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王险峰王庆华有机肥发酵技术新进展 现代化农业 2015/11.7页 有机肥发酵技术新进展 黑龙江省农垦总局植保站 王险峰. 北京德瑞丰农业科技有限公司 王庆华 E-mail:wang450629@126.com （2014.07.2)3 摘要： 有机肥是依据大自然造土壤的原理，依靠各种微生物的作用将植物秸秆、动物残体、页岩、山土、化肥及含动植物蛋白的有机质等分解，生成农作物所需养分及土壤微生物繁殖的碳源，有部分成为土壤腐殖质，起到造土壤（改良土壤）的重大作用。 选用来自土壤微生物菌群的复合菌群，分泌能分解动植物残体汇总的糖类、蛋白质、脂肪、纤维素的酶群，进行有氧发酵，将化肥厂搬入田间。改善土壤生态系统，改善土壤物理、化学、生物性，平衡植物营养，平衡生物菌群，抑制有害生物菌群——病原菌的特异繁殖，健身防病，抗灾减灾，取代化肥农药，是农业持续增产，高产，产品食味与品质好；彻底治理土壤、水污染。 1.发酵有机肥的微生物 1.1认识土壤微生物与分解有机物微生物 （1）土壤微生物的种类 在土壤中生活着约有近万种与生态系统相关的土壤微生物，一是把土中生活着有数亿个细菌、真菌、放线菌、蓝藻类、原生动物等极为微小的生物，尤其是线虫和壁虱类以及蜘蛛、甲虫、蚯蚓等多种虫类及一些不特别注意都难于观察到的虫类的幼虫等很多土壤生物在生存着，是它们的活动孕育着土壤的生命，提高着土壤的功能。 这些生物与土壤生态环境构成一个共生共荣，又互相制约控制某种特定生物异常繁殖而在相克中保持着生态平衡关系。 在土壤中生息的生物，如按生理条件划分时，可分为腐生性生物和寄生性生物两大类：一是腐生性生物，以死去的动植物残体作为营养源来繁殖的生物；二是寄生性生物，寄生在活着的动植物体上，从该物体上摄取养分与生活的生物，如寄生豆科植物根部的根瘤菌等，是有益的生物，但它们几乎都带有动植物的病原菌，而植物的各种病原菌几乎都是寄生性生物带来的。 （2）农业生产可利用的微生物与病害 农业生产中有益菌几乎全部是腐生性生物，特别是好气性的微生物占多数，其中好气性的细菌、放线菌（病原菌的天敌）、真菌（有益的霉菌类、酵母菌类）等都是对农业有益的菌。病原菌属于腐生菌，现代农业生产如遗传育种、机械耕作、大量使用化肥、农药等，特别植物营养结构的变化，只给作物矿物质营养，忽视了作物与微生物共同需要的功能性营养——功能性营养，及来自动植物残体分解的营养，腐生菌特异繁殖，进化成病原菌，从流行到爆发，都是人造病害。 1.2为什么要施用有机肥 万物生长靠太阳，孕育生命靠土壤。地球上所有生命都是靠太阳能，水，空气和大地而生存。 地球表面的大地是由岩石构成的。在太阳能的不断作用下，并在获得空气和水等的力量的同时反复地进行着物理的，化学的风化作用，大自然经过几千万年乃至几亿年的时间，由石头风化，分解而形成的土，经过微生物的分解动植物残体，造就了既给植物能生存提供营养，又给微生物繁殖提供碳源的土壤。 有机肥是依靠各种微生物的作用将植物秸秆，动物残体分解，生成物主要是农作物的肥料养分，有部分成为土壤腐殖质，使土壤形成团粒结构，起到改良土壤（造土）的重大作用。从生态角度看，这些养分也是在土中生活的生物（这是对土壤生物的总称）的营养源，是它们生长繁殖所需要的养分。施用有机肥能改善土壤中的生态系统，改善土壤的物理性、化学物理性、化学性及生物性，平衡植物营养，平衡生物菌群，抑制有害生物菌群——病原菌的特异繁殖。 土壤是大自然经过几千万年乃至几亿年的时间，由石头风化，分解而形成的，形成1厘米厚的黑土层需要100～300万年的时间。 人类耕作土地，种植农作物仅有几千年的历史。