盧勝男 ，周 嶺 ，王龍杰 ，劉 龍 ，張紅美

（1.塔里木大學 機械電氣化工程學院，新疆 阿拉爾 843300；2.新疆維吾爾自治區(qū)教育廳普通高?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程重點實驗室 塔里木大學，新疆 阿拉爾 843300）

農(nóng)林殘余物主要是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中形成的作物秸稈、樹木殘枝、葉片和果皮殼等[1]。我國農(nóng)林殘余物資源豐富，每年產(chǎn)出量可達20億t[2]。農(nóng)林殘余物料中含有半纖維素、纖維素、木質(zhì)素等成分，是制備木醋液的有機生物質(zhì)原料[3]。所以，對木醋液的研究，可為促進資源的高效利用，實現(xiàn)碳中和目標作出一定貢獻。

木醋液是將生物質(zhì)原料高溫加熱后，木質(zhì)素、纖維素、半纖維素熱解產(chǎn)生的混合物[4]；木醋液成分復雜，主要含有酸類、酚類、醇類、醛類等有機化合物[5]。目前，主要是針對熱解溫度、原料、精制方法的不同，對制備的木醋液進行成分分析并對其應用效果進行研究。筆者對木醋液的制備及其在農(nóng)業(yè)方面應用的研究現(xiàn)狀進行綜合闡述，旨在為木醋液的制備、研究、應用提供理論支持和技術(shù)指導。

1 木醋液的制備

木醋液的制備過程中，熱解溫度、原料和制備方法均會對木醋液的產(chǎn)率、組分含量、組分種類產(chǎn)生影響[6-7]。根據(jù)熱解溫度和升溫速率的不同，可分為慢速、快速、閃速等裂解形式，不同條件下制備的木醋液組分不同、產(chǎn)率也不同[8]。

1.1 熱解溫度對木醋液產(chǎn)率的影響

熱解溫度是影響木醋液產(chǎn)率的最重要因素[9]。李夢媛[10]在終溫分別為 450、570、690、750 ℃的條件下，對4種樺木制備木醋液的成分和產(chǎn)率進行研究，結(jié)果表明，一定條件下，木醋液的產(chǎn)率和熱解溫度呈正相關(guān)，在終溫690 ℃下4種原料制備木醋液的產(chǎn)率均為最大。吳巧美等[11]的試驗也得出相同的結(jié)論，同時提出隨熱解溫度升高木醋液在精制過程中產(chǎn)率呈先升高再降低。這表明在制備木醋液過程中，當熱解溫度過高時，制備的粗制木醋液中雜質(zhì)含量增多。表1中以榴蓮木材、蘋果枝為原料熱解制備木醋液，在一定條件下木醋液的產(chǎn)率隨溫度升高而增加，但當熱解溫度增加到600 ℃時，蘋果枝制備木醋液的產(chǎn)率降低。同樣，在侯曉梅[12]的研究中提到，高溫熱解杜仲枝，木醋液的產(chǎn)量隨溫度升高呈先增加再降低的趨勢，這可能是因為低溫產(chǎn)生的物質(zhì)在高溫條件下發(fā)生了二次裂解導致的。所以，在高溫熱解制備木醋液的過程中，選取合適的溫度，避免造成二次裂解和降低焦油等雜質(zhì)的產(chǎn)生，對提高木醋液產(chǎn)率和有效成分十分重要。

表1 熱解溫度對木醋液產(chǎn)率的影響Tab.1 Effect of pyrolysis temperature on the yield of wood vinegar

1.2 熱解溫度對木醋液組分的影響

生物質(zhì)原料主要由半纖維素、纖維素、木質(zhì)素組成，各組分熱解溫度、熱解產(chǎn)物不同[11]。因此，在熱解制備木醋液的過程中，熱解溫度變化，木醋液的成分組成有一定的區(qū)別。表2列出了不同制備原料在不同熱解溫度下，各成分占比和成分種類的變化，結(jié)果表明，木本植物作為原料在690 ℃以下熱解，隨溫度的升高所制備木醋液的成分組成種類越多。但溫度超過690 ℃時，高溫導致產(chǎn)生的物質(zhì)二次裂解，木醋液的成分組成種類減少；而棉稈在一定條件下熱解，隨溫度升高產(chǎn)率增加，成分種類呈先增加后減少的趨勢。郭根茂等[15]研究結(jié)果表明，在木醋液制備過程中，低于350 ℃時酸類物質(zhì)相對含量較多，高于350 ℃時酚類物質(zhì)增加。

表2 熱解溫度對木醋液組分的影響Tab.2 Effect of pyrolysis temperature on components of wood vinegar

