農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物開發(fā)生物菌肥研究進(jìn)展

趙新河，賀壯壯，李宏軍，趙玉斌，馬成業(yè)*

（1．山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東 淄博 255000；2．魯洲生物科技有限公司，山東 臨沂 276400；3．山東省高校農(nóng)產(chǎn)品功能化技術(shù) 重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 淄博 255000）

隨著農(nóng)產(chǎn)品加工產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，在帶來農(nóng)業(yè)效益的同時(shí)，也產(chǎn)生了大量的廢棄物，給企業(yè)帶來嚴(yán)重負(fù)擔(dān)，同時(shí)也帶來了大量的社會和環(huán)境問題［1］。比如，一些企業(yè)選擇將農(nóng)業(yè)加工廢棄物丟棄或者直接用作肥料使用，這給生態(tài)環(huán)境帶來了巨大的壓力，處理不當(dāng)又會給農(nóng)田土壤帶來污染［2］。2018 年《中共中央國務(wù)院關(guān)于實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的意見》中提出“要推進(jìn)有機(jī)肥替代化肥，病蟲害綠色防控，實(shí)現(xiàn)廢棄物資源化”，其中直接提出了農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，越來越多的農(nóng)產(chǎn)品廢棄物得到了合理利用，其中包括生物質(zhì)能源開發(fā)，二次提取（油脂、蛋白、膳食纖維等次級產(chǎn)物）以及生物肥料開發(fā)［3］。然而，在現(xiàn)有農(nóng)產(chǎn)品廢棄物資源化利用的過程中，因其技術(shù)限制，可利用率低，成本過高，產(chǎn)生二次污染，難以大規(guī)模消化等問題極大地限制了農(nóng)產(chǎn)品廢棄物的再利用［4］。同時(shí)，生物菌肥因?yàn)槠鋺?yīng)用廣泛性、生產(chǎn)成本廉價(jià)性、生態(tài)環(huán)境友好等優(yōu)勢，為解決農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物提供了一條新的思路。

生物菌肥是用特定功能微生物在適合的載體上經(jīng)過發(fā)酵而成，含有大量的有益微生物以及其他活性物質(zhì)，能夠促進(jìn)植物生長的一類生物有機(jī)肥料［5］。隨著大量化學(xué)肥料的使用，導(dǎo)致全球范圍內(nèi)大量水源、土壤、空氣污染嚴(yán)重，以及作物生產(chǎn)成本上漲。生物菌肥的開發(fā)可以減少化學(xué)肥料的使用，緩解化肥造成的污染，改善土壤基質(zhì)，促進(jìn)植物的生長［6］。現(xiàn)階段生產(chǎn)生物菌肥的底物呈現(xiàn)多樣性發(fā)展，主要集中在農(nóng)作物殘留物，畜禽糞便，城市垃圾，工業(yè)廢棄物以及農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物等方面。但是，利用農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物生產(chǎn)菌肥具有更好的優(yōu)勢：（1）天然的來源，農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物作為基料發(fā)酵生物菌肥不易造成土壤污染。（2）底物營養(yǎng)豐富，含有豐富的蛋白質(zhì)、有機(jī)質(zhì)以及氮磷鉀等元素。（3）毒性低，較容易被微生物利用，且對植物無毒害作用。（4）增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)值，廢棄物成本較低，能夠增加農(nóng)產(chǎn)品深加工的附加值。針對近年來國內(nèi)外利用農(nóng)產(chǎn)品廢棄物生產(chǎn)生物菌肥研究情況，本文對載體底物、發(fā)酵菌種及應(yīng)用效果進(jìn)行了綜述，并以玉米淀粉加工廢棄物——玉米漿為重點(diǎn)，分析了其作為底物開發(fā)菌肥的可能性，期望為更好的實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)農(nóng)業(yè)提供一條有效解決途徑。

