秸秆快速降解腐熟技术的难点与对策

纪伟锋

（丽水市莲都区农业局，浙江丽水 323000）

秸秆快速降解腐熟技术的难点与对策

纪伟锋

（丽水市莲都区农业局，浙江丽水 323000）

文章分析总结了秸秆进行堆肥后制成复合有机肥料再还田的优势和方法，其不仅可以克服生产遇到的问题，为农田提供大量优质的有机肥料，而且为农村解决秸秆问题找到了一条无害化、资源化、变废为宝的合理出路。

秸秆 快速降解 腐熟 解决措施

1 概述

我国是农业大国，各类农作物秸秆资源十分丰富，秸秆年产量达7亿多t。随着农村经济的发展和农村能源问题的解决，秸秆不再作为燃料。农作物在收割季节，秸秆被集中燃烧的现象日益突出。不仅污染环境，危害人们的身体健康，而且烟雾弥漫，影响陆路交通和飞行安全。因此，合理地开发利用农作物秸秆显得尤为重要。

秸秆还田作为一项重要的农业管理措施，可以增加土壤有机碳的含量，而土壤有机碳水平的提高不仅是土壤肥力上升的重要指标，同时也是目前全球变暖条件下，如何利用土壤碳截留减缓温室效应所追求的一个目标。因此，秸秆还田具有重要的生产和生态效益。

农作物秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素3部分组成，自然状态下难以被微生物分解，所以秸秆直接还田后在土壤中被微生物分解转化的周期长，不能作为当季作物肥源。

秸秆中还存在大量的病害微生物、病虫害等，连续直接还田往往还带来严重的连作障碍，将秸秆进行堆肥后制成复合有机肥料再还田，可以克服上述问题，不仅可以为农田提供大量优质的有机肥料，而且为农村解决秸秆问题找到了一条无害化、资源化、变废为宝的合理出路。因而具有很好的经济效益、环境效益和社会效益。

2 秸秆快速腐解的难点

2.1 复杂的分子结构

秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素3部分组成。纤维素是葡萄糖以β-1，4糖苷键结合形成的高分子化合物，包括葡萄糖单位0.2万～1万个。其葡萄糖亚基排列紧密有序，形成类似晶体的不透水的网状结构，以及分子间结合不甚紧密、排列不整齐的无定形区域。纤维素和半纤维素属多糖物质，是微生物所需要的能源和碳源。在适宜条件下，通过微生物的作用，只需几周的时间就能分解掉其总量的60%～70%。木质素是芳香族化合物通过取代基以醚键和C-C键联结形成的高度无规则三维生物大分子物质。合成木质素的单体有3种，3类木质素结构单元连接相似，由于分子大，溶解性差，没有任何规则的重复单元或易被水解的键，所以木质素分子结构复杂而不规则，由于含有各种生物学稳定的复杂键型，因而微生物及其分解的胞外酶不易与之结合。与其他成分如纤维素、半纤维素等降解物不同，木质素不含有易水解而重复的单元，并且对酶的水解作用呈抗性，是目前公认的微生物难降解的芳香族化合物之一。不同作物秸秆营养品质特点比较见表1。

表1 不同作物秸秆营养品质特点比较 %

2.2 碳氮比（C/N）不平衡

适合微生物快速降解腐熟的物料碳氮比为20～25∶1，而秸秆的碳氮比多为80～120∶1。一方面，碳氮比失衡使微生物难以快速增殖、降解秸秆纤维；另一方面，在土壤有机质转化过程中，碳氮比过高还会造成土壤酸化，以及秸秆与作物争夺氮素营养的问题（一般土壤中碳氮比为10～11∶1）。

2.3 环境积温低

温度是影响生物活性最重要的环境因素。秋冬季环境积温低，导致生物活性低，不利于秸秆降解微生物的快速增殖。

2.4 降水少

秸秆生物降解的最佳水分含量为50%～60%，而在我国北方地区秋冬季降水少，气候干旱，无法满足秸秆生物降解对水分的要求。

2.5 单一微生物降解秸秆效果差

为了加快秸秆堆肥腐熟过程，接种秸秆腐熟剂是一种必要的，也是行之有效的技术措施。环境中的微生物具有增殖速度快、功能丰富多样、适应性强等特点，应用微生物学方法腐解处理秸秆具有其他物理化学方法不可替代的优点。

但由于秸秆纤维素结构的复杂性，单一微生物对纤维素的分解能力非常弱。所以充分利用自然界多种微生物的协同关系，人工筛选构建能够产生多种纤维素酶的高效稳定菌株复合系，是解决秸秆还田问题的关键。

2.6 秸秆还田技术体系不健全

目前，我国的秸秆还田操作技术体系不健全，缺少规范性标准化的操作技术规程。

3 解决方案

3.1 筛选构建多菌剂生态发酵体系

针对秸秆纤维结构、组成复杂的特点，以生态学理论为指导，采用现代生物工程技术，筛选纤维素酶、木聚糖酶、木质素酶等针对性强的高活性微生物菌种，并结合筛选低温菌剂、高温菌剂的筛选，构建多菌种秸秆快速降解腐熟体系。

3.2 建立标准化的秸秆还田技术操作规程

以秸秆快速腐解菌剂为核心，根据不同区域特点，通过调节合理的碳氮比，适当的补充水分，构建秸秆生物反应器，设计秸秆直接还田腐解工艺、秸秆户型（10 t）发酵腐解工艺以及规模化（万t）秸秆腐解工艺等技术体系，并对广大用户进行培训和示范指导，使高效的菌剂和良好的技术能够充分发挥其功效。

4 技术特点

4.1 菌系组成合理，生物活性高

菌剂包含高产纤维素酶、木聚糖酶、木质素酶的芽孢杆菌、丝状真菌、高温放线菌以及富产维生素的酵母菌、乳酸菌等。

4.2 秸秆腐解周期短

夏秋季节秸秆腐熟周期为20 d，冬季40 d。发酵温度高，无害化彻底。发酵温度可达80～90℃，可彻底杀灭秸秆中的各种病虫害，消除秸秆直接还田带来的连作障碍。

[1] 刘国生．噬菌体与宿主细胞相互作用的微量热研究．武汉大学，2004

[2] 谢修银．热动力学研究酶促反应的激活与抑制．武汉大学，2004

[3] 徐芬．药物热力学性质的量热学与热分析研究．中国科学院研究生院（大连化学物理研究所），2005

[4] 朱日清．固液废弃物资源化功能微生物制剂研发及外源固氮菌与土壤特性关系研究．浙江大学，2007