劉朋虎　趙雅靜　王義祥，3　翁伯琦，3

(1.福建農(nóng)林大學生命科學學院，福建 福州　350002；2.福建省農(nóng)業(yè)科學院，福建 福州　350002；3.福建省紅壤山地生態(tài)過程重點實驗室，福建 福州　350003 )

實現(xiàn)傳統(tǒng)堆肥技術與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的若干對策研究

劉朋虎1趙雅靜2王義祥2，3翁伯琦2，3

(1.福建農(nóng)林大學生命科學學院，福建 福州350002；2.福建省農(nóng)業(yè)科學院，福建 福州350002；3.福建省紅壤山地生態(tài)過程重點實驗室，福建 福州350003 )

【摘要】本文闡述堆肥技術發(fā)展歷程與重要意義，同時結(jié)合綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展需求與有效提升地力的要求，具體提出了提升傳統(tǒng)堆肥技術與有機肥產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的方向，并著重分析與概述了協(xié)同創(chuàng)新重點內(nèi)容與關鍵技術，提出了促進傳統(tǒng)堆肥技術與轉(zhuǎn)型升級的若干發(fā)展思路與技術對策，以求為進一步優(yōu)化發(fā)展有機肥產(chǎn)業(yè)以及合理實施以有機肥有效替代化肥計劃提供參考與借鑒。

【關鍵詞】堆肥技術；有機肥；地力提升；轉(zhuǎn)型升級；發(fā)展對策

眾所周知，化肥的廣泛與有效的應用是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)蓬勃興起的重要標志之一。生產(chǎn)實踐表明，化學肥料的合理使用對農(nóng)作物的增量提質(zhì)起到了積極的作用，為糧食安全與保障供應做出了有效的貢獻。然而，單純追求農(nóng)作物高產(chǎn)而不合理施用化肥，尤其是過量或者超量施用化肥，不僅造成資源的嚴重浪費，而且無益于農(nóng)作物的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。實際上，就如何科學施肥而言，很突出的一個問題，無疑就是有機肥與無機肥結(jié)合不緊密，甚至完全脫節(jié)，特別是造成種地與養(yǎng)地的脫節(jié)，同時還加劇了農(nóng)業(yè)面源污染的程度，并伴隨著土壤酸化、耕地扳結(jié)、地力下降等現(xiàn)象產(chǎn)生，影響種植業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。鑒于我國化肥不合理的應用，致使肥料利用率低并延續(xù)產(chǎn)生農(nóng)業(yè)面源污染嚴重等一系列問題，引起普遍關注與重視。農(nóng)業(yè)部已制定計劃將在全國范圍內(nèi)實施化肥農(nóng)藥雙減行動，力爭到2020 年實現(xiàn)主要農(nóng)作物化肥農(nóng)藥使用總量零增長。就綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢分析，保持良好地力是必不可少的重要環(huán)節(jié)。很顯然，通過科學堆制而生產(chǎn)的有機肥可作為調(diào)節(jié)土壤、改良地力的一種有效肥料，其維護耕地質(zhì)量的作用與潛在市場需求量是非?？捎^，但要廣泛應用與普及發(fā)展，則還必須解決技術落后與產(chǎn)業(yè)乏力的問題，要著力于科技創(chuàng)新，改造傳統(tǒng)的工藝，推廣質(zhì)量與效益，這是實現(xiàn)傳統(tǒng)堆肥技術創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關鍵。就此，我們必須深化系列科技研究，必須深化科企協(xié)同攻關；必須應用高新技術設施，必須突破主要制約因素，以求為綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展做出積極貢獻。

1堆肥技術發(fā)展與重要意義

如何科學有效的使用化肥？這一直是人們十分關注的問題。中國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精耕細作的經(jīng)驗很值的我們發(fā)揚光大，其中重要環(huán)節(jié)就是要優(yōu)化種地與養(yǎng)地的結(jié)合，其實質(zhì)內(nèi)容依然是有機肥與無機肥的合理配施。在新的歷史時期，人們著力倡導發(fā)展現(xiàn)代生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)，即要充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)的多功能效應，其不僅要在保障糧食安全、食品安全、生態(tài)安全方面起到保障作用，而且要著力提升“四個率”(即土地產(chǎn)出率、勞動生產(chǎn)率、資源利用率、污染防控率)。就土壤肥料學科而言，其核心要點是要全面實施“化肥與農(nóng)藥雙減“計劃，實現(xiàn)有機肥料與生物農(nóng)藥的有效替代，使種地與養(yǎng)地在發(fā)展現(xiàn)代生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)過程中得以有機的統(tǒng)一。不言而喻，要養(yǎng)地必須依靠高效優(yōu)質(zhì)的有機肥，其中推廣應用有效的堆肥技術是一個必不可少的重要環(huán)節(jié)。

