生态有机肥及发展
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“微生物生态有机肥料”(Ecologicalorganicfertilizers)是近年提出的新概念,是指利用区域有机废弃物经微生物分解转化生产的既具有培肥土壤肥力,提高作物营养供给,增加作物产量,改善农产品质量的作用,又可减少土壤残留化肥农药污染,清洁土壤,改善生态环境的复合有机肥料或微生物肥料。我国每年约消费1.4亿t肥料,其中绝大部分为化肥,而有机肥不足20万t。20世纪50年代以来由于长期使用化肥,土壤有机质含量减少,土壤性状破坏,土壤肥力下降,投入每kg化肥纯养分增产粮食的比例逐年减少。据报道,20世纪50年代每kg化肥纯养分增产15kg粮食,70年代增产8~10kg,90年代仅增产6.6kg,已降至世界水平的最低限度。因此农业的增产单纯依靠增加化肥施用量已不可能实现,相反会增加农业投入,加剧农田环境污染,进一步降低农产品质量,出现因过量施用化肥而种植的粮食不香、蔬菜不嫩和瓜果不甜的现象;地面水污染严重且富营养化,地下水硝酸盐含量普遍超标;由于环境污染引起人们致病日趋增多诸问题。鉴于此,农业可持续发展逐步受到世界各国重视,农业生产中减少化肥施用量或不施化肥,改用生态有机肥料已成为共识。
生态有机肥可培肥无污染的土壤和为农作物提供充分的营养,生产出高产优质的农副产品。生态有机肥充分利用大量的秸秆资源而转化成高效有机肥回田,使农业生态环境良性循环,其作用一是养地肥土提高土壤肥力,土壤有机质含量的多少对土壤肥力影响很大,一般耕作土壤约含有机质10~30g/kg,其在土壤中存在形式为新鲜植物残体,可快速被土壤微生物分解,同时也是土壤中发酵系有益微生物的主要营养源;微生物及其他小生物有机体,其活体是土壤中各种物质循环转化的动力,死亡的细胞很多可释放出促进植物生长的营养,诱发植物抗病和多种生物活性物质;较难降解的腐殖质,它直接影响到土壤团粒结构的形成,从而影响土壤疏松、保水、保肥和通气等状况[1,2],而施用生态有机肥是向土壤补充这些有机质的最好形式。二是提高土壤向植物提供N素营养水平,自然界中N素有有机氮、无机氮和N23种类型,组成大气体积的78%左右是N2,也是土壤中N素主要来源,但迄今所知仅有一部分微生物才能固N,使N2还原成氨(N2→NH3),变成被植物可吸收利用的N素营养。据估计全球每年生物固定的N素约1.22亿t,大大超过化肥N素量[1,3,6]。
若按干稻草含N素6.3g/kg计[3],每hm210t秸秆被微生物腐烂分解后可释放出植物能利用的N素约相当于126kg尿素。若在生态有机肥中接种入固N菌,再加之激活土壤固N菌的固N作用,即可大大提高土壤N素营养水平,且具再生和效果累加的作用。土地多年施用生态有机肥料可不必另施化肥,同样可达增产效果。三是提高土壤供给作物P、K等营养元素的水平,植物秸秆中存在大量有机磷化合物,而土壤中贮藏大量不溶解的无机P、K、Ca、Mg等矿物质,这些植物自身都不能有效利用,而在生态有机肥中辅接入可解P、解K的细菌,施入土壤后经增殖并与其他土壤微生物协同作用,将有机磷分解释放,将无机磷和钾矿物溶解而供给植物吸收。据研究报道,30cm深土层约含P、K矿物质26t/hm2,可通过微生物作用给植物提供充足的P、K等营养元素[1,2,6]。四是减少植物病虫害,降低农药用量,施用生态有机肥可培肥土壤,且修复被污染的土壤,使土壤清洁与健康,土壤中有益微生物数量占优势,生物多样性恢复,减少植物病虫害。
