畜禽有机肥安全利用技术(精)

第1章畜禽有机肥生产和利用现状 我国有着悠久的农耕历史，在肥料发展，特别是有机肥方面，积累了许多经验。畜禽粪便是有机肥的重要原料。经腐熟处理的畜禽粪便是一种富含腐殖质、高分子有机化合物、微生物活体等有机胶体和各种黏土矿物的无机胶体的混合体，具有巨大的表面能，是速效养分与迟效养分、有机养分与无机养分兼容的养分储备库，含有作物生长所需的多种营养元素，包括氮、磷、钾大量元素，以及硫、钙、镁、锌、钼、铜、铁等中微量元素，能满足作物各个时期的养分需求。此外，有机肥还含有氨基酸、蛋白质、糖、脂肪、胡敏酸等各种有机养分，是重要的有机营养源。因此，在作物生长过程中，有机肥具有不可替代的作用。本章分别从有机肥资源及其利用情况和畜禽有机肥的生产技术两方面展开介绍。 1.1有机肥资源及其利用情况 1.1.1有机肥的定义 有机肥，俗称农家肥。在广义上，有机肥主要是一类通过供应有机质来改善土壤理化性质，促进植物生长及土壤生态系统循环的物质总称，既包括各种动物、植物残体或代谢物，如人畜粪便、秸秆、动物残体、屠宰场废弃物等，又包括饼肥（菜籽饼、棉籽饼、豆饼、芝麻饼、蓖麻饼、茶籽饼等）、堆肥（以各类秸秆、落叶、青草、动植物残体、人畜粪便为原料，按比例相互混合或与少量泥土混合，进行好氧发酵腐熟而成的一种肥料）、沤肥（所用原料与堆肥基本相同，只是在淹水条件下进行发酵而成）、厩肥（猪、牛、马、羊、鸡、鸭等畜禽的粪尿与秸秆垫料堆沤制成的肥料）、沼肥（在密封的沼气池中，有机物腐解产生沼气后的副产物，包括沼气液和残渣）、绿肥（利用栽培或野生的绿色植物体作肥料）、泥肥（未经污染的河泥、塘泥、沟泥、港泥、湖泥）等。 在狭义上，有机肥专指采用物理、化学、生物等处理技术，将各种动物废弃物（包括动物粪便、动物加工废弃物）和植物残体（饼肥类、作物秸秆、落叶、枯枝、草炭等）经过一定的加工工艺（包括但不限于堆制、高温、厌氧等）处理，消除其中的病原菌、病虫卵害、杂草种子等有害物质后形成的一类肥料，多指商品有机肥。 有机肥按其加工原料来源可以分为以下几类：以鸡粪、牛羊马粪、兔粪等为主要原料制成的有机肥，也称畜禽有机肥；以农业废弃物如秸秆、豆粕、棉粕等为主要原料制成的有机肥；以工业废弃物如酒糟、醋糟、木薯渣、糖渣、糠醛渣等为主要原料制成的有机肥；以生活垃圾如餐厨垃圾等为原料制成的有机肥；以城市污泥如河道淤泥、下水道淤泥等为原料制成的有机肥等。 1.1.2有机肥资源的利用情况 我国素有利用有机肥的传统，先民用自己的智慧与实践经验获得了用肥养地的知识，逐步形成了用地与养地相结合的耕种传统，使我国的土壤肥力在几千年的时间里维持相对平衡和稳定。早在两三千年以前，我国的农民就开始应用有机肥，并有“锄草肥田”“茂苗”的文字记载。到了汉代，已记载的有机肥种类就有10多种，人们开始应用种肥、基肥、追肥等不同的施肥技术。在漫长的封建社会时期，前人还编写了不少有关农事的书籍，如汉代的《礼记》《氾胜之书》、西晋郭义恭的《广志》、唐代韩鄂的《四时纂要》、宋代陈敷的《陈敷农书》、元代王祯的《王祯农书》、明代徐光启的《农政全书》等。图1-1为清代画家沈庆兰绘制的《农耕图》，生动地描绘了当时人们进行农事活动的场景。随着时代的发展和农业实践的深化，前人的著作越来越详尽地论述了肥料的种类、作用、积造与施用技术等。战国时期《荀子 富国篇》讲“多粪肥田，是农夫众庶之事也”；北魏时期《齐民要术》讲述“踏粪法”；宋代《陈敷农书》说“若能时加新沃之土壤，以粪治之，则益精熟肥美，其力当常新壮矣”。这种地力常新的理论，在当时是非常难能可贵的。到了明清时期，古人更是明确地提出了播种前要垫底（基肥），播种后要接力（追肥）的概念和施肥的“三宜”原则（时宜、土宜、物宜）。清代诗人龚自珍有云：“落红不是无情物，化作春泥更护花”，都体现了我国古人在施肥、制肥中的智慧。