隨著農(nóng)村產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，鄉(xiāng)村養(yǎng)殖業(yè)呈現(xiàn)規(guī)模化與集約化的發(fā)展，在帶來可觀的經(jīng)濟效益的同時，也大幅增加了畜禽糞便污染物的產(chǎn)生量。全國污染源普查數(shù)據(jù)業(yè)已顯示，全國農(nóng)村每年畜禽養(yǎng)殖業(yè)廢棄物產(chǎn)生量高達2.45億t，其中COD的排放量、廢棄物中總N、總P數(shù)量則分別達到1268萬t、110萬t和16萬t，分別占全國同類物質(zhì)總排放量的42%、22%、38%，同時依次占農(nóng)業(yè)源排放量的86%、38%、65%[1]。根據(jù)全國鄉(xiāng)村廢棄物造成污染的普查動態(tài)的數(shù)據(jù)分析表明，近年來在全國污染物總排放量中畜禽養(yǎng)殖污染物的占比正呈現(xiàn)逐步上升的趨勢，這就要求人們必須加強養(yǎng)殖業(yè)的糞便污染治理，其也成為防控面源污染的重要環(huán)節(jié)。值得關注的是，必須樹立主動治理的理念，揚其長，避其短，因為畜禽糞便也是養(yǎng)分豐富的有機肥資源，合理使用則是利，放棄不用則成害。僅僅被動治理，不但浪費人力物力資源，而且還會延伸造成二次污染。實踐表明，通過堆肥化設施與技術來處理并生產(chǎn)的高效有機肥，其所含的比較豐富養(yǎng)分物質(zhì)可得以保存，而且可生產(chǎn)肥效較長且相對穩(wěn)定有機肥，以其作為耕地肥源并與化肥配合施用，不僅有利于防控土壤酸化，而且可充分發(fā)揮培肥改土和促進植物生長的作用[2]。實際上，堆肥化處理就是充分利用自然界中廣泛存在的放線菌、真菌、細菌等微生物的新陳代謝作用，在特定的設施與人工控制的中高溫好氧條件下，把固體廢物中可降解的有機物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)。就堆肥化生產(chǎn)而言，主要是按照堆制過程中是否需氧而分為2個生產(chǎn)模式(即好氧堆肥和厭氧堆肥)。大多數(shù)肥料生產(chǎn)企業(yè)都采用高溫好氧堆肥處理，因為好氧堆肥的堆體溫度高，通常達到50～65℃，其優(yōu)點是有利于最大限度地殺滅病原菌，而且有機質(zhì)的降解速度快。目前推廣應用的好氧堆肥主要分為無發(fā)酵倉和有發(fā)酵倉式兩種堆肥系統(tǒng)[3]。就學術意義認識，堆肥就是一種有機肥料，其所含營養(yǎng)物質(zhì)比較豐富，而且肥效比較長，、同時也比較穩(wěn)定，合理施用堆肥可促進土壤固粒結(jié)構(gòu)的形成，不但可以提高土壤質(zhì)量(即保水、保溫、保肥的能力)，而且化肥與高效有機肥科學配合施用，既可彌補化肥所含養(yǎng)分單一的不足，又可有效避免由于長期單一使用化肥致使土壤板結(jié)弊端，同時有利于提高土壤保水、保肥性能[4]。就具體工藝而言，堆肥是利用作物秸桿、雜草、樹葉、泥炭、鄉(xiāng)村垃圾以及其它各種農(nóng)牧菌業(yè)廢棄物為主要原料，按比例參入并有效混合相關菌劑，再經(jīng)過合理堆制腐解而制備成的有機肥料[5]。由于它的堆制材料與方法、堆制原理與工藝與廄肥肥分與組成以及物化性質(zhì)基本相類似，故又稱其為人工廄肥。就內(nèi)在變化機理而言，在適宜的高溫發(fā)酵條件下，通過微生物作用使有機物腐殖化、有機肥料穩(wěn)定化、廢棄物中病原菌無害化，并最終達到腐熟的代謝過程稱之為堆肥處理[6]。堆肥處理之所以可以有效處理人類日常生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的有機固體廢棄物，主要是由于微生物在堆肥處理過程中發(fā)揮重要作用。對堆肥微生物的篩選研究已有幾十年歷史，許多有效的菌劑已被生產(chǎn)企業(yè)接受并廣泛應用，但關于微生物動態(tài)作用的機理以及技術問題仍有待于進一步的深化研究[7]。在堆肥過程中，不僅許多微生物都處于動態(tài)變化過程，而且人們通常只是應用的傳統(tǒng)分離方法來鑒定的微生物，其所分離菌系只占環(huán)境微生物總數(shù)的0.1%～10%，所以必須運用現(xiàn)代生物化學及分子生物學技術，深化研究微生物群落結(jié)構(gòu)及其在堆肥過程中動態(tài)變化規(guī)律，這無疑是需要重點突破的研究熱點。以往人們大多都是在實驗室內(nèi)進行堆肥過程微生物的培養(yǎng)、分離和純化等研究，其研究結(jié)果與生產(chǎn)實際會產(chǎn)生偏差。國內(nèi)外學者研究發(fā)現(xiàn)，應用微生物分子生態(tài)學開展深化研究，才能揭示內(nèi)在變化規(guī)律。如今分子生物學技術已經(jīng)廣泛應用于微生物生態(tài)學研究領域，進而產(chǎn)生的一門新興的交叉學科。很顯然，分子生物學技術的發(fā)展及其在微生物群落結(jié)構(gòu)動態(tài)變化過程的研究，已經(jīng)為堆肥微生物的標記研究開辟了新的途徑，使得人們對環(huán)境樣品中許多不可培養(yǎng)微生物的研究變?yōu)榭赡?，也為堆肥過程的優(yōu)化控制提供了新技術。有研究者從分子生態(tài)學角度研究并發(fā)現(xiàn)了豬場廢棄物堆肥中的優(yōu)勢菌群，應用PCR—DGGE技術與傳統(tǒng)分離方法，深入與系統(tǒng)的研究了芽孢桿菌屬和梭菌屬在堆肥過程中的動態(tài)變化、種群結(jié)構(gòu)等分子生物學機制[8]。還有學者利用分子生物學技術與特定設施，對農(nóng)牧產(chǎn)業(yè)廢棄物堆肥化過程中的微生物結(jié)構(gòu)變化進行了系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)了堆肥微生物的重要組成成分主要是細菌和真菌，其種群組成的動態(tài)變化與銨態(tài)氮等因子協(xié)同作用顯著相關[9]。業(yè)界人士認為，分子生物學技術的不斷發(fā)展，其必將進一步推動有機肥創(chuàng)制過程微生物生態(tài)學技術體系的完善，要力求打破目前存在的政策局限，鼓勵更多的企業(yè)興辦集約化的有機肥加工廠，同時引導更多科技人員參加有機肥產(chǎn)品研發(fā)。尤其是在實際的生產(chǎn)過程合理選用合適的先進技術，要在生產(chǎn)中更快更準地獲得比較完整的數(shù)據(jù)，力求對微生物群落多樣性以及動態(tài)變化規(guī)律有更加清晰的認識，適時調(diào)控并優(yōu)化生產(chǎn)條件。要充分利用各類研究平臺與試驗條件，對堆肥微生物傳統(tǒng)研究方法進行有效改進，促進現(xiàn)代分子生物學技術與相關工藝進行集成創(chuàng)新，提高堆肥生產(chǎn)效率。實踐將進一步證明在堆肥生態(tài)系統(tǒng)中的應用分子生物學技術具有廣闊的前景，可望為堆肥生產(chǎn)中微生物群落結(jié)構(gòu)優(yōu)化與多樣性有機肥的研發(fā)提供強有力的支撐與借鑒。