1 農(nóng)產(chǎn)品廢棄物作為菌肥載體底物的研究

農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物主要包括果蔬殘?jiān)ㄈ缙咸哑?、蘋果渣等），淀粉生產(chǎn)廢棄物（如甘薯渣、玉米漿等），制糖廢棄物（如甜菜渣、甘蔗渣等），糧油加工廢棄物（如麥麩、菜籽餅粕等），釀造廢渣（如酒糟、醬渣等）以及餐廚垃圾、畜禽加工的下腳料等［3］。這些農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物不僅含有豐富的有機(jī)質(zhì)以及營養(yǎng)元素，而且無毒、易吸附滅菌、保水能力強(qiáng)，便于微生物生長［7］。因此，農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物經(jīng)過預(yù)處理可被充分利用發(fā)酵生物菌肥。國內(nèi)外的學(xué)者對此進(jìn)行了大量的研究，并取得了一些顯著效果。

Xu 等［8］以甘薯淀粉生產(chǎn)廢棄物為發(fā)酵底物生產(chǎn)生物菌肥，菌肥最大生物量達(dá)到9.7×109CFU/mL，并通過噴施應(yīng)用于茶樹，茶葉產(chǎn)量提高了16.7%。趙悅宛［9］以蘋果渣作為原料，發(fā)酵生產(chǎn)黃腐酸生物菌肥，黃腐酸含量達(dá)到了20%。盧占軍等［10］利用固態(tài)發(fā)酵柑橘皮渣為主要原料生產(chǎn)菌肥，有效活菌數(shù)達(dá)1.85×108CFU/g，優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)。Ogbo［11］利用木薯皮（木薯加工廢棄物）作為發(fā)酵載體底物，由1%的原木薯淀粉和3%的家禽糞便作為底物開發(fā)了一種磷酸鹽微生物菌肥，顯著促進(jìn)了樹豆植株生長，比對照組提高了125%。Namfon等［12］以生產(chǎn)谷氨酸鈉的廢棄物為發(fā)酵底物，通過混合液體培養(yǎng)生產(chǎn)液體生物菌肥，其中營養(yǎng)細(xì)胞和孢子濃度分別達(dá)到了8.29×109和1.97×105CFU/mL。Zhu 等［13］利用廢蘑菇基質(zhì)生產(chǎn)生物菌肥，菌肥底物是由1.5g 玉米粉和28.5g 磨干廢蘑菇基質(zhì)組成，制備的生物菌肥菌體密度達(dá)到5.6×108CFU/g，并且顯著促進(jìn)了大豆植株的生長。曾振基等［14］利用食用菌菌渣生產(chǎn)生物菌肥，達(dá)到國家要求標(biāo)準(zhǔn)并應(yīng)用于金柚等作物，增產(chǎn)效果達(dá)到11.78%。肖偉［15］利用海帶渣（海帶加工廢棄物）發(fā)酵生產(chǎn)多功能微生物肥料，其中有效活菌數(shù)達(dá)到了7.7×1010CFU/g，充分挖掘了海帶渣的再利用價(jià)值。王分分［16］利用木薯酒精廢水發(fā)酵生產(chǎn)微生態(tài)菌肥，有效活菌數(shù)達(dá)到了1.34×109CFU/mL，經(jīng)過對番茄盆栽試驗(yàn)，番茄的地上鮮重和干重分別提高了60.5%和54.1%，驗(yàn)證菌肥的效果良好。經(jīng)過學(xué)者們多年的研究探索，證實(shí)了利用農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物生產(chǎn)生物菌肥的可行性及潛能。

農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物作為菌肥載體底物，有著其天然優(yōu)勢，但是菌肥生產(chǎn)過程中，很難為功能菌種尋求合適的載體材料，導(dǎo)致載體分解利用程度低，菌肥活菌數(shù)低。同時(shí)要充分考慮載體的物理化學(xué)特性對發(fā)酵菌種的影響如載體材料的鹽度、酸度等都會影響菌種的發(fā)酵。另外，菌肥生產(chǎn)時(shí)沒有考慮載體的腐熟度，施用到土壤中很容易對土壤造成污染，影響植物生長。以農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物作為生物菌肥載體材料，會因?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品生長和加工的季節(jié)性，導(dǎo)致菌肥生產(chǎn)與菌肥施用之間的矛盾。這就要求菌肥的貨架期要足夠長，但很少有學(xué)者對延長菌肥貨架期研究。表1 列舉了部分生產(chǎn)生物菌肥使用的農(nóng)產(chǎn)品廢棄物的成分與特性。

