農(nóng)用植物酵素在有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的生態(tài)作用

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[摘 要]近年來，隨著食品安全問題頻發(fā)，人們對健康的重視及對高品質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的需求得到空前高漲，有機(jī)農(nóng)業(yè)因此得到蓬勃發(fā)展。有機(jī)農(nóng)業(yè)的首要重任是補(bǔ)充土壤有機(jī)質(zhì)，將形成的生態(tài)產(chǎn)品返還土壤，讓農(nóng)田有機(jī)廢棄物資源化則是補(bǔ)充土壤肥力、增加土壤有機(jī)質(zhì)的有效途徑。適合在農(nóng)村使用的農(nóng)田廢棄物資源化的方法有固體堆肥發(fā)酵、沼氣工程、農(nóng)用植物酵素三種。其中，農(nóng)用植物酵素由于富含有益菌、營養(yǎng)元素、天然植物激素及有機(jī)酸等，可被用于制肥及有機(jī)生產(chǎn)的全過程，能夠在建立良好的土壤微生態(tài)環(huán)境及促進(jìn)植物生長方面起到重要的生態(tài)綜合效應(yīng)。

[關(guān)鍵詞]農(nóng)用植物酵素;有機(jī)農(nóng)業(yè);沼氣工程;固體堆肥;生態(tài)效應(yīng)

有機(jī)農(nóng)業(yè)是自20世紀(jì)70年代以來西方國家在受到食品安全、糧食安全、鄉(xiāng)村社會(huì)安全、資源環(huán)境安全、國際農(nóng)業(yè)安全等嚴(yán)重威脅的背景下逐漸形成的。國際有機(jī)運(yùn)動(dòng)聯(lián)盟認(rèn)為，有機(jī)農(nóng)業(yè)是一種遵從當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)節(jié)律、生物多樣性和自然循環(huán)，不依賴會(huì)帶來不利影響的投入物質(zhì)，能維護(hù)土壤、生態(tài)系統(tǒng)和人類健康的生產(chǎn)體系①。有機(jī)農(nóng)業(yè)在生產(chǎn)力、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等方面的綜合效應(yīng)要優(yōu)于傳統(tǒng)常規(guī)農(nóng)業(yè)②，既有利于保護(hù)人類共同的生存環(huán)境，也有利于促進(jìn)包括人類在內(nèi)的整個(gè)自然界的公平與和諧共生。有機(jī)農(nóng)業(yè)強(qiáng)調(diào)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與現(xiàn)代科技的和諧結(jié)合，所以在西方發(fā)達(dá)國家越來越受追捧。瑞士有機(jī)農(nóng)地占農(nóng)地總面積的11%，法國約有5%的農(nóng)場專門生產(chǎn)有機(jī)食品原料，美國幾乎所有的連鎖店都銷售有機(jī)食品，從事有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的農(nóng)民以每年12%的速度遞增③。2010年以來，中國有機(jī)農(nóng)場數(shù)量開始逐漸增多，有機(jī)產(chǎn)品越來越受到中國消費(fèi)者認(rèn)可。據(jù)瑞士有機(jī)農(nóng)業(yè)研究所與國際有機(jī)農(nóng)業(yè)聯(lián)盟共同發(fā)布的《世界有機(jī)農(nóng)業(yè)概況與趨勢預(yù)測》表明，中國已成為亞洲有機(jī)農(nóng)地面積最大的10個(gè)國家之一，在世界有機(jī)食品市場銷售額最高的10個(gè)國家中，中國排名第4④。但是受有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量低、有機(jī)農(nóng)場管理成本高的影響而造成有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格偏高的現(xiàn)狀，阻礙了中國有機(jī)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。因此，需要不斷完善推進(jìn)適合中國國情的有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，以期降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)產(chǎn)量，從而達(dá)到降低有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格的目的，最終可迎來中國有機(jī)農(nóng)業(yè)的春天。