2傳統(tǒng)技術提升與轉(zhuǎn)型升級

實際上，堆肥技術自古有之。早在秦朝時期就出現(xiàn)的篆體文字“糞”時，古代人已經(jīng)十分形象地描述了農(nóng)民如何將畜牧業(yè)糞便收集并應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的情形；在出土的漢代陶器圖案中，也依稀可見那時農(nóng)民家庭將豬圈與廁所建在一起并混合漚糞的實踐，其形象描繪了遠古時代的農(nóng)民就已懂得了在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用有機肥的道理，特別是綜合利用種養(yǎng)產(chǎn)業(yè)廢物與生活垃圾作為原料來制備有機肥的技術；到了南宋時期，我國許多鄉(xiāng)村的農(nóng)民就已經(jīng)掌握了好氧堆肥的簡易工藝與方法，從而促進了有機肥這一古老的制作技術的發(fā)展，從而持續(xù)推動了以農(nóng)牧結(jié)合與養(yǎng)地增產(chǎn)為主要目標的傳統(tǒng)生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。以堆肥為主要內(nèi)容的有機肥應用，為農(nóng)牧結(jié)合的傳統(tǒng)循環(huán)農(nóng)業(yè)與作物養(yǎng)分有效補充提供持續(xù)支撐，持續(xù)到上世紀60年代，我國大田種植業(yè)生產(chǎn)還較為普遍使用堆肥技術生產(chǎn)有機肥，彌補當時化肥供應缺口，解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)肥源不足的問題，到了20世紀80年代，全國種植業(yè)生產(chǎn)中有機肥使用量仍占到肥料總量一半以上。但近30年來，由于農(nóng)村青年勞動力短缺、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本提升，鄉(xiāng)村環(huán)保投入不足、農(nóng)民大量使用化肥的諸多因素的影響，致使我國許多農(nóng)村堆肥產(chǎn)業(yè)及其有機肥應用日漸稀少，以至目前我國畜禽糞便的循環(huán)利用比率已低于30%，甚至有的地方農(nóng)村連續(xù)多年都不使用有機肥，就此導致許多農(nóng)田普遍出現(xiàn)了面源污染、地力力衰減、質(zhì)量下降、土壤酸化、資源浪費等突出的問題，這顯然與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有機肥投入嚴重不足是密切相關。

