農用植物酵素在有機農業生產中的生態作用

張越　王小芬

[摘 要]近年來，隨著食品安全問題頻發，人們對健康的重視及對高品質農產品的需求得到空前高漲，有機農業因此得到蓬勃發展。有機農業的首要重任是補充土壤有機質，將形成的生態產品返還土壤，讓農田有機廢棄物資源化則是補充土壤肥力、增加土壤有機質的有效途徑。適合在農村使用的農田廢棄物資源化的方法有固體堆肥發酵、沼氣工程、農用植物酵素三種。其中，農用植物酵素由于富含有益菌、營養元素、天然植物激素及有機酸等，可被用于制肥及有機生產的全過程，能夠在建立良好的土壤微生態環境及促進植物生長方面起到重要的生態綜合效應。

[關鍵詞]農用植物酵素;有機農業;沼氣工程;固體堆肥;生態效應

有機農業是自20世紀70年代以來西方國家在受到食品安全、糧食安全、鄉村社會安全、資源環境安全、國際農業安全等嚴重威脅的背景下逐漸形成的。國際有機運動聯盟認為，有機農業是一種遵從當地生態節律、生物多樣性和自然循環，不依賴會帶來不利影響的投入物質，能維護土壤、生態系統和人類健康的生產體系①。有機農業在生產力、環境、經濟、社會等方面的綜合效應要優于傳統常規農業②，既有利于保護人類共同的生存環境，也有利于促進包括人類在內的整個自然界的公平與和諧共生。有機農業強調傳統農業與現代科技的和諧結合，所以在西方發達國家越來越受追捧。瑞士有機農地占農地總面積的11%，法國約有5%的農場專門生產有機食品原料，美國幾乎所有的連鎖店都銷售有機食品，從事有機農業生產的農民以每年12%的速度遞增③。2010年以來，中國有機農場數量開始逐漸增多，有機產品越來越受到中國消費者認可。據瑞士有機農業研究所與國際有機農業聯盟共同發布的《世界有機農業概況與趨勢預測》表明，中國已成為亞洲有機農地面積最大的10個國家之一，在世界有機食品市場銷售額最高的10個國家中，中國排名第4④。但是受有機農產品產量低、有機農場管理成本高的影響而造成有機農產品價格偏高的現狀，阻礙了中國有機農業的發展。因此，需要不斷完善推進適合中國國情的有機農業生產技術，以期降低生產成本，提高生產產量，從而達到降低有機農產品價格的目的，最終可迎來中國有機農業的春天。

由于化肥農藥的不合理施用，土壤微生態系統遭受致命破壞，土壤質量發生惡化。因此，恢復土壤微生物活性，補充土壤有機質，已成為有機農業需要解決的首要問題。增加土壤有機質的重要途經是將有機廢棄物資源化，即將農田廢棄物、畜禽糞便、加工廢棄物、屠宰廢棄物等有機物重復發酵后返還回土壤。土壤是植物生長、肥料作用的載體基質，土壤—肥料—植物三者之間的平衡是農業生產健康發展的基礎①。構建健康的土壤生態系統離不開將有機物（肥）返還土壤這一重要環節。農田廢棄物資源化的方式決定了有機肥的形態和質量，因此將“有機物”轉化成“肥”的發酵方式對構建土壤生態系統具有重要意義。“有機物”轉化成“肥”的具體方法有固體堆肥發酵、沼氣工程、農用植物酵素三種。其中，農用植物酵素由于富含有益菌、營養元素、天然植物激素及有機酸等，可被用于制肥及有機生產的全過程，能夠在建立良好的土壤微生態環境及促進植物生長方面起到重要的生態綜合效應。

