发酵烟草废弃物制备有机肥的功能真菌筛选及发酵条件优化

发酵烟草废弃物制备有机肥的功能真菌筛选及发酵条件优化

张云,张怀坤,谢梅,闫琳琳

安徽富民生物有机肥有限公司，  安徽 蒙城 233500

摘要： 烟草废弃物中有很强植物毒性的烟碱存在，虽然含有丰富的有机质，但不能作为有机肥直接施于土壤，而单独堆肥腐熟耗时较长，烟碱降解效果差，且会造成环境污染和资源浪费，而且可能导致滋生病虫害的传播。目前国内常通过添加大量的植物秸秆于烟草废弃物中，以稀释降解不彻底的烟碱对农作物带来的负面影响，使烟草废弃物成为很好的有机肥源。故本文对利用烟草废料制取有机肥料进行了综述，对现有的研究与试验进行了归纳分析。

关键词：发酵烟草有机肥功能真菌发酵条件

引言

烟草是一种多年生的茄科植物。中国近几年有一百万公顷的烟叶，生产烟草四百五十万吨。烟叶废料一般是指烟梗、腋芽、烟渣和烟叶。1hm2的烟草能生产2250~3000kg的烟梗，产生2160,000t的有机物质。但是，燃烧后的残渣会造成严重的环境污染。如何对烟草废弃物进行合理的利用，是当前迫切需要解决的问题。烟草废料是烟草茎中除了烤烟之外的其他部位，包括茎、根、足叶、叶片、烟草花、种子、腋芽等的优化。目前，烟草中的化学成分已超过1000种，其中包含了多种烃，芳香烃、醛类、酮类、甾醇、醇类、醌类、酯类，生物碱，色素，异戊二烯衍生物，氨基酸和蛋白质。通过对植物碱，有机酸，蛋白质，淀粉，甘油三酯，糖，单宁，果胶，纤维素等进行分类，其中大部分都是光合作用的结果。目前，在医药、化工、食品等行业中，已有大量的应用。废弃烟草的回收利用是当前国际上许多学者所关心的问题。利用废弃烟叶中的烟碱制取烟碱，利用番茄红素制取辅酶Q10，以及从尚未成熟的烟叶中提取类似于大豆蛋白的烟叶，用作高品质的饲料添加剂。但是，还有很多未充分利用的烟草废弃物。

1烟草废弃物制备有机肥概述

有机肥料来自于植物的光合作用，也来自于动物。有机肥料被用来为农作物提供养分，并利用碳素来促进农作物的生长。近年来，化肥因其省力、见效快而被广泛应用于农业生产。无机肥料因其反应速度快，很容易被雨水冲刷，随着雨水流入湖中，对生态环境的损害和对水体的严重污染。有机肥能改善土壤有机质，改变土壤的结构，从而改变土壤的形态。施用有机肥后，土壤有机质含量增加，土壤结构发生了变化。美国农业部于2016年起禁止无机肥料的使用。为进一步促进和强化化肥使用，2017年，国家农业部门启动了一项特殊的肥料补助。当前，国内外对烟草废料的处理与利用主要是利用烟叶与烟叶废弃物的有机结合。烟叶中碳、氮、钾含量较高，而蓝藻中的P含量较高。其次，废弃烟草能改善土壤的渗透性能，增加土壤的透气性，降低对环境的污染。据最新报导，该方法已投入生产。该技术既能满足国家有关标准，又能实现对湖泊水质的净化。施用于作物的土壤，能促进土壤的团粒结构，提高土壤品质，降低酸化、盐渍化对作物造成的伤害，提高贮藏能力，并能有效地控制杂草的生长，预防病虫害。利用烟草废料生产绿色有机肥料是一种非常有前途的新型肥料。但是，作为肥料使用的烟叶废料，一定要进行尼古丁的加工。烟叶中的烟碱含量较高，对土壤中有益微生物的繁殖和生长有一定的负面作用。

2烟草废弃物制备有机肥研究现状

烟草废料中含有大量的有效成分，其中尼古丁、甘露醇、植物蛋白等是目前国内外研究的一个热点。尼古丁是一种重要的化工原料，在精细化工、有机物合成、制药工程、国防、农业等方面有着广泛的应用。尼古丁是一种生物兴奋剂，能与周边和中枢神经系统的烟碱结合，活化各种神经化学通路，使人的大脑兴奋，从而增强精神集中，缓解焦虑和紧张。所以，从1950年开始，尼古丁就被用作杀虫剂，用于果树、棉花和蔬菜的害虫控制。目前，该技术的研究主要集中在水蒸气、离子交换、溶剂萃取等方面。番茄红素具有抗菌、消炎、止血、抗菌、合成维生素K2、辅酶Q10等物质的功能，故能从烟草废料中提炼出番茄红素，从而使其具有转废为宝的价值。番茄红素的提取有多种方法，通常采用浸渍、皂化等工艺得到番茄红素，并按相似的溶解性原理进行多次浸出，再经浸出皂化得到。同时，植物叶蛋白是全球蛋白质最丰富的来源之一，也是解决日益增长的蛋白质需要的一种新方法。烟草中蛋白质含量高，其组成十分复杂，其中白肋烟的蛋白质含量高达20.48%。目前已有研究显示，植物叶中含有丰富的可溶性蛋白质，尤其是烟草中含有丰富的可溶性蛋白质。利用高附加值农业废弃物，尤其是利用高附加值的生物有机肥，可有效地减少农业污染，节约农业资源，发展可持续农业和循环经济。烟草废料中的有机质含量高，其中含有一定的氨、磷、钾等元素，是一种很好的利用方法，但由于其本身的生物毒性，使其无法直接用于土壤中作肥料，而且需要一定的自然发酵周期和成熟速度。因此，对烟叶垃圾快速腐解堆肥的条件进行研究，并对其在作物上的利用效果进行分析，是实现烟草废弃物资源化的关键。