就具體原因分析而言，有機肥應用之所以受到制約，不僅僅是思想觀念與經(jīng)濟利益的問題，而且還有有機肥產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新不力與工藝落后的內(nèi)在原因所致。長期以來由于推廣應用受到限制，致使有機肥產(chǎn)品經(jīng)濟效益不佳，市場驅(qū)動力不足，不同程度上影響了相關企業(yè)實施大規(guī)?？蒲型度?，以致堆肥產(chǎn)業(yè)與技術仍然處于工藝技術簡單且產(chǎn)業(yè)發(fā)展落后的狀況，難以形成以科技創(chuàng)新帶動規(guī)模生產(chǎn)的新格局，在很大程度上嚴重制約了提升土壤質(zhì)量與耕地保育工程的建設。有資料顯示，目前每年全國種植業(yè)—養(yǎng)殖業(yè)—加工業(yè)的各類廢棄物產(chǎn)生量超過了40億噸以上(折算為廢棄物干重大約為13.5億噸)。就實際產(chǎn)生的數(shù)量分析，中國已成為目前農(nóng)業(yè)有機廢棄物最大的產(chǎn)生國，但實施有效處理的數(shù)量則十分有限。以2013年為例，全國有機肥類企業(yè)總處理廢物量不到1.1億噸，僅占總產(chǎn)生量的8.5%左右。實際上，農(nóng)業(yè)廢棄物也是重要的資源，合理利用可以變廢為寶，棄之不用則不僅浪費資源，而且還會嚴重污染環(huán)境。專家們指出：隨著堆肥技術的進步，人們研發(fā)了不用途的系列有機肥，例如利用城市固體廢棄物、作物秸稈、食品加工業(yè)副產(chǎn)品、制藥業(yè)副產(chǎn)品等都可以作為花卉與苗木專用肥的原料。充分利用富含植物營養(yǎng)成分的植物殘體和動物排泄物，在高溫、多濕的條件下，與適當數(shù)量的泥土和礦物質(zhì)混合堆積，經(jīng)過微生物分解技術工藝處理并在特定設施中發(fā)酵腐熟，即可制成不同系列的有機肥料。就理論意義認識，堆肥的制備與應用，其實質(zhì)就是要優(yōu)化拓展利用方式并創(chuàng)立環(huán)境友好機制，實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中的廢棄物質(zhì)進行再循環(huán)與再利用。創(chuàng)新堆肥工藝技術與發(fā)展高效有機肥產(chǎn)業(yè)，其主要目標不僅僅要充分利用微生物把城鄉(xiāng)社會所產(chǎn)生的各類有機廢棄物轉(zhuǎn)化為高效的有機肥，尤其是經(jīng)過集約化與產(chǎn)業(yè)化制備有機肥之后再返回到土壤，既可以治理了農(nóng)業(yè)的面源污染，又可實現(xiàn)變廢為寶的循環(huán)利用。

