有機肥原料多來自于植物殘渣或動物排泄物, 也常被稱為農(nóng)家肥。隨著經(jīng)濟水平的提升, 消費者對農(nóng)產(chǎn)品的安全重視性的也得到提升。因此, 農(nóng)業(yè)發(fā)展中有機肥利用范圍不斷擴大, 由此引發(fā)的問題, 也越來越受到人們的關(guān)注。

1.我國有機肥資源及利用現(xiàn)狀

1.1 有機肥分類

目前有機肥主要分為4類, 最主要分為糞尿肥:一般是由人或禽畜糞尿經(jīng)過簡單堆漚后直接利用;堆漚肥:包括堆漚肥, 秸稈還田、和沼肥;綠肥:*生綠肥和栽培綠肥, 如紫云英、苕子、毛蔓豆等;雜肥:包括城市垃圾、泥炭、腐植酸類、油粕類、污水污泥。

1.2 有機肥原料資源現(xiàn)狀

1.2.1 植物性殘體或殘渣

包括人工栽植綠肥、秸稈及其它枯枝落葉。目前我國引種并培育的綠肥共計約100多種左, 其中豆科占7成以上、非豆科3成以下。目前我國農(nóng)作物秸稈的每年產(chǎn)量約為6億t, 對其不合理的處理極易造成資源浪費和環(huán)境污染

1.2.2 人畜、家禽的排泄物及飼料殘屑

人畜、家禽的排泄物是食物經(jīng)消化后排出的殘渣, 其主要成分是木質(zhì)素纖維和半纖維素、氨基酸、有機酸和某些鹽類。隨著畜禽養(yǎng)殖規(guī)模化發(fā)展, 我國每年禽畜糞便產(chǎn)量約為17.3億t, 其實際利用率占有7成。

1.2.3 油料作物種子榨油后的殘渣

在我國主要包括菜籽餅、豆餅, 花生餅、柏籽餅等, 俗稱油餅, 含有豐富的有機營養(yǎng)成分。據(jù)測算, 其中含有機質(zhì)75%~85%、N1.1%~7.0%、P2O50.4%~3.0%、K2O0.9%~2.1%。

1.2.4 生活垃圾及廢棄物

每年城市垃圾產(chǎn)量為1.2億t, 以10%的速度遞增。生活垃圾及廢棄物構(gòu)成成分復(fù)雜, 其中如廚余物為代表, 含有有富含有機物質(zhì);如粉塵等, 能被利用的養(yǎng)分則較低;還有不提供養(yǎng)分的物質(zhì), 如塑料、玻璃等。由于垃圾分類困難, 篩選利用更是難上加難, 其利用率一直很低。

1.2.5 泥炭、泥*類

泥炭是古代低濕地帶生長的植物在積水條件下, 由未分解的植物殘體形成的有機沉積層。我國泥炭資源豐富, 分布面積約為300萬hm以上。泥炭一般含有機質(zhì)40%~70%、腐植酸20%~41%, 還有氮、磷、鉀等養(yǎng)分。

1.3 有機肥的資源利用

1.3.1 農(nóng)業(yè)秸稈利用情況

秸稈還田, 通常有炭化還田、過腹還田、堆漚還田、直接還田、翻壓還田焚燒還田、機械還田等方式。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計, 2015年我國糧食總產(chǎn)量為6.1億t, 隨之產(chǎn)生的各類秸稈量約9億t, 而且秸稈產(chǎn)量以每年1200萬t增長。但是總體上秸稈利用率不算很高, 有數(shù)據(jù)分析2008年秸稈還田總量約為為4.4億t, 占比秸稈資源總量的50%, , 直接還田的方式約有2.5億t, 占到近60%。

1.3.2 綠肥利用情況

我國的綠肥主要是壓青還田量和經(jīng)濟綠肥2種, 兩者目前有4500萬t和890萬t, 占綠肥資源總量的87.7%。綠肥種植種結(jié)構(gòu)中, 冬綠肥和春夏綠肥還田量約為3100多萬t;春夏綠肥壓青還田約為980多萬t。

1.3.3 禽畜糞便利用情況

畜禽糞便的有機肥處理方式主要有工廠化處理、堆漚方式、沼氣發(fā)酵處理3種形式。有數(shù)據(jù)2016畜禽糞便共計6.5億t, 占規(guī)模化養(yǎng)殖場畜禽糞便總量的70%。3種主要處理方式中, 傳統(tǒng)堆漚處理占到禽畜糞便資源的50%, 而工廠化處理則不到10%;各種禽畜糞便中, 羊場糞便的利用率可以達(dá)90.3%, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于豬糞、牛糞等。