我国农业有着悠久的历史，在改良土壤，培肥地力，保持土壤的地力方面积累了丰富的经验，多年坚持合理耕作、轮作，使用动植物残体积造有机肥，发酵人、畜粪尿、油渣、豆饼、菜籽饼、棉籽饼，翻压绿肥等改土造田传统有效措施。农业八字宪法还把改良土壤放在第一位。随着经济的发展，为了解决粮食供需矛盾，大量投入化肥、农药，学习西方，逐渐忽视了培肥地力，改良土壤。土壤已经退化成不具备有益微生物生存的环境，难以保证作物高产、优质的了。 要想恢复土壤的功能，必须用有机肥造土嚷，或称为改良土壤，别无它法可取代。 2.发酵有机肥微生物的作用原理 腐生性生物对植物秸秆、动物残体的分解可分为有氧发酵和无氧发酵两种。 有氧发酵是利用有益菌类，包括好气性或者条件好气性菌（也称为条件性嫌气性菌）中的腐生性的真菌类、腐生性的细菌类的活动，以及由它们分泌的酶群（如加水分解酶、酿酶等）将植物秸秆，动物残体分解，亦称腐解发酵、酝酿发酵，其生成物对作物有健身防病功能，提高品质，可替代农药。 无氧发酵是由嫌气性的腐败菌（包括部分好气性的腐败菌），亦称腐败分解、即主要是由嫌气性细菌发酵或者腐败发酵。 它们的发酵过程是先进行真菌分解，分解产生物质能给细菌、放线菌提供营养，最后被放线菌和细菌分解。 2.1有机肥的有氧发酵（腐解）的分解 有机肥的有氧发酵分解亦称为好气性发酵分解，是利用空气或者水中的氧气（游离氧气）进行繁殖的好气性微生物参与分解。好气性发酵约在50～60℃时产生发酵热，有时也能达到70℃以上。因此，由好气性发酵酿造成的堆肥就是酝酿堆肥。 有氧发酵的机理是主要成分是糖类（淀粉、蔗糖、果糖、葡萄糖等）、蛋白质、脂肪类、纤维素质（纤维素、半纤维素等）等，从其中最容易被分解的糖类和蛋白质、脂肪类做营养源的腐生微生物，分泌出分解这些有机物的酶（加水分解酶），酶的分解作用又提供了微生物菌体繁殖所需要的养分，养分转化生成菌体组织和其增殖所需要的生活能量又被消耗掉了，最后只分解成二氧化碳和水；有氧发酵的pH值中性。 （1）淀粉、糖类的分解 淀粉主要是由分泌淀粉糖化酶的好气性细菌、真菌分解成麦芽糖、葡萄糖；麦芽糖由麦芽糖分解酶分解成葡糖，葡萄糖由酵母菌和一部分细菌分泌的酒化酶（亦称酿酶：是由20多种酶配合而成的集体）分解成乙醇，再由细菌类的醋酸菌分解而成醋酸和富马酸，最后生成二氧化碳和水。 蔗糖是由酵母菌和一部分细菌分泌的转化酶（亦称蔗糖酶）等蔗糖分解酶，将其分解成葡萄糖和果糖，也都经过如前所述的过程，经乙醇也被分解为二氧化碳和水。 （2）蛋白质的分解 秸秆中的氮大部分是以植物蛋白质的形式存在，主要是以能分泌多种类的蛋白分解酶（亦称朊酶群）的细菌类分泌的酶，将其分解成氨基酸，并以此为营养源进行增值的菌，该蛋白分解酶中最具代表性的蛋白酶、胃朊酶（亦称胃蛋白酶）、胰朊酶（亦称胰蛋白酶）肠肽酶、无花果蛋白酶等的酶群。酶群在人体中，植物体，动物体，微生物体中是广为分布的。 关于它的生成，是以氨基酸为营养源，合成新的蛋白质，又构成新的细胞，从而进行菌的繁殖。 但氨基酸中部分分解成尿素、尿酸态，这些又被尿素分解酶（亦称脲酶）分解成氨、二氧化碳和水，其中氨又进而被分解成亚硝酸、硝酸，成为植物的肥料养分。 （3）脂肪的分解 脂肪类主要是由细菌和真菌分泌的脂肪分解酶（亦称脂肪酶、脂酸以及各种酯化酶），将脂肪类分解成脂肪酸和甘油（丙三醇）甘油最终又被分解成二氧化碳和水。 （4）纤维质的分解 ①半纤维素的分解 植物体组织是由细胞构成的，而细胞膜的主要物质是纤维素。半纤维素和木质素共同起到将这些纤维素素结合起来的作用，像将纤维素的周围包上壳一样，在增大纤维素的机械强度方面起着重要作用。促进它的分解，对强化有机物分解具有极为重要的关系．特别是纤维质坚固秸秆分解和半纤维素的分解速度有关。 大量分泌产生分解这种半纤维素酶分解的有效微生物是放线菌，由于这种菌的作用使半纤维素被分解为多糖和有机酸。 