生態有機肥及發展
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“微生物生態有機肥料”(Ecologicalorganicfertilizers)是近年提出的新概念,是指利用區域有機廢棄物經微生物分解轉化生產的既具有培肥土壤肥力,提高作物營養供給,增加作物產量,改善農產品質量的作用,又可減少土壤殘留化肥農藥污染,清潔土壤,改善生態環境的復合有機肥料或微生物肥料。我國每年約消費1.4億t肥料,其中絕大部分為化肥,而有機肥不足20萬t。20世紀50年代以來由于長期使用化肥,土壤有機質含量減少,土壤性狀破壞,土壤肥力下降,投入每kg化肥純養分增產糧食的比例逐年減少。據報道,20世紀50年代每kg化肥純養分增產15kg糧食,70年代增產8~10kg,90年代僅增產6.6kg,已降至世界水平的最低限度。因此農業的增產單純依靠增加化肥施用量已不可能實現,相反會增加農業投入,加劇農田環境污染,進一步降低農產品質量,出現因過量施用化肥而種植的糧食不香、蔬菜不嫩和瓜果不甜的現象;地面水污染嚴重且富營養化,地下水硝酸鹽含量普遍超標;由于環境污染引起人們致病日趨增多諸問題。鑒于此,農業可持續發展逐步受到世界各國重視,農業生產中減少化肥施用量或不施化肥,改用生態有機肥料已成為共識。
生態有機肥可培肥無污染的土壤和為農作物提供充分的營養,生產出高產優質的農副產品。生態有機肥充分利用大量的秸稈資源而轉化成高效有機肥回田,使農業生態環境良性循環,其作用一是養地肥土提高土壤肥力,土壤有機質含量的多少對土壤肥力影響很大,一般耕作土壤約含有機質10~30g/kg,其在土壤中存在形式為新鮮植物殘體,可快速被土壤微生物分解,同時也是土壤中發酵系有益微生物的主要營養源;微生物及其他小生物有機體,其活體是土壤中各種物質循環轉化的動力,死亡的細胞很多可釋放出促進植物生長的營養,誘發植物抗病和多種生物活性物質;較難降解的腐殖質,它直接影響到土壤團粒結構的形成,從而影響土壤疏松、保水、保肥和通氣等狀況[1,2],而施用生態有機肥是向土壤補充這些有機質的最好形式。二是提高土壤向植物提供N素營養水平,自然界中N素有有機氮、無機氮和N23種類型,組成大氣體積的78%左右是N2,也是土壤中N素主要來源,但迄今所知僅有一部分微生物才能固N,使N2還原成氨(N2→NH3),變成被植物可吸收利用的N素營養。據估計全球每年生物固定的N素約1.22億t,大大超過化肥N素量[1,3,6]。
若按干稻草含N素6.3g/kg計[3],每hm210t秸稈被微生物腐爛分解后可釋放出植物能利用的N素約相當于126kg尿素。若在生態有機肥中接種入固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素營養水平,且具再生和效果累加的作用。土地多年施用生態有機肥料可不必另施化肥,同樣可達增產效果。三是提高土壤供給作物P、K等營養元素的水平,植物秸稈中存在大量有機磷化合物,而土壤中貯藏大量不溶解的無機P、K、Ca、Mg等礦物質,這些植物自身都不能有效利用,而在生態有機肥中輔接入可解P、解K的細菌,施入土壤后經增殖并與其他土壤微生物協同作用,將有機磷分解釋放,將無機磷和鉀礦物溶解而供給植物吸收。據研究報道,30cm深土層約含P、K礦物質26t/hm2,可通過微生物作用給植物提供充足的P、K等營養元素[1,2,6]。四是減少植物病蟲害,降低農藥用量,施用生態有機肥可培肥土壤,且修復被污染的土壤,使土壤清潔與健康,土壤中有益微生物數量占優勢,生物多樣性恢復,減少植物病蟲害。
