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微生物菌劑在畜禽糞便無害化處理中的作用(一)
中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所 何隨成
我國是世界上最大的發(fā)展中國家，人口眾多，“吃飯”“喝水”“穿衣”是頭等大事，因此必須優(yōu)先發(fā)展農(nóng)業(yè)。我國國民經(jīng)濟和社會對農(nóng)業(yè)提出的一個基本要求是：要以占世界6.8%的耕地、35%的化肥生產(chǎn)占世界20%的糧食，養(yǎng)活占世界22%的人口，而我國自然資源總量雖大，但相對量小,人均資源占有量與世界平均水平相差較大。我國又是化肥生產(chǎn)與使用大國，2018年全國化肥用量達8321萬噸，其中用量最大的氮肥達2172萬噸，化肥投入占農(nóng)業(yè)生產(chǎn)物資費用的50%左右，每年農(nóng)民購買化肥支付1400余億元。根據(jù)我國今后人口的增長和糧食生產(chǎn)的發(fā)展趨勢，參考發(fā)達國家單位面積的化肥用量水平，我國對化肥的需求仍保持一個相對穩(wěn)定的態(tài)勢。
化肥投入如此之大，但利用率卻很低，用量最大的是氮肥，但氮的利用率只在30－35%，磷肥的只有20%-30%，鉀肥則為30%-35%，與發(fā)達國家相比，低10個百分點左右。氮肥施入土壤后，通過硝化與反硝化，氨揮發(fā)，氣態(tài)氮逸失，給江河水域、地下水、大氣層造成嚴重的污染。
近幾年來國家提倡有機肥替代化肥，首先在果菜茶等作物開展有機肥替代化肥的行動，以減少化肥的過量施用，事實上有機肥經(jīng)過功能微生物菌劑發(fā)酵降解后，施入土壤中后不僅可以替代一部分化肥施用，還可以改良土壤，增肥地力，提高作物產(chǎn)品的品質(zhì)，還能提高化學(xué)肥料的利用率等效果，更重要的是減少碳排放及達到碳中和等綜合效果。
隨著我國畜牧業(yè)的集約化生產(chǎn)程度的不斷提高,畜牧業(yè)規(guī)模日益遞增.全國的家禽數(shù)量2018年比2012年增加5倍,達80多億只,豬2018年比2012年增加3.2倍,達44169.1萬頭；牛增加8倍,達13205.8萬頭。我國雞、豬、牛等年排糞量為20.62億噸。據(jù)測算，一個年飼養(yǎng)量為1萬頭的豬場排至環(huán)境中的氨為100噸，磷30噸。全國每年豬糞中氨排放量為1000萬噸左右，磷為200萬噸左右，這些排泄物如不進行無害化處理，將會嚴重污染周圍環(huán)境及水源。
隨著人們善食結(jié)構(gòu)的調(diào)整，今后畜牧業(yè)還會有一個較大的發(fā)展。畜禽數(shù)量的增加，糞便處理的問題，特別是對大城市來說就顯得十分嚴峻。遼寧省的幾個大城市，如沈陽、大連等地畜牧業(yè)的規(guī)模較大。大連某集團雞存欄量達3000萬只以上,雞蛋的供應(yīng)占大連地區(qū)雞蛋總供應(yīng)量的50%以上,每天的糞便排泄量達500余噸,加上其它養(yǎng)殖戶,僅大連地區(qū)每天的雞糞排放量高達800噸以上。沈陽地區(qū)的畜禽數(shù)量是大連地區(qū)的3倍,雞存欄量3300萬只,牛的存欄量達50萬頭,豬的存欄量達60萬頭,集約化養(yǎng)雞場12個,養(yǎng)豬場8個,奶?；?個,每天畜禽糞便排放量達2000噸以上,如此大量的畜禽糞便排放對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成巨大的威脅,如不及時妥善處理將會嚴重污染環(huán)境。另一方面,畜禽糞便又是放錯位置的肥料資源，如果處理好可化害為利、變廢為寶。
