堆肥具有多種功能，包括廢物利用、減少污染、改良土壤、提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)等。最重要的有兩個(gè):一是可以將大量的有機(jī)廢棄物變成有用的產(chǎn)品，降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；第二，它可以創(chuàng)造有價(jià)值的堆肥產(chǎn)品，可用作土壤改良劑或有機(jī)肥產(chǎn)品。

堆肥資源化利用預(yù)計(jì)我國(guó)每年將產(chǎn)生高達(dá)55億噸的有機(jī)廢棄物，主要是畜禽糞便和秸稈，還有城市和食品工業(yè)廢棄物，如有機(jī)垃圾、生活污泥、糖渣、酒糟等。數(shù)據(jù)顯示，2017年，我國(guó)秸稈收集量為9億噸，秸稈綜合利用率約為80%，20%的秸稈未得到有效利用。在一些地區(qū)，秸稈焚燒現(xiàn)象仍然嚴(yán)重。據(jù)測(cè)算，目前我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)每年產(chǎn)生的畜禽糞便總量約為38億噸。按照70%的收集系數(shù)計(jì)算，每年需要處理的畜禽糞便量為27億噸。此外，每年還有約2億噸有機(jī)垃圾、5000萬(wàn)噸城市污泥和數(shù)千萬(wàn)噸食物殘?jiān)?/p>

有機(jī)廢物含有豐富的養(yǎng)分。據(jù)估計(jì)，全國(guó)有機(jī)肥資源中氮、磷、鉀養(yǎng)分儲(chǔ)量高達(dá)7000萬(wàn)噸，理論上完全可以替代化肥的投入。如果這些有機(jī)廢棄物的利用率達(dá)到50%，可以替代一半左右的化肥。

2017年第二次全國(guó)污染源普查公報(bào)結(jié)果顯示，化學(xué)需氧量、氨氮、總氮、總磷分別為1067.1萬(wàn)噸、22.44%、46.52%、67.21%，占總量的49.77%、22.52%、67.21%。

因此，科學(xué)利用這些有機(jī)固體廢棄物，不僅可以防止它們污染環(huán)境，還可以加快資源的循環(huán)利用，減少資源的浪費(fèi)。當(dāng)然，開(kāi)發(fā)54人與生物圈129-130期的各種有機(jī)廢棄物，需要一定的方法、技術(shù)和設(shè)備，使其達(dá)到“減量化、無(wú)害化、資源化”的要求。堆肥是各種有機(jī)廢棄物無(wú)害化處理和資源化利用的最有效途徑之一，是一種集處理和資源化利用于一體的生物方法。由于其徹底無(wú)害，資源利用率高，目前受到廣泛關(guān)注。

堆肥與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、堆肥與農(nóng)業(yè)密切相關(guān)。自古以來(lái)，人們就將有機(jī)廢棄物混合漚制，產(chǎn)品回歸土壤，這不僅符合農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的方向，也有利于促進(jìn)農(nóng)牧業(yè)的共同發(fā)展，提高人們的生活質(zhì)量。

將有機(jī)廢棄物還田到土壤中，首先可以為作物提供一定的養(yǎng)分，促進(jìn)其生長(zhǎng)，因?yàn)槎逊手胁粌H含有大量的氮、磷、鉀、鈣、鎂等營(yíng)養(yǎng)元素，還含有鐵、銅、鋅、錳、硼等微量元素，因此是一種全面綜合的植物養(yǎng)分供應(yīng)源；其次，可以改善土壤的理化性質(zhì)，連續(xù)施用有機(jī)肥可以逐步增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，使土壤生物活性旺盛，提高土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力，抑制土壤病害的發(fā)生。而且可以提高作物產(chǎn)量，保證穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。大量施肥試驗(yàn)表明，有機(jī)肥與化肥配施能進(jìn)一步提高不同作物的產(chǎn)量和農(nóng)業(yè)的持續(xù)生產(chǎn)力。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)有機(jī)肥的使用比例僅為25%左右，遠(yuǎn)低于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的50%。近年來(lái)，中國(guó)農(nóng)業(yè)主管部門(mén)出臺(tái)了一系列指導(dǎo)意見(jiàn)，如有機(jī)肥替代化肥行動(dòng)計(jì)劃、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)規(guī)劃等，對(duì)有機(jī)肥的使用給予了大力支持。從1993年開(kāi)始，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)在河北省曲周試驗(yàn)站進(jìn)行了有機(jī)肥在糧田的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)。27年后，土壤有機(jī)質(zhì)從1.3%增加到3%，平均每畝每年增加0.063%。從1995年到2016年，小麥平均產(chǎn)量增長(zhǎng)29.4%，玉米平均產(chǎn)量增長(zhǎng)25.4%。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院在山東禹城進(jìn)行了31年的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)施用有機(jī)肥能顯著降低土壤容重，增加土壤有機(jī)質(zhì)的含量和儲(chǔ)量。