1.3.4 商品有機肥利用情況

農(nóng)業(yè)種以商品有機肥的使用量約為2200多萬t, 占到生產(chǎn)總量的近90%。以有機肥形式的用量約為1000萬t, 占有機肥生產(chǎn)總量的90%;以有機無機復(fù)混肥形式的用量約為850萬t;以生物有機肥形式的用量約為270萬t。從以上數(shù)據(jù)看, 農(nóng)業(yè)中有機肥仍然以最基礎(chǔ)的方式進(jìn)行利用, 市場對生物有機肥的接受度還不夠。

2.有機肥使用特性

2.1 有機肥與*壤養(yǎng)分的關(guān)系

有機肥料施入*壤后, 能夠明顯提高*壤有機質(zhì)含量, 進(jìn)而能增加*壤有機態(tài)氮。*壤有機氮組分中的氨基酸態(tài)氮、氨態(tài)氮、氨基糖態(tài)氮等在使用了有機肥后會明顯增加。為了保證*壤易礦化氮的水平, 應(yīng)當(dāng)持續(xù)給*壤補充有機質(zhì)肥。

有機肥料在施用與*壤后, 在微生物分解活動下會產(chǎn)生有機酸、酚類等有機物, 使Fe沉, Al, Ca等與磷的結(jié)合受到影響, 從而減少施肥過程中磷肥被*壤的固化, 提升有機磷含量及磷肥利用率。

在有機肥中, 秸稈和綠肥類有機肥, 因其原料特點, 自身鉀含量較高, 應(yīng)用于*壤中直接增加鉀元素養(yǎng)分的含量。與活化*壤磷原理類似, 在使用郵寄費后, 會使得相當(dāng)部分*壤貯存的含于礦物中的鉀向可利用態(tài)鉀轉(zhuǎn)化。

不管是禽畜糞便來源的有機肥, 還是植物秸稈類的有機肥原料, 均含有一定量植物所必須的微量元素養(yǎng)分, 還含有一定量的有意元素, 如來自于禾本科水稻秸稈的有機肥, 其硅的含量較高, 對提升作物的抗病性能有一定的作用。

2.2 有機肥料與*壤理化性的關(guān)系

2.2.1 修復(fù)*壤團粒結(jié)構(gòu)改

施用有機肥后, *壤中<2μm粒級的腐殖質(zhì)品質(zhì)首先得到改善, 在此基礎(chǔ)上, 改善和影響整個*壤腐殖質(zhì)的品質(zhì)構(gòu)成。化肥使用時配以適量的秸稈類有機物, 可降低*壤容重和增加非毛管孔隙度。*壤不同粒級的組成, 2~10μm粒級顆粒是*壤團聚體的主要構(gòu)成, 由于有機肥中的有機酸、酚類等活性物質(zhì)的膠結(jié)作用, 使在2μm以下的粒級*壤顆粒逐漸結(jié)合變大, 這一過程將持續(xù)改善*壤的團聚體結(jié)構(gòu), 使得*壤的透氣性能, 保水性能得到改善, 更利于作物生長。

2.2.2 提升*壤微生物的活性

*壤肥力的另一個標(biāo)志就是微生物的活性, 很多*壤的養(yǎng)分釋放轉(zhuǎn)化, 都依賴于*壤微生物的活動。有機肥料施入*壤后, 給微生物的活動提供生活物料和生存環(huán)境, 即使是秸稈還田方式, 也能給*壤增加微生物種類和數(shù)量, 而商品有機肥或生物有機肥, 將微生物添加于有機肥中, 直接增加*壤有益微生物的數(shù)量和種類。也有有機肥對*壤酶活性研究, 施肥能增加水稻田脲酶活性, 其他如磷酸酶及ATP酶的活動也得到改善。

2.3 有機肥料對作物的影響

2.3.1 有機肥料增加作物產(chǎn)量

有機肥使用后, *壤的氮、磷、鉀被活化釋放, *壤供給能力增加, 同等條件下, 給作物能提供更多的養(yǎng)分而提高產(chǎn)量。郭勝利等研究, 施用化肥基礎(chǔ)上增加有機肥的使用, 能使早稻增產(chǎn)68.6%, 晚稻增產(chǎn)72.0%。

