白酒丟糟制備有機(jī)肥的研究進(jìn)展

楊子杲，明紅梅*，馬世源，周鑫宇

（四川輕化工大學(xué) 生物工程學(xué)院，四川 宜賓 644000）

白酒丟糟是白酒生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，含有豐富的粗淀粉、粗蛋白、水溶性維生素、無(wú)機(jī)鹽、生長(zhǎng)因子等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[1]。丟糟具有含水量高、易滋生微生物和蚊蠅、不耐儲(chǔ)存的特點(diǎn)。每生產(chǎn)1 t白酒便會(huì)產(chǎn)生3 t丟糟，據(jù)估算，我國(guó)白酒丟糟的年產(chǎn)量已達(dá)到2 500萬(wàn)t以上[2]。目前，處理白酒丟糟的方式主要集中在直接飼喂動(dòng)物、生產(chǎn)飼料和有機(jī)肥、培養(yǎng)食用菌、生產(chǎn)沼氣和燃料棒、提取有效物質(zhì)以及生產(chǎn)食醋等方面[3]。其中，利用丟糟生產(chǎn)有機(jī)肥具有處理量大、高效環(huán)保、操作簡(jiǎn)單、可與多種廢棄物復(fù)配的特點(diǎn)，顯示出了廣闊的發(fā)展前景。本文總結(jié)了白酒丟糟作為堆肥原料的優(yōu)缺點(diǎn)，綜述了丟糟堆肥工藝的研究進(jìn)展和丟糟有機(jī)肥的應(yīng)用前景，旨在為丟糟的再利用和白酒企業(yè)綠色發(fā)展提供新的可行途徑。

1 白酒丟糟作為堆肥原料的特點(diǎn)

堆肥是指在控制條件下，利用自然界廣泛分布的細(xì)菌、放線菌、真菌等微生物，促進(jìn)來(lái)源于生物的有機(jī)廢物發(fā)生生物穩(wěn)定作用，使可被生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)的生物化學(xué)過(guò)程[4]。

比較丟糟與其他常見(jiàn)堆肥原料的理化成分及特性見(jiàn)表1。

表1 常見(jiàn)堆肥原料成分及特性Table 1 Ingredients and characters of common compost raw material

續(xù)表

1.1 丟糟作為堆肥原料的優(yōu)點(diǎn)

丟糟的營(yíng)養(yǎng)成分及特性表明，其適合于作為堆肥原料，丟糟有機(jī)質(zhì)含量高、粗纖維含量相對(duì)較少、氮元素豐富的特點(diǎn)。此外，丟糟還具備一些其他的優(yōu)點(diǎn)：①丟糟的安全性高。丟糟是釀酒生產(chǎn)的副產(chǎn)物，而釀酒生產(chǎn)所用原料和生產(chǎn)過(guò)程都嚴(yán)格遵照食品安全規(guī)定，因此丟糟的安全性較高。動(dòng)物糞便普遍存在獸用抗生素殘留和重金屬離子超標(biāo)等安全問(wèn)題[11-12]，污泥等原料中則含有多環(huán)芳烴與苯并芘等難降解的化學(xué)物質(zhì)，堆肥過(guò)程通常難以將這些物質(zhì)徹底降解[13]。在注重食品安全和環(huán)境保護(hù)的今天，丟糟安全性高的特點(diǎn)使其作為有機(jī)肥原料具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。②丟糟在堆肥過(guò)程中氮損較小。堆肥過(guò)程中氮素的損失一直是影響堆肥效果的重要因素。糞便類(lèi)原料在堆肥過(guò)程的氮素?fù)p失甚至可達(dá)50%以上[14]，嚴(yán)重影響了有機(jī)肥的肥效。而郭夏麗等[15]研究表明，丟糟在堆肥結(jié)束時(shí)氮素?fù)p失較少，這可能與丟糟自身硝態(tài)氮含量較高、初始pH較低的理化特點(diǎn)有關(guān)。研究表明，在堆肥過(guò)程中添加檸檬酸、過(guò)磷酸鈣等酸性物質(zhì)可以有效的中和堆肥產(chǎn)生的氨（NH3），減少NH3揮發(fā)，降低氮素?fù)p失[16]。丟糟中含有較多的有機(jī)酸正好起到了這個(gè)作用，這為丟糟有機(jī)肥的肥效提供了保證。③利用丟糟生產(chǎn)的有機(jī)肥腐植酸含量較高。酒糟在釀酒過(guò)程中經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期發(fā)酵，發(fā)酵過(guò)程中部分有機(jī)質(zhì)會(huì)轉(zhuǎn)化為腐植酸或其前體物質(zhì)，再加上堆肥過(guò)程的作用，利用丟糟生產(chǎn)的有機(jī)肥腐植酸含量可以達(dá)到32.31%[17-18]，而堆肥效果較好、腐植酸含量較高的畜禽糞便，其腐植酸含量通常也較難達(dá)到25%以上[19-20]。腐植酸具有加強(qiáng)土壤的供肥、保肥能力，增加土壤保水性和透氣性，絡(luò)合土壤中重金屬離子減輕其毒效的能力[21]，因此，丟糟有機(jī)肥在土壤改良與修復(fù)方面還具備潛在的應(yīng)用價(jià)值。

