李 敬，劉安榮，王振杰，劉洪波，彭 偉，陳肖虎

（1. 貴州省貴福生態(tài)肥業(yè)有限公司，貴州 玉屏 554000；2. 貴州省冶金化工研究所，貴州 貴陽 550016；3. 貴州大學(xué)，貴州 貴陽 550025）

我國是農(nóng)業(yè)大國，平均每年產(chǎn)生農(nóng)作物秸稈上億噸。農(nóng)作物秸稈富含大量有機質(zhì)、氮、磷、鉀等植物生長所需的營養(yǎng)元素。將農(nóng)作物秸稈還田，能提升土壤的有機質(zhì)水平，減少化學(xué)肥料使用量，改善土壤退化現(xiàn)狀。但是目前我國農(nóng)作物秸稈處理仍然使用最原始的焚燒法，造成了大量資源浪費和環(huán)境污染［1-3］。

目前，比較有效的科學(xué)處理農(nóng)作物秸稈的方法有物理法、化學(xué)法和生物法［4-7］。物理法常作為其他方法的預(yù)處理方法，以提高秸稈的適口性，增加采食量，但秸稈中的木質(zhì)素軟化或水解需要在溫度較高的環(huán)境下進行，需要特定的設(shè)備輸送熱量并控制溫度，使得該方法成本較高；化學(xué)法包括堿化處理、氨化處理兩種，對設(shè)備要求也很高，同樣具有生產(chǎn)成本高的問題；生物法是將秸稈炭吸附腐熟、微生物發(fā)酵，使其中各種微量元素重歸農(nóng)田，該方法可實現(xiàn)資源的循環(huán)利用，且對環(huán)境較為友好。秸稈堆肥法是常用的生物處理法，但該方法存在微生物很難在短時間內(nèi)獲取適合于它們生長的營養(yǎng)，不能快速分解秸稈，致使效率低下，影響了堆肥法的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用［8-11］。筆者對微生物快速分解玉米秸稈生產(chǎn)有機肥進行了研究，以期為農(nóng)作物秸稈循環(huán)利用生產(chǎn)有機肥提供借鑒。

1 實驗部分

1.1 實驗原料與設(shè)備

實驗原料：玉米秸稈，纖維素酶，硝酸鈉，水，酵母粉，硫酸銨，磷酸二氫銨，磷酸氫二鉀，磷酸二氫鉀，葡萄糖。

實驗設(shè)備：電子天平，磅秤，粉碎機，發(fā)酵罐，空氣凈化器。

1.2 芽孢桿菌培養(yǎng)基

芽孢桿菌種子培養(yǎng)基：酵母粉1.5 g/L，硫酸銨4 g/L，磷酸氫二鉀1 g/L，磷酸二氫銨1.5 g/L，磷酸二氫鉀1 g/L，葡萄糖300 g/L。

1.3 實驗方法

將玉米秸稈在陽光下晾曬干，粉碎至實驗所需的粒度。將粉碎后的玉米秸稈顆粒20 kg、纖維素酶60 U、硝酸鈉2 kg、水80 kg 配制成混合物，攪拌均勻后放入發(fā)酵罐中調(diào)節(jié)至合適的溫度進行發(fā)酵，發(fā)酵完成后向混合物中接種芽孢桿菌（以下實驗所接種均為芽孢桿菌），接種量為玉米秸稈質(zhì)量的2%，調(diào)節(jié)至合適的發(fā)酵溫度、攪拌轉(zhuǎn)速后培養(yǎng)一段時間，將發(fā)酵好的發(fā)酵液濃縮、干燥后得到有機肥。對產(chǎn)品進行分析測定，計算有機質(zhì)含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 玉米秸稈粒度對有機肥中有機質(zhì)的影響

在發(fā)酵時間為36 h、發(fā)酵溫度為50 ℃、接種量為玉米秸稈質(zhì)量的2%、接種后通入無菌空氣、控制溫度不變、攪拌轉(zhuǎn)速為350 r/min、培養(yǎng)時間為7 d 條件下，考察玉米秸稈粒度對有機肥中有機質(zhì)含量的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 秸稈粒度對有機肥中有機質(zhì)的影響

由圖1可以看出，玉米秸稈顆粒粒度越小，所生產(chǎn)的有機肥中有機質(zhì)含量越高，當(dāng)粒徑≤0.074 mm的顆粒占比大于87.31%以后，有機質(zhì)含量增加較慢，基本趨于穩(wěn)定。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因可能是玉米秸稈粒度越小，比表面積越大，越容易發(fā)酵，因此有機質(zhì)含量越高。綜合考慮，確定玉米秸稈粒徑≤0.074 mm的顆粒占比為87.31%最為適宜，此時有機肥中w（有機質(zhì)）為54.65%。

2.2 發(fā)酵時間對有機肥中有機質(zhì)的影響

在玉米秸稈粒徑≤0.074 mm 的顆粒占比為87.31%、發(fā)酵溫度為50 ℃、接種量為玉米秸稈質(zhì)量的2%、接種后通入無菌空氣、控制溫度不變、攪拌轉(zhuǎn)速為350 r/min、培養(yǎng)時間為7 d 條件下，考察發(fā)酵時間對有機肥中有機質(zhì)含量的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 發(fā)酵時間對有機肥中有機質(zhì)的影響

