農(nóng)業(yè)廢棄物肥料化發(fā)展現(xiàn)狀與研究進(jìn)展

付龍?jiān)?梁曉輝 燕淑海 劉建民 司洪宇 王兵 王丙蓮

摘要：秸稈、尾菜、畜禽糞污等是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的寶貴可再生資源，農(nóng)業(yè)廢棄物的肥料化利用實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，本文聚焦當(dāng)前我國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄物肥料化利用領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀、熱點(diǎn)問(wèn)題與研究進(jìn)展，就原料來(lái)源、養(yǎng)分總量、利用方式、發(fā)酵工藝、市場(chǎng)前景、存在問(wèn)題和對(duì)策等方面展開討論，為秸稈、尾菜、畜禽糞污等農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用和有機(jī)肥產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供一定參考。

前言

作為超過(guò)14億人口的發(fā)展中大國(guó)，農(nóng)業(yè)在保障國(guó)計(jì)民生和經(jīng)促進(jìn)濟(jì)發(fā)展方面始終承擔(dān)著重要的責(zé)任，習(xí)近平總書記指出：“手中有糧，心中不慌在任何時(shí)候都是真理”。我國(guó)農(nóng)作物播種面積和糧食產(chǎn)量長(zhǎng)期穩(wěn)定在1.6億公頃和6.6億噸以上，而主要畜種存/出欄量也總體呈上升勢(shì)頭，2019年生豬出欄量超7.4億頭，奶牛、肉牛存欄量合計(jì)超0.9億頭，畜肉產(chǎn)量約0.77億噸，生鮮乳產(chǎn)量約0.33億噸;同時(shí)，我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化、信息化水平持續(xù)進(jìn)步，2019年農(nóng)業(yè)機(jī)械化總動(dòng)力水平超10.2億萬(wàn)千瓦，相比2000年提高近一倍，2019年全國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化水平為23.8%，智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展持續(xù)深入[1][2]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的提高，不但有力保障了我國(guó)人民“米袋子”、“肉盤子”和“菜籃子”安全，而且提高了廣大農(nóng)民收入，促進(jìn)了城鄉(xiāng)居民的有序流動(dòng)。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程必然伴隨廢棄物的產(chǎn)生，而集約化、規(guī)?；纳a(chǎn)方式更加促進(jìn)了農(nóng)業(yè)廢棄物的集中釋放。農(nóng)業(yè)廢棄物主要包括秸稈、尾菜等種植業(yè)生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的植物源性廢棄物，及糞便、污水等畜牧業(yè)生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的動(dòng)物源性廢棄物，據(jù)估算，近年來(lái)，我國(guó)每年各類農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量達(dá)10億噸，畜禽糞污產(chǎn)生量量約40億噸左右[1][3]，農(nóng)業(yè)廢棄物含有豐富的糖類、蛋白質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)，可生化性強(qiáng)，如果不加妥善處理而隨意丟棄，不但浪費(fèi)了寶貴的可再生資源，而且極易孳生病菌、散發(fā)惡臭，甚至污染地下水和土壤，給城鄉(xiāng)環(huán)境整治造成巨大難題。

國(guó)家鼓勵(lì)農(nóng)業(yè)廢棄物的無(wú)害化處理與資源化利用，近年來(lái)先后出臺(tái)了多項(xiàng)相關(guān)方針政策，2016年原農(nóng)業(yè)部、國(guó)家發(fā)展改革委六部委聯(lián)合發(fā)文的《關(guān)于推進(jìn)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用試點(diǎn)的方案》進(jìn)一步細(xì)化了相關(guān)目標(biāo)任務(wù)、試點(diǎn)選擇、保障措施等。目前，農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用方式主要有飼料化、能源化、基質(zhì)化、原料化和肥料化等方式，其中肥料化利用可將農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所不可或缺的肥料，具有適應(yīng)性廣、產(chǎn)品形式多樣、附加值高等突出優(yōu)勢(shì)，是農(nóng)業(yè)廢棄物的重要利用方式之一[4]。秸稈、糞污等均可作為有機(jī)肥、微生物肥等的理想原料，經(jīng)適當(dāng)加工后，無(wú)論是用于小麥、玉米等的大批量還田使用，還是用于蔬菜、經(jīng)濟(jì)作物等的精細(xì)栽培，均可產(chǎn)生良好生態(tài)效益和可觀經(jīng)濟(jì)效益。農(nóng)業(yè)廢棄物的肥料化利用可將氮、磷等植物養(yǎng)分重新帶回土壤，總體上不增加養(yǎng)分供給，更有利于實(shí)現(xiàn)種養(yǎng)結(jié)合、養(yǎng)分平衡，同時(shí)改善土壤有機(jī)質(zhì)含量、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、微生物生態(tài)等，有效避免過(guò)量使用化肥所導(dǎo)致的土壤酸化、鹽漬化、養(yǎng)分失衡等問(wèn)題，更加有利于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[5]。