表1 部分發(fā)酵生物菌肥主要農(nóng)產(chǎn)品廢棄物的成分與特性

2 農(nóng)產(chǎn)品廢棄物發(fā)酵菌肥關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 不同菌種性能的研究

菌種性能是發(fā)酵生物菌肥的關(guān)鍵。目前利用農(nóng)產(chǎn)品廢棄物生產(chǎn)生物菌肥的菌種主要有細(xì)菌如芽孢桿菌、固氮菌等，真菌如黑曲霉、煙曲霉、酵母菌等，以及部分放線菌［17］。菌種研究主要集中在：（1）菌種的篩選，從植株土壤或載體中分離出目標(biāo)菌種。（2）從單一菌種向多菌種混合發(fā)酵過渡，篩選出沒有拮抗作用且能相互促進(jìn)的菌種。（3）共生發(fā)酵，選用多種具有固氮、解鉀、解磷等作用的功能微生物共生發(fā)酵生產(chǎn)菌肥。對此學(xué)者們做了大量的研究。

根據(jù)底物成分特性，選擇合適的發(fā)酵菌株，將載體分解使菌肥肥效達(dá)到最大化是菌肥研究的主要目的。芽孢桿菌具有降解脂肪、蛋白質(zhì)和淀粉的能力，同時(shí)可以耐受不良環(huán)境，是生物菌肥的常用菌種［18］。Namfon 等［12］以土壤微生物芽孢桿菌、微球菌、假單胞菌、葡萄球菌等為發(fā)酵菌種，利用味精生產(chǎn)廢液生產(chǎn)液體菌肥，其中營養(yǎng)細(xì)胞濃度達(dá)到了8.29×109CFU/mL。Xu 等［8］從小麥葉片中分離出多粘類芽孢桿菌，利用該菌種發(fā)酵甘薯廢棄物生產(chǎn)的生物菌肥在小麥生長過程中達(dá)到促生、抗病的良好效果。譚宏偉［19］通過利用枯草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌和膠凍樣芽孢桿菌將糖廠濾泥發(fā)酵制成生物有機(jī)肥，其中菌肥中細(xì)菌蛋白酶活性達(dá)到1.79×106U/g，有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化成有機(jī)酸轉(zhuǎn)化率較自然發(fā)酵提高30.2%，將生物菌肥應(yīng)用于水稻，平均水稻產(chǎn)量較自然發(fā)酵增加7.83%。Tsai 等［20］在食品垃圾堆肥中分離出嗜熱解脂短芽孢桿菌SH168 并接種在食品廢棄物中發(fā)酵28d，粗脂肪從4.88%下降到1.34%，灰分從24.94%上升到29.21%，C/N從18.02 下降到17.65，孢子數(shù)最高達(dá)到1.82×109CFU/g，開發(fā)出了一種既能分解食品廢棄物又能增加菌肥中總氮含量的新型菌肥。

