酒糟堆肥化再利用研究進展

胡旭，吳耀領，李巧玉，陳先會，楊旻，陳茂飛，焦富

（貴州茅臺酒股份有限公司，貴州仁懷 564500）

白酒丟糟作為白酒生產的副產物，具有酸性高、水分大、黏性強、極易霉變、不易貯存的特點，如果不能及時處理及利用，不僅會造成對土壤、水、空氣的嚴重污染，也會破壞釀酒微生物生態環境，直接影響到白酒產業的可持續發展[1]。丟糟除含有較高的淀粉、蛋白質、纖維素和脂肪外，還含有豐富的磷、鉀、維生素和氨基酸等成分[2]，常規營養成分見表1[3-4]。目前，對白酒丟糟的綜合利用主要有生產飼料、有機肥料、食用菌培料、植物無土栽培基質、醫藥和生物質能源、生產醬油和食醋、制取鮮味劑等[5-6]。以酒糟為原材料生產有機肥具有較高的利用價值，是實現酒糟大規模資源化利用的有效途徑。本文綜述了丟糟生產有機肥的難點、研究現狀以及丟糟有機肥的社會需求和應用效果，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。

表1 丟糟中常規物質的含量

1 丟糟生產有機肥的研究進展

目前，利用酒糟規?；a有機肥的報道較少，大多數還停留在實驗室階段，利用酒糟生產有機肥主要從以下幾方面研究：(1)以酒糟為原材料，在敞開式自然通風，攪拌翻動條件下進行高溫好氧堆肥發酵。王興勝等[7]采用此方式以醬香型白酒丟糟為原料進行好氧堆肥發酵，堆肥過程中堆體溫度在第7 天達到50 ℃，且50 ℃以上維持了10 d，至堆肥結束，堆肥的種子發芽指數達到90.4 % 。溫度是決定堆肥質量的重要因素，是使堆肥達到無害化和穩定化的重要條件[8-11]。丁敬等[12]認為堆體溫度的高低決定著堆肥速度的快慢，可將其作為判定堆肥產品是否腐熟的指標之一，另外，未達到一定腐熟度的堆肥產品可能造成植物根系缺氧，燒苗等現象，種子發芽指數會明顯降低[13]，攪拌、自然通風方式能夠使丟糟堆肥完全達到腐熟要求。因受丟糟自身因素的影響，此方式的堆肥微生物生長受抑制，堆體升溫慢，堆肥腐熟時間長，也造成營養的流失；(2)根據丟糟的特點，添加合適的填充物料，彌補丟糟堆肥發酵過程中不利的條件，改善丟糟堆肥的發酵環境，促進微生物快速生長，加速堆肥的腐熟，使酒糟有機肥快速達到安全無害化、資源化生產。王強義等[14]以酒糟為原料，以稻草秸稈、鋸末粉和生石灰為填充料改善丟糟的C/N、透氣性和酸度，高溫堆肥發酵第6 天堆體溫度達到56 ℃，持續12 d，在第4 天后的發芽指數即達到50 %以上，丟糟有機肥快速達到無害化腐熟標準。值得注意，在堆肥過程中有機氮在微生物的作用下被礦化分解轉化為NH4+-N，一部分轉化為氨氣釋放到堆體外，用生石灰過度調節丟糟的酸度，pH 值太高會加速氮素的損失[15-16]；(3)利用酒糟中富含營養成分以及具有降解能力微生物的特性，同其他固體廢棄物混合，實現丟糟和有機廢棄物的優劣互補，不僅能夠高效的促進固體有機廢棄物堆肥化處理，還可以加速酒糟堆肥化腐熟。李哲等[17]利用低水分酒糟疏松透氣、酸度大的特點，結合污泥富含氮磷、質地細膩的性質，將二者適量混合后進行堆肥發酵，混合腐熟最快，肥質最佳。50%有機肥與50%的化肥配施，高粱產量、籽粒含氮量和植株磷鉀吸收量分別比單施化肥增加12.55 %、36.70 %、22.22 %和29.20%，土壤有效氮，磷酸酶、脲酶和脫氫酶活性也顯著提高。黃亞東等[18]以白酒糟和小麥秸稈為主要原料接入多種微生物菌株進行堆制發酵腐熟制成有機肥，結果表明，該有機肥經高粱施肥試驗后，供試土壤的有機質、全氮、全磷及全鉀含量各增加了30%左右，高粱產量均超過對照組；(4)添加具有高效降解能力的微生物菌劑。堆肥起始階段接種具有高效降解能力的微生物，加速堆肥啟動并快速促進丟糟堆肥的腐熟[19]。接種微生物中的嗜溫菌不僅有利于縮短堆肥到達高溫期的時間，還有利于促進堆肥高溫期物質的降解和維持高溫期時間。王和玉等[20]將具有高效纖維素降解能力和氨化作用并具有耐高溫性的復合菌劑接種到以白酒丟糟為主要原料的堆肥中，結果顯示接菌堆體比對照提前2 d 進入高溫期，且高溫期持續時間較對照長，堆肥結束，接菌堆體NO3-N 含量、有機氮和總氮含量分別比對照高出22.2 %、6.6 %和7.9 %，纖維素降解率、腐殖化指數（HI）和發芽指數（GI）分別比對照高18.7 %、113.5 %和8.6 %?？傊斍皝G糟生產有機肥主要以改善丟糟堆肥發酵環境，促進堆肥發酵微生物生長繁殖的方式，實現丟糟快速達到安全無害化、資源化生產有機肥。

