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生物有机肥 前途大有发展

生物有 机肥是指特定功能微生物与主要以动植物残体(如畜禽粪便、农作物秸秆等)为来源 并经无害化处理、腐熟的 有机物料复合而成的一类兼具微生物肥料和有机肥效应的肥料。生物有 机肥对实现资源节约型、环境友 好型社会具有重要意义,是实现 农业可持续发展的必然选择。

1 生物有 机肥的研究背景

1.1 中国肥料行业现状

肥料是 重要的农业生产资料, 农业的 持续稳定发展离不开肥料。化肥因 其速效养分含量丰富,增产效果显着,在生产中被广泛应用。目前,中国的 化肥生产量和使用量位居世界第一。在生产方面,除氯化钾外,其他主 要化肥品种均已呈现过剩状态。在应用方面,存在肥 料使用结构不合理,过量施 用和利用率低的问题, 具体表 现为农民在生产过程中只注重化肥的使用,对有机 肥和微生物肥料则十分轻视,且为了 获得更好的肥效,盲目加 大化肥的施用量。

当前世 界农作物化肥施用量为120 kg/hm2, 中国农 作物化肥施用量为328.5 kg/hm2,远高于世界平均水平。化肥过量施用、盲目施 用带来了成本的增加、环境的污染、土壤的 退化等一系列问题。

土壤是 一个国家最重要的自然资源。沈其荣 认为土壤基础地力是实现作物产量潜力的关键因素, 就每千 克化肥在不同作物上的平均增产效果而言,1975 年为25 kg 谷粒/kg 化肥、15 kg 油料/kg 化肥、10 kg 棉花/kg 化肥;2008 年为8~9 kg 谷粒/kg化肥、6~7 kg 油料/kg 化肥、5~6 kg 棉花/kg 化肥。化肥报 酬的急剧下降表明,随着化肥的长期使用,土壤的 基础地力正在逐渐减弱, 而土壤 基础地力的减弱已成为影响中国农业可持续发展和农作物高产、稳产的重要限制因素。

随着民 众对环境问题和土壤循环利用认知的逐步提高,传统的 化肥已不能满足农业发展的需要,为实现 农产品可持续发展,发展高 效环保肥料势在必行。

1.2 中国农 业废弃物基本状况

农业废 弃物是指在整个农业生产过程中被丢弃的有机类物质,主要包 括农作物秸秆和畜禽粪便等。中国是农业大国,农业废弃物数量巨大。这些废 弃物既是宝贵的资源,又是严重的污染源,若不经 妥善处理进入环境,将会造 成环境污染和生态恶化。

中国是 秸秆资源最为丰富的国家之一, 根据专家的估计,每年可产生9 亿多t 的秸秆。然而,秸秆的 资源化利用率并不高,每年约有20%的秸秆腐烂或焚烧,不仅造 成了资源的浪费,而且给 环境造成了极大的危害。

随着中 国畜禽养殖业的快速发展, 畜禽粪 便的产生量也在迅速增加。研究表明, 中国畜禽粪便产生量1980 年超过了14 亿t,2011 年达21.21 亿t,预计到2020 年和2030 年将分别达到28.75 亿t 和37.43 亿t。然而,现阶段 绝大部分畜禽粪便得不到充分利用。调查表明,目前中 国大型畜禽养殖场的畜禽粪便无害化处理技术和能力不足, 再加之 主观上也不想因处理粪便和废液增加更多的生产成本,致使养 殖场所产生的畜禽粪便和废水多为直接排放,给环境 带来了极大的负面影响, 威胁着 人类的安全与健康。

因此,积极探 索农业废弃物资源化利用的方式,使其化害为利、变废为宝,对中国 农业的可持续发展具有重要意义。

1.3 生物有 机肥是农业 可持续发展的必然选择

基于目 前化肥使用和农业废弃物现状, 积极寻 求高效环保的化肥替代品, 积极探 索农业废弃物资源化利用的方式,已成为 国内外农业研究的热点。在此背景下, 生物有 机肥以其独特的优势为农业废弃物和作物生长搭建起一座桥梁,开辟出一条以“农业废弃物-生物有机肥-作物”为循环 模式的可持续发展道路。

