有機肥料產業的“開路先鋒”
——記南京農業大學資源與環境科學學院教授沈其榮

二十多年前，我國有機（類）肥料產業落后，產品供應嚴重不足。沈其榮致力于解決有機（類）肥料制造和施用的科技難題，揭示了其制造過程中物質轉化的生物學特征，建立了施用有機（類）肥料提高土壤肥力和調控土壤微生物區系的理論與技術體系，研發出肥料制造系列工藝和產品，獲國內外發明專利72件和實用型專利5件，工藝和產品被國內外600多家企業采用，為我國有機（類）肥料產業的快速發展和土壤肥力提升做出了重大貢獻。

研發有機肥制造新工藝

沈其榮及其團隊揭示了誘導堆肥在升溫階段就合成腐殖質的微生物作用機制，并在高溫至降溫的一周內完成了腐殖質合成的90%；闡明了堆肥溫度和微生物群落演替與堆肥物質轉化的偶聯關系，建立了畜禽糞便和秸稈堆肥腐殖質含量與堆肥腐熟度的比色定量關系，為大規模生產標準化的腐熟堆肥提供了理論依據。

在國內他首次建立了13C和15N雙標記法和有機無機15N交叉標記法，揭示了有機無機肥配施提高氮素利用率和增產的關鍵科學問題，即通過前期刺激微生物固持化肥氮、后期釋放所固持的氮，促進土壤氮素供應與作物氮素需求同步；揭示了施用有機肥抑制土壤酸化和提高肥力的核心科學問題，即長期施用有機肥顯著增加非結晶短程有序礦物，這些礦物能與有機物質結合成為有機無機復合體的前提，既降低南方紅壤中活性鋁含量從而有效抑制土壤酸化，又顯著增加土壤有機質和有機無機復合體含量，為有機培肥土壤提供了理論依據。在上述理論研究基礎上，研發出有機肥和有機無機復混肥制造新工藝：建立了畜禽糞便條垛式堆肥工藝，解除了規模化養殖業發展中的糞污之憂。沈其榮及其團隊研發出投入少、適合于處理畜禽糞便的條垛式好氧堆肥發酵工藝，并研發出配套的堆肥微生物起爆劑和翻拋設備。與市場上同類產品相比，該起爆劑促進堆肥快速升溫和合成腐殖質，效率提高40%，起爆劑上市后使堆肥菌劑價格從過去的每噸幾萬元下降到目前的每噸幾千元。堆肥翻拋機工作效率與進口設備相當，而價格僅為其1/4。與其他堆肥工藝相比，條垛式堆肥具有水分散失快、材料粉碎率高、曝氧充分、堆肥場地無須硬化等優點，使堆肥時間從過去的40天縮短至15-20天，為規模化養殖中的糞污處理提供了技術途徑；創立了純作物秸稈靜態好氧堆肥工藝，實現了秸稈資源化利用。沈其榮及其團隊選育到高效分解秸稈的耐高溫真菌（55℃）和耐高溫細菌（80℃），降解木質纖維素酶活力顯著高于市場上的堆肥菌劑，發明了以該真菌和細菌為主體，配以氨基酸、米糠、硫酸銨及其他堆肥細菌的純秸稈快腐劑，創立了無須粉碎的原狀秸稈靜態供氧發酵工藝，使秸稈腐熟時間從5-6個月縮短至1個月，為分散性秸稈集中肥料化利用提供了簡便易行的工藝；發明了有機類肥料造粒新工藝，提升了產品品質。沈其榮及其團隊發明了有機肥與無機肥先混后粉、擠壓造粒鏈接拋光和低溫烘干新工藝，解決了有機類肥料造粒工藝（沿用過去的無機復混肥）存在的粉塵多、高溫烘干殺死有益菌等缺點，顯著改善了有機類肥料生產環境，提升了產品質量。

