添加紋黨和紅芪加工廢棄物的生物有機肥生產(chǎn)工藝研究

葉文斌，楊 文 ，楊小錄，2，何九軍，2，王 瀚

(1.隴南師范高等?？茖W(xué)校 農(nóng)林技術(shù)學(xué)院，甘肅 成縣 742500；2.隴南特色農(nóng)業(yè)生物資源研究開發(fā)中心，甘肅 成縣 742500；3.甘肅省農(nóng)業(yè)固體廢棄物資源化利用重點實驗室，甘肅 天水 741000)

近年來國家將中醫(yī)藥發(fā)展作為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要戰(zhàn)略舉措，引導(dǎo)大量資金向中藥農(nóng)業(yè)輸入，鼓勵中藥工業(yè)企業(yè)將藥材加工等工業(yè)前處理環(huán)節(jié)向中藥材產(chǎn)區(qū)轉(zhuǎn)移，延伸中藥材產(chǎn)業(yè)鏈，明確支持建立中藥材生產(chǎn)基地.中藥材紋黨為素花黨參(CodonopsispilosulaNannf.var.modesta(Nannf.) L.T.Shen)的栽培種，由于根部有明顯的花紋而聞名于世.紅芪為多序巖黃耆(HedysarumpolybotrysHand.-Mazz.)的變種，根部深紅色，故名紅芪.這兩種中藥材是甘肅主要支持和推廣種植的栽培品種，隴南市文縣和武都區(qū)是這兩種藥材的道地產(chǎn)區(qū)，也是中國國家地理標(biāo)志產(chǎn)品[1-3].近幾年隴南市紋黨和紅芪年產(chǎn)量超過600萬噸，產(chǎn)值達(dá)6.5億元以上，隴南已成為中國最大的紋黨和紅芪的生產(chǎn)、加工和銷售基地[1].紋黨和紅芪在采收和加工過程中會產(chǎn)生頭、須、根、渣、皮等數(shù)量巨大的加工廢棄物，這些廢棄物的資源化再利用沒有得到較好的解決，而是大量自然囤積堆放、發(fā)霉腐爛、最后填埋，作為低效能的肥料流入大田，不但會對農(nóng)作物產(chǎn)生不良影響，也會污染農(nóng)田和環(huán)境，而且處理成本較高[4-9]，對兩種中藥加工時產(chǎn)生的固體廢棄物處理和資源化利用是當(dāng)前面臨的重要研究問題.研究和開發(fā)中藥紋黨和紅芪加工廢棄物與畜禽糞便等其他原料制造生物有機肥綠色可再生能源對循環(huán)經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展具有重大的經(jīng)濟(jì)意義和生態(tài)意義[10].

為了減少中藥紋黨和紅芪加工廢棄物資源的浪費和提高廢棄物資源化再利用，本文以牛糞為主要原料，添加中藥紋黨和紅芪加工廢棄物，同時接種光合細(xì)菌、乳酸菌、酵母菌和放線菌等主要成分的EM益生菌，建立發(fā)酵時間短、肥效高、成本低和無害化程度高的生物有機肥生產(chǎn)工藝，以期為生產(chǎn)添加紋黨和紅芪加工廢棄物的生物有機肥提供依據(jù)，也為合理利用節(jié)約資源以及綜合開發(fā)利用提供技術(shù)支撐.

1 材料與方法

1.1 實驗材料

紋黨加工廢棄物由甘肅省文縣中寨鄉(xiāng)種植加工基地提供，紅芪加工廢棄物由甘肅省隴南市武都區(qū)米倉山紅芪種植加工基地提供；EM 益生菌(主要成分為酵母菌、光合細(xì)菌、乳酸菌、放線菌、硝化細(xì)菌、芽孢桿菌及其代謝物消化酶、蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶、氨基酸和維生素等復(fù)配而成)，活菌含量為100億UFC/g，購自洛陽歐科拜克生物技術(shù)股份有限公司；草炭，有機質(zhì)含量為60%購自吉林市源農(nóng)業(yè)科技有限公司；牛糞由成縣眾和種植養(yǎng)殖農(nóng)民專業(yè)合作社提供.

1.2 實驗方法

1.2.1 發(fā)酵基質(zhì)的基本特性測定

新鮮的牛糞水分較高，無法直接發(fā)酵，需要將牛糞進(jìn)行條堆，每天翻堆1次，晾曬干燥，同時準(zhǔn)備草炭、粉煤灰、紋黨和紅芪加工廢棄物粉末備用.全碳采用重鉻酸鉀氧化法，全氮測定采用凱氏定氮法，全磷測定采用釩鉬黃比色法，全鉀測定采用原子吸收分光光度法[11].

