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糞便制綠色環(huán)保有機肥 --高溫好氧發(fā)酵新技術(shù)(圖文)
有機肥俗稱農(nóng)家肥,是指含有有機物質(zhì),既能提供農(nóng)作物多種無機養(yǎng)分和有機養(yǎng)分,又能培肥改良土壤的一類肥料,其中大部分為農(nóng)家就地取材,自行積造的。有機肥料來源廣泛,種類繁多,主要包括人畜糞尿、禽糞、堆肥、漚肥、廄肥、餅肥、草木灰、草炭、秸稈、綠肥、河塘泥和土雜肥等。
我國早在秦漢之前,也有用有機肥養(yǎng)地的實踐,農(nóng)業(yè)部開展全國有機肥料調(diào)查研究,分為10大類433個品種。古代直至20世紀(jì)70 年代,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上主要靠有機肥料,基本保持了水稻和小麥單位面積產(chǎn)量,并有緩慢的增加。20 世紀(jì),因為化肥的推廣,有機肥的地位日益下降。1949年有機肥占總量的99.9%,1957 年為91.0%,1965 年為80.7%,1975 年為66.4%,1980年降為47.1%,1985年為43.7%,1990年為36.7%,2000年為31.4%,2003年為25%。
由于化肥的大量使用,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來巨大經(jīng)濟效益和滿足人口急劇增長需求的同時, 其負(fù)面影響也日臻顯露, 如土壤地力下降、環(huán)境質(zhì)量惡化、食品質(zhì)量安全事故時有發(fā)生等。因此,人們對有機肥又逐漸重視起來。但是有機肥的不合理使用也會在土壤質(zhì)量、環(huán)境質(zhì)量以及食品安全方面造成負(fù)面影響,如不引起足夠重視,其副作用甚至超過化肥。有機肥料的施用不僅直接關(guān)系到土壤質(zhì)量、農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)、水體和大氣環(huán)境質(zhì)量,而且它還是種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)之間的重要紐帶,對促進農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)和生物圈中的物質(zhì)循環(huán)與能量轉(zhuǎn)化也有重要作用。因此,有機肥的使用將從正反兩個方面強烈影響土壤質(zhì)量。
1 .有機肥對土壤肥力質(zhì)量的影響
1.1 提高土壤肥力
2000 多年來,有機肥對維護地力起了巨大作用。大量長期實驗結(jié)果表明,有機肥施用可增加土壤有機質(zhì),進而顯著增加土壤的礦化氮,作物產(chǎn)量增加明顯,施用有機肥與不施有機肥比較,平均增產(chǎn)率為12.8%。國內(nèi)外大量研究結(jié)果表明,合理施用有機肥料不僅可以增加土壤有機碳含量,改善土壤物理結(jié)構(gòu),增加土壤CEC、保水能力、滲透性,提高土壤N、P、K、Ca、Mg、S 及其他微量元素含量,促進土壤微生物活動,改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu),提高土壤肥力,改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。
1.2 抑制作物病害
有機肥具有抗病特性的生物有機肥的作用機理可能包括物理、化學(xué)、生物的作用。一方面有機肥可改善土壤物理結(jié)構(gòu),并平衡提供作物所需養(yǎng)分以及一些生物活性物質(zhì),植物生長健壯而抗病能力增強,同時有機肥含有拮抗菌或促生菌,改變根際微生物區(qū)系,進而抑制病原菌的爆發(fā)。
1.3 引起土壤質(zhì)量退化
有機肥的不合理施用也會造成土壤質(zhì)量退化。規(guī)?;B(yǎng)殖場的畜禽糞,尤其是雞糞含有較高的鹽分和Na離子,如果過量施用,則會有土壤次生鹽漬化的風(fēng)險,使土壤板結(jié)。畜禽糞便農(nóng)用對露天土壤沒有顯著的土壤次生鹽漬化風(fēng)險,而對于溫室大棚土壤而言,在高施肥量下次生鹽漬化風(fēng)險較大,可嚴(yán)重影響農(nóng)作物的生長。而目前蔬菜等經(jīng)濟作物上有機肥施用量普遍較高,例如山東壽光等地大棚蔬菜地土壤有機肥年施用量最高達240t/hm2鮮糞,有機肥帶來的土壤次生鹽漬化風(fēng)險不容忽視。
2 有機肥對土壤環(huán)境和健康質(zhì)量的影響