2 丟糟有機肥的社會需求以及應用效果

我國化肥的年使用量達4214 萬噸，大大超出其他發達國家所設置的上限量，居世界第一，給環境和農業生產帶來不同程度的污染和破壞。為了改善土壤環境和保護生態環境，有機肥的使用和推廣將會成為一種新的趨勢[21]。我國每年丟糟產量超過1 億噸[5]，未經處理的酒糟排放到環境中容易造成環境污染和資源浪費，利用丟糟生產有機肥，為丟糟的資源化利用提供重要途徑，是實現白酒產業綠色、健康、可持續發展的重要途徑，得到白酒行業的高度重視。

目前，白酒丟糟生產的有機肥已經在農作物種植中表現出了良好的效果。席曉黎等[22]研究發現丟糟發酵生產的有機肥可提高白菜的維生素C 和可溶性糖含量，提高白菜品質和口感；浩折霞等[23]利用酒糟牛糞堆肥復配育苗基質，該基質培育的瓜果類蔬菜幼苗根莖體積、百株鮮質量、根系活力、葉綠素總量均高于其他配方基質；曾晶等[24]的田間試驗表明，酒糟型生物有機肥提高了豆角的產量,增加了豆角果實中可溶性糖含量,減少了豆角果實中硝酸鹽、亞硝酸鹽和粗纖維的含量，增加了維生素C 含量；貴州茅臺集團利用醬香型白酒丟糟生產優質有機肥，并對肥效進行了驗證，建立了年產8萬噸有機肥生產線，年處理酒糟12 萬噸，生產的有機肥產品目前已施用于茅臺有機高粱種植基地。此外，丟糟有機肥在茶葉、煙草、水稻等作物的栽培中以及土壤改良上都取得了良好的效果[25-28]。

3 好氧堆肥工藝流程及利用酒糟生產有機肥存在的難點

3.1 高溫好氧發酵生產有機肥工藝流程

高溫好氧堆肥化是將有機物料與填充料按一定的比例混合，在合適的水分、碳氮比、通氣條件、pH值下，使微生物繁殖并降解有機質，從而產生高溫，殺死病原菌及雜草種子，使有機物達到穩定化[29-30]。高溫好氧堆肥的工藝流程包括預處理、堆肥發酵及后加工處理三個部分，具體如圖1所示。

