添加纹党和红芪加工废弃物的生物有机肥生产工艺研究

叶文斌，杨 文 ，杨小录，2，何九军，2，王 瀚

(1.陇南师范高等专科学校 农林技术学院，甘肃 成县 742500；2.陇南特色农业生物资源研究开发中心，甘肃 成县 742500；3.甘肃省农业固体废弃物资源化利用重点实验室，甘肃 天水 741000)

近年来国家将中医药发展作为经济社会发展的重要战略举措，引导大量资金向中药农业输入，鼓励中药工业企业将药材加工等工业前处理环节向中药材产区转移，延伸中药材产业链，明确支持建立中药材生产基地.中药材纹党为素花党参(CodonopsispilosulaNannf.var.modesta(Nannf.) L.T.Shen)的栽培种，由于根部有明显的花纹而闻名于世.红芪为多序岩黄耆(HedysarumpolybotrysHand.-Mazz.)的变种，根部深红色，故名红芪.这两种中药材是甘肃主要支持和推广种植的栽培品种，陇南市文县和武都区是这两种药材的道地产区，也是中国国家地理标志产品[1-3].近几年陇南市纹党和红芪年产量超过600万吨，产值达6.5亿元以上，陇南已成为中国最大的纹党和红芪的生产、加工和销售基地[1].纹党和红芪在采收和加工过程中会产生头、须、根、渣、皮等数量巨大的加工废弃物，这些废弃物的资源化再利用没有得到较好的解决，而是大量自然囤积堆放、发霉腐烂、最后填埋，作为低效能的肥料流入大田，不但会对农作物产生不良影响，也会污染农田和环境，而且处理成本较高[4-9]，对两种中药加工时产生的固体废弃物处理和资源化利用是当前面临的重要研究问题.研究和开发中药纹党和红芪加工废弃物与畜禽粪便等其他原料制造生物有机肥绿色可再生能源对循环经济和社会发展具有重大的经济意义和生态意义[10].

为了减少中药纹党和红芪加工废弃物资源的浪费和提高废弃物资源化再利用，本文以牛粪为主要原料，添加中药纹党和红芪加工废弃物，同时接种光合细菌、乳酸菌、酵母菌和放线菌等主要成分的EM益生菌，建立发酵时间短、肥效高、成本低和无害化程度高的生物有机肥生产工艺，以期为生产添加纹党和红芪加工废弃物的生物有机肥提供依据，也为合理利用节约资源以及综合开发利用提供技术支撑.

1 材料与方法

1.1 实验材料

纹党加工废弃物由甘肃省文县中寨乡种植加工基地提供，红芪加工废弃物由甘肃省陇南市武都区米仓山红芪种植加工基地提供；EM 益生菌(主要成分为酵母菌、光合细菌、乳酸菌、放线菌、硝化细菌、芽孢杆菌及其代谢物消化酶、蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶、氨基酸和维生素等复配而成)，活菌含量为100亿UFC/g，购自洛阳欧科拜克生物技术股份有限公司；草炭，有机质含量为60%购自吉林市源农业科技有限公司；牛粪由成县众和种植养殖农民专业合作社提供.

1.2 实验方法

1.2.1 发酵基质的基本特性测定

新鲜的牛粪水分较高，无法直接发酵，需要将牛粪进行条堆，每天翻堆1次，晾晒干燥，同时准备草炭、粉煤灰、纹党和红芪加工废弃物粉末备用.全碳采用重铬酸钾氧化法，全氮测定采用凯氏定氮法，全磷测定采用钒钼黄比色法，全钾测定采用原子吸收分光光度法[11].

表1 发酵基质的基本特性

1.2.2 堆肥发酵和发酵主要参数

以牛粪、草炭、粉煤灰、纹党和红芪加工废弃物粉末为原料，将20 kg纹党和红芪加工废弃物粉末、80 kg牛粪、2.5 kg草炭和2.5 kg粉煤灰分别按照表2中的配方混合搅拌均匀，制成发酵基质，然后将 EM 益生菌与发酵基质 1∶100的质量比混合均匀后撒至条堆表面，然后将条堆搅拌均匀，调节含水率为 70%左右，根据情况分成高 0.5 m和直径1.0 m的圆垛，设置1个CK(0)和3个堆肥处理组，每个处理组重复3次，进行为期 35 d 的发酵实验，进行第一次发酵，每天检测条堆内部温度，当条堆内部温度升至 60℃以上后，每隔 3 d 翻堆 1 次，发酵 20 d 得到第一次发酵后的有机肥；将第一次发酵后的有机肥进行翻晾阴干再进行二次堆放发酵，当温度降至 45℃时，将 EM 益生菌按质量比 1∶400 均匀地加入有机肥中，补充适量的水使含水率为30%左右，再发酵 15 d 即得到第二次发酵的生物有机肥.