首先,施用生 物有机肥是提高土壤基础地力、改善农 产品品质的重要途径。生物有 机肥研制和生产的初衷是集有机肥料和生物肥料优点于一体, 既有助 于提高作物产量,又能培肥土壤、调控土壤微生态平衡、减少无机肥料用量, 从根本 上改善农产品品质, 符合中 国农业可持续发展和绿色农产品生产的方向。

其次, 生产生 物有机肥是农业废弃物资源化利用的重要手段。农业废 弃物中含有丰富的作物生长必需的营养元素和有机养分, 将其资 源化利用制成生物有机肥,通过微 生物的作用使有机物矿质化、腐殖化和无害化,以供作物吸收利用,不仅可 以缓解农业废弃物对环境的压力,也可以变废为宝,获得一定的经济效益。

综上所述, 生物有 机肥作为一种高效无污染环保型产品,是农业 可持续发展的必然选择。

2 生物有 机肥的优势与作用机理

2.1 生物有机肥的优势

生物有 机肥是在堆肥的基础上, 向腐熟 物料中添加功能性微生物菌剂进行二次发酵而制成的含有大量功能性微生物的有机肥料。它与其 他肥料相比具有培肥土壤、改善产品品质等优势。

与化肥相比,生物有 机肥的营养元素更为齐全, 长期使 用可有效改良土壤,调控土 壤及根际微生态平衡,提高作物抗病虫能力,提高产品质量。

与农家肥相比,生物有 机肥的根本优势在于: 生物有 机肥中的功能菌对提高土壤肥力、促进作 物生长具有特定功效,而农家 肥属自然发酵生成,不具备 优势功能菌的特效。

与生物菌肥相比,生物有 机肥包含功能菌和有机质,有机质 除了能改良土壤,其本身 就是功能菌生活的环境,施入土 壤后功能菌容易定殖并发挥作用; 而生物 菌肥只含有功能菌, 且其中 的功能菌可能不适合有的土壤环境,无法存活或发挥作用。另一方面,生物有 机肥比生物菌肥价格更为便宜。

2.2 生物有 机肥的作用机理

2.2.1 发酵菌 和功能菌的作用

作物施 用生物有机肥后, 其中的 发酵菌和功能菌大量繁殖, 对改良土壤、促进作物生长、减轻作 物病害具有显着效果。主要原因在于:

一、肥料中 的有益微生物会在土壤中大量定殖形成优势种群, 抑制其 他有害微生物的生长繁殖,甚至对 部分病原微生物产生拮抗作用,以减少 其侵染作物根际的机会。

二、功能菌 发挥功效增进土壤肥力,比如施 用含固氮微生物的肥料,可以增 加土壤中的氮素来源;施用含解磷、解钾微生物的肥料,其中的 微生物可以将土壤中难溶的磷、钾分解出来,以便作物吸收利用。

三、肥料中 的许多微生物菌种在生长繁殖过程中会产生对作物有益的代谢产物,能够刺激作物生长,增强作 物的抗病抗逆能力。

2.2.2 生理活性物质的作用

生物有 机肥富含多种生理活性物质,比如维生素、氨基酸、核酸、吲哚乙酸、赤霉素 等生理活性物质, 具有刺 激作物根系生长、提高作 物光合作用的能力,使作物根系发达,生长健壮;比如各 种有机酸和酶类,可以分 解转化各种复杂的有机物和快速活化土壤养分, 使有效养分增加,供作物吸收利用;比如其 中的抗生素类物质,能提高 作物的抗病能力。