1.2 丟糟作為堆肥原料的缺點(diǎn)

丟糟作為堆肥原料雖然具有其優(yōu)勢(shì)，但是如果將丟糟作為唯一原料進(jìn)行自然堆肥依然會(huì)導(dǎo)致堆肥效果不理想。原因在于：①丟糟透氣性較差。丟糟顆粒細(xì)小、含水量高，導(dǎo)致其透氣性較差，再加上出窖糟培中含有大量乳桿菌屬微生物與有機(jī)酸[22]，如果不進(jìn)行適當(dāng)處理易造成局部厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸，導(dǎo)致堆肥無(wú)法正常進(jìn)行。②丟糟在堆肥過(guò)程中反硝化作用明顯。丟糟的硝態(tài)氮含量可達(dá)11.0 g/kg，在堆肥高溫期易產(chǎn)生反硝化作用。反硝化作用是丟糟堆肥過(guò)程中氮素?fù)p失的主要途徑，導(dǎo)致的氮素?fù)p可占其堆肥過(guò)程中總氮損的85%以上[15]。③丟糟初始碳氮比（C/N）較低。一般認(rèn)為，較低的C/N并不利于堆肥，C/N較低的原料營(yíng)養(yǎng)過(guò)于豐富，導(dǎo)致堆肥升溫期升溫過(guò)程過(guò)于劇烈從而抑制微生物活動(dòng)。此外，豐富的氮元素會(huì)讓微生物無(wú)法及時(shí)轉(zhuǎn)化和充分利用，導(dǎo)致氮元素以NH3、N2O、N2等形式逸散掉，增加氮損[23]，通常認(rèn)為堆肥的最適C/N在25～35之間較為理想[24]。④丟糟磷含量較低。磷元素是植物合成核酸、磷脂、植素等物質(zhì)的重要原料，缺磷會(huì)導(dǎo)致植株生長(zhǎng)緩慢，植株矮小，分枝或分蘗減少[25]。雖然丟糟所含的磷含量可以滿足堆肥微生物的生長(zhǎng)需求，但是對(duì)于有機(jī)肥而言，磷含量較低顯然是會(huì)影響肥效的。

2 白酒丟糟堆肥工藝研究進(jìn)展

通過(guò)添加輔料從而彌補(bǔ)單一原料堆肥中的缺點(diǎn)是堆肥調(diào)控的重要手段。根據(jù)作用的不同可將堆肥添加劑分為微生物接種劑、營(yíng)養(yǎng)調(diào)節(jié)劑、膨松劑、特定目的調(diào)節(jié)劑等[26]。不同添加劑對(duì)丟糟堆肥效果的影響見(jiàn)表2。

