糖廠濾泥發(fā)酵制成生物有機肥

糖廠濾泥發(fā)酵制成生物有機肥譚宏偉【摘要】［目的］掌握采用糖廠濾泥經功能菌發(fā)酵制成生物有機肥的特點和規(guī)律，為促進廣西蔗區(qū)糖料蔗產業(yè)可持續(xù)生產提供技術支持，同時為政府制定農業(yè)種植環(huán)境保護相關政策提供決策參考.［方法］在廣西重要蔗糖生產區(qū)（來賓市興賓區(qū)和崇左市大新縣）開展以糖廠濾泥為原料、發(fā)酵生產生物有機肥的田間試驗，研究糖廠濾泥發(fā)酵生產生物有機肥的特征及肥效.［結果］采用功能菌發(fā)酵糖廠濾泥生產生物有機肥的腐熟速度快，受環(huán)境因素影響較小,發(fā)酵效果穩(wěn)定，發(fā)酵溫度最高達77.21,且70.0~77.21的維持時間長達12d潑酵后的有機質含量和有機酸轉化率優(yōu)勢明顯分別較傳統（自然）發(fā)酵提高30.2%和12.3%（絕對值）.功能菌發(fā)酵生物有機肥對水稻、黃瓜和甘蔗有明顯的增產作用，對應的平均產量分別為5971.5、76705.5和118780.5kg/ha,較施等量傳統（自然）發(fā)酵生物有機肥處理分別增產7.83%、41.19%和6.91%.施用功能菌發(fā)酵生物有機肥的土壤理化性狀指標均高于施用傳統（自然）發(fā)酵生物有機肥處理，其中土壤有機質、速效氮、速效磷和速效鉀的含量分別為15.75g/kg、67mg/kg、14mg/kg和69mg/kg,而氮、磷和鉀利用率分別為39.3%、12.8%和52.8%.［結論］采用功能菌發(fā)酵糖廠濾泥生產生物有機肥較傳統（自然）發(fā)酵糖廠濾泥生產生物有機肥更具優(yōu)勢，具體表現為腐熟速度快、發(fā)酵溫度高且保持時間長、發(fā)酵后有機質含量和有機酸轉化率優(yōu)勢明顯,同時具有增產、提高土壤肥力和肥料利用率的作用，生產上可大面積推廣應用.％［Objective］Thepresentstudyinvestigatedcharacteristicsandregulationofbio-organicfertilizermadebyfermentationoffiltermudfromsugarrefinery,inordertoprovidetechnicalsupportforsustainabledevelopmentofsugar-caneindustryinGuangxisugarcaneplantingareaandofferreferenceforgovernmenttoformulateagriculturalplantingandenvironmentalprotectionpolicies.[Method]FieldtrialwasconductedinimportantsugarcaneplantingareainGuangxi(XingbindistrictinLaibincity,DaxincountyinChongzuocity).Filtermudfromsugarrefinerywastakenasrawmaterialsandfermentedintobio-organicfertilizer.Characteristicsandfertilizerefficiencyofthebio-organicfertilizerwerestudied.