農(nóng)業(yè)廢棄物在農(nóng)業(yè)綠色循環(huán)發(fā)展中的應(yīng)用

王強強，周良田，王鳳娟，季 愷

(中聯(lián)重機股份有限公司,安徽 蕪湖 241080)

1 農(nóng)業(yè)廢棄物現(xiàn)狀

目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)廢棄物缺少有效處理手段，對環(huán)境污染影響較大，秸稈焚燒導(dǎo)致空氣污染，秸稈綜合利用處理能力不足等問題。隨著國家相關(guān)部門與地方政府的積極推動和大力支持以及國內(nèi)打捆機的發(fā)展，秸稈焚燒現(xiàn)象得到了緩解。但秸稈利用率很低，只有不到20%的秸稈被用于發(fā)電、生物燃料、養(yǎng)畜等。其余80%的農(nóng)作物秸稈焚燒導(dǎo)致空氣污染，要么在田間地頭堆積腐爛，要么在河道內(nèi)污染水源。中國農(nóng)業(yè)資源環(huán)境遭受著外源性污染和內(nèi)源性污染的雙重壓力，農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展遭遇瓶頸。農(nóng)業(yè)廢棄物處理都是采用掩埋、焚燒、丟棄、直接還田、田頭堆漚、工廠化堆肥等方法，發(fā)酵慢，溫度低，很難殺滅病蟲害，沒有進行合理的配比，肥效低，處理時間長，場地占用大，露天處理，下雨后污水四流，二次污染大，易引發(fā)環(huán)境事件，造成資源浪費。

同時，農(nóng)田還存在著大量使用無機化肥造成污染的問題。大量無機肥中含有大量的重金屬，主要有Zn、Cu、Co和Cr等。長期使用造成土壤中重金屬元素富集，危害人體的健康。土壤微生物具有轉(zhuǎn)化有機質(zhì)，分解礦物和有毒物質(zhì)的作用。國內(nèi)施用的無機肥中以氮肥為主，而磷肥，鉀肥和有機肥的施用量低，這會降低土壤微生物的數(shù)量和活性。另外長期施用無機肥會加速土壤酸化，加速Ca、Mg元素從耕作層淋溶，從而降低鹽基飽和度和土壤肥力。

隨著世界貿(mào)易一體化進程加快，中國農(nóng)業(yè)產(chǎn)品正在大量走出國門，人們也更加關(guān)注食品的安全，健康，綠色。生物肥料的發(fā)展為中國提供了市場機遇，能夠滿足中國有機農(nóng)產(chǎn)品對有機肥的需求，一方面為農(nóng)民朋友提供了就業(yè)崗位，另一方面農(nóng)產(chǎn)品種植成本低，售賣價格高，為農(nóng)民增加的收入。

2 農(nóng)業(yè)廢棄物肥料化利用具體措施

本應(yīng)用是一種以秸稈、糞污為原料的生物有機肥料，在秸稈中加入大量畜禽糞便后在 40 ～70 ℃發(fā)酵時間為5～7 d制備供農(nóng)業(yè)循環(huán)生產(chǎn)的有機肥料。采用本應(yīng)用發(fā)明的秸稈肥料的生產(chǎn)工藝流程配方，可以解決現(xiàn)有生產(chǎn)工藝中添加大量礦物質(zhì)肥料，生產(chǎn)周期長的問題。

本應(yīng)用方案的一個方面提供了一種秸稈有機肥料的制備方法，其特點在于，包括如下步驟：比例確定步驟，根據(jù)碳氮比，確定秸稈和人或動物糞便的比例；加濕步驟，根據(jù)所確定的比例，將秸稈和人或動物的糞便加入發(fā)酵器并進行加濕；預(yù)熱步驟，使秸稈和人或動物的糞便組成的物料的溫度達到預(yù)熱溫度；菌種加入步驟，加入菌種；發(fā)酵步驟，進行發(fā)酵。二次發(fā)酵步驟，講物料從發(fā)酵器中取出，在防風(fēng)防雨環(huán)境中堆放5 d以上進行后熟。

根據(jù)本應(yīng)用方案的另一方面，提供了一種秸稈有機肥料，其特征在于，所述的秸稈有機肥料原料包括如下質(zhì)量份數(shù)的主要原料：秸稈120～150份、人或動物糞便120～150份、氮肥1.0～1.4份和復(fù)合菌種0.1～0.3份。

本應(yīng)用方案能夠完全滿足農(nóng)業(yè)循化綠色發(fā)展的需要，制備的綠色有機菌肥的肥效好，在果蔬的種植中可以完全替代化肥，保證了果蔬的品質(zhì)，改善了土壤結(jié)構(gòu)。在有機糧食的種植中可大大降低化肥的使用量，保證了有機糧食的品質(zhì)，改善了土壤結(jié)構(gòu)，是循化農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)的重要助力。

在有機糧食的種植中可大大降低化肥的使用量，保證了有機糧食的品質(zhì)，改善了土壤結(jié)構(gòu)，是循化農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)的重要助力。