表2 不同添加劑對(duì)丟糟堆肥效果的影響Table 2 Effect of different additives on distiller's grains composting

堆肥過(guò)程中pH值、水分含量、溫度、養(yǎng)分組成等都會(huì)發(fā)生巨大變化，這會(huì)導(dǎo)致堆體微生物群落經(jīng)歷巨大變化。堆肥過(guò)程中微生物多樣性會(huì)逐步降低，放線菌從前期較低的豐度開(kāi)始逐步占據(jù)優(yōu)勢(shì)，在堆肥腐熟期成為優(yōu)勢(shì)微生物，這是因?yàn)楹笳吣芾媚举|(zhì)纖維素等難降解物質(zhì)，并且適應(yīng)高溫和堿性環(huán)境[34-35]。因此，通過(guò)在堆肥起始階段接種具有降解能力的微生物，能夠加速堆肥啟動(dòng)，縮短堆肥到達(dá)高溫期（高于50 ℃）的時(shí)間。接種微生物中的嗜溫菌還有利于促進(jìn)堆肥高溫期物質(zhì)的降解和維持高溫期時(shí)間。堆肥過(guò)程中高溫可以起到殺滅蟲(chóng)卵和雜草種子，消滅有害微生物的作用[36]，此外高溫期的延長(zhǎng)更利于堆肥過(guò)程中難降解物質(zhì)（如粗纖維、抗生素等）的降解，提高堆肥腐殖化程度，縮短整體堆肥所需時(shí)間[37]。接種菌劑也能提高有機(jī)肥的硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量、降低氮素?fù)p失，促進(jìn)粗纖維降解，使發(fā)芽指數(shù)、腐殖化指數(shù)等也顯著提高，這可能與添加的氨化細(xì)菌和粗纖維降解菌對(duì)堆肥過(guò)程的促進(jìn)作用有關(guān)[38]。LI C N等[39]研究表明，通過(guò)接種菌劑，可使豬糞堆肥過(guò)程中纖維素酶、脲酶、磷酸酶、蔗糖酶等關(guān)鍵酶的酶活均有不同程度提升，堆肥結(jié)束時(shí)硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量大幅提升。

初始C/N、pH值、水分含量等都會(huì)影響堆肥效果，利用多種不同性質(zhì)的物料復(fù)配或者是使用調(diào)理劑調(diào)節(jié)原料初始條件，可以使堆肥條件達(dá)到較佳的狀態(tài)。王國(guó)興等[40]研究表明，增加通風(fēng)量可以減少堆肥過(guò)程中的反硝化作用，使反硝化功能基因nirK的數(shù)量大大減少，減少硝態(tài)氮和總氮損失。部分堆肥原料如食用菌菌渣等本身便含有豐富的微生物與酶類(lèi)，這些微生物與酶類(lèi)往往會(huì)在堆肥過(guò)程中對(duì)物質(zhì)降解和腐熟過(guò)程起到積極的促進(jìn)作用[41]。WANG S P等[32]在丟糟堆肥中利用氧化鈣調(diào)節(jié)初始pH值。結(jié)果表明，當(dāng)利用丟糟進(jìn)行堆肥時(shí)，初始pH值為5.0效果最好，這與通常認(rèn)為的堆肥初始pH值應(yīng)該為中性或弱堿性存在較大的差別，顯示了丟糟作為堆肥原料的特殊性[42]。此外，通過(guò)添加其他調(diào)理劑如膨潤(rùn)土、生物炭、過(guò)磷酸鈣等物質(zhì)，或是多種廢棄物進(jìn)行共同堆肥來(lái)提高堆肥效果，也都在好氧堆肥中得到了廣泛應(yīng)用。