2.2.3 有机无机养分的作用

生物有 机肥中既含有氨基酸、蛋白质、糖、脂肪等有机成分,还含有N、P、K 以及对 作物生长有益的中量元素(Ca、Mg、S 等)和微量元素(Fe、Mn、Cu、Zn、Mo 等)。这些养 分不仅可以供作物直接吸收利用, 还能有 效改善土壤的保肥性、保水性、缓冲性和通气状况等,为作物 提供良好的生长环境。

3 生物有 机肥的发展现状

3.1 生物有 机肥的生产现状

3.1.1 生产企业

南京农 业大学沈其荣教授在2014 年底的 一次访谈节目中提到,目前中 国生物肥或生物有机肥企业300 多家,登记产品2058 个,平均每 个企业年生产量较小。其中大 部分企业没有菌种生产条件,而且各 厂家的生产条件、技术水 平及生产工艺不尽相同,产品质量参差不齐。

3.1.2 生产用菌种

生物有 机肥质量的优劣主要取决于其中所含益生菌的作用强度和活菌数量, 目前生 物有机肥的生产中通常使用活性强且耐高温、高渗、干旱等 抗逆性较强的菌种,且在生 产过程中要考虑各种菌剂之间的相互作用,不可随意混合。根据微 生物在生产中的作用可分为发酵菌和功能菌。发酵菌 多由复合菌系组成,具有促进物料分解、腐熟、除臭的功能,常用菌种有酵母菌、光合细菌、乳酸菌、放线菌、青霉、木霉、根霉等;功能菌 是指能在产品中发挥特定的肥料效应的微生物,以固氮菌、溶磷菌、硅酸盐细菌等为主,在物料腐熟后加入。

3.1.3 生产工艺

生物有 机肥的生产主要包括发酵菌促进物料腐熟过程、添加功 能菌二次发酵过程和成品加工过程。通过发 酵使物料完全腐熟是整个生产的关键环节,在发酵腐熟阶段,多数企 业采用槽式堆置发酵法。水分、C/N 比、温度、pH、通风情 况等过程参数直接影响物料腐熟的程度和发酵周期。待物料完全腐熟后,添加固氮菌、溶磷菌、解钾菌 等复合功能菌群进行二次发酵, 通过控 制发酵条件提高产品中的有益活菌数, 从而达 到增强生物有机肥肥效的目的。发酵结束后,为了提 高产品的商品性和保证产品中有益微生物的存活率, 成品加 工多以圆盘造粒后低温烘干工艺为佳。

3.2 生物有 机肥的应用现状

现阶段, 国内种 植户施用生物有机肥的积极性不高,生物有 机肥使用率相对较低,主要在蔬菜、水果、中草药、烟草等 附加值较高的经济作物上应用。但随着 人们消费水平和安全意识的提高, 对绿色 有机农产品的需求日益增强, 生物有 机肥将会成为农业生产的必然选择。

目前,生物有 机肥在一些生态示范区、绿色和 有机农产品基地应用取得了较好的效果, 这对生 物有机肥今后的推广应用起到良好的示范作用。

3.2.1 生物有 机肥对作物产量的影响

与施用 等价的化肥相比,施用生 物有机肥可使西瓜、番茄、大白菜、菜心分别增产25.5%、35.9%、41.6%、50.6%,达到极显着水平,对辣椒、花菜、棉花、水稻等 也有显着的增产效果(表1)。据夏飚报道,与施用 等价的磷酸二铵相比, 施用阿 姆斯生物有机肥可使花生增产33%。

3.2.2 生物有 机肥对作物品质的影响

与单施化肥相比, 生物有 机肥的施用可显着增加大白菜和西瓜的直径、单株(果)质量;还可改善番茄、辣椒的品质,使番茄 和辣椒中维生素C 及还原糖的含量增加。通过研 究不同施肥方式对生菜品质的影响, 发现施 用阿姆斯生物有机肥可使生菜维生素C 含量增加,总酸降低,糖酸比显着增加,同时可 显着降低易诱发癌症的硝酸盐含量(表2),在改善生菜口感、提高产 品安全性方面具有重要作用。

