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我国有机肥资源及产业发展现状(上)

2021-04-07 12:58四川省有机肥料产业发展促进会官网编辑:巴蜀肥人人气:


作者:杜为研,唐杉,汪洪
中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,国家化肥质量监督检验中心(北京);
安徽省农业科学院土壤肥料研究所
注:版权归作者所有

   从 1949 年到 2016 年,我国人口由 5.4 亿增长至 13.8 亿;粮食产量也由 1.1 亿 t 增长到 6.16 亿 t,人均粮食产量从 209kg/年上升到 446kg/年。在耕地面积有限的情况下,要保障粮食有效供给,必须大幅度提高作物单产。全国化肥试验网 5000 多个肥效试验结果表明:与未施肥的对照相比,化肥的合理施用在水稻、小麦和玉米上平均增产 48%。大量的肥料,特别是化肥的投入提高了作物单产,形成了我国独特的农田高强度利用生产系统。化肥施用强度不断增长,也引起包括土壤酸化、盐渍化、土壤养分失衡等在内的土壤质量退化以及土壤硝酸盐积累、地下水和地表水农业面源污染等问题。
有机肥料是指主要来源于植物和(或)动物,经过发酵腐熟的含碳有机物料,其功能是改善土壤肥力、提供植物营养、提高作物品质。有机肥原料来源包括农业废弃物:秸秆、豆粕、棉粕、果蔬残余等;畜禽粪污:鸡粪、牛羊马粪、兔粪、鸟粪等;沼液和残渣;海洋养殖业废弃物;泥炭;绿肥;工业废弃物:酒糟、醋糟、木薯渣、糖渣、糠醛渣、味精废液等;生活垃圾:餐厨垃圾等。我国是农业生产大国,也是人口大国,为满足约 14 亿人口粮食安全保障和肉蛋奶类蛋白质摄入,每年约生产 6.16 亿 t 粮食和出栏 1.18 亿头畜禽,产生大量的作物秸秆和畜禽粪污等农业废弃物资源,但这些有机肥资源利用率不足 40% ,不仅会造成浪费,还会带来农业面源污染问题。我国农业处在转变发展方式、优化产业结构、转换增长动力的攻关期,主要矛盾已由总量不足转变为结构性矛盾。推进农业供给侧结构性改革,在确保国家粮食安全的基础上,以推进农业绿色发展为主攻方向,促进农业农村发展由过度依赖资源消耗向绿色生态可持续方向转变。减少农业废弃物对环境造成的污染压力,是我国生态文明建设和农业绿色发展的重要内容,在科学减少化肥用量的同时,合理利用农业有机资源对提升耕地土壤肥力、农产品增质和减轻环境污染有着重要的意义。本文总结有机肥相关文献和他人研究结果,综述了我国有机肥资源量、利用现状和问题,并对产业发展提出了一些建议。
1 有机肥资源与有机养分量
1.1 有机肥资源与养分情况
   有机肥料资源与养分总量合理估算是有机肥资源能够高效利用的基础。不同研究者采取的估算方法、估算参系数与取样样本不尽相同,但养分资源总估算量相差不大。有机肥料资源复杂多样,为避免交叉重复统计,全国农技推广服务中心将我国有机肥料资源划分为基础资源、派生资源和可利用资源。其中派生资源和可利用资源主要来源于基础资源,所以多数文献也只归纳了基础资源的情况。故本文也只归纳分析秸秆资源、畜禽粪污资源与绿肥资源,且不再进行单独核算,将最近5年发表在核心期刊的相关文献数据进行汇总分析。
1.1.1 秸秆资源与养分总量
   作物秸秆富含氮、磷、钾大量元素、多种中微量元素以及有机质。秸秆还田,在土壤微生物作用下进行腐解,向土壤释放养分和有机质,能够起到土壤培肥改良、促进作物增产提质等作用,减少焚烧造成的资源浪费和环境问题。大多数相关文献使用较为通用的草谷比研究方式来估算秸秆总量与养分含量,计算公式如下