在堆肥生產(chǎn)實踐中，可溶性的小分子有機物可透過微生物細胞壁和細胞膜被微生物直接吸收和利用；而不溶性的大分子有機物，則首先被吸附在微生物體外，同時由微生物分泌的一系列胞外酶將其逐步分解為可溶性的小分子物質(zhì)，之后再被細胞吸收利用。通過特定的設施進行好氧堆肥技術處理，實際上就是利用微生物在有氧條件下對有機質(zhì)進行快速分解的過程。其主要是應用不同的系列微生物分解有機物，并持續(xù)維持微生物自身的生命代謝活動，而且將其中一部分吸收的有機物轉(zhuǎn)化合成為自身的細胞物質(zhì)，使微生物保持繁殖生長活力并產(chǎn)生更多的微生物；然后再將另一部分有機物氧化成能被作物吸收利用的簡單的無機物，并釋放出二氧化碳、水和能量。就應用方式而言，好氧堆肥是一種經(jīng)濟高效的有機廢棄物處理技術，在堆肥過程中氨氧化作為氮素硝化作用的限速步驟，會直接或間接對堆肥過程中溫室氣體的排放和堆肥肥效產(chǎn)生影響。許多研究報道了有機廢棄物好氧堆肥系統(tǒng)中有2個重要過程，即要關注2種氨氧化微生物(氨氧化古菌AOA和氨氧化細菌AOB的生理生態(tài)特性，同時要深入研究堆溫方式、銨離子濃度、pH等因素變化對堆肥質(zhì)量的影響，特別是要闡明氨氧化微生物種類作用、數(shù)量及群落結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律及其響應機制，要注重研究堆肥過程中氨氧化過程變化規(guī)律，突破堆肥生產(chǎn)過程的智能化調(diào)控技術，力求合理調(diào)節(jié)微生物對氮素有效轉(zhuǎn)換的相關管理措施，并構(gòu)建氨氧化微生物優(yōu)化調(diào)控技術體系，使有機廢棄物在堆肥系統(tǒng)中的更為高效的分解轉(zhuǎn)化，生產(chǎn)出高效有機肥。設施化的好氧堆肥技術改進，已經(jīng)成為一種有資源化利用機物廢棄物并實現(xiàn)無害化和穩(wěn)定化處理的經(jīng)濟高效的方法之一[10]。目前這一方法已在農(nóng)田作物秸稈、畜禽養(yǎng)殖糞便、病死動物尸體、城市生活垃圾、居家餐廚垃圾、城市生活污泥等固體有機廢棄物高效便捷處理中得到廣泛應用。但人們也注意到了好氧堆肥過程會造成不同程度的氮素損失[11]，而一般氮素損失量約為初始總氮的16%～76%[12]，其損失途徑包括堆肥過程的氨氣揮發(fā)、氧化亞氮和氮氣排放、養(yǎng)分淋溶等形式。有試驗結(jié)果顯示，在堆肥過程中，大部分是以氨氣揮發(fā)形式損失氮素的，其氮素總損失量可達44～89%，特別是在含氮較高的畜禽糞便堆肥生產(chǎn)過程的損失將更為嚴重[13]。事實上，在堆肥生產(chǎn)環(huán)節(jié)中造成氮素損失，不但會降低堆肥產(chǎn)品的生產(chǎn)應用價值，同時還會對鄉(xiāng)村生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生其他的負面影響，尤其是造成危害更為嚴重的二次污染，例如會持續(xù)不斷產(chǎn)生難聞的臭氣并排放大量的溫室氣體、同時會形成局部酸雨以及延伸造成土壤養(yǎng)分流失與水體富營養(yǎng)化污染等一系列破壞生態(tài)環(huán)境的問題。專家們呼吁，要深入研究有機廢棄物堆肥過程中的氮素轉(zhuǎn)化動力學規(guī)律，及其氮素轉(zhuǎn)化過程與相關微生物變化動態(tài)及響應機理，進而實施有效的技術調(diào)控，才有助于為減少好氧堆肥過程中的氮素損失及溫室氣體排放，為高效有機肥生產(chǎn)提供理論依據(jù)。近年來，關于土壤固氮作用、氮素的硝化作用與反硝化作用以及氨化作用4個相互聯(lián)系的氮素循環(huán)過程的研究取得了一定的進展，但自然界氮循環(huán)的主要驅(qū)動機制包括環(huán)境要素響應規(guī)律研究還有待于進一步深入[14]。有研究表明，堆肥過程中含氮有機物一般先被復合微生物菌劑分解，被大量的轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮(NH4-N )，隨后緊接著是大量的銨態(tài)氮被氧化為亞硝態(tài)氮 (NO2-N)，之后再進一步氧化而變?yōu)橄鯌B(tài)氮(NO3-N )，進而完成整個硝化作用過程[15]。有研究表明，堆肥施入土壤之后的氮素循環(huán)所歷經(jīng)的4個過程，都可以觀察到NH4離子的不斷聚集現(xiàn)象，值得注意的是，其中NH4—N2O變化過程要 比NO2—NO3變化過程更為緩慢，這可能是由于亞硝態(tài)氮極不穩(wěn)定，易被氧化為硝態(tài)氮所致。有的研究者則認為，氨氧化過程及其要素優(yōu)化則是硝化作用的關鍵限速步驟[16]。早在上個世紀，人們首次發(fā)現(xiàn)細菌氨氧化作用以來，研究者更加關注與氨氧化相關的微生物動力學學研究，尤其是深入探討微生物種類與有效功能對堆肥過程氮素轉(zhuǎn)化的生物地球化學特征，氮素在不同循環(huán)環(huán)節(jié)中的轉(zhuǎn)化效應也一直倍受關注。長期以來，研究者普遍認為變形菌綱的氨氧化細菌 (Ammonia Oxidizing Bacteria；AOB)是地球氮素循環(huán)過程中最主要的承擔者[17]，然而隨著環(huán)境微生物分子生態(tài)學技術的發(fā)展和研究的深入，許多研究者又發(fā)現(xiàn)了另一類具有氨氧化能力的微生物--氨氧化古菌(Ammonia Oxidizing Archaea，AOA )，其主要特性完全與AOB不同，其同樣在堆肥生產(chǎn)過程中的氮素循環(huán)起著非常重要的作用。就此，再次引起堆肥研究者與微生物業(yè)界對氨氧化微生物的廣泛關注和深入研究[18]。實踐表明，在堆肥系統(tǒng)中氨氧化作用是至關重要的環(huán)節(jié)，其會直接影響到堆肥過程的氮素的轉(zhuǎn)化效率，進而進一步影響農(nóng)用價值及堆肥過程中氨氣和氧化亞氮的排放[19]。有研究結(jié)果表明[20]，深入探討好氧堆肥系統(tǒng)中的兩種主要氨氧化微生物AOB、AOA 的生理生態(tài)特性及其影響因素，有利于系統(tǒng)總結(jié)堆肥過程中氨氧化微生物對氮素轉(zhuǎn)換的作用途徑和有效調(diào)控技術，以期為今后氨氧化微生物在堆肥生產(chǎn)系統(tǒng)中的應用提供合理的生產(chǎn)參數(shù)與優(yōu)化調(diào)控技術對策。

