生物有机肥料及其生产工艺

■中国农业科学院农业资源与农业区划研究所周法永

生物有机肥料及其生产工艺

■中国农业科学院农业资源与农业区划研究所周法永

目前，随着农业部“化肥零增长”行动方案和“一控两减三基本”农业发展战略的逐步落实和快速推进，我国农业已经到了加快推进农业可持续发展的历史阶段。为了有效解决农业面源污染问题和弥补化肥短板，急需大力发展以农作物秸秆和人畜粪便等为原料，采用新技术工艺生产的生物有机肥料(microbial organic fertilizers)。生物有机肥在减少化肥用量、提高肥料利用率和改善农产品品质，以及在我国农业可持续发展中的地位日益突显，已成为国家生态示范区、绿色和有机农产品基地等肥料的主力军，其用量超过800万吨，需求量正逐年加大。

一、生物有机肥料

生物有机肥是我国新型肥料中技术含量较高的产品之一，是由特定的功能微生物与以动植物残体(如畜禽粪便、农作物秸秆等)为主要来源，并经微生物发酵和无害化处理、高温腐熟的有机物料复合而成的一类兼具微生物肥料和有机肥效应的肥料，含有营养有机质和活性功能菌及多种代谢产物。国家制定了行业标准(NY884-2012)，产品必须严格按照程序在农业部检测登记，并由农业部颁发肥料登记证后方可进入市场应用。

生物有机肥分为两大类型。一类是利用含有碳基的有机物为原料生产的产品。目前很多肥料企业利用氨基酸、腐殖酸、农副产品和化工制药厂的废料等直接生产。这类产品未经微生物发酵腐熟，尤其是化工制药厂的废料中的不确定成分，对土壤修复和有机质提升是否合适有待进一步探讨;另一类是通过微生物发酵技术处理畜禽粪便、秸秆等有机废弃物，获得精制有机肥后，再配以功能微生物和其它营养成分，通过挤压造粒制备成的一种新型、高效的肥料。这类产品是未来的发展方向。产品中含有的养分能够给作物提供生长所需的营养;有益微生物可以在土壤中定殖，固氮、解磷、解钾，产生植物内源激素和抗生物质，从而促进作物生长，抑制和杀灭土壤病虫害;有机质和活性菌可以活化土壤、改良盐碱地和修复土壤。

二、生物有机肥生产工艺

生物有机肥料生产工艺过程中的关键技术包括原料处理、微生物菌剂生产、有机物的发酵腐熟和成品配方造粒等。菌种种类和后加工技术是生物有机肥产品的核心。在生产过程中一般有两个环节涉及到微生物的使用，一是在腐熟过程中加入促进物料分解、腐熟兼具除臭功能的腐熟菌剂，其多由复合菌系组成，常见菌种有光合细菌、乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌、放线菌、曲霉菌、青霉菌、木霉菌、根霉菌等;二是在物料腐熟后生产生物有机肥时加入的功能菌，一般以固氮菌、溶磷菌、胶质类芽孢杆菌、乳酸菌、假单胞菌、芽胞杆菌、放线菌等为主，在产品中发挥特定的微生物肥料效应。为便于机械施肥，生物有机肥料需要制成颗粒状剂型。由于微生物菌种在高温过程中容易失活，所以生物有机肥要采用低温造粒、挤压造粒预添加微生物功能菌剂等技术工艺。

除上述之外，目前有许多化肥生产企业，在化肥生产中添加一定量的有机质和功能菌，使化学复合肥和有机无机复合肥成为有生物活性的功能性肥料。这类肥料产品执行国家复合肥标准，不执行生物有机肥标准，称之为生物有机类肥料。由于在化肥的高盐高渗透环境下，要保证添加进去的功能菌种长期存活难度较大，所以必须选育出高抗活性的芽孢杆菌类微生物才能添加。由于微生物对温度要求较高，所以通常采用三种添加工艺技术:一是圆盘或滚筒造粒烘干筛分后，再喷膜添加粉状功能菌剂;二是挤压造粒混料时添加粉状功能菌剂，;三是粉剂和BB肥(颗粒菌剂)直接掺混添加。

三、优质生物有机肥料生产工艺要点

优质生物有机肥生产包括优良有机物原料、高效菌种、发酵腐熟以及后加工技术四个环节。其要点如下:

1.农作物秸秆和畜禽粪便是最好的有机物原料。虽然对畜禽粪便中的“盐分、抗生素和重金属”残余含量有质疑，但都不是“弃而不用和谈虎色变”的理由，这些问题可以通过微生物发酵腐熟和无害化处理解决。其它含碳基的有机物料，例如氨基酸、腐殖酸、农副产品和化工制药厂的废料等，不能一概而论，要经过严格检测论证方可使用，否则对土壤不仅无益反而有害。

2.优良功能菌种的主要评价指标包含:(1)在土壤、根际和根表的定殖生存能力;(2)分泌代谢产物的种类和剂量(酶系和内源激素);（3）产生降解物和拮抗物质(化感物质);（4）组合菌株的协同互补作用(分泌的代谢产物);（5）耐氨、耐盐碱、耐高温等高抗活性;（6）分泌代谢产物的动力学类型;（7）诱抗能力(打开次生代谢途径)。目前常用的菌种有胶质类芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌、乳酸菌、木霉菌、曲霉菌、拟青霉菌、乳酸菌、酵母菌和链霉菌等，同一菌种不同菌株功能特性不同。根据不同菌种要求，常用生产工艺有采用固体发酵和液体发酵(好氧或厌氧)生产。生产过程中，首先优良的复合菌株是保证肥效的前提;其次合适的发酵底物和发酵条件是产生有效代谢产物的基础;最后聚合的适宜菌体数量和代谢产物剂量是保证肥效的根本。

3.发酵腐熟好的有机物料的评价主要指标包含:（1）营养有机质和水溶性腐殖酸含量高;（2）含水量和C/N 比合适;（3）无臭味;（4）无病原菌和虫卵;（5）发酵微生物产生的代谢产物，例如综合酶系、生长调节成分和拮抗物质多且含量高;（6）卫生指标、重金属和毒性检测达标。

4.发酵腐熟和后加工技术包括有机物料的发酵腐熟模式、造粒过程和烘干冷却设备选用。发酵腐熟模式主要有槽式(池式)发酵和平堆发酵。其中槽式可连续翻抛发酵，能增氧透气、翻抛均匀、产生位移实现连续发酵，也可整池进、整池出，缩短发酵周期，提高生产效率，机械化程度高，劳动强度低，卫生干净，也可通过添加辅料、发酵菌等增加肥料成分，调节pH值和C/N比，提高发酵速度。造粒过程有圆盘滚筒造粒和挤压抛圆造粒。圆盘滚筒造粒需要对发酵好的物料细化，因而劳动强度大，成本较高。挤压抛圆造粒最适合以农作物秸秆和畜禽粪便为原料的物料，不需细化，腐熟达标后直接挤压造粒。例如青岛永正化工机械有限公司研发的对撞挤压造粒机和抛圆设备，工艺先进，粒形好，具有节能、产量大等优点，适用于多种有机物原料，操作简单，生产效率高。烘干冷却设备可选用烘干冷却筛分一体机和列管式烘干机，低温连续烘干，能源利用率高。整个生产过程PLC程序化操控，自动化程度高，可节省人力、物力和财力。