近年來(lái)，以多種農(nóng)業(yè)廢棄物為主要原料的有機(jī)肥產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，為廣大農(nóng)民提供了更多肥料選擇，創(chuàng)造了巨大產(chǎn)值。然而，當(dāng)前有機(jī)肥生產(chǎn)與使用仍存在技術(shù)水平參差不齊、部分產(chǎn)品以次充好、施用方法缺乏科學(xué)指導(dǎo)等諸多問(wèn)題，亟需解決。如何促進(jìn)農(nóng)業(yè)廢棄物的科學(xué)轉(zhuǎn)化，并在提高作物產(chǎn)量的同時(shí)保證土壤安全，是實(shí)現(xiàn)肥料化利用有序健康發(fā)展的關(guān)鍵。

1.原料來(lái)源

根據(jù)植物性和動(dòng)物性原料來(lái)源的不同，可供肥料化利用的農(nóng)業(yè)廢棄物主要包括種植過(guò)程中產(chǎn)生的的秸稈、尾菜等植物殘?bào)w，生豬、牛、家禽類飼養(yǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的糞便、尿液、污水，廣義上還包括人糞尿、餐廚垃圾、枯枝落葉等有機(jī)生活廢棄物。同時(shí)，在農(nóng)業(yè)廢棄物肥料化應(yīng)用實(shí)踐中，泥炭、草炭土等輔料，及芽孢桿菌、霉菌、放線菌等具有促發(fā)酵、抑制病蟲害等功能的微生物也被不同程度的使用。而受產(chǎn)業(yè)布局、氣候等因素影響，我國(guó)各地區(qū)可供肥料化利用的農(nóng)業(yè)廢棄物類型和數(shù)量存在較大不同，如東北地區(qū)豆類秸稈資源較為豐富，而山東、河北等蔬菜產(chǎn)業(yè)密集區(qū)的尾菜資源較為突出，西北地區(qū)的牛羊糞污資源要高于東南地區(qū)，而東南地區(qū)鴨糞資源多于西北地區(qū)等[6]。因此，在大力發(fā)展有機(jī)肥、提高農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化率的前提下，應(yīng)根據(jù)各地區(qū)原料的不同特點(diǎn)，因地制宜開發(fā)不同的肥料品種。

2.養(yǎng)分總量

由于秸稈、尾菜、畜禽糞污等在含水率、有機(jī)物含量、氮磷鉀含量等理化指標(biāo)上存在較大差異，因此實(shí)踐中常將其統(tǒng)一折算為有機(jī)養(yǎng)分總量進(jìn)行比較。宋大利、劉曉永等通過(guò)常用的草谷比、排泄系數(shù)與飼養(yǎng)周期計(jì)算等方式，分別估算了全國(guó)秸稈、畜禽糞污年度有機(jī)養(yǎng)分總量。而杜為妍等綜合了多項(xiàng)研究后估算，2010-2016年我國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄物有機(jī)養(yǎng)分總量年均為7919.5萬(wàn)噸，氮、磷、鉀分別為3096.3萬(wàn)、1174.1萬(wàn)、3249.1萬(wàn)，而秸稈有機(jī)養(yǎng)分總量為2209.8萬(wàn)噸，畜禽糞污有機(jī)養(yǎng)分總量為4069.2萬(wàn)噸，綠肥養(yǎng)分總量為97萬(wàn)噸。我國(guó)可供肥料化利用的農(nóng)業(yè)廢棄物資源總量非常巨大，但有效利用率尚不足40%[7]。