3主要發(fā)展思路與對策研究

常言道：民以食為天，食以土為先。沒有高質(zhì)量的土壤，是難以保障高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)，只有優(yōu)質(zhì)的農(nóng)田土壤，才能實現(xiàn)高質(zhì)量的綠色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。著力發(fā)展現(xiàn)代生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的實踐，給予我們深刻的啟示，我們一方面要促進綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展，推動農(nóng)牧生產(chǎn)結(jié)合與地力培育工程建設；另一方面要加快高效有機肥生產(chǎn)的轉(zhuǎn)型升級，賦予古老技術以新的內(nèi)涵與新的工藝，創(chuàng)立現(xiàn)代有機肥生產(chǎn)體系。

就技術發(fā)展而言，堆肥的原料依然是作物秸桿、山地雜草、凋落樹葉、各類泥炭、鄉(xiāng)村垃圾、加工廢物、人畜糞便等，主要進展是設施系統(tǒng)創(chuàng)新與優(yōu)良菌劑篩選。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的提高，對于有機肥制備技術與產(chǎn)品質(zhì)量的要求將越來越高。高效有機肥不僅可以解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有機肥有效替代部分化肥與培育地力的問題，而且通過堆肥處理種養(yǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程廢棄物更是城鄉(xiāng)環(huán)保事業(yè)發(fā)展的重要任務。拓展利用生活中的垃圾制備有機物需求日益增高，要如何正確利用有機肥的先進設備與高效設施來生產(chǎn)堆肥則是轉(zhuǎn)型升級傳統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，現(xiàn)代堆肥制備與先進技術實施過程，則需要優(yōu)化人工控制條件，不僅要提高生產(chǎn)效率與便利程度，而且要注重提高有機肥產(chǎn)品質(zhì)量。

