農(nóng)牧廢棄物工業(yè)化利用技術(shù)創(chuàng)新與循環(huán)生態(tài)農(nóng)業(yè)模式構(gòu)建

王明富，余垚穎

(四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，四川 成都 610066)

1 概述

隨著農(nóng)業(yè)勞動力向城市轉(zhuǎn)移，種養(yǎng)模式發(fā)生了較大轉(zhuǎn)變，以農(nóng)戶為單元種養(yǎng)，快速向合作社、養(yǎng)殖場等集約化規(guī)模種養(yǎng)模式轉(zhuǎn)變。過去，每戶養(yǎng)殖2～4頭豬 ，每年可產(chǎn)出2000～4000kg糞水，平均每戶約0.33hm2，每年有400～800kg/667m2糞水回到自己的土壤中，雖然無害化程度較低，但有效地保證了農(nóng)作物有機(jī)養(yǎng)分供應(yīng)和土壤有機(jī)質(zhì)含量的穩(wěn)定。隨著畜禽糞以及秸稈回歸土壤程度降低，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量逐年下降，尤其是大田作物較為突出，隨著化學(xué)肥料的施肥模式的形成，土壤板結(jié)現(xiàn)象不斷加重，作物有機(jī)無機(jī)養(yǎng)分均衡化供應(yīng)水平下降，有的土壤有機(jī)質(zhì)含量已經(jīng)下降到了較低的水平，擠壓了像蚯蚓、益生菌等有益生物群體的生存空間，數(shù)量越來越少。不僅帶來了肥料利用率下降以及化肥用量增大、作物抗病能力減弱以及化學(xué)農(nóng)藥用量加大、果實(shí)品質(zhì)以及安全性下降、土壤的自我修復(fù)能力下滑以及酸化現(xiàn)象加重、有機(jī)質(zhì)在循環(huán)生態(tài)農(nóng)業(yè)中的作用變?nèi)醯葐栴}；而且對我國的糧食穩(wěn)定和安全保障帶來了巨大挑戰(zhàn)[1]。

農(nóng)牧業(yè)廢棄物包括秸稈、畜禽糞、菌渣、甘蔗渣、中藥渣、園林渣、煙渣以及工業(yè)發(fā)酵副產(chǎn)物等多種有機(jī)物料，其中以秸稈和畜禽糞數(shù)量最大 ，不僅是土壤有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定和農(nóng)作物有機(jī)養(yǎng)分供應(yīng)的最大來源；而且對循環(huán)生態(tài)農(nóng)業(yè)構(gòu)建起著關(guān)鍵的作用。目前我國主要在菌渣、甘蔗渣、工業(yè)發(fā)酵副產(chǎn)物以及部分畜禽糞等有一定細(xì)度的農(nóng)牧廢棄物進(jìn)行開放式自然堆漚發(fā)酵、垛式或槽式發(fā)酵制備成粉劑有機(jī)肥料或生物有機(jī)肥料應(yīng)用外，由于工業(yè)化和無害化程度較低，有機(jī)物料中的病蟲源體殺滅效果以及發(fā)酵臭氣無害化程度較低，不僅對土壤環(huán)境造成二次污染；而且發(fā)酵產(chǎn)生的大量廢氣對生產(chǎn)人員以及周邊居民的健康帶來了較大的危害以及對大氣造成很大的污染。除此以外，有的地方采用燃燒發(fā)電、變熱轉(zhuǎn)能(生物質(zhì)燃料)方式處理有機(jī)物料，這種"有機(jī)"變"無機(jī)"的處理方式不可取，這樣從根本上切斷有機(jī)質(zhì)參與土壤循環(huán)的源頭，將會不斷減弱農(nóng)牧廢棄物在對生態(tài)循環(huán)的作用，對土壤質(zhì)量的長期穩(wěn)定帶來較大的隱患[2]。

