堆肥是一門既傳統又現代的學科。堆肥的目的是通過一系列科學的工藝步驟,將各種有機廢物分解成穩定無害的有機肥產品。
堆肥一般分為有氧堆肥和厭氧堆肥。有氧堆肥是指有機物質在有氧條件下的分解過程,其代謝產物主要是二氧化碳、水和熱;厭氧堆肥是無氧條件下有機物質的分解。厭氧分解的最終代謝產物是甲烷、二氧化碳和許多低分子量的中間產物,如有機酸。傳統的堆肥主要是厭氧堆肥,而現代的堆肥系統主要有氧堆肥。
好氧堆肥始于中國南宋時期,北方人口大量向南轉移,水稻種植開始出現兩種成熟,土壤肥力不足以維持高產,解決了中國土壤力量幾千年來的問題。現代堆肥技術始于20世紀20年代至30年代的歐洲,以機械化堆肥為特色。目前,有數百種術多樣,已成為城鄉有機廢物處理領域的重要方向,受到許多城市建設、衛生、農業等部門和企業的歡迎。
一般來說,堆肥也是一種有機肥。從廣義上講,有機肥的范圍很廣,包括所有應用于農田的有機物,如人畜糞便、綠肥、河泥、骨粉等,以及大型有機肥廠生產的商品有機肥。在中國農民的傳統智慧中,新鮮水分含量高的廢物必須經過熟化過程才能返回田間,熟化是堆肥的過程;現代商品有機肥標準還要求秸稈、畜禽糞便等有機廢物必須經過發酵和腐爛。
遺憾的是,經過40年的城市化和工業化發展,我國城鄉許多有機廢物不再用于堆肥,而是被送往垃圾填埋場、焚燒廠或簡單地堆放在田間。隨著雨水流入水體,全國水質嚴重惡化。農村堆肥已經遠離我們,不再是農村冬春季節獨特的風景,這對我們這樣一個有著數千年傳統文化的農業大國來說是悲傷的!
研究表明,用有機肥代替30%的化肥可以使土壤更健康,減少土壤病蟲害的發生。江西紅壤稻田長期定位試驗始于1984年。研究發現,與單一化肥處理相比,用30%和50%的有機肥代替化肥的處理可以增加水稻產量,分別增加7.7%和6.5%的產量,當有機肥代替率為30%時,穩定生產效果最好。有機肥的應用還可以減緩土壤酸化,改善土壤養分和土壤微生物量,改善土壤結構。與非施肥相比,在不同有機肥替代處理下,土壤微生物碳和微生物氮的發病率顯著提高了。此外,長期使用有機肥也可以抑制土壤傳播疾病。長期使用化肥的辣椒病發病率為81.3%,有機肥的發病率降至54.2%。
堆肥的作用和意義
堆肥有很多作用,包括廢物利用、減少污染、改良土壤、提高產量、改善品質等,最重要的有兩點:一是可以把大量的有機廢棄物轉變為有用的產品,降低環境風險;二是能創造有價值的堆肥產品,可作為土壤改良劑或有機肥產品等。
堆肥與廢物資源利用據估算,我國每年都會產生高達55 億噸的有機廢棄物,其中主要是畜禽糞便和秸稈,還有城市及食品工業等的廢棄物,如有機垃圾、生活污泥、糖渣、酒糟等。資料顯示,2017 年全國秸稈可收集量為9 億噸,秸稈綜合利用率約80%,還有20% 的秸稈未得到有效利用,一些地區秸稈焚燒現象依然嚴重。根據估算,目前我國養殖業每年產生的畜禽糞污總量約為38 億噸,按收集系數70% 來計,每年需要處理的畜禽糞污量達27 億噸。除此以外,每年還有約2 億噸的有機垃圾、5000 萬噸的市鎮污泥以及數千萬噸的食品下腳料等。
有機固體廢棄物中蘊含著豐富的養分。據估算,全國有機肥料資源中氮磷鉀養分儲量高達7000 萬噸,理論上可以完全替代化肥投入,若這些有機廢棄物利用率達到50%,則可替代約一半的化肥。
據2017 年全國第二次污染源普查公報的結果顯示,來自農業源水污染物排放量中,化學需氧量為1067.13 萬噸, 氨氮為21.62 萬噸,總氮為141.49 萬噸,總磷為21.20 萬噸,分別占總量的49.77%,22.44%,46.52% 和67.21%,是主要的污染來源。
因此,科學利用這些有機固體廢棄物,既可防止其污染環境,同時又可以加快資源的循環利用,減少資源的浪費。當然,開發各類有54 MAN AND THE BIOSPHERE Issue 129 -130機廢棄物需要有一定的方法、技術和設備,使之達到“減量化、無害化和資源化”要求,而堆肥就是處理各類有機廢棄物無害化與資源化最有效的途徑之一,是集處理和資源化利用于一體的生物方法,由于其無害化比較徹底,資源化率比較高,目前廣受關注。
堆肥與農業生產 堆肥與農業密不可分,自古以來,人們將有機廢棄物進行混合堆漚處理,并將產物再歸還于土壤,這既符合農業可持續發展的方向,也有利于促進農業和畜牧業的共同發展,提高人民生活質量。
把有機廢棄物歸還到土壤,首先可以為作物提供一定的養分促進作物生長,因為堆肥中不僅含有氮、磷、鉀、鈣、鎂等大量營養元素,也含有鐵、銅、鋅、錳、硼等微量元素,因此是一種全面的、綜合的植物養分供應源;其次可以改善土壤的理化和生物學性狀,連續施用有機肥,可逐步提高土壤有機質含量,使土壤生物活性旺盛,土壤養分供應能力提高,抑制土壤病害的發生;再者可以提高作物產量,并保證穩產高產。大量的施肥試驗表明,有機肥與化肥結合施用還能進一步提高不同農作物的產量,并提高農業的可持續生產力。
據不完全統計,我國目前有機肥使用比例僅約25% 左右,遠低于歐美等發達國家50%的使用比例。近年來,我國農業主管部門發布了一系列有機肥替代化肥行動計劃、高標準農田建設規劃等指導性意見,對有機肥的使用給予了大力支持。中國農業大學自1993 年起在河北省曲周實驗站開展有機肥的糧田長期定位實驗,經過27 年的時間,土壤有機質從1.3% 提高到3%,每畝年均提高0.063%。1995~2016年間,小麥平均產量提高了29.4%,玉米平均產量提高了25.4%。中國農業科學院在山東省禹城開展31 年的長期定位試驗發現,施用有機肥能夠顯著降低土壤容重,增加土壤有機質的含量及儲量。
目前,堆肥技術已成為發展生態農業和改善農村環境的重要技術支撐,在秸稈、尾菜綜合處理、畜禽糞便資源化利用、商品有機類肥料的開發、有機肥替代化肥等行動計劃中發揮著越來越重要的作用。
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