中国科学院沈阳应用生态研究所 何随成

　　我国是世界上最大的发展中国家，人口众多，“吃饭”“喝水”“穿衣”是头等大事，因此必须优先发展农业。我国国民经济和社会对农业提出的一个基本要求是：要以占世界6.8%的耕地、35%的化肥生产占世界20%的粮食，养活占世界22%的人口，而我国自然资源总量虽大，但相对量小,人均资源占有量与世界平均水平相差较大。我国又是化肥生产与使用大国，2018年全国化肥用量达8321万吨，其中用量最大的氮肥达2172万吨，化肥投入占农业生产物资费用的50%左右，每年农民购买化肥支付1400余亿元。根据我国今后人口的增长和粮食生产的发展趋势，参考发达国家单位面积的化肥用量水平，我国对化肥的需求仍保持一个相对稳定的态势。
　　化肥投入如此之大，但利用率却很低，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%，钾肥则为30%-35%，与发达国家相比，低10个百分点左右。氮肥施入土壤后，通过硝化与反硝化，氨挥发，气态氮逸失，给江河水域、地下水、大气层造成严重的污染。
　　近几年来国家提倡有机肥替代化肥，首先在果菜茶等作物开展有机肥替代化肥的行动，以减少化肥的过量施用，事实上有机肥经过功能微生物菌剂发酵降解后，施入土壤中后不仅可以替代一部分化肥施用，还可以改良土壤，增肥地力，提高作物产品的品质，还能提高化学肥料的利用率等效果，更重要的是减少碳排放及达到碳中和等综合效果。
　　随着我国畜牧业的集约化生产程度的不断提高,畜牧业规模日益递增.全国的家禽数量2018年比2012年增加5倍,达80多亿只,猪2018年比2012年增加3.2倍,达44169.1万头；牛增加8倍,达13205.8万头。我国鸡、猪、牛等年排粪量为20.62亿吨。据测算，一个年饲养量为1万头的猪场排至环境中的氨为100吨，磷30吨。全国每年猪粪中氨排放量为1000万吨左右，磷为200万吨左右，这些排泄物如不进行无害化处理，将会严重污染周围环境及水源。
　　随着人们善食结构的调整，今后畜牧业还会有一个较大的发展。畜禽数量的增加，粪便处理的问题，特别是对大城市来说就显得十分严峻。辽宁省的几个大城市，如沈阳、大连等地畜牧业的规模较大。大连某集团鸡存栏量达3000万只以上,鸡蛋的供应占大连地区鸡蛋总供应量的50%以上,每天的粪便排泄量达500余吨,加上其它养殖户,仅大连地区每天的鸡粪排放量高达800吨以上。沈阳地区的畜禽数量是大连地区的3倍,鸡存栏量3300万只,牛的存栏量达50万头,猪的存栏量达60万头,集约化养鸡场12个,养猪场8个,奶牛基地8个,每天畜禽粪便排放量达2000吨以上,如此大量的畜禽粪便排放对当地的生态环境造成巨大的威胁,如不及时妥善处理将会严重污染环境。另一方面,畜禽粪便又是放错位置的肥料资源，如果处理好可化害为利、变废为宝。
　　我国是一个蔬菜生产大国。近年来，随着我国蔬菜种植面积的不断扩大，产量不断提高的同时，又面临市场供应的蔬菜品质低，有农药残留，食用不安全等问题。尤其是蔬菜中的亚硝酸盐等物质含量超标问题十分普遍。上海，广州等大城市蔬菜中硝酸盐的含量超标5－8倍，消费者食用韭菜等蔬菜及瓜果导致中毒事件时有发生。因此，要解决蔬菜生产中的质量问题，只有通过推行无公害、绿色蔬菜生产，才能优化、提高蔬菜品质，保障消费者身体健康，保护生态环境。近几年我国无公害、绿色蔬菜生产面积迅速增加，得到认证的绿色蔬菜产品逐年增多。可以肯定无公害、绿色蔬菜将成为今后蔬菜生产的方向。从2017年开始农业部多次要求有机肥替代化肥，首先在果、菜、茶上开展有机肥替代化肥30%左右，到2019年又扩展到大田水稻等作物有机肥替代化肥行动。
