摘要:【目的】掌握采用糖厂滤泥经功能菌发酵制成生物有机肥的特点和规律,为促进广西蔗区糖料蔗产业可持续生产提供技术上的支持,同时为政府制定农业种植环境保护有关政策提供决策參考。【方法】在广西重要蔗糖生产区(来宾市兴宾区和崇左市大新县)开展以糖厂滤泥为原料、发酵生产生物有机肥的田间试验,研究糖厂滤泥发酵生产生物有机肥的特征及肥效。【结果】采用功能菌发酵糖厂滤泥生产生物有机肥的腐熟速度快,受外因影响较小,发酵效果稳定,发酵温度最高达77.2 ℃,且70.0~77.2 ℃的维持时间长达12 d;发酵后的有机质含量和有机酸转化率优势显著,分别较传统(自然)发酵提高30.2%和12.3%(绝对值)。功能菌发酵生物有机肥对水稻、黄瓜和甘蔗有明显的增产作用,对应的平均产量分别为5971.5、76705.5和118780.5 kg/ha,较施等量传统(自然)发酵生物有机肥处理分别增产7.83%、41.19%和6.91%。施用功能菌发酵生物有机肥的土壤理化性状指标均高于施用传统(自然)发酵生物有机肥处理,其中土壤有机质、速效氮、速效磷和速效钾的含量分别为15.75 g/kg、67 mg/kg、14 mg/kg和69 mg/kg,而氮、磷和钾利用率分别为39.3%、12.8%和52.8%。【结论】采用功能菌发酵糖厂滤泥生产生物有机肥较传统(自然)发酵糖厂滤泥生产生物有机肥更具优势,具体表现为腐熟速度快、发酵温度高且保持时间长、发酵后有机质含量和有机酸转化率优势显著,同时具有增产、提高土壤肥力和肥料利用率的作用,生产上可大面积推广应用。
【研究意义】广西是我国最大的糖业基地,蔗糖产量约占全国的70%(李杨瑞等,2014;覃泽林等,2015;谭芳等,2016)。蔗糖是广西的重要经济支柱产业,在榨糖过程中每吨甘蔗将产生3.5%~4.8%的滤泥,平均约4.2%。据统计,广西年均产原料蔗5600万t,榨糖产生的滤泥约235.2万t,但长期以来亚硫酸法糖厂滤泥被随意排放,导致非常严重的环境污染。亚硫酸法糖厂滤泥的主要成分是甘蔗从土壤中吸收的各种营养的东西及其体内合成的各种有机物质,包括农作物生长所必需的氮、磷、钾及其他大量、微量元素等(罗为群等,2009)。因此,利用亚硫酸法糖厂滤泥发酵制成富含腐殖酸的生物有机肥,并在农业生产上进行资源化推广应用,既能解决亚硫酸法糖厂滤泥对环境的污染问题,又能缓解农业生产中土壤肥力下降的问题,变废为宝,促进蔗糖产业持续健康发展。【前人研究进展】亚硫酸法甘蔗制糖滤泥中含有大量有机物、氮、磷和微量金属元素等微生物生长所必需的营养物质(鞠然等,2011),直接用于农业生产已有较多报道。傅显华等(1992)研究之后发现,采用蔗渣和滤泥作花卉栽培基质时,蔗渣需通过自然堆沤或加氮处理再与滤泥配合使用,其最佳组合方式视蔗渣堆沤腐熟程度及滤泥含盐量而定;邢世和和周碧青(2003)研究证实,施用20%粉煤灰80%糖厂滤泥的混合物对供试土壤的改良和大麦的增产效果非常明显;谭宏伟等(2016)研究表明,全部施用滤泥和酒精废液于蔗田,蔗区每年可节省化肥150万~200万t,并增加土壤有机质120万~165万t,对提高蔗区的土壤肥力发挥非消极作用。在以糖厂滤泥制备有机肥方面,林天木(1997)以蔗糖滤泥为主要的组成原材料,配以无机化肥研制成有机─无机高效复合肥;虎玉森和王兴民(1998)研究表明,合理规划利用滤泥制备成不同用途的滤泥复合肥是改善土壤理化性质、减少环境污染及提高糖厂综合效益的有效途径;梁洪(2005)通过碳酸法制糖滤泥资源化利用中试研究证实,采用生物工程技术进行碳酸法制糖滤泥、酒精废液、蔗髓及粉煤灰好氧发酵处理而制备生物有机肥,是实现碳酸法糖厂固体废弃物资源化利用的有效途径;王淑培等(2013)研究表明,木薯渣与碳法糖厂滤泥干重比为1∶1或2∶1,经过20 d的堆肥发酵后均能达到无害化的腐熟标准,有机质降解率在50%以上,可用作土壤底肥或是添加氮、磷、钾等营养元素制成高质量的有机肥。【本研究切入点】制糖滤泥是长期困扰糖厂的最大污染源,直接排放极易导致非常严重的环境污染。在其资源化利用方面,主要是以制糖滤泥为原料、配以无机化肥研制成有机—无机高效复合肥或作为充填料,而针对糖厂滤泥采用功能菌发酵制成生物有机肥的研究鲜见报道。【拟解决的核心问题】掌握采用糖厂滤泥经功能菌发酵制成生物有机肥的特点和规律,为促进广西蔗区糖料蔗产业可持续生产提供技术上的支持,同时为政府制定农业种植环境保护有关政策提供决策参考。
糖厂滤泥由来宾市兴宾区华糖永鑫糖厂和崇左市大新县雷平糖厂提供,菌曲(由枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和胶冻样芽孢杆菌制成)购自中国农业科学院微生物菌种保藏中心。糖厂滤泥pH 4.6~6.3,有机质含量30.3%~67.2%,N、P2O5、K2O、CaO和MgO含量分别为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(未检出)、Cr(17~38 mg/kg)、Cd(2.4~3.9 mg/kg)、Hg(0.5~1.9 mg/kg)、As(3.5~7.7 mg/kg)均低于国家生物有机肥料的限定含量标准。试验点分别设在来宾市兴宾区和崇左市大新县,均为广西的重要蔗糖生产区。
方案1[传统(自然)发酵生产生物有机肥]:采用滤泥发酵(堆沤)条垛式,将水分含量50%~55%的滤泥堆成宽1.5~2.0 m、高0.5 m的条形发酵堆,每隔7~9 d翻堆1次。
方案2(功能菌发酵生产生物有机肥):同样采用滤泥发酵(堆Байду номын сангаас)条垛式,将水分含量50%~55%的滤泥与菌曲混合均匀,然后堆成宽1.5~2.0 m、高0.5 m的条形发酵堆,每隔4~5 d翻堆1次。