发酵堆肥法是一种比较成熟的固体废物处置技术，它是通过对烟草废料中的有机物质进行生物降解，从而实现对烟草废弃物的有效降解。烟叶中的有机物含量高，如果任意处理，不仅会对生态环境造成破坏，而且会对土壤造成一定的破坏，而且会导致土壤的二次污染和经济损失。采用发酵堆肥法对烟草废料进行处理，通过发酵剂产生的高温，对土壤中的病菌进行杀灭，从而达到消毒的目的。同时，活性微生物还能加速土壤有机质的分解，提高土壤的品质，同时也能使土壤中的氮、磷、钾等多种元素和微量元素，为作物的生长提供充足的养分和安全的生长环境。加温堆肥能够改善土壤对水分的吸收，增强土壤的柔软性和透气性，从而提高土壤的肥力和产量。

但是，大量的研究显示，采用有机质发酵生产的肥料保水性能较差，水分损失较大，最终的堆肥板会发生硬化，挤压、过滤等过程中会产生二次的烟叶废料。加快加热速度和缩短堆肥周期是提高农业废弃物高增值肥料的重要途径，而接种剂则是加快堆肥加热和促进发酵腐烂的有效途径。李少明等通过对烟叶表面、烟叶、土壤及环境等因素的分析，探讨了不同原料比例及微生物制剂对烟叶、烟叶、土壤及环境的影响。本论文的研究结果为今后的高温堆肥提供了理论依据。毛家伟等对烟叶边角肥处理后的番茄、黄瓜生长发育进行了试验，发现边角有机肥对番茄、黄瓜的生长有显著的促进作用，其增产效果比普通的鸡粪有机肥要好。结果表明，将猪粪加入到烟叶废料中，可以减少烟叶的高温降解时间，提高烟叶的温度分解时间，提高烟叶中NH2-N的转化率，减少C/N的比例，从而减少堆肥的分解时间。该工程的目标是通过对烟叶废弃物进行高效的筛选，以达到高效处理烟叶废弃物的资源化，从而达到改善烟区生态环境、增加烟农增收的目标。

3烟草废弃物制备有机肥的功能真菌研究进展

利用微生物法对烟叶秸秆进行微生物降解，将其分解成生物肥料。目前已知的有200余种能够降解纤维素的微生物，大多数是细菌，真菌和放线菌。白腐真菌是一种可以彻底降解木质素的生物，近年来受到人们的重视。利用白腐真菌降解烟叶秸秆，对于拓宽饲料来源，降低环境污染，具有十分重要的实际意义。由于烟叶中的木质素含量高，不易降解，是制约其发展的主要障碍。因此，高效降解木素是发展烟叶秸秆的一项关键技术。多种微生物能产生多种降解木质素的酶。真菌是自然界中最普遍的降解木质素的微生物。结果表明，MnP、LiP和Lac在木质素的降解过程中起着关键的作用。但是，由于其对外界环境的敏感性，以及对温度的不适应以及其它的生长特点，使得它在大规模种植中的应用受到限制。最新的研究表明，细菌还能产生酶，使木质素分解，从而破坏木素的联苯结构，并将卡夫的木素片段分解。尽管在降解能力上，菌类的木质素比不上菌类，但是其来源广泛，生长迅速，便于大规模工业化生产。因而，该菌在临床上有着很好的应用前景。微生物分解纤维素，是通过分泌的纤维素酶的粘附区，使其与木质纤维发生粘连，从而使其发生膨胀和破裂。由于细菌产生的纤维素酶数量过低，且多为内切酶，不具有细胞外分泌的能力，因此很少用于生产纤维素酶。Vaz-Moreira等发现，在堆肥的早期，嗜热细菌是最活跃的，并且随着堆肥温度的增加，它们的数量会逐渐下降。王毅的研究显示，芽孢杆菌是一种具有较强耐热性的高温菌，其降解木质纤维素的能力较强。

4结语

总之，在烟草产业的长期发展和保护生态环境方面，实现烟草资源的资源化，既是当前的，也是今后的。合理的开发和综合利用烟草废料，具有巨大的经济、社会和生态价值。因此，因地制宜、科学、有效地利用烟草资源，仍然是未来烟叶科研工作者的主要研究领域。

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