我國是一個蔬菜生產(chǎn)大國。近年來，隨著我國蔬菜種植面積的不斷擴大，產(chǎn)量不斷提高的同時，又面臨市場供應(yīng)的蔬菜品質(zhì)低，有農(nóng)藥殘留，食用不安全等問題。尤其是蔬菜中的亞硝酸鹽等物質(zhì)含量超標(biāo)問題十分普遍。上海，廣州等大城市蔬菜中硝酸鹽的含量超標(biāo)5－8倍，消費者食用韭菜等蔬菜及瓜果導(dǎo)致中毒事件時有發(fā)生。因此，要解決蔬菜生產(chǎn)中的質(zhì)量問題，只有通過推行無公害、綠色蔬菜生產(chǎn)，才能優(yōu)化、提高蔬菜品質(zhì)，保障消費者身體健康，保護生態(tài)環(huán)境。近幾年我國無公害、綠色蔬菜生產(chǎn)面積迅速增加，得到認證的綠色蔬菜產(chǎn)品逐年增多?？梢钥隙o公害、綠色蔬菜將成為今后蔬菜生產(chǎn)的方向。從2017年開始農(nóng)業(yè)部多次要求有機肥替代化肥，首先在果、菜、茶上開展有機肥替代化肥30%左右，到2019年又擴展到大田水稻等作物有機肥替代化肥行動。
目前，一些發(fā)達國家人們的飲食結(jié)構(gòu)已逐步向保健型過渡。美國和歐洲各國正在迅速調(diào)整飲食結(jié)構(gòu)，由過去以肉食為主轉(zhuǎn)化為素葷搭配，其中蔬菜對人類健康的作用是其他任何食品都不可代替的。因此，全世界蔬菜年貿(mào)易額不斷增加。我國是世界上蔬菜種類最多，種植面積最大的國家，加之我國自然條件優(yōu)越，勞動力資源豐富，蔬菜生產(chǎn)成本較低，國內(nèi)菜價僅為國外的1／5－1／8，因此有較強的競爭力。但我國蔬菜與國際市場對蔬菜的高檔化和無害化的要求尚有很大差距。為了解決這一問題，我們認為在種植環(huán)節(jié)中，農(nóng)藥應(yīng)使用低毒，低殘留的，在施肥方面應(yīng)使用經(jīng)微生物復(fù)合菌群充分發(fā)酵的有機肥再配合適量無機養(yǎng)分，或使用生物有機無機復(fù)混肥。這樣，既能使作物充分吸收利用而又無不良影響。據(jù)有關(guān)資料表明，我國每年因施用未經(jīng)腐熟的農(nóng)家肥而導(dǎo)致作物減產(chǎn)30%以上。針對這種狀況，遼寧德神微生物有限公司按照綠色食品的質(zhì)量要求研制出微生物菌劑用于生產(chǎn)生物有機肥大面積在茄果類蔬菜上推廣應(yīng)用，通過測定各項指標(biāo)結(jié)果表明，與無機肥料對比，生物有機復(fù)混肥可以提高茄果類蔬菜的品質(zhì)，產(chǎn)量不低于無機肥，而且能夠達到綠色食品標(biāo)準(zhǔn)；施用生物有機肥還可以培肥地力，改良土壤，經(jīng)濟效益較高，深受廣大農(nóng)民歡迎。
（一）、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢：
當(dāng)前，同時面臨日益嚴重的環(huán)境和資源問題，世界各國將在實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的基礎(chǔ)上采取大規(guī)模的實質(zhì)性行動，而作為第一產(chǎn)業(yè)部門的農(nóng)業(yè)和食品工業(yè)將是采取行動的重點領(lǐng)域。美國政府已認識到過度依賴現(xiàn)代化商品投入的常規(guī)農(nóng)業(yè)對資源、環(huán)境、食品衛(wèi)生、人體健康造成的潛伏性、累積性、擴散性的危害，如土壤板結(jié)、地下水污染、生物多樣性減少等。歐盟國家已開始對化學(xué)農(nóng)藥的使用進行更加嚴格的管理，如荷蘭作為一個畜牧業(yè)十分發(fā)達的國家也對獸藥使用制定了嚴格要求。瑞典政府已做出決定，從2000年開始把10％的耕地轉(zhuǎn)為生態(tài)種植，以推動本國生態(tài)農(nóng)業(yè)和生態(tài)食品的發(fā)展。澳大利亞聯(lián)邦政府提出了可持續(xù)發(fā)展的國家農(nóng)林漁業(yè)戰(zhàn)略，并推出了“潔凈食品”計劃，首要目標(biāo)是占領(lǐng)亞洲市場。日本也不甘落后，農(nóng)林水產(chǎn)省現(xiàn)已推出了“環(huán)保型農(nóng)業(yè)”發(fā)展計劃。