3.利用方式

按照最終還田方式的不同，農(nóng)業(yè)廢棄物的肥料化利用方式可分為直接利用與間接利用。直接利用較為直接與省力，即將秸稈、禽畜糞污等直接還田，使之在土壤微生物菌群的復(fù)雜作用下緩慢腐解，逐漸礦化和釋放養(yǎng)分。該方式對(duì)于土壤培肥、改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、作物增產(chǎn)等有一定益處，但自然腐解過(guò)程緩慢，腐解過(guò)程釋放的熱量直接作用于作物根系，易出現(xiàn)燒苗、黑根等不良現(xiàn)象，特別是秸稈等如果粉碎粒度過(guò)大、還田過(guò)多，還容易對(duì)土壤保墑造成不利影響及孳生病蟲害等;間接利用則方式更為多樣，主要包括通過(guò)簡(jiǎn)單堆漚、好氧堆肥、厭氧發(fā)酵、過(guò)腹轉(zhuǎn)化、生產(chǎn)有機(jī)肥等方式加以利用。簡(jiǎn)單堆漚是我國(guó)農(nóng)民常用的農(nóng)業(yè)廢棄物處理方式，通過(guò)將秸稈、禽畜糞污堆漚在一起利用自然發(fā)酵的方式進(jìn)行腐熟;好氧堆肥則是簡(jiǎn)單堆漚的科學(xué)升級(jí)，通過(guò)控制好氧發(fā)酵的周期、溫度、菌種等獲得更加的產(chǎn)品參數(shù);厭氧發(fā)酵則是在封閉環(huán)境中利用沼氣微生物菌群的復(fù)雜生化作用，將部分有機(jī)成分轉(zhuǎn)化為甲烷等，同時(shí)生成的沼液、沼渣可作為優(yōu)良肥料來(lái)源;過(guò)腹轉(zhuǎn)化則是將農(nóng)業(yè)廢棄物飼喂動(dòng)物，將排出的糞便在予以還田，可以實(shí)現(xiàn)有機(jī)成分的更充分利用;生產(chǎn)有機(jī)肥則是以上方式的集大成者，通過(guò)現(xiàn)代化的工藝手段，并根據(jù)目標(biāo)土壤類型的不同，科學(xué)設(shè)計(jì)有機(jī)肥成分含量，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益的有機(jī)統(tǒng)一[8]。

4.發(fā)酵工藝

生產(chǎn)高附加值的商品有機(jī)肥是農(nóng)業(yè)廢棄物肥料化利用的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)生產(chǎn)工藝和技術(shù)裝備要求相對(duì)較高，目前應(yīng)用較多的有機(jī)肥發(fā)酵工藝有：條垛式堆肥、槽式堆肥、覆膜堆肥、反應(yīng)器堆肥。條垛式堆肥是在硬化平地上，將農(nóng)業(yè)廢棄物堆成一定寬度和長(zhǎng)度的條垛，條垛式翻拋機(jī)橫跨條垛兩側(cè)，對(duì)條垛進(jìn)行翻拋通氣，實(shí)現(xiàn)好氧發(fā)酵;槽式堆肥則需建設(shè)發(fā)酵槽，槽兩側(cè)墻上設(shè)置導(dǎo)軌，槽式翻拋機(jī)在導(dǎo)軌上定時(shí)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)達(dá)到通風(fēng)和物料混合的目的;覆膜堆肥則是在以上兩種堆肥方式的基礎(chǔ)上，在物料表面覆蓋一層選擇性滲透膜，該膜允許O2等小分子透過(guò)，但可以隔絕臭氣大分子、病菌、寄生蟲等，并更好的保存堆肥熱量，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵工藝和肥料品質(zhì)的升級(jí);反應(yīng)器堆肥一般采用高溫好氧發(fā)酵工藝，發(fā)酵過(guò)程全程在密閉或半密閉裝置中完成，發(fā)酵裝置又可細(xì)分為滾筒式、筒倉(cāng)式、塔式和隧道式，通過(guò)強(qiáng)制通風(fēng)、連續(xù)攪拌，達(dá)到好氧堆肥的目的[9][10]。

四種堆肥發(fā)酵工藝各有特色，條垛式堆肥靈活多樣，適合不同規(guī)模和原料的堆肥使用;槽式發(fā)酵規(guī)模大、單次處理能力可達(dá)數(shù)千噸，尤其適合大型堆肥廠;覆膜堆肥則有效降低了堆肥過(guò)程中氨氣、硫化氫等臭味氣體的排放，降低環(huán)境污染，同時(shí)可更好保留有機(jī)物料養(yǎng)分;而反應(yīng)器堆肥則大大縮短了堆肥周期，將數(shù)十天的發(fā)酵時(shí)間縮短至1-14天，效率成倍提升。