一、農用植物酵素

2018年12月28日，中國工業和信息化部發布了關于酵素的兩項標準，分別為QB/5323—2018《植物酵素》和QB/T5324—2018《酵素產品分類導則》。標準中規定了植物酵素分為農用、食用、日化、環保四類。其中，農用植物酵素是指以植物為主要原料，添加或不添加輔料，經微生物發酵制得的含有特定生物活性成分的用于種植業、養殖業、土壤改良的酵素產品。種植業用、養殖業用和土壤改良植物酵素理化指標也被詳細標明。農用植物酵素的做法是將糖、有機廢棄物和水按照1 ∶ 3 ∶ 10的質量比在密閉容器中發酵3個月以上，經過濾得到的一種棕黃色有酸味的發酵產品。農用植物酵素是一種利用廢棄蔬菜水果發酵而成的生態產品，富含有益微生物、營養元素、天然植物激素及有機酸等活性代謝成分，具有改良土壤、促進作物生長及防蟲抑菌等作用②，可作為提升土壤微生物活性和土壤有機質的重要農業投入品，能夠在建立良好的土壤微生態環境及促進植物生長方面起到重要的生態綜合效應③。由于富含有益微生物，農用植物酵素的發酵過程被認為是一種天然的獲得本地有益微生物的方式，可通過施用農用植物酵素貫穿制肥及有機生產的全過程，它是發展有機農業的重要基石。農用植物酵素的技術要點是以果蔬廢棄物為發酵底物，培養本地土著微生物，通過微生物的一系列活動，生成能夠培肥地力、控蟲防害、提高植物免疫力的有機生態產品④，其作用機理主要有以下幾點：

其一，農用植物酵素含有氮（N）、磷（P）、鉀（K）等大量化學元素，能被植物有效吸收利用，其所含的有機質又能有效提高土壤肥力。農用植物酵素是微生物的集合體，微生物代謝產生的多種有機酸及酶類，能分解土壤中不能被作物直接吸收利用的有機物、無機物和難溶性礦物養分。多項研究表明，低分子有機酸和腐殖酸可活化土壤中的無機磷①。

其二，農用植物酵素的發酵產物除含有液體外，其固體酵素渣所富含的微生物既可作為下一批發酵菌源使用，也可加入堆肥體系。這樣，不僅能為堆肥體系提供營養源，還可提供大量有益微生物，提高堆肥發酵效率，減少氨的排放。在此過程中，農用植物酵素中的有益菌還能促進發酵，再通過肥料進入土壤，幫助土壤形成良好的微生態環境。

其三，由于農用植物酵素發酵原料為果蔬廢棄物，發酵過程是一個有機廢棄物資源化的過程，所含的大量營養物，有機酸及微量元素都可作為微生物發酵底物，促進微生物活性，保證發酵質量，改良土壤。

可見，農用植物酵素是一種多元的生態產品，可充分利用廢棄物資源，變廢為寶，是適于在中國有機農場推廣的有效技術。圖1展示的是農用植物酵素結合有機肥生產、厭氧發酵構建農田有機廢棄物零廢棄資源化技術從而實現有機生產的技術路線圖，可達到用健康土壤生產健康作物、收獲健康食材的目的。

