如何科学、安全施用有机肥料

2021-03-05 09:26 农民日报 南京农业大学资源与环境学院 沈其荣 杨新萍 浏览量:

肥料可分成化学合成肥料(化肥)和有机(类)肥料,这两类肥料又分别包含了各种不同种类的肥料品种。所谓有机(类)肥料指的是一类包含有机物质的肥料,目前商品化的有机肥料主要包括商品有机肥、商品有机无机复混肥、商品生物有机肥、商品有机无机生物复混肥(商品全元生物有机肥)以及商品有机液态肥。传统有机肥料指的是农家肥、绿肥、作物秸秆等,它们不具备商品性,一般不进入市场流通,而商品有机(类)肥料是利用传统有机肥作为原料加工制成的各种含有机成分的一类肥料,它们具备商品性,具有农业行业标准或国家标准。

二十多年前,人们通常讲的有机肥料就是农家肥料,如人畜禽粪尿肥、秸秆肥、绿肥、人工堆肥或沤肥等,它们都是非商品化的有机肥料。但是,随着社会经济的快速发展,农村已经没有劳动力去施用传统的农家肥料,而且农家肥料培肥土壤的效应远被化肥当季增产的效果所淹没,施用农家肥料已经成为一件非常稀奇的事情。

然而,如果一直施用(往往是过量施用)化肥,尤其是过量施用化学氮肥,就会导致土壤酸化、土壤结构破坏、土壤微生物区系破坏和生物活性低下、农产品品质下降和风味丧失等结果。于是,我国一方面继续大力推广施用传统农家肥料,如种养结合、秸秆直接还田等;另一方面,开始大力扶持商品有机(类)肥料产业发展,将农业有机废弃物集中处理制成腐熟堆肥,或进一步加工制成各种商品有机(类)肥料产品。

发展有机(类)肥料产业意义重大

施用有机肥料是提高土壤肥力的主要途径之一。土壤是农业生产的主要自然资源,作物生产从根本上可以说是土壤生产。高肥力土壤由于其微生物活性高,具有更强的消除环境污染的能力,从而使突发性污染事件不至于立即或更大程度地污染农产品、甚至进入食物链而危害人类健康。高肥力土壤还由于其协调土壤水肥气热的能力强、养分供应持续和稳定、土壤微生物和酶活力强等,能使农产品品质和风味显著提高,蔬菜和水果保鲜期显著延长,这是有机培肥、生产“好吃食物”的理论依据所在。

只有施用有机肥料,才能使自然界养分循环利用得以实现。目前我国每年产生的农业有机废弃物资源折算成氮磷钾养分约6000万吨,其中农田利用的不足一半,还有相当大比例的农业固体有机废弃物养分资源散失在环境中,而我国每年用于作物生产的化肥折算成氮磷钾养分约5400万吨,若将上述有机养分资源充分利用,大概可以节省我国一半左右的化肥养分投入,这是一个巨大的养分资源。

施用有机肥料有利于环境保护。我国水体环境的富营养化,主要来自固体有机废弃物向水体的排放,农田化肥养分的排放只占很小比例。我国各湖泊水体环境富营养化程度目前还是十分严重,对于太湖、滇池、巢湖、洞庭湖、鄱阳湖等湖泊来说,截断有机和无机养分向水体输入是唯一能实现防控水体富营养化的途径。而发展有机(类)肥料产业,在肥料产业发展中保护水体环境,这是一个集肥料产业、土壤培肥和水体环境保护、作物优质高产等诸方面共赢的伟大事业。

发展生物有机肥是确保发展高效农业的关键途径之一。生物有机肥料指的是一类包含特定功能的微生物菌种、并且生产工艺上有一个二次固体发酵阶段的特殊有机肥料,它克服了传统概念上的生物肥料(实际上是生物菌剂)的缺点,即菌种含量高但没有有机载体或有机物很少,仅作为一种接种剂,正是由于没有有机载体,这些生物肥料(生物菌剂)施入土壤后功能菌不能在土壤中有效定殖,更谈不上发挥作用。而生物有机肥料施入土壤后,通过足量的有机物质给外源功能微生物提供足够的能源物质,使这些外源功能微生物在土壤中易于定植和繁殖,待作物根系生长后分泌大量根系分泌物,这些已经在土壤中定植的外源功能菌就能趋化至根表和根际,实现根际微生物区系的调控,发挥根际有益菌活化养分、刺激植物根系生长和拮抗土传病原菌等作用。

