中國生物有機肥的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

付小猛+毛加梅+沈正松+劉紅明+龍春瑞+王躍全+岳建強

摘要：簡述了生物有機肥的研究背景和作用機理，同時從生產(chǎn)和應用兩方面闡述了生物有機肥的發(fā)展現(xiàn)狀，并對生物有機肥的發(fā)展趨勢作出了展望。

關鍵詞：生物有機肥；研究背景；作用機理；發(fā)展現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

中圖分類號：S141；S144 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）03-0401-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.03.001

Development Status and Trend of Bio-organic Fertilizer in China

FU Xiao-meng，MAO Jia-mei，SHEN Zheng-song，LIU Hong-ming，LONG Chun-rui，WANG Yue-quan，YUE Jian-qiang

（Institute of Tropical and Subtropical Economic Crops，Yunnan Academy of Agricultural Sciences，Baoshan 678000，Yunnan，China）

Abstract： This paper briefly introduces the research background and mechanism of bio-organic fertilizer， and expounds the development status of bio-organic fertilizer from two aspects of production and application， and prospects the development trend of bio-organic fertilizer.

Key words： bio-organic fertilizer； research background； mechanism； development status； development trend

生物有機肥是指特定功能微生物與主要以動植物殘體（如畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈等）為來源并經(jīng)無害化處理、腐熟的有機物料復合而成的一類兼具微生物肥料和有機肥效應的肥料[1]。生物有機肥對實現(xiàn)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會具有重要意義，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。

1 生物有機肥的研究背景

1.1 中國肥料行業(yè)現(xiàn)狀

肥料是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，農(nóng)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展離不開肥料。化肥因其速效養(yǎng)分含量豐富，增產(chǎn)效果顯著，在生產(chǎn)中被廣泛應用。目前，中國的化肥生產(chǎn)量和使用量位居世界第一。在生產(chǎn)方面，除氯化鉀外，其他主要化肥品種均已呈現(xiàn)過剩狀態(tài)。在應用方面，存在肥料使用結構不合理，過量施用和利用率低的問題，具體表現(xiàn)為農(nóng)民在生產(chǎn)過程中只注重化肥的使用，對有機肥和微生物肥料則十分輕視，且為了獲得更好的肥效，盲目加大化肥的施用量。當前世界農(nóng)作物化肥施用量為120 kg/hm2，中國農(nóng)作物化肥施用量為328.5 kg/hm2，遠高于世界平均水平。化肥過量施用、盲目施用帶來了成本的增加、環(huán)境的污染、土壤的退化等一系列問題[2]。

土壤是一個國家最重要的自然資源。沈其榮[3]認為土壤基礎地力是實現(xiàn)作物產(chǎn)量潛力的關鍵因素，就每千克化肥在不同作物上的平均增產(chǎn)效果而言，1975年為25 kg谷粒/kg化肥、15 kg油料/kg化肥、10 kg棉花/kg化肥；2008年為8～9 kg谷粒/kg化肥、6～7 kg油料/kg化肥、5～6 kg棉花/kg化肥?；蕡蟪甑募眲∠陆当砻鳎S著化肥的長期使用，土壤的基礎地力正在逐漸減弱，而土壤基礎地力的減弱已成為影響中國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和農(nóng)作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的重要限制因素。

隨著民眾對環(huán)境問題和土壤循環(huán)利用認知的逐步提高，傳統(tǒng)的化肥已不能滿足農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要，為實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品可持續(xù)發(fā)展，發(fā)展高效環(huán)保肥料勢在必行。

1.2 中國農(nóng)業(yè)廢棄物基本狀況

農(nóng)業(yè)廢棄物是指在整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中被丟棄的有機類物質(zhì)，主要包括農(nóng)作物秸稈和畜禽糞便等。中國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)廢棄物數(shù)量巨大。這些廢棄物既是寶貴的資源，又是嚴重的污染源，若不經(jīng)妥善處理進入環(huán)境，將會造成環(huán)境污染和生態(tài)惡化。

中國是秸稈資源最為豐富的國家之一，根據(jù)專家的估計，每年可產(chǎn)生9億多t的秸稈。然而，秸稈的資源化利用率并不高，每年約有20%的秸稈腐爛或焚燒，不僅造成了資源的浪費，而且給環(huán)境造成了極大的危害。

隨著中國畜禽養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，畜禽糞便的產(chǎn)生量也在迅速增加。研究表明，中國畜禽糞便產(chǎn)生量1980年超過了14億t，2011年達21.21億t，預計到2020年和2030年將分別達到28.75億t和37.43億t[4]。然而，現(xiàn)階段絕大部分畜禽糞便得不到充分利用。調(diào)查表明，目前中國大型畜禽養(yǎng)殖場的畜禽糞便無害化處理技術和能力不足，再加之主觀上也不想因處理糞便和廢液增加更多的生產(chǎn)成本，致使養(yǎng)殖場所產(chǎn)生的畜禽糞便和廢水多為直接排放，給環(huán)境帶來了極大的負面影響，威脅著人類的安全與健康。

