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1生態(tài)有機(jī)肥作用

“微生物生態(tài)有機(jī)肥料”(Ecologicalorganicfertilizers)是近年提出的新概念,是指利用區(qū)域有機(jī)廢棄物經(jīng)微生物分解轉(zhuǎn)化生產(chǎn)的既具有培肥土壤肥力,提高作物營養(yǎng)供給,增加作物產(chǎn)量,改善農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的作用,又可減少土壤殘留化肥農(nóng)藥污染,清潔土壤,改善生態(tài)環(huán)境的復(fù)合有機(jī)肥料或微生物肥料。我國每年約消費(fèi)1.4億t肥料,其中絕大部分為化肥,而有機(jī)肥不足20萬t。20世紀(jì)50年代以來由于長期使用化肥,土壤有機(jī)質(zhì)含量減少,土壤性狀破壞,土壤肥力下降,投入每kg化肥純養(yǎng)分增產(chǎn)糧食的比例逐年減少。據(jù)報道,20世紀(jì)50年代每kg化肥純養(yǎng)分增產(chǎn)15kg糧食,70年代增產(chǎn)8~10kg,90年代僅增產(chǎn)6.6kg,已降至世界水平的最低限度。因此農(nóng)業(yè)的增產(chǎn)單純依靠增加化肥施用量已不可能實(shí)現(xiàn),相反會增加農(nóng)業(yè)投入,加劇農(nóng)田環(huán)境污染,進(jìn)一步降低農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量,出現(xiàn)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(xiàn)象;地面水污染嚴(yán)重且富營養(yǎng)化,地下水硝酸鹽含量普遍超標(biāo);由于環(huán)境污染引起人們致病日趨增多諸問題。鑒于此,農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展逐步受到世界各國重視,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中減少化肥施用量或不施化肥,改用生態(tài)有機(jī)肥料已成為共識。

生態(tài)有機(jī)肥可培肥無污染的土壤和為農(nóng)作物提供充分的營養(yǎng),生產(chǎn)出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的農(nóng)副產(chǎn)品。生態(tài)有機(jī)肥充分利用大量的秸稈資源而轉(zhuǎn)化成高效有機(jī)肥回田,使農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境良性循環(huán),其作用一是養(yǎng)地肥土提高土壤肥力,土壤有機(jī)質(zhì)含量的多少對土壤肥力影響很大,一般耕作土壤約含有機(jī)質(zhì)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(fā)酵系有益微生物的主要營養(yǎng)源;微生物及其他小生物有機(jī)體,其活體是土壤中各種物質(zhì)循環(huán)轉(zhuǎn)化的動力,死亡的細(xì)胞很多可釋放出促進(jìn)植物生長的營養(yǎng),誘發(fā)植物抗病和多種生物活性物質(zhì);較難降解的腐殖質(zhì),它直接影響到土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)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(tài)有機(jī)肥是向土壤補(bǔ)充這些有機(jī)質(zhì)的最好形式。二是提高土壤向植物提供N素營養(yǎng)水平,自然界中N素有有機(jī)氮、無機(jī)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(yùn),使N2還原成氨(N2→NH3),變成被植物可吸收利用的N素營養(yǎng)。據(jù)估計(jì)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(jì)[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(dāng)于126kg尿素。若在生態(tài)有機(jī)肥中接種入固N(yùn)菌,再加之激活土壤固N(yùn)菌的固N(yùn)作用,即可大大提高土壤N素營養(yǎng)水平,且具再生和效果累加的作用。土地多年施用生態(tài)有機(jī)肥料可不必另施化肥,同樣可達(dá)增產(chǎn)效果。三是提高土壤供給作物P、K等營養(yǎng)元素的水平,植物秸稈中存在大量有機(jī)磷化合物,而土壤中貯藏大量不溶解的無機(jī)P、K、Ca、Mg等礦物質(zhì),這些植物自身都不能有效利用,而在生態(tài)有機(jī)肥中輔接入可解P、解K的細(xì)菌,施入土壤后經(jīng)增殖并與其他土壤微生物協(xié)同作用,將有機(jī)磷分解釋放,將無機(jī)磷和鉀礦物溶解而供給植物吸收。據(jù)研究報道,30cm深土層約含P、K礦物質(zhì)26t/hm2,可通過微生物作用給植物提供充足的P、K等營養(yǎng)元素[1,2,6]。四是減少植物病蟲害,降低農(nóng)藥用量,施用生態(tài)有機(jī)肥可培肥土壤,且修復(fù)被污染的土壤,使土壤清潔與健康,土壤中有益微生物數(shù)量占優(yōu)勢,生物多樣性恢復(fù),減少植物病蟲害。

