秸秆发酵生产生化黄腐酸的特点及应用

秸秆发酵生产生化黄腐酸的特点及应用摘要介绍了我国秸秆利用方式和黄腐酸的研究概况，分析了生化黄腐酸的概念和特点，并总结了生化黄腐酸在农业生产中、养殖和饲料业、医学中的应用，以期为秸秆发酵生产生化黄腐酸提供参考。关键词秸秆；发酵生产；生化黄腐酸；特点；应用中图分类号S816文献标识码A文章编号1007-5739（2013）19-0261-02CharacteristicsandApplicationoftheBiochemicalFulvicAcidofFermentativeProductionfromStrawWANGXiu-fei1ZHANGWei-dong1WEIXiu-ying2FANGShu-qin3SHENYan-guo3LIUPeng1*（1JilinAcademyofAgriculturalSciences，ChangchunJilin130021；2Nong′anAgriculturalTechnologyPromotionCenter；3HuadianAgriculturalTechnologyPromotionCenter）AbstractUtilizationpatternsofstrawandresearchsituationofbiochemicalfulvicacidwasintroduced.Conceptandcharacteristicsofthebiochemicalfulvicacidwereanalyzed.Applicationofthebiochemicalfulvicacidoffermentativeproductionfromstrawinagriculturalproduction，breedingandfeedindustryandmedicalscienceweresummarizedsoastoprovidethereferenceforthebiochemicalfulvicacidoffermentativeproductionfromstraw.Keywordsstraw；fermentativeproduction；biochemicalfulvicacid；characteristics；application我国的秸秆资源非常丰富，总产量巨大，达7亿t以上，列世界第1位，并以玉米、小麦和稻谷秸秆为主，约占秸秆总量的80%[1-6]。仅吉林省秸秆总量就达0.31亿t以上，玉米秸秆达0.26亿t以上。目前，我国处理农作物秸秆方式仍以废弃燃烧为主，辅以燃料燃烧。这不仅造成宝贵资源的巨大浪费，而且对环境构成了严重污染，进而影响交通安全。因此，如何有效地利用农作物秸秆，是一项重要课题，也是国内外专家、学者研究的热点课题。利用农作物秸秆通过微生物发酵制取生化黄腐酸是实现农业废弃物资源化利用和减少其对环境造成污染的重要途径之一。因此，利用发酵技术处理农作物秸秆，既缓解了农村能源紧张，又可以解决环境污染，而且发酵后制取的高效有机质肥料，有助于提高土壤肥力，改善土壤结构，有助于促进高效生态农业、绿色农业的发展，尽快实现向可持续发展的循环型农业转型。面对我国大量农作物秸秆的严重浪费及对农村环境的污染，从倡导低碳经济、建设美好环境、造福农业等方面，阐述了利用生化黄腐酸的现实意义[7-9]。1我国的秸秆利用方式我国的秸秆利用方式有很多种，如用作燃料，或直接废弃焚烧；秸秆机械还田；秸秆青贮、颗粒饲料加工；秸秆栽培食用菌；秸秆工艺品加工；秸秆建筑板材加工；秸秆气化；秸秆发酵制取沼气；秸秆有机肥加工；秸秆制取燃料酒精；秸秆直燃发电。2黄腐酸的研究概况目前，我国对黄腐酸研究较多，如北京联合大学的何立千教授将腐植酸与生化黄腐酸的特性作对照研究，得出的结论为：生化黄腐酸的生理活性比腐植酸高8～10倍，分子量低3～10倍，pH值缓冲系数高12倍，抗硬水能力高38倍。