表1 發(fā)酵基質(zhì)的基本特性

1.2.2 堆肥發(fā)酵和發(fā)酵主要參數(shù)

以牛糞、草炭、粉煤灰、紋黨和紅芪加工廢棄物粉末為原料，將20 kg紋黨和紅芪加工廢棄物粉末、80 kg牛糞、2.5 kg草炭和2.5 kg粉煤灰分別按照表2中的配方混合攪拌均勻，制成發(fā)酵基質(zhì)，然后將 EM 益生菌與發(fā)酵基質(zhì) 1∶100的質(zhì)量比混合均勻后撒至條堆表面，然后將條堆攪拌均勻，調(diào)節(jié)含水率為 70%左右，根據(jù)情況分成高 0.5 m和直徑1.0 m的圓垛，設(shè)置1個CK(0)和3個堆肥處理組，每個處理組重復(fù)3次，進(jìn)行為期 35 d 的發(fā)酵實驗，進(jìn)行第一次發(fā)酵，每天檢測條堆內(nèi)部溫度，當(dāng)條堆內(nèi)部溫度升至 60℃以上后，每隔 3 d 翻堆 1 次，發(fā)酵 20 d 得到第一次發(fā)酵后的有機肥；將第一次發(fā)酵后的有機肥進(jìn)行翻晾陰干再進(jìn)行二次堆放發(fā)酵，當(dāng)溫度降至 45℃時，將 EM 益生菌按質(zhì)量比 1∶400 均勻地加入有機肥中，補充適量的水使含水率為30%左右，再發(fā)酵 15 d 即得到第二次發(fā)酵的生物有機肥.

表2 堆肥發(fā)酵的配方

1.2.3 樣品采集與測定

取有機肥成品3 g，按照1∶10 質(zhì)量比加入無菌水，充分振蕩、離心后測定上清液 pH，有機肥成品的其他指標(biāo)按照1.2.1的方法測定，細(xì)菌和真菌數(shù)量測定采用平板計數(shù)法[10]，有機肥的養(yǎng)分含量測定參考國家有機肥料標(biāo)準(zhǔn)(NY525-2012)進(jìn)行，重金屬砷、汞、鉛、鎘、鉻的含量測定按照參考GB18877的方法進(jìn)行，微生物學(xué)指標(biāo)GB/T19524.1和GB/T19524.2 中的方法進(jìn)行.

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

實驗所有數(shù)據(jù)均通過SPSS 17.0軟件來統(tǒng)計分析，實驗結(jié)果與國家有機肥料標(biāo)準(zhǔn)(NY525-2012)用t檢驗進(jìn)行分析，P<0.05表示顯著差異有統(tǒng)計學(xué)意義.

2 結(jié)果與分析

以牛糞、草炭、粉煤灰、紋黨和紅芪加工廢棄物粉末制成發(fā)酵基質(zhì)，然后將 EM 益生菌與發(fā)酵基質(zhì)混合，采用二次發(fā)酵技術(shù)經(jīng)35 d 的高溫好氧發(fā)酵制備生物有機肥，在堆肥發(fā)酵中經(jīng)過多次探索發(fā)現(xiàn)影響基質(zhì)發(fā)酵腐熟程度和發(fā)酵周期的因素很多，但只要根據(jù)發(fā)酵的關(guān)鍵要求控制好發(fā)酵過程中的主要參數(shù)，可以得到比較滿意的生物有機肥，實驗所得的生產(chǎn)生物有機肥的具體參數(shù)見表3.在堆肥發(fā)酵過程中嚴(yán)格控制含水率、有機質(zhì)、通風(fēng)量、溫度、pH及發(fā)酵時間，按照配方的要求通過二次發(fā)酵，所得的4種生物有機肥的養(yǎng)分含量和重金屬含量以及微生物學(xué)指標(biāo)均符合國家標(biāo)準(zhǔn)，具體指標(biāo)見表4和表5.單一的牛糞CK(0)有機質(zhì)含量不足，僅為32.9 %，氮、磷、鉀的總量也較低，兩者均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家有機肥料標(biāo)準(zhǔn)(P<0.01).配方PF1在牛糞的基礎(chǔ)上添加了草炭、粉煤灰和 EM 益生菌，所得有機肥總有機質(zhì)含量剛剛為45.31%，氮、磷、鉀的總量也基本符合國家生物有機肥的標(biāo)準(zhǔn)，兩者與國家有機肥料標(biāo)準(zhǔn)(NY525-2012)相比無顯著差異(P<0.05)；配方PF2、PF3和PF4通過添加紋黨和紅芪加工廢棄物有機質(zhì)含量有了很大的提升，氮、磷、鉀的總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國家標(biāo)準(zhǔn)，兩者與國家有機肥料標(biāo)準(zhǔn)(NY525-2012)相比均存在極顯著差異(P<0.01).同時對發(fā)酵所得有機肥料檢測結(jié)果表明，CK(0)配方的蛔蟲卵的殺死率與國家有機肥料標(biāo)準(zhǔn)(NY525-2012)相比無顯著差異(P>0.05)；其他配方的指標(biāo)檢測后發(fā)現(xiàn)，蛔蟲卵的殺死率、糞大腸菌群、細(xì)菌數(shù)量和真菌數(shù)量增加明顯，與國家有機肥料標(biāo)準(zhǔn)(NY525-2012)相比均存在顯著差異(P<0.05)，砷汞鉛鎘鉻等重金屬含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家有機肥料標(biāo)準(zhǔn)(NY525-2012)(P<0.01).