圖1 高溫好氧堆肥工藝流程

3.2 利用酒糟生產有機肥存在的難點

丟糟作為堆肥原料生產有機肥，因其自身的特性，在堆肥過程中存在一定的困難，難點在于：(1)白酒丟糟含水量高、透氣性差。好氧堆肥過程中堆體的含氧量影響堆體微生物的種群數量和活性，氧氣充足可以加速有機質分解、減少惡臭氣體的產生，促進腐熟；氧氣缺乏，好氧微生物生命活動受到限制，分解速度降低，堆體升溫困難[31]。丟糟作為原料生產有機肥，具有含水量高（一般在50 %～60%），黏度大，透氣性差，氧氣不易融入的特點[32]，不利于發酵的進行，同時，易造成局部厭氧發酵產酸，并產生惡臭氣體，堆肥無法正常進行[33]。因此，丟糟堆肥過程中利用攪拌、翻堆或適當添加廢棄稻草等疏松劑有益于增大氧氣的融入，促進好氧發酵。王強義等[34]在酒糟堆肥原料中添加了秸稈、米糠、鋸木面3 種原料，增加了堆體的孔隙度，提高了堆肥含氧率，堆肥第2天即進入高溫期，有效促進了發酵的進行；(2)白酒丟糟酸度大。酸度是影響微生物活性的重要因素，好氧堆肥過程中微生物生長最適宜的pH 是中性和弱堿性，pH 太高或太低都會影響堆肥效率[35]。白酒丟糟pH值介于3.4～4.0[36-37]，酸度較高，微生物很難在丟糟中定植并快速堆肥化發酵。王和玉等[20]利用pH 值為3.5 左右的酒糟進行好氧發酵堆肥，堆積第6 天堆體才進入高溫階段，周蓮等[38]以酒糟為原料進行好氧堆肥，調節堆體pH 值至7 左右，堆肥第1 天堆肥即進入高溫階段。丟糟堆肥過程中適當調節原料的pH值，能夠加速堆肥的好氧發酵；(3)丟糟中好氧微生物種類和數量低。白酒蒸餾時已將酒糟中絕大多數的微生物殺死，存放過程中盡管也會滋生微生物，但多以厭氧微生物為主，不利于丟糟堆肥自然發酵和有機物質的降解[39]。為了縮短丟糟堆肥發酵的啟動時間，加速丟糟堆肥化進程，發酵前可適當添加微生物菌種以提高好氧堆肥發酵速度[40-42]。微生物菌種應以好氧性、適應性強、繁殖速度快、產纖維素酶及淀粉酶能力強的細菌或真菌為主。楊新等[43]以地衣芽孢桿菌、空氣芽孢桿菌、黑曲霉等制備高溫復合菌劑，添加到酒糟原料中進行堆肥，該高溫復合菌劑促進了堆體的腐熟效果，提高了肥效，成功制備了優質生物有機肥；(4)白酒丟糟碳氮比低。碳氮比（C/N）是高效堆肥的最關鍵因素，對肥堆中微生物的生長活動、堆肥腐熟時間長短和有機肥的品質好壞都有很大的影響，最佳碳氮比在25～35之間[44-45]。原料碳氮比過高，碳多氮乏，原料中用于微生物生長繁殖的營養相對缺乏，微生物生長受到限制；碳氮比低于20∶1，碳少氮多，原料營養過于豐富，導致堆肥升溫過程過于劇烈從而抑制微生物活動[38]。此外，豐富的氮元素會讓微生物無法及時轉化和充分利用，氮素轉化為氨態氮揮發，導致氮素損失[46]。白酒丟糟的碳氮比在12～24 之間[47-48]，不經過處理的丟糟進行好氧堆肥發酵，易造成營養成分的丟失。郭夏麗等[37]以C/N 比為12.8 的酒糟進行高溫好氧發酵堆肥，堆肥第12 天氮素損失率已達到20.8%，有機肥產品質量降低，因此，白酒丟糟堆肥過程中適當調節原料的碳氮比，有利于改善堆肥的品質和腐熟效果，有利于白酒丟糟的堆肥化生產。

4 展望

隨著人們生活水平的提高，對安全優質農產品的需求越來越高，有機農產品市場供不應求，酒糟有機肥具有廣闊的市場前景。綜合相關文獻可知，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，未來可從以下方面進一步加強研究：(1)針對不同地區氣候情況、土壤類型、作物品種差異，選育營養、抗病和促生的優勢菌群，制備以酒糟為原料的特定功能生物有機肥，加速酒糟的資源化利用的同時，實現有機綠色產品的大面積覆蓋生產，提高人民生活質量水平；(2)利用功能菌（固氮、解磷、解鉀、抗病等）聯合酒糟生產功能生物有機肥，通過功能菌分泌生長激素，促進磷、鉀等的釋放調節植物生長發育，還可以利用產生的拮抗物質，如脂肽類物質，抑制病原微生物的生長繁殖，提高作物對生物和非生物脅迫的抵抗能力。綜上，利用白酒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重要途徑，對推動中國白酒企業循環式生產、產業循環式組合，廢物交換利用和循環使用，實現白酒綠色、循環、低碳的高質量發展具有重要意義。