科学施用有机肥料应解决重金属和抗生素及抗生素抗性基因问题

有机肥料(这里指的是腐熟堆肥)除了速效养分不够、当季作物增产不明显的缺点外,还存在一些其他缺点。例如,利用畜禽粪便制造的腐熟堆肥中有害物质的问题最受关注,为了更好地利用有机肥料,要注重源头控制、无害化处理等,科学合理利用有机肥。

基于环境保护、资源利用及市场接受的角度,当前重要的有机肥肥源是集约化养殖场的畜禽粪便、作物秸秆和农产品加工下脚料,这三大组分复配后经过高温好氧堆肥处理,转变为具有商品性状的普通有机肥和其他功能型有机(类)肥料产品。商品有机(类)肥料产品中的有害物质主要来自畜禽粪便,其种类和含量差别很大。但人们总体关注的有害物质包括两大类,一类是重金属(包括类金属,以下简称重金属);另一类是抗生素及抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,简称ARGs)。

由于能够促进动物生长、提高饲料效率和控制与治疗疾病,微量重金属元素(如锌、铜、砷等)和兽用抗生素如喹诺酮类、β-内酰胺类、大环内酯类、磺胺类和四环素类抗生素等被长期添加于饲料中,在全球范围内广泛应用于集约化畜禽养殖业。但饲料中添加的重金属元素和抗生素不能在动物体内完全吸收代谢,大部分以“原形”随粪便、尿液排泄出来,畜禽粪便中铜、锌、砷等微量元素和抗生素的含量与饲料中这些元素和物质的含量直接关联。动物肠道微生物中自然含有较高丰度和多样性的ARGs,抗生素的使用有可能促进ARGs在动物肠道中的丰度或多样性。

为了达到以畜禽粪便为原料制造的商品有机肥的安全施用,除了从源头上控制养殖饲料中重金属元素和抗生素的安全添加量外,另一个有效途径就是在畜禽粪便农用之前,对其进行处理,最大限度地去除或者安全转化畜禽粪便中的重金属和抗生素与ARGs。高温好氧堆肥处理是畜禽粪便无害化和资源化的有效途径,其目的是使堆肥原料中不稳定的有机物通过高温好氧发酵而逐步降解和转化为性质稳定、对作物无害并可改良土壤的堆肥产品。

在堆肥过程中,重金属不能被微生物降解,可降解有机物在微生物作用下分解和合成稳定的腐殖质及挥发性物质,从而导致堆肥物料的总质量下降,重金属含量相对浓缩。普遍认为堆肥中重金属总量不能准确地反映重金属的潜在环境影响,而重金属的生态环境效应与其生物有效性密切相关,重金属的化学形态比其总量更值得关注。堆肥过程对于多种重金属元素表现为钝化作用,这是因为堆肥过程是有机物料在物理化学与微生物作用下共同完成,是一个复杂的动态好氧发酵过程,有机物经过快速分解和转化,逐步形成复杂而又稳定的腐殖质类物质,这些物质能够与重金属元素发生螯合反应,有效结合、钝化这些元素,如堆肥处理后交换态铜、锌的含量和分配率均降低,说明好氧堆肥对重金属具有一定的钝化作用,使重金属生物有效性降低。

对有机肥的施用应该考虑其中的重金属含量、有机肥施用量和土壤年最高承载量,因为重金属具有累积性,长期施用会在土壤中积累,而具有超出土壤容量的风险。尽管土壤自身是抗生素和ARGs的丰库,但我们也需要重视通过有机肥施用引入土壤中的抗生素和ARGs的环境风险。从源头减少重金属、抗生素和ARGs进入养殖业是防范有机肥施用带来环境风险的重要措施,我国目前已有相关规定如饲料添加剂安全使用规范,关于兽用抗生素的使用量和使用种类的规定〔《中华人民共和国兽药典(2015年版)》和《兽药质量标准(2017年版)》〕等来保障有机肥原料的安全。另外,开展有机肥质量控制标准、堆肥工艺参数优化和标准化的研究,对于指导有机肥料的安全生产和施用也非常重要。

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