目前，堆肥技術(shù)已成為發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)、改善農(nóng)村環(huán)境的重要技術(shù)支撐，在秸稈和尾菜綜合治理、畜禽糞便資源化利用、商品有機(jī)肥開(kāi)發(fā)、有機(jī)肥替代化肥等方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

二、堆肥的歷史使命

據(jù)史料記載，用有機(jī)固體廢棄物堆肥的歷史已有兩千多年。據(jù)古籍記載，中國(guó)在公元6世紀(jì)就出現(xiàn)了“跺糞”，即厭氧糞肥的生產(chǎn)和應(yīng)用；好氧堆肥的方法最早記載于公元1149年的南宋。這些史料記載也反映出，在中國(guó)古代，為了保持土壤肥力，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，滿足糧食需求，現(xiàn)代人在有機(jī)廢棄物的循環(huán)利用方面取得了驚人的成就，其利用的范圍和程度遠(yuǎn)超當(dāng)代。

中國(guó)不同歷史時(shí)期對(duì)有機(jī)原料的農(nóng)業(yè)利用經(jīng)歷了一個(gè)逐步認(rèn)識(shí)和發(fā)展的過(guò)程。西漢、北魏、南宋、元朝、明朝、清朝等不同階段的主要農(nóng)業(yè)著作對(duì)此都有詳細(xì)記載。由此可見(jiàn)，中國(guó)農(nóng)民在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中，尤其是南宋和清末，挖掘出了越來(lái)越多的有機(jī)肥資源。由于人口爆炸，農(nóng)村各種有機(jī)肥資源的綜合利用達(dá)到了前所未有的水平。挖掘和揭示這些傳統(tǒng)堆肥方法的作用，目的不是為了還原這些技術(shù)，而是為了警示當(dāng)代人學(xué)習(xí)物盡其用的古老思想，珍惜資源，保護(hù)環(huán)境。相信在鄉(xiāng)村振興再造循環(huán)經(jīng)濟(jì)的大背景下，現(xiàn)代技術(shù)裝備將不斷發(fā)展，取代傳統(tǒng)落后的手工做法；也相信會(huì)有更多的村莊設(shè)立適合自身特點(diǎn)的各類廢棄物回收設(shè)施，青山綠水也天然。

據(jù)美國(guó)公共事業(yè)協(xié)會(huì)(APWP)介紹，最早的堆肥技術(shù)始于1925年的印度，其方法被稱為Indore。1932年，荷蘭VAM公司建立了歐洲第一個(gè)大型堆肥廠，以改進(jìn)Indore工藝。其工藝稱為范曼寧工藝，是將廢水進(jìn)行調(diào)節(jié)，在室外堆放4~8個(gè)月(厭氧分解)，然后粉碎、分選，得到堆肥產(chǎn)品。1933年丹麥出現(xiàn)了Dano堆肥工藝，這是一種利用滾筒進(jìn)行好氧發(fā)酵的方法。其特點(diǎn)是發(fā)酵溫度高，發(fā)酵周期短，只需3-4天即可基本無(wú)害。

自20世紀(jì)70年代以來(lái)，許多堆肥工藝不斷得到改進(jìn)，并發(fā)展了一些新的工藝，如美國(guó)農(nóng)業(yè)部馬里蘭農(nóng)業(yè)研究中心于1972-1973年開(kāi)發(fā)的充氣靜態(tài)堆肥工藝，也稱為BELTSVILLE工藝。這種方法在美國(guó)已被廣泛使用，1990年，超過(guò)76臺(tái)設(shè)備投入運(yùn)行。其他堆肥工藝包括立式通風(fēng)攪拌床(EARP-THOMAS)工藝、日本的立式多層攪拌床工藝(塔式工藝)、EWESON轉(zhuǎn)鼓反應(yīng)器系統(tǒng)和Beard silo工藝等。