2 農(nóng)牧廢棄物種類及理化特征

農(nóng)牧廢棄物主要包括畜禽糞便類、秸稈類和生產(chǎn)加工副產(chǎn)物3類，其中以秸稈類和畜禽糞便類數(shù)量較大。

畜禽糞便主要包括豬糞、牛羊馬糞、雞鴨蠶糞3類，其中豬糞和雞鴨蠶糞速效有機(jī)養(yǎng)分好，作物易于吸收 ，有機(jī)質(zhì)含量50%～70%，C/N比較低(低于15)；而牛羊馬糞肥效較長，屬于緩釋有機(jī)養(yǎng)分，有機(jī)質(zhì)含量較高(70%～85%范圍)，C/N比較高(20～30)。畜禽糞便以豬糞數(shù)量最大，目前有的養(yǎng)豬場進(jìn)行干濕分離后進(jìn)行高溫發(fā)酵 ，由于C/N比較低(低于15)，不僅單獨(dú)發(fā)酵效果較差、氨氣以及臭氣較重；而且液體處理難度較大，尤其是病蟲源體處理效果不佳，如果病蟲源體殺滅不好，將會帶人土壤中二次污染土壤[3]。

秸稈類是農(nóng)牧廢棄物數(shù)量最大的有機(jī)物料，主要成分為纖維素和半纖維素，需要微生物降解后作物才能吸收利用，如果秸稈直接還田，不僅秸稈在土壤微生物降解過程中勢必與農(nóng)作物爭奪養(yǎng)分和氧氣，影響農(nóng)作物生長[17]；而且秸稈中有害孢子和蟲卵帶人土壤將提高土壤病蟲源體的指數(shù)以及提升農(nóng)作物的發(fā)病率，同時秸稈在土壤中形成較大空隙，不利于農(nóng)作物根系與土壤間的固定。秸稈類都具有體積大不便運(yùn)輸?shù)娜秉c(diǎn)，但具有有機(jī)質(zhì)含量高(70%～90%)、含水量較低、C/N比較高的特征[4]。

生產(chǎn)加工副產(chǎn)物類包括菌渣、甘蔗渣、中藥渣、薯渣、煙渣、酒糟等，這類有機(jī)物料有機(jī)質(zhì)含量、C/N比、有效養(yǎng)分和含水量有不同程度差異，但是細(xì)度均較好[5]。

3 國內(nèi)外狀況和研究進(jìn)展

目前，歐美發(fā)達(dá)國家是將農(nóng)牧業(yè)廢棄物回收后進(jìn)行工業(yè)無害化處理成有機(jī)肥(農(nóng)家肥)后回歸土壤，這樣不僅避免了廢棄物中有害病蟲源體以及有害物質(zhì)對土壤的再次污染;而且保障了有機(jī)質(zhì)在土壤中的循環(huán)作用，保證了土壤中有機(jī)質(zhì)含量的穩(wěn)定，土壤環(huán)境得到有效的保護(hù)。然而在我國，雖然有很多企業(yè)以及科研單位在農(nóng)牧業(yè)廢棄物的處理加工和應(yīng)用方面做了大量的工作，由于在交叉學(xué)科研究以及工業(yè)化程度方面較弱，其應(yīng)用效果不佳。主要問題在于處理的有機(jī)物料面太窄，絕大部分以粉狀有機(jī)肥方式應(yīng)用于果樹等經(jīng)濟(jì)作物，而廣大的大田作物幾乎不用[6]。因此，我國農(nóng)牧廢棄物處理總體為無害化程度低、工業(yè)化程度不高。

4 農(nóng)牧廢棄物的綜合利用技術(shù)體系

農(nóng)牧廢棄物的綜合利用，是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及到有機(jī)物料發(fā)酵、肥料造粒、土壤化學(xué)、植物營養(yǎng)、畜牧等多門學(xué)科交叉，不僅在有機(jī)物料發(fā)酵技術(shù)以及有機(jī)-無機(jī)肥料造粒制備技術(shù)上面需要創(chuàng)新突破;而且需要政府(包括村社)、科研單位、企業(yè)(養(yǎng)殖場、發(fā)酵場、肥料廠)以及種植戶以及合作社等協(xié)同，建立完善農(nóng)牧廢棄物的供、產(chǎn)、用以及秸稈與肥料置換和政府補(bǔ)貼機(jī)制，最終的目的是讓農(nóng)牧廢棄物經(jīng)科學(xué)的工業(yè)無害化處理后，生產(chǎn)出不同作物的專用有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥和顆粒有機(jī)肥或?qū)Ｓ脧?fù)合微生物肥料和顆粒生物有機(jī)肥用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，進(jìn)而取代以純化學(xué)肥料施肥模式，促進(jìn)我國循環(huán)生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展以及土壤環(huán)境的改善[7]。同時，農(nóng)牧廢棄物經(jīng)工業(yè)無害化處理后"對位回歸"土壤，即從那塊田出來的秸稈以肥料方式回歸那塊土壤，確保每塊田的有機(jī)質(zhì)含量的穩(wěn)定，有機(jī)資源本地化循環(huán)利用，尤其對我國基本良田以及農(nóng)業(yè)科技園區(qū)土壤質(zhì)量保障和糧食安全穩(wěn)定具有重要的作用和生產(chǎn)實(shí)際意義。