江苏南通市绿色肥料研究所、通州市土肥站、通州市专用肥料厂利用催化氧化法制取秸秆黄腐酸项目，于2004年4月25日通过江苏省科技厅组织的专家组鉴定。上海通微生物技术有限公司经多年研究，采用“矿源生化法”制取黄腐酸，产品质量优于化学提取的黄腐酸，其生物活性更高，填补了国内空白，产品性能处于国际领先水平，并申请了国家发明专利，现已投入工业生产。中财盛华（集团）深州市盛华生物科技有限公司于1992年1月通过了国家级鉴定，认定生化黄腐酸呈黄色，生成时间15d左右，分子量在400～600，具有很强的生理活性。同年通过河北省科学技术委员会鉴定为生化法制取黄腐酸的新工艺，填补了国内外空白，居世界首例。1995年、1996年被评为国家高新技术博览会金奖；1998年被列为国家火炬计划；1999年被农业部评为科技进步二等奖；2001年被列入国家星火计划；2003年、2004年被全国农技推广服务中心在6个省市推广，并认定为绿色农产品生产资料。福建诏安县绿洲生化有限公司在有机肥发酵理论和工艺方面有新的创新，实现了不翻堆、免高温烘干，不但节省了生产成本，而且生产出更高效的有机肥和生物肥，已申请专利“含黄腐酸的高效菌剂”。中国农科院植保所等单位也在研究和生产生化黄腐酸类的产品。在生产、生活中，经济和社会效益均很明显。但推广范围不大，原因可能是没有对农作物秸秆分解较完好的活性菌株；学者们的研究主要针对纤维素与半纤维的降解；生产成本过高。3生化黄腐酸的概念黄腐酸可分为矿源腐植酸和生化黄腐酸。从煤炭来源的腐植酸中分离获得或直接从泥炭、风化煤中提取的为矿源腐植酸；利用生物技术的方法，以有机废弃物（农作物秸秆、木屑、蔗渣、食用菌等培养后的下脚料）为原料，加入适量的氮磷钾等营养成分的在温暖、湿润、好气的条件下，经多种微生物多级发酵，转化而成的含有羧基、酚羟基和甲氧基等活性基团的各类小分子物质，以及氨基酸、多元有机酸和维生素等成分极为复杂的腐植酸类为生化黄腐酸。这种制取黄腐酸类物质的生物发酵过程是有机物料与微生物、水分、氧气等因素相互作用的复杂过程。经中国科学院和中国农业科学院测定：有效含量为黄腐酸50.1%、核酸15.96%、氨基酸（20种以上）9.29%，还有其他多种活性物质。4生化黄腐酸的特点生化黄腐酸与矿物提取的黄腐酸相比具有相当明显的特点：一是黄腐酸分子量小，渗透能力强，易被生物吸收利用。二是不含重金属与其他有害物质。三是功能团含量多，生物活性大，对金属离子有很好的络合及鳌合能力。四是水溶性好，其水溶液呈弱酸性，溶于酸、碱和水。抗硬水能力强，不絮凝，不沉淀，因呈弱酸性，能与几乎所有农药混合施用[7]。五是其粗提液可直接作肥液，不需精制，作为肥料，可不经提取，直接连同发酵料一同施入农田，无任何废弃物产生。六是操作的广泛性、简单化。即让农民在田间地头，挖个坑就能进行生产（即非设施堆肥模式）。七是采用多种微生物、多级发酵技术，不用氧化剂，即从源头上防止污染，不产生有毒物质，使所有发酵料液能够充分得到利用，不产生任何废弃物。5生化黄腐酸在农业生产中的应用5.1促进植物生长发育生化黄腐酸经微生物发酵而成，是一种成分极为复杂的混合物，含有大量对植物生长过程有影响的酶类、氨基酸、维生素和微量元素等生物活性物质和营养成分，对促进种子萌发、植物生长、发育有显著功效。5.2改良土壤生化黄腐酸碳含量较低，分子量较小，含有丰富的羟基、酚羟基、酮基、羧基、甲氧基等活性基团，因而具有良好的水溶性，在土壤中能络合、鳌合、吸附微量元素作用，增强土壤的缓冲能力，提高土壤的保肥、保水能力，提高土壤的透气性和土壤微生物的活性，增加有效菌群数量来达到改良土壤的效果。对盐碱地的作用效果显著。作为土壤改良剂可与肥料混合一起施用。我国有大量的盐碱地、滩涂地，对这些边际土地的改良，必将改变我国粮食的生产状况与解决我国粮食安全的问题。5.3提高作物抗旱、节水能力生化黄腐酸是目前发现的最有效的调节叶面气孔开张度的物质。