現(xiàn)代堆肥技術(shù)始于20世紀(jì)50年代的中國(guó)。在此期間，堆肥大多是露天堆放，用表土覆蓋保溫，自然通風(fēng)供氧。沒(méi)有專門(mén)的機(jī)械設(shè)備，堆肥的維護(hù)和管理也很少進(jìn)行。大多數(shù)堆肥產(chǎn)品是厭氧或兼氧好氧堆肥，堆肥產(chǎn)品主要用于農(nóng)田、果園或苗圃。20世紀(jì)70-80年代，各種有機(jī)廢棄物的堆肥成為研究熱點(diǎn)，大量堆肥專用機(jī)械設(shè)備被引進(jìn)和開(kāi)發(fā)，涌現(xiàn)出大量新工藝和新技術(shù)，堆肥機(jī)理也得到深入研究。該階段主要采用二次發(fā)酵工藝，堆肥方式為靜態(tài)堆肥。1987年開(kāi)始了翻堆動(dòng)態(tài)堆肥過(guò)程的研究。20世紀(jì)90年代以來(lái)，我國(guó)已經(jīng)掌握了基本的堆肥技術(shù)，主要堆肥技術(shù)趨于成熟，具備了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的條件。

三、堆肥下降加速環(huán)境污染。

在中國(guó)農(nóng)村快速城市化和非農(nóng)化的40年間，生態(tài)環(huán)境也經(jīng)歷了一個(gè)污染退化和治理困難的過(guò)程。

農(nóng)村生態(tài)環(huán)境的變化畜禽養(yǎng)殖是農(nóng)村環(huán)境污染的主要來(lái)源。目前，我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)化學(xué)需氧量、氨氮、總氮和總磷排放量分別為1000.53萬(wàn)噸、11.09萬(wàn)噸、59.63萬(wàn)噸和11.97萬(wàn)噸，占農(nóng)業(yè)源排放量的93.8%、51.3%、42.1%和56.5%，成為農(nóng)業(yè)面源污染的最主要“貢獻(xiàn)者”。近年來(lái)，國(guó)家不斷加強(qiáng)對(duì)規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖污染的監(jiān)管和控制，大中型畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)污染問(wèn)題基本得到控制。而規(guī)模以下養(yǎng)殖場(chǎng)(戶)小本經(jīng)營(yíng)，環(huán)保意識(shí)不高，糞便處理設(shè)施不完善，養(yǎng)殖與養(yǎng)殖分離，導(dǎo)致流通不暢。導(dǎo)致糞便隨意堆放或直接排入溝渠、坑塘，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重威脅，成為畜禽養(yǎng)殖污染防治的難點(diǎn)和短板。

從20世紀(jì)50年代到70年代，堆肥在中國(guó)農(nóng)村地區(qū)廣泛開(kāi)展。當(dāng)時(shí)農(nóng)村都是有機(jī)垃圾堆肥，幾乎看不到生活垃圾，所以污染很少。但近40年來(lái)，由于化肥的大量使用、農(nóng)村環(huán)保投入不足、農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移、結(jié)構(gòu)性短缺等原因，堆肥在農(nóng)村越來(lái)越稀缺，農(nóng)村堆肥一直在走下坡路。相反，各種垃圾造成的環(huán)境污染隨處可見(jiàn)。

缺少堆肥的后果堆肥這一傳統(tǒng)技術(shù)的衰落，不僅加劇了廢棄物對(duì)環(huán)境的污染，也影響了耕地質(zhì)量的提高。我國(guó)農(nóng)田特別是糧田長(zhǎng)期不施用有機(jī)肥，導(dǎo)致土壤質(zhì)量退化，基礎(chǔ)地力顯著降低。中國(guó)中低等級(jí)耕地面積占69%；旱地不施肥作物產(chǎn)量與施肥作物產(chǎn)量之比從80年代的60%下降到40%；水田從80%下降到60%，即農(nóng)田基本土壤肥力逐漸惡化；造成這種現(xiàn)象的主要原因是只種不養(yǎng)，讓土地越來(lái)越“薄”。

研究表明，用有機(jī)肥替代30%的化肥，可以使土壤更加健康，減少土壤病蟲(chóng)害的發(fā)生。江西紅壤稻田長(zhǎng)期定位試驗(yàn)始于1984年。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與單施化肥相比，有機(jī)肥替代30%和50%化肥的處理，水稻產(chǎn)量分別增加7.7%和6.5%，有機(jī)肥替代率為30%時(shí)的穩(wěn)產(chǎn)效果最好。施用有機(jī)肥還可以減緩?fù)寥浪峄?，增加土壤養(yǎng)分和土壤微生物生物量，改善土壤結(jié)構(gòu)。與不施肥相比，不同有機(jī)肥替代下土壤微生物碳和微生物氮分別增加了17.0%~71.1%和104.1%~267.0%。此外，長(zhǎng)期施用有機(jī)肥還能抑制土傳病害。長(zhǎng)期施用化肥的辣椒疫病發(fā)病率為81.3%，施用有機(jī)肥的辣椒疫病發(fā)病率降至54.2%。

四、未來(lái)堆肥趨勢(shì)

