木醋液在植物上應(yīng)用研究進展

彭恒辰 張琳 申培麗

（1.青島明月海藻集團有限公司，山東 青島 266400；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部海藻類肥料重點實驗室，山東 青島 266400；3.海藻活性物質(zhì)國家重點實驗室，山東 青島 266400）

木醋液（Wood Vinegar）又叫植物酸，是木質(zhì)生物質(zhì)在熱解和炭化過程中導(dǎo)出的有機揮發(fā)物經(jīng)冷凝分離后得到的一種液體產(chǎn)物［1］。木醋液起源于17世紀(jì)歐洲的木材干餾工業(yè)，初期主要用于生產(chǎn)甲醇、乙酸等工業(yè)產(chǎn)品［2］。直至20世紀(jì)30年代，美國才開始將木醋液應(yīng)用于花卉園藝和林業(yè)生產(chǎn)，隨后逐步在日本、韓國等國家得到應(yīng)用。我國對于木醋液的開發(fā)與應(yīng)用起步較晚，始于20世紀(jì)80年代末期，相關(guān)研究主要集中在木醋液的成分分析、精制提純與農(nóng)林業(yè)應(yīng)用上［3］。近年來，木醋液因具有促進植物生長、提高果實品質(zhì)、增強植物抗逆性、代替化肥使用為植物提供養(yǎng)分、防治病蟲害等多種功能而引發(fā)植物學(xué)家的研究熱潮。

本文綜述了木醋液化學(xué)成分及其在植物上應(yīng)用的相關(guān)研究進展，以期為我國木醋液在農(nóng)林業(yè)上利用的深入研究及開發(fā)利用提供參考。

1 木醋液功能性成分組成

木醋液是一種極性和非極性化學(xué)物質(zhì)的復(fù)雜混合物，根據(jù)其原料和加工條件不同，其組成成分和分子質(zhì)量各不相同。木醋液的成分主要包括水、有機組分和無機組分，其中僅有機組分有約500種［4-6］。木醋液中的有機組分包括酚類、酮類、醛類、酸類、醇類、酯類等，其中酚類16種、酮類12種、酸類約50種、醇類約20種。通常乙酸在的比例最高（30.45～70.60 mg/mL），約占有機組分的50%［7］。而其他有機組分由于制取木醋液的生物質(zhì)種類和制取工藝差距很大，導(dǎo)致其具體成分與比例關(guān)系十分復(fù)雜，實際產(chǎn)物差異性大，例如，李夢媛等利用相同的方法和3種不同樺木屬植物制備木醋液，結(jié)果顯示不同品種樺樹木醋液成分具有顯著性差異［8］；盧辛成等利用不同萃取劑對同種原料制備的木醋液進行萃取，發(fā)現(xiàn)不同萃取劑對木醋液活性組分具有不同的富集作用，水熱處理和水熱處理結(jié)合有機酸洗法對杉木廢棄物熱解制備的木醋液的成分有所不同，其中水熱處理促進了半纖維素的分解，破壞了半纖維素的化學(xué)結(jié)構(gòu)，而水熱處理結(jié)合有機酸洗法則保留了部分木質(zhì)素和半纖維素［9］。SHANG等發(fā)現(xiàn)，同種原料在不同加熱溫度下其分子組成有所不同，隨著熱解溫度的升高，生成的木醋液中酚的含量增加，而醇、呋喃、酸和酮的含量減少，表現(xiàn)出較高的芳香性和較低的分子量［10］。另外，木醋液在長期貯存或陳化過程中是不穩(wěn)定的，混合物的黏度逐漸增大，相分離緩慢發(fā)生［11］。除了高密度粒子和膠體物質(zhì)的沉淀外，這可能是一系列化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，如醛和醇之間的醛縮合反應(yīng)，以及醛與活性低聚物之間的自聚集［12］。此外，金屬組分也可能起到重要的反應(yīng)催化作用［13］。因此，在探討木醋液的功能過程中，應(yīng)對其來源、純度等性質(zhì)進行描述，從而使其結(jié)果具有可比性。