[Result]Bio-organicfertilizerfermentedviafunctionalbacteriarottedrapidly,hardlyaffectedbyenvironmentalfactors.Fermentationeffectswerestable,fermentationtemperaturecouldreach77.2°C,andthetemperaturemaintainingat70.0-77.2Cfor12days.Organicmattercontentandorganicacidconversionrateafterfermentedwere30.2%and12.3%(abso-lutevalue)higherthanthoseintraditional(natural)mode.Bio-organicfertilizerfermentedviafunctionalbacteriacouldim-proveyieldofrice,cucumberandsugarcanegreatly.Averageyieldofricewas5971.5kg/ha,anincreaseof7.83%com-paredwiththericeappliedwithbio-organicfertilizerfermentedintraditional(natural)mode;averageyieldofcucumberwas76705.5kg/ha,anincreaseof41.18%,averageyieldofsugarcanewas118780.5kg/ha,anincreaseof6.91%.Afterapplicationofbio-organicfertilizerfermentedviafunctionalbacteria,physicalandchemicalpropertiesofsoilweresuperiorthanthoseappliedwithbio-organicfertilizerfermentedintraditional(natural)mode.Inthesoil,organicmattercontentwas15.75g/kg,availablenitrogencontent67mg/kg,availablephosphoruscontent14mg/kg,availablepotassiumcontent69mg/kg.Utilizationefficiencyofnitrogen,phosphorusandpotassiumwere39.3%,12.8%and52.8%,respectively.[Conclusion]Bio-organicfertilizerfermentedviafunctionalbacteriausingfiltermudfromsugarrefineryisbetterthanfer-mentationintraditional(natural)mode.Theadvantagesincluderapidrottingspeed,highfermentationtemperatureandlongduration,superiororganicmattercontentandorganicacidconversionrateafterfermentation.Meanwhile,itcanincreasetheyield,soilfertilityandfertilizerutilizationefficiency.Therefore,itcanbepromotedforlargescaleapplication.【期刊名稱】《南方農業(yè)學報》【年(卷)，期】2017(048)003【總頁數】5頁(P428-432)【關鍵詞】糖廠濾泥;發(fā)酵;生物有機肥;肥效;特征【作者】譚宏偉【作者單位】廣西農業(yè)科學院甘蔗研究所，南寧530007【正文語種】中文【中圖分類】S141.5【研究意義】廣西是我國最大的糖業(yè)基地，蔗糖產量約占全國的70%(李楊瑞等，2014；覃澤林等，2015；譚芳等，2016)。蔗糖是廣西的重要經濟支柱產業(yè)，在榨糖過程中每噸甘蔗將產生3.5%~4.8%的濾泥，平均約4.2%。據統計，廣西年均產原料蔗5600萬t,榨糖產生的濾泥約235.2萬t,但長期以來亞硫酸法糖廠濾泥被隨意排放，造成嚴重的環(huán)境污染。