農業廢棄物肥料化發展現狀與研究進展

付龍云 梁曉輝 燕淑海 劉建民 司洪宇 王兵 王丙蓮

摘要：秸稈、尾菜、畜禽糞污等是農業生產過程中產生的寶貴可再生資源，農業廢棄物的肥料化利用實現農業可持續發展的重要途徑，本文聚焦當前我國農業廢棄物肥料化利用領域的發展現狀、熱點問題與研究進展，就原料來源、養分總量、利用方式、發酵工藝、市場前景、存在問題和對策等方面展開討論，為秸稈、尾菜、畜禽糞污等農業廢棄物的資源化利用和有機肥產業發展提供一定參考。

前言

作為超過14億人口的發展中大國，農業在保障國計民生和經促進濟發展方面始終承擔著重要的責任，習近平總書記指出：“手中有糧，心中不慌在任何時候都是真理”。我國農作物播種面積和糧食產量長期穩定在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頭，2019年生豬出欄量超7.4億頭，奶牛、肉牛存欄量合計超0.9億頭，畜肉產量約0.77億噸，生鮮乳產量約0.33億噸;同時，我國農業機械化、信息化水平持續進步，2019年農業機械化總動力水平超10.2億萬千瓦，相比2000年提高近一倍，2019年全國農業生產數字化水平為23.8%，智慧農業發展持續深入[1][2]。農業生產水平的提高，不但有力保障了我國人民“米袋子”、“肉盤子”和“菜籃子”安全，而且提高了廣大農民收入，促進了城鄉居民的有序流動。

農業生產過程必然伴隨廢棄物的產生，而集約化、規?；纳a方式更加促進了農業廢棄物的集中釋放。農業廢棄物主要包括秸稈、尾菜等種植業生產過程產生的植物源性廢棄物，及糞便、污水等畜牧業生產過程產生的動物源性廢棄物，據估算，近年來，我國每年各類農作物秸稈產量達10億噸，畜禽糞污產生量量約40億噸左右[1][3]，農業廢棄物含有豐富的糖類、蛋白質等有機物質，可生化性強，如果不加妥善處理而隨意丟棄，不但浪費了寶貴的可再生資源，而且極易孳生病菌、散發惡臭，甚至污染地下水和土壤，給城鄉環境整治造成巨大難題。

國家鼓勵農業廢棄物的無害化處理與資源化利用，近年來先后出臺了多項相關方針政策，2016年原農業部、國家發展改革委六部委聯合發文的《關于推進農業廢棄物資源化利用試點的方案》進一步細化了相關目標任務、試點選擇、保障措施等。目前，農業廢棄物的資源化利用方式主要有飼料化、能源化、基質化、原料化和肥料化等方式，其中肥料化利用可將農業廢棄物轉化為農業生產所不可或缺的肥料，具有適應性廣、產品形式多樣、附加值高等突出優勢，是農業廢棄物的重要利用方式之一[4]。秸稈、糞污等均可作為有機肥、微生物肥等的理想原料，經適當加工后，無論是用于小麥、玉米等的大批量還田使用，還是用于蔬菜、經濟作物等的精細栽培，均可產生良好生態效益和可觀經濟效益。農業廢棄物的肥料化利用可將氮、磷等植物養分重新帶回土壤，總體上不增加養分供給，更有利于實現種養結合、養分平衡，同時改善土壤有機質含量、團粒結構、微生物生態等，有效避免過量使用化肥所導致的土壤酸化、鹽漬化、養分失衡等問題，更加有利于實現農業的可持續發展[5]。

近年來，以多種農業廢棄物為主要原料的有機肥產業發展迅速，為廣大農民提供了更多肥料選擇，創造了巨大產值。然而，當前有機肥生產與使用仍存在技術水平參差不齊、部分產品以次充好、施用方法缺乏科學指導等諸多問題，亟需解決。如何促進農業廢棄物的科學轉化，并在提高作物產量的同時保證土壤安全，是實現肥料化利用有序健康發展的關鍵。