由于化肥農(nóng)藥的不合理施用，土壤微生態(tài)系統(tǒng)遭受致命破壞，土壤質(zhì)量發(fā)生惡化。因此，恢復(fù)土壤微生物活性，補(bǔ)充土壤有機(jī)質(zhì)，已成為有機(jī)農(nóng)業(yè)需要解決的首要問題。增加土壤有機(jī)質(zhì)的重要途經(jīng)是將有機(jī)廢棄物資源化，即將農(nóng)田廢棄物、畜禽糞便、加工廢棄物、屠宰廢棄物等有機(jī)物重復(fù)發(fā)酵后返還回土壤。土壤是植物生長、肥料作用的載體基質(zhì)，土壤—肥料—植物三者之間的平衡是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)健康發(fā)展的基礎(chǔ)①。構(gòu)建健康的土壤生態(tài)系統(tǒng)離不開將有機(jī)物（肥）返還土壤這一重要環(huán)節(jié)。農(nóng)田廢棄物資源化的方式?jīng)Q定了有機(jī)肥的形態(tài)和質(zhì)量，因此將“有機(jī)物”轉(zhuǎn)化成“肥”的發(fā)酵方式對構(gòu)建土壤生態(tài)系統(tǒng)具有重要意義?！坝袡C(jī)物”轉(zhuǎn)化成“肥”的具體方法有固體堆肥發(fā)酵、沼氣工程、農(nóng)用植物酵素三種。其中，農(nóng)用植物酵素由于富含有益菌、營養(yǎng)元素、天然植物激素及有機(jī)酸等，可被用于制肥及有機(jī)生產(chǎn)的全過程，能夠在建立良好的土壤微生態(tài)環(huán)境及促進(jìn)植物生長方面起到重要的生態(tài)綜合效應(yīng)。

一、農(nóng)用植物酵素

2018年12月28日，中國工業(yè)和信息化部發(fā)布了關(guān)于酵素的兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，分別為QB/5323—2018《植物酵素》和QB/T5324—2018《酵素產(chǎn)品分類導(dǎo)則》。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了植物酵素分為農(nóng)用、食用、日化、環(huán)保四類。其中，農(nóng)用植物酵素是指以植物為主要原料，添加或不添加輔料，經(jīng)微生物發(fā)酵制得的含有特定生物活性成分的用于種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、土壤改良的酵素產(chǎn)品。種植業(yè)用、養(yǎng)殖業(yè)用和土壤改良植物酵素理化指標(biāo)也被詳細(xì)標(biāo)明。農(nóng)用植物酵素的做法是將糖、有機(jī)廢棄物和水按照1 ∶ 3 ∶ 10的質(zhì)量比在密閉容器中發(fā)酵3個(gè)月以上，經(jīng)過濾得到的一種棕黃色有酸味的發(fā)酵產(chǎn)品。農(nóng)用植物酵素是一種利用廢棄蔬菜水果發(fā)酵而成的生態(tài)產(chǎn)品，富含有益微生物、營養(yǎng)元素、天然植物激素及有機(jī)酸等活性代謝成分，具有改良土壤、促進(jìn)作物生長及防蟲抑菌等作用②，可作為提升土壤微生物活性和土壤有機(jī)質(zhì)的重要農(nóng)業(yè)投入品，能夠在建立良好的土壤微生態(tài)環(huán)境及促進(jìn)植物生長方面起到重要的生態(tài)綜合效應(yīng)③。由于富含有益微生物，農(nóng)用植物酵素的發(fā)酵過程被認(rèn)為是一種天然的獲得本地有益微生物的方式，可通過施用農(nóng)用植物酵素貫穿制肥及有機(jī)生產(chǎn)的全過程，它是發(fā)展有機(jī)農(nóng)業(yè)的重要基石。農(nóng)用植物酵素的技術(shù)要點(diǎn)是以果蔬廢棄物為發(fā)酵底物，培養(yǎng)本地土著微生物，通過微生物的一系列活動(dòng)，生成能夠培肥地力、控蟲防害、提高植物免疫力的有機(jī)生態(tài)產(chǎn)品④，其作用機(jī)理主要有以下幾點(diǎn)：

其一，農(nóng)用植物酵素含有氮（N）、磷（P）、鉀（K）等大量化學(xué)元素，能被植物有效吸收利用，其所含的有機(jī)質(zhì)又能有效提高土壤肥力。農(nóng)用植物酵素是微生物的集合體，微生物代謝產(chǎn)生的多種有機(jī)酸及酶類，能分解土壤中不能被作物直接吸收利用的有機(jī)物、無機(jī)物和難溶性礦物養(yǎng)分。多項(xiàng)研究表明，低分子有機(jī)酸和腐殖酸可活化土壤中的無機(jī)磷①。