真菌如曲霉菌、木霉、酵母菌等能夠分解纖維素和半纖維素，在發(fā)酵高含量纖維素廢棄物生產(chǎn)菌肥的應(yīng)用較多［21］。如Zhu 等［13］從農(nóng)業(yè)廢棄物堆肥中分離出在環(huán)境脅迫下耐壓性強(qiáng)的磷酸鹽溶解微生物畢赤酵母FL7，并將其應(yīng)用于廢蘑菇基質(zhì)生產(chǎn)生物菌肥，菌肥中檢測出菌體密度增加到5.6×108CFU/g，可檢測出有效磷13mg/L，pH 值下降到4.0，通過高效液相色譜分析，產(chǎn)生了多種有機(jī)酸包括草酸、蘋果酸、琥珀酸、乙酸等。Wang 等［7］篩選出黑曲霉1107，并鑒定為一種高效的磷酸鹽增溶菌。將該菌株在泥炭、玉米芯、20%珍珠巖載體中培養(yǎng)10d后，培養(yǎng)基中產(chǎn)生689mg/L 可溶性磷。在保存7 個(gè)月后，菌肥中仍含有孢子3.2×107CFU/g，貨架期較長。戴樂天［22］將玉米根際土中篩選得到草酸青霉和黑曲霉分別接種到玉米芯、麥麩等農(nóng)業(yè)廢棄物中固體發(fā)酵生產(chǎn)磷酸鹽生物菌肥，菌肥中孢子數(shù)分別達(dá)到了3.21×108和5.6×108CFU/g，兩種菌在PVK 培養(yǎng)基中培養(yǎng)測得可溶性磷含量分別為13.2 和1.3mg/L，纖維素降解酶活分別達(dá)到0.118 和0.109U/L。同時(shí)發(fā)現(xiàn)兩株真菌均可以產(chǎn)草酸、甲酸和檸檬酸等有機(jī)酸。

許多研究中選用的菌種單一，很難將載體分解與菌肥肥效最大化。因此，單一菌種生產(chǎn)菌肥很難滿足菌肥的功能多樣性要求，多種功能菌混合發(fā)酵已經(jīng)成為目前菌種發(fā)酵研究熱點(diǎn)［23］。趙悅宛［9］通過黑曲霉、枯草芽孢桿菌、假單孢桿菌、釀酒酵母、產(chǎn)阮假絲酵母多種微生物的混合代謝作用發(fā)酵蘋果渣制備出高效生化黃腐酸菌肥，應(yīng)用效果明顯。Chang 等［24］從糞便堆肥中分離出凝血芽孢桿菌C45、地衣芽孢桿菌A3、史氏芽孢桿菌F18、嗜熱鏈霉菌J57 和煙曲霉O4 多種功能微生物，發(fā)酵雞肉廢料和中草藥殘?jiān)绒r(nóng)產(chǎn)品廢棄物制備多功能生物菌肥，與未接種微生物的肥料相比，接種微生物的生物肥料具有較高的總氮、可溶性磷含量和發(fā)芽率，添加這些微生物可以縮短生物肥料的成熟期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高可溶性磷含量，提高磷酸鹽增溶菌和蛋白水解菌的種群數(shù)量。表2 列舉了部分農(nóng)產(chǎn)品廢棄物生產(chǎn)生物菌肥的關(guān)鍵菌種及部分技術(shù)指標(biāo)。

表2 部分農(nóng)產(chǎn)品廢棄物生產(chǎn)生物菌肥的關(guān)鍵菌種

2.2 發(fā)酵工藝研究

生物菌肥的質(zhì)量不僅取決于優(yōu)良的發(fā)酵菌種，還取決于發(fā)酵工藝的優(yōu)化。主要手段包括根據(jù)載體與菌種特性，選擇發(fā)酵菌肥的方法（主要是固態(tài)發(fā)酵、液態(tài)發(fā)酵、半固態(tài)發(fā)酵），優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基組分和發(fā)酵條件。影響菌肥發(fā)酵的因素主要有混合菌種的比例、接種量、裝液量、初始pH 值以及發(fā)酵溫度等。很多學(xué)者在提高菌肥質(zhì)量、縮短發(fā)酵時(shí)間、降低發(fā)酵成本方面進(jìn)行了大量研究，并且成果顯著。

