2021-03-05 09:59:47
南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 沈其榮 楊新萍
肥料可分成化學(xué)合成肥料（化肥）和有機(jī)（類）肥料，這兩類肥料又分別包含了各種不同種類的肥料品種。所謂有機(jī)（類）肥料指的是一類包含有機(jī)物質(zhì)的肥料，目前商品化的有機(jī)肥料主要包括商品有機(jī)肥、商品有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥、商品生物有機(jī)肥、商品有機(jī)無機(jī)生物復(fù)混肥（商品全元生物有機(jī)肥）以及商品有機(jī)液態(tài)肥。傳統(tǒng)有機(jī)肥料指的是農(nóng)家肥、綠肥、作物秸稈等，它們不具備商品性，一般不進(jìn)入市場(chǎng)流通，而商品有機(jī)（類）肥料是利用傳統(tǒng)有機(jī)肥作為原料加工制成的各種含有機(jī)成分的一類肥料，它們具備商品性，具有農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)。
二十多年前，人們通常講的有機(jī)肥料就是農(nóng)家肥料，如人畜禽糞尿肥、秸稈肥、綠肥、人工堆肥或漚肥等，它們都是非商品化的有機(jī)肥料。但是，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，農(nóng)村已經(jīng)沒有勞動(dòng)力去施用傳統(tǒng)的農(nóng)家肥料，而且農(nóng)家肥料培肥土壤的效應(yīng)遠(yuǎn)被化肥當(dāng)季增產(chǎn)的效果所淹沒，施用農(nóng)家肥料已經(jīng)成為一件非常稀奇的事情。
然而，如果一直施用（往往是過量施用）化肥，尤其是過量施用化學(xué)氮肥，就會(huì)導(dǎo)致土壤酸化、土壤結(jié)構(gòu)破壞、土壤微生物區(qū)系破壞和生物活性低下、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降和風(fēng)味喪失等結(jié)果。于是，我國一方面繼續(xù)大力推廣施用傳統(tǒng)農(nóng)家肥料，如種養(yǎng)結(jié)合、秸稈直接還田等；另一方面，開始大力扶持商品有機(jī)（類）肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展，將農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物集中處理制成腐熟堆肥，或進(jìn)一步加工制成各種商品有機(jī)（類）肥料產(chǎn)品。
發(fā)展有機(jī)（類）肥料產(chǎn)業(yè)意義重大
施用有機(jī)肥料是提高土壤肥力的主要途徑之一。土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要自然資源，作物生產(chǎn)從根本上可以說是土壤生產(chǎn)。高肥力土壤由于其微生物活性高，具有更強(qiáng)的消除環(huán)境污染的能力，從而使突發(fā)性污染事件不至于立即或更大程度地污染農(nóng)產(chǎn)品、甚至進(jìn)入食物鏈而危害人類健康。高肥力土壤還由于其協(xié)調(diào)土壤水肥氣熱的能力強(qiáng)、養(yǎng)分供應(yīng)持續(xù)和穩(wěn)定、土壤微生物和酶活力強(qiáng)等，能使農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和風(fēng)味顯著提高，蔬菜和水果保鮮期顯著延長，這是有機(jī)培肥、生產(chǎn)“好吃食物”的理論依據(jù)所在。
只有施用有機(jī)肥料，才能使自然界養(yǎng)分循環(huán)利用得以實(shí)現(xiàn)。目前我國每年產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物資源折算成氮磷鉀養(yǎng)分約6000萬噸，其中農(nóng)田利用的不足一半，還有相當(dāng)大比例的農(nóng)業(yè)固體有機(jī)廢棄物養(yǎng)分資源散失在環(huán)境中，而我國每年用于作物生產(chǎn)的化肥折算成氮磷鉀養(yǎng)分約5400萬噸，若將上述有機(jī)養(yǎng)分資源充分利用，大概可以節(jié)省我國一半左右的化肥養(yǎng)分投入，這是一個(gè)巨大的養(yǎng)分資源。