由圖2 可以看出，發(fā)酵時間在8 ～16 h 時，有機質(zhì)含量增長較慢，16 ～24 h時有機質(zhì)含量增長較快，當(dāng)發(fā)酵時間大于24 h 后，有機質(zhì)含量基本趨于穩(wěn)定。因此，考慮時間成本，選定發(fā)酵時間為24 h，此時該有機肥中的w（有機質(zhì)）為54.89%。

2.3 發(fā)酵溫度對有機肥中有機質(zhì)的影響

溫度是影響有機體生長繁殖的重要因素，生物化學(xué)中的酶促反應(yīng)與溫度變化有著緊密關(guān)系，在發(fā)酵過程中，溫度的影響是多方面的，表現(xiàn)在發(fā)酵液的物理性質(zhì)、細(xì)胞生長、生物合成和產(chǎn)物合成等方面。因此，在玉米秸稈粒徑≤0.074 mm的顆粒占比為87.31%、發(fā)酵時間為24 h、接種量為玉米秸稈質(zhì)量的2%、接種后通入無菌空氣、控制溫度不變、攪拌轉(zhuǎn)速為350 r/min、培養(yǎng)時間為7 d 條件下，考察發(fā)酵溫度對有機肥中有機質(zhì)含量的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 發(fā)酵溫度對有機肥中有機質(zhì)的影響

由圖3可以看出，隨著發(fā)酵溫度的升高，產(chǎn)品中有機質(zhì)含量先增加后減少，當(dāng)發(fā)酵溫度達到50 ℃時，產(chǎn)品中有機質(zhì)含量達到最大值。造成這一趨勢的可能原因是溫度過低不適宜芽孢桿菌的繁殖，溫度過高又會殺死菌種。因此，確定適宜的發(fā)酵溫度為50 ℃，此時該有機肥中w（有機質(zhì)）為55.24%。

2.4 培養(yǎng)時間對有機肥中有機質(zhì)的影響

在玉米秸稈粒徑≤0.074 mm 的顆粒占比為87.31%、發(fā)酵時間為24 h、發(fā)酵溫度為50 ℃、接種量為玉米秸稈質(zhì)量的2%、接種后通入無菌空氣、控制溫度不變、攪拌轉(zhuǎn)速為350 r/min 條件下，考察培養(yǎng)時間對有機肥中有機質(zhì)含量的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 培養(yǎng)時間對有機肥中有機質(zhì)的影響

由圖4可以看出，隨著培養(yǎng)時間的延長，產(chǎn)品中有機質(zhì)含量逐漸增加，當(dāng)培養(yǎng)時間達到5 d 以上時，有機質(zhì)含量不再隨時間延長繼續(xù)增大。考慮時間成本和產(chǎn)品指標(biāo)，確定培養(yǎng)時間為5 d，此時產(chǎn)品中w（有機質(zhì)）為55.16%。

2.5 攪拌轉(zhuǎn)速對有機肥中有機質(zhì)的影響

在玉米秸稈粒徑≤0.074 mm 的顆粒占比為87.31%、發(fā)酵時間為24 h、發(fā)酵溫度為50 ℃、接種量為玉米秸稈質(zhì)量的2%、接種后通入無菌空氣、控制溫度不變、培養(yǎng)時間為5 d 條件下，考察了攪拌轉(zhuǎn)速對有機肥中有機質(zhì)含量的影響，結(jié)果見圖5。

圖5 攪拌轉(zhuǎn)速對有機肥中有機質(zhì)的影響

由圖5可以看出，隨著攪拌轉(zhuǎn)速增加，產(chǎn)品中有機質(zhì)含量先增加后減少。攪拌轉(zhuǎn)速過慢時因攪拌不均勻使得反應(yīng)不完全因而有機質(zhì)含量低，過快時因來不及反應(yīng)使得有機質(zhì)含量低。因此，攪拌轉(zhuǎn)速以350 r/min 最合適，此時產(chǎn)品中w（有機質(zhì)）為54.87%。

2.6 有機肥質(zhì)量檢測

對所得有機肥進行質(zhì)量檢測，結(jié)果見表1。

表1 有機肥產(chǎn)品檢測結(jié)果

由表1可知，該有機肥w（有機質(zhì)）達到54.86%，w（N+P2O5+K2O）達到6.5%，pH 為6.8，w（H2O）為25%，均符合NY 525—2012《有機肥料》標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)論

研究以玉米秸稈為原料生產(chǎn)有機肥工藝，在玉米秸稈粒徑≤0.074 mm的顆粒占比為87.31%、發(fā)酵時間為24 h、發(fā)酵溫度為50°C、接種量為玉米秸稈質(zhì)量的2%、接種后通入無菌空氣、控制溫度不變、攪拌轉(zhuǎn)速為350 r/min、培養(yǎng)時間為5 d的條件下，獲得了w（有機質(zhì)）54.86%、w（N+P2O5+K2O）6.5%、pH 6.8、w（H2O）25%、蛔蟲卵死亡率100%、糞大腸菌群數(shù)為3 個/g 的有機肥產(chǎn)品，產(chǎn)品指標(biāo)符合《有機肥料》標(biāo)準(zhǔn)要求。