亞硫酸法糖廠濾泥的主要成分是甘蔗從土壤中吸收的各種營養(yǎng)物質及其體內合成的各種有機物質，包括農作物生長所必需的氮、磷、鉀及其他大量、微量元素等（羅為群等，2009）。因此，利用亞硫酸法糖廠濾泥發(fā)酵制成富含腐殖酸的生物有機肥，并在農業(yè)生產上進行資源化推廣應用，既能解決亞硫酸法糖廠濾泥對環(huán)境的污染問題，又能緩解農業(yè)生產中土壤巴力下降的問題，變廢為寶，促進蔗糖產業(yè)持續(xù)健康發(fā)展?！厩叭搜芯窟M展】亞硫酸法甘蔗制糖濾泥中含有大量有機物、氮、磷和微量金屬元素等微生物生長所必需的營養(yǎng)物質（鞠然等，2011），直接用于農業(yè)生產已有較多報道。傅顯華等（1992）研究發(fā)現，采用蔗渣和濾泥作花卉栽培基質時，蔗渣需通過自然堆漚或加氮處理再與濾泥配合使用，其最佳組合方式視蔗渣堆漚腐熟程度及濾泥含鹽量而定；邢世和和周碧青（2003）研究證實，施用20%粉煤灰+80%糖廠濾泥的混合物對供試土壤的改良和大麥的增產效果顯著；譚宏偉等（2016）研究表明，全部施用濾泥和酒精廢液于蔗田，蔗區(qū)每年可節(jié)省化肥150萬~200萬t,并增加土壤有機質120萬~165萬t,對提高蔗區(qū)的土壤肥力發(fā)揮積極作用。在以糖廠濾泥制備有機肥方面，林天木（1997）以蔗糖濾泥為主要原料，配以無機化肥研制成有機-無機高效復合肥；虎玉森和王興民（1998）研究表明，合理利用濾泥制備成不同用途的濾泥復合肥是改善土壤理化性質、減少環(huán)境污染及提高糖廠綜合效益的有效途徑；梁洪（2005）通過碳酸法制糖濾泥資源化利用中試研究證實，采用生物工程技術進行碳酸法制糖濾泥、酒精廢液、蔗髓及粉煤灰好氧發(fā)酵處理而制備生物有機肥，是實現碳酸法糖廠固體廢棄物資源化利用的有效途徑；王淑培等（2013）研究表明，木薯渣與碳法糖廠濾泥干重比為1：1或2:1，經過20d的堆肥發(fā)酵后均能達到無害化的腐熟標準，有機質降解率在50%以上，可用作土壤底肥或是添加氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素制成高質量的有機肥?！颈狙芯壳腥朦c】制糖濾泥是長期困擾糖廠的最大污染源，直接排放極易造成嚴重的環(huán)境污染。在其資源化利用方面，主要是以制糖濾泥為原料、配以無機化肥研制成有機一無機高效復合肥或作為充填料，而針對糖廠濾泥采用功能菌發(fā)酵制成生物有機肥的研究鮮見報道?！緮M解決的關鍵問題】掌握采用糖廠濾泥經功能菌發(fā)酵制成生物有機肥的特點和規(guī)律，為促進廣西蔗區(qū)糖料蔗產業(yè)可持續(xù)生產提供技術支持，同時為政府制定農業(yè)種植環(huán)境保護相關政策提供決策參考。1.1試驗材料糖廠濾泥由來賓市興賓區(qū)華糖永鑫糖廠和崇左市大新縣雷平糖廠提供，菌曲（由枯草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌和膠凍樣芽孢桿菌制成）購自中國農業(yè)科學院微生物菌種保藏中心。糖廠濾泥pH4.6~6.3，有機質含量30.3%~67.2%,N、P2O5、K2O、CaO和MgO含量分別為0.9%~1.3%、0.6%~1.4%、0.4%~0.7%、4.9%~5.9%和0.9%~1.2%，蔗糖分含量0.35%~1.21%，主要有害元素Pb（未檢出）、Cr（17~38mg/kg）、Cd（2.4~3.9mg/kg）、Hg（0.5~1.9mg/kg）、As（3.5~7.7mg/kg）均低于國家生物有機肥料的限定含量標準。試驗點分別設在來賓市興賓區(qū)和崇左市大新縣，均為廣西的重要蔗糖生產區(qū)。1.2發(fā)酵制成生物有機肥方案方案1［傳統（自然）發(fā)酵生產生物有機肥］:采用濾泥發(fā)酵（堆漚）條垛式，將水分含量50%~55%的濾泥堆成寬1.5~2.0m、高0.5m的條形發(fā)酵堆，每隔7~9d翻堆1次。