3.2.3 生物有 机肥对土传病害的防治效果

国内外大量研究表明, 施用生 物有机肥可以有效防治土传病害。利用对 枯萎病有拮抗作用的多黏类芽孢杆菌制成的生物有机肥, 其田间防治效果达到73%。由枯草芽孢杆菌Ⅱ-36 和Ⅰ-23 分别制 成的茄子专用生物肥BIO-36 和BIO-23, 经盆栽试验验证,这两种 肥料均能有效抑制茄子青枯病, 防病率分别为96%和91%。目前,生物有 机肥在防治蔬菜、水果、烟草等 作物土传病害方面效果十分显着, 是防治 土传病害的一条重要且有效的生态调控防病途径。

4 生物有 机肥的发展趋势

4.1 发展对策

目前世 界各国对农业的可持续发展问题高度关注, 不断加 大对生物有机肥的开发、生产及应用力度。中国生 物有机肥产业虽然有了一定的发展,但由于多方面的原因, 仍存在 一些不足和亟待改进完善的地方。未来,中国生 物有机肥的发展还需从以下3 个方面进行努力。

4.1.1 提高产品质量

提高生 物有机肥产品质量,主要从菌种选育、工艺优 化和开发新产品3 个方面入手。

在菌种选育方面,应加大 对促进根系生长、转化土壤养分、防控土传病害、消减与 钝化根际有毒有害物质等特定功能的农业微生物菌种资源的挖掘与利用。另外,为保证产品在加工、运输、储存等 过程仍保持较高的生物活性, 应加强 对抗逆性强的芽孢杆菌属的应用。

在工艺优化方面, 研发与 建立不同固体有机废弃物堆肥资源化利用技术与工艺,根据不 同来源的废弃物,建立配套工艺与技术,以满足 变化多端的有机废弃物资源化利用产业需求。同时,优化工艺参数,进而提高产品质量、缩短生产周期、降低生产成本。

在开发新产品方面,结合生产实际,加大创新力度。沈其荣教授在2014 山东微 生物肥料发展高峰论坛上提到, 未来应 加强对新型肥料产品——全元生 物有机肥的研发生产力度。全元生 物有机肥指的是集有机肥、化肥(包括速效化肥、控缓释化肥、稳定性化肥)、生物肥 为一体的新型生物有机肥料。简单说,就是含有无机养分、功能菌和有机质3 种养分的肥料。它既可 以给当季作物提供足够的养分,还能为 土壤中增加有益菌和有机质, 改良土 壤中的微生物区系,使得原 来有病害的土壤、养分转换慢的土壤,逐渐变成健康的土壤、养分转化快的土壤。未来应 加强对新型全元生物有机肥的复配技术与工艺的研发,生产出适合不同土壤、不同作 物和不同气候条件的新型全元生物有机肥料产品。

4.1.2 规范产品管理

目前市 场上生物有机肥产品品种繁多,包装丰富多样,质量良莠不齐,针对这些问题, 相关行 业管理部门应加强对产品的检测和监管,对于市 场上的假冒伪劣行为,必须严厉打击,严惩不贷。

4.1.3 加大推广力度

政府、企业和 相关农业技术部门应合力加强对生物有机肥的宣传、推广,可通过示范、讲解、现场指导等方式,向农民 展示生物有机肥的应用效果, 让农民 从根本上了解生物有机肥的经济效益和生态效益, 提高农 民使用生物有机肥的积极性。

4.2 展望

生物有 机肥的开发应用不仅能为绿色农业、有机农 业的发展创造条件,还能将有机废弃物“变废为宝”实现资源化利用,具有较高的经济效益、生态效益和社会效益,是实现 农业可持续发展的有力保障。未来生 物有机肥必将成为肥料行业生产和农资消费的热点,具有广阔的发展前景。


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