土壤是農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)。肥沃的土壤可以保證食物的產(chǎn)量和質(zhì)量，進(jìn)而滿足人類對(duì)食物和健康的需求。土壤有機(jī)質(zhì)是耕地最重要的屬性之一，被認(rèn)為是土壤質(zhì)量和功能的核心。經(jīng)過(guò)30多年的努力，我國(guó)農(nóng)田表層土壤有機(jī)質(zhì)含量整體呈上升趨勢(shì)，比第二次全國(guó)土壤普查時(shí)提高了24.49%，但與歐洲國(guó)家相比仍有待提高。目前我國(guó)土壤有機(jī)質(zhì)水平只有歐洲的30%~50%。

提高土壤有機(jī)質(zhì)的關(guān)鍵是有機(jī)廢物的循環(huán)利用。在這方面，德國(guó)和日本有很好的經(jīng)驗(yàn)。德國(guó)是世界上循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展最早(20世紀(jì)50-60年代)和水平最高的國(guó)家之一。德國(guó)的綜合農(nóng)業(yè)發(fā)展模式是歐洲國(guó)家發(fā)展農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的典型代表。目前德國(guó)城市垃圾回收利用率高達(dá)66%，焚燒率高達(dá)34%。由于垃圾處理用地緊張，衛(wèi)生填埋率處于“零狀態(tài)”。

目前我國(guó)有機(jī)垃圾產(chǎn)生量大，回收利用率低，造成生態(tài)失衡。這種不平衡主要體現(xiàn)在三個(gè)方面:土地和水之間的物質(zhì)流動(dòng)不平衡，城市和農(nóng)村之間的物質(zhì)流動(dòng)不平衡，種植和養(yǎng)殖物資流通脫節(jié)。所謂水陸物質(zhì)流動(dòng)不平衡，是指清水進(jìn)入城市，污水回到水體，污染水體產(chǎn)生的大量藍(lán)藻、淤泥無(wú)法回到陸地，造成反復(fù)循環(huán)污染；所謂城鄉(xiāng)物質(zhì)流動(dòng)不平衡，是指營(yíng)養(yǎng)元素通過(guò)食物進(jìn)入城市，最終成為餐廚垃圾，留在城市里。大部分都是簡(jiǎn)單焚燒填埋，資源利用率低，土壤無(wú)法帶著營(yíng)養(yǎng)回歸。所謂種植養(yǎng)殖物資流通脫節(jié)，就是養(yǎng)殖場(chǎng)缺乏土地吸收糞肥，種植業(yè)由于有機(jī)肥投入不足，過(guò)度依賴化肥，造成面源污染。

針對(duì)以上三種生態(tài)失衡，需要構(gòu)建多尺度的廢棄物循環(huán)利用模式，如:小農(nóng)場(chǎng)循環(huán)、地方(縣)循環(huán)、區(qū)域(省)循環(huán)；有必要建立有機(jī)廢物管理全鏈條的回收技術(shù)。具體來(lái)說(shuō)，針對(duì)種養(yǎng)脫節(jié)的物質(zhì)循環(huán)，可以通過(guò)種養(yǎng)的高效結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)重構(gòu)，這也是農(nóng)業(yè)綠色循環(huán)發(fā)展的核心內(nèi)容。例如，通過(guò)匹配耕作和種植土地消耗，增加了處理和利用有機(jī)廢物的方式。同時(shí)，當(dāng)糧食和經(jīng)濟(jì)作物有機(jī)肥替代化肥的比例達(dá)到40%~50%時(shí)，糞肥的氮素循環(huán)效率提高40%，氮肥用量減少32%，實(shí)現(xiàn)了化肥投入的減少和物質(zhì)的循環(huán)利用效率。針對(duì)城鄉(xiāng)物質(zhì)流和水陸物質(zhì)流的不平衡，可以通過(guò)構(gòu)建多尺度循環(huán)模式來(lái)實(shí)現(xiàn)重構(gòu)，前者可以就地循環(huán)(縣/城鄉(xiāng))，后者可以通過(guò)區(qū)域(省/水陸)循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這個(gè)物資回收體系的建設(shè)橫跨城市和鄉(xiāng)村，涉及很多部門(mén)和行業(yè)，也需要沿著整個(gè)廢棄物鏈進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。

看似簡(jiǎn)單、古老、無(wú)足輕重的廢物利用命題，卻關(guān)系到一個(gè)國(guó)家的土壤、環(huán)境和人民的健康。我們希望經(jīng)過(guò)幾十年的不懈努力，我們的農(nóng)村環(huán)境能夠恢復(fù)到魚(yú)多水淺、生機(jī)勃勃的美好局面，人們又可以直接從河里喝水了！

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