制糖固廢轉化生物有機肥在甘蔗生產上的應用現狀及發展趨勢分析

程學朝，玉華香，楊柳青

（1.廣西東門南華糖業有限責任公司，廣西 崇左 532108；2.廣西洋浦南華糖業集團股份有限公司，廣西 南寧 530001）

0 引言

在農業生產中用生物有機肥替代化肥，是發展低碳經濟的重要措施。甘蔗制糖過程中產生的固體廢物濾泥、蔗渣灰和蔗髓養分豐富，是生產生物有機肥的理想有機原料。制糖過程中產生的濾泥隨意堆放會污染地下水和周圍環境，未發酵腐熟的濾泥直接還田會造成燒根，影響農作物正常生長，也容易引起作物病蟲害。隨著化肥的大量施用，作物肥料利用率不斷降低，僅靠大量施用化肥提高作物產量的效果有限，還會造成一系列問題，如土壤酸化、板結、肥力下降，土地和水源受到污染，農作物出現中量元素和微量元素缺乏，作物抗病蟲害和自然災害能力降低等。生物有機肥具有改良土壤，培肥地力，使土壤保肥、保水、透氣的作用，長期施用有機肥能使土壤積累大量有機質和腐殖質，增加大量有益微生物，促進養分轉化，能改善作物營養，促進作物新陳代謝和生長，增加產量，提高品質；還能增加優勢菌群，減少病原菌，提高作物抗病能力，減少農藥使用量。生物肥料主要利用有機廢棄物作為有機質來源，能減少污染、凈化環境，有利于生態循環。

1 糖廠生產性固體廢物肥料化綜合利用的必要性

1.1 濾泥、蔗渣灰直接還田處置難度日益增加

制糖業在榨季產生大量的濾泥和蔗渣灰等固體污染物，目前廣西相當一部分制糖企業的處置方法是將濾泥和蔗渣灰作為基肥直接施用于農田，對周圍的土壤環境、水環境和大氣環境產生了一定影響。同時，近年來由于當地農民施肥觀念改變、直接施用濾泥容易引發病蟲害、持續降雨時無法進行濾泥銷售等原因，使得濾泥直接還田的難度不斷增加。

1.2 蔗區土質下降，亟需改良

廣西原料蔗區部分蔗田已連續種植甘蔗長達十余年，由于每年都靠使用化肥來保證甘蔗產量，造成土壤板結，肥料中的養分固化在土壤里，即使施用再多化肥也由于甘蔗養分吸收效果不良而造成單位產量無法提高，甚至逐年下降，甘蔗含糖量也難以提高。常年使用化肥使土地抵御病蟲害的能力下降，特別是土傳病害較為嚴重。因此，亟需通過推廣使用生物有機肥改變土質逐年下降的現狀，改良土壤，抑制病蟲害。

1.3 當地農民經濟收入偏低，亟待提高

為了保證蔗區農民種植甘蔗的積極性，廣西各制糖企業均與當地蔗農簽訂了甘蔗收購合同，明確了甘蔗收購價格，但就目前而言，當地蔗農的整體收入水平仍比較低，與種植香蕉、果樹等經濟作物相比，種蔗收益偏低，市場競爭力不足，其主要原因是蔗區土地面積有限，且甘蔗單位產量較低，因此可以通過施用有機肥替代化肥來改良當地土壤，解決農作物養分吸收不良的問題，提高甘蔗單產從而增加蔗農的經濟收入。

1.4 糖廠生產性固體廢物肥料化利用可創造循環經濟效益

糖廠生產性固廢富含有機質，根據崇左某糖廠實驗室分析數據，一般新鮮濾泥有機質含量可達60%左右，舊濾泥可達45%左右，蔗渣灰可達25%左右，蔗渣可達90%左右，是生產生物有機肥的理想原料。以濾泥、蔗渣灰和蔗髓為主要原料，生產新一代環保型生物有機肥，能變廢為寶，提高綜合利用水平，無形中拉長了糖廠的產業鏈條，使糖業生產形成循環閉合的生態系統，即土地種植甘蔗—甘蔗用來制糖—制糖固體廢物用來生產肥料—肥料用來培肥土壤，可創造循環經濟效益。

2 糖廠生物有機肥主要生產工藝及技術要點

2.1 糖廠固廢生產生物有機肥技術成熟

以濾泥、蔗渣灰和蔗髓為主要原料生產生物有機肥技術成熟，廣西和云南的制糖企業都有利用濾泥生產生物有機肥的成功經驗，且已經過多年的生產及推廣應用。利用生物發酵劑發酵濾泥效果好，處理過程未造成污染物轉移，提高了糖廠固體廢物的綜合利用水平，所制生物有機肥能改良土壤，提高土質，促進甘蔗增產、增收。

