农用植物酵素在有机农业生产中的生态作用

张越　王小芬

[摘 要]近年来，随着食品安全问题频发，人们对健康的重视及对高品质农产品的需求得到空前高涨，有机农业因此得到蓬勃发展。有机农业的首要重任是补充土壤有机质，将形成的生态产品返还土壤，让农田有机废弃物资源化则是补充土壤肥力、增加土壤有机质的有效途径。适合在农村使用的农田废弃物资源化的方法有固体堆肥发酵、沼气工程、农用植物酵素三种。其中，农用植物酵素由于富含有益菌、营养元素、天然植物激素及有机酸等，可被用于制肥及有机生产的全过程，能够在建立良好的土壤微生态环境及促进植物生长方面起到重要的生态综合效应。

[关键词]农用植物酵素;有机农业;沼气工程;固体堆肥;生态效应

有机农业是自20世纪70年代以来西方国家在受到食品安全、粮食安全、乡村社会安全、资源环境安全、国际农业安全等严重威胁的背景下逐渐形成的。国际有机运动联盟认为，有机农业是一种遵从当地生态节律、生物多样性和自然循环，不依赖会带来不利影响的投入物质，能维护土壤、生态系统和人类健康的生产体系①。有机农业在生产力、环境、经济、社会等方面的综合效应要优于传统常规农业②，既有利于保护人类共同的生存环境，也有利于促进包括人类在内的整个自然界的公平与和谐共生。有机农业强调传统农业与现代科技的和谐结合，所以在西方发达国家越来越受追捧。瑞士有机农地占农地总面积的11%，法国约有5%的农场专门生产有机食品原料，美国几乎所有的连锁店都销售有机食品，从事有机农业生产的农民以每年12%的速度递增③。2010年以来，中国有机农场数量开始逐渐增多，有机产品越来越受到中国消费者认可。据瑞士有机农业研究所与国际有机农业联盟共同发布的《世界有机农业概况与趋势预测》表明，中国已成为亚洲有机农地面积最大的10个国家之一，在世界有机食品市场销售额最高的10个国家中，中国排名第4④。但是受有机农产品产量低、有机农场管理成本高的影响而造成有机农产品价格偏高的现状，阻碍了中国有机农业的发展。因此，需要不断完善推进适合中国国情的有机农业生产技术，以期降低生产成本，提高生产产量，从而达到降低有机农产品价格的目的，最终可迎来中国有机农业的春天。

由于化肥农药的不合理施用，土壤微生态系统遭受致命破坏，土壤质量发生恶化。因此，恢复土壤微生物活性，补充土壤有机质，已成为有机农业需要解决的首要问题。增加土壤有机质的重要途经是将有机废弃物资源化，即将农田废弃物、畜禽粪便、加工废弃物、屠宰废弃物等有机物重复发酵后返还回土壤。土壤是植物生长、肥料作用的载体基质，土壤—肥料—植物三者之间的平衡是农业生产健康发展的基础①。构建健康的土壤生态系统离不开将有机物（肥）返还土壤这一重要环节。农田废弃物资源化的方式决定了有机肥的形态和质量，因此将“有机物”转化成“肥”的发酵方式对构建土壤生态系统具有重要意义。“有机物”转化成“肥”的具体方法有固体堆肥发酵、沼气工程、农用植物酵素三种。其中，农用植物酵素由于富含有益菌、营养元素、天然植物激素及有机酸等，可被用于制肥及有机生产的全过程，能够在建立良好的土壤微生态环境及促进植物生长方面起到重要的生态综合效应。

一、农用植物酵素

2018年12月28日，中国工业和信息化部发布了关于酵素的两项标准，分别为QB/5323—2018《植物酵素》和QB/T5324—2018《酵素产品分类导则》。标准中规定了植物酵素分为农用、食用、日化、环保四类。其中，農用植物酵素是指以植物为主要原料，添加或不添加辅料，经微生物发酵制得的含有特定生物活性成分的用于种植业、养殖业、土壤改良的酵素产品。种植业用、养殖业用和土壤改良植物酵素理化指标也被详细标明。农用植物酵素的做法是将糖、有机废弃物和水按照1 ∶ 3 ∶ 10的质量比在密闭容器中发酵3个月以上，经过滤得到的一种棕黄色有酸味的发酵产品。农用植物酵素是一种利用废弃蔬菜水果发酵而成的生态产品，富含有益微生物、营养元素、天然植物激素及有机酸等活性代谢成分，具有改良土壤、促进作物生长及防虫抑菌等作用②，可作为提升土壤微生物活性和土壤有机质的重要农业投入品，能够在建立良好的土壤微生态环境及促进植物生长方面起到重要的生态综合效应③。由于富含有益微生物，农用植物酵素的发酵过程被认为是一种天然的获得本地有益微生物的方式，可通过施用农用植物酵素贯穿制肥及有机生产的全过程，它是发展有机农业的重要基石。农用植物酵素的技术要点是以果蔬废弃物为发酵底物，培养本地土著微生物，通过微生物的一系列活动，生成能够培肥地力、控虫防害、提高植物免疫力的有机生态产品④，其作用机理主要有以下几点：