對于菌肥發(fā)酵工藝的優(yōu)化，不同學(xué)者研究的側(cè)重點(diǎn)有所不同。有效活菌數(shù)是衡量菌肥質(zhì)量和貨架期的關(guān)鍵指標(biāo)。因此大部分學(xué)者以菌肥中活菌數(shù)為優(yōu)化指標(biāo)，確定最優(yōu)發(fā)酵參數(shù)。Xu 等［8］為提高甘薯淀粉廢棄物發(fā)酵菌肥中最大生物量，確定最佳培養(yǎng)條件是pH 值為6.5，溫度29.0℃±6℃，孵化時(shí)間16h，轉(zhuǎn)速250r/min。在這些條件下，實(shí)現(xiàn)了9.7×109CFU/mL 的最大生物量。孫麗范［26］為提高以菌糠為載體發(fā)酵微生物菌肥中總生物量，運(yùn)用Plackett-Burman 試驗(yàn)與響應(yīng)面分析相結(jié)合方法優(yōu)化出當(dāng)含水量為74.8%，轉(zhuǎn)速為231r/min 時(shí)，總生物量可達(dá)到最大，為48.87×108CFU/g。劉德飛［25］為提高以糖醛渣為主要底物生產(chǎn)的菌肥中活菌數(shù)，通過單因素和正交試驗(yàn)確定了最優(yōu)發(fā)酵條件：糠醛渣85%，廢糖液10%，麥麩5%，物料初始水分60%，溫度30℃，pH 值7，接種量5×106CFU/g，翻堆頻率1 次/d，優(yōu)化后最終活菌數(shù)達(dá)到了2.48×1010CFU/g。

有些學(xué)者以菌肥中營養(yǎng)成分提升為研究重點(diǎn)，對發(fā)酵工藝進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。如宋敏等［27］為提高下腳料生產(chǎn)菌肥發(fā)酵液中游離氨基酸態(tài)氮含量，通過液態(tài)發(fā)酵優(yōu)化工藝為轉(zhuǎn)速203 r/min、接種量5%、溫度30℃，最終發(fā)酵液中游離氨基酸態(tài)氮含量達(dá)到13.891g/L，較優(yōu)化前提高了12.34%。劉雪蓮［28］以葡萄皮渣菌肥中腐植酸的含量為主要指標(biāo)，通過單因素試驗(yàn)優(yōu)化發(fā)酵工藝，在水料比為2.5∶1、培養(yǎng)基pH 值4.5、尿素含量為2.0%時(shí)，腐植酸含量較高，肥效最好。趙悅宛［9］為提高蘋果渣生產(chǎn)生物肥料中黃腐酸含量，將蘋果渣進(jìn)行半固態(tài)發(fā)酵，通過正交試驗(yàn)得出接種量7%，含水量50%，添加尿素量2%，發(fā)酵時(shí)間30d為最適發(fā)酵條件，菌肥中黃腐酸含量達(dá)到24.6%。也有些學(xué)者為了提高菌肥生物防治性能，以病原菌抑制率為優(yōu)化指標(biāo)，優(yōu)化發(fā)酵工藝。如肖偉［15］為了提高海帶渣菌肥對寄生曲霉的生長抑制率，利用響應(yīng)面優(yōu)化確定了最優(yōu)發(fā)酵條件為37.402%海帶渣、2.091%蔗糖、0.507%硝酸鉀、60%水、4%接種量，35℃條件下發(fā)酵8.24d，抑制生長率最大達(dá)到73.30%。

菌肥發(fā)酵是在試驗(yàn)條件下控制發(fā)酵，而生物菌肥在施入土壤后，會因季節(jié)性的溫度、水分，土壤酸堿度、鹽度以及其他有毒元素等影響功能菌種的生長［29］。另外，土壤中天然微生物群落是否會影響菌肥中的功能微生物生長也需作進(jìn)一步研究。生物肥料在發(fā)酵過程中菌種會發(fā)生變異從而提高了生產(chǎn)和質(zhì)量控制成本，迫切需要在這方面進(jìn)行廣泛的研究以減少對菌肥質(zhì)量的影響［30］。同時(shí)，大量菌肥的研究都集中在菌肥發(fā)酵工藝優(yōu)化，而較少有人對菌肥施加后的解磷、解鉀、固氮作用機(jī)理進(jìn)行深入研究。另外，混合菌種發(fā)酵時(shí)，也并沒有對混合菌種發(fā)酵優(yōu)于單一菌種發(fā)酵的作用機(jī)理進(jìn)行深入探究，尤其是混合菌種間共生協(xié)同作用機(jī)制等。