推廣應用有機肥和有機無機復混肥2億多畝，使化肥氮利用率從30%（純化肥處理）提高到37%-40%（有機類肥料）。成果獲國家科技進步二等獎和教育部科技進步一等獎。

發明多項生物肥制造工藝

沈其榮及其團隊首次建立了生物肥制造新工藝：發明并建立了芽孢桿菌生物肥二次固體發酵工藝，顯著提高促生菌含量。傳統的芽孢桿菌生物肥均是將液體擴繁的芽孢桿菌菌種（芽孢）直接加進腐熟的有機肥中，包裝出廠，沒有經過一個二次固體發酵過程，其功能菌含量較難達到國家標準（2×107個芽孢/克）。沈其榮及其團隊首次建立了芽孢桿菌生物肥二次固體發酵工藝，發現在一次腐熟的堆肥中添加10%-30%（V/W）的酸解氨基酸溶液，既能將堆肥的高pH值調節至6.5-7.0（避免了氨揮發導致的功能菌活性下降），又顯著促進所接入的芽孢桿菌進行二次固體發酵（繁殖），使生物肥產品中芽孢桿菌含量超過108個芽孢/克，顯著高于國家標準。研制出促生和生防芽孢桿菌類生物肥產品18個，促生增產10%以上，生防率大于70%，在數十種經濟作物上增效顯著，推廣芽孢桿菌生物肥8000多萬畝。成果獲國家技術發明二等獎和江蘇省科技進步一等獎，核心專利獲中國專利獎金獎（2010）。

發明并建立了木霉固體菌種及木霉生物肥制造工藝，突破了木霉生物肥制造瓶頸。哈茨木霉真菌生物量大、根表定殖能力強、次生代謝產物種類多和含量高，其促進植物生長和防控土傳病害效果遠比芽孢桿菌顯著，但哈茨木霉真菌在液體菌種擴繁后期不能有效生產孢子或產孢濃度很低，還需要進行固體發酵（擴繁）生產菌種，而傳統固體菌種發酵工藝中固體發酵物料需要嚴格滅菌和在嚴格滅菌空間中進行固體發酵，一般有機肥企業難以規模化生產，成為哈茨木霉生物有機肥產業中的技術瓶頸。

沈其榮及其團隊首先篩選到具有顯著促生和拮抗土傳病原菌的哈茨木霉菌株，并發現了該木霉菌株在pH2.5-3條件下能夠生長良好的特征，利用這個發現，發明了物料無須嚴格滅菌和無須在嚴格滅菌空間中進行大規模生產木霉孢子的技術工藝，即：先用一定濃度的硫酸溶液酸解病死畜禽或屠宰場下腳料，再將粉碎的秸稈與該酸解氨基酸混合靜置8小時，嚴格控制混合物物料的pH值（此pH下別的雜菌不能生長），再接種木霉液體菌種，就可進行大規模淺盤發酵生產木霉固體菌種及木霉生物有機肥，制造出的木霉生物有機肥在西瓜、黃瓜、番茄、茄子、小蔥、蘋果、獼猴桃、梨樹、茶樹等十幾種作物上增產效果顯著，并明顯改善農產品品質和風味。該成果一是突破了木霉生物有機肥制造的技術瓶頸；二是解決了面廣量大的作物秸稈資源化利用問題；三是為生產高品質和高風味的農產品提供了木霉生物有機肥產品。成果獲2017年大北農科技獎植物營養獎，核心專利獲中國專利獎優秀獎（2018）；發明并建立了病死畜禽酸解工藝，實現病死畜禽無害化和資源化雙重目標。氨基酸肥料號稱“肥中之王”，但用于生產氨基酸肥料的原料十分有限，而另一方面，隨著我國規模化養殖的快速發展，大量的病死畜禽隨地棄置，不僅嚴重污染環境，也浪費了可貴的蛋白質資源。沈其榮及其團隊在國內外首次建立了病死畜禽全封閉破碎和酸解獲取氨基酸工藝，酸解產物全部用于芽孢桿菌生物肥二次固體發酵和木霉固體菌種制造的添加劑。該酸解工藝克服了過去病死畜禽土埋污染地下水、焚燒污染大氣且均浪費生物資源的缺陷，使企業在處理中獲得經濟效益。該技術體系已被農業農村部列入病死畜禽無害化處理推薦技術（2017），核心專利獲中國專利獎優秀獎（2017）。