　　目前，一些发达国家人们的饮食结构已逐步向保健型过渡。美国和欧洲各国正在迅速调整饮食结构，由过去以肉食为主转化为素荤搭配，其中蔬菜对人类健康的作用是其他任何食品都不可代替的。因此，全世界蔬菜年贸易额不断增加。我国是世界上蔬菜种类最多，种植面积最大的国家，加之我国自然条件优越，劳动力资源丰富，蔬菜生产成本较低，国内菜价仅为国外的1／5－1／8，因此有较强的竞争力。但我国蔬菜与国际市场对蔬菜的高档化和无害化的要求尚有很大差距。为了解决这一问题，我们认为在种植环节中，农药应使用低毒，低残留的，在施肥方面应使用经微生物复合菌群充分发酵的有机肥再配合适量无机养分，或使用生物有机无机复混肥。这样，既能使作物充分吸收利用而又无不良影响。据有关资料表明，我国每年因施用未经腐熟的农家肥而导致作物减产30%以上。针对这种状况，辽宁德神微生物有限公司按照绿色食品的质量要求研制出微生物菌剂用于生产生物有机肥大面积在茄果类蔬菜上推广应用，通过测定各项指标结果表明，与无机肥料对比，生物有机复混肥可以提高茄果类蔬菜的品质，产量不低于无机肥，而且能够达到绿色食品标准；施用生物有机肥还可以培肥地力，改良土壤，经济效益较高，深受广大农民欢迎。
　　（一）、国内外发展现状及发展趋势：
　　当前，同时面临日益严重的环境和资源问题，世界各国将在实施可持续发展战略的基础上采取大规模的实质性行动，而作为第一产业部门的农业和食品工业将是采取行动的重点领域。美国政府已认识到过度依赖现代化商品投入的常规农业对资源、环境、食品卫生、人体健康造成的潜伏性、累积性、扩散性的危害，如土壤板结、地下水污染、生物多样性减少等。欧盟国家已开始对化学农药的使用进行更加严格的管理，如荷兰作为一个畜牧业十分发达的国家也对兽药使用制定了严格要求。瑞典政府已做出决定，从2000年开始把10％的耕地转为生态种植，以推动本国生态农业和生态食品的发展。澳大利亚联邦政府提出了可持续发展的国家农林渔业战略，并推出了“洁净食品”计划，首要目标是占领亚洲市场。日本也不甘落后，农林水产省现已推出了“环保型农业”发展计划。
　　我国在种植环节中，农药、化肥是关键，农药使用低毒、低残留的农药，在施肥方面则要求以经有益微生物菌群降解腐熟的畜禽粪便为主。但我国每年因施用未经腐熟的畜禽粪便而使作物遭受损失在30％以上，尤其在苗期烧苗现象尤为严重。因此利用快速分解菌群充分降解发酵畜禽粪便后配制成生物有机肥料，培肥土壤，改良土壤，使之达到作物直接吸收利用而对环境无不良影响是十分必要的。
　　农作物的生长需要各种营养元素的供给，而营养元素的来源主要是施用各种肥料。化肥在农作物增产中起着主要的作用，据联合国粮农组织多年统计资料表明，化肥对农作物增产所起的作用占40％左右，可见在农业生产中，化肥起着举足轻重的作用。但是，化肥施入土壤后，由于化肥自身的性能和土壤环境条件等因素的制约，其当季作物的化肥利用率较低。以用量最大的氮肥为例，我国氮肥利用率只有30％～35％，比发达国家低10个百分点左右；磷肥的当季利用率只有20％～30％；钾肥的当季利用率为35％～40％。化肥利用率低，不仅造成了化肥的大量浪费，而且还会给生态环境带来不良影响。70年代1 个纯养分可增产粮食19.6公斤，但到90年代1个纯养分只增产粮食11.4 公斤可见并不是施用量与增产成正比关系。实践证明当农业的投入与产出比较低时，会直接影响农民增加投肥的积极性。经测算，当增产的粮食价值与购买化肥的费用的比值VCR>2时， 才能调动农民增加投肥的积极性。我国投入产出比VCR≈2，所以较难激发农民增施肥料的积极性。
　　（二）、微生物菌剂在畜禽粪便无害化处理中的作用
　　畜禽粪便无害化处理的必要性：
　　1.畜禽粪便残留大量重金属，像铅、汞、铬、砷等，这些重金属对人体危害较大。
　　2.畜禽粪便中有大量病原菌、沙门氏杆菌、大肠杆菌、及H5N1型高致病性禽流感病毒、甲型H1N1等，猪链球菌、牛的口蹄疫病等，对养殖业有很大威胁。