3 丟糟有機(jī)肥的應(yīng)用效果及發(fā)展前景

根據(jù)2014年國(guó)土資源部發(fā)布的《中國(guó)耕地質(zhì)量等級(jí)調(diào)查與評(píng)定》顯示，將中國(guó)耕地劃分為15個(gè)等級(jí)（1級(jí)最高15級(jí)最低），我國(guó)耕地的平均等級(jí)為9.8，總體質(zhì)量偏低[43]。我國(guó)耕地存在化肥施用量較大而有機(jī)肥施用不足的情況，導(dǎo)致了我國(guó)耕地面臨土壤板結(jié)、養(yǎng)分失衡、有機(jī)質(zhì)含量下降等問(wèn)題[44]。農(nóng)業(yè)部印發(fā)的《到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》指出我國(guó)應(yīng)該控制化肥用量，擴(kuò)大有機(jī)肥使用量，改善耕地狀況。

白酒丟糟有機(jī)肥在施用過(guò)程中表現(xiàn)出了良好的肥效和土壤改良效果。黃亞?wèn)|等[45]利用白酒丟糟與麥稈制備有機(jī)肥，連續(xù)栽種高粱三年。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在連續(xù)施用丟糟有機(jī)肥三年后，供試土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷及全鉀含量平均增加了34.2%、35.9%、23.7%和30.8%，pH值平均下降了10.8%，高粱產(chǎn)量達(dá)到了5 656.6 kg/hm2。HUANG R等[46]通過(guò)研究施用啤酒糟和白酒糟有機(jī)肥對(duì)茶葉幼苗的影響，表明丟糟有機(jī)肥對(duì)茶葉幼苗株高、鮮質(zhì)量均有顯著促進(jìn)作用，其中白酒糟效果優(yōu)于啤酒糟。在施用白酒丟糟有機(jī)肥后土壤酶活發(fā)生了顯著變化，多種重要的酶活均隨有機(jī)肥施用量的增加而提升；并且土壤中微生物的數(shù)量與種群豐度也發(fā)生了顯著性變化，細(xì)菌數(shù)量增加了5.37倍（其中多為枯草芽孢桿菌），而層出鐮孢菌的數(shù)量則下降了39.2%?？莶菅挎邨U菌可以定植于植物根部，抑制致病菌、誘導(dǎo)植物產(chǎn)生系統(tǒng)抗性、增加植物對(duì)養(yǎng)分吸收的能力；而鐮孢菌屬則是一類(lèi)導(dǎo)致包括我國(guó)在內(nèi)的全世界多種農(nóng)作物產(chǎn)生枯萎病的主要致病菌[47-48]。此外，丟糟有機(jī)肥在大頭菜、煙草、水稻、白菜、萵筍、豆角等作物的栽培中都取的了良好的效果，顯示了其可施用范圍廣，肥效優(yōu)良的特點(diǎn)。

4 結(jié)論與展望

目前針對(duì)白酒丟糟生產(chǎn)有機(jī)肥的研究還處在起步階段，許多相關(guān)研究還不完善，未來(lái)可從以下幾個(gè)方面進(jìn)一步加強(qiáng)研究：①深入認(rèn)識(shí)丟糟堆肥過(guò)程中物質(zhì)轉(zhuǎn)化與微生物群落變化之間的聯(lián)系；②針對(duì)丟糟的特性，研發(fā)適用于丟糟的專用堆肥發(fā)酵劑；③結(jié)合蚯蚓堆肥、蠅蛆堆肥等技術(shù)，生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品，提高經(jīng)濟(jì)效益；④開(kāi)發(fā)專用堆肥反應(yīng)器及其堆肥工藝，提高堆肥的機(jī)械化程度和生產(chǎn)效率；⑤針對(duì)特定作物和土壤，開(kāi)發(fā)出專用的丟糟生物有機(jī)肥；⑥與酒廠其它廢棄物共同堆肥，施用于釀酒專用糧，實(shí)現(xiàn)綠色循環(huán)。利用丟糟生產(chǎn)有機(jī)肥具有廣闊的發(fā)展前景，為丟糟的資源化利用提供了重要途徑，相關(guān)的白酒行業(yè)應(yīng)對(duì)此予以重視，以實(shí)現(xiàn)白酒產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展。