放线菌最好的培养基是氨基酸、葡萄糖、乙醇，为了更好的促进这种繁殖，于是利用好气性发酵微生物群对秸秆中对淀粉、糖分、蛋白质进行加水分解，尽可能多的生成氨基酸、葡萄糖、乙醇。 ② 纤维素的分解 由好气性细菌、真菌分泌的纤维素分解酶（纤维素酶、纤维-糖分、纤维二糖酶）将纤维素分解生成多糖类、葡萄糖、乙醇，最终分解变成二氧化碳和水。 秸秆可以由好气性发酵微生物，条件好气性发酵微生物分泌的加水分解酶进行分解，在生成二氧化碳和水的同时，也进行良性的腐解分解。 由有益微腐解分解所生成的氨基酸、葡萄糖、乙醇，能促进农作物生长发育、光和作用，提高作物体中含糖量和自身免疫功能，增产与改善产品品质。 （5）有氧发酵有机肥的优点 有氧发酵分解所生成的腐殖质为中性，造土的效果好。 2.2无氧发酵 无氧发酵是具有特异生理状态的嫌气性菌类（厌气性微生物），在没有游离氧气的缺氧状态下旺盛的活动，能夺取氧化物的氧进行呼吸。 （1）淀粉、糖类的分解 淀粉、糖类被嫌气性腐败细菌进行分解时成酪酸（亦称丁酸），最终分解成甲烷（沼气）和水等，在这过程中散发出腐败味的臭气。 （2）蛋白质的分解 蛋白质被嫌气性腐败细菌进行分解时，其生成胺、氨、吲哚、硫醇、硫化氢等，这是产生腐败气味和臭气的根源。 （3）脂肪的分解过程 脂肪被嫌气性腐败细菌进行分解时生成甲烷，二氧化碳。 （4）纤维质的分解 纤维质被嫌气性腐败细菌进行分解时甲烷气体和水。 无氧发酵分解，产生的氮化合物是硫化氢，从氨态转化成亚硝酸，由于缺氧，不能从亚硝酸转化成硝酸，很容易滞留在土中。由于这些有机物质所产生的气体，不管什么气体，或多或少都要伤害作物的根，尤其是硫化氢和甲烷，亚硝酸等对作物都具有毒性，会损伤作物的根。在大棚中，施用无氧发酵的有机肥，亚硝酸积聚起来气化，短时间内引起作物中毒枯死，并引起多种病害严重发生，常常发生种苗病害，降低发芽率，抑制生长、严重的发生根腐、立枯等病害。 无氧发酵分解秸秆是生成酸性腐殖质，是氢离子和木质素、蛋白质的复合体的结合物，可以使土壤酸化，明显降低磷酸和氧化镁等肥效，还会使地温降低，恶化了土壤的生态系统，改良土壤的综合效果不大。 无氧发酵产生的有害气体，医学称为氧化剂，有害人类生体健康，、可降低人类免疫功能和产生癌细胞的诱因。 （5）无氧发酵的产品 无氧发酵所生成的堆肥常称之为'腐败堆肥’。这种堆肥，如从肥料养分的角来看，对氮和钾的效果较好，对磷酸和氧化镁等肥力明显降低，还会使地温降低，恶化了土壤的生态系统。其所生成的腐殖质也是酸性化的，改良土壤的综合效果不大。 无氧发酵分解是生成酸性腐殖质。酸性腐殖质是氢离子和木质素、蛋白质的复合体的结合物，故使耕土酸性化，作为地力的母体对土壤的效果明显降低。 3.有机肥有氧发酵理论与技术 3.1有机肥发酵的理论进展 动植物残体发酵需要选择能产生分解糖类、蛋白质、脂肪、纤维素等酶类的微生物菌群，并应该含有低温菌、高温菌菌群，既要有好氧菌，也有厌氧菌，是从群体菌群中筛选出的复合菌群，而不能是单一菌群，或由单一菌群组合的符合菌群。 我国多年来关于有机肥发酵的理论落后，受西方文化的影响，把简单的问题复杂化，及一知半解的科学与人类自私浮躁的心里，重视实验室盆栽研究，忽视田间试验，脱离生产实践，从群体中筛选最强壮的生物个体，应用到生产中，缺乏竞争力，几乎没有可用的成果，解决不了我国农药残留、水污染、生态环境破坏，粮食数量和质量安全的那个问题。市场上销售的产品几乎都没有有氧发酵的全熟有机肥，有的仅将菌液与土混合，或造粒。 经过多年研究和实践，目前我国引进的有机肥发酵技术最先进的是日本岛本酵素技术，实用而容菌易复制。 