因此，積極探索農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的方式，使其化害為利、變廢為寶，對中國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1.3 生物有機肥是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇

基于目前化肥使用和農(nóng)業(yè)廢棄物現(xiàn)狀，積極尋求高效環(huán)保的化肥替代品，積極探索農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的方式，已成為國內(nèi)外農(nóng)業(yè)研究的熱點。在此背景下，生物有機肥以其獨特的優(yōu)勢為農(nóng)業(yè)廢棄物和作物生長搭建起一座橋梁，開辟出一條以“農(nóng)業(yè)廢棄物-生物有機肥-作物”為循環(huán)模式的可持續(xù)發(fā)展道路。

首先，施用生物有機肥是提高土壤基礎地力、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的重要途徑。生物有機肥研制和生產(chǎn)的初衷是集有機肥料和生物肥料優(yōu)點于一體，既有助于提高作物產(chǎn)量，又能培肥土壤、調(diào)控土壤微生態(tài)平衡、減少無機肥料用量，從根本上改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，符合中國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和綠色農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的方向[5]。

其次，生產(chǎn)生物有機肥是農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的重要手段。農(nóng)業(yè)廢棄物中含有豐富的作物生長必需的營養(yǎng)元素和有機養(yǎng)分，將其資源化利用制成生物有機肥，通過微生物的作用使有機物礦質(zhì)化、腐殖化和無害化，以供作物吸收利用，不僅可以緩解農(nóng)業(yè)廢棄物對環(huán)境的壓力，也可以變廢為寶，獲得一定的經(jīng)濟效益。

綜上所述，生物有機肥作為一種高效無污染環(huán)保型產(chǎn)品，是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。

2 生物有機肥的優(yōu)勢與作用機理

2.1 生物有機肥的優(yōu)勢

生物有機肥是在堆肥的基礎上，向腐熟物料中添加功能性微生物菌劑進行二次發(fā)酵而制成的含有大量功能性微生物的有機肥料。它與其他肥料相比具有培肥土壤、改善產(chǎn)品品質(zhì)等優(yōu)勢。與化肥相比，生物有機肥的營養(yǎng)元素更為齊全，長期使用可有效改良土壤，調(diào)控土壤及根際微生態(tài)平衡，提高作物抗病蟲能力，提高產(chǎn)品質(zhì)量；與農(nóng)家肥相比，生物有機肥的根本優(yōu)勢在于：生物有機肥中的功能菌對提高土壤肥力、促進作物生長具有特定功效，而農(nóng)家肥屬自然發(fā)酵生成，不具備優(yōu)勢功能菌的特效；與生物菌肥相比，生物有機肥包含功能菌和有機質(zhì)，有機質(zhì)除了能改良土壤，其本身就是功能菌生活的環(huán)境，施入土壤后功能菌容易定殖并發(fā)揮作用；而生物菌肥只含有功能菌，且其中的功能菌可能不適合有的土壤環(huán)境，無法存活或發(fā)揮作用。另一方面，生物有機肥比生物菌肥價格更為便宜[6]。

2.2 生物有機肥的作用機理

2.2.1 發(fā)酵菌和功能菌的作用 作物施用生物有機肥后，其中的發(fā)酵菌和功能菌大量繁殖，對改良土壤、促進作物生長、減輕作物病害具有顯著效果。主要原因在于：①肥料中的有益微生物會在土壤中大量定殖形成優(yōu)勢種群，抑制其他有害微生物的生長繁殖，甚至對部分病原微生物產(chǎn)生拮抗作用，以減少其侵染作物根際的機會。②功能菌發(fā)揮功效增進土壤肥力，比如施用含固氮微生物的肥料，可以增加土壤中的氮素來源；施用含解磷、解鉀微生物的肥料，其中的微生物可以將土壤中難溶的磷、鉀分解出來，以便作物吸收利用。③肥料中的許多微生物菌種在生長繁殖過程中會產(chǎn)生對作物有益的代謝產(chǎn)物，能夠刺激作物生長，增強作物的抗病抗逆能力。

2.2.2 生理活性物質(zhì)的作用 生物有機肥富含多種生理活性物質(zhì)，比如維生素、氨基酸、核酸、吲哚乙酸、赤霉素等生理活性物質(zhì)，具有刺激作物根系生長、提高作物光合作用的能力，使作物根系發(fā)達，生長健壯；比如各種有機酸和酶類，可以分解轉(zhuǎn)化各種復雜的有機物和快速活化土壤養(yǎng)分，使有效養(yǎng)分增加[7]，供作物吸收利用；比如其中的抗生素類物質(zhì)，能提高作物的抗病能力。