其一，农用植物酵素含有氮（N）、磷（P）、钾（K）等大量化学元素，能被植物有效吸收利用，其所含的有机质又能有效提高土壤肥力。农用植物酵素是微生物的集合体，微生物代谢产生的多种有机酸及酶类，能分解土壤中不能被作物直接吸收利用的有机物、无机物和难溶性矿物养分。多项研究表明，低分子有机酸和腐殖酸可活化土壤中的无机磷①。

其二，农用植物酵素的发酵产物除含有液体外，其固体酵素渣所富含的微生物既可作为下一批发酵菌源使用，也可加入堆肥体系。这样，不仅能为堆肥体系提供营养源，还可提供大量有益微生物，提高堆肥发酵效率，减少氨的排放。在此过程中，农用植物酵素中的有益菌还能促进发酵，再通过肥料进入土壤，帮助土壤形成良好的微生态环境。

其三，由于农用植物酵素发酵原料为果蔬废弃物，发酵过程是一个有机废弃物资源化的过程，所含的大量营养物，有机酸及微量元素都可作为微生物发酵底物，促进微生物活性，保证发酵质量，改良土壤。

可见，农用植物酵素是一种多元的生态产品，可充分利用废弃物资源，变废为宝，是适于在中国有机农场推广的有效技术。图1展示的是农用植物酵素结合有机肥生产、厌氧发酵构建农田有机废弃物零废弃资源化技术从而实现有机生产的技术路线图，可达到用健康土壤生产健康作物、收获健康食材的目的。

二、农用植物酵素在固体堆肥发酵中的作用

中国人民对“肥”的施用可谓历史悠久。早在春秋战国时期，中国古代劳动人民就在实践中归纳出了不同的肥料类型。据清代《肥料史记》的相关记载：中国古代肥料可分为十一大类，即粪肥、土肥、灰肥、绿肥、泥肥、饼肥、渣肥、熏肥、骨肥、秸肥、杂肥②。粪肥多是古代畜禽类粪便，主要包括牛、羊、马、驴、鸡、鸭、鹅等的粪便，可做基肥，亦可做追肥，是古代农业生产中肥料的主要来源。土肥，主要是指旧墙、尘土、灶土等，其氮磷钾含量较高，肥效持续时间长，主要作为植物底肥来施用。灰肥主要是指杂草等有机废弃物燃烧后形成的草木灰，以及灶灰、糠秕灰等，由于富含钾、钙、磷等元素，常被用作速效追肥。西汉时期，农夫们有意识地让杂草丛生，春耕时翻耕杂草后就可作为绿肥的肥源;到了西晋，便开始种植绿肥（大豆、胡麻、绿豆、苕草等）;南北朝则开始大规模轮作种植。泥肥主要是指塘泥、沟泥、湖泥、河泥等，养分全面，宜作基肥。饼肥是将渣饼杵碎和熏土搅拌，堆体发酵，重复3—4次即可形成。渣肥主要来源于豆渣、糖渣、酒渣、油渣等，有机质含量丰富，可做基肥。制作熏肥是将动物粪便直接火烧，将其氧化、腐熟，可大大提高肥效。骨肥的原料多是畜禽骨、鸟兽骨、鱼骨等，养分含量高，可适量作为基肥，不宜过多③。中国古人在农耕思想的哲学体系下，注重“粪”的还田等有机循环理念，在有限的土地上养活越来越多的人口，且地力保持经久不衰。中国人对有机肥的重视和使用方式引起了外国专家的关注。20世纪初，曾任美国农业部土壤局局长的富兰克林·H. 金為解决西方农业土壤退化等问题，不远万里来到中国考察学习，后撰书《四千年农夫》。书中高度评价了东亚国家的传统农业，并将中国人利用粪肥的思想、重视有机循环的生态理念和实践方法带回美国。到了20世纪30年代，西方的堆肥技术开始发展，现已形成了一套完整的技术体系。

堆肥是处理有机废弃物的有效方式之一，其原料来源广泛，包括秸秆、畜禽粪便、污泥、餐厨垃圾、杂草等。堆肥是通过微生物的作用，将有机物矿质化、腐殖化和无害化后变成腐熟肥料的过程，同时高温还能杀死堆肥中的病原菌、虫卵等①。堆肥的过程与初始原料中的C/N（碳氮比）、酸碱值、水分含量、温度、氧气以及是否添加接种剂等参数有关②。大量研究表明，堆肥可作为土壤调节剂、修复剂和肥料，为作物提供生长所必需的N、P、K等元素，还能提高土壤肥力和理化性质③。堆肥还可修复受损土壤和贫瘠土壤，促进作物生长，重建土壤中的微生物群④。J. C. García-Gil等人的研究表明，长期施用城市污泥堆肥，可有效提高土壤酶（氧化还原酶、磷酸酶、脲酶等）的活性和微生物含量⑤。李丽君的研究表明，长期施用堆肥能有效降低土壤容重，提高土壤持水量和电导率⑥。此外，堆肥还可有效提高土壤养分及有机质含量，促进土壤团聚体的发育，更重要的是土壤微生物量会随堆肥使用量的增加而提高。堆肥技术是农田固体废弃物无害化、资源化利用的重要措施，在资源化方式中占重要地位。