二、農用植物酵素在固體堆肥發酵中的作用

中國人民對“肥”的施用可謂歷史悠久。早在春秋戰國時期，中國古代勞動人民就在實踐中歸納出了不同的肥料類型。據清代《肥料史記》的相關記載：中國古代肥料可分為十一大類，即糞肥、土肥、灰肥、綠肥、泥肥、餅肥、渣肥、熏肥、骨肥、秸肥、雜肥②。糞肥多是古代畜禽類糞便，主要包括牛、羊、馬、驢、雞、鴨、鵝等的糞便，可做基肥，亦可做追肥，是古代農業生產中肥料的主要來源。土肥，主要是指舊墻、塵土、灶土等，其氮磷鉀含量較高，肥效持續時間長，主要作為植物底肥來施用。灰肥主要是指雜草等有機廢棄物燃燒后形成的草木灰，以及灶灰、糠秕灰等，由于富含鉀、鈣、磷等元素，常被用作速效追肥。西漢時期，農夫們有意識地讓雜草叢生，春耕時翻耕雜草后就可作為綠肥的肥源;到了西晉，便開始種植綠肥（大豆、胡麻、綠豆、苕草等）;南北朝則開始大規模輪作種植。泥肥主要是指塘泥、溝泥、湖泥、河泥等，養分全面，宜作基肥。餅肥是將渣餅杵碎和熏土攪拌，堆體發酵，重復3—4次即可形成。渣肥主要來源于豆渣、糖渣、酒渣、油渣等，有機質含量豐富，可做基肥。制作熏肥是將動物糞便直接火燒，將其氧化、腐熟，可大大提高肥效。骨肥的原料多是畜禽骨、鳥獸骨、魚骨等，養分含量高，可適量作為基肥，不宜過多③。中國古人在農耕思想的哲學體系下，注重“糞”的還田等有機循環理念，在有限的土地上養活越來越多的人口，且地力保持經久不衰。中國人對有機肥的重視和使用方式引起了外國專家的關注。20世紀初，曾任美國農業部土壤局局長的富蘭克林·H. 金為解決西方農業土壤退化等問題，不遠萬里來到中國考察學習，后撰書《四千年農夫》。書中高度評價了東亞國家的傳統農業，并將中國人利用糞肥的思想、重視有機循環的生態理念和實踐方法帶回美國。到了20世紀30年代，西方的堆肥技術開始發展，現已形成了一套完整的技術體系。

堆肥是處理有機廢棄物的有效方式之一，其原料來源廣泛，包括秸稈、畜禽糞便、污泥、餐廚垃圾、雜草等。堆肥是通過微生物的作用，將有機物礦質化、腐殖化和無害化后變成腐熟肥料的過程，同時高溫還能殺死堆肥中的病原菌、蟲卵等①。堆肥的過程與初始原料中的C/N（碳氮比）、酸堿值、水分含量、溫度、氧氣以及是否添加接種劑等參數有關②。大量研究表明，堆肥可作為土壤調節劑、修復劑和肥料，為作物提供生長所必需的N、P、K等元素，還能提高土壤肥力和理化性質③。堆肥還可修復受損土壤和貧瘠土壤，促進作物生長，重建土壤中的微生物群④。J. C. García-Gil等人的研究表明，長期施用城市污泥堆肥，可有效提高土壤酶（氧化還原酶、磷酸酶、脲酶等）的活性和微生物含量⑤。李麗君的研究表明，長期施用堆肥能有效降低土壤容重，提高土壤持水量和電導率⑥。此外，堆肥還可有效提高土壤養分及有機質含量，促進土壤團聚體的發育，更重要的是土壤微生物量會隨堆肥使用量的增加而提高。堆肥技術是農田固體廢棄物無害化、資源化利用的重要措施，在資源化方式中占重要地位。

堆肥是便于在農村推廣的技術，但是農民自行堆制會引起發酵效率低、腐熟不完全、農田施用后產生病蟲草等問題。在堆肥中添加農用植物酵素，是解決這些問題的有效措施。農用植物酵素不僅能夠提供大量的有益微生物，其發酵液中含有的營養和有機酸還可為微生物提供營養，對啟動堆肥和提高堆肥發酵效率以及保存氮素營養有極大的促進作用。