日本岛本《微生物农业应用法》是岛本家族三代人历经80多年持续研究，根据自然生态学与营养免疫学原理，理论基础扎实而系统，以酶是生命之本为核心，从环境中生活的微生物群体中筛选竞争力强的酵素菌群，菌群是个复杂的群体，由细菌、放线菌、真菌（主要酵母菌）等三大类，二十多种有益护生物组成的群体，既有好氧菌类，又有厌氧菌类，既有低温菌类，又有高温菌类。能够产生活性很强多种酶，具有很强的好气发酵能力，能够迅速催化分解有机物，使之在短时间内可供植物利用的营养成分，尤其能够分解含有毒素的有机物，使它们变成无毒、无害物质。造土壤壮根系，改善土壤生态环境，使作物根系能在土壤中自由伸展，有益生物成为优势菌群，有效控制有害生物危害。复合我国传统文化的理念，认识与尊重自然规律，适应环境，不要改造环境。 3.1有机肥发酵的理论进展 动植物残体发酵需要选择能产生分解糖类、蛋白质、脂肪、纤维素等酶类的微生物菌群，并应该含有低温菌、高温菌，既要有好氧菌，也有厌氧菌，是从群体菌群中筛选出的复合菌群，而不能是单一菌群，或由单一菌群组合的符合菌群。 我国多年来关于有机肥发酵的理论落后，受西方文化的影响，把简单的问题复杂化，及一知半解的科学与人类自私浮躁的心里，重视实验室盆栽研究，忽视田间试验，脱离生产实践，从群体中筛选最强壮的生物个体，应用到生产中，缺乏竞争力，几乎没有可用的成果，解决不了我国农药残留、水污染、生态环境破坏，粮食数量和质量安全的那个问题。市场上销售的产品几乎都没有有氧发酵的全熟有机肥，甚至仅将菌液与土混合或造粒。 经过多年研究和实践，目前我国引进的有机肥发酵技术最先进的是日本岛本酵素菌技术，实用而容易复制。 日本岛本《微生物农业应用法》是岛本家族三代人历经80多年持续研究，根据自然生态学与营养免疫学原理，理论基础扎实而系统，以酶是生命之本为核心，从环境中生活的微生物群体中筛选竞争力强的酵素菌群，菌群是个复杂的群体，由细菌、放线菌、真菌（主要酵母菌）等三大类，二十多种有益护生物组成的群体，既有好氧菌类，又有厌氧菌类，既有低温菌类，又有高温菌类。能够产生活性很强多种酶，具有很强的好气发酵能力，能够迅速催化分解有机物，使之在短时间内可供植物利用的营养成分，尤其能够分解含有毒素的有机物，使它们变成无毒、无害物质。造土壤壮根系，改善土壤生态环境，使作物根系能在土壤中自由伸展，有益生物成为优势菌群，有效控制有害生物危害。复合我国传统文化的理念，认识与尊重自然规律，适应环境，不要改造环境。 3.2发酵有机肥关建技术 模拟大自然造土壤技术——有氧发酵有机肥，目的是恢复土壤生态环境，获得高产，优质农产品，关键技术由堆肥、土曲子与高效粒状肥等组成。 3.2.1有机堆肥 堆肥是利用作物的秸秆，圈肥、山柴、木屑、鸡粪、豆饼、鱼粉、人粪尿、豆腐渣、骨粉、肉粉、皮肥等都发酵有机肥。 堆肥既能为作物生长提供矿物质营养，又能供给作物增加免疫功能的功能性营养，及给益微生物繁殖提供碳源，平衡营养、平衡微生物菌群，健身防病，同时优化了土壤生态环境。 如木材的糖化作用，能给各种肥料带来芳香和甜味，优化了土壤的理化条件，促进土壤有益微生物的繁殖，增强了作物对肥料的吸收率，增加土壤有机质含量，预防土壤的酸化。 堆肥能防止土壤中肥料流失，使土壤疏松，透气性好：中和酸性土壤或者碱性土壤，有助于作物根的生长。过去，不可能作为全熟堆肥的木屑、稻壳、山柴类的等，也能在短期间完全酝酿发酵成为改良土壤的优质材料。 3.2.2土曲子（普通粒状肥） 用盐基代换量（CEC）较高的山土、页岩、膨润土、蛭石、沸石等培养有益微生物，能大量吸附微生物菌群，使之群落化，被称为普通粒状酵素。看上去山土如面包一样集聚在一起，像米曲子似的，散发着甜味和酒精的芳香，也称为土曲子。 土曲子是向大自然学习，把化肥厂搬入田间，活化土壤，调整菌群平衡，解决使用化肥造成的土壤板结，使土壤中不溶解的磷酸、氧化镁、钙、钾及其它矿物质营养成为可溶性的被植物利用的速效营养。