2.3.2 有機肥料對作物品質(zhì)的影響

有機肥對于作物品質(zhì)的改善, 主要在其影響作物的營養(yǎng)生長階段。劉世亮等人研究表明, 化肥使用中配合施用有機肥, 小麥的營清蛋白、球蛋白含量, 醇蛋白和谷蛋白含量都有得到增加。前著是影響小麥的口感, 后者則影響其加工品質(zhì)。

2.4 有機肥料對作物抗逆性的影響

有機肥料對于施入*壤的酸堿性無機肥料, 具有一定的的緩沖作用。在使持續(xù)使用有機肥的地塊中, 能明顯降低氨害的發(fā)生和減緩氨害的毒害作用, 這一點李絮花等在大麥中已經(jīng)證實。使用禽畜堆漚有機肥, 其中的有機酸等能對*壤鋁、重金屬進(jìn)行洛合, 有助于降低鋁、重金屬等毒害作用。小麥根系中MDA含量能提升根系的膜脂過氧化作用, 使根系的衰老加速, 而施用有機肥后的小麥根系, SOD活性增加, 能抑制這一過程的發(fā)生。

3.有機肥存在的問題

有機肥使用最基本的要求是要達(dá)到無害化標(biāo)準(zhǔn)。通常簡單的經(jīng)過20d左右的堆漚, 只能達(dá)到這一水平。工廠化生產(chǎn)的商品有機肥, 堆漚發(fā)酵周期一般在60d左右。這一過程的能控制和殺滅蟲卵、致病菌、雜草種子等有害物質(zhì)。

3.1 有機肥無害化難以保證

所謂有機肥的無害化保證, 包括有生產(chǎn)和產(chǎn)品的無害化。有機肥的原料來源多種多樣, 而其中以糞便為主的原料, 因其味道大、蟲卵多、含致病菌多是主要問題。此類型原料生產(chǎn)的有機肥, 工藝上如果不經(jīng)過嚴(yán)格的無害化處理, 使用后對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生更多的危害。

3.2 有機肥完熟性保證

有機肥生產(chǎn)需要經(jīng)過有氧和無氧衛(wèi)生的活動, 分別將各類原料完全腐熟轉(zhuǎn)化, 經(jīng)過這過程之后形成的小分子有機物才能被植物吸收利用。這一轉(zhuǎn)化過程就是有機肥的熟化過程。目前有機肥的生產(chǎn)過程中, 不管哪種形式的生產(chǎn)工藝, 都將要經(jīng)歷此過程。

簡單經(jīng)過烘干處理的禽畜糞便, 對含水量和微生物生長有一定的控制作用, 但仍然需要經(jīng)歷完熟化過程。與簡單堆漚相比, 工廠化操作過程中利用翻堆機、發(fā)酵架等設(shè)備, 能很好的實現(xiàn)完熟化要求。

3.3 有機肥對*壤和環(huán)境的污染

大量污染物質(zhì)因環(huán)境污染以及集約化農(nóng)業(yè)的發(fā)展, 進(jìn)入有機肥生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié), 主要存在于原料中。直接導(dǎo)致重金屬、病原微生物、有機類污染物有毒有害物質(zhì)進(jìn)入*壤和水體, 這對農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展帶來不利的影響。因動物的富集作用, 來源于畜禽糞便的有機肥中, Cu、Hg、Cd、As、Cr等重金屬殘留量與20世紀(jì)90年代初相比, 顯著增加;一些獸藥殘留和病原菌殘存問題也比較突出。目前, 部分畜禽糞便未經(jīng)無害化處理而直接農(nóng)用[17], 加上沒有嚴(yán)格處理的有機肥在農(nóng)業(yè)中大量應(yīng)用, 導(dǎo)致近年來重金屬超標(biāo)問題和病害爆發(fā)問題突出。

隨著生態(tài)農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)大快速發(fā)展, 對有機肥的需求不斷提升, 在我國的有機肥料資源豐富的背景下, 如何進(jìn)一步提高有機肥料生產(chǎn)工藝, 如何縮短有機肥的生產(chǎn)時間, 提升有機肥養(yǎng)分含量降低肥化過程中養(yǎng)分損失等, 都是有待進(jìn)一步研究的問題。