我國在種植環(huán)節(jié)中，農(nóng)藥、化肥是關(guān)鍵，農(nóng)藥使用低毒、低殘留的農(nóng)藥，在施肥方面則要求以經(jīng)有益微生物菌群降解腐熟的畜禽糞便為主。但我國每年因施用未經(jīng)腐熟的畜禽糞便而使作物遭受損失在30％以上，尤其在苗期燒苗現(xiàn)象尤為嚴重。因此利用快速分解菌群充分降解發(fā)酵畜禽糞便后配制成生物有機肥料，培肥土壤，改良土壤，使之達到作物直接吸收利用而對環(huán)境無不良影響是十分必要的。
農(nóng)作物的生長需要各種營養(yǎng)元素的供給，而營養(yǎng)元素的來源主要是施用各種肥料?；试谵r(nóng)作物增產(chǎn)中起著主要的作用，據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織多年統(tǒng)計資料表明，化肥對農(nóng)作物增產(chǎn)所起的作用占40％左右，可見在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，化肥起著舉足輕重的作用。但是，化肥施入土壤后，由于化肥自身的性能和土壤環(huán)境條件等因素的制約，其當(dāng)季作物的化肥利用率較低。以用量最大的氮肥為例，我國氮肥利用率只有30％～35％，比發(fā)達國家低10個百分點左右；磷肥的當(dāng)季利用率只有20％～30％；鉀肥的當(dāng)季利用率為35％～40％?；世寐实?，不僅造成了化肥的大量浪費，而且還會給生態(tài)環(huán)境帶來不良影響。70年代1 個純養(yǎng)分可增產(chǎn)糧食19.6公斤，但到90年代1個純養(yǎng)分只增產(chǎn)糧食11.4 公斤可見并不是施用量與增產(chǎn)成正比關(guān)系。實踐證明當(dāng)農(nóng)業(yè)的投入與產(chǎn)出比較低時，會直接影響農(nóng)民增加投肥的積極性。經(jīng)測算，當(dāng)增產(chǎn)的糧食價值與購買化肥的費用的比值VCR>2時， 才能調(diào)動農(nóng)民增加投肥的積極性。我國投入產(chǎn)出比VCR≈2，所以較難激發(fā)農(nóng)民增施肥料的積極性。
?。ǘ?、微生物菌劑在畜禽糞便無害化處理中的作用
畜禽糞便無害化處理的必要性：
1.畜禽糞便殘留大量重金屬，像鉛、汞、鉻、砷等，這些重金屬對人體危害較大。
2.畜禽糞便中有大量病原菌、沙門氏桿菌、大腸桿菌、及H5N1型高致病性禽流感病毒、甲型H1N1等，豬鏈球菌、牛的口蹄疫病等，對養(yǎng)殖業(yè)有很大威脅。
3.畜禽糞便中含有馬尿酸和尿囊素，這些物質(zhì)不經(jīng)分解轉(zhuǎn)化會使作物出現(xiàn)燒苗現(xiàn)象，全國每年因此造成的損失有13億元。
4.全球抗生素飼料添加劑用量占抗生素用量的45.8%。常用的抗生素有：磷霉素、四環(huán)素類、氯霉素等，這些藥物被動物吸收消化一部分，其余30% 左右殘留在畜禽糞便中。
香港等地每年從內(nèi)地進口大量的畜禽等肉類產(chǎn)品，他們執(zhí)行的是歐盟檢測標(biāo)準(zhǔn)，不準(zhǔn)含有抗生素的蛋禽等肉類進入香港。
復(fù)合微生物菌劑在畜禽糞便無害化處理中起到重要的作用：
?。?）微生物菌劑可以鈍化畜禽糞便中的重金屬，