現(xiàn)在的有機肥已與傳統(tǒng)意義的有機肥在組成上有著巨大差別,規(guī)?;B(yǎng)殖場畜禽糞中P、K、Cu、Zn、As 等元素和抗生素殘留量明顯高于農(nóng)戶家庭小規(guī)模養(yǎng)殖的畜禽糞。規(guī)?;B(yǎng)殖畜禽糞中不僅N、P含量顯著提高,有害重金屬含量也大幅度增加。
2.1 重金屬
糞肥中常含大量的Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、As,畜禽糞農(nóng)用是土壤與環(huán)境中重金屬的重要來源之一,我國畜禽糞便農(nóng)用輸入農(nóng)田土壤的Cu、Cd、Zn分別占到總輸入量的 69%、55%和51%。大量長期施用,會造成土壤重金屬的積累,進而威脅農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全。長期施用豬糞明顯地增加了糙米中鎘含量,并超過國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。
2.2 抗生素與激素
河流中進行的調(diào)查結(jié)果顯示,水環(huán)境中廣泛存在藥品和個人護理用品污染物(PPCPs)。48%的樣品中檢出抗生素,在檢出的95種有機化合物中包含了22種抗生素,其中大部分為獸用或人獸共用抗生素,如大環(huán)內(nèi)酯類、四環(huán)素類及磺胺類抗生素等。目前,大約50%的抗生素應(yīng)用于養(yǎng)殖業(yè),而40%—90%的藥物又通過糞便排泄出來。
施用畜禽糞肥農(nóng)田表層土壤土霉素、四環(huán)素和金霉素的平均含量分別為未施畜禽糞肥農(nóng)田的38倍、13 倍和12倍,尤其是四環(huán)素類抗生素,對生態(tài)環(huán)境中的微生物群落造成一定影響。
畜禽糞中還含有相當(dāng)數(shù)量的天然動物雌激素,包括17α-雌二醇、17β-雌二醇、雌激素酮、雌激素三醇、雌馬酚及其代謝中間體。這些物質(zhì)在糞便堆放過程中不易降解,可隨糞肥農(nóng)用進入農(nóng)田與水體。
此外,糞肥中還含有一些被稱為環(huán)境激素(內(nèi)分泌干擾物質(zhì))的持久性有機污染物,如有機氯農(nóng)藥、多環(huán)芳烴等,對土壤和水體環(huán)境也可能帶來一些環(huán)境風(fēng)險。
2.3 病原生物
全世界約有250多種人畜共患疾病,我國有120多種。畜禽糞便中的病原生物主要包括細菌、病毒、原生動物和蠕蟲等。通過糞便可傳染人的病原微生物超過150 種,主要為大腸桿菌、沙門氏菌等腸道細菌及一些病毒等。當(dāng)畜禽糞便未經(jīng)處理或無害化不完全,其所含的病原微生物在土壤中積累可能對水環(huán)境、人類健康甚至生命造成威脅。
這些病原體可在土壤中生存較長時間,其中,沙門氏菌被認(rèn)為在土壤中的存留時間較長,報道的最長達300天以上?;紫x卵在土壤適宜條件下可存活1年,在40—60cm土壤深處的蟲卵可存活2 年或更長的時間。病原體在土壤中的生存時間長短,與土壤及環(huán)境因子如土壤質(zhì)地、pH值、鹽度、有機質(zhì)、氧化還原電位、耕作方式、溫濕度、光照、紫外線強度及土著微生物等有關(guān)。
病原生物隨糞肥進入土壤后,還可以進一步侵入植物體內(nèi),污染作物可食部分,威脅食品質(zhì)量安全。如大腸桿菌O157: H7可以經(jīng)灌溉水或土壤進入植物體內(nèi)。
2.4 抗性菌及抗性基因
隨著抗生素的廣泛使用,抗生素的耐藥問題漸漸暴露出來。沙門氏菌屬的多重耐藥率已從20世紀(jì)90 年代的20%—30%增加到了21世紀(jì)初的70%,隨著時間的推移,其耐藥率仍將大幅上升,耐藥譜也將不斷增寬。
2.5 土壤N、P積累與淋失
增施有機肥會導(dǎo)致土壤中硝態(tài)N 的積累,提高了淋洗液DOP占DTP 的比例,促進土壤P的淋失,TP、DTP、DOP的累積淋失量隨著有機肥的用量比例升高而增大,當(dāng)超過一定值后會導(dǎo)致農(nóng)田磷的環(huán)境風(fēng)險。
2.6 土壤溫室氣體排放
有機肥強烈影響農(nóng)田土壤的碳氮轉(zhuǎn)化。施用有機肥料,尤其是未經(jīng)腐熟的有機肥料如作物秸桿、新鮮綠肥、未經(jīng)腐熟的廄肥,可強烈促進農(nóng)田CH4和N2O等溫室氣體的排放。長期施用廄肥的土壤也可能是N2O的重要排放源,充足的碳源同時并存,將大大促進土壤中的反硝化過程。一些研究結(jié)果表明有機肥施用增加了土壤N2O排放,而有些研究結(jié)果顯示,與施用尿素相比有機肥施用可減少土壤N2O排放。