方案2（功能菌發(fā)酵生產生物有機肥）：同樣采用濾泥發(fā)酵（堆漚）條垛式，將水分含量50%~55%的濾泥與菌曲混合均勻，然后堆成寬1.5~2.0m、高0.5m的條形發(fā)酵堆，每隔4~5d翻堆1次。1.3發(fā)酵生物有機肥內含物測定1.3.1細菌蛋白酶活力（PA）采用紫外分光光度計法進行測定，PA計算公式為：PA（U/g）=aA/Wx100式中,小為樣品與空白吸光度差值（A1-A2）,W為反應中酶用量（g）。1.3.2蔗糖含量（X）采用滴定法進行測定，計算公式為：X（%）=（R2-R1）x0.95式中，R1為未經水解處理的還原糖含量（%）,R2為水解處理后的還原糖含量（%）,0.95為還原糖（以葡萄糖計）換算為蔗糖的系數。1.3.3有機酸含量（3）采用滴定法，根據NaOH標準溶液的濃度（C）和消耗體積（V）計算有機酸含量：式中，C為NaOH標準溶液濃度（%）,V為NaOH標準溶液消耗體積（mL）,M為有機酸摩爾質量（mol/L）,m為稱取有機酸樣品質量（mg）。1.4土壤肥力及養(yǎng)分利用率分析作物收獲后采集耕層土樣測定有機質、全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷和速效鉀含量，具體測定方法參考《土壤農業(yè)化學分析方法》（魯如坤，2000）。其中，有機質采用重鉻酸鉀外加熱法測定，速效氮采用堿解擴散法測定，速效磷采用0.5mol/LNaHCO3浸提、鉬藍比色法測定，速效鉀采用1.0mol/L中性NH4OAC浸提、火焰光度法測定，全氮采用半微量凱氏定氮法測定，全磷采用NaOH熔融鉬銻抗比色測定；全鉀采用NaOH熔融火焰光度法測定。2.1糖廠濾泥發(fā)酵生物有機肥的升溫變化特征以糖廠濾泥為原料、功能菌發(fā)酵生產生物有機肥時，堆漚第3d的堆肥溫度可達45.0~54.0°C，第7d升至70.0°C以上，維持在70.0~77.2°C的時間長達12d,從第19d后迅速降低，直至與傳統（自然）發(fā)酵生產生物有機肥的一致。在整個堆肥過程中，傳統（自然）發(fā)酵生產生物有機肥的溫度變化幅度相對平緩，堆漚第6d的堆肥溫度才40.0C，最高溫度僅為63.0C，保持在60.0C以上的時間僅有5d，明顯低于功能菌發(fā)酵生產生物有機肥。2.2糖廠濾泥發(fā)酵生物有機肥的組分分析結果有益微生物的代謝產物均在發(fā)酵階段產生，主要包括三類代謝物：第一類是酶，如纖維素酶群、蛋白酶群、氧化酶、糖化酶、水解酶和?；被崦傅?；第二類是有機酸，如腐植酸、吲哚乙酸、赤霉乙酸和檸檬酸等；第三類是生物素，如赤霉素、各種抗生素及酮類物質。細菌蛋白酶活力測定結果顯示，傳統（自然）發(fā)酵生物有機肥的細菌蛋白酶活力為1.023x104U/g,遠低于功能菌發(fā)酵生物有機肥的細菌蛋白酶活力（1.793x106U/g）。功能菌的發(fā)酵作用能有效分解糖廠濾泥中的蔗糖分（表1）,使其蔗糖分含量由0.39%~1.21%（平均為0.99%）降至0.05%~0.13%（平均為0.07%），對糖廠濾泥發(fā)酵生產生物有機肥十分有利。在以傳統（自然）發(fā)酵糖廠濾泥生產生物有機肥的過程中，有機物料轉化為有機酸的轉化率為59.7%，而采用功能菌發(fā)酵生產生物有機肥的轉化率達89.9%，較傳統（自然）發(fā)酵生產生物有機肥高出30.2%（絕對值，下同）。在糖廠濾泥發(fā)酵制備生物有機肥的有機質含量方面，采用功能菌發(fā)酵生產生物有機肥的有機質含量為45.7%，較采用傳統（自然）發(fā)酵生物有機肥（33.4%）高出12.3%。2.3糖廠濾泥發(fā)酵生物有機肥的肥效糖廠濾泥發(fā)酵生物有機肥對水稻、黃瓜和甘蔗產量影響的田間試驗結果（表2）表明，施用功能菌發(fā)酵生物有機肥的平均水稻產量為5971.5kg/ha,較施等量傳統（自然）發(fā)酵生物有機肥的處理增產433.5kg/ha,增幅達7.83%;施用功能菌發(fā)酵生物有機肥的平均黃瓜產量達76705.5kg/ha,較施等量傳統（自然）發(fā)酵生物有機肥的處理增產22378.5kg/ha,增幅達41.19%；施用功能菌發(fā)酵生物有機肥的平均甘蔗產量為118780.5kg/ha,較施等量傳統（自然）發(fā)酵生物有機肥的處理增產7675.5kg/ha，增幅為6.91%。