?。?）微生物菌劑可以降解畜禽糞便中的尿酸及尿囊素避免燒苗
?。?）微生物菌劑可以產(chǎn)生高溫殺滅畜禽糞便中的病原菌。
?。?）微生物菌劑可以降解畜禽糞便中的抗生素。
?。ㄈ╉椖康闹饕獌?nèi)容及特點
1、主要內(nèi)容：
該項目主要是以畜禽糞便為主體（主要包括：雞糞、豬糞、牛糞等），經(jīng)快速分解菌充分發(fā)酵無害化降解后，再適量添加無機營養(yǎng)、腐殖酸氮肥增效劑及磷鉀螯合劑等，實現(xiàn)生物、有機、無機的科學(xué)配比，制成無公害生物長效有機肥料。根據(jù)市場的需要還可以配制各種作物所需的專用型生物有機肥料。
2、主要工藝特點:
?。?）首先向鮮畜禽糞便中添加秸稈、菌糠等輔料使物料水分降至50％以下，然后加入快速分解菌FM（1:500），充分混拌均勻后進入日光溫室式發(fā)酵車間發(fā)酵，當(dāng)物料溫度達到65℃時。開始翻料一次。當(dāng)物料溫度再次升到60℃以上，再翻倒一次，通常翻倒三次即可。當(dāng)物料松散無異味時，說明發(fā)酵過程結(jié)束，即可出料，送入熟化車間進行熟化，粉碎后配制成生物有機復(fù)混肥。
?。?）發(fā)酵分為三個階段：升溫階段、高溫階段、降溫階段。
3、發(fā)酵工藝要點：
?。?）促進畜禽糞便發(fā)酵的措施
為了促使畜禽糞便的快速發(fā)酵，添加我所自主篩選的快速分解菌群。開始發(fā)酵時，要給予這些微生物盡快繁殖的能量，促進微生物繁殖速度，縮短達到高溫階段的時間，加快發(fā)酵物料中有機物質(zhì)的充分降解。
?。?）控制發(fā)酵物料中的C/N。
發(fā)酵過程是一個利用微生物降解畜禽糞便的生物化學(xué)過程。在微生物的新陳代謝和細胞物質(zhì)的合成中，需要大量的營養(yǎng)元素。碳主要用于微生物活動的能源，氮主要用于細胞原生質(zhì)的合成，磷是磷酸和細胞核組成的重要元素。營養(yǎng)條件中最重要的是發(fā)酵物料的C/N。一般發(fā)酵物料最適宜的C/N以25～35最好。
?。?）控制物料中的水分
發(fā)酵過程中畜禽糞便的分解和微生物的生長繁殖，都離不開水。水分是發(fā)酵成功的關(guān)鍵。水分過高，透氣不好，不利于發(fā)酵。水分過低，不利于微生物活動。畜禽糞便適宜的發(fā)酵水分為40-50%左右。
?。?）控制發(fā)酵中的溫度
溫度是影響微生物活動的重要因素。發(fā)酵過程中有益微生物分解畜禽糞便中有機質(zhì)而放出熱量，使物料溫度上升。溫度升高能使發(fā)酵速度加快，但是發(fā)酵過程是一種生物化學(xué)過程，當(dāng)溫度超過極限溫度時，微生物的活動受到影響，發(fā)酵速度反而下降，高溫階段適溫是55℃～65℃。利用機械翻料是調(diào)節(jié)溫度、供氧的最佳辦法。
?。?）有益菌群富集
在發(fā)酵降解畜禽糞便過程中，一方面多種功能微生物降解發(fā)酵畜禽糞便中的有機質(zhì)；另一方面多種有益微生物在畜禽糞便中大量繁殖，將畜禽糞便降解成生物有機肥，這些有益微生物中有轉(zhuǎn)化土壤中磷、鉀物質(zhì)的硅酸鹽細菌等，還有能增加土壤拮抗能力的放線菌等，這些隨降解后的有機質(zhì)施入土壤當(dāng)中，對多種土傳病害有較好的防治效果。
4、科學(xué)配制：
利用快速分解菌把豬糞、雞糞、牛糞等畜禽糞便分解成作物可直接利用的營養(yǎng)。在適量添加無機營養(yǎng)及氮肥增效劑和磷鉀螯合劑，肥料有緩釋長效的效果。這種配合明顯提高化肥利用率，減少化肥對環(huán)境的污染；符合國家碳中和碳排放的要求，增加作物產(chǎn)量，提高作物品質(zhì)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的增產(chǎn)增收。