2 在植物上的應(yīng)用

2.1 促進植物生長

木醋液對作物種子的萌發(fā)和生長有顯著的影響，PAN等發(fā)現(xiàn)，這種影響隨木醋液濃度、制備條件和種子類型的不同而有所差異［14］。許靈杰等發(fā)現(xiàn)，不同濃度的木醋液抑制了煙草種子萌發(fā)和幼苗生長，但在葉片上噴灑100～400倍的木醋液可促進煙草生長并改善煙草品質(zhì)［15］。梁鳳臣等研究發(fā)現(xiàn)，木醋液液浸種處理對西葫蘆種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、幼苗干質(zhì)量、幼苗鮮質(zhì)量及活力指數(shù)都有影響［16］。采用不同濃度的木醋液浸泡小麥種子，結(jié)果表明，900倍的木醋液能顯著促進小麥生長［17］。

2.2 提高植物果實品質(zhì)

木醋液含有的多種微量物質(zhì)具有天然有機綜合平衡作用，有利于提高植物的果實品質(zhì)。王曉朋等對小白菜噴施木醋液，結(jié)果表明，稀釋500倍的木醋液可顯著提高小白菜的株高和鮮質(zhì)量，提高維生素C含量，促進還原性糖積累，降低硝酸鹽含量［18］。潘潔等用木醋液土壤灌溉提升番茄的可溶性糖和維生素C含量，降低番茄果實硝酸鹽含量，結(jié)果表明，木醋液中含有促進糖分轉(zhuǎn)化的成分和具有使土壤活化的能力［19］。另外，國外學(xué)者BENZON等研究表明，木醋液具有提高番茄果實產(chǎn)量的潛力和增加其抗氧化的能力［20］。此外，不同濃度的木醋液可不同程度地改善西瓜、甜瓜的性狀，提高瓜類作物的產(chǎn)量及品質(zhì)，增加作物的葉綠素含量。

2.3 提高植物抗逆性

木醋液作為一種新型的功能性肥料，因其可提高植物的抗脅迫能力而備受關(guān)注。使用木醋液浸泡小麥根系，可以啟動一種早期防御機制來緩解干旱脅迫。已有對藍(lán)莓抗寒的試驗研究表明，木醋液可以提高藍(lán)莓植株的脯氨酸含量，有利于增強藍(lán)莓的抗寒性能。另外，木醋液對低溫脅迫下水稻幼苗的生長狀況、根系活力、光合作用、抗氧化酶活性、細(xì)胞膜穩(wěn)性和滲透調(diào)節(jié)能力具有雙重作用效果。周建云等研究發(fā)現(xiàn)，在干旱脅迫條件下，木醋液能減緩烤煙受干旱的脅迫程度，可一定程度上提高烤煙的抗旱能力［21］。由此可見，木醋液可以提高植物抗逆性。

2.4 替代化肥使用為植物提供養(yǎng)分

木醋液可作為有機肥直接作用于植株，為植物提供養(yǎng)分。生物炭和木醋液單獨或聯(lián)合施用對土壤性質(zhì)影響不大，但增加了土壤養(yǎng)分的有效性［22］。李忠徽等研究發(fā)現(xiàn)，高濃度木醋液灌溉到土壤中可以增加土壤有機碳的含量，從而增加土壤團粒數(shù)量［23］。與傳統(tǒng)的肥料和土壤改良劑相比，木醋液有較強的保護土壤和螯合重金屬等功能［24-25］。杜薇等研究發(fā)現(xiàn)，木醋液對土壤具有改良作用，可影響沙地土壤微生物的生物量和酶活性［26］。另外，木醋液可以使肥料中氮元素不被流失以及減少肥料發(fā)酵時產(chǎn)生的溫室氣體［27］。木醋液的制備可充分利用廢棄植物性資源，保護氮元素不流失，并提高土壤中的營養(yǎng)物質(zhì)含量，為植物提供養(yǎng)分。