3 農(nóng)產(chǎn)品廢棄物生物菌肥的應(yīng)用效果

生物菌肥在作物生長過程中起到的促生、抗病等效果是評價(jià)菌肥質(zhì)量的主要標(biāo)準(zhǔn)。因此利用農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物發(fā)酵生物菌肥，在降解農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物同時(shí)，其肥效也是大家集中研究的熱點(diǎn)。生物菌肥在提高土壤肥力，促進(jìn)植物生長，增強(qiáng)抗病能力，改良土質(zhì)等方面起著非常重要的作用［31］。

3.1 固氮促生

生物菌肥中的固氮菌可以利用固氮酶將大氣中的無機(jī)氮轉(zhuǎn)化為植物可以利用的有機(jī)氮，增加菌肥中植物可利用氮元素含量［32］。另外，固氮菌一般能夠分泌出生長素、赤霉素等植物激素，調(diào)節(jié)植物生長［12］。

吳正肖［33］將酒糟菌肥施用到大白菜土壤中，使得土壤中的固氮菌生物量提高了72.4%和16.5%，同時(shí)全氮含量較無機(jī)肥和酒糟提高了16.2%和6.6%，將酒糟菌肥與無機(jī)肥混合使用可有效提高大白菜產(chǎn)量。王永京等［34］對餐飲廢水接種圓褐固氮菌生產(chǎn)液體菌肥，菌肥中氨氮最高濃度達(dá)到了735.8mg/L，證實(shí)固氮菌菌肥固氮效果良好。王分分［16］在青菜土壤中施用木薯酒精廢水菌肥，結(jié)果顯示菌肥能夠顯著提高青菜的鮮重，增產(chǎn)效果良好，并且顯著降低了青菜中硝酸鹽的含量，提高了維生素C 含量，既保證了青菜品質(zhì)，又促進(jìn)了青菜的生長。Xu 等［8］利用甘薯淀粉生產(chǎn)廢棄物為發(fā)酵底物生產(chǎn)菌肥，通過葉面噴施茶樹以確定生物肥料對茶樹生長的影響。結(jié)果與對照相比，生物肥料的施用使茶葉產(chǎn)量平均提高16.7%，茶多酚含量顯著提高10.4%，證實(shí)了甘薯淀粉生產(chǎn)廢棄物菌肥對茶樹生長的促進(jìn)作用。柳艷艷等［35］將食用菌菌糠與巨大芽孢桿菌混合發(fā)酵制成菌肥，應(yīng)用于油菜土壤中，土壤中全氮含量提高了37.7%，油菜植株重量增加了82.72%，表明菌糠生物菌肥能夠明顯增加土壤中全氮含量，促進(jìn)植株生長。劉德飛［25］將益生芽孢桿菌L7 發(fā)酵的糖醛渣生物菌肥應(yīng)用到青油菜，相比對照油菜莖葉干重提高了34.1%，顯著提高了油菜的生長。

3.2 生物防治

目前，已有大量研究表明生物菌肥不僅可以促進(jìn)植物生長，還可以在植物生長過程中起到生物防治的作用，一些有益微生物能夠通過生長拮抗作用抑制病原菌生長或者通過分泌代謝產(chǎn)物殺死病原菌，提高植物的抗病能力。

