陳劍俠

（福建省測試技術(shù)研究所，福州 350003）

生物有機肥是指特定的微生物菌群和以動植物殘體為載體的有機物復(fù)合而成的一種兼具微生物和有機肥效應(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，它除了對有機物有較強的發(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到硒源再利用和廢棄物回田的目的，實現(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)分析法動態(tài)監(jiān)測其發(fā)酵過程中電導(dǎo)率、pH、有機質(zhì)含量（以COD 計）、總氮隨發(fā)酵進程的變化，對比了在不同碳氮比條件下不同監(jiān)測因子隨發(fā)酵時間變化的規(guī)律，以期確定發(fā)酵終點的判定指征。發(fā)酵結(jié)束后進行渣、液分離，得到液態(tài)的酵素菌肥和固態(tài)的發(fā)酵渣，并測定其氮、磷、鉀、硒、有機質(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），國藥集團化學(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 試驗器材 臺秤（FEJ-500 型，梅特托利勒），食品粉碎機（BL25C43 型，廣州美的精品電氣制造有限公司），分光光度計（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)酵前對供試材料島本酵素、麩皮、梨中的碳（以COD 表征）和總氮進行測定，通過添加尿素的方式調(diào)節(jié)發(fā)酵原料中碳氮比，試驗設(shè)計了5 種不同碳氮比發(fā)酵料，分別編號為1 號、2 號、3 號、4 號、5 號，其碳氮比分別為100∶5、200∶5、300∶5、414∶5 和500∶5（其中4 號、5 號不添加外氮源），發(fā)酵料添加一定比例的水裝罐，蓋上蓋進行發(fā)酵。

1.3 發(fā)酵過程的動態(tài)監(jiān)測

以時間為發(fā)酵軸，定期現(xiàn)場觀察發(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，用于測定其有機質(zhì)（以COD 計）和總氮的含量。

1.4 檢測方法

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

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 號罐出現(xiàn)濃密曲棍狀菌落，379 h 4 號罐出現(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 號和2 號在1 000 h后迅速上升，其他編號處理則緩慢上升，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)率隨時間的變化

2.3 pH 隨發(fā)酵時間的變化

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、2 號、3 號添加外源氮的發(fā)酵罐中pH 上升明顯，4 號、5 號發(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)酵時間的變化與電導(dǎo)率的變化趨勢類似，進一步表明在1 000 h 后發(fā)酵液菌群的變化。

圖3 pH 隨時間的變化

2.4 COD 隨發(fā)酵時間的變化

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

圖4 COD 隨發(fā)酵時間的變化

2.5 總氮隨發(fā)酵時間的變化

如圖5 所示，總氮在酵素菌肥整個發(fā)酵期間一直處于比較平穩(wěn)波動的狀態(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，推測氨基酸進一步分解成氨，總氮在發(fā)酵進程中一直呈波動變化趨勢，1 000 h 后有一個上升的趨勢。

圖5 總氮隨發(fā)酵時間的變化

2.6 酵素菌肥肥力分析測定

以4 號為代表，取酵素菌肥最終的發(fā)酵液和發(fā)酵渣，進行氮、磷、鉀、有機物、硒、芽孢桿菌有效含量的測定以及pH 的測定，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)，由檢測結(jié)果計算可得出發(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)酵液肥力分析測定結(jié)果

表2 酵素菌肥發(fā)酵渣肥力分析測定結(jié)果

2.7 酵素菌肥肥力測定結(jié)果與相關(guān)國家標(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)酵液有機質(zhì)含量達到相應(yīng)指標(biāo)的10%，總養(yǎng)分達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］有機肥料產(chǎn)品指標(biāo)相比，酵素菌肥發(fā)酵渣有機質(zhì)含量達相應(yīng)指標(biāo)的41.3%，總養(yǎng)分達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，并能部分補充農(nóng)作物硒含量。需要進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、有機質(zhì)（以COD計）、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，動態(tài)檢測因子都顯示出相對平穩(wěn)狀態(tài)，1 000 h 后顯示出明顯的變化趨勢。發(fā)酵初期酵素菌快速生長，然后趨于飽和穩(wěn)定，隨后發(fā)酵進程加深，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，這與動態(tài)監(jiān)測數(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，有一定的理論依據(jù)并且有利于實際田間實踐的便捷操作。

發(fā)酵進程中不同碳氮比對發(fā)酵進程有一定影響，主要體現(xiàn)在發(fā)酵時間的變化上，碳氮比高的發(fā)酵速度慢。1 號到5 號動態(tài)監(jiān)測因子的曲線變化趨勢并沒有明顯的變化。