施用有機(jī)肥料有利于環(huán)境保護(hù)。我國水體環(huán)境的富營養(yǎng)化，主要來自固體有機(jī)廢棄物向水體的排放，農(nóng)田化肥養(yǎng)分的排放只占很小比例。我國各湖泊水體環(huán)境富營養(yǎng)化程度目前還是十分嚴(yán)重，對(duì)于太湖、滇池、巢湖、洞庭湖、鄱陽湖等湖泊來說，截?cái)嘤袡C(jī)和無機(jī)養(yǎng)分向水體輸入是唯一能實(shí)現(xiàn)防控水體富營養(yǎng)化的途徑。而發(fā)展有機(jī)（類）肥料產(chǎn)業(yè)，在肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展中保護(hù)水體環(huán)境，這是一個(gè)集肥料產(chǎn)業(yè)、土壤培肥和水體環(huán)境保護(hù)、作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)等諸方面共贏的偉大事業(yè)。
發(fā)展生物有機(jī)肥是確保發(fā)展高效農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵途徑之一。生物有機(jī)肥料指的是一類包含特定功能的微生物菌種、并且生產(chǎn)工藝上有一個(gè)二次固體發(fā)酵階段的特殊有機(jī)肥料，它克服了傳統(tǒng)概念上的生物肥料（實(shí)際上是生物菌劑）的缺點(diǎn)，即菌種含量高但沒有有機(jī)載體或有機(jī)物很少，僅作為一種接種劑，正是由于沒有有機(jī)載體，這些生物肥料（生物菌劑）施入土壤后功能菌不能在土壤中有效定殖，更談不上發(fā)揮作用。而生物有機(jī)肥料施入土壤后，通過足量的有機(jī)物質(zhì)給外源功能微生物提供足夠的能源物質(zhì)，使這些外源功能微生物在土壤中易于定植和繁殖，待作物根系生長后分泌大量根系分泌物，這些已經(jīng)在土壤中定植的外源功能菌就能趨化至根表和根際，實(shí)現(xiàn)根際微生物區(qū)系的調(diào)控，發(fā)揮根際有益菌活化養(yǎng)分、刺激植物根系生長和拮抗土傳病原菌等作用。
科學(xué)施用有機(jī)肥料應(yīng)解決重金屬和抗生素及抗生素抗性基因問題
有機(jī)肥料（這里指的是腐熟堆肥）除了速效養(yǎng)分不夠、當(dāng)季作物增產(chǎn)不明顯的缺點(diǎn)外，還存在一些其他缺點(diǎn)。例如，利用畜禽糞便制造的腐熟堆肥中有害物質(zhì)的問題最受關(guān)注，為了更好地利用有機(jī)肥料，要注重源頭控制、無害化處理等，科學(xué)合理利用有機(jī)肥。
基于環(huán)境保護(hù)、資源利用及市場(chǎng)接受的角度，當(dāng)前重要的有機(jī)肥肥源是集約化養(yǎng)殖場(chǎng)的畜禽糞便、作物秸稈和農(nóng)產(chǎn)品加工下腳料，這三大組分復(fù)配后經(jīng)過高溫好氧堆肥處理，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂猩唐沸誀畹钠胀ㄓ袡C(jī)肥和其他功能型有機(jī)（類）肥料產(chǎn)品。商品有機(jī)（類）肥料產(chǎn)品中的有害物質(zhì)主要來自畜禽糞便，其種類和含量差別很大。但人們總體關(guān)注的有害物質(zhì)包括兩大類，一類是重金屬（包括類金屬，以下簡稱重金屬）；另一類是抗生素及抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes，簡稱ARGs）。