其二，農(nóng)用植物酵素的發(fā)酵產(chǎn)物除含有液體外，其固體酵素渣所富含的微生物既可作為下一批發(fā)酵菌源使用，也可加入堆肥體系。這樣，不僅能為堆肥體系提供營養(yǎng)源，還可提供大量有益微生物，提高堆肥發(fā)酵效率，減少氨的排放。在此過程中，農(nóng)用植物酵素中的有益菌還能促進(jìn)發(fā)酵，再通過肥料進(jìn)入土壤，幫助土壤形成良好的微生態(tài)環(huán)境。

其三，由于農(nóng)用植物酵素發(fā)酵原料為果蔬廢棄物，發(fā)酵過程是一個(gè)有機(jī)廢棄物資源化的過程，所含的大量營養(yǎng)物，有機(jī)酸及微量元素都可作為微生物發(fā)酵底物，促進(jìn)微生物活性，保證發(fā)酵質(zhì)量，改良土壤。

可見，農(nóng)用植物酵素是一種多元的生態(tài)產(chǎn)品，可充分利用廢棄物資源，變廢為寶，是適于在中國有機(jī)農(nóng)場推廣的有效技術(shù)。圖1展示的是農(nóng)用植物酵素結(jié)合有機(jī)肥生產(chǎn)、厭氧發(fā)酵構(gòu)建農(nóng)田有機(jī)廢棄物零廢棄資源化技術(shù)從而實(shí)現(xiàn)有機(jī)生產(chǎn)的技術(shù)路線圖，可達(dá)到用健康土壤生產(chǎn)健康作物、收獲健康食材的目的。

二、農(nóng)用植物酵素在固體堆肥發(fā)酵中的作用

中國人民對“肥”的施用可謂歷史悠久。早在春秋戰(zhàn)國時(shí)期，中國古代勞動(dòng)人民就在實(shí)踐中歸納出了不同的肥料類型。據(jù)清代《肥料史記》的相關(guān)記載：中國古代肥料可分為十一大類，即糞肥、土肥、灰肥、綠肥、泥肥、餅肥、渣肥、熏肥、骨肥、秸肥、雜肥②。糞肥多是古代畜禽類糞便，主要包括牛、羊、馬、驢、雞、鴨、鵝等的糞便，可做基肥，亦可做追肥，是古代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中肥料的主要來源。土肥，主要是指舊墻、塵土、灶土等，其氮磷鉀含量較高，肥效持續(xù)時(shí)間長，主要作為植物底肥來施用?；曳手饕侵鸽s草等有機(jī)廢棄物燃燒后形成的草木灰，以及灶灰、糠秕灰等，由于富含鉀、鈣、磷等元素，常被用作速效追肥。西漢時(shí)期，農(nóng)夫們有意識地讓雜草叢生，春耕時(shí)翻耕雜草后就可作為綠肥的肥源;到了西晉，便開始種植綠肥（大豆、胡麻、綠豆、苕草等）;南北朝則開始大規(guī)模輪作種植。泥肥主要是指塘泥、溝泥、湖泥、河泥等，養(yǎng)分全面，宜作基肥。餅肥是將渣餅杵碎和熏土攪拌，堆體發(fā)酵，重復(fù)3—4次即可形成。渣肥主要來源于豆渣、糖渣、酒渣、油渣等，有機(jī)質(zhì)含量豐富，可做基肥。制作熏肥是將動(dòng)物糞便直接火燒，將其氧化、腐熟，可大大提高肥效。骨肥的原料多是畜禽骨、鳥獸骨、魚骨等，養(yǎng)分含量高，可適量作為基肥，不宜過多③。中國古人在農(nóng)耕思想的哲學(xué)體系下，注重“糞”的還田等有機(jī)循環(huán)理念，在有限的土地上養(yǎng)活越來越多的人口，且地力保持經(jīng)久不衰。中國人對有機(jī)肥的重視和使用方式引起了外國專家的關(guān)注。20世紀(jì)初，曾任美國農(nóng)業(yè)部土壤局局長的富蘭克林·H. 金為解決西方農(nóng)業(yè)土壤退化等問題，不遠(yuǎn)萬里來到中國考察學(xué)習(xí)，后撰書《四千年農(nóng)夫》。書中高度評價(jià)了東亞國家的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，并將中國人利用糞肥的思想、重視有機(jī)循環(huán)的生態(tài)理念和實(shí)踐方法帶回美國。到了20世紀(jì)30年代，西方的堆肥技術(shù)開始發(fā)展，現(xiàn)已形成了一套完整的技術(shù)體系。

