陳劍俠

（福建省測(cè)試技術(shù)研究所，福州 350003）

生物有機(jī)肥是指特定的微生物菌群和以動(dòng)植物殘?bào)w為載體的有機(jī)物復(fù)合而成的一種兼具微生物和有機(jī)肥效應(yīng)的肥料［1］。微生物菌種是微生物肥料產(chǎn)品的核心酵素菌，是由有益細(xì)菌、芽孢桿菌、絲狀菌、光合菌、酵母菌和放線菌等組成的微生物菌種，它除了對(duì)有機(jī)物有較強(qiáng)的發(fā)酵分解能力外，其中所含的放線菌可產(chǎn)生多種天然抗生素［2］。芽孢桿菌是酵素菌中的主要菌種，其具有改善環(huán)境、減少病蟲害的發(fā)生、減少農(nóng)藥用量的作用。同時(shí)芽孢桿菌還能增加農(nóng)作物中氨基酸和糖的含量［3］，作用于水果、蔬菜可以改善其口感和色澤。用酵素菌發(fā)酵富硒農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程的副產(chǎn)物得到的酵素菌肥，除了具有以上作用外還可以達(dá)到硒源再利用和廢棄物回田的目的，實(shí)現(xiàn)減少農(nóng)業(yè)環(huán)境污染和減肥增效的效果［4］。

本研究以富硒梨（疏果或落果）為主要發(fā)酵原料，配以麩皮作為輔料，以酵素菌為發(fā)酵菌種，用化學(xué)分析法動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)其發(fā)酵過程中電導(dǎo)率、pH、有機(jī)質(zhì)含量（以COD 計(jì)）、總氮隨發(fā)酵進(jìn)程的變化，對(duì)比了在不同碳氮比條件下不同監(jiān)測(cè)因子隨發(fā)酵時(shí)間變化的規(guī)律，以期確定發(fā)酵終點(diǎn)的判定指征。發(fā)酵結(jié)束后進(jìn)行渣、液分離，得到液態(tài)的酵素菌肥和固態(tài)的發(fā)酵渣，并測(cè)定其氮、磷、鉀、硒、有機(jī)質(zhì)含量和pH，并比較發(fā)酵液與發(fā)酵渣的肥力效果。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 原料 島本酵素，濰坊島本微生物研究所；尿素（AR），國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；麩皮和梨（疏果或落果），福建德化村上小鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)有限公司；無菌水。

1.1.2 試驗(yàn)器材 臺(tái)秤（FEJ-500 型，梅特托利勒），食品粉碎機(jī)（BL25C43 型，廣州美的精品電氣制造有限公司），分光光度計(jì)（島津UA-18000 型），電導(dǎo)儀（DDS-307 型），發(fā)酵罐（市售聚碳酸酯塑料灌容積3L），工業(yè)濾布（400 目），精密pH 試紙（杭州試三科技有限公司）等。

1.2 發(fā)酵方法

發(fā)酵前對(duì)供試材料島本酵素、麩皮、梨中的碳（以COD 表征）和總氮進(jìn)行測(cè)定，通過添加尿素的方式調(diào)節(jié)發(fā)酵原料中碳氮比，試驗(yàn)設(shè)計(jì)了5 種不同碳氮比發(fā)酵料，分別編號(hào)為1 號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)、4 號(hào)、5 號(hào)，其碳氮比分別為100∶5、200∶5、300∶5、414∶5 和500∶5（其中4 號(hào)、5 號(hào)不添加外氮源），發(fā)酵料添加一定比例的水裝罐，蓋上蓋進(jìn)行發(fā)酵。

1.3 發(fā)酵過程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

以時(shí)間為發(fā)酵軸，定期現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)酵現(xiàn)象，記錄發(fā)酵溫度，開蓋攪拌均勻后在線監(jiān)測(cè)并記錄發(fā)酵液中電導(dǎo)率、pH。定期取樣分析：利用取樣網(wǎng)和移液管，每次移取過400 目濾網(wǎng)液體20 mL，用于測(cè)定其有機(jī)質(zhì)（以COD 計(jì)）和總氮的含量。

1.4 檢測(cè)方法

總氮的測(cè)定參考GB 5009.5—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》［5］第二法分光光度法；有機(jī)質(zhì)的測(cè)定參考GB/T 18877—2009《有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥料》［6］加熱重鉻酸鉀法；電導(dǎo)率的測(cè)定參照HJ 802—2016《土壤電導(dǎo)率的測(cè)定電極法》［7］，在線直接測(cè)定；pH 采用pH 試紙?jiān)诰€快速測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 現(xiàn)象觀察

發(fā)酵初期發(fā)酵物料呈上浮狀，發(fā)酵65 h 發(fā)酵渣開始下沉，331 h 左右1 號(hào)罐出現(xiàn)濃密曲棍狀菌落，379 h 4 號(hào)罐出現(xiàn)典型濃密曲棍狀菌落，呈酸酒味，858 h 后發(fā)酵渣上浮，939 h 后腐臭，有白色平滑菌膜浮于表面并開始有疑似霉點(diǎn)的菌斑出現(xiàn)（圖1）。

圖1 發(fā)酵過程的觀察

2.2 電導(dǎo)率隨發(fā)酵時(shí)間的變化

如圖2 所示，電導(dǎo)率在發(fā)酵初期迅速上升，至65 h 趨于穩(wěn)定，然后緩慢上升，1 號(hào)和2 號(hào)在1 000 h后迅速上升，其他編號(hào)處理則緩慢上升，基本處于平穩(wěn)狀態(tài)。主要原因是1 000 h 后腐敗加劇，氨基酸分解成小分子氨等，使得電導(dǎo)率上升。