三、農用植物酵素在沼氣工程中的作用

秸稈和畜禽糞便可以通過厭氧發酵產生沼渣、沼液、沼氣三態產品⑦。沼渣經過處理后可成為有機肥，如莊明儒將沼渣與污泥有機物、水葫蘆干基、糖蜜廢水及EM菌共同作用后生成了生物有機肥⑧。沼渣有機肥在農業生產中效果顯著，如周國順等人的研究表明，沼渣有機肥可顯著提高秋黃瓜單株、結瓜數和小區產量⑨;高英杰等人利用沼渣有機肥進行葡萄種植，可顯著提高葡萄的含糖量和果膠質含量①。沼液可作為液體肥和殺蟲劑，如楊懷的研究表明，沼液富含作物生長所需的N、P、K等化學元素，利用沼液種植發財樹，其葉綠素含量、總葉面積、地莖、胸徑、株高等生理、農藝、生物量指標均優于常規施肥對照組②;張媛用沼液與化肥配施，可顯著提高油菜的產量及品質。沼液在厭氧環境下發酵，多種病菌、蟲卵、雜草種子等均可被殺死③，沼液所含的丁酸、赤霉素、吲哚乙酸以及微生物B12等物質對病菌具有明顯抑制作用，所含的維生素和氨基酸等營養物質，可增強作物的抗病防蟲能力。多項研究表明，沼液對多種作物的近40種病害具有一定的防治效果，對紅、黃蜘蛛效果明顯，可在噴施后34小時失活，5～6小時死亡，死亡率高達98.5%④。沼氣發酵要經過水解、酸化、產甲烷三個階段，經提純后可作為清潔能源使用。

沼氣工程是處理大型養殖場糞污的有效方式，將沼氣工程和有機農業結合不僅可消納沼液和沼渣，還能替有機農業找到廉價有效的農業投入品，是一種雙贏的結合方式。但是由于沼渣和沼液的厭氧發酵過程會存在大量的還原性物質，會對植物和土壤造成傷害，而利用農用植物酵素可分解其中的還原性物質，使其最終成為環境友好型的農業投入品，這是未來重要的發展方向。

四、結語

秸稈和畜禽糞便是農村最大的廢棄物資源，也是土壤所需要的養分，將秸稈和畜禽糞便通過堆肥和厭氧發酵的方式處理后返還回土壤是生態循環的需要，而利用廢棄果蔬制作的農用植物酵素則是獲得本地有益微生物的便捷手段。在有機肥發酵體系中，將秸稈與畜禽糞便一同發酵，通過調節合理的C/N，添加生物菌劑等生物強化后，可提高堆肥效率和堆肥品質。堆肥養分全面，可提升土壤肥力，在農業生產中常被作為基肥使用。在厭氧發酵體系中，畜禽糞便與秸稈可作為厭氧發酵的底物，在多種水解菌、酸化菌及產甲烷菌等微生物的作用下，產生沼氣、沼液、沼渣三態產品，其中沼液與沼渣經過無害化處理后，可基質化與肥料化，并作為環境友好型農業投入品施用于土壤及作物。而果蔬廢棄物，可通過微生物發酵形成富含微生物及代謝產物的農用植物酵素，將其添加到堆肥腐熟與沼液沼渣無害化處理過程中，可以提高發酵效率，提升發酵品質。可見，農用植物酵素在整個技術流程中起紐帶作用，能穩定地用于有機農業生產。通過對農田廢棄物的再利用，將有機物返還回土壤，提高土壤有機質含量，從而構建土壤—微生物—植物的良性系統，最終可收獲健康高品質的農產品，實現有機農業生產。

綜上，農用植物酵素對有機農業的生態作用體現為：

第一，農用植物酵素是廢棄物資源化的產品，可促進資源的循環利用和生態循環。

第二，農用植物酵素是獲得本地有益微生物的便捷發酵方式，可為發酵體系提供菌源，提高發酵體系的發酵效率。

第三，農用植物酵素富含有機酸，微量元素及N、P、K等營養物，可作為環境微生物的益生元，促進有益微生物的活性，從而構建健康的微生態環境。

第四，農用植物酵素所含的天然植物激素及微生物的次級代謝產物對植物的促進作用，有助于構建土壤—微生物—植物的良性系統。

第五，農用植物酵素是一種多元生態產品，是確保農田廢棄物還田和土壤健康，進行有機生產良性循環的催化劑。