　　3.畜禽粪便中含有马尿酸和尿囊素，这些物质不经分解转化会使作物出现烧苗现象，全国每年因此造成的损失有13亿元。
　　4.全球抗生素饲料添加剂用量占抗生素用量的45.8%。常用的抗生素有：磷霉素、四环素类、氯霉素等，这些药物被动物吸收消化一部分，其余30% 左右残留在畜禽粪便中。
　　香港等地每年从内地进口大量的畜禽等肉类产品，他们执行的是欧盟检测标准，不准含有抗生素的蛋禽等肉类进入香港。
　　复合微生物菌剂在畜禽粪便无害化处理中起到重要的作用：
　　（1）微生物菌剂可以钝化畜禽粪便中的重金属，
　　（2）微生物菌剂可以降解畜禽粪便中的尿酸及尿囊素避免烧苗
　　（3）微生物菌剂可以产生高温杀灭畜禽粪便中的病原菌。
　　（4）微生物菌剂可以降解畜禽粪便中的抗生素。
　　（三）项目的主要内容及特点
　　1、主要内容：
　　该项目主要是以畜禽粪便为主体（主要包括：鸡粪、猪粪、牛粪等），经快速分解菌充分发酵无害化降解后，再适量添加无机营养、腐殖酸氮肥增效剂及磷钾螯合剂等，实现生物、有机、无机的科学配比，制成无公害生物长效有机肥料。根据市场的需要还可以配制各种作物所需的专用型生物有机肥料。
　　2、主要工艺特点:
　　（1）首先向鲜畜禽粪便中添加秸秆、菌糠等辅料使物料水分降至50％以下，然后加入快速分解菌FM（1:500），充分混拌均匀后进入日光温室式发酵车间发酵，当物料温度达到65℃时。开始翻料一次。当物料温度再次升到60℃以上，再翻倒一次，通常翻倒三次即可。当物料松散无异味时，说明发酵过程结束，即可出料，送入熟化车间进行熟化，粉碎后配制成生物有机复混肥。
　　（2）发酵分为三个阶段：升温阶段、高温阶段、降温阶段。
　　3、发酵工艺要点：
　　（1）促进畜禽粪便发酵的措施
　　为了促使畜禽粪便的快速发酵，添加我所自主筛选的快速分解菌群。开始发酵时，要给予这些微生物尽快繁殖的能量，促进微生物繁殖速度，缩短达到高温阶段的时间，加快发酵物料中有机物质的充分降解。
　　（2）控制发酵物料中的C/N。
　　发酵过程是一个利用微生物降解畜禽粪便的生物化学过程。在微生物的新陈代谢和细胞物质的合成中，需要大量的营养元素。碳主要用于微生物活动的能源，氮主要用于细胞原生质的合成，磷是磷酸和细胞核组成的重要元素。营养条件中最重要的是发酵物料的C/N。一般发酵物料最适宜的C/N以25～35最好。
　　（3）控制物料中的水分
　　发酵过程中畜禽粪便的分解和微生物的生长繁殖，都离不开水。水分是发酵成功的关键。水分过高，透气不好，不利于发酵。水分过低，不利于微生物活动。畜禽粪便适宜的发酵水分为40-50%左右。
　　（4）控制发酵中的温度
　　温度是影响微生物活动的重要因素。发酵过程中有益微生物分解畜禽粪便中有机质而放出热量，使物料温度上升。温度升高能使发酵速度加快，但是发酵过程是一种生物化学过程，当温度超过极限温度时，微生物的活动受到影响，发酵速度反而下降，高温阶段适温是55℃～65℃。利用机械翻料是调节温度、供氧的最佳办法。
　　（5）有益菌群富集
　　在发酵降解畜禽粪便过程中，一方面多种功能微生物降解发酵畜禽粪便中的有机质；另一方面多种有益微生物在畜禽粪便中大量繁殖，将畜禽粪便降解成生物有机肥，这些有益微生物中有转化土壤中磷、钾物质的硅酸盐细菌等，还有能增加土壤拮抗能力的放线菌等，这些随降解后的有机质施入土壤当中，对多种土传病害有较好的防治效果。
　　4、科学配制：
　　利用快速分解菌把猪粪、鸡粪、牛粪等畜禽粪便分解成作物可直接利用的营养。在适量添加无机营养及氮肥增效剂和磷钾螯合剂，肥料有缓释长效的效果。这种配合明显提高化肥利用率，减少化肥对环境的污染；符合国家碳中和碳排放的要求，增加作物产量，提高作物品质，实现农业的增产增收。