有机肥原料多来自于植物残渣或动物排泄物, 也常被称为农家肥。随着经济水平的提升, 消费者对农产品的安全重视性的也得到提升。因此, 农业发展中有机肥利用范围不断扩大, 由此引发的问题, 也越来越受到人们的关注。
1.我国有机肥资源及利用现状
1.1 有机肥分类
目前有机肥主要分为4类, 最主要分为粪尿肥:一般是由人或禽畜粪尿经过简单堆沤后直接利用;堆沤肥:包括堆沤肥, 秸秆还田、和沼肥;绿肥:*生绿肥和栽培绿肥, 如紫云英、苕子、毛蔓豆等;杂肥:包括城市垃圾、泥炭、腐植酸类、油粕类、污水污泥。
1.2 有机肥原料资源现状
1.2.1 植物性残体或残渣
包括人工栽植绿肥、秸秆及其它枯枝落叶。目前我国引种并培育的绿肥共计约100多种左, 其中豆科占7成以上、非豆科3成以下。目前我国农作物秸秆的每年产量约为6亿t, 对其不合理的处理极易造成资源浪费和环境污染
1.2.2 人畜、家禽的排泄物及饲料残屑
人畜、家禽的排泄物是食物经消化后排出的残渣, 其主要成分是木质素纤维和半纤维素、氨基酸、有机酸和某些盐类。随着畜禽养殖规模化发展, 我国每年禽畜粪便产量约为17.3亿t, 其实际利用率占有7成。
1.2.3 油料作物种子榨油后的残渣
在我国主要包括菜籽饼、豆饼, 花生饼、柏籽饼等, 俗称油饼, 含有丰富的有机营养成分。据测算, 其中含有机质75%~85%、N1.1%~7.0%、P2O50.4%~3.0%、K2O0.9%~2.1%。
1.2.4 生活垃圾及废弃物
每年城市垃圾产量为1.2亿t, 以10%的速度递增。生活垃圾及废弃物构成成分复杂, 其中如厨余物为代表, 含有有富含有机物质;如粉尘等, 能被利用的养分则较低;还有不提供养分的物质, 如塑料、玻璃等。由于垃圾分类困难, 筛选利用更是难上加难, 其利用率一直很低。
1.2.5 泥炭、泥*类
泥炭是古代低湿地带生长的植物在积水条件下, 由未分解的植物残体形成的有机沉积层。我国泥炭资源丰富, 分布面积约为300万hm以上。泥炭一般含有机质40%~70%、腐植酸20%~41%, 还有氮、磷、钾等养分。
1.3 有机肥的资源利用
1.3.1 农业秸秆利用情况
秸秆还田, 通常有炭化还田、过腹还田、堆沤还田、直接还田、翻压还田焚烧还田、机械还田等方式。有数据统计, 2015年我国粮食总产量为6.1亿t, 随之产生的各类秸秆量约9亿t, 而且秸秆产量以每年1200万t增长。但是总体上秸秆利用率不算很高, 有数据分析2008年秸秆还田总量约为为4.4亿t, 占比秸秆资源总量的50%, , 直接还田的方式约有2.5亿t, 占到近60%。
1.3.2 绿肥利用情况
我国的绿肥主要是压青还田量和经济绿肥2种, 两者目前有4500万t和890万t, 占绿肥资源总量的87.7%。绿肥种植种结构中, 冬绿肥和春夏绿肥还田量约为3100多万t;春夏绿肥压青还田约为980多万t。
1.3.3 禽畜粪便利用情况
畜禽粪便的有机肥处理方式主要有工厂化处理、堆沤方式、沼气发酵处理3种形式。有数据2016畜禽粪便共计6.5亿t, 占规模化养殖场畜禽粪便总量的70%。3种主要处理方式中, 传统堆沤处理占到禽畜粪便资源的50%, 而工厂化处理则不到10%;各种禽畜粪便中, 羊场粪便的利用率可以达90.3%, 远远高于猪粪、牛粪等。
1.3.4 商品有机肥利用情况
农业种以商品有机肥的使用量约为2200多万t, 占到生产总量的近90%。以有机肥形式的用量约为1000万t, 占有机肥生产总量的90%;以有机无机复混肥形式的用量约为850万t;以生物有机肥形式的用量约为270万t。从以上数据看, 农业中有机肥仍然以最基础的方式进行利用, 市场对生物有机肥的接受度还不够。
2.有机肥使用特性
2.1 有机肥与*壤养分的关系
有机肥料施入*壤后, 能够明显提高*壤有机质含量, 进而能增加*壤有机态氮。*壤有机氮组分中的氨基酸态氮、氨态氮、氨基糖态氮等在使用了有机肥后会明显增加。为了保证*壤易矿化氮的水平, 应当持续给*壤补充有机质肥。
有机肥料在施用与*壤后, 在微生物分解活动下会产生有机酸、酚类等有机物, 使Fe沉, Al, Ca等与磷的结合受到影响, 从而减少施肥过程中磷肥被*壤的固化, 提升有机磷含量及磷肥利用率。
在有机肥中, 秸秆和绿肥类有机肥, 因其原料特点, 自身钾含量较高, 应用于*壤中直接增加钾元素养分的含量。与活化*壤磷原理类似, 在使用邮寄费后, 会使得相当部分*壤贮存的含于矿物中的钾向可利用态钾转化。