續(xù)表2 熱解溫度對木醋液組分的影響Tab.2（Continued） Effect of pyrolysis temperature on components of wood vinegar

眾多學者研究表明，低溫階段半纖維素、纖維素熱解，高溫階段木質(zhì)素熱解，這是隨溫度變化木醋液成分發(fā)生變化的主要原因；同時，木醋液制備過程中隨溫度升高會導致已經(jīng)生成的成分產(chǎn)生二次裂解[18]。所以，在木醋液的制備過程中，研究生物質(zhì)原料的熱解機制，針對不同原料選取合適熱解溫度，可以提高生物質(zhì)熱解速率、降低熱解成本，減少成分的二次裂解；同時根據(jù)使用需求選取合適熱解溫度，可增加成分種類，制備提高某類產(chǎn)物的木醋液。

1.3 原料對木醋液組分的影響

熱解受原料特性等因素影響[19]，不同生物質(zhì)原料木質(zhì)素、半纖維素、纖維素的含量和組成結(jié)構(gòu)不同[20]，導致制備的木醋液成分存在一定差別[17]，使得不同原料制備的木醋液用途不同。通過查閱資料，繪制了木醋液成分—用途對照表表3。

表3 木醋液成分—用途對照Tab.3 Comparison of components and uses of wood vinegar

由表3可知，多數(shù)酸類物質(zhì)都具有抑菌的作用，且可應用于生產(chǎn)農(nóng)藥；酯類物質(zhì)多用做香精、添加劑。結(jié)果表明，2-丙酮、2-丁酮、環(huán)戊酮、2，5-己二酮具有殺菌、驅(qū)蟲、生產(chǎn)農(nóng)藥的作用；乙醛、糠醛、香草醛具有抑菌、殺菌的作用可應用于生產(chǎn)農(nóng)藥；香草醛還具有促進作物生長的作用。

通過整理分析周嶺等[21]研究的棉稈、雜木木醋液，以及筆者測定的煙草木醋液、木醋液1（通過購買得到的木醋液稱為木醋液1）的成分，繪制不同原料制備木醋液有效成分表（表4）、木醋液成分對比圖（圖1）和木醋液成分種類對比圖（圖2）。從圖1、2可以看出，不同原料制備的木醋液成分組成及含量都有一定區(qū)別。由表4和圖1可知，棉稈木醋液中酸類、酮類、酚類物質(zhì)含量都很高，其乙酸具有調(diào)節(jié)土壤pH值、促進微生物生長的作用，所含的其他酸類、醇類、酚類等物質(zhì)具有殺蟲、除草作為農(nóng)藥使用的功效。雜木木醋液中乙酸含量最高，根據(jù)乙酸的作用，可以研究其對土壤對微生物生長、酶的活性以及養(yǎng)分變化的作用。煙草木醋液中含有90.13%的尼古丁，主要有殺蟲的作用。木醋液1中酚類物質(zhì)含量較高，可作為殺菌劑、農(nóng)藥使用。

圖1 木醋液成分對比分析Fig.1 Comparison analysis of components of wood vinegar

圖2 木醋液成分種類對比分析Fig.2 Comparison analysis of wood vinegar component types

表4 不同原料制備木醋液有效成分Tab.4 Effective components of wood vinegar prepared from different raw materials %

因此，在研究木醋液的過程中，通過對木醋液成分的分析，可以初步確定木醋液的作用方向，為研究木醋液提供參考依據(jù)。

1.4 精制方法對木醋液組分的影響

木醋液制備過程中有焦油等有害物質(zhì)產(chǎn)生，需精制后投入使用[22]。在木醋液的制備過程中主要通過靜置、蒸餾、活性炭吸附和萃取等方法來精制，木醋液的精制對提高木醋液的應用效果十分重要，不同用途選擇不同的精制方法[23]；萃取是木醋液成分精制和富集的有效方法。盧辛成等[24]對乙酸乙酯、氯仿、乙醚萃取杉木木醋液成分進行對比發(fā)現(xiàn)，3種萃取劑對酚類物質(zhì)富集作用明顯，但對酸類、醇類、酯類富集效果較差，且明顯低于粗制木醋液。高俊麗[25]研究表明，以4 000 r/min速度、用NaCl溶液離心5 min，以乙酸乙酯為萃取劑，在試驗過程中對降低焦油、苯酚及提高酚類物質(zhì)的萃取率效果最佳。根據(jù)文獻[22]繪制了精制方法—木醋液成分對照表表5。由表5可知，將粗制木醋液進行靜置和活性炭吸附處理，然后選用溶劑萃取和旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)的方法精制木醋液，木醋液組分和組分種類都較高。