4.1 農(nóng)牧廢棄物發(fā)酵場地建設(shè)布局思路以及生產(chǎn)工藝及創(chuàng)新

過去，各地建立了不少的有機(jī)肥加工廠，建設(shè)規(guī)模越大越好，都希望將一個縣境內(nèi)或更多地方的農(nóng)牧廢棄物運(yùn)輸?shù)椒柿蠌S統(tǒng)一加工處理 。然而，由于秸稈類體積較大，畜禽糞便含水量較高，即使干濕分離后其含水量仍然在60%～65%，導(dǎo)致運(yùn)輸成本較高，大大地增加了肥料生產(chǎn)成本；同時畜禽糞便運(yùn)到加工廠后如果不及時處理，會滋生大量的蚊蟲和產(chǎn)生大量的臭氣，將對場地以及周邊環(huán)境造成嚴(yán)重污染，以目前的開放式發(fā)酵方式是很難解決這些環(huán)保問題。由此可見，這種遠(yuǎn)距運(yùn)輸、集中處理的方式難于運(yùn)行。

秸稈或畜禽糞由于碳氮比、含水量的關(guān)系，單獨(dú)發(fā)酵處理效果不佳。秸稈經(jīng)破碎成1～5cm長度(便于包裝運(yùn)輸)與畜禽糞混合發(fā)酵加工是較為理想的方法，這樣畜禽糞不需要再進(jìn)行干濕分離 ，利用較干的秸稈吸附畜禽糞中的水分使含水量達(dá)到60%左右，充分利用了含有養(yǎng)分的糞水，并采用槽式密閉無害化發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)加工成細(xì)度、含水量、有機(jī)質(zhì)含量標(biāo)準(zhǔn)化以及無害化程度高的有機(jī)原料，為有機(jī)肥(生物有機(jī)肥)以及有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥(復(fù)合微生物肥)的造粒生產(chǎn)提供大量優(yōu)質(zhì)有機(jī)原料，即解決了養(yǎng)殖場畜禽糞便帶來的環(huán)境污染問題，又解決了周圍的秸稈無害化還田問題，一舉兩得，這對我國循環(huán)生態(tài)農(nóng)業(yè)構(gòu)建具有重要的作用[8]。

因此，農(nóng)牧廢棄物處理應(yīng)根據(jù)原料的集散狀況，采用種植和養(yǎng)殖結(jié)合，通過提升工業(yè)化進(jìn)程、創(chuàng)新有機(jī)物料無害化發(fā)酵加工以及肥料制造技術(shù)水平后，農(nóng)牧廢棄物的綜合利用才能達(dá)到理想的效果。

