清香型白酒糟生物有机肥制备与肥效研究

赵佳，冯志威，田志刚，高振峰*

（1.晋中学院 生物科学与技术系，山西晋中 030619；2.山西农业大学（山西省农业科学院） 食品科学与工程学院（农产品贮藏保鲜研究所），山西太原 030031）

我国是蒸馏白酒的生产大国，山西省为清香型白酒的发源地，仅汾阳市杏花村镇就有正规酒企17家，2020年产生的酒糟100余万t。酒糟为白酒蒸馏取酒后的固态废弃物，因其持续生产时间长、产量大、不易贮藏与运输的特点，酒糟处理成为限制酿造企业快速发展的瓶颈问题。目前，酒糟主要的处理方式为晾晒后作为动物粗饲料向周围养殖户售卖，但由于其价格低、经济效益差、需求量小等原因，部分酒糟被酒企直接丢弃。随着酿酒产业的快速发展，丢糟规模日益扩大，这不仅使得酒糟资源白白浪费，还对周围的农田与水源等环境造成了严重污染[1-4]。从白酒的酿造生产工艺来看，发酵过程中酿造微生物无法充分利用粮食物料中的所有营养物质，尤其是清香型白酒只进行两轮发酵蒸馏取酒，相对于泸州老窖与五粮液、茅台与郎酒等浓香型与酱香型的白酒糟，蒸馏取酒后残留的营养物质（粗纤维、粗淀粉、粗蛋白、无氮浸出物、粗灰分和矿物质元素等）含量仍然较高。另外，酒糟经过高温蒸煮后可以有效杀菌，因此可作为制作生物有机肥的理想原材料[5-6]。

生物有机肥由有机肥发展而来，是以经过无害化处理、腐熟的畜禽粪污、糠醛渣、各种作物秸秆与菌糠等农业固态废弃物为原料，以具有拮抗病原菌、促进作物生长等功能的特定微生物为发酵剂，进行二次发酵制成的兼具有机肥作用和微生物功效的一类肥料，与其他肥料相比具有稳效、长效、高效3大突出优点[7-8]。车艳丽等[9]以贵州茅台镇的酱香型白酒糟为底物制作栽培基质，以番茄为供试作物，研究酒糟基质对番茄生长及其品质的影响。结果显示，酒糟基质相比普通基质中有机质和总养分含量高，种植过程中番茄生物量、产量明显高于对照，果实品质显著提高。李哲等[10]以泸州老窖蒸馏取酒后的酒糟为原料，利用高温发酵技术生产有机肥，以高粱作为供试作物，研究其对高粱的肥效。结果表明，施用该肥料后高粱产量比对照组提高了12.55%，籽粒含氮量比对照组增加了36.70%，植株磷、钾吸收量分别比对照组上升了22.22%和29.20%，说明该有机肥的肥效显著。目前，既能解决清香型白酒糟无害化处理问题又能实现酒糟的大规模资源化利用的方法已成为学界研究的热点，而利用特定功能微生物菌剂将其发酵制成生物有机肥还未见相关报道，笔者利用具有自主知识产权的微生物复合菌剂对清香型白酒糟进行二次发酵制成酒糟生物有机肥并对其肥效进行研究，为酒糟生物有机肥的开发提供基础数据和研究思路。

1 材料与方法

1.1 实验材料

供试菌种为解淀粉芽孢杆菌CM3、解淀粉芽孢杆菌Lh-1及微白黄链霉菌G-1，均由山西农业大学（山西省农科院）保藏，前期试验证明3种菌株都具有一定的拮抗病原菌与促进植株生长的功效[11-13]；供试黄瓜品种为“津优35号”，供试地点为山西农业大学（山西省农科院）东阳试验基地，位于山西省晋中市；供试酒糟，由山西杏花村国宾白酒有限公司提供；供试培养基为PDA培养基、NA培养基、高氏一号培养基，配方见参考文献[14]。

1.2 仪器与设备

SN-CJ-1G型超净工作台，上海尚仪仪器设备有限公司；SN-SPX-80/150型恒温培养箱，上海尚仪仪器设备有限公司；XFS-260型双阀门灭菌锅，上海尚仪仪器设备有限公司；DDS-11A型电导率仪，上海雷磁仪器有限公司；HH420型恒温数显水浴锅，常州天瑞仪器有限公司；7230G型光谱仪、7230G型分光光度计，上海菁华仪器有限公司。

1.3 菌剂制备

将保存的解淀粉芽孢杆菌CM3、解淀粉芽孢杆菌Lh-1及微白黄链霉菌G-1菌种接入斜面培养基活化，解淀粉芽孢杆菌CM3和解淀粉芽孢杆菌Lh-1使用NA培养基活化，微白黄链霉菌G-1使用PDA培养基活化。活化后的菌株接入液体培养基进行扩繁培养，解淀粉芽孢杆菌CM3和解淀粉芽孢杆菌Lh-1培养条件为30 ℃、200 r/min，发酵36 h；微白黄链霉菌G-1培养条件为30 ℃、200 r/min，发酵48 h。