圖1示出了根據(jù)本應(yīng)用方案一種實施方式的秸稈有機肥料的制備方法的示意性流程圖。如圖1所示，首先在步驟S1確定秸稈和人或動物糞便的比例。

圖1秸桿有機肥料的制備方法的示意性流程

可以根據(jù)碳氮比C/N來確定秸稈和人或動物糞便的比例。碳氮比C/N是指物料中含C的總量和含N總量之比。不同的材料碳氮比不同。碳氮比值越低的物質(zhì)，氮營養(yǎng)成分越高，越容易分解。反之，則氮營養(yǎng)成分少，纖維物質(zhì)多，而難以分解。在制肥生產(chǎn)中，選擇合適的碳氮比即選擇不同物料的合理比例。一般選擇碳氮比為20～25∶1較為合適。比例過高，則增加氮的含量，這可以通過增加人或動物糞便在整個配方中的質(zhì)量比來實現(xiàn)，如果比例過低，則增加C的含量，這例如通過增加秸稈在整個配方中的質(zhì)量比來實現(xiàn)。不同的地方采用的原材料不同，生產(chǎn)前，必須通過計算，才能確定合適的碳氮比。

根據(jù)一種實施方式，在配方中增加一定質(zhì)量比例的氮肥。氮肥所占配方總質(zhì)量的比重一般不超過1%，優(yōu)選地，不超過0.7%。隨后，在步驟S2，根據(jù)步驟S1所確定的比例，將秸稈和人或動物的糞便或氮肥(如果需要的話)加入發(fā)酵器并進行加濕。

根據(jù)另一種實施方式，還根據(jù)所述比例的秸稈和人或動物糞便的混合物的酸堿度(pH值)來確定是否添加酸堿調(diào)節(jié)物質(zhì)以及所需添加的酸堿調(diào)節(jié)物質(zhì)的用量。有機肥標(biāo)準(zhǔn)中pH值5.5～8.5，配料時，對物料的pH值應(yīng)當(dāng)測定，控制在6～7之間為好，發(fā)酵過程中pH值會先酸后堿的變化。用酸堿度試紙測定pH值，如果物料的pH值低于5.0，則在發(fā)酵過程中，微生物會分解一些有害和有毒物質(zhì)，如亞硝酸鹽，對作物生長不利，需加生石灰；如果pH值過高，則氮會以游離態(tài)的氨氣從物料中揮發(fā)，從而降低肥料的肥效，需加腐殖酸(生石灰和腐殖酸在上料階段添加添加)。

秸稈是粉碎后的秸稈，秸稈的顆粒大小、粗細程度影響物料的疏松度。物料粒度直徑0.5～1.2 mm、長度3～10 mm為宜。物料太細的疏松度不夠而不利于氧氣的交換。物料太粗不利于微生物表面吸附，肥料腐熟時間長。一般來說，物料處理為小于20目的占物料的1/3。難于腐熟的物料(含木質(zhì)纖維多)應(yīng)該處理得細一些，如稻草、谷殼等粒度直徑0.5～0.8 mm，長度3～6 mm為宜。玉米、小麥物秸稈等可以粗些，粒度直徑0.8～1.2 mm，長度3～10 mm為宜。

發(fā)酵物料的初始水分控制在55%～65%之間，一般冬季控制水分低一些(物料放在手里用力捏，沒有水滲出，但手掌有明顯的水跡)，夏季可以高一些(物料放在手里用力捏，有微量水滲出)。初始物料水分過低，隨著發(fā)酵時間的推移，水分會更低，微生物繁殖會受到影響，物料的腐熟變慢甚至停止。物料水分過高，會直接影響物料的孔隙度，氧氣的滲入減少，好氧微生物繁殖變慢，厭氧微生物繁殖加快，導(dǎo)致肥料發(fā)臭，滋生蚊蠅。后期降水也困難，延長肥料生產(chǎn)的周期。

可以把秸稈和人或動物的糞便(以及某些實施方式下的氮肥)按比例加入到發(fā)酵器中，然后加濕。也可以先加入秸稈，并進行加濕，然后在加入人或動物的糞便，再次進行加濕。然后，在步驟S3進行殺菌。殺菌可以通過把發(fā)酵器中的溫度提高到80 ℃，持續(xù)15 min來完成。也可以采用其他的溫度、持續(xù)稍短或更長的時間。殺菌的步驟不是必須的，對于某些地區(qū)的人或動物的糞便或者根據(jù)置信度的要求，可以不進行殺菌。接著在步驟S4，使物料溫度達到預(yù)熱溫度。預(yù)熱溫度在40～65 ℃之間。如果之前采用了殺菌的步驟，則溫度從殺菌溫度(例如80 ℃)下降到該預(yù)熱溫度，如果沒有進行殺菌步驟，則需加熱到預(yù)熱溫度。預(yù)熱溫度可以根據(jù)情況調(diào)節(jié)。

