白酒丟糟制備有機肥的研究進展

楊子杲，明紅梅*，馬世源，周鑫宇

（四川輕化工大學 生物工程學院，四川 宜賓 644000）

白酒丟糟是白酒生產過程中產生的副產物，含有豐富的粗淀粉、粗蛋白、水溶性維生素、無機鹽、生長因子等營養物質[1]。丟糟具有含水量高、易滋生微生物和蚊蠅、不耐儲存的特點。每生產1 t白酒便會產生3 t丟糟，據估算，我國白酒丟糟的年產量已達到2 500萬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物、生產飼料和有機肥、培養食用菌、生產沼氣和燃料棒、提取有效物質以及生產食醋等方面[3]。其中，利用丟糟生產有機肥具有處理量大、高效環保、操作簡單、可與多種廢棄物復配的特點，顯示出了廣闊的發展前景。本文總結了白酒丟糟作為堆肥原料的優缺點，綜述了丟糟堆肥工藝的研究進展和丟糟有機肥的應用前景，旨在為丟糟的再利用和白酒企業綠色發展提供新的可行途徑。

1 白酒丟糟作為堆肥原料的特點

堆肥是指在控制條件下，利用自然界廣泛分布的細菌、放線菌、真菌等微生物，促進來源于生物的有機廢物發生生物穩定作用，使可被生物降解的有機物轉化為穩定的腐殖質的生物化學過程[4]。

比較丟糟與其他常見堆肥原料的理化成分及特性見表1。

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

續表

1.1 丟糟作為堆肥原料的優點

丟糟的營養成分及特性表明，其適合于作為堆肥原料，丟糟有機質含量高、粗纖維含量相對較少、氮元素豐富的特點。此外，丟糟還具備一些其他的優點：①丟糟的安全性高。丟糟是釀酒生產的副產物，而釀酒生產所用原料和生產過程都嚴格遵照食品安全規定，因此丟糟的安全性較高。動物糞便普遍存在獸用抗生素殘留和重金屬離子超標等安全問題[11-12]，污泥等原料中則含有多環芳烴與苯并芘等難降解的化學物質，堆肥過程通常難以將這些物質徹底降解[13]。在注重食品安全和環境保護的今天，丟糟安全性高的特點使其作為有機肥原料具有獨特的優勢。②丟糟在堆肥過程中氮損較小。堆肥過程中氮素的損失一直是影響堆肥效果的重要因素。糞便類原料在堆肥過程的氮素損失甚至可達50%以上[14]，嚴重影響了有機肥的肥效。而郭夏麗等[15]研究表明，丟糟在堆肥結束時氮素損失較少，這可能與丟糟自身硝態氮含量較高、初始pH較低的理化特點有關。研究表明，在堆肥過程中添加檸檬酸、過磷酸鈣等酸性物質可以有效的中和堆肥產生的氨（NH3），減少NH3揮發，降低氮素損失[16]。丟糟中含有較多的有機酸正好起到了這個作用，這為丟糟有機肥的肥效提供了保證。③利用丟糟生產的有機肥腐植酸含量較高。酒糟在釀酒過程中經過了長期發酵，發酵過程中部分有機質會轉化為腐植酸或其前體物質，再加上堆肥過程的作用，利用丟糟生產的有機肥腐植酸含量可以達到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到25%以上[19-20]。腐植酸具有加強土壤的供肥、保肥能力，增加土壤保水性和透氣性，絡合土壤中重金屬離子減輕其毒效的能力[21]，因此，丟糟有機肥在土壤改良與修復方面還具備潛在的應用價值。

1.2 丟糟作為堆肥原料的缺點

丟糟作為堆肥原料雖然具有其優勢，但是如果將丟糟作為唯一原料進行自然堆肥依然會導致堆肥效果不理想。原因在于：①丟糟透氣性較差。丟糟顆粒細小、含水量高，導致其透氣性較差，再加上出窖糟培中含有大量乳桿菌屬微生物與有機酸[22]，如果不進行適當處理易造成局部厭氧發酵產酸，導致堆肥無法正常進行。②丟糟在堆肥過程中反硝化作用明顯。丟糟的硝態氮含量可達11.0 g/kg，在堆肥高溫期易產生反硝化作用。反硝化作用是丟糟堆肥過程中氮素損失的主要途徑，導致的氮素損可占其堆肥過程中總氮損的85%以上[15]。③丟糟初始碳氮比（C/N）較低。一般認為，較低的C/N并不利于堆肥，C/N較低的原料營養過于豐富，導致堆肥升溫期升溫過程過于劇烈從而抑制微生物活動。此外，豐富的氮元素會讓微生物無法及時轉化和充分利用，導致氮元素以NH3、N2O、N2等形式逸散掉，增加氮損[23]，通常認為堆肥的最適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、植素等物質的重要原料，缺磷會導致植株生長緩慢，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需求，但是對于有機肥而言，磷含量較低顯然是會影響肥效的。

2 白酒丟糟堆肥工藝研究進展

通過添加輔料從而彌補單一原料堆肥中的缺點是堆肥調控的重要手段。根據作用的不同可將堆肥添加劑分為微生物接種劑、營養調節劑、膨松劑、特定目的調節劑等[26]。不同添加劑對丟糟堆肥效果的影響見表2。