1.原料來源

根據植物性和動物性原料來源的不同，可供肥料化利用的農業廢棄物主要包括種植過程中產生的的秸稈、尾菜等植物殘體，生豬、牛、家禽類飼養過程中產生的糞便、尿液、污水，廣義上還包括人糞尿、餐廚垃圾、枯枝落葉等有機生活廢棄物。同時，在農業廢棄物肥料化應用實踐中，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。而受產業布局、氣候等因素影響，我國各地區可供肥料化利用的農業廢棄物類型和數量存在較大不同，如東北地區豆類秸稈資源較為豐富，而山東、河北等蔬菜產業密集區的尾菜資源較為突出，西北地區的牛羊糞污資源要高于東南地區，而東南地區鴨糞資源多于西北地區等[6]。因此，在大力發展有機肥、提高農業廢棄物轉化率的前提下，應根據各地區原料的不同特點，因地制宜開發不同的肥料品種。

2.養分總量

由于秸稈、尾菜、畜禽糞污等在含水率、有機物含量、氮磷鉀含量等理化指標上存在較大差異，因此實踐中常將其統一折算為有機養分總量進行比較。宋大利、劉曉永等通過常用的草谷比、排泄系數與飼養周期計算等方式，分別估算了全國秸稈、畜禽糞污年度有機養分總量。而杜為妍等綜合了多項研究后估算，2010-2016年我國農業廢棄物有機養分總量年均為7919.5萬噸，氮、磷、鉀分別為3096.3萬、1174.1萬、3249.1萬，而秸稈有機養分總量為2209.8萬噸，畜禽糞污有機養分總量為4069.2萬噸，綠肥養分總量為97萬噸。我國可供肥料化利用的農業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，農業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雜作用下緩慢腐解，逐漸礦化和釋放養分。該方式對于土壤培肥、改善土壤團粒結構、作物增產等有一定益處，但自然腐解過程緩慢，腐解過程釋放的熱量直接作用于作物根系，易出現燒苗、黑根等不良現象，特別是秸稈等如果粉碎粒度過大、還田過多，還容易對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，主要包括通過簡單堆漚、好氧堆肥、厭氧發酵、過腹轉化、生產有機肥等方式加以利用。簡單堆漚是我國農民常用的農業廢棄物處理方式，通過將秸稈、禽畜糞污堆漚在一起利用自然發酵的方式進行腐熟;好氧堆肥則是簡單堆漚的科學升級，通過控制好氧發酵的周期、溫度、菌種等獲得更加的產品參數;厭氧發酵則是在封閉環境中利用沼氣微生物菌群的復雜生化作用，將部分有機成分轉化為甲烷等，同時生成的沼液、沼渣可作為優良肥料來源;過腹轉化則是將農業廢棄物飼喂動物，將排出的糞便在予以還田，可以實現有機成分的更充分利用;生產有機肥則是以上方式的集大成者，通過現代化的工藝手段，并根據目標土壤類型的不同，科學設計有機肥成分含量，實現經濟、社會、環境效益的有機統一[8]。

4.發酵工藝

生產高附加值的商品有機肥是農業廢棄物肥料化利用的發展趨勢，對生產工藝和技術裝備要求相對較高，目前應用較多的有機肥發酵工藝有：條垛式堆肥、槽式堆肥、覆膜堆肥、反應器堆肥。條垛式堆肥是在硬化平地上，將農業廢棄物堆成一定寬度和長度的條垛，條垛式翻拋機橫跨條垛兩側，對條垛進行翻拋通氣，實現好氧發酵;槽式堆肥則需建設發酵槽，槽兩側墻上設置導軌，槽式翻拋機在導軌上定時運行，實現達到通風和物料混合的目的;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，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，實現發酵工藝和肥料品質的升級;反應器堆肥一般采用高溫好氧發酵工藝，發酵過程全程在密閉或半密閉裝置中完成，發酵裝置又可細分為滾筒式、筒倉式、塔式和隧道式，通過強制通風、連續攪拌，達到好氧堆肥的目的[9][10]。

