有機(jī)肥料產(chǎn)業(yè)的“開路先鋒”
——記南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院教授沈其榮

二十多年前，我國(guó)有機(jī)（類）肥料產(chǎn)業(yè)落后，產(chǎn)品供應(yīng)嚴(yán)重不足。沈其榮致力于解決有機(jī)（類）肥料制造和施用的科技難題，揭示了其制造過程中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的生物學(xué)特征，建立了施用有機(jī)（類）肥料提高土壤肥力和調(diào)控土壤微生物區(qū)系的理論與技術(shù)體系，研發(fā)出肥料制造系列工藝和產(chǎn)品，獲國(guó)內(nèi)外發(fā)明專利72件和實(shí)用型專利5件，工藝和產(chǎn)品被國(guó)內(nèi)外600多家企業(yè)采用，為我國(guó)有機(jī)（類）肥料產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和土壤肥力提升做出了重大貢獻(xiàn)。

研發(fā)有機(jī)肥制造新工藝

沈其榮及其團(tuán)隊(duì)揭示了誘導(dǎo)堆肥在升溫階段就合成腐殖質(zhì)的微生物作用機(jī)制，并在高溫至降溫的一周內(nèi)完成了腐殖質(zhì)合成的90%；闡明了堆肥溫度和微生物群落演替與堆肥物質(zhì)轉(zhuǎn)化的偶聯(lián)關(guān)系，建立了畜禽糞便和秸稈堆肥腐殖質(zhì)含量與堆肥腐熟度的比色定量關(guān)系，為大規(guī)模生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化的腐熟堆肥提供了理論依據(jù)。

在國(guó)內(nèi)他首次建立了13C和15N雙標(biāo)記法和有機(jī)無機(jī)15N交叉標(biāo)記法，揭示了有機(jī)無機(jī)肥配施提高氮素利用率和增產(chǎn)的關(guān)鍵科學(xué)問題，即通過前期刺激微生物固持化肥氮、后期釋放所固持的氮，促進(jìn)土壤氮素供應(yīng)與作物氮素需求同步；揭示了施用有機(jī)肥抑制土壤酸化和提高肥力的核心科學(xué)問題，即長(zhǎng)期施用有機(jī)肥顯著增加非結(jié)晶短程有序礦物，這些礦物能與有機(jī)物質(zhì)結(jié)合成為有機(jī)無機(jī)復(fù)合體的前提，既降低南方紅壤中活性鋁含量從而有效抑制土壤酸化，又顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)和有機(jī)無機(jī)復(fù)合體含量，為有機(jī)培肥土壤提供了理論依據(jù)。在上述理論研究基礎(chǔ)上，研發(fā)出有機(jī)肥和有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥制造新工藝：建立了畜禽糞便條垛式堆肥工藝，解除了規(guī)?；B(yǎng)殖業(yè)發(fā)展中的糞污之憂。沈其榮及其團(tuán)隊(duì)研發(fā)出投入少、適合于處理畜禽糞便的條垛式好氧堆肥發(fā)酵工藝，并研發(fā)出配套的堆肥微生物起爆劑和翻拋設(shè)備。與市場(chǎng)上同類產(chǎn)品相比，該起爆劑促進(jìn)堆肥快速升溫和合成腐殖質(zhì)，效率提高40%，起爆劑上市后使堆肥菌劑價(jià)格從過去的每噸幾萬元下降到目前的每噸幾千元。堆肥翻拋機(jī)工作效率與進(jìn)口設(shè)備相當(dāng)，而價(jià)格僅為其1/4。與其他堆肥工藝相比，條垛式堆肥具有水分散失快、材料粉碎率高、曝氧充分、堆肥場(chǎng)地?zé)o須硬化等優(yōu)點(diǎn)，使堆肥時(shí)間從過去的40天縮短至15-20天，為規(guī)?；B(yǎng)殖中的糞污處理提供了技術(shù)途徑；創(chuàng)立了純作物秸稈靜態(tài)好氧堆肥工藝，實(shí)現(xiàn)了秸稈資源化利用。沈其榮及其團(tuán)隊(duì)選育到高效分解秸稈的耐高溫真菌（55℃）和耐高溫細(xì)菌（80℃），降解木質(zhì)纖維素酶活力顯著高于市場(chǎng)上的堆肥菌劑，發(fā)明了以該真菌和細(xì)菌為主體，配以氨基酸、米糠、硫酸銨及其他堆肥細(xì)菌的純秸稈快腐劑，創(chuàng)立了無須粉碎的原狀秸稈靜態(tài)供氧發(fā)酵工藝，使秸稈腐熟時(shí)間從5-6個(gè)月縮短至1個(gè)月，為分散性秸稈集中肥料化利用提供了簡(jiǎn)便易行的工藝；發(fā)明了有機(jī)類肥料造粒新工藝，提升了產(chǎn)品品質(zhì)。沈其榮及其團(tuán)隊(duì)發(fā)明了有機(jī)肥與無機(jī)肥先混后粉、擠壓造粒鏈接拋光和低溫烘干新工藝，解決了有機(jī)類肥料造粒工藝（沿用過去的無機(jī)復(fù)混肥）存在的粉塵多、高溫烘干殺死有益菌等缺點(diǎn)，顯著改善了有機(jī)類肥料生產(chǎn)環(huán)境，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。

推廣應(yīng)用有機(jī)肥和有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥2億多畝，使化肥氮利用率從30%（純化肥處理）提高到37%-40%（有機(jī)類肥料）。成果獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)和教育部科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