   W j ——第 j 种农作物秸秆资源数量;Y j ——第 j种农作物的产量;R j ——第 j 种作物的草谷比;W N(N)——秸秆氮素的养分资源量;N j ——第 j 种农作物秸秆的氮素养分含量;W P(P 2 O 5)——秸秆磷素的养分资源量;P j ——第 j 种农作物秸秆的磷素养分含量;2.29——单质磷折算为 P 2 O 5 的系数;W K(K 2 O)——秸秆钾素的养分资源量;K j ——第 j 种农作物秸秆的钾素养分含量;1.2——单质钾折算为 K 2 O 的系数。刘晓永等报道秸秆有机养分总量平均值为 2485.6 万 t;Li 等估算 2013 年有机养分总量为7970.0万 t,其中秸秆约占总量31%,为3985.0 万 t;宋大利等估算我国主要农作物2015年的秸秆养分资源量为 1983.0 万 t;牛新胜等参考历史文献,利用线性回归得到秸秆养分估算值为 1900.0 万 t。本文将上述数据进行平均,秸秆有机养分总量约为 2209.8 万 t(表 1)。
1.1.2 畜禽粪污与养分总量
   我国每年约有 1.18 亿头畜禽出栏量,规模化养殖业发展迅速,但也产生大量畜禽粪污废弃物,全国畜禽粪污年产生量约几十亿吨。畜禽养殖废弃物若不加以资源化利用与有效处置,不仅影响村容村貌和农户日常生活,而且容易造成水体和耕地等环境污染问题。2010 年公布的第一次全国污染源普查数据表明,畜禽粪便中化学需氧量、总氮、总磷污染物产生量分别为 1268万、106万和16万t。肥料化处理是畜禽粪污的较为合理的处理出路之一 ,农业农村部也指出农用有机肥是畜禽粪污的主要利用方向。考虑到畜禽粪污的物理性质、总量较大,其运输转移存在一定的局限性,目前,较为经济可行的技术模式多是堆肥处理,鼓励就地种植业生产消纳使用。利用微生物发酵腐熟,复杂有机物被降解为易被作物吸收的简单化合物,部分成为稳定的腐殖质。经过多年的技术发展,可以实现规模化和商品化生产有机肥。在畜禽粪污资源与养分估算时,通常估算基期为一年,需要特别注意饲养周期。如马、驴饲养周期大于一年,在估算时只需计算 365d即可;如猪、牛、羊、家禽等饲养周期不足一年,即按照饲养周期计算。估算方式如下 :养分量 =(出栏量 +年末存栏量)× 日排泄系数 × 饲养周期 × 养分含量。刘晓永等取 2010 ~ 2015 年平均值,认为 2010s 畜禽粪污有机养分总量为 4089.4 万 t;Li等估算 2013 年有机养分总量为 7970.0 万 t,其中畜禽粪污约占总量 50%,为 3985.0万t;马常宝等和宋大利等估算得出我国 2015 年的畜禽粪污资源量分别为 3832.9 万和 4311.4 万 t,取二者平均为 4072.2 万 t;牛新胜等参考历史文献,线性回归得到畜禽粪污养分总量,剔除人粪尿养分后估算值为 4130.4 万 t。平均以上数据畜禽粪污有机养分总量约为 4069.2万 t。

1.1.3 绿肥与养分总量
   化肥工业发展之前,绿肥和农家肥是基础肥源。绿肥作为一种作物,引入农田对生态环境系统会产生良好的作用。种植绿肥可提供大量有机质、培肥土壤、保持水分、防止水土流失和控制污染。绿肥被认为是最清洁的有机肥源,不存在重金属、抗生素和激素等因素威胁。在农业农村部果园有机肥替代化肥行动中,“自然生草 + 绿肥”是推荐推广模式之一。全国绿肥养分情况报道文献较少,绿肥占养分总量比例较低。Li 等认为绿肥养分约仅占其估算值的 1.5%;牛新胜等根据线性回归模型分析认为绿肥目前能够提供总养分量有 97万 t。
1.1.4 有机肥与养分总量
   将相同年份的秸秆养分、畜禽粪污养分、人粪尿养分和绿肥养分数据进行整合;通过 Li 等与牛新胜等的文献中关于人粪尿养分数据,将 2010s和 2015 年所缺失的人粪尿养分数据进行补充。过去5 年,农业结构并未进行重大调整,粮食产量和畜禽出栏量处于平稳,故本文认为目前我国有机肥资源养分总量约为 7519.5 万 t,其中 N、P 2 O 5 、K 2 O 养分量分别为 3096.3万、1174.1万和3249.1 万 t。

1.2 有机肥料资源与养分空间分布
   受地形地貌、气候、水等自然条件,农业生产水平,产业布局和区域经济发展状况等社会条件的多重因素的影响,有机肥资源种类和总量在不同地区分布不一。
除粮食类作物秸秆为主要养分来源外,各地区分别有不同的相对特色资源养分来源,如,东北地区为豆类秸秆;长江中下游和西南地区,油料类秸秆是特色有机肥养分来源,华北和东南地区则主要以果蔬秸秆为主。
畜禽粪污资源量与养分含量最主要来源于猪和牛粪尿,但不同地区的风俗习惯和饮食结构造成的养殖结构也有所不同,如西北地区以牛羊粪尿为主,长江中下游及以南地区为猪和家禽粪尿。

(来源:未知)

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