與施用化肥相比,施用生態(tài)有機(jī)肥可減少農(nóng)藥用量1/3以上。五是改善農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量,生產(chǎn)無公害綠色農(nóng)產(chǎn)品,長期施用化肥降低農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量,使農(nóng)田生態(tài)環(huán)境污染嚴(yán)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(jīng)硝化作用后轉(zhuǎn)變成NO3-被植物吸收后,需植物消耗大量光合作用產(chǎn)物和能量還原成NH+4參與植物細(xì)胞物質(zhì)的合成[4],其過程是耗能的生化過程,當(dāng)作物收獲時還不能完全轉(zhuǎn)化而積累在植物莖、葉和果實(shí)中,硝酸鹽是一種強(qiáng)烈致癌物質(zhì)NO2-的前體,故造成農(nóng)產(chǎn)品污染。而生態(tài)有機(jī)肥營養(yǎng)物質(zhì)釋放較慢,從N素營養(yǎng)而言多以NH4+或氨基酸形式供給植物,進(jìn)入植物細(xì)胞后無需消耗大量能量和植物光合作用產(chǎn)物如糖分和有機(jī)酸等,直接參與植物細(xì)胞物質(zhì)的合成,故植物生長快,積累的糖分等物質(zhì)多,自然農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量好,且很少有硝酸鹽等有害物質(zhì)污染。六是充分利用農(nóng)業(yè)秸稈資源堆肥還田,形成良性循環(huán)。目前我國各類農(nóng)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(fèi)資源且污染環(huán)境,因此可將2.5億t造肥還田秸稈科學(xué)堆制成生態(tài)有機(jī)肥,1.2億t田間焚燒的秸稈堆制成有機(jī)肥料。近年來中央領(lǐng)導(dǎo)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(dǎo),以效益為核心,以產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營為手段,通過實(shí)施綜合利用示范工程,因地制宜推廣技術(shù)先進(jìn),群眾歡迎,消耗秸稈數(shù)量多的成熟技術(shù)。因此利用農(nóng)業(yè)秸稈原料堆制生態(tài)有機(jī)肥還田,符合國家的政策要求,可以形成農(nóng)業(yè)良性循環(huán),既節(jié)省資源,又提高農(nóng)業(yè)效益。

2生態(tài)有機(jī)肥生產(chǎn)關(guān)鍵與推廣應(yīng)用途徑

高效、穩(wěn)定的生態(tài)有機(jī)肥發(fā)酵菌劑是制造優(yōu)質(zhì)生態(tài)有機(jī)肥的關(guān)鍵,生產(chǎn)生態(tài)有機(jī)肥包括菌劑生產(chǎn)、肥料制造和產(chǎn)品檢驗(yàn)包裝等工序過程,其中菌劑生產(chǎn)尤其重要,它包括菌種選育、菌劑發(fā)酵、質(zhì)量檢測、包裝與貯存和運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié),技術(shù)水平要求高,對下游生產(chǎn)肥料質(zhì)量影響很大,是生產(chǎn)生態(tài)有機(jī)肥的關(guān)鍵,必須嚴(yán)格把關(guān),嚴(yán)格控制,最好應(yīng)集中技術(shù)力量強(qiáng)的企業(yè)專門生產(chǎn),以有利于保證菌劑質(zhì)量和產(chǎn)品更新開發(fā)。傳統(tǒng)采用堆肥、漚肥等方法生產(chǎn)有機(jī)肥料技術(shù)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(jī)質(zhì)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(tài)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(dá)傳統(tǒng)堆肥腐熟程度,且施入土壤后具有肥效和固N(yùn)、解P、解K及改善生態(tài)環(huán)境等功效,因此用于生產(chǎn)生態(tài)有機(jī)肥的菌劑質(zhì)量十分重要。我國過去推廣應(yīng)用生物肥料幾起幾落,其主要原因是受菌劑質(zhì)量問題所限。要保證菌劑質(zhì)量一是要選擇具有優(yōu)良特性的菌種,保證菌種生產(chǎn)過程中不衰退、不混雜。