堆肥是便于在农村推广的技术，但是农民自行堆制会引起发酵效率低、腐熟不完全、农田施用后产生病虫草等问题。在堆肥中添加农用植物酵素，是解决这些问题的有效措施。农用植物酵素不仅能够提供大量的有益微生物，其发酵液中含有的营养和有机酸还可为微生物提供营养，对启动堆肥和提高堆肥发酵效率以及保存氮素营养有极大的促进作用。

三、农用植物酵素在沼气工程中的作用

秸秆和畜禽粪便可以通过厌氧发酵产生沼渣、沼液、沼气三态产品⑦。沼渣经过处理后可成为有机肥，如庄明儒将沼渣与污泥有机物、水葫芦干基、糖蜜废水及EM菌共同作用后生成了生物有机肥⑧。沼渣有机肥在农业生产中效果显著，如周国顺等人的研究表明，沼渣有机肥可显著提高秋黄瓜单株、结瓜数和小区产量⑨;高英杰等人利用沼渣有机肥进行葡萄种植，可显著提高葡萄的含糖量和果胶质含量①。沼液可作为液体肥和杀虫剂，如杨怀的研究表明，沼液富含作物生长所需的N、P、K等化学元素，利用沼液种植发财树，其叶绿素含量、总叶面积、地茎、胸径、株高等生理、农艺、生物量指标均优于常规施肥对照组②;张媛用沼液与化肥配施，可显著提高油菜的产量及品质。沼液在厌氧环境下发酵，多种病菌、虫卵、杂草种子等均可被杀死③，沼液所含的丁酸、赤霉素、吲哚乙酸以及微生物B12等物质对病菌具有明显抑制作用，所含的维生素和氨基酸等营养物质，可增强作物的抗病防虫能力。多项研究表明，沼液对多种作物的近40种病害具有一定的防治效果，对红、黄蜘蛛效果明显，可在喷施后34小时失活，5～6小时死亡，死亡率高达98.5%④。沼气发酵要经过水解、酸化、产甲烷三个阶段，经提纯后可作为清洁能源使用。

沼气工程是处理大型养殖场粪污的有效方式，将沼气工程和有机农业结合不仅可消纳沼液和沼渣，还能替有机农业找到廉价有效的农业投入品，是一种双赢的结合方式。但是由于沼渣和沼液的厌氧发酵过程会存在大量的还原性物质，会对植物和土壤造成伤害，而利用农用植物酵素可分解其中的还原性物质，使其最终成为环境友好型的农业投入品，这是未来重要的发展方向。

四、结语

秸秆和畜禽粪便是农村最大的废弃物资源，也是土壤所需要的养分，将秸秆和畜禽粪便通过堆肥和厌氧发酵的方式处理后返还回土壤是生态循环的需要，而利用废弃果蔬制作的农用植物酵素则是获得本地有益微生物的便捷手段。在有机肥发酵体系中，将秸秆与畜禽粪便一同发酵，通过调节合理的C/N，添加生物菌剂等生物强化后，可提高堆肥效率和堆肥品质。堆肥养分全面，可提升土壤肥力，在农业生产中常被作为基肥使用。在厌氧发酵体系中，畜禽粪便与秸秆可作为厌氧发酵的底物，在多种水解菌、酸化菌及产甲烷菌等微生物的作用下，产生沼气、沼液、沼渣三态产品，其中沼液与沼渣经过无害化处理后，可基质化与肥料化，并作为环境友好型农业投入品施用于土壤及作物。而果蔬废弃物，可通过微生物发酵形成富含微生物及代谢产物的农用植物酵素，将其添加到堆肥腐熟与沼液沼渣无害化处理过程中，可以提高发酵效率，提升发酵品质。可见，农用植物酵素在整个技术流程中起纽带作用，能稳定地用于有机农业生产。通过对农田废弃物的再利用，将有机物返还回土壤，提高土壤有机质含量，从而构建土壤—微生物—植物的良性系统，最终可收获健康高品质的农产品，实现有机农业生产。

综上，农用植物酵素对有机农业的生态作用体现为：

第一，农用植物酵素是废弃物资源化的产品，可促进资源的循环利用和生态循环。

第二，农用植物酵素是获得本地有益微生物的便捷发酵方式，可为发酵体系提供菌源，提高发酵体系的发酵效率。

第三，农用植物酵素富含有机酸，微量元素及N、P、K等营养物，可作为环境微生物的益生元，促进有益微生物的活性，从而构建健康的微生态环境。

第四，农用植物酵素所含的天然植物激素及微生物的次级代谢产物对植物的促进作用，有助于构建土壤—微生物—植物的良性系统。

第五，农用植物酵素是一种多元生态产品，是确保农田废弃物还田和土壤健康，进行有机生产良性循环的催化剂。