■中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所周法永

生物有機(jī)肥料及其生產(chǎn)工藝

■中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所周法永

目前，隨著農(nóng)業(yè)部“化肥零增長(zhǎng)”行動(dòng)方案和“一控兩減三基本”農(nóng)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的逐步落實(shí)和快速推進(jìn)，我國(guó)農(nóng)業(yè)已經(jīng)到了加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的歷史階段。為了有效解決農(nóng)業(yè)面源污染問題和彌補(bǔ)化肥短板，急需大力發(fā)展以農(nóng)作物秸稈和人畜糞便等為原料，采用新技術(shù)工藝生產(chǎn)的生物有機(jī)肥料(microbial organic fertilizers)。生物有機(jī)肥在減少化肥用量、提高肥料利用率和改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，以及在我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中的地位日益突顯，已成為國(guó)家生態(tài)示范區(qū)、綠色和有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品基地等肥料的主力軍，其用量超過800萬(wàn)噸，需求量正逐年加大。

一、生物有機(jī)肥料

生物有機(jī)肥是我國(guó)新型肥料中技術(shù)含量較高的產(chǎn)品之一，是由特定的功能微生物與以動(dòng)植物殘?bào)w(如畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈等)為主要來源，并經(jīng)微生物發(fā)酵和無害化處理、高溫腐熟的有機(jī)物料復(fù)合而成的一類兼具微生物肥料和有機(jī)肥效應(yīng)的肥料，含有營(yíng)養(yǎng)有機(jī)質(zhì)和活性功能菌及多種代謝產(chǎn)物。國(guó)家制定了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(NY884-2012)，產(chǎn)品必須嚴(yán)格按照程序在農(nóng)業(yè)部檢測(cè)登記，并由農(nóng)業(yè)部頒發(fā)肥料登記證后方可進(jìn)入市場(chǎng)應(yīng)用。

生物有機(jī)肥分為兩大類型。一類是利用含有碳基的有機(jī)物為原料生產(chǎn)的產(chǎn)品。目前很多肥料企業(yè)利用氨基酸、腐殖酸、農(nóng)副產(chǎn)品和化工制藥廠的廢料等直接生產(chǎn)。這類產(chǎn)品未經(jīng)微生物發(fā)酵腐熟，尤其是化工制藥廠的廢料中的不確定成分，對(duì)土壤修復(fù)和有機(jī)質(zhì)提升是否合適有待進(jìn)一步探討;另一類是通過微生物發(fā)酵技術(shù)處理畜禽糞便、秸稈等有機(jī)廢棄物，獲得精制有機(jī)肥后，再配以功能微生物和其它營(yíng)養(yǎng)成分，通過擠壓造粒制備成的一種新型、高效的肥料。這類產(chǎn)品是未來的發(fā)展方向。產(chǎn)品中含有的養(yǎng)分能夠給作物提供生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng);有益微生物可以在土壤中定殖，固氮、解磷、解鉀，產(chǎn)生植物內(nèi)源激素和抗生物質(zhì)，從而促進(jìn)作物生長(zhǎng)，抑制和殺滅土壤病蟲害;有機(jī)質(zhì)和活性菌可以活化土壤、改良鹽堿地和修復(fù)土壤。

二、生物有機(jī)肥生產(chǎn)工藝

生物有機(jī)肥料生產(chǎn)工藝過程中的關(guān)鍵技術(shù)包括原料處理、微生物菌劑生產(chǎn)、有機(jī)物的發(fā)酵腐熟和成品配方造粒等。菌種種類和后加工技術(shù)是生物有機(jī)肥產(chǎn)品的核心。在生產(chǎn)過程中一般有兩個(gè)環(huán)節(jié)涉及到微生物的使用，一是在腐熟過程中加入促進(jìn)物料分解、腐熟兼具除臭功能的腐熟菌劑，其多由復(fù)合菌系組成，常見菌種有光合細(xì)菌、乳酸菌、酵母菌、芽孢桿菌、放線菌、曲霉菌、青霉菌、木霉菌、根霉菌等;二是在物料腐熟后生產(chǎn)生物有機(jī)肥時(shí)加入的功能菌，一般以固氮菌、溶磷菌、膠質(zhì)類芽孢桿菌、乳酸菌、假單胞菌、芽胞桿菌、放線菌等為主，在產(chǎn)品中發(fā)揮特定的微生物肥料效應(yīng)。為便于機(jī)械施肥，生物有機(jī)肥料需要制成顆粒狀劑型。由于微生物菌種在高溫過程中容易失活，所以生物有機(jī)肥要采用低溫造粒、擠壓造粒預(yù)添加微生物功能菌劑等技術(shù)工藝。

除上述之外，目前有許多化肥生產(chǎn)企業(yè)，在化肥生產(chǎn)中添加一定量的有機(jī)質(zhì)和功能菌，使化學(xué)復(fù)合肥和有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥成為有生物活性的功能性肥料。這類肥料產(chǎn)品執(zhí)行國(guó)家復(fù)合肥標(biāo)準(zhǔn)，不執(zhí)行生物有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)，稱之為生物有機(jī)類肥料。由于在化肥的高鹽高滲透環(huán)境下，要保證添加進(jìn)去的功能菌種長(zhǎng)期存活難度較大，所以必須選育出高抗活性的芽孢桿菌類微生物才能添加。由于微生物對(duì)溫度要求較高，所以通常采用三種添加工藝技術(shù):一是圓盤或滾筒造粒烘干篩分后，再噴膜添加粉狀功能菌劑;二是擠壓造?；炝蠒r(shí)添加粉狀功能菌劑，;三是粉劑和BB肥(顆粒菌劑)直接摻混添加。