1.4 清香型白酒糟生物有机肥制备

在清香型白酒糟中加入石灰粉0.9%（w/w）混合均匀调至中性，设计F1与F2两个试验组，每组3个重复。F1自然放置8 d；F2处理如下：将培养好的解淀粉芽孢杆菌CM3、解淀粉芽孢杆菌Lh-1与微白黄链霉菌G-1 3种菌悬液按1∶1∶2的比例混合均匀，然后按3%（V/W）的接种量接种到3个重复的白酒糟中混匀，在低于45 ℃的条件下发酵8 d，总菌量＞109cfu/g备用。

1.5 清香型白酒糟生物有机肥指标检测

1.5.1 清香型白酒糟生物有机肥微生物多样性检测

在F1与F2的每个重复中随机选择5个采样点，每个采样点取100 g样品后混匀，共6个样品，4 ℃保存于自封袋内运回。对采回的样品进行梯度稀释，并在不同的培养基上进行培养，分别统计样品中的细菌、放线菌与真菌数量[12]。

1.5.2 清香型白酒糟生物有机肥理化指标检测

取新鲜样品，按1∶10（g∶mL）比例用蒸馏水稀释，水浴振荡30 min，取上清，测定pH值、电导率、吸光度（665 nm）。种子的发芽指数与含水率的相关检测方法见参考文献[15-16]。

1.6 试验设计

2020年9月，在晋中市榆次区东阳试验基地的日光温室内进行盆栽试验。在营养钵（装土300 g）中进行黄瓜育苗，待出苗后将黄瓜苗移栽入盆钵（装土10 kg）中进行培养。试验设计为3个试验组，每组分为3个试验小区，共9个试验小区（完全随机分布），每个试验小区内放置盆钵30个：（1）对照组（CK），不添加任何肥料；（2）试验组1（T1）以2%（w/w）的施入量向土壤中添加自然放置的清香型白酒糟并混合均匀；（3）试验组2（T2）以2%（w/w）的施入量向土壤中添加经二次发酵的清香型白酒糟生物有机肥并混合均匀。筛选均一度好的黄瓜种子，一粒黄瓜种子穴播于不同处理的营养钵中进行育苗，淘汰不出苗的营养钵，瓜苗长出4～5片真叶后移栽至对应的盆钵中进行常规盆栽试验，定期观测记录。

1.7 清香型白酒糟生物有机肥的各项肥效指标检测

待温室内的黄瓜苗定植40 d后，在每个小区内以“S”形随机取样的方式采取黄瓜植株5株，并收集该黄瓜植株的根际土壤样品100 g，用于后续各项检测。

黄瓜植株根际土壤中微生物群落的检测：将每份根际土壤样品混合均匀后放入自封袋中，4 ℃条件下运回实验室，采用梯度稀释法，分别对样品中的细菌、放线菌与真菌进行统计计数[17]。

黄瓜叶片理化指标测定：丙二醛（MDA）含量，过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）与超氧化物歧化酶（SOD）活性，具体方法见文献[18]。

黄瓜生长指标：黄瓜植株的鲜重、干重、叶面积和株高。植株干重采用烘干法，叶面积采用叶面积仪测定法，株高采用直尺测量法。

2 结果与分析

2.1 清香型白酒糟生物有机肥微生物多样性检测

如表1所示，添加复合菌剂进行二次发酵后，清香型白酒糟中的微生物群落结构发生了显著改变，细菌数量与放线菌数量较F1显著提高并成为绝对优势群落，达到1.47×109cfu/g和1.84×107cfu/g；由于复合菌剂中没有真菌，F2中的真菌数量显著降低，F1中的真菌数量是F2的3倍。

表1 清香型白酒糟生物有机肥微生物多样性检测

2.2 清香型白酒糟生物有机肥各项理化指标检测

如表2所示，清香型白酒糟经二次发酵后相比其理化指标发生了显著变化。二次发酵后F2含水率较F1下降了13.52%。这是因为水分是发酵过程中微生物群落活跃程度的重要反映指标之一，微生物的扩繁与代谢等活动会持续消耗水分，从而使水分减少。pH值是影响作物生长的重要指标之一，添加复合菌剂进行二次发酵后物料由中性向偏碱性转变，其pH值达到8.15，符合腐熟肥料的酸碱度要求。电导率（EC）是反映肥料浸提液中的有机酸盐类和无机盐含量的指标，一般而言肥料电导率＜9.0 mS/cm，不会抑制种子发芽[19]，F2处理相较于F1而言，电导率显著下降。吸光度（OD665）的值可以作为肥料腐殖化程度的参考指标，通常腐熟有机肥料的OD665＜0.008[20]。由表2可知，F1的吸光度值未达到腐熟标准，而F2的吸光度值符合腐熟肥料的标准。种子发芽指数（GI）是农业生产中反映肥料腐熟与否的权威标准，GI＜50%说明肥料中有毒物质的含量超过了植物可以承受的范围，GI值为50%～85%时说明该肥料还没有完全腐熟，肥料中仍有部分有害物质会对植株的生长造成影响，GI＞85%说明该肥料已经达到完全腐熟状态，可以进行施用[21]。F1的GI值为68.64%，表示酒糟没有腐熟，对植株生长有影响；F2的GI值为86.04%，说明二次发酵后的酒糟有机肥已经达到完全腐熟状态。

