制糖固废转化生物有机肥在甘蔗生产上的应用现状及发展趋势分析

程学朝，玉华香，杨柳青

（1.广西东门南华糖业有限责任公司，广西 崇左 532108；2.广西洋浦南华糖业集团股份有限公司，广西 南宁 530001）

0 引言

在农业生产中用生物有机肥替代化肥，是发展低碳经济的重要措施。甘蔗制糖过程中产生的固体废物滤泥、蔗渣灰和蔗髓养分丰富，是生产生物有机肥的理想有机原料。制糖过程中产生的滤泥随意堆放会污染地下水和周围环境，未发酵腐熟的滤泥直接还田会造成烧根，影响农作物正常生长，也容易引起作物病虫害。随着化肥的大量施用，作物肥料利用率不断降低，仅靠大量施用化肥提高作物产量的效果有限，还会造成一系列问题，如土壤酸化、板结、肥力下降，土地和水源受到污染，农作物出现中量元素和微量元素缺乏，作物抗病虫害和自然灾害能力降低等。生物有机肥具有改良土壤，培肥地力，使土壤保肥、保水、透气的作用，长期施用有机肥能使土壤积累大量有机质和腐殖质，增加大量有益微生物，促进养分转化，能改善作物营养，促进作物新陈代谢和生长，增加产量，提高品质；还能增加优势菌群，减少病原菌，提高作物抗病能力，减少农药使用量。生物肥料主要利用有机废弃物作为有机质来源，能减少污染、净化环境，有利于生态循环。

1 糖厂生产性固体废物肥料化综合利用的必要性

1.1 滤泥、蔗渣灰直接还田处置难度日益增加

制糖业在榨季产生大量的滤泥和蔗渣灰等固体污染物，目前广西相当一部分制糖企业的处置方法是将滤泥和蔗渣灰作为基肥直接施用于农田，对周围的土壤环境、水环境和大气环境产生了一定影响。同时，近年来由于当地农民施肥观念改变、直接施用滤泥容易引发病虫害、持续降雨时无法进行滤泥销售等原因，使得滤泥直接还田的难度不断增加。

1.2 蔗区土质下降，亟需改良

广西原料蔗区部分蔗田已连续种植甘蔗长达十余年，由于每年都靠使用化肥来保证甘蔗产量，造成土壤板结，肥料中的养分固化在土壤里，即使施用再多化肥也由于甘蔗养分吸收效果不良而造成单位产量无法提高，甚至逐年下降，甘蔗含糖量也难以提高。常年使用化肥使土地抵御病虫害的能力下降，特别是土传病害较为严重。因此，亟需通过推广使用生物有机肥改变土质逐年下降的现状，改良土壤，抑制病虫害。

1.3 当地农民经济收入偏低，亟待提高

为了保证蔗区农民种植甘蔗的积极性，广西各制糖企业均与当地蔗农签订了甘蔗收购合同，明确了甘蔗收购价格，但就目前而言，当地蔗农的整体收入水平仍比较低，与种植香蕉、果树等经济作物相比，种蔗收益偏低，市场竞争力不足，其主要原因是蔗区土地面积有限，且甘蔗单位产量较低，因此可以通过施用有机肥替代化肥来改良当地土壤，解决农作物养分吸收不良的问题，提高甘蔗单产从而增加蔗农的经济收入。

1.4 糖厂生产性固体废物肥料化利用可创造循环经济效益

糖厂生产性固废富含有机质，根据崇左某糖厂实验室分析数据，一般新鲜滤泥有机质含量可达60%左右，旧滤泥可达45%左右，蔗渣灰可达25%左右，蔗渣可达90%左右，是生产生物有机肥的理想原料。以滤泥、蔗渣灰和蔗髓为主要原料，生产新一代环保型生物有机肥，能变废为宝，提高综合利用水平，无形中拉长了糖厂的产业链条，使糖业生产形成循环闭合的生态系统，即土地种植甘蔗—甘蔗用来制糖—制糖固体废物用来生产肥料—肥料用来培肥土壤，可创造循环经济效益。

2 糖厂生物有机肥主要生产工艺及技术要点

2.1 糖厂固废生产生物有机肥技术成熟

以滤泥、蔗渣灰和蔗髓为主要原料生产生物有机肥技术成熟，广西和云南的制糖企业都有利用滤泥生产生物有机肥的成功经验，且已经过多年的生产及推广应用。利用生物发酵剂发酵滤泥效果好，处理过程未造成污染物转移，提高了糖厂固体废物的综合利用水平，所制生物有机肥能改良土壤，提高土质，促进甘蔗增产、增收。