四種堆肥發酵工藝各有特色，條垛式堆肥靈活多樣，適合不同規模和原料的堆肥使用;槽式發酵規模大、單次處理能力可達數千噸，尤其適合大型堆肥廠;覆膜堆肥則有效降低了堆肥過程中氨氣、硫化氫等臭味氣體的排放，降低環境污染，同時可更好保留有機物料養分;而反應器堆肥則大大縮短了堆肥周期，將數十天的發酵時間縮短至1-14天，效率成倍提升。

5.市場前景

農業廢棄物直接還田或經簡單堆漚后還田，多為農戶或養殖場廢棄物處理過程中的自發行為，應用范圍一般僅限于廢棄物產生地周邊，且多為自用或無償、微償使用，其產生的直接經濟效益不高。而商品有機肥具有生產周期短、生產規模大、肥效和附加值高、有利于運輸等突出優點，是符合現代工廠化生產、有利于商品化流通的高效利用方式。通過預處理、復配、多次發酵、烘干、造粒、裝袋等生產步驟，每噸有機肥產品可產生300～500元凈利潤。商品有機肥的生產必須符合相關國家和行業標準，有機-無機復混肥料（GB/T18877-2009）、有機肥料（NY525-2012）、生物有機肥（NY884-2012）、復合微生物肥料執行標準（NY/T798—2015）等標準規范了商品有機肥生產過程和產品質量指標。相關政策法規和標準規范的完善，將更有利于優質有機肥產品走向市場[11]。

6.存在問題和對策

農業廢棄物的肥料化利用可真正實現養分“從土地中來，到土地中去”，并部分替代化肥，是實現農業可持續發展的重要途徑。然而，目前仍有若干題困擾我國農業廢棄物肥料化領域的快速發展，主要體現在政策引導不完善、技術和裝備創新不足、推廣和示范力度不夠、原料收儲鏈條不完善、產品質量參差不齊等方面，特別是農業補貼政策針對性不強、先進技術和裝備與國際先進水平差距較大、農技部門和農戶缺乏有效溝通、糞便與秸稈等原料難以收集和運輸、少數有機肥產品以次充好等，極大困擾了相關產業的健康發展。為此，行業主管部門應盡快完善針對農業廢棄物肥料化利用的補貼政策，特別是國際上應用較成熟的后端補貼機制，根據實際產出提供對相關產業發展提供支持;應大力加強先進設備、微生物制劑和工藝的研發，特別是提升傳統堆肥的技術水平，在保證腐熟度的同時縮短發酵時間、降低養分損失率，減少臭氣、廢液對環境的危害;農業科研、推廣人員應加強與從業人員交流，從生產中來，到生產中去，切實解決困擾實際生產的痛點;試點建立縣域、鎮域范圍內的農業廢棄物收儲網格機制，建立專業化的收儲隊伍，實現農業廢棄物的物盡其用;最終，應切實加強對商品有機肥市場的監管力度，實行市場準入制度，嚴厲查處虛假廣告、以次充好等坑農害農、有損整個行業正常發展的行徑。只要全社會高度重視農業廢棄物的無害化處理與資源化利用度，形成合力，就一定可以實現農業廢棄物肥料化利用的健康發展。

小結

肥料化利用是實現農業廢棄物無害化處理和資源化利用的重要途徑，對于農村環境保護、化肥替代、農民增收等均具有積極意義。當前，我國農業廢棄物的肥料化利用具有原料來源廣泛且差異性大、養分利用率不高、利用方式和發酵工藝多種多樣等突出特點，總量十分巨大但仍有較大發展空間。針對肥料化利用過程中存在的突出問題，需要相關主管部門、廣大企業、農民和科研人員等加強協作，協同創新，提升農業廢棄物利用率，促進有機肥行業的規范發展，并實現更大廣度和深度范圍內的有機肥對化肥的替代。

參考文獻

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