表2 清香型白酒糟生物有机肥理化指标检测

2.3 施用不同肥料对黄瓜根际土壤微生物群落多样性的影响

不同肥料处理对黄瓜根际土壤微生物群落的影响如表3所示。从表3可以看出，细菌成为根际土壤微生物的优势类群，其占比为70%～90%，与另外2个处理相比，T2处理显著提高了微生物群落中的细菌数量与放线菌数量（10.55×107cfu/g、9.64×105cfu/g）；一般黄瓜的土传病害都是由真菌引起的，而T2处理的根际土壤中真菌数量显著低于其他两个处理（1.63×105cfu/g）。与CK相比，T1处理放线菌数量显著提高（3.75×105cfu/g），而细菌数量和真菌数量则与CK差异不显著。

表3 黄瓜根际微生物群落多样性检测

2.4 黄瓜叶片理化指标的检测

对于植株而言，抗氧化保护酶，包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT），非常重要。当植株体内处于受胁迫的状态时会产生氧自由基，抗氧化保护酶可以有效清除这些氧自由基从而提高植株系统抗性；而丙二醛（MDA）含量反映植物细胞膜质过氧化程度，含量越高说明膜质受害越重[1]。由表4可知，施用清香型白酒糟生物有机肥（T2）后黄瓜叶片中的SOD、POD在3个处理组中活性最高 [8.05 g/（U·min ） 和 9.84 g/（U·min）]，CAT活性与T1处理差异不显著但二者均高于CK处理组，MDA含量最低（仅为5.17 μmol/g）；T1处理组黄瓜叶片的MDA含量在3个处理组中最高（7.56 μmol/g），POD与CAT活性均显著高于CK，SOD活性与CK差异不显著。

表4 黄瓜叶片理化指标的检测

2.5 黄瓜生长指标的检测

施用不同肥料后各处理的黄瓜株高、叶面积指数、植株地上部分鲜重与干重的差异如表5所示。从表5可知，施用清香型白酒糟生物有机肥（T2）后黄瓜植株长势较其他处理优势显著，4项指标均为最优；T1处理组的株高与CK没有显著差异，其他3项指标均优于CK处理；CK处理各项指标均为最低。结果说明，施用清香型白酒糟生物有机肥可以显著促进黄瓜植株的生长。

表5 黄瓜生长指标的检测

3 结论

清香型白酒糟因只进行2轮发酵取酒，酒糟中的各种营养物质较其他白酒糟丰富许多，因此是制作生物有机肥的理想原材料[22]。但经试验证明其理化指标与腐熟肥料相比还存在一定差距,无法直接应用。本试验以微生物复合菌剂为发酵剂对清香型白酒糟进行二次发酵，发酵后含菌量符合生物有机肥标准，制成的清香型白酒糟生物有机肥与自然放置的酒糟相比理化性质发生了显著改变，其pH值为8.15、电导率为5.02 mS/cm、OD665为0.005 5、种子发芽指数达到86.04%，达到了腐熟肥料的技术标准。

施用清香型白酒糟生物有机肥后黄瓜植株根际微生物群落结构与其他2组处理相比发生了定向改变。一般黄瓜的土传病害都是由真菌引起的，施肥后群落中的细菌数量和放线菌数量显著提高，真菌数量显著下降，这说明施入清香型白酒糟生物有机肥后黄瓜植株根际土壤的微环境得到了有效改善。黄瓜叶片中抗氧化保护酶与丙二醛的含量也证实了这一点，施用清香型白酒糟生物有机肥后3种抗氧化保护酶的含量显著提高而丙二醛含量显著下降。施用自然放置的白酒糟后叶片中的丙二醛含量最高，说明未完全腐熟的物料对黄瓜植株有一定的毒害作用。F2处理中黄瓜的株高、叶面积指数、鲜重和干重与其他2个处理组相比均为最高，再一次说明施用清香型白酒糟生物有机肥可显著促进黄瓜植株的生长。

综上所述，利用复合菌剂对清香型白酒糟进行二次发酵可使酒糟完全腐熟，制成的生物有机肥对黄瓜生长具有显著的促进作用，应用前景良好。