發(fā)明多項(xiàng)生物肥制造工藝

沈其榮及其團(tuán)隊(duì)首次建立了生物肥制造新工藝：發(fā)明并建立了芽孢桿菌生物肥二次固體發(fā)酵工藝，顯著提高促生菌含量。傳統(tǒng)的芽孢桿菌生物肥均是將液體擴(kuò)繁的芽孢桿菌菌種（芽孢）直接加進(jìn)腐熟的有機(jī)肥中，包裝出廠，沒有經(jīng)過一個(gè)二次固體發(fā)酵過程，其功能菌含量較難達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（2×107個(gè)芽孢/克）。沈其榮及其團(tuán)隊(duì)首次建立了芽孢桿菌生物肥二次固體發(fā)酵工藝，發(fā)現(xiàn)在一次腐熟的堆肥中添加10%-30%（V/W）的酸解氨基酸溶液，既能將堆肥的高pH值調(diào)節(jié)至6.5-7.0（避免了氨揮發(fā)導(dǎo)致的功能菌活性下降），又顯著促進(jìn)所接入的芽孢桿菌進(jìn)行二次固體發(fā)酵（繁殖），使生物肥產(chǎn)品中芽孢桿菌含量超過108個(gè)芽孢/克，顯著高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。研制出促生和生防芽孢桿菌類生物肥產(chǎn)品18個(gè)，促生增產(chǎn)10%以上，生防率大于70%，在數(shù)十種經(jīng)濟(jì)作物上增效顯著，推廣芽孢桿菌生物肥8000多萬畝。成果獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)和江蘇省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，核心專利獲中國(guó)專利獎(jiǎng)金獎(jiǎng)（2010）。

發(fā)明并建立了木霉固體菌種及木霉生物肥制造工藝，突破了木霉生物肥制造瓶頸。哈茨木霉真菌生物量大、根表定殖能力強(qiáng)、次生代謝產(chǎn)物種類多和含量高，其促進(jìn)植物生長(zhǎng)和防控土傳病害效果遠(yuǎn)比芽孢桿菌顯著，但哈茨木霉真菌在液體菌種擴(kuò)繁后期不能有效生產(chǎn)孢子或產(chǎn)孢濃度很低，還需要進(jìn)行固體發(fā)酵（擴(kuò)繁）生產(chǎn)菌種，而傳統(tǒng)固體菌種發(fā)酵工藝中固體發(fā)酵物料需要嚴(yán)格滅菌和在嚴(yán)格滅菌空間中進(jìn)行固體發(fā)酵，一般有機(jī)肥企業(yè)難以規(guī)模化生產(chǎn)，成為哈茨木霉生物有機(jī)肥產(chǎn)業(yè)中的技術(shù)瓶頸。

沈其榮及其團(tuán)隊(duì)首先篩選到具有顯著促生和拮抗土傳病原菌的哈茨木霉菌株，并發(fā)現(xiàn)了該木霉菌株在pH2.5-3條件下能夠生長(zhǎng)良好的特征，利用這個(gè)發(fā)現(xiàn)，發(fā)明了物料無須嚴(yán)格滅菌和無須在嚴(yán)格滅菌空間中進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)木霉孢子的技術(shù)工藝，即：先用一定濃度的硫酸溶液酸解病死畜禽或屠宰場(chǎng)下腳料，再將粉碎的秸稈與該酸解氨基酸混合靜置8小時(shí)，嚴(yán)格控制混合物物料的pH值（此pH下別的雜菌不能生長(zhǎng)），再接種木霉液體菌種，就可進(jìn)行大規(guī)模淺盤發(fā)酵生產(chǎn)木霉固體菌種及木霉生物有機(jī)肥，制造出的木霉生物有機(jī)肥在西瓜、黃瓜、番茄、茄子、小蔥、蘋果、獼猴桃、梨樹、茶樹等十幾種作物上增產(chǎn)效果顯著，并明顯改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和風(fēng)味。該成果一是突破了木霉生物有機(jī)肥制造的技術(shù)瓶頸；二是解決了面廣量大的作物秸稈資源化利用問題；三是為生產(chǎn)高品質(zhì)和高風(fēng)味的農(nóng)產(chǎn)品提供了木霉生物有機(jī)肥產(chǎn)品。成果獲2017年大北農(nóng)科技獎(jiǎng)植物營(yíng)養(yǎng)獎(jiǎng)，核心專利獲中國(guó)專利獎(jiǎng)優(yōu)秀獎(jiǎng)（2018）；發(fā)明并建立了病死畜禽酸解工藝，實(shí)現(xiàn)病死畜禽無害化和資源化雙重目標(biāo)。氨基酸肥料號(hào)稱“肥中之王”，但用于生產(chǎn)氨基酸肥料的原料十分有限，而另一方面，隨著我國(guó)規(guī)?；B(yǎng)殖的快速發(fā)展，大量的病死畜禽隨地棄置，不僅嚴(yán)重污染環(huán)境，也浪費(fèi)了可貴的蛋白質(zhì)資源。沈其榮及其團(tuán)隊(duì)在國(guó)內(nèi)外首次建立了病死畜禽全封閉破碎和酸解獲取氨基酸工藝，酸解產(chǎn)物全部用于芽孢桿菌生物肥二次固體發(fā)酵和木霉固體菌種制造的添加劑。該酸解工藝克服了過去病死畜禽土埋污染地下水、焚燒污染大氣且均浪費(fèi)生物資源的缺陷，使企業(yè)在處理中獲得經(jīng)濟(jì)效益。該技術(shù)體系已被農(nóng)業(yè)農(nóng)村部列入病死畜禽無害化處理推薦技術(shù)（2017），核心專利獲中國(guó)專利獎(jiǎng)優(yōu)秀獎(jiǎng)（2017）。