表3 堆肥發(fā)酵的主要參數(shù)

表4 有機肥的養(yǎng)分含量和重金屬含量

表5 生物有機肥的微生物學(xué)指標(biāo)

3 討論與結(jié)論

有機肥中的微生物和有機質(zhì)可有效改良土壤微生物環(huán)境，促進(jìn)土壤中的礦質(zhì)元素的平衡[12]，增強農(nóng)作物的生長和抗病能力，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，也是防止耕地板結(jié)和土壤酸化的最主要措施[13]，因此被廣泛地應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中.隨著國家對生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重視，伴隨著生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，生物有機肥的應(yīng)用也將會受到大力推廣，農(nóng)業(yè)市場對生物有機肥的需求量也會不斷增加[8]，用中藥材加工廢棄物和畜禽糞便經(jīng)過有益微生物的堆肥發(fā)酵，生產(chǎn)加工成生物有機肥，不但可以提高中藥資源廢棄物再利用的經(jīng)濟(jì)效益，還具有保護(hù)環(huán)境的生態(tài)效益，同時生物有機肥也是廣大人民對生態(tài)農(nóng)業(yè)的必然需求，其發(fā)展前景非常廣闊[8-10].

本研究以牛糞、草炭、粉煤灰、紋黨和紅芪加工廢棄物粉末制成發(fā)酵基質(zhì)，然后將EM益生菌分別在兩次發(fā)酵過程中與發(fā)酵基質(zhì)混合，經(jīng)35 d 的高溫好氧發(fā)酵后，獲得比較滿意的生物有機肥，所得的4種生物有機肥的養(yǎng)分含量和重金屬含量以及微生物學(xué)指標(biāo)均符合國家標(biāo)準(zhǔn)，其中PF1以牛糞、草炭和粉煤灰添加EM益生菌所制得有機肥測定指標(biāo)與前人的研究結(jié)果一致[9].而PF2、PF3和PF4通過添加紋黨和紅芪加工廢棄物所發(fā)酵得到的生物有機肥，有機質(zhì)含量有了很大的提升，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國家標(biāo)準(zhǔn).添加EM益生菌的情況下，第一次堆肥發(fā)酵過程中，添加的紋黨和紅芪加工廢棄物經(jīng)過降解，產(chǎn)生了大量的微生物繁殖所需的營養(yǎng)物質(zhì)，細(xì)菌大量繁殖，當(dāng)堆肥發(fā)酵溫度超過60℃后，溫度超過了大多數(shù)微生物的耐受溫度[12]，在高溫下死亡，僅有少數(shù)細(xì)菌、放線菌以及真菌存活[13-14].在第二次堆肥發(fā)酵過程中，隨著堆肥溫度的降低到45℃，EM益生菌、光合細(xì)菌、硝化細(xì)菌和芽孢桿菌在腐熟期內(nèi)數(shù)量再次繁殖擴增恢復(fù)，提高了微生物代謝活性，加速有機物的降解，促進(jìn)堆肥腐熟進(jìn)程，尤其草芽孢桿菌數(shù)量劇增[14]，能夠進(jìn)一步降解難降解物質(zhì)，增加有機肥活菌數(shù)，提升了生物有機肥的品質(zhì).