4.2 循環(huán)生態(tài)農(nóng)業(yè)構(gòu)建思路

農(nóng)牧廢棄物工業(yè)化處理應(yīng)用，以種植業(yè)的秸稈以及養(yǎng)殖業(yè)的畜禽糞農(nóng)牧廢棄物為典型代表，利用其養(yǎng)分、含水量、粗細(xì)度等指標(biāo)的互補(bǔ)性，通過有機(jī)物料發(fā)酵、肥料造粒技術(shù)及其工藝的創(chuàng)新研究，并研制出無害化程度高的優(yōu)質(zhì)有機(jī)原料，再生產(chǎn)出顆粒有機(jī)肥料和速效與緩釋為一體的有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥料，同時通過具有殺滅土壤中有害真菌孢子和蟲卵以及對細(xì)菌性病害有防治奇效的微生物菌種篩選組合、顆粒肥料表面孢子粉噴涂技術(shù)等內(nèi)容研究，最終研制生產(chǎn)出有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥或復(fù)合微生物肥料和顆粒有機(jī)肥或顆粒生物有機(jī)肥產(chǎn)品。這樣不僅可以進(jìn)行機(jī)械化施肥，把大量的農(nóng)牧業(yè)廢棄物無害化回歸土壤，對土壤碳循環(huán)起到了重要的作用，同時促進(jìn)了土壤有機(jī)質(zhì)含量的提升，土壤環(huán)境得到有效改善[9]。經(jīng)過我們多年研究結(jié)果顯示，化學(xué)肥料與有機(jī)物料絡(luò)合成有機(jī)-無機(jī)營養(yǎng)體后，其肥效具有顯著的緩釋效果，同時在肥料速效性與緩釋性融合技術(shù)和有機(jī)物料工業(yè)無害化處理技術(shù)上取得重大突破，不僅充分地把肥料的速效性與緩釋性融為一體，肥料的利用率得到明顯提升，化學(xué)肥料可減少10%以上的用量，達(dá)到了化肥減量和減工降本、有機(jī)無機(jī)養(yǎng)分均衡的施肥效果，功能性微生物菌的協(xié)同作用，可有效減少了土壤中的有害病蟲源體數(shù)量，可大大降低病蟲害對作物的危害程度，從而減少化學(xué)農(nóng)藥的使用量;而且固態(tài)有機(jī)物料槽式密閉發(fā)酵創(chuàng)新技術(shù)，具有有機(jī)物料發(fā)酵均勻、工業(yè)化程度高(發(fā)酵周期短和生產(chǎn)效能高)、無害化程度高(病蟲源體殺滅徹底和臭氣凈化效果好)、發(fā)酵好的有機(jī)原料標(biāo)準(zhǔn)化程度高(細(xì)度≥30目、含水量≤20%、適宜運(yùn)輸)等優(yōu)點(diǎn)，為我國循環(huán)生態(tài)農(nóng)業(yè)構(gòu)建以及化肥農(nóng)藥雙減戰(zhàn)略實(shí)施提供了新的技術(shù)措施，尤其是在我國基本良田建立"農(nóng)牧廢棄物(秸稈等+畜禽糞便)-工業(yè)無害化發(fā)酵-新型專用型有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥(新型專用型復(fù)合微生物肥)、顆粒有機(jī)肥(顆粒生物肥)制造-有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥(復(fù)合微生物肥)+顆粒有機(jī)肥(顆粒生物肥)施肥"循環(huán)生態(tài)農(nóng)業(yè)栽培模式，將對我國土壤環(huán)境改善和有機(jī)質(zhì)含量保障、糧食產(chǎn)量穩(wěn)定和質(zhì)量安全提升、大氣環(huán)境保護(hù)具有重要和長遠(yuǎn)的生產(chǎn)生態(tài)作用[10]。

4.3 技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)與應(yīng)用模式構(gòu)建

通過不同有機(jī)物料的養(yǎng)分及成分組成、含水量及干濕度、物理性狀等理化指標(biāo)以及病蟲源體種類的檢測，對不同有機(jī)物料的配比、工業(yè)無害化發(fā)酵加工技術(shù)(包括發(fā)酵菌組成、有機(jī)物料混配裝置、發(fā)酵時間控制、機(jī)械翻料出料、自動送氣和抽氣裝置、烘干粉碎分篩裝置、廢氣和粉塵無害化處理裝置等內(nèi)容)進(jìn)行系統(tǒng)研究，創(chuàng)新集成槽式密閉工業(yè)無害化發(fā)酵新型生產(chǎn)工藝，并生產(chǎn)出養(yǎng)分、有機(jī)質(zhì)、水分含量以及細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)化和無害化程度高的優(yōu)質(zhì)有機(jī)原料。通過有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥料造粒工藝創(chuàng)新研究，并結(jié)合土壤養(yǎng)分、作物需肥特性、有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥料養(yǎng)分釋放特征、殺蟲卵和病源孢子的功能微生物菌種篩選以及添加技術(shù)研究，研制出速效與緩釋為一體、有機(jī)無機(jī)養(yǎng)分均衡的有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥和顆粒有機(jī)肥，或含高活性微生物菌的新型復(fù)合微生物肥料(NPK含量在25%～35%、有機(jī)質(zhì)含量在15%～20%、有效活菌數(shù)≥2000萬個)和顆粒生物有機(jī)肥(NPK含量≥5%、有機(jī)質(zhì)含量≥40%、有效活菌數(shù)≥2000萬個)產(chǎn)品，并創(chuàng)建"有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥+顆粒有機(jī)肥"或"復(fù)合微生物肥+顆粒生物有機(jī)肥"的新型施肥模式，施用后不再施用其它化學(xué)肥料(包括復(fù)合肥)，從而結(jié)束我國目前的以純化學(xué)肥料為主體的施肥模式[11]，并生產(chǎn)出高鉀型:果樹、煙草等經(jīng)濟(jì)作物，高氮型:玉米、水稻、小麥、油菜等大田作物，均衡型:蔬菜、茶葉、中藥材等作物，塊莖型:馬鈴薯、花生、大蒜、中藥材等作物新型專用配方肥料。