有效治理果树、作物、蔬菜等作物重茬病。 土曲子和其它发酵肥料根本不同点是，本身具有肥料效果，改良土壤及微生物大量产生催化生成物的持殊有益效果，可以取代化学合成微量元素。 3.2.3发酵有机质肥料 将动植物蛋白质含量高的豆饼、鱼粉等有机质材料，或枸溶性磷酸盐等化肥如熔磷、过磷酸钙、钙镁磷肥、氧化镁、烧磷、骨粉等磷酸肥料，或鸡粪和适量的熔磷、骨粉等磷酸肥料与盐基代换量（CEC）较高的山土、页岩等混合进行有氧发酵，制成高级、磷酸、鸡粪等粒状肥，促进作物光合作用，解决作物高产所需矿物质营养，用动植物蛋白质发酵的氮元素取代化学合成的氮元素，增强植物抗具不良环境和品质、食味等问题。 3.2.4有氧发酵有机质肥为了除去有害物质 经过有氧发酵的含动植物蛋白的有机质肥料如豆饼、菜籽饼、鱼粉、骨粉等，避免了糖分快速分解，产生如甲烷等有害物质；避免了动植物残体传统发酵过程产生对作物有害的气体。 4.关于动物粪便污染的治理问题 目前我国动物排泄物——粪尿是造成环境污染而又难以处理的污染源。换一种思维方式，国外已有先进而简便的方法，技术成熟，可以复制，如日本岛本微生物株式会社成功的成果，是将酵素菌直接添加到动物饲料中，促使肠内菌里有益菌的增殖,并抑制有害菌的繁殖，调节酶的代谢功能，从而消除了饲料的异状消化，抑制产生有害物质，臭味，防止体内自身中毒，对家畜肝脏的保健间接地起着很大作用。对防止家畜排粪的恶臭有极为显著的作用。用酵素菌喂养的家畜、家禽成活率高，健身防病，不用打预防针及用药物治疗，可取代抗生素，肉、蛋、奶等等产品质量高，经济效益高。 发酵有机肥调节植物秸秆的碳氮比需要动物粪便，用酵素菌喂养的家畜、家禽的粪便不打抗菌素，避免了抗菌素的污染，解决了臭味问题，有利于顺利发酵有机肥和环境水源的治理。 5.推广有机肥发酵的技术需要转变观念 有机肥有氧发酵技术是农业可持续发展的一场革命，既可以解决我国粮食数量安全，又可以解决粮食质量安全，还可以解决农业水与土壤生态污染问题。逐步减少农药、化肥的使用量，乃至彻底取代它们，发展自然生态农业，治理环境污染，生产有益人类健康的功能食品，提高国民身体素质，为促进我国现代化农业发展做出巨大贡献。 岛本酵素菌技术引进我国已经20多年，进展并不顺利，主要原因是观念落后，未能从思想上引起重视，浮躁、急于求成心态加上商业炒作，多数不成功。应该转变观念，遵循引进、学习、转变、复制、创新的原则，通过学习转变观念，认真复制，然后再根据国情将引进技术系统化、规范化、模式化，使之成为简单、易学、易复制的技术。 6.当前要重点就解决农作物秸秆还田问题 秸秆还田的方法有五种方法：一是留在地表，二焚烧秸秆，三是将秸秆粉碎直接翻入地下，四是做动物饲料过腹还田。五是将秸秆集中进行有氧发酵后还田。 （1）农作物秸秆还田如果留在地表还田属于有氧发酵，发酵条件需要有水分、温度、空气，还要免耕。北方降雨量太少，温度低，难以自然发酵，并需要与免耕配套的耕种机械。 （2）秸秆焚烧还田，仅剩矿物质营养，损失严重，还污染环境，增加空气污染。 （3）几千年来中国农民秸秆还田的实践证明，将秸秆粉碎直接翻入地下,属于无氧发酵，产生大量有害气体，对作物生长发育有害，是减产措施。 （4）秸秆做动物饲料过腹还田是个好办法。有三种方法：第一种是做青贮饲料；第二种是秸秆经过加生物菌有氧发酵后做饲料；第三种是将秸秆粉碎加入酵素菌，动物食后免疫力增强，可取代抗菌素，动物粪便不臭，是优质有机肥。 （5）将秸秆集中作堆肥有氧发酵有机肥是最有效的提高土壤有机质含量，恢复土壤生态环境的好方法，使农业可持续发展。 |
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