与施用化肥相比,施用生态有机肥可减少农药用量1/3以上。五是改善农产品质量,生产无公害绿色农产品,长期施用化肥降低农产品质量,使农田生态环境污染严重。由于土壤施入化肥后很快溶解,部分被植物吸收,部分被土壤吸附,部分被流失掉。化肥中NH4+经硝化作用后转变成NO3-被植物吸收后,需植物消耗大量光合作用产物和能量还原成NH+4参与植物细胞物质的合成[4],其过程是耗能的生化过程,当作物收获时还不能完全转化而积累在植物茎、叶和果实中,硝酸盐是一种强烈致癌物质NO2-的前体,故造成农产品污染。而生态有机肥营养物质释放较慢,从N素营养而言多以NH4+或氨基酸形式供给植物,进入植物细胞后无需消耗大量能量和植物光合作用产物如糖分和有机酸等,直接参与植物细胞物质的合成,故植物生长快,积累的糖分等物质多,自然农产品质量好,且很少有硝酸盐等有害物质污染。六是充分利用农业秸秆资源堆肥还田,形成良性循环。目前我国各类农作物秸秆总量约6亿t,可收集利用的秸秆约为4.8亿t,其中2.5亿t用于造肥还田,约1.2亿t秸秆田间焚烧,浪费资源且污染环境,因此可将2.5亿t造肥还田秸秆科学堆制成生态有机肥,1.2亿t田间焚烧的秸秆堆制成有机肥料。近年来中央领导和国家科技部对秸秆综合利用多次作了部署,要求以科技为先导,以效益为核心,以产业化经营为手段,通过实施综合利用示范工程,因地制宜推广技术先进,群众欢迎,消耗秸秆数量多的成熟技术。因此利用农业秸秆原料堆制生态有机肥还田,符合国家的政策要求,可以形成农业良性循环,既节省资源,又提高农业效益。
2生态有机肥生产关键与推广应用途径
高效、稳定的生态有机肥发酵菌剂是制造优质生态有机肥的关键,生产生态有机肥包括菌剂生产、肥料制造和产品检验包装等工序过程,其中菌剂生产尤其重要,它包括菌种选育、菌剂发酵、质量检测、包装与贮存和运输等环节,技术水平要求高,对下游生产肥料质量影响很大,是生产生态有机肥的关键,必须严格把关,严格控制,最好应集中技术力量强的企业专门生产,以有利于保证菌剂质量和产品更新开发。传统采用堆肥、沤肥等方法生产有机肥料技术粗放,利用肥料中原有微生物自然接种,露天堆沤,基本为有机质腐烂过程,其周期较长如一般秸秆堆肥需1~2个月,且不具有其他生态肥效。而采用人工接种快速堆肥菌剂堆制秸秆肥料可快速腐熟,20d左右即可达传统堆肥腐熟程度,且施入土壤后具有肥效和固N、解P、解K及改善生态环境等功效,因此用于生产生态有机肥的菌剂质量十分重要。我国过去推广应用生物肥料几起几落,其主要原因是受菌剂质量问题所限。要保证菌剂质量一是要选择具有优良特性的菌种,保证菌种生产过程中不衰退、不混杂。
菌种衰退是由量变到质变的演变过程,开始群体中只有个别细胞发生负变或混杂少数杂菌,这时若不及时采取有效措施,而一味继续移接转代,则群体中这种负变细胞或混杂菌比例逐步增高并最终占优势,从而使整个群体表现出严重衰退[5],使菌剂失效;二是要采用合适菌剂生产工艺,此类菌剂生产一般是多菌种混合发酵过程,各种菌群比例和生长量必须通过适当营养配方、适宜培养条件和先进的工艺流程加以控制,因此需要集中生产和科学管理。采用公司+农户方式共同生产是推广应用生态有机肥的有效途径,目前国内生产生态有机肥主要类型有简单的有机和无机肥料复配;泥碳吸附微生物菌剂复配造粒;采用工、农业固体废弃物集中堆制、干燥、粉碎、复配和包装等生产方式,从菌剂生产到肥料制造一条龙集中生产,集中销售,企业需投资大型机械和运输设备,需大量运入泥炭、煤渣和秸秆等造肥原料,而农民亦需从销售点以每吨千元以上价格购买此肥且需要消耗很大运力,故已习惯于使用化肥的农民一般尚不愿意使用生态有机肥。
采用公司+农户方式生产生态有机肥,由公司集中生产高效和优质肥料发酵菌剂,向农民供给很少菌剂,指导农民利用秸秆等农业废弃原料就地堆制,就地使用,堆制成肥后就近还田施用,可大量节省堆肥设备投资和人力、运力,笔者近年来研究和推广应用生态有机肥发酵菌剂试验表明,农民堆制1t生态有机肥,除原料和劳动力外仅需20多元成本,其成本为购买现成有机肥的1/50,既减少化肥和农药施用量,降低生产成本,又减少环境污染,提高农产品产量和质量,每年可增收1800元/hm2,以100万农户、33万hm2农田推广应用计,年可增收近6亿元。同时相应减少化肥厂和农药厂生产过程对环境的严重污染。而生产生态有机肥菌剂企业既做到无污染生产,又获得很高利润回报,根据目前国内外该类产品市场价格计,年产1万t该种优质菌剂约可新增产值3000~4000万元,增加利税1000多万元,经济、社会和环境生态效益巨大。