2.2 生產工藝主要流程

首先對原料進行預處理，濾泥和蔗渣灰通過自然堆放晾曬使水分降到60%以下，檢測濾泥和蔗渣灰的有機質含量后混入約10%的蔗髓，并按比例加入發酵菌劑送入發酵大棚進行生物發酵。定期檢測發酵溫度，利用翻堆機進行翻堆混勻及降溫，發酵溫度控制在55～70 ℃，同時利用翻堆機進行翻堆供氧，避免厭氧發酵；間隔約24 h翻堆1次。經30～40 d發酵，使物料含水率降到25%～35%，生產出成熟物料。成熟物料經過生物粉碎機粉碎后，進入篩分機篩選出合格物料進入混合機，經添加一定比例的菌種后進行定量包裝出廠（粉劑包裝），或進入造粒機進行造粒后包裝出廠（顆粒包裝），篩分機篩上物返回混合工段或發酵工段繼續處理。

2.3 發酵工藝控制要點

濾泥、蔗渣灰和蔗髓等原料好氧發酵處理的關鍵就是促使微生物發酵過程能快速順利進行并將物料熟化，主要是控制好以下參數。

2.3.1 供氧量

供氧不足會造成大量微生物死亡，減緩分解速度；但空氣量過大又會使溫度降低，不利于高溫菌的氧化分解，因此供氧量要適當，采用翻堆自然供氧。

2.3.2 原料含水率

原料的含水率對發酵過程影響很大，水分太低會妨礙微生物的繁殖，使分解反應減緩甚至停止，而水分過高則會導致原料內部空隙被水充滿，空氣量減少，形成厭氧狀態。且過多的水分蒸發會帶走大部分熱量，使發酵過程達不到要求溫度，抑制高溫菌的降解活性，影響發酵效果，原料的含水率在50%～60%為宜。

2.3.3 pH

pH是微生物生長的重要條件，在發酵初期，由于酸性細菌的作用，pH降到5.5～6.0，使堆肥物料呈酸性，而后以酸性物為養料的細菌生長繁殖會使pH上升，發酵結束后物料pH一般上升到8.0～9.0。

2.3.4 發酵溫度

根據菌種的發酵溫度要求將發酵溫度控制在適合的范圍內，一般菌種要求發酵溫度控制在60～70 ℃，嚴禁超出70 ℃，溫度過高會造成大量微生物死亡。采用翻堆控制發酵溫度，一般發酵前10 d每48 h翻料1次，發酵10 d后，間隔24 h翻料1次，經過30～40 d發酵，使物料水分降至25%～35%即可收料。

3 產品質量標準

以濾泥、蔗渣灰和蔗髓為主要原料生產的生物有機肥，產品質量執行農業行業標準NY 884—2012《生物有機肥》，該標準主要產品技術指標要求如表1所示。也可根據客戶的需求，添加一定比例的磷酸二銨、氯化鉀、尿素等化肥提高肥料總養分至6%～10%，從而提高施肥效果。

4 施用生物有機肥對蔗地土壤的修復功效

4.1 施用生物有機肥對蔗地土壤理化性質的影響

過度使用化肥是造成蔗地土壤中鹽和重金屬污染的主要原因。地塊連續種植同一作物會造成土壤緊實和蓄水能力降低等，導致作物產量下降。而生物有機肥集環保和經濟于一身，近年來在土壤改良中的應用越來越多。與常規耕作相比，施用生物有機肥使土壤pH從5.64提升到6.04，緩解土壤酸化；使土壤氮、磷、鉀含量分別提升9.88%、21.39%和7.99%，改善土壤養分和有機質條件；土壤孔隙增加5.66%～8.30%，改善連作土壤的物理和水力特性［1］。在肥料中添加有益微生物菌劑能促進元素循環，協調土壤水、肥、氧氣和溫度間的矛盾，激發土壤活性；增強土壤酶活性，促進作物對營養物質的吸收利用，提高作物抗性，減少病蟲害危險；提高土壤孔隙度，使土壤結構疏松，利于作物根系延伸，促進作物更好生長［2］。在生物有機肥中添加芽孢桿菌能減少土壤含氮量，提高土壤速效磷和堿解氮含量［3］。