堆肥是處理有機(jī)廢棄物的有效方式之一，其原料來源廣泛，包括秸稈、畜禽糞便、污泥、餐廚垃圾、雜草等。堆肥是通過微生物的作用，將有機(jī)物礦質(zhì)化、腐殖化和無害化后變成腐熟肥料的過程，同時(shí)高溫還能殺死堆肥中的病原菌、蟲卵等①。堆肥的過程與初始原料中的C/N（碳氮比）、酸堿值、水分含量、溫度、氧氣以及是否添加接種劑等參數(shù)有關(guān)②。大量研究表明，堆肥可作為土壤調(diào)節(jié)劑、修復(fù)劑和肥料，為作物提供生長所必需的N、P、K等元素，還能提高土壤肥力和理化性質(zhì)③。堆肥還可修復(fù)受損土壤和貧瘠土壤，促進(jìn)作物生長，重建土壤中的微生物群④。J. C. García-Gil等人的研究表明，長期施用城市污泥堆肥，可有效提高土壤酶（氧化還原酶、磷酸酶、脲酶等）的活性和微生物含量⑤。李麗君的研究表明，長期施用堆肥能有效降低土壤容重，提高土壤持水量和電導(dǎo)率⑥。此外，堆肥還可有效提高土壤養(yǎng)分及有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的發(fā)育，更重要的是土壤微生物量會(huì)隨堆肥使用量的增加而提高。堆肥技術(shù)是農(nóng)田固體廢棄物無害化、資源化利用的重要措施，在資源化方式中占重要地位。

堆肥是便于在農(nóng)村推廣的技術(shù)，但是農(nóng)民自行堆制會(huì)引起發(fā)酵效率低、腐熟不完全、農(nóng)田施用后產(chǎn)生病蟲草等問題。在堆肥中添加農(nóng)用植物酵素，是解決這些問題的有效措施。農(nóng)用植物酵素不僅能夠提供大量的有益微生物，其發(fā)酵液中含有的營養(yǎng)和有機(jī)酸還可為微生物提供營養(yǎng)，對啟動(dòng)堆肥和提高堆肥發(fā)酵效率以及保存氮素營養(yǎng)有極大的促進(jìn)作用。

三、農(nóng)用植物酵素在沼氣工程中的作用

秸稈和畜禽糞便可以通過厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼渣、沼液、沼氣三態(tài)產(chǎn)品⑦。沼渣經(jīng)過處理后可成為有機(jī)肥，如莊明儒將沼渣與污泥有機(jī)物、水葫蘆干基、糖蜜廢水及EM菌共同作用后生成了生物有機(jī)肥⑧。沼渣有機(jī)肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中效果顯著，如周國順等人的研究表明，沼渣有機(jī)肥可顯著提高秋黃瓜單株、結(jié)瓜數(shù)和小區(qū)產(chǎn)量⑨;高英杰等人利用沼渣有機(jī)肥進(jìn)行葡萄種植，可顯著提高葡萄的含糖量和果膠質(zhì)含量①。沼液可作為液體肥和殺蟲劑，如楊懷的研究表明，沼液富含作物生長所需的N、P、K等化學(xué)元素，利用沼液種植發(fā)財(cái)樹，其葉綠素含量、總?cè)~面積、地莖、胸徑、株高等生理、農(nóng)藝、生物量指標(biāo)均優(yōu)于常規(guī)施肥對照組②;張媛用沼液與化肥配施，可顯著提高油菜的產(chǎn)量及品質(zhì)。沼液在厭氧環(huán)境下發(fā)酵，多種病菌、蟲卵、雜草種子等均可被殺死③，沼液所含的丁酸、赤霉素、吲哚乙酸以及微生物B12等物質(zhì)對病菌具有明顯抑制作用，所含的維生素和氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)，可增強(qiáng)作物的抗病防蟲能力。多項(xiàng)研究表明，沼液對多種作物的近40種病害具有一定的防治效果，對紅、黃蜘蛛效果明顯，可在噴施后34小時(shí)失活，5～6小時(shí)死亡，死亡率高達(dá)98.5%④。沼氣發(fā)酵要經(jīng)過水解、酸化、產(chǎn)甲烷三個(gè)階段，經(jīng)提純后可作為清潔能源使用。