2.2 生产工艺主要流程

首先对原料进行预处理，滤泥和蔗渣灰通过自然堆放晾晒使水分降到60%以下，检测滤泥和蔗渣灰的有机质含量后混入约10%的蔗髓，并按比例加入发酵菌剂送入发酵大棚进行生物发酵。定期检测发酵温度，利用翻堆机进行翻堆混匀及降温，发酵温度控制在55～70 ℃，同时利用翻堆机进行翻堆供氧，避免厌氧发酵；间隔约24 h翻堆1次。经30～40 d发酵，使物料含水率降到25%～35%，生产出成熟物料。成熟物料经过生物粉碎机粉碎后，进入筛分机筛选出合格物料进入混合机，经添加一定比例的菌种后进行定量包装出厂（粉剂包装），或进入造粒机进行造粒后包装出厂（颗粒包装），筛分机筛上物返回混合工段或发酵工段继续处理。

2.3 发酵工艺控制要点

滤泥、蔗渣灰和蔗髓等原料好氧发酵处理的关键就是促使微生物发酵过程能快速顺利进行并将物料熟化，主要是控制好以下参数。

2.3.1 供氧量

供氧不足会造成大量微生物死亡，减缓分解速度；但空气量过大又会使温度降低，不利于高温菌的氧化分解，因此供氧量要适当，采用翻堆自然供氧。

2.3.2 原料含水率

原料的含水率对发酵过程影响很大，水分太低会妨碍微生物的繁殖，使分解反应减缓甚至停止，而水分过高则会导致原料内部空隙被水充满，空气量减少，形成厌氧状态。且过多的水分蒸发会带走大部分热量，使发酵过程达不到要求温度，抑制高温菌的降解活性，影响发酵效果，原料的含水率在50%～60%为宜。

2.3.3 pH

pH是微生物生长的重要条件，在发酵初期，由于酸性细菌的作用，pH降到5.5～6.0，使堆肥物料呈酸性，而后以酸性物为养料的细菌生长繁殖会使pH上升，发酵结束后物料pH一般上升到8.0～9.0。

2.3.4 发酵温度

根据菌种的发酵温度要求将发酵温度控制在适合的范围内，一般菌种要求发酵温度控制在60～70 ℃，严禁超出70 ℃，温度过高会造成大量微生物死亡。采用翻堆控制发酵温度，一般发酵前10 d每48 h翻料1次，发酵10 d后，间隔24 h翻料1次，经过30～40 d发酵，使物料水分降至25%～35%即可收料。

3 产品质量标准

以滤泥、蔗渣灰和蔗髓为主要原料生产的生物有机肥，产品质量执行农业行业标准NY 884—2012《生物有机肥》，该标准主要产品技术指标要求如表1所示。也可根据客户的需求，添加一定比例的磷酸二铵、氯化钾、尿素等化肥提高肥料总养分至6%～10%，从而提高施肥效果。

4 施用生物有机肥对蔗地土壤的修复功效

4.1 施用生物有机肥对蔗地土壤理化性质的影响

过度使用化肥是造成蔗地土壤中盐和重金属污染的主要原因。地块连续种植同一作物会造成土壤紧实和蓄水能力降低等，导致作物产量下降。而生物有机肥集环保和经济于一身，近年来在土壤改良中的应用越来越多。与常规耕作相比，施用生物有机肥使土壤pH从5.64提升到6.04，缓解土壤酸化；使土壤氮、磷、钾含量分别提升9.88%、21.39%和7.99%，改善土壤养分和有机质条件；土壤孔隙增加5.66%～8.30%，改善连作土壤的物理和水力特性［1］。在肥料中添加有益微生物菌剂能促进元素循环，协调土壤水、肥、氧气和温度间的矛盾，激发土壤活性；增强土壤酶活性，促进作物对营养物质的吸收利用，提高作物抗性，减少病虫害危险；提高土壤孔隙度，使土壤结构疏松，利于作物根系延伸，促进作物更好生长［2］。在生物有机肥中添加芽孢杆菌能减少土壤含氮量，提高土壤速效磷和碱解氮含量［3］。

