通过真菌生物转化利用废胶纸：对小麦生长和土壤生物活性的影响

《Bioresource Technology Reports》：Valorisation of slumgum through fungal biotransformation: Impacts on wheat growth and soil biological activity

蜂蜡副产品slumgum经真菌生物转化可提升肥效，Penicillium chrysogenum使小麦根系增重5倍，株高增10cm，土壤酶活性显著提高，为可持续农业提供新生物肥料。

　　本研究探讨了蜂产品工业副产物“slumgum”通过腐生真菌生物转化后的农业潜力，旨在提升其作为生物输入的适用性。slumgum是蜂蜡过滤过程中产生的暗色有机物质，主要由蜂幼虫、排泄物、未提取的蜂蜡和花粉组成。它含有高比例的有机质（超过75%）以及氮、磷等营养元素，因此具有作为有机肥料的潜力。然而，目前关于slumgum在作物和土壤中的影响研究仍较为有限，特别是其通过真菌生物转化后的效果。因此，本研究提出了一种简单且经济的生物转化方法，以提升slumgum的农业价值，从而支持可持续农业的发展。

农业和食品系统的韧性提升需要维护生态系统，增强对气候变化和极端天气事件的适应能力，同时改善土地和土壤质量。目前，农业生产高度依赖于农业化学品，尤其是主要由氮、磷和钾组成的肥料，以满足全球对粮食的需求。然而，过度开垦土壤和化学肥料的使用会导致土壤肥力和结构的退化。据估计，全球每年约有2%的农业生产因土壤退化而损失，其中有机质含量下降是主要原因，这已成为全球性问题，影响农业、畜牧业、环境和经济等多个领域。

在这一背景下，有机改良剂的使用被提出为改善退化土壤物理、化学和生物性质的一种可行策略。许多研究已经评估了各种有机副产物的潜力，这些副产物来源于农业、农产品加工、畜牧业和城市领域，富含对土壤肥力有益的有机质。农产品加工副产物可以通过转化为高价值材料，并重新整合到生产系统中，作为其他价值链的输入，符合循环经济的原则。尽管这些有机副产物的施肥特性被广泛认可，但它们在作物系统中的直接应用仍受到多种限制，例如植物毒性、水土污染、营养成分不确定以及运输和处理成本高。

为了克服这些挑战，许多研究已经评估了有机副产物的生物转化方法，如生物固体、污水污泥、绿肥或橄榄加工废料的处理，这些方法已显示出提高材料质量和农业性能的潜力。许多微生物具有分解有机化合物、将其转化为植物可利用物质的酶，从而促进植物生长。腐生真菌，如Fusarium属、Phanerochaete属、Pleurotus属、Trametes versicolor和Penicillium chrysogenum等，已被广泛用于生物转化农业工业废弃物，尤其是橄榄油和葡萄酒工业的废弃物，以改善其性质后再用于农业。例如，干橄榄残渣是两相橄榄油提取过程的副产物，其有机负荷和酚类化合物含量较高，这些物质赋予其显著的植物毒性，限制了其在土壤中的直接使用。然而，生物技术方法，如固态发酵和与木质素分解真菌的堆肥处理，已被证明在橄榄残渣的利用方面非常有效，这些方法能够降解复杂的酚类化合物，减少植物毒性，并生成富含腐殖质和植物可利用营养的稳定有机改良剂。

在这一过程中，会产生一些次级代谢产物，如有机酸、植物激素和生长素，这些物质作为生物刺激剂，能够增强植物的生长和发育。总体而言，这些机制表明，腐生真菌在农业工业废弃物的利用方面具有重要的可持续性和环保价值。

在蜂蜜提取过程中，通过过滤步骤去除蜂蜡中的杂质，产生了一种暗色有机物质，即slumgum。这种固体副产物主要由蜂幼虫、排泄物、未提取的蜂蜡和花粉组成，含有丰富的有机质和营养成分。虽然目前的研究较少，且大多数研究已超过十年，但它们表明，将slumgum与泥炭混合后，可以作为有机肥料使用，具有良好的营养和有机质含量。然而，由于其电导率（E.C.）和较低的发芽指数（GI），应以较低剂量应用，但对某些作物如柏树、迷迭香、生菜、番茄、洋葱和雏菊仍具有一定的效果。