就生產(chǎn)企業(yè)與家庭農(nóng)場而言，要進行分類指導與技術集成推廣。好氧堆肥系統(tǒng)的溫度一般可達到50～65℃，最高可達80～90℃，堆制周期比較短；而厭氧堆肥系統(tǒng)的空氣與發(fā)酵原料隔絕，主要特點是對堆制溫度要求較低，普通的裝備都可以滿足生產(chǎn)要求，但成品中氮素比較容易流失，更大的缺點是堆制周期長，異味大，分解不夠充分。如何提升農(nóng)戶小型堆肥生產(chǎn)質(zhì)量，必須把握重點環(huán)節(jié)：即要針對有機肥應用的要求和不同的處理方法特點，充分利用先進設施(便捷隧道裝備等)、技術(高效智能翻刨等)、菌株(高效分解能力等)，力求達到高效有機肥制備設計的目的，保證肥效和肥力增高。就家庭農(nóng)場或者專業(yè)農(nóng)戶而言，農(nóng)民主要針對土地質(zhì)量提升，種植生產(chǎn)增收的目的，克服長期種地大量施用化肥，造成土壤板結(jié)、肥力下降、成本增加的問題。利用生產(chǎn)過程產(chǎn)生的農(nóng)牧廢棄物自行生產(chǎn)高效有機肥料，不僅可以節(jié)省投入化肥的費用，而且可以有效保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，同時對土壤有改良的作用。長期以來農(nóng)民制備農(nóng)家肥積累了豐富的經(jīng)驗，但實施綠色產(chǎn)品規(guī)模生產(chǎn)，高效有機肥制備則必須實現(xiàn)技術與裝備的提升。農(nóng)戶家庭以往小規(guī)模生產(chǎn)的農(nóng)家肥，主要是由畜禽糞便、各種垃圾殘渣所組成的，由于設備與技術落后，往往未經(jīng)腐熟的農(nóng)家肥就投入生產(chǎn)使用，在有機肥中含有大量的病菌蟲卵，施入農(nóng)田后容易引起農(nóng)作物根系病蟲害；尤其是未經(jīng)腐熟的農(nóng)家肥養(yǎng)分多呈有機態(tài)，不容易被作物吸收，容易造成養(yǎng)分損失。同時，沒有堆制完全的有機肥在土壤中經(jīng)過微生物進一步發(fā)酵和分解時，會產(chǎn)生大量的熱量，容易燒根燒苗。因此，要針對農(nóng)戶生產(chǎn)有機肥所存在的突出問題，協(xié)同創(chuàng)新并集成推廣系列配套的便捷技術，力求提高有機肥腐熟發(fā)酵程度與制備質(zhì)量，實現(xiàn)更安全高效的目標。例如農(nóng)家肥自然腐熟發(fā)酵時間慢、效果不好，農(nóng)戶如何在短時間內(nèi)利用自家的資源因地制宜的獲得大量腐熟、高效的肥料？就此必須研發(fā)有機肥料發(fā)酵劑，讓農(nóng)民可以利用菌劑與技術進行操作，力求有效解決制備過程的難題。有機肥發(fā)酵劑是由一系列復合微生物菌群所組成的功能強大的發(fā)酵劑，必須注重篩選復合菌劑與研發(fā)相關配套設施，有利于家庭農(nóng)場生產(chǎn)出具有發(fā)酵快、菌數(shù)高、性能強(復合型好氧發(fā)酵)、用途廣、易操作、劑型好、成本低、雜菌少特點的高效有機肥，力求合理替代化肥，實現(xiàn)化肥減量計劃的目標。實際上，除農(nóng)家畜禽糞便外，可用作制作有機肥的原料還很多。例如各種作物秸稈、瓜藤、樹葉雜草、糠醋渣、酒渣、醋渣、醬油渣、豆餅渣、粉渣、豆腐渣、骨粉、蔗渣等廢棄物都能變成有機肥料。就一般條件而言，農(nóng)戶家庭發(fā)酵生產(chǎn)3～5噸成品有機肥料，只需用1公斤的有機肥料發(fā)酵劑，不僅發(fā)酵時間較短，發(fā)酵比較徹底，而且操作過程比較簡單易行，發(fā)酵生產(chǎn)出的有機肥料具有培肥地力、促長抗病、使用安全方便的優(yōu)點，可以提高有機肥的利用率。實踐表明，選擇適合的肥料發(fā)酵劑，應注意3個要點：一是必須優(yōu)化選擇好氧型發(fā)酵劑。以發(fā)酵方式與技術類型來劃分，肥料發(fā)酵劑主要有好氧發(fā)酵菌劑和厭氧發(fā)酵菌劑兩大類別。好氧發(fā)酵條件要求相對較寬松，發(fā)酵程度比較容易掌握，同樣條件下好氧發(fā)酵處理的產(chǎn)品，其發(fā)酵強度和徹底程度都優(yōu)于厭氧發(fā)酵。例如現(xiàn)有市場上的商品(如菌益康有機肥料發(fā)酵劑)大多就屬于好氧發(fā)酵菌劑。但廣普性菌劑篩選是一個重要方向，要求其發(fā)酵功能強大，產(chǎn)物外觀內(nèi)質(zhì)均優(yōu)，適應露天或室內(nèi)發(fā)酵過程應用。二是必須優(yōu)化選擇復合型發(fā)酵劑。酵母菌或放線菌等屬于單一功能菌，其作用有限。鑒于用途各異的發(fā)酵劑來源不同且組成成份比例及功能也差別較大，必須進行分類研究并實行優(yōu)化組合，研發(fā)出廣普性的系列復合功能菌，力求適應功能較強；而且便于自繁自用。但必須進行專業(yè)化繁育培養(yǎng)與標準化提純復壯，以求具有穩(wěn)定生產(chǎn)的效果。篩選復合型發(fā)酵菌劑，必須符合有效功能活菌數(shù)含量必須超過5000萬個每克的國家微生物肥料統(tǒng)一標準。三是必須優(yōu)化選擇質(zhì)優(yōu)價宜菌劑。發(fā)酵菌劑優(yōu)劣取決于有效性與成本性，尤其要注重有效功能活菌數(shù)含量的提高與穩(wěn)定性，同時必須考慮成本的合理性。通常比較高的添加量為2‰～6‰，即發(fā)酵一噸有機肥成品需要發(fā)酵劑4～6公斤；但高效的復合發(fā)酵助劑添加量一般只需0.2‰，添加量平均相差10倍以上，費用則差幾十甚至上百元。高效菌劑適宜時間為15～20天，比較長的一般也不超過一個月時間。因為耗時越長成本費用越高，損耗鹽堿越多，其對提高肥效越不利。研發(fā)高效的有機肥料發(fā)酵劑是至關重要的，總體要求是對一般物料(如雞糞豬糞等)發(fā)酵時間掌握在7～10天，其所生產(chǎn)的多數(shù)產(chǎn)品才符合有機肥生產(chǎn)需求。