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

堆肥過程中pH值、水分含量、溫度、養分組成等都會發生巨大變化，這會導致堆體微生物群落經歷巨大變化。堆肥過程中微生物多樣性會逐步降低，放線菌從前期較低的豐度開始逐步占據優勢，在堆肥腐熟期成為優勢微生物，這是因為后者能利用木質纖維素等難降解物質，并且適應高溫和堿性環境[34-35]。因此，通過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，縮短堆肥到達高溫期（高于50 ℃）的時間。接種微生物中的嗜溫菌還有利于促進堆肥高溫期物質的降解和維持高溫期時間。堆肥過程中高溫可以起到殺滅蟲卵和雜草種子，消滅有害微生物的作用[36]，此外高溫期的延長更利于堆肥過程中難降解物質（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間[37]。接種菌劑也能提高有機肥的硝態氮、銨態氮含量、降低氮素損失，促進粗纖維降解，使發芽指數、腐殖化指數等也顯著提高，這可能與添加的氨化細菌和粗纖維降解菌對堆肥過程的促進作用有關[38]。LI C N等[39]研究表明，通過接種菌劑，可使豬糞堆肥過程中纖維素酶、脲酶、磷酸酶、蔗糖酶等關鍵酶的酶活均有不同程度提升，堆肥結束時硝態氮、銨態氮含量大幅提升。

初始C/N、pH值、水分含量等都會影響堆肥效果，利用多種不同性質的物料復配或者是使用調理劑調節原料初始條件，可以使堆肥條件達到較佳的狀態。王國興等[40]研究表明，增加通風量可以減少堆肥過程中的反硝化作用，使反硝化功能基因nirK的數量大大減少，減少硝態氮和總氮損失。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，這些微生物與酶類往往會在堆肥過程中對物質降解和腐熟過程起到積極的促進作用[41]。WANG S P等[32]在丟糟堆肥中利用氧化鈣調節初始pH值。結果表明，當利用丟糟進行堆肥時，初始pH值為5.0效果最好，這與通常認為的堆肥初始pH值應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，通過添加其他調理劑如膨潤土、生物炭、過磷酸鈣等物質，或是多種廢棄物進行共同堆肥來提高堆肥效果，也都在好氧堆肥中得到了廣泛應用。

3 丟糟有機肥的應用效果及發展前景

根據2014年國土資源部發布的《中國耕地質量等級調查與評定》顯示，將中國耕地劃分為15個等級（1級最高15級最低），我國耕地的平均等級為9.8，總體質量偏低[43]。我國耕地存在化肥施用量較大而有機肥施用不足的情況，導致了我國耕地面臨土壤板結、養分失衡、有機質含量下降等問題[44]。農業部印發的《到2020年化肥使用量零增長行動方案》指出我國應該控制化肥用量，擴大有機肥使用量，改善耕地狀況。

白酒丟糟有機肥在施用過程中表現出了良好的肥效和土壤改良效果。黃亞東等[45]利用白酒丟糟與麥稈制備有機肥，連續栽種高粱三年。實驗結果表明，在連續施用丟糟有機肥三年后，供試土壤的有機質、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%，高粱產量達到了5 656.6 kg/hm2。HUANG R等[46]通過研究施用啤酒糟和白酒糟有機肥對茶葉幼苗的影響，表明丟糟有機肥對茶葉幼苗株高、鮮質量均有顯著促進作用，其中白酒糟效果優于啤酒糟。在施用白酒丟糟有機肥后土壤酶活發生了顯著變化，多種重要的酶活均隨有機肥施用量的增加而提升；并且土壤中微生物的數量與種群豐度也發生了顯著性變化，細菌數量增加了5.37倍（其中多為枯草芽孢桿菌），而層出鐮孢菌的數量則下降了39.2%。枯草芽孢桿菌可以定植于植物根部，抑制致病菌、誘導植物產生系統抗性、增加植物對養分吸收的能力；而鐮孢菌屬則是一類導致包括我國在內的全世界多種農作物產生枯萎病的主要致病菌[47-48]。此外，丟糟有機肥在大頭菜、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，肥效優良的特點。

4 結論與展望

目前針對白酒丟糟生產有機肥的研究還處在起步階段，許多相關研究還不完善，未來可從以下幾個方面進一步加強研究：①深入認識丟糟堆肥過程中物質轉化與微生物群落變化之間的聯系；②針對丟糟的特性，研發適用于丟糟的專用堆肥發酵劑；③結合蚯蚓堆肥、蠅蛆堆肥等技術，生產高附加值產品，提高經濟效益；④開發專用堆肥反應器及其堆肥工藝，提高堆肥的機械化程度和生產效率；⑤針對特定作物和土壤，開發出專用的丟糟生物有機肥；⑥與酒廠其它廢棄物共同堆肥，施用于釀酒專用糧，實現綠色循環。利用丟糟生產有機肥具有廣闊的發展前景，為丟糟的資源化利用提供了重要途徑，相關的白酒行業應對此予以重視，以實現白酒產業的綠色發展。