生物有机肥是以畜禽粪便、城市生活垃圾、农作物秸秆、农副产品和食品加工产生的有机废弃物为原料,配以多功能发酵菌种,使之快速除臭、腐熟、脱水,再添加功能性微生物,加工而成的含有一定量功能菌的有机肥料。在我国,近年来由于化肥的长期过量使用,造成了土壤有机质的减少和土壤微生物菌群多样性及其功能的降低。因此,研究开发生物有机肥成为了必然。传统生物有机肥的生产存在一些缺陷和不足,影响了生物有机肥的推广应传统生物有机肥的生产原料
我国是农业大国,生产中产生了大量畜禽粪便、秸秆等废弃物。粪便如不经处理就直接排入环境,危害生态环境及人类健康,防治畜禽粪便污染已刻不容缓。秸秆含大量有机质,对改良土壤、根茬固土有重要作用,直接焚烧秸秆,不仅污染环境,还浪费资源。
风化煤是接近地表或位于地表浅层的褐煤和烟煤等在大气中长期经受阳光、空气、雨雪、风沙等渗透和风化作用,受空气和水的影响而发生缓慢的氧化所形成的煤。风化煤经过风化后已失去燃料价值。我国风化煤的蕴藏量十分丰富,全国有半数以上省区都有可利用的风化煤资源,其中以华北、东北、西北、西南地区储量较大,新疆等地的风化煤不仅储量大而且质量好。风化煤含有大量腐植酸,腐植酸是一类无定形的网状高分子有机物质,是良好的有机肥料。由于风化煤不能用于规模燃烧,一直被当作废弃物处理,造成了资源浪费。
畜禽粪便、农作物秸秆、风化煤具有来源广泛、有机质含量高、易于转化等特点,利用它们生产生物有机肥不仅可以解决环境污染问题,还可充分利用秸秆,风化煤等废弃物,生态环保,前景广阔。
2传统生物有机肥生产工艺及存在的问题
传统生物有机肥生产采用发酵工艺,包括:堆肥发酵法、好氧通气发酵法等。2.1堆肥发酵及存在的问题,堆肥是在微生物作用下通过发酵使有机物矿质化、腐殖化和无害化而变成腐熟肥料的过程,能够生成大量可被植物吸收利用的有效态氮、磷、钾化合物,而且还能合成新的高分子有机物——腐殖质,它是构成土壤肥力的重要活性物质。堆肥是农业废弃物无害化处理和肥料化利用的重要途径。
传统的堆肥方式对有机物分解缓慢,堆肥周期长,易产生恶臭,对环境造成二次污染,产品肥效低。在堆肥用菌方面,目前普遍强调固氨、解磷、解钾等功能菌的作用而忽视了发酵过程中的生理活性物质或酶的作用,进而出现了许多发酵菌种优良而形成肥料后几乎无作用的情况。
这些缺陷造成了传统堆肥发酵耗时长,环保投入高,占用大量土地,且由于大部分堆肥是露天作业,发酵过程易受天气影响,所含氮素会释放到大气中,照成浪费。利用发酵罐等罐体容器进行发酵可避免生产过程受到外界环境影响,且条件可控性强,应大力提倡。
2.2好氧发酵及存在的问题
好氧发酵过程中,溶解性有机物为微生物吸收利用,非溶解性的大分子物质由微生物所分泌的胞外酶分解为小分子溶解性物质,再由细胞吸收利用。微生物逐渐生长繁殖,产生更多的生物体和胞外酶,继续进行一系列的生化作用。
传统的有机肥生产厂家出于降低前期建设成本的考虑,采用好氧通气发酵工艺进行生产,将发酵过程所产生的气体直接排放到大气中,造成了大气的污染,不符合环保、节能的要求,需购买专门的环保设备,增加了企业污染控制等投资,也造成有机肥养分特别是碳和氮的较大损失。
2.3发酵菌与功能菌共同发酵工艺及存在的问题
微生物功能菌作为添加剂添加到有机肥中,具有菌种纯度高、活菌数高、不易失活、繁殖快速、生命力强、安全无毒等特点,能够改良土壤,提高肥料利用率,节省肥料用量,促进作物代谢生长,提高产品品质。
传统有机肥发酵工艺将发酵菌与功能菌共同发酵,以期提高品质。但功能菌是一些
具有固氮、解磷、解钾功能或PGPR(植物根际促生菌)的微生物,它们大都难以在60℃以上的高温环境下繁殖生长,而有机肥发酵过程中要通过产生60℃以上高温,将有害生物(如蛔虫卵、大肠杆菌、杂草种子)全部杀死。若将功能菌与发酵菌混合发酵,除一些芽胞菌和耐高温菌外,大部分的功能菌不能耐受高温而死亡。
混菌发酵的方法造成了功能菌的浪费,不仅不能达到预期效果,反而会增加生产成本,降低产品的肥效。更新发酵工艺,将混合菌种发酵的方法改为发酵后底物充分冷却再添加功能菌,可以收到良好效果。2.4发酵用菌种质量存在的问题
发酵用菌种的选育是生产生物有机肥的核心技术。通过选择培养高效发酵菌株,配制菌株组合,来生产有机肥发酵剂。利用有机肥发酵剂促进有机物中养分分解,使养分速效化。有机肥发酵用菌种的研制开发为生物有机肥的工业化生产提供了重要条件。
传统菌种生产生物有机肥耗时长,发酵温度低,难以杀灭杂草种子和虫卵病菌,产生大量难闻气体,成为农业环境重要的污染源。与此同时,氮素养分以氨气的形式大量散发,降低了有机肥的农用价值,肥效缓慢。
有机肥发酵是一个微生物群落结构演替非常迅速的多个微生物群体共同作用实现的动态过程,在发酵的不同阶段,需要有不同的微生物发挥作用,而传统发酵用的微生物种类和数量有限,不能有效地降解堆肥中复杂的有机质成分。利用分子生物学的方法,筛选出菌种协同互惠,生物转化效率高的菌群,可以有效地提高生产效率,提高产品质量。
2.5风化煤等腐植酸有机物利用问题
风化煤是提取生产腐植酸类肥料的主要原料,含大量腐殖质,对土壤改良、抗旱保水和生长调节起很好作用。现阶段风化煤的利用形式还很粗放,有些地区将未经任何处理的风化煤直接当作肥料洒在农田中,或者经过简单粉碎等物理加工直接使用,大大降低了肥效。将风化煤经过粉碎加工,再经筛选活化的风化煤专用发酵菌种进行发酵,生产高活性有机肥的同时了实现风化煤资源的高效利用。
3解决传统生物有机肥生产工艺存在问题的对策
将禽畜粪便、秸秆、风化煤等原料混合,利用风化煤活化菌、有机肥发酵菌、秸秆腐熟剂及生物肥用功能菌,经先进的深层好氧发酵技术可解决传统生产中存在的问题,且产品功能菌存活率高,可有效提高肥料利用率,明显改善作物根部生物生长环境,增强抗病能力,提高作物品质。
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