肖偉［15］通過將生防芽孢桿菌海帶渣菌肥施用到花生土壤中研究其抑菌性能，結(jié)果表明海帶渣菌肥能夠顯著提高土壤酸堿度，并且能夠抑制土壤中寄生曲霉的活性，抑制率提高了37.67%，促進(jìn)了花生植株的生長。該研究證實(shí)了海帶渣菌肥在抑制病原菌，提高花生抗病能力的潛在價(jià)值。劉德飛［25］將糖醛渣等固態(tài)菌肥添加到油菜根際土壤中，通過測定菌肥對土壤中細(xì)菌和真菌群落的影響，顯示出菌肥能夠使土壤中真菌種類降低47.8%，說明菌肥對土壤中病原性真菌具有明顯抑制作用。Pangnakorn 等［36］對木醋添加發(fā)酵液體有機(jī)肥進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)木醋菌肥對昆蟲的傷害有顯著性差異。Zhang 等［37］利用枯草芽孢桿菌N11 進(jìn)行成熟堆肥研究，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品可以顯著防治香蕉枯萎病。趙悅婉［9］通過在蘋果渣黃腐酸菌肥中復(fù)配枯草芽孢桿菌BS24 和XM16 生產(chǎn)復(fù)合微生物菌肥，可有效抑制蘋果4 種主要病原菌。周巍等［38］通過在菌糠中接種綠色木霉發(fā)酵，將發(fā)酵物與土壤拌勻可有效抑制黃瓜立枯病和枯萎病，防治效果可達(dá)到85.6%和74.3%。楊力凡［39］在玉米渣等農(nóng)業(yè)廢棄物中接種深綠木霉，將其應(yīng)用于油菜，驗(yàn)證其對油菜致病菌的抑制能力，結(jié)果表明產(chǎn)品對油菜菌核病防治效率達(dá)到76.29%，效果良好。

3.3 土壤改良

生物肥料通過固氮、對磷酸鹽和鉀礦鹽的溶解、釋放植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)、生產(chǎn)抗生素以及降解土壤中有機(jī)質(zhì)等途徑，使土壤環(huán)境中富含各種微、宏觀營養(yǎng)物質(zhì)，通過改良土壤有效提高土壤肥力［40］。

譚宏偉［19］在土壤中施用糖廠濾泥生物菌肥，土壤中有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到15.75g/kg，磷鉀利用率比化肥提高了4.5%和30.8%，證明了菌肥對于土壤的改良有顯著效果。陳莎莎等［41］將玉米粉、麥麩等農(nóng)業(yè)廢棄物生產(chǎn)的菌肥應(yīng)用到玉米盆栽中，菌肥中草酸青霉和黑曲霉能夠影響玉米土壤中細(xì)菌的種類數(shù)量，并且與對照相比，菌肥處理的土壤中有效磷含量提高了4.36 和5.03 倍，降低了土壤中pH 值，增加了土壤中酶活，在土壤改良方面有顯著效果。孫麗范［26］將畢赤酵母FL7 應(yīng)用于廢蘑菇基質(zhì)生產(chǎn)菌肥，試驗(yàn)效果表明土壤的有效磷含量均在200mg/L 以上，土壤中菌株FL7 的生物量可以增加到2×106CFU/g，經(jīng)過菌肥處理后，土壤中有效磷和有效鉀的含量分別達(dá)到359 和1200mg/kg，總氮量比未經(jīng)菌肥處理的對照組增加100mg/kg，結(jié)果表明它能在土壤中很好地生存并溶解不溶性磷，能有效提高在土壤中的可溶性磷含量。吳正肖［33］研究酒糟菌肥表明其能顯著提高土壤中脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶以及磷酸酶活性，同時(shí)有效增加土壤中有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀含量。李世風(fēng)等［42］研究了糠醛渣生態(tài)肥對土壤理化性質(zhì)的影響，結(jié)果表明施用生態(tài)肥的土壤孔隙度比化肥提高13.35%，飽和持水量增加13.35%，脲酶等土壤酶活顯著增加，有機(jī)質(zhì)含量增加25.93%。

4 玉米漿開發(fā)生物菌肥潛力巨大

玉米加工行業(yè)是大宗農(nóng)產(chǎn)品加工的主要陣地，所生產(chǎn)的淀粉、糖漿、玉米油、粗纖維等產(chǎn)品都是非常重要的食品和化工原料［43］。目前我國每年處理玉米原料約5 000 萬t，其中生產(chǎn)玉米淀粉所產(chǎn)生的廢棄物——玉米漿超過200 萬t。但由于玉米漿存在顏色深、氣味重、毒素、無機(jī)鹽含量高等問題，嚴(yán)重限制了其應(yīng)用，且長期的廢棄物積累，嚴(yán)重污染環(huán)境，已經(jīng)成為眾多玉米加工企業(yè)發(fā)展的桎梏。然而，40%以上的含氮物及25%以上的碳水化合物等營養(yǎng)成分使其在生物領(lǐng)域開發(fā)中蘊(yùn)藏著巨大的潛力。表3 中展示了企業(yè)提供玉米漿樣品中17 種主要氨基酸的含量，表明了玉米漿中含有豐富的氨基酸資源。