它可以缩小气孔开张度，减少水分蒸腾，使植株和土壤保持较多的水分，同时促进种子萌发和幼苗生长，促进生根，提高根冠值，促进果实发育，提高果实品质。两者相辅相成，开源节流，从而达到提高作物抗旱、节水能力的目的。5.4植物生长调节剂生化黄腐酸能显著提高植物体内的多种酶活性和叶绿素含量，使作物新陈代谢旺盛，光合作用加强，糖分和干物质增多，从而提高作物抗寒、抗病等抗逆能力，克服作物连作障碍，提高作物的产量和产品品质，因而是一种良好的植物生长调节剂。5.5增加肥效生化黄腐酸具有良好的离子结合能力，可显著提高植物对微量元素的吸收与运转能力。与化肥复配，可明显增加肥效，降低化肥用量，减少化肥流失。可通过物理化学作用与农药形成复合体，作为农药的增效剂可提高防治效果，既可减少农药使用量，降低农药毒性，使农产品农药残留量不超标，达到绿色无公害标准，又可减少环境的污染。5.6秸秆还田生化黄腐酸技术将植物残骸（秸秆等）转化为黄腐酸类物质作为天然绿色肥料还田，更科学地实现了土地自养，使土地资源获得有效的保护和再生。6生化黄腐酸在养殖和饲料业中的应用对于牛、羊、猪、鸡、蚕、水产等养殖，其具有增强畜禽生理机能免疫力和抵抗力，减少疾病的发生，从而减少抗生素、激素、化学药物的使用，改善畜禽产品的品质，生产绿色食品；降低或消除畜禽产生的粪便恶臭，改善环境；提高畜禽生产性能，促进饲料成分的活化吸收，提高饲料转化率，降低饲养成本；扩大饲料来源，节约粮食，提高粮食安全性。河北农业大学谷子林研究员等利用生化黄腐酸进行肉兔育肥、球虫病防治、蛋鸡产蛋率、饲料利用率、奶牛产乳量等方面的试验研究，取得了明显的成效。生化黄腐酸对促进畜牧业生产有显著作用，为困扰我国畜牧业发展中的很多难题，提供了很好的解决途径，有着十分广阔的开发与应用前景。7生化黄腐酸在医学方面的应用生化黄腐酸经特殊的透析方法提取，对促进人体细胞的再生及作为医药助剂促进人体对医药有效成分的吸收等方面有非常好的作用。能修复表面细胞，因此已经开始应用于化妆品生产方面。8结语总之，由于黄腐酸技术是成功的模拟了自然过程的生物技术，再生产过程中不需要能源，不使用和消耗化学药品，不产生废水、废渣，在生产和使用过程中对环境不产生任何污染，大量的功能集团对多种化学成分的吸附，结合和运转功能，不但可以清除环境中许多有害物质，并能在农业生产中表现出多功能、高效性、广泛性和操作简单等诸多优点，是一种极有发展前景的可持续发展生态农业的新型生物技术。以秸秆为原料制取黄腐酸为解决农作物秸秆闲置或焚烧带来的道路通信安全及环境污染问题提供了新的出路，是实现秸秆高效利用，持续增加农民收入，发展生态农业、循环农业，加强社会主义新农村建设的新技术亮点。9参考文献[1]汪永钦，王信理，刘荣花.冬小麦生长和产量形成与气象条件关系及其动态模拟的研究——以河南省黄淮平原冬小麦中、低产地区为例[J].气象学报，1991，49（2）：205-214.[2]李瑞波.生物腐植酸与生态农业[M].北京：化学工业出版社，2007.[3]田志伟.浅谈腐植酸肥料的现状与开发[J].大化科技，2007（2）：5-6.[4]杨耀.生化黄腐酸应用简介[J].腐植酸，2000（1）：45-46.[5]陈子爱，邓小晨.微生物处理利用秸杆的研究进展[J].中国沼气，2006，24（3）：31-34.[6]冯良山，杨玉辉，马跃，等.浅谈绿色环保BFA技术用其循环产业模式[J].辽宁农业科学，2009（4）：44-48.[7]蒋应梯，庄晓伟，王衍彬.利用农作物秸秆开发生物能源和有机肥初探[J].生物质化学工程，2006，40（6）：48-50.[8]田晓.生化黄腐酸菌肥复配工艺优化及应用研究[D].西安：西北大学，2008.[9]刘鹏，那伟，王秀玲，等.吉林省主要农作物秸秆资源评价及能源化利用分析[J].吉林农业科学，2010，35（5）：58-64.