秸稈快速降解腐熟技術的難點與對策

紀偉鋒

（麗水市蓮都區農業局，浙江麗水 323000）

秸稈快速降解腐熟技術的難點與對策

紀偉鋒

（麗水市蓮都區農業局，浙江麗水 323000）

文章分析總結了秸稈進行堆肥后制成復合有機肥料再還田的優勢和方法，其不僅可以克服生產遇到的問題，為農田提供大量優質的有機肥料，而且為農村解決秸稈問題找到了一條無害化、資源化、變廢為寶的合理出路。

秸稈 快速降解 腐熟 解決措施

1 概述

我國是農業大國，各類農作物秸稈資源十分豐富，秸稈年產量達7億多t。隨著農村經濟的發展和農村能源問題的解決，秸稈不再作為燃料。農作物在收割季節，秸稈被集中燃燒的現象日益突出。不僅污染環境，危害人們的身體健康，而且煙霧彌漫，影響陸路交通和飛行安全。因此，合理地開發利用農作物秸稈顯得尤為重要。

秸稈還田作為一項重要的農業管理措施，可以增加土壤有機碳的含量，而土壤有機碳水平的提高不僅是土壤肥力上升的重要指標，同時也是目前全球變暖條件下，如何利用土壤碳截留減緩溫室效應所追求的一個目標。因此，秸稈還田具有重要的生產和生態效益。

農作物秸稈主要由纖維素、半纖維素和木質素3部分組成，自然狀態下難以被微生物分解，所以秸稈直接還田后在土壤中被微生物分解轉化的周期長，不能作為當季作物肥源。

秸稈中還存在大量的病害微生物、病蟲害等，連續直接還田往往還帶來嚴重的連作障礙，將秸稈進行堆肥后制成復合有機肥料再還田，可以克服上述問題，不僅可以為農田提供大量優質的有機肥料，而且為農村解決秸稈問題找到了一條無害化、資源化、變廢為寶的合理出路。因而具有很好的經濟效益、環境效益和社會效益。

2 秸稈快速腐解的難點

2.1 復雜的分子結構

秸稈主要由纖維素、半纖維素和木質素3部分組成。纖維素是葡萄糖以β-1，4糖苷鍵結合形成的高分子化合物，包括葡萄糖單位0.2萬～1萬個。其葡萄糖亞基排列緊密有序，形成類似晶體的不透水的網狀結構，以及分子間結合不甚緊密、排列不整齊的無定形區域。纖維素和半纖維素屬多糖物質，是微生物所需要的能源和碳源。在適宜條件下，通過微生物的作用，只需幾周的時間就能分解掉其總量的60%～70%。木質素是芳香族化合物通過取代基以醚鍵和C-C鍵聯結形成的高度無規則三維生物大分子物質。合成木質素的單體有3種，3類木質素結構單元連接相似，由于分子大，溶解性差，沒有任何規則的重復單元或易被水解的鍵，所以木質素分子結構復雜而不規則，由于含有各種生物學穩定的復雜鍵型，因而微生物及其分解的胞外酶不易與之結合。與其他成分如纖維素、半纖維素等降解物不同，木質素不含有易水解而重復的單元，并且對酶的水解作用呈抗性，是目前公認的微生物難降解的芳香族化合物之一。不同作物秸稈營養品質特點比較見表1。

表1 不同作物秸稈營養品質特點比較 %

2.2 碳氮比（C/N）不平衡

適合微生物快速降解腐熟的物料碳氮比為20～25∶1，而秸稈的碳氮比多為80～120∶1。一方面，碳氮比失衡使微生物難以快速增殖、降解秸稈纖維；另一方面，在土壤有機質轉化過程中，碳氮比過高還會造成土壤酸化，以及秸稈與作物爭奪氮素營養的問題（一般土壤中碳氮比為10～11∶1）。

2.3 環境積溫低

溫度是影響生物活性最重要的環境因素。秋冬季環境積溫低，導致生物活性低，不利于秸稈降解微生物的快速增殖。

2.4 降水少

秸稈生物降解的最佳水分含量為50%～60%，而在我國北方地區秋冬季降水少，氣候干旱，無法滿足秸稈生物降解對水分的要求。

2.5 單一微生物降解秸稈效果差

為了加快秸稈堆肥腐熟過程，接種秸稈腐熟劑是一種必要的，也是行之有效的技術措施。環境中的微生物具有增殖速度快、功能豐富多樣、適應性強等特點，應用微生物學方法腐解處理秸稈具有其他物理化學方法不可替代的優點。

但由于秸稈纖維素結構的復雜性，單一微生物對纖維素的分解能力非常弱。所以充分利用自然界多種微生物的協同關系，人工篩選構建能夠產生多種纖維素酶的高效穩定菌株復合系，是解決秸稈還田問題的關鍵。

2.6 秸稈還田技術體系不健全

目前，我國的秸稈還田操作技術體系不健全，缺少規范性標準化的操作技術規程。

3 解決方案

3.1 篩選構建多菌劑生態發酵體系

針對秸稈纖維結構、組成復雜的特點，以生態學理論為指導，采用現代生物工程技術，篩選纖維素酶、木聚糖酶、木質素酶等針對性強的高活性微生物菌種，并結合篩選低溫菌劑、高溫菌劑的篩選，構建多菌種秸稈快速降解腐熟體系。

3.2 建立標準化的秸稈還田技術操作規程

以秸稈快速腐解菌劑為核心，根據不同區域特點，通過調節合理的碳氮比，適當的補充水分，構建秸稈生物反應器，設計秸稈直接還田腐解工藝、秸稈戶型（10 t）發酵腐解工藝以及規模化（萬t）秸稈腐解工藝等技術體系，并對廣大用戶進行培訓和示范指導，使高效的菌劑和良好的技術能夠充分發揮其功效。

4 技術特點

4.1 菌系組成合理，生物活性高

菌劑包含高產纖維素酶、木聚糖酶、木質素酶的芽孢桿菌、絲狀真菌、高溫放線菌以及富產維生素的酵母菌、乳酸菌等。

4.2 秸稈腐解周期短

夏秋季節秸稈腐熟周期為20 d，冬季40 d。發酵溫度高，無害化徹底。發酵溫度可達80～90℃，可徹底殺滅秸稈中的各種病蟲害，消除秸稈直接還田帶來的連作障礙。

[1] 劉國生．噬菌體與宿主細胞相互作用的微量熱研究．武漢大學，2004

[2] 謝修銀．熱動力學研究酶促反應的激活與抑制．武漢大學，2004

[3] 徐芬．藥物熱力學性質的量熱學與熱分析研究．中國科學院研究生院（大連化學物理研究所），2005

[4] 朱日清．固液廢棄物資源化功能微生物制劑研發及外源固氮菌與土壤特性關系研究．浙江大學，2007