菌種衰退是由量變到質(zhì)變的演變過程,開始群體中只有個別細(xì)胞發(fā)生負(fù)變或混雜少數(shù)雜菌,這時若不及時采取有效措施,而一味繼續(xù)移接轉(zhuǎn)代,則群體中這種負(fù)變細(xì)胞或混雜菌比例逐步增高并最終占優(yōu)勢,從而使整個群體表現(xiàn)出嚴(yán)重衰退[5],使菌劑失效;二是要采用合適菌劑生產(chǎn)工藝,此類菌劑生產(chǎn)一般是多菌種混合發(fā)酵過程,各種菌群比例和生長量必須通過適當(dāng)營養(yǎng)配方、適宜培養(yǎng)條件和先進(jìn)的工藝流程加以控制,因此需要集中生產(chǎn)和科學(xué)管理。采用公司+農(nóng)戶方式共同生產(chǎn)是推廣應(yīng)用生態(tài)有機(jī)肥的有效途徑,目前國內(nèi)生產(chǎn)生態(tài)有機(jī)肥主要類型有簡單的有機(jī)和無機(jī)肥料復(fù)配;泥碳吸附微生物菌劑復(fù)配造粒;采用工、農(nóng)業(yè)固體廢棄物集中堆制、干燥、粉碎、復(fù)配和包裝等生產(chǎn)方式,從菌劑生產(chǎn)到肥料制造一條龍集中生產(chǎn),集中銷售,企業(yè)需投資大型機(jī)械和運(yùn)輸設(shè)備,需大量運(yùn)入泥炭、煤渣和秸稈等造肥原料,而農(nóng)民亦需從銷售點(diǎn)以每噸千元以上價格購買此肥且需要消耗很大運(yùn)力,故已習(xí)慣于使用化肥的農(nóng)民一般尚不愿意使用生態(tài)有機(jī)肥。

采用公司+農(nóng)戶方式生產(chǎn)生態(tài)有機(jī)肥,由公司集中生產(chǎn)高效和優(yōu)質(zhì)肥料發(fā)酵菌劑,向農(nóng)民供給很少菌劑,指導(dǎo)農(nóng)民利用秸稈等農(nóng)業(yè)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(jié)省堆肥設(shè)備投資和人力、運(yùn)力,筆者近年來研究和推廣應(yīng)用生態(tài)有機(jī)肥發(fā)酵菌劑試驗(yàn)表明,農(nóng)民堆制1t生態(tài)有機(jī)肥,除原料和勞動力外僅需20多元成本,其成本為購買現(xiàn)成有機(jī)肥的1/50,既減少化肥和農(nóng)藥施用量,降低生產(chǎn)成本,又減少環(huán)境污染,提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量,每年可增收1800元/hm2,以100萬農(nóng)戶、33萬hm2農(nóng)田推廣應(yīng)用計(jì),年可增收近6億元。同時相應(yīng)減少化肥廠和農(nóng)藥廠生產(chǎn)過程對環(huán)境的嚴(yán)重污染。而生產(chǎn)生態(tài)有機(jī)肥菌劑企業(yè)既做到無污染生產(chǎn),又獲得很高利潤回報,根據(jù)目前國內(nèi)外該類產(chǎn)品市場價格計(jì),年產(chǎn)1萬t該種優(yōu)質(zhì)菌劑約可新增產(chǎn)值3000~4000萬元,增加利稅1000多萬元,經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境生態(tài)效益巨大。