5.市場(chǎng)前景

農(nóng)業(yè)廢棄物直接還田或經(jīng)簡(jiǎn)單堆漚后還田，多為農(nóng)戶或養(yǎng)殖場(chǎng)廢棄物處理過(guò)程中的自發(fā)行為，應(yīng)用范圍一般僅限于廢棄物產(chǎn)生地周邊，且多為自用或無(wú)償、微償使用，其產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益不高。而商品有機(jī)肥具有生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)規(guī)模大、肥效和附加值高、有利于運(yùn)輸?shù)韧怀鰞?yōu)點(diǎn)，是符合現(xiàn)代工廠化生產(chǎn)、有利于商品化流通的高效利用方式。通過(guò)預(yù)處理、復(fù)配、多次發(fā)酵、烘干、造粒、裝袋等生產(chǎn)步驟，每噸有機(jī)肥產(chǎn)品可產(chǎn)生300～500元凈利潤(rùn)。商品有機(jī)肥的生產(chǎn)必須符合相關(guān)國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)混肥料（GB/T18877-2009）、有機(jī)肥料（NY525-2012）、生物有機(jī)肥（NY884-2012）、復(fù)合微生物肥料執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)（NY/T798—2015）等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了商品有機(jī)肥生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)。相關(guān)政策法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的完善，將更有利于優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥產(chǎn)品走向市場(chǎng)[11]。

6.存在問(wèn)題和對(duì)策

農(nóng)業(yè)廢棄物的肥料化利用可真正實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分“從土地中來(lái)，到土地中去”，并部分替代化肥，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。然而，目前仍有若干題困擾我國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄物肥料化領(lǐng)域的快速發(fā)展，主要體現(xiàn)在政策引導(dǎo)不完善、技術(shù)和裝備創(chuàng)新不足、推廣和示范力度不夠、原料收儲(chǔ)鏈條不完善、產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊等方面，特別是農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼政策針對(duì)性不強(qiáng)、先進(jìn)技術(shù)和裝備與國(guó)際先進(jìn)水平差距較大、農(nóng)技部門和農(nóng)戶缺乏有效溝通、糞便與秸稈等原料難以收集和運(yùn)輸、少數(shù)有機(jī)肥產(chǎn)品以次充好等，極大困擾了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。為此，行業(yè)主管部門應(yīng)盡快完善針對(duì)農(nóng)業(yè)廢棄物肥料化利用的補(bǔ)貼政策，特別是國(guó)際上應(yīng)用較成熟的后端補(bǔ)貼機(jī)制，根據(jù)實(shí)際產(chǎn)出提供對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供支持;應(yīng)大力加強(qiáng)先進(jìn)設(shè)備、微生物制劑和工藝的研發(fā)，特別是提升傳統(tǒng)堆肥的技術(shù)水平，在保證腐熟度的同時(shí)縮短發(fā)酵時(shí)間、降低養(yǎng)分損失率，減少臭氣、廢液對(duì)環(huán)境的危害;農(nóng)業(yè)科研、推廣人員應(yīng)加強(qiáng)與從業(yè)人員交流，從生產(chǎn)中來(lái)，到生產(chǎn)中去，切實(shí)解決困擾實(shí)際生產(chǎn)的痛點(diǎn);試點(diǎn)建立縣域、鎮(zhèn)域范圍內(nèi)的農(nóng)業(yè)廢棄物收儲(chǔ)網(wǎng)格機(jī)制，建立專業(yè)化的收儲(chǔ)隊(duì)伍，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物的物盡其用;最終，應(yīng)切實(shí)加強(qiáng)對(duì)商品有機(jī)肥市場(chǎng)的監(jiān)管力度，實(shí)行市場(chǎng)準(zhǔn)入制度，嚴(yán)厲查處虛假?gòu)V告、以次充好等坑農(nóng)害農(nóng)、有損整個(gè)行業(yè)正常發(fā)展的行徑。只要全社會(huì)高度重視農(nóng)業(yè)廢棄物的無(wú)害化處理與資源化利用度，形成合力，就一定可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物肥料化利用的健康發(fā)展。

小結(jié)

肥料化利用是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物無(wú)害化處理和資源化利用的重要途徑，對(duì)于農(nóng)村環(huán)境保護(hù)、化肥替代、農(nóng)民增收等均具有積極意義。當(dāng)前，我國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄物的肥料化利用具有原料來(lái)源廣泛且差異性大、養(yǎng)分利用率不高、利用方式和發(fā)酵工藝多種多樣等突出特點(diǎn)，總量十分巨大但仍有較大發(fā)展空間。針對(duì)肥料化利用過(guò)程中存在的突出問(wèn)題，需要相關(guān)主管部門、廣大企業(yè)、農(nóng)民和科研人員等加強(qiáng)協(xié)作，協(xié)同創(chuàng)新，提升農(nóng)業(yè)廢棄物利用率，促進(jìn)有機(jī)肥行業(yè)的規(guī)范發(fā)展，并實(shí)現(xiàn)更大廣度和深度范圍內(nèi)的有機(jī)肥對(duì)化肥的替代。

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