表2 堆肥发酵的配方

1.2.3 样品采集与测定

取有机肥成品3 g，按照1∶10 质量比加入无菌水，充分振荡、离心后测定上清液 pH，有机肥成品的其他指标按照1.2.1的方法测定，细菌和真菌数量测定采用平板计数法[10]，有机肥的养分含量测定参考国家有机肥料标准(NY525-2012)进行，重金属砷、汞、铅、镉、铬的含量测定按照参考GB18877的方法进行，微生物学指标GB/T19524.1和GB/T19524.2 中的方法进行.

1.3 数据统计与分析

实验所有数据均通过SPSS 17.0软件来统计分析，实验结果与国家有机肥料标准(NY525-2012)用t检验进行分析，P<0.05表示显著差异有统计学意义.

2 结果与分析

以牛粪、草炭、粉煤灰、纹党和红芪加工废弃物粉末制成发酵基质，然后将 EM 益生菌与发酵基质混合，采用二次发酵技术经35 d 的高温好氧发酵制备生物有机肥，在堆肥发酵中经过多次探索发现影响基质发酵腐熟程度和发酵周期的因素很多，但只要根据发酵的关键要求控制好发酵过程中的主要参数，可以得到比较满意的生物有机肥，实验所得的生产生物有机肥的具体参数见表3.在堆肥发酵过程中严格控制含水率、有机质、通风量、温度、pH及发酵时间，按照配方的要求通过二次发酵，所得的4种生物有机肥的养分含量和重金属含量以及微生物学指标均符合国家标准，具体指标见表4和表5.单一的牛粪CK(0)有机质含量不足，仅为32.9 %，氮、磷、钾的总量也较低，两者均远远低于国家有机肥料标准(P<0.01).配方PF1在牛粪的基础上添加了草炭、粉煤灰和 EM 益生菌，所得有机肥总有机质含量刚刚为45.31%，氮、磷、钾的总量也基本符合国家生物有机肥的标准，两者与国家有机肥料标准(NY525-2012)相比无显著差异(P<0.05)；配方PF2、PF3和PF4通过添加纹党和红芪加工废弃物有机质含量有了很大的提升，氮、磷、钾的总量远远超过国家标准，两者与国家有机肥料标准(NY525-2012)相比均存在极显著差异(P<0.01).同时对发酵所得有机肥料检测结果表明，CK(0)配方的蛔虫卵的杀死率与国家有机肥料标准(NY525-2012)相比无显著差异(P>0.05)；其他配方的指标检测后发现，蛔虫卵的杀死率、粪大肠菌群、细菌数量和真菌数量增加明显，与国家有机肥料标准(NY525-2012)相比均存在显著差异(P<0.05)，砷汞铅镉铬等重金属含量远远低于国家有机肥料标准(NY525-2012)(P<0.01).

表3 堆肥发酵的主要参数

表4 有机肥的养分含量和重金属含量

表5 生物有机肥的微生物学指标

3 讨论与结论

有机肥中的微生物和有机质可有效改良土壤微生物环境，促进土壤中的矿质元素的平衡[12]，增强农作物的生长和抗病能力，提高农作物的产量，也是防止耕地板结和土壤酸化的最主要措施[13]，因此被广泛地应用到农业生产中.随着国家对生态环境保护的重视，伴随着生态农业的发展，生物有机肥的应用也将会受到大力推广，农业市场对生物有机肥的需求量也会不断增加[8]，用中药材加工废弃物和畜禽粪便经过有益微生物的堆肥发酵，生产加工成生物有机肥，不但可以提高中药资源废弃物再利用的经济效益，还具有保护环境的生态效益，同时生物有机肥也是广大人民对生态农业的必然需求，其发展前景非常广阔[8-10].

本研究以牛粪、草炭、粉煤灰、纹党和红芪加工废弃物粉末制成发酵基质，然后将EM益生菌分别在两次发酵过程中与发酵基质混合，经35 d 的高温好氧发酵后，获得比较满意的生物有机肥，所得的4种生物有机肥的养分含量和重金属含量以及微生物学指标均符合国家标准，其中PF1以牛粪、草炭和粉煤灰添加EM益生菌所制得有机肥测定指标与前人的研究结果一致[9].而PF2、PF3和PF4通过添加纹党和红芪加工废弃物所发酵得到的生物有机肥，有机质含量有了很大的提升，远远超过国家标准.添加EM益生菌的情况下，第一次堆肥发酵过程中，添加的纹党和红芪加工废弃物经过降解，产生了大量的微生物繁殖所需的营养物质，细菌大量繁殖，当堆肥发酵温度超过60℃后，温度超过了大多数微生物的耐受温度[12]，在高温下死亡，仅有少数细菌、放线菌以及真菌存活[13-14].在第二次堆肥发酵过程中，随着堆肥温度的降低到45℃，EM益生菌、光合细菌、硝化细菌和芽孢杆菌在腐熟期内数量再次繁殖扩增恢复，提高了微生物代谢活性，加速有机物的降解，促进堆肥腐熟进程，尤其草芽孢杆菌数量剧增[14]，能够进一步降解难降解物质，增加有机肥活菌数，提升了生物有机肥的品质.