2.2.3 有機無機養(yǎng)分的作用 生物有機肥中既含有氨基酸、蛋白質(zhì)、糖、脂肪等有機成分，還含有N、P、K以及對作物生長有益的中量元素（Ca、Mg、S等）和微量元素（Fe、Mn、Cu、Zn、Mo等）。這些養(yǎng)分不僅可以供作物直接吸收利用，還能有效改善土壤的保肥性、保水性、緩沖性和通氣狀況等，為作物提供良好的生長環(huán)境[7]。

3 生物有機肥的發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 生物有機肥的生產(chǎn)現(xiàn)狀

3.1.1 生產(chǎn)企業(yè) 南京農(nóng)業(yè)大學沈其榮教授在2014年底的一次訪談節(jié)目中提到，目前中國生物肥或生物有機肥企業(yè)300多家，登記產(chǎn)品2 058個，平均每個企業(yè)年生產(chǎn)量較小。其中大部分企業(yè)沒有菌種生產(chǎn)條件，而且各廠家的生產(chǎn)條件、技術水平及生產(chǎn)工藝不盡相同，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。

3.1.2 生產(chǎn)用菌種 生物有機肥質(zhì)量的優(yōu)劣主要取決于其中所含益生菌的作用強度和活菌數(shù)量，目前生物有機肥的生產(chǎn)中通常使用活性強且耐高溫、高滲、干旱等抗逆性較強的菌種，且在生產(chǎn)過程中要考慮各種菌劑之間的相互作用，不可隨意混合[7]。根據(jù)微生物在生產(chǎn)中的作用可分為發(fā)酵菌和功能菌。發(fā)酵菌多由復合菌系組成，具有促進物料分解、腐熟、除臭的功能，常用菌種有酵母菌、光合細菌、乳酸菌、放線菌、青霉、木霉、根霉等；功能菌是指能在產(chǎn)品中發(fā)揮特定的肥料效應的微生物，以固氮菌、溶磷菌、硅酸鹽細菌等為主，在物料腐熟后加入[5]。

3.1.3 生產(chǎn)工藝 生物有機肥的生產(chǎn)主要包括發(fā)酵菌促進物料腐熟過程、添加功能菌二次發(fā)酵過程和成品加工過程。通過發(fā)酵使物料完全腐熟是整個生產(chǎn)的關鍵環(huán)節(jié)，在發(fā)酵腐熟階段，多數(shù)企業(yè)采用槽式堆置發(fā)酵法。水分、C/N比、溫度、pH、通風情況等過程參數(shù)直接影響物料腐熟的程度和發(fā)酵周期。待物料完全腐熟后，添加固氮菌、溶磷菌、解鉀菌等復合功能菌群進行二次發(fā)酵，通過控制發(fā)酵條件提高產(chǎn)品中的有益活菌數(shù)，從而達到增強生物有機肥肥效的目的[8]。發(fā)酵結束后，為了提高產(chǎn)品的商品性和保證產(chǎn)品中有益微生物的存活率，成品加工多以圓盤造粒后低溫烘干工藝為佳[9]。

3.2 生物有機肥的應用現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，國內(nèi)種植戶施用生物有機肥的積極性不高，生物有機肥使用率相對較低，主要在蔬菜、水果、中草藥、煙草等附加值較高的經(jīng)濟作物上應用。但隨著人們消費水平和安全意識的提高，對綠色有機農(nóng)產(chǎn)品的需求日益增強，生物有機肥將會成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必然選擇。

目前，生物有機肥在一些生態(tài)示范區(qū)、綠色和有機農(nóng)產(chǎn)品基地應用取得了較好的效果，這對生物有機肥今后的推廣應用起到良好的示范作用。

3.2.1 生物有機肥對作物產(chǎn)量的影響 與施用等價的化肥相比，施用生物有機肥可使西瓜、番茄、大白菜、菜心分別增產(chǎn)25.5%、35.9%、41.6%、50.6%，達到極顯著水平，對辣椒、花菜、棉花、水稻等也有顯著的增產(chǎn)效果（表1）[10-12]。據(jù)夏飚[13]報道，與施用等價的磷酸二銨相比，施用阿姆斯生物有機肥可使花生增產(chǎn)33%。

3.2.2 生物有機肥對作物品質(zhì)的影響 與單施化肥相比，生物有機肥的施用可顯著增加大白菜和西瓜的直徑、單株（果）質(zhì)量；還可改善番茄、辣椒的品質(zhì)，使番茄和辣椒中維生素C及還原糖的含量增加[10-11]。通過研究不同施肥方式對生菜品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)施用阿姆斯生物有機肥可使生菜維生素C含量增加，總酸降低，糖酸比顯著增加，同時可顯著降低易誘發(fā)癌癥的硝酸鹽含量（表2），在改善生菜口感、提高產(chǎn)品安全性方面具有重要作用[14]。