用现代科学观点来认识，可以说在悠久的中国农业生产历史中，孕育着如何充分地利用人类生产、生活所产生的废弃物，促其重新回归大自然，加速自然界的物质循环，以达到宏观调控农业生态系统平衡，以及改善人类生态环境质量的先进思想。 传统有机肥的施用，一方面保持了土壤肥力，做到了地力长盛不衰；另一方面，形成了无废物排放的农业循环经济，维护了生态环境安全。人类在农业生产中，除获取粮食、油料、纤维、肉、蛋、奶等产品外，还伴随产生了大量的秸秆、饼粕及畜禽粪便等副产物。这些农业副产物全部被用作肥料、燃料、饲料和工业原料，形成了一种良好的循环经济模式。 中华人民共和国成立初期，我国农业施肥还主要依赖农家肥和有机肥，化肥用量（纯养分，下同）仅占总养分供应的0.27%左右。之后的30年，受工业发展水平、化肥生产工艺、传统施肥习惯等因素影响，化肥用量进人缓慢爬坡阶段，至1979年达1000万t，占总养分供应的42%左右，以碳酸氢铵、硫酸铵等单质氮肥为主。之后，随着我国氮肥工业的快速发展，化肥用量大幅增加，历时10年，我国化肥用量跃上2000万t的新台阶。1988年后，我国化肥生产工业进人快速发展阶段，农业生产也进人加速增长阶段，化肥用量增长迅速，1993年跃上3000万t台阶，化肥用量位居世界**，1998年化肥用量超过4000万t，2007年化肥用量超过5000万t，至2015年增加到6022.6万t。据国际肥料工业协会（IFA）发布的数据，2015年全球肥料需求为1.831亿t，我国化肥用量占世界总用量的33%左右。 在大力发展与应用无机肥料的过程中，也产生了各种问题。据统计，对于每亩耕地的化肥施用量，全球平均为8kg，美国为8.4kg，欧盟为8.8kg；然而，我国的施肥量分别是全球平均水平、美国、欧盟的2.6倍、2.5倍和2.4倍，超过了发达国家根据资源环境承载能力确定的施肥警戒线一15kg，而且我国还未全面建立起以科学施肥为导向的肥料生产经营格局，存在氮肥比例过大，复混肥产品养分配比与作物需求不匹配等问题。此外，我国的化肥利用率仅为30%左右，在化肥施用过程中广泛存在着肥料浪费、挥发、流失严重等问题。尽管我国从2004年开始就组织实施了测土配方施肥项目，大力推广科学施肥技术，提出并实施了“到2020年化肥使用量零增长行动”等措施，农民科学施肥的意识有了提升，肥料利用率也有所提高，但目前我国化肥利用率仍较发达国家低10个百分点左右。与此同时，我国使用有机肥的传统日益消失。据全国农业技术推广服务中心的数据，1949年、1957年、1965年、1975年有机肥在肥料总投人量中的比例分别为99.9%、91.0%、80.7%、66.4%，在此期间，我国有机肥施用仍占主要地位；20世纪80年代以后，有机肥施用量显著下降，在1980年、1985年、1990年分别为47.1%、43.7%、37.4%，2000年降至30.6%；近年全国有机肥施用量约占肥料施用总量的25%左右。化肥不合理且过度的使用*终引发土壤理化性质恶化、耕地中各营养元素含量失衡、地力水平下降、作物抵御自然灾害及病虫害能力下降等问题，使得我国粮食生产安全受到严重威胁。 改革开放以来，随着人们生活水平的不断提高，我国畜牧业得到了迅猛发展。自20世纪90年代中期起，我国开始出现动物蛋白消费增长的趋势。伴随科学技术进步，畜禽数量迅速增加，大量大规模的畜牧场逐步建立起来，畜禽养殖业已经成为我国农业和农村经济的支柱产业之一。据统计，畜牧业总产值占农业总产值的比例从1952年的11.3%提高到2012年的30.4%，并且仍保持快速发展势头。2018年，我国猪肉产量较1979年增长了4.4倍，禽肉、牛肉、羊肉产量也都获得了大幅提升，分别较1979年增长了23.5倍、27.0倍、11.5倍。与此同时，我国的禽蛋和奶业也取得了长足发展，2019年的禽蛋产量是1982年的10.1倍，并连续多年居全球首位。