不管是禽畜粪便来源的有机肥, 还是植物秸秆类的有机肥原料, 均含有一定量植物所必须的微量元素养分, 还含有一定量的有意元素, 如来自于禾本科水稻秸秆的有机肥, 其硅的含量较高, 对提升作物的抗病性能有一定的作用。
2.2 有机肥料与*壤理化性的关系
2.2.1 修复*壤团粒结构改
施用有机肥后, *壤中<2μm粒级的腐殖质品质首先得到改善, 在此基础上, 改善和影响整个*壤腐殖质的品质构成。化肥使用时配以适量的秸秆类有机物, 可降低*壤容重和增加非毛管孔隙度。*壤不同粒级的组成, 2~10μm粒级颗粒是*壤团聚体的主要构成, 由于有机肥中的有机酸、酚类等活性物质的胶结作用, 使在2μm以下的粒级*壤颗粒逐渐结合变大, 这一过程将持续改善*壤的团聚体结构, 使得*壤的透气性能, 保水性能得到改善, 更利于作物生长。
2.2.2 提升*壤微生物的活性
*壤肥力的另一个标志就是微生物的活性, 很多*壤的养分释放转化, 都依赖于*壤微生物的活动。有机肥料施入*壤后, 给微生物的活动提供生活物料和生存环境, 即使是秸秆还田方式, 也能给*壤增加微生物种类和数量, 而商品有机肥或生物有机肥, 将微生物添加于有机肥中, 直接增加*壤有益微生物的数量和种类。也有有机肥对*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酶的活动也得到改善。
2.3 有机肥料对作物的影响
2.3.1 有机肥料增加作物产量
有机肥使用后, *壤的氮、磷、钾被活化释放, *壤供给能力增加, 同等条件下, 给作物能提供更多的养分而提高产量。郭胜利等研究, 施用化肥基础上增加有机肥的使用, 能使早稻增产68.6%, 晚稻增产72.0%。
2.3.2 有机肥料对作物品质的影响
有机肥对于作物品质的改善, 主要在其影响作物的营养生长阶段。刘世亮等人研究表明, 化肥使用中配合施用有机肥, 小麦的营清蛋白、球蛋白含量, 醇蛋白和谷蛋白含量都有得到增加。前着是影响小麦的口感, 后者则影响其加工品质。
2.4 有机肥料对作物抗逆性的影响
有机肥料对于施入*壤的酸碱性无机肥料, 具有一定的的缓冲作用。在使持续使用有机肥的地块中, 能明显降低氨害的发生和减缓氨害的毒害作用, 这一点李絮花等在大麦中已经证实。使用禽畜堆沤有机肥, 其中的有机酸等能对*壤铝、重金属进行洛合, 有助于降低铝、重金属等毒害作用。小麦根系中MDA含量能提升根系的膜脂过氧化作用, 使根系的衰老加速, 而施用有机肥后的小麦根系, SOD活性增加, 能抑制这一过程的发生。
3.有机肥存在的问题
有机肥使用最基本的要求是要达到无害化标准。通常简单的经过20d左右的堆沤, 只能达到这一水平。工厂化生产的商品有机肥, 堆沤发酵周期一般在60d左右。这一过程的能控制和杀灭虫卵、致病菌、杂草种子等有害物质。
3.1 有机肥无害化难以保证
所谓有机肥的无害化保证, 包括有生产和产品的无害化。有机肥的原料来源多种多样, 而其中以粪便为主的原料, 因其味道大、虫卵多、含致病菌多是主要问题。此类型原料生产的有机肥, 工艺上如果不经过严格的无害化处理, 使用后对农业生产产生更多的危害。
3.2 有机肥完熟性保证
有机肥生产需要经过有氧和无氧卫生的活动, 分别将各类原料完全腐熟转化, 经过这过程之后形成的小分子有机物才能被植物吸收利用。这一转化过程就是有机肥的熟化过程。目前有机肥的生产过程中, 不管哪种形式的生产工艺, 都将要经历此过程。
简单经过烘干处理的禽畜粪便, 对含水量和微生物生长有一定的控制作用, 但仍然需要经历完熟化过程。与简单堆沤相比, 工厂化操作过程中利用翻堆机、发酵架等设备, 能很好的实现完熟化要求。
3.3 有机肥对*壤和环境的污染
大量污染物质因环境污染以及集约化农业的发展, 进入有机肥生产的各个环节, 主要存在于原料中。直接导致重金属、病原微生物、有机类污染物有毒有害物质进入*壤和水体, 这对农业可持续发展带来不利的影响。因动物的富集作用, 来源于畜禽粪便的有机肥中, Cu、Hg、Cd、As、Cr等重金属残留量与20世纪90年代初相比, 显著增加;一些兽药残留和病原菌残存问题也比较突出。目前, 部分畜禽粪便未经无害化处理而直接农用[17], 加上没有严格处理的有机肥在农业中大量应用, 导致近年来重金属超标问题和病害爆发问题突出。
随着生态农业、绿色农业大快速发展, 对有机肥的需求不断提升, 在我国的有机肥料资源丰富的背景下, 如何进一步提高有机肥料生产工艺, 如何缩短有机肥的生产时间, 提升有机肥养分含量降低肥化过程中养分损失等, 都是有待进一步研究的问题。