圖2 電導(dǎo)率隨時(shí)間的變化

2.3 pH 隨發(fā)酵時(shí)間的變化

如圖3 所示，pH 由最初的6.0 下降至3.5 左右，大約在65 h 趨于穩(wěn)定。在1 000 h 后上升，1 號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)添加外源氮的發(fā)酵罐中pH 上升明顯，4 號(hào)、5 號(hào)發(fā)酵罐pH 上升不明顯，主要原因是1 000 h 后腐敗加劇，氨基酸分解成小分子物質(zhì)，pH 也上升。pH 隨發(fā)酵時(shí)間的變化與電導(dǎo)率的變化趨勢(shì)類似，進(jìn)一步表明在1 000 h 后發(fā)酵液菌群的變化。

圖3 pH 隨時(shí)間的變化

2.4 COD 隨發(fā)酵時(shí)間的變化

如圖4 所示，COD 在0～572 h 呈快速下降趨勢(shì)，在572～858 h 處于相對(duì)平穩(wěn)狀態(tài)，然后緩慢下降?？赡茉蚴窃缙谘挎邨U菌生長(zhǎng)需要消耗較多的有機(jī)質(zhì)，572～858 h 芽孢桿菌生長(zhǎng)相對(duì)平穩(wěn)，對(duì)有機(jī)質(zhì)的需求和對(duì)發(fā)酵渣的分解處于相對(duì)平衡狀態(tài)。858 h后COD 呈緩慢下降趨勢(shì)，推測(cè)其他菌類逐漸占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。

圖4 COD 隨發(fā)酵時(shí)間的變化

2.5 總氮隨發(fā)酵時(shí)間的變化

如圖5 所示，總氮在酵素菌肥整個(gè)發(fā)酵期間一直處于比較平穩(wěn)波動(dòng)的狀態(tài)，后期因迅速腐敗，更多的蛋白質(zhì)被分解，并發(fā)現(xiàn)后期發(fā)酵罐呈腐臭味，推測(cè)氨基酸進(jìn)一步分解成氨，總氮在發(fā)酵進(jìn)程中一直呈波動(dòng)變化趨勢(shì)，1 000 h 后有一個(gè)上升的趨勢(shì)。

圖5 總氮隨發(fā)酵時(shí)間的變化

2.6 酵素菌肥肥力分析測(cè)定

以4 號(hào)為代表，取酵素菌肥最終的發(fā)酵液和發(fā)酵渣，進(jìn)行氮、磷、鉀、有機(jī)物、硒、芽孢桿菌有效含量的測(cè)定以及pH 的測(cè)定，結(jié)果見表1、表2。其中，全氮、五氧化二磷和氧化鉀之和作為肥料的總養(yǎng)分指標(biāo)，由檢測(cè)結(jié)果計(jì)算可得出發(fā)酵渣中總養(yǎng)分為6.91%，發(fā)酵液中總養(yǎng)分為36.2 g/L。

表1 酵素菌肥發(fā)酵液肥力分析測(cè)定結(jié)果

表2 酵素菌肥發(fā)酵渣肥力分析測(cè)定結(jié)果

2.7 酵素菌肥肥力測(cè)定結(jié)果與相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的比較

2.7.1 發(fā)酵液成分 與GB/T 17419—2018［8］含有機(jī)質(zhì)葉面肥液體產(chǎn)品指標(biāo)比較，酵素菌肥發(fā)酵液有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到相應(yīng)指標(biāo)的10%，總養(yǎng)分達(dá)45.2%，pH也在指標(biāo)要求的范圍內(nèi)（表3）。

表3 酵素菌肥肥力與相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的比較

2.7.2 發(fā)酵渣成分 與NY 525—2021［9］有機(jī)肥料產(chǎn)品指標(biāo)相比，酵素菌肥發(fā)酵渣有機(jī)質(zhì)含量達(dá)相應(yīng)指標(biāo)的41.3%，總養(yǎng)分達(dá)172.8%，pH 也在指標(biāo)要求的范圍內(nèi)（表3），若與其他基肥一起用于根施可起到廢棄物回田、化肥減量增效的作用，并能部分補(bǔ)充農(nóng)作物硒含量。需要進(jìn)一步改善渣液分離裝置，提高渣液的分離效率，降低發(fā)酵渣中的水分含量。

3 小結(jié)與討論

綜合發(fā)酵過程中電導(dǎo)率、pH、有機(jī)質(zhì)（以COD計(jì)）、總氮的變化規(guī)律和目視觀察結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在發(fā)酵過程中，酵素菌肥在發(fā)酵858～1 000 h 時(shí)，動(dòng)態(tài)檢測(cè)因子都顯示出相對(duì)平穩(wěn)狀態(tài)，1 000 h 后顯示出明顯的變化趨勢(shì)。發(fā)酵初期酵素菌快速生長(zhǎng)，然后趨于飽和穩(wěn)定，隨后發(fā)酵進(jìn)程加深，腐敗加劇，其他雜菌大量滋生，目視觀察在858 h 出現(xiàn)發(fā)酵渣上浮的現(xiàn)象，這與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠很好地契合，若把發(fā)酵渣上浮現(xiàn)象作為發(fā)酵終點(diǎn)，有一定的理論依據(jù)并且有利于實(shí)際田間實(shí)踐的便捷操作。

發(fā)酵進(jìn)程中不同碳氮比對(duì)發(fā)酵進(jìn)程有一定影響，主要體現(xiàn)在發(fā)酵時(shí)間的變化上，碳氮比高的發(fā)酵速度慢。1 號(hào)到5 號(hào)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)因子的曲線變化趨勢(shì)并沒有明顯的變化。