2.5 防治植物病蟲害

日本學(xué)者木島利男利用200～300倍木醋液根施于番茄植株周圍，結(jié)果表明，木醋液能防止番茄枯萎病的發(fā)生，且對細(xì)菌性病害的防治效果較好［28］。LI等發(fā)現(xiàn)，木醋液可以抑制人參黑穗病和灰霉病致病菌的菌絲生長［29］。劉潤宇等研究表明，在適當(dāng)濃度下，木醋液通過抑制細(xì)菌蛋白質(zhì)合成，引起細(xì)胞代謝紊亂，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，從而達(dá)到預(yù)防細(xì)菌病害的目的［30］。曲再紅研究發(fā)現(xiàn)，木醋液通過增加土壤微生物數(shù)量來降低番茄早疫病的病原菌數(shù)量，可對番茄早疫病起到間接的抑制作用［31］。張利亞等研究發(fā)現(xiàn)，木醋液對枯草芽孢桿菌、大腸桿菌、表皮葡萄球菌等具有良好的抑制效果［32］。劉長風(fēng)等認(rèn)為，木醋液中的酸性物質(zhì)是抑菌的主導(dǎo)作用物質(zhì)，但不只是酸性物質(zhì)在起作用［33］。劉勇等運用分子生物學(xué)手段發(fā)現(xiàn)木醋液能較好地控制炭疽病的危害［34］。研究表明，木醋液的抗菌作用與酚類化合物的含量有關(guān)，酚類含量高抗菌作用強［35］。CHEN等發(fā)現(xiàn)，木醋液處理顯著降低了葡萄灰霉病的疾病發(fā)生率和疾病嚴(yán)重程度。運用分子生物學(xué)手段研究木醋液防治桃炭疽病，發(fā)現(xiàn)木醋液能較好地控制炭疽病危害，結(jié)果表明，稀釋300倍后對炭疽病病原菌的抑菌效果仍在70%以上［36］。由眾多學(xué)者的試驗成果來看，木醋液對植物病蟲害的防治有著極大的增益效果，對很多真菌和細(xì)菌均有較好的抑制效果。

3 問題及展望

木醋液是一種新型功能性肥料，應(yīng)該在農(nóng)業(yè)和林業(yè)受到足夠的重視，不應(yīng)僅限于實驗室，應(yīng)該研究怎樣大量應(yīng)用于實際生產(chǎn)中，注重在選擇效果最好的精制方法及最環(huán)保的原料，這為木醋液發(fā)展提供了更好的臺階，因此應(yīng)該對木醋液及其相關(guān)功能性有機肥更深更廣的去利用，同時還考慮最大限度地降低成本。我國是農(nóng)業(yè)大國，又有著成熟的制取工藝和豐富的原料。加大其投入力度與開發(fā)深度，最重要是要大力推廣應(yīng)用，使其成為一項產(chǎn)業(yè)，真正應(yīng)用于國內(nèi)的各項生產(chǎn)中。使用木醋液不僅能提高作物的產(chǎn)量，提升植物品質(zhì)，隨即提高市場競爭力，開發(fā)其附屬價值，更因其獨特的作用機制，能大幅減少農(nóng)藥、化肥的使用，減少種植投入和對環(huán)境的污染，改善生態(tài)環(huán)境，提升人們的生活質(zhì)量，具有巨大的社會、經(jīng)濟和生態(tài)效益。針對木醋液的利用現(xiàn)狀，今后需加大產(chǎn)品的研究和開發(fā)力度，持續(xù)加強木醋液的產(chǎn)品創(chuàng)新，研究出符合市場需求的產(chǎn)品。應(yīng)對傳統(tǒng)木醋液提取工藝進行改良，在確保產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上減少生產(chǎn)成本，降低肥料價格。未來幾年，隨著科技的進步，木醋液的生產(chǎn)工藝將得到進一步優(yōu)化，生產(chǎn)成本也將得到有效降低，木醋液的種類也將更加豐富，可以預(yù)測木醋液將擁有廣闊的市場空間和推廣前景。