2.4糖廠濾泥發(fā)酵生物有機肥對土壤肥力及養(yǎng)分利用率的影響以蔗區(qū)土壤有機質及連續(xù)5年施用糖廠濾泥發(fā)酵生物有機肥的效應研究為例，探討施用糖廠濾泥發(fā)酵生物有機肥對土壤有機質、速效氮、速效磷和速效鉀含量等理化性狀的影響，結果顯示，施用功能菌發(fā)酵生物有機肥的土壤理化性狀指標均高于施用傳統（自然）發(fā)酵生物有機肥的處理（表3）,其中土壤有機質、速效氮、速交攵磷和速效鉀的含量分別為15.75g/kg、67mg/kg、14mg/kg和69mg/kg。由表4可知，施用功能菌發(fā)酵生物有機肥處理的氮、磷和鉀利用率分別為39.3%、12.8%和52.8%，較施傳統（自然）發(fā)酵生物有機肥處理的氮、磷和鉀利用率提高18.3%、2.2%和21.6%，比僅施用化肥的處理提高15.0%、4.5%和30.8%;與僅施用化肥的處理相比，施用傳統（自然）發(fā)酵生物有機肥處理的氮利用率降低3.3%，而磷、鉀利用率提高了2.3%和9.2%。目前，糖廠濾泥的綜合利用可概括為濾泥生產復合肥、加工成動物飼料、提取蔗蠟及植物固醇、制備材料以添加劑及作為生物質燃料等5個方面（左見軍等，2014）。林天木（1997）、虎玉森和王興民（1998）、梁洪（2005）、王淑培等（2013）先后以糖廠濾泥為主要原料制成有機一無機高效復合肥，并證實是實現碳酸法糖廠固體廢棄物資源化利用的有效途徑。本研究應用微生物技術結合功能菌發(fā)酵生產生物有機肥，結果表明，采用功能菌發(fā)酵糖廠濾泥生產生物有機肥較傳統（自然）發(fā)酵方式的腐熟速度快，發(fā)酵溫度最高達77.21，且70.0~77.2°C的維持時間長達12d；功能菌發(fā)酵生物有機肥的有機質含量和有機酸轉化率優(yōu)勢明顯，分別較傳統（自然）發(fā)酵生物有機肥提高30.2%和12.3%。施用功能菌發(fā)酵生物有機肥對水稻、黃瓜和甘蔗有明顯的增產效果，較施等量傳統（自然）發(fā)酵生物有機肥分別增產7.83%、41.19%和6.91%；對土壤有機質、速效氮、速效磷和速效鉀含量也有明顯影響，均高于施用傳統（自然）發(fā)酵生物有機肥的處理，含量分別為15.75g/kg、67mg/kg、14mg/kg和69mg/kg;在氮、磷和鉀利用率方面分別為39.3%、12.8%和52.8%，較施傳統（自然）發(fā)酵生物有機肥處理的氮、磷和鉀利用率分別提高18.3%、2.2%和21.6%，比僅施用化肥的處理提高15.0%、4.5%和30.8%。可見，采用功能菌發(fā)酵糖廠濾泥生產生物有機肥較傳統（自然）發(fā)酵糖廠濾泥生產生物有機肥更具優(yōu)勢，可大面積推廣應用。肥料廠一般采用傳統的條垛式堆漚、槽式堆漚發(fā)酵生產肥料，有的甚至采取露天堆漚，不僅占地面積大，易產生臭氣和污水，影響周邊環(huán)境，還受天氣條件限制，質量不穩(wěn)定，生產周期長，運行成本高（王懷利等，2010；廖青等，2013）。堆漚發(fā)酵過程的腐熟速度慢，受環(huán)境因素影響較大，發(fā)酵效果不穩(wěn)定，通常需要35~45d才能完成一次腐熟過程；而采用功能菌發(fā)酵生產生物有機肥的腐熟速度快，受環(huán)境因素影響較小，發(fā)酵效果穩(wěn)定，僅需20-25d就能完成一次腐熟過程。生產上的常用菌種有巨大芽孢桿菌、釀酒酵母、涇陽鏈霉菌、綠色木霉、白地霉、嗜熱側孢霉、熱地假絲酵母、枯草芽孢桿菌、圓褐固氮菌、膠凍樣芽孢桿菌、沼澤紅假單胞菌等（王懷利等，2010；許永勝等，2015）。綜合本研究結果可知，開展糖廠濾泥發(fā)酵制成生物有機肥已在以下幾個方面取得突破：（1）解決菌群間拮抗干擾的突破。