由于能夠促進(jìn)動(dòng)物生長、提高飼料效率和控制與治療疾病，微量重金屬元素（如鋅、銅、砷等）和獸用抗生素如喹諾酮類、β-內(nèi)酰胺類、大環(huán)內(nèi)酯類、磺胺類和四環(huán)素類抗生素等被長期添加于飼料中，在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用于集約化畜禽養(yǎng)殖業(yè)。但飼料中添加的重金屬元素和抗生素不能在動(dòng)物體內(nèi)完全吸收代謝，大部分以“原形”隨糞便、尿液排泄出來，畜禽糞便中銅、鋅、砷等微量元素和抗生素的含量與飼料中這些元素和物質(zhì)的含量直接關(guān)聯(lián)。動(dòng)物腸道微生物中自然含有較高豐度和多樣性的ARGs，抗生素的使用有可能促進(jìn)ARGs在動(dòng)物腸道中的豐度或多樣性。
為了達(dá)到以畜禽糞便為原料制造的商品有機(jī)肥的安全施用，除了從源頭上控制養(yǎng)殖飼料中重金屬元素和抗生素的安全添加量外，另一個(gè)有效途徑就是在畜禽糞便農(nóng)用之前，對(duì)其進(jìn)行處理，最大限度地去除或者安全轉(zhuǎn)化畜禽糞便中的重金屬和抗生素與ARGs。高溫好氧堆肥處理是畜禽糞便無害化和資源化的有效途徑，其目的是使堆肥原料中不穩(wěn)定的有機(jī)物通過高溫好氧發(fā)酵而逐步降解和轉(zhuǎn)化為性質(zhì)穩(wěn)定、對(duì)作物無害并可改良土壤的堆肥產(chǎn)品。
在堆肥過程中，重金屬不能被微生物降解，可降解有機(jī)物在微生物作用下分解和合成穩(wěn)定的腐殖質(zhì)及揮發(fā)性物質(zhì)，從而導(dǎo)致堆肥物料的總質(zhì)量下降，重金屬含量相對(duì)濃縮。普遍認(rèn)為堆肥中重金屬總量不能準(zhǔn)確地反映重金屬的潛在環(huán)境影響，而重金屬的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)與其生物有效性密切相關(guān)，重金屬的化學(xué)形態(tài)比其總量更值得關(guān)注。堆肥過程對(duì)于多種重金屬元素表現(xiàn)為鈍化作用，這是因?yàn)槎逊蔬^程是有機(jī)物料在物理化學(xué)與微生物作用下共同完成，是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)好氧發(fā)酵過程，有機(jī)物經(jīng)過快速分解和轉(zhuǎn)化，逐步形成復(fù)雜而又穩(wěn)定的腐殖質(zhì)類物質(zhì)，這些物質(zhì)能夠與重金屬元素發(fā)生螯合反應(yīng)，有效結(jié)合、鈍化這些元素，如堆肥處理后交換態(tài)銅、鋅的含量和分配率均降低，說明好氧堆肥對(duì)重金屬具有一定的鈍化作用，使重金屬生物有效性降低。
對(duì)有機(jī)肥的施用應(yīng)該考慮其中的重金屬含量、有機(jī)肥施用量和土壤年最高承載量，因?yàn)橹亟饘倬哂欣鄯e性，長期施用會(huì)在土壤中積累，而具有超出土壤容量的風(fēng)險(xiǎn)。盡管土壤自身是抗生素和ARGs的豐庫，但我們也需要重視通過有機(jī)肥施用引入土壤中的抗生素和ARGs的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。從源頭減少重金屬、抗生素和ARGs進(jìn)入養(yǎng)殖業(yè)是防范有機(jī)肥施用帶來環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的重要措施，我國目前已有相關(guān)規(guī)定如飼料添加劑安全使用規(guī)范，關(guān)于獸用抗生素的使用量和使用種類的規(guī)定〔《中華人民共和國獸藥典（2015年版）》和《獸藥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》〕等來保障有機(jī)肥原料的安全。另外，開展有機(jī)肥質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)、堆肥工藝參數(shù)優(yōu)化和標(biāo)準(zhǔn)化的研究，對(duì)于指導(dǎo)有機(jī)肥料的安全生產(chǎn)和施用也非常重要。
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