沼氣工程是處理大型養(yǎng)殖場糞污的有效方式，將沼氣工程和有機(jī)農(nóng)業(yè)結(jié)合不僅可消納沼液和沼渣，還能替有機(jī)農(nóng)業(yè)找到廉價(jià)有效的農(nóng)業(yè)投入品，是一種雙贏的結(jié)合方式。但是由于沼渣和沼液的厭氧發(fā)酵過程會(huì)存在大量的還原性物質(zhì)，會(huì)對植物和土壤造成傷害，而利用農(nóng)用植物酵素可分解其中的還原性物質(zhì)，使其最終成為環(huán)境友好型的農(nóng)業(yè)投入品，這是未來重要的發(fā)展方向。

四、結(jié)語

秸稈和畜禽糞便是農(nóng)村最大的廢棄物資源，也是土壤所需要的養(yǎng)分，將秸稈和畜禽糞便通過堆肥和厭氧發(fā)酵的方式處理后返還回土壤是生態(tài)循環(huán)的需要，而利用廢棄果蔬制作的農(nóng)用植物酵素則是獲得本地有益微生物的便捷手段。在有機(jī)肥發(fā)酵體系中，將秸稈與畜禽糞便一同發(fā)酵，通過調(diào)節(jié)合理的C/N，添加生物菌劑等生物強(qiáng)化后，可提高堆肥效率和堆肥品質(zhì)。堆肥養(yǎng)分全面，可提升土壤肥力，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常被作為基肥使用。在厭氧發(fā)酵體系中，畜禽糞便與秸稈可作為厭氧發(fā)酵的底物，在多種水解菌、酸化菌及產(chǎn)甲烷菌等微生物的作用下，產(chǎn)生沼氣、沼液、沼渣三態(tài)產(chǎn)品，其中沼液與沼渣經(jīng)過無害化處理后，可基質(zhì)化與肥料化，并作為環(huán)境友好型農(nóng)業(yè)投入品施用于土壤及作物。而果蔬廢棄物，可通過微生物發(fā)酵形成富含微生物及代謝產(chǎn)物的農(nóng)用植物酵素，將其添加到堆肥腐熟與沼液沼渣無害化處理過程中，可以提高發(fā)酵效率，提升發(fā)酵品質(zhì)?？梢?，農(nóng)用植物酵素在整個(gè)技術(shù)流程中起紐帶作用，能穩(wěn)定地用于有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。通過對農(nóng)田廢棄物的再利用，將有機(jī)物返還回土壤，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，從而構(gòu)建土壤—微生物—植物的良性系統(tǒng)，最終可收獲健康高品質(zhì)的農(nóng)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

綜上，農(nóng)用植物酵素對有機(jī)農(nóng)業(yè)的生態(tài)作用體現(xiàn)為：

第一，農(nóng)用植物酵素是廢棄物資源化的產(chǎn)品，可促進(jìn)資源的循環(huán)利用和生態(tài)循環(huán)。

第二，農(nóng)用植物酵素是獲得本地有益微生物的便捷發(fā)酵方式，可為發(fā)酵體系提供菌源，提高發(fā)酵體系的發(fā)酵效率。

第三，農(nóng)用植物酵素富含有機(jī)酸，微量元素及N、P、K等營養(yǎng)物，可作為環(huán)境微生物的益生元，促進(jìn)有益微生物的活性，從而構(gòu)建健康的微生態(tài)環(huán)境。

第四，農(nóng)用植物酵素所含的天然植物激素及微生物的次級代謝產(chǎn)物對植物的促進(jìn)作用，有助于構(gòu)建土壤—微生物—植物的良性系統(tǒng)。

第五，農(nóng)用植物酵素是一種多元生態(tài)產(chǎn)品，是確保農(nóng)田廢棄物還田和土壤健康，進(jìn)行有機(jī)生產(chǎn)良性循環(huán)的催化劑。