表5 精制方法—木醋液成分對照Tab.5 Comparison of refining methods and wood vinegar components

目前常用的精制方法都有一定的缺點，靜置法操作簡單、成本低，但制備周期長，液體損耗大[26]；蒸餾法、吸附法木醋液成分損失較大；萃取法富集效果單一；因此，為保證木醋液有效組分及含量，需聯(lián)合使用不同萃取方法，或者探尋其他新的萃取方法。

2 木醋液在農(nóng)業(yè)方面的應用

2.1 木醋液對改良土壤的作用

一定條件下，噴施或滴灌木醋液于土壤中，可有效鈍化土壤中重金屬的活性、調(diào)節(jié)pH值、降低鹽分，增加小分子團粒數(shù)量和養(yǎng)分含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高酶的活性。

土壤中高濃度的鉛污染嚴重影響作物的生長潛力，損傷植物細胞，造成植株死亡。食用重金屬含量超標的農(nóng)作物，也會影響人類身體健康[27]。徐熙[27]研究發(fā)現(xiàn)，以柞樹為原料制備的5%的生物質(zhì)炭與0.2%的木醋液配施對土壤中鉛含量的鈍化效果最佳。常青等[28]在土壤中施加木醋液對土壤pH值和EC值影響的研究中發(fā)現(xiàn)，稀釋10倍以下的木醋液對土壤的pH值和EC值有改良效果，不稀釋的木醋液處理效果最佳，但施加稀釋300倍的木醋液時，與清水處理效果無異。潘玉蕊等[29]通過煙稈和竹子2種不同原料制備木醋液，研究木醋液對土壤理化性質(zhì)影響，結(jié)果表明，2種木醋液均能增加土壤中的養(yǎng)分含量。土壤酶是生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成部分，木醋液施加土壤后，能夠促進土壤中淀粉酶、脲酶、蛋白酶、磷酸酶等酶的活性[30]，同時提高了土壤對氮的轉(zhuǎn)化。微生物對土壤中的有機物分解、維持生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性、肥力的演變和發(fā)育都有重要的作用[31]。張傳進等[32]探究木醋液對土壤生物學性狀和細菌群落影響的試驗中發(fā)現(xiàn)，施加的木醋液稀釋600倍時，土壤中微生物數(shù)量以及土壤的其他理化性質(zhì)都有顯著提高，但稀釋900倍時，對土壤改良效果不顯著。

以木醋液培養(yǎng)土壤，常青等[28]、張傳進等[32]都提到低濃度木醋液對土壤改良效果不佳，但在改良土壤過程中，需考慮高濃度木醋液是否會對作物產(chǎn)生毒害，所以，在木醋液改良土壤過程中要結(jié)合作物生長情況合理選用稀釋倍數(shù)。另外，木醋液改良土壤可以促進微生物的生長，使土壤中酶活性增加，從而提升土壤中的養(yǎng)分含量，提高土壤肥力，但要注意土壤中氮元素的供給，同時避免土壤中微生物過量，與作物產(chǎn)生爭氮的現(xiàn)象[31]。

2.2 木醋液對促進作物生長的作用

木醋液成分復雜，根據(jù)使用劑量的不同，對作物生長具有促進或毒害的作用[33]。一定條件下，在作物生長過程中使用木醋液具有提高作物葉綠素含量、抗氧化酶活性、養(yǎng)分吸收率[34]，降低重金屬含量[35]，提高作物抗旱性、抗寒性、受脅迫性[36]，促進種子萌發(fā)、提高種子繁育質(zhì)量[37]，促進作物生長、提升品質(zhì)的作用[38]。李艷寧[39]以沖施方式將木醋液施用在黃瓜地，在75 kg/（hm2·次）以下范圍內(nèi)，木醋液的施用濃度與黃瓜產(chǎn)量成正比。李丹洋等[40]研究表明，木醋液對玉米成熟期的株高、根長均有促進作用。在木醋液的使用過程中，不同施入方式和不同施入量對作物生長的促進效果不同[41]。木醋液在烤煙生長過程中，灌施比葉面噴施效果更好，每株灌施9 g對作物生長促進作用最佳[42]。木醋液不僅能促進作物生長，還可以提高作物的品質(zhì)。薛彤昕等[43]通過對木醋液作用于水培油菜進行研究，發(fā)現(xiàn)在提高作物產(chǎn)量的同時可以提高維生素C量。