三、優(yōu)質(zhì)生物有機(jī)肥料生產(chǎn)工藝要點(diǎn)

優(yōu)質(zhì)生物有機(jī)肥生產(chǎn)包括優(yōu)良有機(jī)物原料、高效菌種、發(fā)酵腐熟以及后加工技術(shù)四個(gè)環(huán)節(jié)。其要點(diǎn)如下:

1.農(nóng)作物秸稈和畜禽糞便是最好的有機(jī)物原料。雖然對(duì)畜禽糞便中的“鹽分、抗生素和重金屬”殘余含量有質(zhì)疑，但都不是“棄而不用和談虎色變”的理由，這些問題可以通過微生物發(fā)酵腐熟和無害化處理解決。其它含碳基的有機(jī)物料，例如氨基酸、腐殖酸、農(nóng)副產(chǎn)品和化工制藥廠的廢料等，不能一概而論，要經(jīng)過嚴(yán)格檢測(cè)論證方可使用，否則對(duì)土壤不僅無益反而有害。

2.優(yōu)良功能菌種的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)包含:(1)在土壤、根際和根表的定殖生存能力;(2)分泌代謝產(chǎn)物的種類和劑量(酶系和內(nèi)源激素);（3）產(chǎn)生降解物和拮抗物質(zhì)(化感物質(zhì));（4）組合菌株的協(xié)同互補(bǔ)作用(分泌的代謝產(chǎn)物);（5）耐氨、耐鹽堿、耐高溫等高抗活性;（6）分泌代謝產(chǎn)物的動(dòng)力學(xué)類型;（7）誘抗能力(打開次生代謝途徑)。目前常用的菌種有膠質(zhì)類芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌、多粘芽孢桿菌、側(cè)孢芽孢桿菌、乳酸菌、木霉菌、曲霉菌、擬青霉菌、乳酸菌、酵母菌和鏈霉菌等，同一菌種不同菌株功能特性不同。根據(jù)不同菌種要求，常用生產(chǎn)工藝有采用固體發(fā)酵和液體發(fā)酵(好氧或厭氧)生產(chǎn)。生產(chǎn)過程中，首先優(yōu)良的復(fù)合菌株是保證肥效的前提;其次合適的發(fā)酵底物和發(fā)酵條件是產(chǎn)生有效代謝產(chǎn)物的基礎(chǔ);最后聚合的適宜菌體數(shù)量和代謝產(chǎn)物劑量是保證肥效的根本。

3.發(fā)酵腐熟好的有機(jī)物料的評(píng)價(jià)主要指標(biāo)包含:（1）營(yíng)養(yǎng)有機(jī)質(zhì)和水溶性腐殖酸含量高;（2）含水量和C/N 比合適;（3）無臭味;（4）無病原菌和蟲卵;（5）發(fā)酵微生物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，例如綜合酶系、生長(zhǎng)調(diào)節(jié)成分和拮抗物質(zhì)多且含量高;（6）衛(wèi)生指標(biāo)、重金屬和毒性檢測(cè)達(dá)標(biāo)。

4.發(fā)酵腐熟和后加工技術(shù)包括有機(jī)物料的發(fā)酵腐熟模式、造粒過程和烘干冷卻設(shè)備選用。發(fā)酵腐熟模式主要有槽式(池式)發(fā)酵和平堆發(fā)酵。其中槽式可連續(xù)翻拋發(fā)酵，能增氧透氣、翻拋均勻、產(chǎn)生位移實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)酵，也可整池進(jìn)、整池出，縮短發(fā)酵周期，提高生產(chǎn)效率，機(jī)械化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度低，衛(wèi)生干凈，也可通過添加輔料、發(fā)酵菌等增加肥料成分，調(diào)節(jié)pH值和C/N比，提高發(fā)酵速度。造粒過程有圓盤滾筒造粒和擠壓拋圓造粒。圓盤滾筒造粒需要對(duì)發(fā)酵好的物料細(xì)化，因而勞動(dòng)強(qiáng)度大，成本較高。擠壓拋圓造粒最適合以農(nóng)作物秸稈和畜禽糞便為原料的物料，不需細(xì)化，腐熟達(dá)標(biāo)后直接擠壓造粒。例如青島永正化工機(jī)械有限公司研發(fā)的對(duì)撞擠壓造粒機(jī)和拋圓設(shè)備，工藝先進(jìn)，粒形好，具有節(jié)能、產(chǎn)量大等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種有機(jī)物原料，操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高。烘干冷卻設(shè)備可選用烘干冷卻篩分一體機(jī)和列管式烘干機(jī)，低溫連續(xù)烘干，能源利用率高。整個(gè)生產(chǎn)過程PLC程序化操控，自動(dòng)化程度高，可節(jié)省人力、物力和財(cái)力。