鉴于气候变化对有机改良剂的影响，从有机废弃物中回收营养是支持循环经济的关键。因此，本研究提出了一种简单且经济的生物转化方法，以提升slumgum的农业价值，从而支持可持续农业的发展。本研究的主要目标是评估slumgum在小麦中的施肥潜力，并探索最佳应用条件。此外，考虑到微生物活动在土壤肥力和生态系统功能中的重要性，本研究还评估了slumgum应用对土壤生物性质的影响。

我们假设，通过腐生真菌对slumgum进行生物转化，可以改善其施肥特性，减少植物毒性，并增强其作为有机改良剂或生物刺激剂的效果，从而促进小麦的生长并提升土壤的生物活性。为了验证这一假设，我们选取了三种腐生真菌进行初步实验，以评估其在改善植物生长方面的效率。其中，Penicillium chrysogenum表现出最强的效果，其生物转化后的slumgum使小麦根部生物量增加了五倍，地上部生物量提高了70-80%。此外，液体生物转化配方还使植物高度增加了约10厘米，并显著提高了叶片中氮、磷和钾的含量，分别增加了20-35%。同时，与碳和氮循环相关的土壤酶活性（如β-葡萄糖苷酶和尿酶）也显著增加，表明土壤的生物功能得到了改善。

这些结果表明，通过腐生真菌对slumgum进行生物转化，能够提高其营养的生物可利用性和生物刺激特性，使其成为一种有效的有机改良剂，支持可持续农业的发展。此外，生物转化过程可能使slumgum富含生物活性化合物，从而提升其在土壤中的作用。这一研究不仅有助于解决蜂产品工业副产物的处理问题，还为农业废弃物的资源化利用提供了新的思路。

在实验过程中，我们对slumgum进行了固态和液态两种形式的处理，并对其进行了详细分析。固态slumgum（SS）和其衍生的液态提取物（LS）被用于制备不同的有机改良剂。通过分析其营养成分，我们发现SS和LS在不同条件下的表现存在差异。例如，SS的有机质含量较高，但其营养成分可能不够均匀，而LS则可能在某些方面表现出更高的可利用性。这种差异可能影响其在实际应用中的效果，因此需要进一步研究以确定最佳的处理方法和应用条件。

此外，本研究还评估了不同处理条件下对土壤微生物群落的影响。我们发现，经过生物转化的slumgum能够促进土壤中微生物的生长和活性，这可能与其释放的生物活性化合物有关。这些化合物不仅能够改善土壤的结构和肥力，还可能对作物的生长产生积极影响。因此，通过生物转化手段处理slumgum，不仅可以提高其作为有机改良剂的性能，还可能增强其对土壤生态系统的贡献。

在实际应用中，slumgum的生物转化可能面临一些挑战，例如如何选择合适的真菌菌株、如何优化处理条件以及如何确保其安全性。此外，还需要进一步研究其对土壤长期健康的影响，以及其在不同作物和土壤类型中的适用性。这些问题的解决将有助于推动slumgum的广泛应用，并促进农业废弃物的资源化利用。

本研究的成果表明，通过腐生真菌对slumgum进行生物转化，能够显著提高其作为有机改良剂的性能，并改善土壤的生物功能。这不仅有助于解决农业废弃物的处理问题，还为可持续农业的发展提供了新的可能性。此外，这一研究还强调了生物技术在农业废弃物资源化利用中的重要性，为未来的研究和应用提供了理论依据和技术支持。

通过这一研究，我们希望为农业废弃物的利用提供一个更加系统和科学的解决方案，同时推动循环经济的发展。在当前全球对可持续农业和环境保护日益重视的背景下，slumgum的生物转化和应用具有重要的现实意义。这一研究不仅有助于提高农业生产的效率，还可能为解决土壤退化问题提供新的途径。此外，它还可能为农业废弃物的处理和利用提供新的思路，从而促进农业和环境的协调发展。

总之，本研究展示了腐生真菌在农业废弃物生物转化中的重要作用，并强调了这一过程对提高土壤质量和作物生长的潜在贡献。通过进一步的研究和实践，我们可以期待这一技术在农业领域的广泛应用，并为实现可持续农业目标做出更大的贡献。