3.2.3 生物有機肥對土傳病害的防治效果 國內(nèi)外大量研究表明，施用生物有機肥可以有效防治土傳病害。利用對枯萎病有拮抗作用的多黏類芽孢桿菌制成的生物有機肥，其田間防治效果達到73%[15]。由枯草芽孢桿菌Ⅱ-36和Ⅰ-23分別制成的茄子專用生物肥BIO-36和BIO-23，經(jīng)盆栽試驗驗證，這兩種肥料均能有效抑制茄子青枯病，防病率分別為96%和91%[16]。目前，生物有機肥在防治蔬菜、水果、煙草等作物土傳病害方面效果十分顯著，是防治土傳病害的一條重要且有效的生態(tài)調(diào)控防病途徑。

4 生物有機肥的發(fā)展趨勢

4.1 發(fā)展對策

目前世界各國對農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展問題高度關注，不斷加大對生物有機肥的開發(fā)、生產(chǎn)及應用力度。中國生物有機肥產(chǎn)業(yè)雖然有了一定的發(fā)展，但由于多方面的原因，仍存在一些不足和亟待改進完善的地方。未來，中國生物有機肥的發(fā)展還需從以下3個方面進行努力。

4.1.1 提高產(chǎn)品質(zhì)量 提高生物有機肥產(chǎn)品質(zhì)量，主要從菌種選育、工藝優(yōu)化和開發(fā)新產(chǎn)品3個方面入手。

在菌種選育方面，應加大對促進根系生長、轉(zhuǎn)化土壤養(yǎng)分、防控土傳病害、消減與鈍化根際有毒有害物質(zhì)等特定功能的農(nóng)業(yè)微生物菌種資源的挖掘與利用。另外，為保證產(chǎn)品在加工、運輸、儲存等過程仍保持較高的生物活性，應加強對抗逆性強的芽孢桿菌屬的應用。

在工藝優(yōu)化方面，研發(fā)與建立不同固體有機廢棄物堆肥資源化利用技術與工藝，根據(jù)不同來源的廢棄物，建立配套工藝與技術，以滿足變化多端的有機廢棄物資源化利用產(chǎn)業(yè)需求。同時，優(yōu)化工藝參數(shù)，進而提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)成本。

在開發(fā)新產(chǎn)品方面，結合生產(chǎn)實際，加大創(chuàng)新力度。沈其榮教授在2014山東微生物肥料發(fā)展高峰論壇上提到，未來應加強對新型肥料產(chǎn)品——全元生物有機肥的研發(fā)生產(chǎn)力度。全元生物有機肥指的是集有機肥、化肥（包括速效化肥、控緩釋化肥、穩(wěn)定性化肥）、生物肥為一體的新型生物有機肥料。簡單說，就是含有無機養(yǎng)分、功能菌和有機質(zhì)3種養(yǎng)分的肥料。它既可以給當季作物提供足夠的養(yǎng)分，還能為土壤中增加有益菌和有機質(zhì)，改良土壤中的微生物區(qū)系，使得原來有病害的土壤、養(yǎng)分轉(zhuǎn)換慢的土壤，逐漸變成健康的土壤、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化快的土壤[17]。未來應加強對新型全元生物有機肥的復配技術與工藝的研發(fā)，生產(chǎn)出適合不同土壤、不同作物和不同氣候條件的新型全元生物有機肥料產(chǎn)品。

4.1.2 規(guī)范產(chǎn)品管理 目前市場上生物有機肥產(chǎn)品品種繁多，包裝豐富多樣，質(zhì)量良莠不齊，針對這些問題，相關行業(yè)管理部門應加強對產(chǎn)品的檢測和監(jiān)管，對于市場上的假冒偽劣行為，必須嚴厲打擊，嚴懲不貸。

4.1.3 加大推廣力度 政府、企業(yè)和相關農(nóng)業(yè)技術部門應合力加強對生物有機肥的宣傳、推廣，可通過示范、講解、現(xiàn)場指導等方式，向農(nóng)民展示生物有機肥的應用效果，讓農(nóng)民從根本上了解生物有機肥的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益，提高農(nóng)民使用生物有機肥的積極性。

4.2 展望

生物有機肥的開發(fā)應用不僅能為綠色農(nóng)業(yè)、有機農(nóng)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造條件，還能將有機廢棄物“變廢為寶”實現(xiàn)資源化利用，具有較高的經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會效益，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有力保障。未來生物有機肥必將成為肥料行業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)資消費的熱點，具有廣闊的發(fā)展前景。

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