與施用化肥相比,施用生態有機肥可減少農藥用量1/3以上。五是改善農產品質量,生產無公害綠色農產品,長期施用化肥降低農產品質量,使農田生態環境污染嚴重。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?；手蠳H4+經硝化作用后轉變成NO3-被植物吸收后,需植物消耗大量光合作用產物和能量還原成NH+4參與植物細胞物質的合成[4],其過程是耗能的生化過程,當作物收獲時還不能完全轉化而積累在植物莖、葉和果實中,硝酸鹽是一種強烈致癌物質NO2-的前體,故造成農產品污染。而生態有機肥營養物質釋放較慢,從N素營養而言多以NH4+或氨基酸形式供給植物,進入植物細胞后無需消耗大量能量和植物光合作用產物如糖分和有機酸等,直接參與植物細胞物質的合成,故植物生長快,積累的糖分等物質多,自然農產品質量好,且很少有硝酸鹽等有害物質污染。六是充分利用農業秸稈資源堆肥還田,形成良性循環。目前我國各類農作物秸稈總量約6億t,可收集利用的秸稈約為4.8億t,其中2.5億t用于造肥還田,約1.2億t秸稈田間焚燒,浪費資源且污染環境,因此可將2.5億t造肥還田秸稈科學堆制成生態有機肥,1.2億t田間焚燒的秸稈堆制成有機肥料。近年來中央領導和國家科技部對秸稈綜合利用多次作了部署,要求以科技為先導,以效益為核心,以產業化經營為手段,通過實施綜合利用示范工程,因地制宜推廣技術先進,群眾歡迎,消耗秸稈數量多的成熟技術。因此利用農業秸稈原料堆制生態有機肥還田,符合國家的政策要求,可以形成農業良性循環,既節省資源,又提高農業效益。
2生態有機肥生產關鍵與推廣應用途徑
高效、穩定的生態有機肥發酵菌劑是制造優質生態有機肥的關鍵,生產生態有機肥包括菌劑生產、肥料制造和產品檢驗包裝等工序過程,其中菌劑生產尤其重要,它包括菌種選育、菌劑發酵、質量檢測、包裝與貯存和運輸等環節,技術水平要求高,對下游生產肥料質量影響很大,是生產生態有機肥的關鍵,必須嚴格把關,嚴格控制,最好應集中技術力量強的企業專門生產,以有利于保證菌劑質量和產品更新開發。傳統采用堆肥、漚肥等方法生產有機肥料技術粗放,利用肥料中原有微生物自然接種,露天堆漚,基本為有機質腐爛過程,其周期較長如一般秸稈堆肥需1~2個月,且不具有其他生態肥效。而采用人工接種快速堆肥菌劑堆制秸稈肥料可快速腐熟,20d左右即可達傳統堆肥腐熟程度,且施入土壤后具有肥效和固N、解P、解K及改善生態環境等功效,因此用于生產生態有機肥的菌劑質量十分重要。我國過去推廣應用生物肥料幾起幾落,其主要原因是受菌劑質量問題所限。要保證菌劑質量一是要選擇具有優良特性的菌種,保證菌種生產過程中不衰退、不混雜。
菌種衰退是由量變到質變的演變過程,開始群體中只有個別細胞發生負變或混雜少數雜菌,這時若不及時采取有效措施,而一味繼續移接轉代,則群體中這種負變細胞或混雜菌比例逐步增高并最終占優勢,從而使整個群體表現出嚴重衰退[5],使菌劑失效;二是要采用合適菌劑生產工藝,此類菌劑生產一般是多菌種混合發酵過程,各種菌群比例和生長量必須通過適當營養配方、適宜培養條件和先進的工藝流程加以控制,因此需要集中生產和科學管理。采用公司+農戶方式共同生產是推廣應用生態有機肥的有效途徑,目前國內生產生態有機肥主要類型有簡單的有機和無機肥料復配;泥碳吸附微生物菌劑復配造粒;采用工、農業固體廢棄物集中堆制、干燥、粉碎、復配和包裝等生產方式,從菌劑生產到肥料制造一條龍集中生產,集中銷售,企業需投資大型機械和運輸設備,需大量運入泥炭、煤渣和秸稈等造肥原料,而農民亦需從銷售點以每噸千元以上價格購買此肥且需要消耗很大運力,故已習慣于使用化肥的農民一般尚不愿意使用生態有機肥。
采用公司+農戶方式生產生態有機肥,由公司集中生產高效和優質肥料發酵菌劑,向農民供給很少菌劑,指導農民利用秸稈等農業廢棄原料就地堆制,就地使用,堆制成肥后就近還田施用,可大量節省堆肥設備投資和人力、運力,筆者近年來研究和推廣應用生態有機肥發酵菌劑試驗表明,農民堆制1t生態有機肥,除原料和勞動力外僅需20多元成本,其成本為購買現成有機肥的1/50,既減少化肥和農藥施用量,降低生產成本,又減少環境污染,提高農產品產量和質量,每年可增收1800元/hm2,以100萬農戶、33萬hm2農田推廣應用計,年可增收近6億元。同時相應減少化肥廠和農藥廠生產過程對環境的嚴重污染。而生產生態有機肥菌劑企業既做到無污染生產,又獲得很高利潤回報,根據目前國內外該類產品市場價格計,年產1萬t該種優質菌劑約可新增產值3000~4000萬元,增加利稅1000多萬元,經濟、社會和環境生態效益巨大。