4.2 施用生物有機肥影響蔗地土壤微生物群落

微生物是蔗地土壤生態系統的重要組成部分，參與土壤養分循環和有機質分解等一系列土壤生化反應。土壤微生物群落結構的穩定性和特異性影響耕地的生態功能和生產力水平。農資使用和耕作方式等人類生產活動會影響土壤微生物群落的分布和功能。與化肥相比，有機肥改善了土壤微生物多樣性和群落結構。生物有機肥中的有益菌可參與生態系統的多個生化活動，包括有機質分解、養分循環、植物生長和病害防護等，調節根際微生物群落的多樣性，影響植物根際微生態，對耕地產生正向生態反饋。在土壤中施加生物有機肥還可促進共生微生物的生長繁殖，促使植物與細菌和真菌協同作用，共同改善生存環境，促進植物生長，增強植物對環境脅迫的適應性。添加生物有機肥可增加菌群的豐富度和多樣性，使腐生菌豐度平均增加22.55%～76.09%，動物致病菌平均減少28.61%～73.84%；施用生物有機肥輔以土壤熏蒸除菌技術，能降低有害真菌子囊菌和鐮刀菌的豐度，提高土壤有益微生物腎小球菌、孢霉菌、腐質霉和芽孢桿菌的相對豐度，有利于作物生長發育，緩解農作物連作障礙［1］。生物有機肥和硅肥作為改良劑可以提高土壤微生物活性，增加土壤養分的有效性。施用生物有機肥還可提高土壤有機碳含量，增加nir S型反硝化菌的豐度，加速土壤氮元素流通，從而提高土壤生產力［3］。

4.3 生物有機肥促進蔗地土壤可持續利用

為了提高甘蔗單位產量，在甘蔗生產過程中蔗農常密集施用化肥、農藥和除草劑等，但長此以往，將導致蔗地土壤質量下降和農業生態系統功能紊亂，嚴重影響蔗地可持續發展。將糖廠制糖產生的濾泥、蔗渣灰和蔗髓等有機廢物與土壤改良劑等一起制成有機肥料，再添加有益微生物菌劑制成生物有機肥料，既可替代化肥提高作物產量和品質，又可減少生態污染，從而實現高產和環保的雙贏。施用生物有機肥后，一方面微生物通過多種機制促進植物生長，提升作物品質；另一方面植物根系通過光合作用釋放碳滲出物為微生物提供養分，實現植物—微生物共生，促進土壤可持續利用。研究表明，在肥料中添加PGPB菌株對重金屬和有機化合物污染的土壤有明顯的修復作用，施用生物有機肥DNBF32可通過調節土壤菌群結構和數量促進除草劑阿特拉津的降解，實現土壤污染修復，保持土壤肥力；生物有機肥料還能減少耕地中碳排放，緩解溫室效應［4］。

5 生物有機肥的施肥效果

施用生物有機肥主要是改良土壤，解決甘蔗養分吸收不良的問題。采用生物有機肥替代部分化肥進行施肥后，蔗區甘蔗增產、增糖效果明顯。前人研究蔗地增施生物有機肥的結果表明，增施生物有機肥可促進甘蔗增產10.865～22.585 t/hm2，增產率為15.02%～31.22%；蔗糖分增加0.41%～1.01%（絕對值），增產、增糖效果顯著［5］。據了解，崇左市某制糖企業的主要做法是整個甘蔗種植期采用“3+2”模式，即每畝（0.067 hm2）蔗地施用約3包生物有機肥配合2包高養分甘蔗專用藥肥（總養分為36%～45%），代替原先施用4包高養分甘蔗專用藥肥。另外，由于生物有機肥每噸售價一般在1000元以下，而高養分甘蔗專用藥肥的每噸售價平均為3500～4200元，施用生物有機肥可顯著降低蔗農的施肥成本，經測算，每畝（0.067 hm2）蔗地可降低施肥成本約200元。

6 結語

目前我國生物肥料產業初具規模，已成為農業生物產業的重要組成部分。國家產業政策對生物肥料行業發展給予了足夠的重視和支持，國家在科研資金和產業化示范項目建設上的支持力度也是空前的，這也是促進我國肥料行業發展的有利因素。糖廠生產性固廢富含有機質，是生產生物有機肥的理想原料，以濾泥、蔗渣灰和蔗髓為主要原料生產生物有機肥技術成熟，施用生物有機肥對蔗地土壤有明顯的修復功效，糖廠生產性固廢制成生物有機肥還田不僅提高了糖廠生產性固廢的綜合利用水平，減少了環境污染，創造循環經濟效益，同時對甘蔗增產、增糖起到明顯促進作用，經濟和社會效益顯著。目前廣西制糖企業生產性固廢肥料化綜合利用水平還比較低，相當一部分制糖企業對濾泥和蔗渣灰的處置還是以直接還田為主。隨著我區環保政策對糖廠生產性固廢的處置要求越來越高，濾泥和蔗渣灰直接還田的處置方式也會被逐步淘汰。可以預見，糖廠生產性固廢制成生物有機肥，在新形勢下將會有較大的發展空間，必將成為糖廠生產性固廢處置利用的主要方式，在促進我區環境保護水平的提高和甘蔗增產、增糖方面發揮更大作用。