)。
梨
魏树伟等在梨花前、花后、果实膨大期和采后等重要生长期利用稀释800-1500倍的梨酵素浇灌液进行根灌(9)。施用梨酵素后土壤性状和肥力得到明显改善，土壤孔隙度比对照增加8.8%，大于5mm团聚体的百分比为53.8%-68.7%，土壤碱解氮、速效磷、有效性锰和锌的含量分别比对照提高43.5%、146.5%、11.9%和68.4%(9)。在梨果生长期将稀释1000倍的酵素液浇灌到梨树根部，在梨果实膨大期到果实成熟前十五天开始，每隔25-30天一次，将含有30%-50%稀释300-500倍酵素液和2%-8%食用乙醇的喷施溶液对叶面和果面进行喷施。酵素叶面肥在梨果实香气合成的关键时期为果实提供充足的底物，增加了乙酸丁酯、乙酸异丁酯、乙酸-4-己烯酯、2-甲基丙酸乙酯、( E )2-丁烯酸乙酯( E )和丁酸己酯的香气物质种类，提高了梨果实香气(28)。
抗虫抗病
王丽丽等研究表明，大蒜、生姜和洋葱发酵液对朱砂叶螨的驱避作用较好。处理后72h的驱避率分别达到68.O％，52.3％和53.3％；大蒜、丁香和洋葱发酵液对朱砂叶螨的毒杀作用较好，处理后72h的校正死亡率分别为77.1％，65.7％和67.O％；生姜、大蒜发酵液对青枯劳尔氏菌的拮抗作用较好，处理后48h的抑菌圈直径大小分别为3.0和2.2cm(29)。
问题和展望
赵倩彦等在其综述中指出，虽然果实发酵液绿色、环保、无公害，且具有其他一般肥料所不具备的天然优势。但是从材料的来源讲，水果来源并不充足。大多仅来源于果园里的残次落果，不能满足较大量的生产需要(2)。在抗病方面，果实发酵液虽具有一定的抗病效果，但不能从根本上解决某种植物病害(2)。对于果实的不同种类以及果实的成熟程度，相应地补充多少碳源及酵素才能使其快速高效的发酵和具有最佳的营养成分，尚不能完全确定(2)。由于每次发酵受多种因素的影响，导致本身的营养成分含量并不完全稳定，并且不同果实种类共同发酵时，怎样使发酵液达到营养均衡状态同样有待解决(2)。
笔者认为，利用水果残体作为酵素原料主要是利用其果体中含有大量的糖分和维生素等营养成分，使其可提供微生物发酵的碳源和微量元素等。果实表面也生长着大量的天然有益菌群，可直接发酵并大量繁殖，其中不乏对植物和土壤有益的微生物菌群。现有的参考文献多为专利和大田试验，深入研究其中微生物区系在植物和土壤中的作用和变化尚不多见。不少配方描述比较模糊，比如发酵菌剂如何获得，所用何菌，效果如何试验，施用稀释最佳比例如何获得等均无具体数据。请阅读文献时酌情参考。对某一真正体现对植物或土壤有益功能的酵素或配方应该进行系统性的研究。从不同水果或蔬菜表明分离鉴定和深入研究特异性的有益微生物将是第二代植物酵素开发的方向。
参考文献
1. 葛可佑，中国营养学会. 2013. 营养科学词典. 中国轻工业出版社.
2. 赵倩彦，姚允聪，闫静，姬谦龙. 2016. 果实发酵液作为肥料的功效研究进展. 生物技术进展 7:135-138.
3. 庞敏晖，左强，宋大平，高利娟，刘东生，邹国元. 2019. 植物酵素营养液在农业上的应用研究进展. 北方农业学报 47:60-64.
4. 高玉秋，刘佩勇. 2020. 环保酵素在土壤改良及农业生产和环境治理方面的应用的研究进展 Research Progress in Application of Garbage Enzyme in Soil Improvement, Agricultural Production and Environmental Management. Advances in Environmental Protection 10:541.
5. 颜倍友，董彦华，苏建党. 2001. 酵素菌肥的研究及其应用效果.
6. 徐新，黄苗苗，刘博然，薛琛，赵钰，唐薇，宋宇，勇伟. 2019. 一种植物酵素肥料及其在植物复壮中的应用.
7. 王翠云. 2019. 酵素营养肥的制备方法.
8. 韩淑芹，王翠芝. 2019. 一种酵素生物肥的制备方法.
9. 魏树伟，王少敏，董肖昌. 2019. 改善梨园土壤结构和微生物群落的方法.
10. 高亮，李春华，徐桂平，李肃，李洪利，李付军，郭海云. 2019. 用蔬菜残枝、残次果自制的酵素菌发酵液及其制作方法.
11. 薛鹏飞，杨瑞芳，张峰，李小艳，张春燕，徐会连. 2018. 一种具有生根助长作用的酵素菌肥及其制备方法.
12. 常昌龙，刘丰国，季安成. 2019. 一种多功能免耕液肥及其制备方法.
13. 杨晓辉. 2019. 一种农药用酵素及应用和包含该农药用酵素的农药.
14. 王群林. 2019. 一种酵素益生菌多功能生物肥.
15. 杨小生，邓廷飞，王瑜，李立郎，王丽，廖秀，杨礼寿，罗忠圣，严艳芳，陈发菊，杨艳，彭梅. 2018. 一种利用中药提取副产物发酵的生物活性植物叶面肥.
16. 梁俊超. 2019. 一种牛奶酵素肥及其制备方法.
17. 赵峥，吴淑杭，周德平，褚长彬，王庆峰. 2020. 一种肥料用葡萄废果酵素的制备方法、制备的葡萄废果酵素及其应用.
18. 赵峥，褚长彬，周德平，王庆峰，吴淑杭. 2020. 葡萄废果酵素肥对葡萄园土壤细菌多样性的影响. 果树学报 37:1207-1217.
19. 周德平，吴淑杭，褚长彬，赵峥. 2019. 一种酵素液肥及其制备方法和用途.
20. 岳靖松. 2019. 一种农用水果酵素的制备方法.
21. 刁亚娟. 2008. 酵素菌肥对番茄生长发育及其土壤养分含量的影响.
22. 于晶，纪立东，孙权，王锐. 2013. 酵素菌肥不同施用量对露地番茄产量和品质的影响. 北方园艺:13.
23. 朱练峰，欧阳由男，康文启，董成琼，禹盛苗，金千瑜. 2006. “台龙宝” 生物酵素肥对水稻生育的影响及应用效果. 中国稻米 5:41-43.
24. 胡成成，陈林，赵双玲，陈伊锋，李继忠. 2017. 酵素菌肥对膜下滴灌水稻产量及品质的影响. 中国稻米 23:84-85.
25. 黄涛，吴良欢，韩科峰，贾惠娟. 2009. 有机栽培条件下超级稻酵素肥的肥效试验. 浙江农业科學 2009:1124-1126.
26. 王青凤，孙权，王锐. 2011. 酵素菌肥施用量对日光温室土壤及芹菜产量品质的影响. 北方园艺:41-43.
27. 马欣，郭俊花，许先猛. 2018. 苹果渣发酵酵素菌肥对小麦种子萌发及幼苗生长的影响. 上海农业学报:28-31.
28. 魏树伟，王少敏，王小阳. 2019. 利用栖霞大香水梨酵素提高梨果实香气的方法、梨酵素液及其制备方法.
29. 王丽丽，谌江华，柴伟纲，孙梅梅，姚红燕. 2014. 7 种生物酵素对病虫害的室内防治作用初探. 浙江农业科学:1209-1211.