在一些研究中，木醋液在和其他肥料耦合使用時，對作物的生長和品質(zhì)提升同樣具有促進作用。徐熙[27]的研究表明，木醋液和生物炭搭配使用，可有效降低小白菜對土壤中鉛的吸收，提高葉片葉綠素含量，促進作物生長，使植株的干鮮質(zhì)量都有一定的增加。王正等[44]將2%木醋液和2%生物炭配施在油葵中，對作物生長促進作用顯著，提高作物產(chǎn)量，且作用效果最佳。覃青青等[45]在施加木醋液、草木灰、菇渣對烤煙生長的影響研究中發(fā)現(xiàn)，單獨施用和配施均能提高烤煙的農(nóng)藝性狀，但木醋液配施草木灰或菇渣促進效果更佳。

綜上可知，因制備木醋液的過程中會產(chǎn)生焦油等有害物質(zhì)，所以，在促進作物生長過程中有雙向作用，應選取合適濃度，以達到木醋液的最佳使用效果。并且因木醋液成分有限，在使用過程中搭配其他肥料使用，可能存在更佳的作用效果。

2.3 木醋液對防控病蟲草害的作用

木醋液中含量較高的物質(zhì)為酸類物質(zhì)和酚類物質(zhì)，酸類物質(zhì)具有抑菌的作用，酚類物質(zhì)具有抑菌和抗氧化的作用，在作物生長過程中，可以作為抑菌劑、除草劑、殺蟲劑使用。韓建瑋[46]通過木醋液對蘋果再植病的研究表明，木醋液可以通過抑制真菌達到防治病害的最好效果，稀釋100倍和200倍的木醋液在試驗處理后期防治效果較好，但當木醋液稀釋400倍時，作用效果不顯著。AGUIRRE等[47]研究表明，木醋液作為除草劑時，噴施比灌施效果更好。木醋液中的有機酸具有除草功效，但不同原料制備的木醋液，在相同有機酸濃度下除草效果不同。孫付超等[48]通過對竹醋、木醋、秸稈醋除草效果的研究，發(fā)現(xiàn)都具有較好的除草效果，但相同濃度有機酸，竹醋除草效果更好，表明竹醋液中存在使有機酸增效的物質(zhì)。木醋液具有殺蟲的作用，不同濃度的木醋液對殺蟲的效果也不相同[49]。謝映[50]研究表明，木醋液濃度越高，其對南方根結(jié)線蟲的抑制作用越強，試驗中稀釋300倍處理效果最好。

通過對相關(guān)研究進行分析，發(fā)現(xiàn)木醋液在病蟲草害防治過程中，可能會出現(xiàn)濃度越高處理效果越顯著的情況，因此，在應用過程中要結(jié)合農(nóng)作物生長情況選擇合適的使用濃度。

2.4 木醋液對制備生物質(zhì)肥的作用

木醋液應用在堆肥過程中，具有提高物料的含水率、總氮含量、總磷含量、K十含量及有機質(zhì)降解率，降低pH值、電導率的作用[51]。張航[52]、周嶺等[53]的研究表明，木醋液在牛糞堆肥過程中通過改變重金屬形態(tài)，使其生物活性降低，達到鈍化重金屬Cu、Zn的效果。劉飛等[54]的研究表明，棉稈木醋液在牛糞堆肥過程中通過抑制CH4和CO2的排放，減少堆肥過程中碳的損失，提高堆肥品質(zhì)。秦翠蘭等[55]的研究表明，木醋液在牛糞堆肥過程中可以提高堆肥初期的升溫速率和堆肥后期的溫度。HAGNER等[56]的試驗證明，木醋液可以降低牛糞的NH3排放速度。

眾多學者的研究表明，木醋液在堆肥過程中，對維持溫度穩(wěn)定、促進微生物生長、加快肥料腐熟、增加有機質(zhì)降解率、提高肥料養(yǎng)分含量、減小糞肥中重金屬含量、減少碳、氮的損失、提高堆肥品質(zhì)具有重要作用。但目前對堆肥應用于作物生長過程中的研究較少，尚不確定堆肥過程中的變化是否會對作物生長產(chǎn)生毒害作用，所以，應針對使用情況進行深入研究。

3 結(jié)論

木醋液作為一種低成本、高效、環(huán)保肥料，不同種類木醋液和不同施加濃度在改良土壤、促進作物生長、抑菌殺蟲、制備生物質(zhì)肥等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域被廣泛研究。但木醋液成分復雜，在應用過程中具體作用成分尚不清楚。因此，需針對木醋液中不同成分開展進一步的研究，探究不同成分的變化對應用過程中的影響，充分發(fā)揮不同成分的作用，為制備高效、高產(chǎn)的木醋肥提供參考依據(jù)。