就技術創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展而言，主要應把握5個重要環(huán)節(jié)，力求實現(xiàn)新的跨越。一是制定科學發(fā)展規(guī)劃。受氣候變化、地力下降、 污染加劇、食品安全、能源短缺等諸多因素影響，要求堆肥設施、工藝、技術及其集成應用必須實施轉(zhuǎn)型升級與創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略，尤其要突破堆肥技術工藝自動化、個性化、多元化生產(chǎn)的技術難題。就此，必須因勢利導并高起點的制定發(fā)展規(guī)劃，明確目標，構(gòu)建體系，協(xié)同攻關，突破難點，拓展新的產(chǎn)業(yè)。二是實施聯(lián)動發(fā)展戰(zhàn)略。隨著綠色發(fā)展理念日益深入，各地都在推進高效生態(tài)農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代循環(huán)農(nóng)業(yè)、區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟與美麗鄉(xiāng)村建設的持續(xù)發(fā)展，城鄉(xiāng)居民對高優(yōu)產(chǎn)品與安全食品的要求也越來越高，堆肥技術創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展應當立足新的起點，實現(xiàn)新的跨越。這就要求有機肥產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，必須順應新時代與新形勢的要求，使農(nóng)田保育、科學施肥、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、工藝改進，產(chǎn)業(yè)發(fā)展融為一體，從根本上推動現(xiàn)代生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。三是科學優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局。過去10年來，我國普遍采用堆肥技術生產(chǎn)有機肥的企業(yè)已從2002年的500家發(fā)展到2013年4100家，該領域的科研人員數(shù)量也在不斷增加。為此必須因地制宜優(yōu)化布局生產(chǎn)企業(yè)，改進區(qū)域有機肥生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)體系與服務網(wǎng)絡，便利家庭農(nóng)場與農(nóng)戶生產(chǎn)經(jīng)營。四是科技創(chuàng)新帶動產(chǎn)業(yè)。隨著綠色發(fā)展理念的實踐與鄉(xiāng)村生態(tài)經(jīng)濟的興起，現(xiàn)代土壤學科與新型肥料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也迎來新的挑戰(zhàn)。目前以現(xiàn)代堆肥技術為基礎，實施設施裝備與工藝技術創(chuàng)新，涌現(xiàn)了一批富有實力的有機肥開發(fā)企業(yè)，也陸續(xù)成功開發(fā)了專用型生物有機肥、高效復合微生物肥、有機無機復混肥料等多種新產(chǎn)品，進一步實現(xiàn)堆肥產(chǎn)品由低附加值向高附加值轉(zhuǎn)變。技術創(chuàng)新實踐表明，菌種資源是實現(xiàn)新型肥料功能化的關鍵。堆肥技術應加強基于土壤改良和廢物利用多目標結(jié)合的堆肥增效劑的研發(fā)和利用，發(fā)揮原料資源優(yōu)勢，針對作物營養(yǎng)和土壤改良需求，實現(xiàn)功能性原料的再循環(huán)利用，以創(chuàng)新成果帶動科技創(chuàng)業(yè)，拓展高效有機肥開發(fā)的深度與廣度。五是切實加強政策引導。發(fā)展現(xiàn)代生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)，要注重鄉(xiāng)村高優(yōu)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的頂層設計，要注重因地制宜開發(fā)區(qū)域特色農(nóng)產(chǎn)品，要注重因勢利導提升農(nóng)田土壤的質(zhì)量，要注重農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用政策引導。力求保障土壤安全、糧食安全、食品安全與生態(tài)安全。從農(nóng)田改造與地力提升角度，全面實施以提高土壤有機質(zhì)為核心任務的“沃土工程”，為農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展奠定良好的基礎。

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Study of Several Strategies to Achieve Traditional Composting and Industrial Transformation and Upgrading

LIU Penghu1ZHAO Yajing2WANG Yixiang2，3WENG Boqi2，3

(1.Life science college of Fujian agriculture and forestry university，F(xiàn)uzhou，F(xiàn)ujian，350002，China；2.Fujian province academy of agricultural sciences，F(xiàn)uzhou，F(xiàn)ujian，350003，China；3.Fujian Key Laboratory of Agro-ecological Processes in Red Soil Hilly Region，F(xiàn)uzhou，F(xiàn)ujian 350003，China)

Abstract：This paper describes the development process and the importance of composting technology.And combined with green agricultural development goals and the technical requirements of effectively enhance the fertility，detailed analysis of upgrading traditional technology and the direction of organic fertilizer industry transformation and upgrading.And focus on an overview of the collaborative innovation key content，it proposed the development of ideas and technical countermeasures to further optimize the development of organic fertilizer industry as well as rational implementation pan requirements of Effective alternative to chemical fertilizers with organic manure.

Keywords：compost；traditional technology；organic fertilizer；industry；upgrade

作者簡介：劉朋虎，副研究員，博士，主要從事食用菌育種與廢棄物循環(huán)利用研究

通訊作者：翁伯琦，研究員，博士，主要從事生態(tài)農(nóng)業(yè)技術與生態(tài)經(jīng)濟理論研究

中圖分類號：X21

文獻標識碼：A

文章編號：1673-288X(2016)03-0086-06

項目資助：國家科技支撐計劃課題“東南地區(qū)農(nóng)牧廢棄物多級循環(huán)利用技術集成與示范”(2012BAD14B15)，“農(nóng)—菌復合體系物能循環(huán)特征及調(diào)控技術研究”(2012BAD14B03-5)；福建省科技重大專項“水土流失初步治理區(qū)生態(tài)循環(huán)與產(chǎn)業(yè)提升技術研發(fā)與示范”(2010NZ0002)

引用文獻格式：劉朋虎等.實現(xiàn)傳統(tǒng)堆肥技術與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的若干對策研究[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2016，41(3)：86-91.