然后在步驟S5加入菌種，菌種通常為復(fù)合菌種。復(fù)合菌種可以按照秸稈重量的0.1%～0.3%的比例添加。對于復(fù)合菌種，有機肥料生產(chǎn)中的微生物種類很多，它是一個復(fù)合體系。主要有真菌類，包含霉菌和酵母；細菌類如芽孢桿菌；放線菌類如鏈霉菌、根瘤菌等。其中有低溫菌、高溫菌、好氧菌、厭氧菌，各種微生物在不同的環(huán)境下發(fā)揮各自不同的作用?？梢愿鶕?jù)所需的發(fā)酵腐熟快慢和有機肥的質(zhì)量來進行復(fù)合菌種的選擇。在步驟S6進行發(fā)酵。發(fā)酵溫度在40～70 ℃之間，優(yōu)選在60～70 ℃。常規(guī)的有機肥發(fā)酵工藝，溫度由低溫變高溫需要很長的時間，而通過高溫殺菌后，物料的溫度已經(jīng)很高了，微生物菌種可以快速增殖從而加快了發(fā)酵進程。經(jīng)實踐證明物料發(fā)酵的適宜溫度為60～70 ℃，最高溫度不得超過75 ℃。在一定范圍內(nèi)，溫度低發(fā)酵慢，溫度高發(fā)酵快。

應(yīng)用方案的方法還包括補水步驟，在發(fā)酵過程中，監(jiān)測物料的濕度，如果低于預(yù)定閾值(例如低于50%)，則進行補水加濕，使物料濕度保持在50%～70%。使用設(shè)備生產(chǎn)有機肥，是好氧發(fā)酵過程，整個生產(chǎn)過程中都會需要有補充足夠的氧氣，以利于好氧微生物的快速生長繁殖促進物料快速腐熟，一般以10%～15%通氧量為宜。(通氧量：①通氧量的定義是1 min進入發(fā)酵罐的純氧體積;②10%～15%體積百分比，即以發(fā)酵罐體積為100%計算通氧量；③通氧風(fēng)機的風(fēng)量計算得出。)最后，在步驟S7進行二次發(fā)酵(后熟)：設(shè)備中完成肥料主發(fā)酵(一次發(fā)酵)后，物料中容易分解的物質(zhì)大部分已經(jīng)分解，但很多高分子物質(zhì)如木質(zhì)纖維等難以分解，需要進行二次發(fā)酵，也叫做后熟，這一過程是使難以分解的纖維素、木質(zhì)素在微生物的作用下得以緩慢分解，從而變成農(nóng)作物易于吸收的有機養(yǎng)分。

3 農(nóng)業(yè)廢棄物肥料化利用案例

供蔬菜生長的秸稈肥料，秸稈1300 kg、雞糞1300 kg、尿素12 kg、復(fù)合菌種3 kg。先將秸稈粉碎到10 mm以下長度，按下列制料工藝流程表執(zhí)行。

依據(jù)本方案方法的一些實施例1～4示例見表1～4，制得的秸稈肥料的性能檢測見表5。

在以上的實施例中，為了實現(xiàn)果蔬生長的需要，本方案采用的秸稈肥料原料配方：秸稈1300 kg、雞糞700 kg、 氮肥12 kg、復(fù)合菌種3 kg。但這只是示例性的，雞糞可以被人或其他動物的糞便代替，例如牛、羊、豬、鵝、鴨等糞便。所述秸稈可以為玉米、水稻、小麥等農(nóng)作物秸稈。所述氮肥為一般為尿素，主要作用為：調(diào)節(jié)秸稈與雞糞的碳氮比，不足時適量添加。所述復(fù)合菌種包括低溫菌、高溫菌、好氧菌、厭氧菌這些復(fù)合屬性微生物，配比為3∶3∶3∶1。實踐表明，低溫菌、高溫菌、好氧菌、厭氧菌的配比可以為2～4份∶2～4份∶2～4份∶0.5～1.5份(質(zhì)量份)。

表1 例1實施制料工藝流程

注：后熟完成后為褐色或深褐色的散狀有機肥，有機質(zhì)含量45%以上

表2 例2制料工藝流程

注：后熟完成后為褐色或深褐色的散狀有機肥，有機質(zhì)含量45%以上

表3 例3實施制料工藝流程

注：后熟完成后為褐色或深褐色的散狀有機肥，有機質(zhì)含量45%以上

秸稈、雞糞、氮肥的比例都是可以調(diào)整的，例如根據(jù)碳氮比進行調(diào)整。實踐表明，由如下質(zhì)量份數(shù)的原料組成的秸稈有機肥料都取得了很好的效果：秸稈120～140份、人或動物糞便60～80份、氮肥1.0～1.4份和復(fù)合菌種0.1～0.3份。

4 結(jié)語

用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的秸稈、糞污經(jīng)過科學(xué)配比，按一定生產(chǎn)工藝滿足高溫殺、恒溫發(fā)酵、常溫熟化制作的有機肥，可以再經(jīng)濟作物生產(chǎn)中完全替代化肥；在主糧生產(chǎn)中降低50%以上化肥使用量，并且比較經(jīng)濟的利用率秸稈、畜禽糞便的廢棄物，使其形成了農(nóng)業(yè)綠色循化發(fā)展生態(tài)。

表4 例4實施制料工藝流程

注：后熟完成后為褐色或深褐色的散狀有機肥，有機質(zhì)含量45%以上

表5 4種有機肥料檢測成分對比 %