產品的生產工藝成功解決了菌群間拮抗干擾和平衡肥效的量變關系，有效提高了該技術在生產應用中的實用性與高效性。這些配組菌群能在土壤中形成強大的有益生物群體，通過接力式代謝和多層次分解與轉化而產生各種活性基團，并不斷產生腐植酸，促使土壤中的有機物轉化為優(yōu)良的植物養(yǎng)分。（2）組配菌種株數創(chuàng)新。組配菌種達10-11株，菌種數量越多其功能作用就廣。（3）設計采用的菌株耐高溫性。功能菌發(fā)酵溫度最高達77ZC，且70.0-77.2OC的維持時間長達12d。此發(fā)酵溫度不僅縮短有機質的腐熟分解周期，還能殺滅堆腐原料中的其他有害菌群。采用功能菌發(fā)酵糖廠濾泥生產生物有機肥較傳統（自然）發(fā)酵糖廠濾泥生產生物有機肥更具優(yōu)勢，具體表現為腐熟速度快、發(fā)酵溫度高且保持時間長、發(fā)酵后有機質含量和有機酸轉化率優(yōu)勢明顯，同時具有增產、提高土壤肥力和肥料利用率的作用，生產上可大面積推廣應用。傅顯華，黃健安，云永利.1992.蔗渣和濾泥作花卉栽培基質的研究[J].廣東農業(yè)科學，（4）:28-31.FuXH,HuangJA,YunYL.1992.Bagasseandfilteredmudasflowerculturesubstrate[J].GuangdongAgriculturalSciences,(4):28-31.虎玉森，王興民.1998.濾泥復合肥開發(fā)應用的可行性研究[J].西北師范大學學報(自然科學版)，34(4):56-58.HuYS,WangXM.1998.Afeasibilitystudyonfiltered-sludgebasedcompoundfertilizerandapplication[J].JournalofNorthwestNormalUniversity(NaturalScience),34(4):56-58.鞠然，許燕，王征，鄧金明.2011.亞硫酸法蔗糖濾泥在污水處理中應用的經驗總結[J]廣西輕工業(yè)，(11):93-94.JuR,XuY,WangZ,DengJM.2011.Experiencesummaryofapplyingsucrosefiltermudbysulphurousacidmethodinsewagetreatment[J].GuangxiJournalofLightIndustry,(11):93-94.李楊瑞，楊麗濤，譚宏偉，朱秋珍，王維贊，楊柳.2014廣西甘蔗栽培技術的發(fā)展進步[J].南方農業(yè)學報，45(10):1770-1775.LiYR,YangLT,TanHW,ZhuQZ,WangWZ,YangL.2014.DevelopmentandprogressofsugarcanefarmingtechnologiesinGuangxi,China[J].JournalofSouthernAgriculture,45(10):1770-1775.梁洪.2005.碳酸法制糖濾泥資源化利用中試研究[J].甘蔗糖業(yè)，(5):40-45.LiangH.2005.Pilot-scalestudyofutilizingsucrosefilteredmudbycarbonicacidemethod[J].SugarcaneandCanesugar，(5):40-45.廖青，韋廣潑，江澤普，邢穎，黃東亮，李楊瑞.2013.畜禽糞便資源化利用研究進展[J].南方農業(yè)學報，44(2):338-343.LiaoQ,WeiGP,JiangZP,XingY,HuangDL,LiYR.2013.Researchprogressonresourceutilizationoflivestockandpoultrymanure[J].JournalofSouthernAgricu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