表3 玉米漿干粉樣品中17 種主要氨基酸的含量（mg/g）

表4 展示了部分玉米漿產(chǎn)品中蛋白質(zhì)、灰分、總酸、黃曲霉毒素、玉米赤霉烯酮、嘔吐毒素及重金屬的含量。檢測方法分別按照中國人民共和國國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)GB5009.5-2010、GB5009.4-2010、GB/T5009.22-2003、GB5009.24-2014、GB/T23504-2009、GB/T23502-2009、GB/T12456-2008。

表4 部分玉米漿中成分含量

黃曲霉毒素、玉米赤霉烯酮、赭曲霉毒素是玉米漿中主要毒素成分，是玉米漿處理過程中的關(guān)鍵控制點(diǎn)［44］。通常情況下，由于玉米產(chǎn)地及批次的差異，毒素含量差異較大。一般來講，華北地區(qū)玉米漿中的毒素容易超標(biāo)。這就嚴(yán)重限制了玉米漿在飼料行業(yè)的使用。因此，利用玉米漿開發(fā)生物菌肥，能夠有效利用土壤對毒素的緩釋和降解作用，從而避免生物毒素對人類和畜禽的直接毒害，同時(shí)又能夠有效利用玉米漿中的營養(yǎng)成分，解決企業(yè)廢棄物堆積和環(huán)境污染等社會問題。

5 展望

利用農(nóng)產(chǎn)品廢棄物生產(chǎn)生物菌肥已經(jīng)成為國內(nèi)外近年來研究的熱點(diǎn)，今后對于菌肥的研究重點(diǎn)將會集中在：（1）高效功能菌種與抗逆菌種的篩選分離，構(gòu)建微生物菌肥菌種資源庫；（2）由單一菌種向混合菌種共生發(fā)酵方向發(fā)展，不斷優(yōu)化混合菌種發(fā)酵工藝；（3）將廢棄物資源化利用與生物菌肥結(jié)合，向廢棄物循環(huán)再利用的綠色農(nóng)業(yè)方向發(fā)展；（4）開發(fā)具有特定功能的生物菌肥，不斷提高菌肥的應(yīng)用效果；（5）不斷延長菌肥貨架期，提高菌肥在土壤環(huán)境脅迫下的持久性和穩(wěn)定性，將生物菌肥更高效、低成本的應(yīng)用到工業(yè)水平。

隨著化肥、農(nóng)藥大量使用，病蟲害加劇、土壤板結(jié)、不溶性磷酸鹽含量增加等環(huán)境污染問題日益突出，同時(shí)農(nóng)產(chǎn)品廢棄物難以被有效利用等問題的不斷出現(xiàn)，有效整合農(nóng)產(chǎn)品廢棄物資源化利用和高效菌肥的開發(fā)越來越受到人們的重視。農(nóng)產(chǎn)品廢棄物發(fā)酵生物菌肥將環(huán)境治理、資源利用、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)三者有機(jī)結(jié)合起來，不僅能夠解決廢棄物的利用問題，還可以減少化肥農(nóng)藥的使用，緩解其對環(huán)境的污染，同時(shí)能夠改善土壤的理化性質(zhì)，增加土壤肥力，抑制病原菌，調(diào)節(jié)植物生長；在農(nóng)產(chǎn)品安全、生態(tài)文明、可持續(xù)發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)方面做出重要貢獻(xiàn)。另外，玉米漿作為一種優(yōu)質(zhì)的生物菌肥生產(chǎn)原料，同時(shí)具備解決環(huán)境污染、增加企業(yè)附加值、改善土壤環(huán)境、促進(jìn)有機(jī)食品發(fā)展等多重優(yōu)勢，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)農(nóng)業(yè)提供切實(shí)可行的解決思路，具有廣闊的發(fā)展前景。