进人21世纪以来，我国奶业飞速发展，2019年奶类产量为1980年的22.2倍。截至2020年底，大牲畜（包括牛、马、驴、猪、羊等）年存栏量约10265万头，家禽年出栏量增加到1557008万只（国家统计局，2021）。畜禽养殖规模的迅速增加，势必会产生更多的畜禽粪便。根据猪的饲养期为199d(出栏量计为饲养量），牛、羊、马、驴骡、蛋鸡的饲养期大于365d(年底存栏量计为饲养量），肉鸡、鸭、鹅的饲养期为210d(禽类出栏量计为饲养量），兔的饲养期为90d(出栏量计为饲养量）统计数据进行估算，2020年中国畜禽粪便总量超过22亿t。规模化、集约化养殖业的迅猛发展导致畜禽粪便数量大幅增加，进而导致部分地区出现不同程度的面源污染等环境问题。这些废弃物的无害化、资源化成为社会发展、经济可持续发展和生态环境保护所面临的亟待解决的瓶颈问题。 我国人多地少，截至2020年底，我国人口已经达到14.12亿人，而主要农作物播种面积仅为16748.7万hm2，并且可耕地面积呈持续缩减趋势。因此，通过合理培肥，改善土壤肥力，提高耕地质量和生产能力，已成为保障我国粮食生产安全、解决温饱、消除贫困、满足人民日益增长的生活需求的关键途径。据统计，目前全国每年约生产1亿t商品有机肥，其中九成以畜禽粪便为主要原料。合理利用好畜禽粪便有机肥，不仅是我国养殖业可持续发展的必然要求，也是保障种植业高质量发展的重要措施。大量研究表明，增施有机肥是保持土壤生产力和减少化肥施用的一种传统而有效的方法，不但可以达到节约成本和增加养分有效性的双重作用，而且在调控健康土壤微生物区系和防治土传病害方面同样有着突出作用，可提高耕地土壤的可持续生产与生态服务功能。 1.1.3有机肥的功能与优点 畜禽有机肥，又称畜禽粪便有机肥，特指有机肥中以畜禽粪便为主要原料，经过一定的加工工艺处理形成的一类肥料，可供应有机质来改善土壤理化性质，促进植物生长及土壤生态系统循环。目前，80%左右的商品有机肥以畜禽粪便为主要原料。畜禽粪便是饲料经畜禽消化器官消化后，未被吸收利用而排出体外的物质，主要有纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质、氨基酸、有机酸、酶和各种无机盐类。畜禽粪便含有丰富的养分元素（表1-1），这使得畜禽有机肥有着区别于其他肥料的功能与优点。 1.有机肥的功能 1）改良土壤、培肥地力 畜禽有机肥施人土壤后，可显著提高土壤的有机质含量，有效改善土壤理化状况和生物特性，在熟化土壤的同时，增强土壤的保肥供肥能力和缓冲能力，为作物生长创造良好的土壤条件。 2）增加产量、提高农产品品质 畜禽有机肥含有丰富的有机物和各种营养元素，在土壤中可持续为农作物提供营养。有机肥腐解后，还可以为土壤微生物活动提供能量和养料，在增强微生物活力的同时，提高微生物群落的多样性，从而加速有机质分解、活性物质产生等，促进作物生长，提高农产品的品质。 3）提高肥料利用率 畜禽有机肥的养分种类多，但相对含量低，释放缓慢；化肥的单位养分含量高，成分少，释放快。两者合理配合施用，可发挥相互补充、相互促进的作用。同时，有机质分解产生的有机酸还能促进土壤和化肥中矿质养分的溶解，提高肥料的利用率。 2.有机肥的优点 与化肥相比，畜禽有机肥主要有以下优点：畜禽有机肥的营养元素齐全，而化肥的营养元素相对单一；畜禽有机肥能够改良土壤，提供有机质，而化肥以提供纯养分为主；畜禽有机肥中含有氨基酸、腐殖酸等活性小分子物质、益生微生物活体及其发酵产物等，能改善作物根际微生物群落，提高植物的抗病虫能力；畜禽有机肥能促进化肥的利用，提高化肥利用率。作者团队在多年的田间调研、示范基地和定位试验中发现，畜禽有机肥在提升农产品品质及土壤肥力和质量方面有诸多优势（图1-2）。