5 建議

5.1 建立相應(yīng)規(guī)模的密閉無害化發(fā)酵場或車間

根據(jù)不同地區(qū)農(nóng)牧業(yè)廢棄物狀況，當(dāng)然是養(yǎng)殖和種植結(jié)合綜合處理效果最好，養(yǎng)殖場可根據(jù)糞便產(chǎn)出量，建立相應(yīng)規(guī)模的密閉發(fā)酵車間或場，消耗附近各鄉(xiāng)鎮(zhèn)秸稈等資源生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)有機(jī)原料供肥料廠使用，有條件的養(yǎng)殖場也可生產(chǎn)顆粒有機(jī)肥和有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥，養(yǎng)牛羊場可以生產(chǎn)蘑菇等草腐型食用菌栽培原料，其菌渣再生產(chǎn)成肥料[12]。

5.2 建立以村社為單元的秸稈回收、粉碎、包裝、運(yùn)輸體系

包括機(jī)械收割、秸稈粉碎包裝或打捆為一體的機(jī)械設(shè)備，這項(xiàng)工作需要政府的支持和適當(dāng)資金補(bǔ)貼，同時建立秸稈與肥料置換以及使用監(jiān)管機(jī)制，以確保秸稈從那塊田來，以有機(jī)肥或生物肥方式就回到那塊田去，達(dá)到本地化循環(huán)利用的效果，確保土壤有機(jī)質(zhì)含量的穩(wěn)定。

5.3 組建由科研單位牽頭建強(qiáng)大的科研團(tuán)隊(duì)

團(tuán)隊(duì)由土壤化學(xué)、植物營養(yǎng)、微生物、畜牧、植保以及肥料制造等多學(xué)科科研人員組成，重點(diǎn)對土壤養(yǎng)分供應(yīng)狀況，作物養(yǎng)分吸收以及土壤對養(yǎng)分吸收限制因子，農(nóng)牧廢棄物養(yǎng)分組成及發(fā)酵配比，高活性微生物菌的防病蟲效果、抗逆能力(抗高溫、抗干燥、抗鹽分、耐酸堿)、菌種間的拮抗篩選優(yōu)化組合，肥料養(yǎng)分釋放機(jī)理，有機(jī)物料密閉無害化工業(yè)處理技術(shù) ，專用新型有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥和顆粒有機(jī)肥以及復(fù)合微生物肥和顆顆粒生物肥的工業(yè)化生產(chǎn)工藝及造粒技術(shù)創(chuàng)新，不同作物的應(yīng)用示范等方面進(jìn)行深入系統(tǒng)研究，為企業(yè)生產(chǎn)提供技術(shù)支撐和保障。

5.4 肥料廠或發(fā)酵場實(shí)施科研團(tuán)隊(duì)的技術(shù)創(chuàng)新和科研成果

生產(chǎn)出不同作物速效與緩釋為一體、有機(jī)無機(jī)養(yǎng)分均衡的不同作物類型的專用有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥或復(fù)合微生物肥，以及無害化程度高的顆粒有機(jī)肥或顆粒生物肥。

5.5 政府牽頭建立應(yīng)用監(jiān)管體系

“農(nóng)戶(合作社)-村社(政府)-發(fā)酵場(養(yǎng)殖場)-肥料廠-村社(政府)-農(nóng)戶(合作社)”秸稈粗加工運(yùn)輸、肥料生產(chǎn)運(yùn)輸。