4.2 施用生物有机肥影响蔗地土壤微生物群落

微生物是蔗地土壤生态系统的重要组成部分，参与土壤养分循环和有机质分解等一系列土壤生化反应。土壤微生物群落结构的稳定性和特异性影响耕地的生态功能和生产力水平。农资使用和耕作方式等人类生产活动会影响土壤微生物群落的分布和功能。与化肥相比，有机肥改善了土壤微生物多样性和群落结构。生物有机肥中的有益菌可参与生态系统的多个生化活动，包括有机质分解、养分循环、植物生长和病害防护等，调节根际微生物群落的多样性，影响植物根际微生态，对耕地产生正向生态反馈。在土壤中施加生物有机肥还可促进共生微生物的生长繁殖，促使植物与细菌和真菌协同作用，共同改善生存环境，促进植物生长，增强植物对环境胁迫的适应性。添加生物有机肥可增加菌群的丰富度和多样性，使腐生菌丰度平均增加22.55%～76.09%，动物致病菌平均减少28.61%～73.84%；施用生物有机肥辅以土壤熏蒸除菌技术，能降低有害真菌子囊菌和镰刀菌的丰度，提高土壤有益微生物肾小球菌、孢霉菌、腐质霉和芽孢杆菌的相对丰度，有利于作物生长发育，缓解农作物连作障碍［1］。生物有机肥和硅肥作为改良剂可以提高土壤微生物活性，增加土壤养分的有效性。施用生物有机肥还可提高土壤有机碳含量，增加nir S型反硝化菌的丰度，加速土壤氮元素流通，从而提高土壤生产力［3］。

4.3 生物有机肥促进蔗地土壤可持续利用

为了提高甘蔗单位产量，在甘蔗生产过程中蔗农常密集施用化肥、农药和除草剂等，但长此以往，将导致蔗地土壤质量下降和农业生态系统功能紊乱，严重影响蔗地可持续发展。将糖厂制糖产生的滤泥、蔗渣灰和蔗髓等有机废物与土壤改良剂等一起制成有机肥料，再添加有益微生物菌剂制成生物有机肥料，既可替代化肥提高作物产量和品质，又可减少生态污染，从而实现高产和环保的双赢。施用生物有机肥后，一方面微生物通过多种机制促进植物生长，提升作物品质；另一方面植物根系通过光合作用释放碳渗出物为微生物提供养分，实现植物—微生物共生，促进土壤可持续利用。研究表明，在肥料中添加PGPB菌株对重金属和有机化合物污染的土壤有明显的修复作用，施用生物有机肥DNBF32可通过调节土壤菌群结构和数量促进除草剂阿特拉津的降解，实现土壤污染修复，保持土壤肥力；生物有机肥料还能减少耕地中碳排放，缓解温室效应［4］。

5 生物有机肥的施肥效果

施用生物有机肥主要是改良土壤，解决甘蔗养分吸收不良的问题。采用生物有机肥替代部分化肥进行施肥后，蔗区甘蔗增产、增糖效果明显。前人研究蔗地增施生物有机肥的结果表明，增施生物有机肥可促进甘蔗增产10.865～22.585 t/hm2，增产率为15.02%～31.22%；蔗糖分增加0.41%～1.01%（绝对值），增产、增糖效果显著［5］。据了解，崇左市某制糖企业的主要做法是整个甘蔗种植期采用“3+2”模式，即每亩（0.067 hm2）蔗地施用约3包生物有机肥配合2包高养分甘蔗专用药肥（总养分为36%～45%），代替原先施用4包高养分甘蔗专用药肥。另外，由于生物有机肥每吨售价一般在1000元以下，而高养分甘蔗专用药肥的每吨售价平均为3500～4200元，施用生物有机肥可显著降低蔗农的施肥成本，经测算，每亩（0.067 hm2）蔗地可降低施肥成本约200元。

6 结语

目前我国生物肥料产业初具规模，已成为农业生物产业的重要组成部分。国家产业政策对生物肥料行业发展给予了足够的重视和支持，国家在科研资金和产业化示范项目建设上的支持力度也是空前的，这也是促进我国肥料行业发展的有利因素。糖厂生产性固废富含有机质，是生产生物有机肥的理想原料，以滤泥、蔗渣灰和蔗髓为主要原料生产生物有机肥技术成熟，施用生物有机肥对蔗地土壤有明显的修复功效，糖厂生产性固废制成生物有机肥还田不仅提高了糖厂生产性固废的综合利用水平，减少了环境污染，创造循环经济效益，同时对甘蔗增产、增糖起到明显促进作用，经济和社会效益显著。目前广西制糖企业生产性固废肥料化综合利用水平还比较低，相当一部分制糖企业对滤泥和蔗渣灰的处置还是以直接还田为主。随着我区环保政策对糖厂生产性固废的处置要求越来越高，滤泥和蔗渣灰直接还田的处置方式也会被逐步淘汰。可以预见，糖厂生产性固废制成生物有机肥，在新形势下将会有较大的发展空间，必将成为糖厂生产性固废处置利用的主要方式，在促进我区环境保护水平的提高和甘蔗增产、增糖方面发挥更大作用。