付龙云 梁晓辉 燕淑海 刘建民 司洪宇 王兵 王丙莲

摘要：秸秆、尾菜、畜禽粪污等是农业生产过程中产生的宝贵可再生资源，农业废弃物的肥料化利用实现农业可持续发展的重要途径，本文聚焦当前我国农业废弃物肥料化利用领域的发展现状、热点问题与研究进展，就原料来源、养分总量、利用方式、发酵工艺、市场前景、存在问题和对策等方面展开讨论，为秸秆、尾菜、畜禽粪污等农业废弃物的资源化利用和有机肥产业发展提供一定参考。

前言

作为超过14亿人口的发展中大国，农业在保障国计民生和经促进济发展方面始终承担着重要的责任，习近平总书记指出：“手中有粮，心中不慌在任何时候都是真理”。我国农作物播种面积和粮食产量长期稳定在1.6亿公顷和6.6亿吨以上，而主要畜种存/出栏量也总体呈上升势头，2019年生猪出栏量超7.4亿头，奶牛、肉牛存栏量合计超0.9亿头，畜肉产量约0.77亿吨，生鲜乳产量约0.33亿吨;同时，我国农业机械化、信息化水平持续进步，2019年农业机械化总动力水平超10.2亿万千瓦，相比2000年提高近一倍，2019年全国农业生产数字化水平为23.8%，智慧农业发展持续深入[1][2]。农业生产水平的提高，不但有力保障了我国人民“米袋子”、“肉盘子”和“菜篮子”安全，而且提高了广大农民收入，促进了城乡居民的有序流动。

农业生产过程必然伴随废弃物的产生，而集约化、规模化的生产方式更加促进了农业废弃物的集中释放。农业废弃物主要包括秸秆、尾菜等种植业生产过程产生的植物源性废弃物，及粪便、污水等畜牧业生产过程产生的动物源性废弃物，据估算，近年来，我国每年各类农作物秸秆产量达10亿吨，畜禽粪污产生量量约40亿吨左右[1][3]，农业废弃物含有丰富的糖类、蛋白质等有机物质，可生化性强，如果不加妥善处理而随意丢弃，不但浪费了宝贵的可再生资源，而且极易孳生病菌、散发恶臭，甚至污染地下水和土壤，给城乡环境整治造成巨大难题。

国家鼓励农业废弃物的无害化处理与资源化利用，近年来先后出台了多项相关方针政策，2016年原农业部、国家发展改革委六部委联合发文的《关于推进农业废弃物资源化利用试点的方案》进一步细化了相关目标任务、试点选择、保障措施等。目前，农业废弃物的资源化利用方式主要有饲料化、能源化、基质化、原料化和肥料化等方式，其中肥料化利用可将农业废弃物转化为农业生产所不可或缺的肥料，具有适应性广、产品形式多样、附加值高等突出优势，是农业废弃物的重要利用方式之一[4]。秸秆、粪污等均可作为有机肥、微生物肥等的理想原料，经适当加工后，无论是用于小麦、玉米等的大批量还田使用，还是用于蔬菜、经济作物等的精细栽培，均可产生良好生态效益和可观经济效益。农业废弃物的肥料化利用可将氮、磷等植物养分重新带回土壤，总体上不增加养分供给，更有利于实现种养结合、养分平衡，同时改善土壤有机质含量、团粒结构、微生物生态等，有效避免过量使用化肥所导致的土壤酸化、盐渍化、养分失衡等问题，更加有利于实现农业的可持续发展[5]。

近年来，以多种农业废弃物为主要原料的有机肥产业发展迅速，为广大农民提供了更多肥料选择，创造了巨大产值。然而，当前有机肥生产与使用仍存在技术水平参差不齐、部分产品以次充好、施用方法缺乏科学指导等诸多问题，亟需解决。如何促进农业废弃物的科学转化，并在提高作物产量的同时保证土壤安全，是实现肥料化利用有序健康发展的关键。

1.原料来源

根据植物性和动物性原料来源的不同，可供肥料化利用的农业废弃物主要包括种植过程中产生的的秸秆、尾菜等植物残体，生猪、牛、家禽类饲养过程中产生的粪便、尿液、污水，广义上还包括人粪尿、餐厨垃圾、枯枝落叶等有机生活废弃物。同时，在农业废弃物肥料化应用实践中，泥炭、草炭土等辅料，及芽孢杆菌、霉菌、放线菌等具有促发酵、抑制病虫害等功能的微生物也被不同程度的使用。而受产业布局、气候等因素影响，我国各地区可供肥料化利用的农业废弃物类型和数量存在较大不同，如东北地区豆类秸秆资源较为丰富，而山东、河北等蔬菜产业密集区的尾菜资源較为突出，西北地区的牛羊粪污资源要高于东南地区，而东南地区鸭粪资源多于西北地区等[6]。因此，在大力发展有机肥、提高农业废弃物转化率的前提下，应根据各地区原料的不同特点，因地制宜开发不同的肥料品种。

2.养分总量

由于秸秆、尾菜、畜禽粪污等在含水率、有机物含量、氮磷钾含量等理化指标上存在较大差异，因此实践中常将其统一折算为有机养分总量进行比较。宋大利、刘晓永等通过常用的草谷比、排泄系数与饲养周期计算等方式，分别估算了全国秸秆、畜禽粪污年度有机养分总量。而杜为妍等综合了多项研究后估算，2010-2016年我国农业废弃物有机养分总量年均为7919.5万吨，氮、磷、钾分别为3096.3万、1174.1万、3249.1万，而秸秆有机养分总量为2209.8万吨，畜禽粪污有机养分总量为4069.2万吨，绿肥养分总量为97万吨。我国可供肥料化利用的农业废弃物资源总量非常巨大，但有效利用率尚不足40%[7]。

3.利用方式

按照最终还田方式的不同，农业废弃物的肥料化利用方式可分为直接利用与间接利用。直接利用较为直接与省力，即将秸秆、禽畜粪污等直接还田，使之在土壤微生物菌群的复杂作用下缓慢腐解，逐渐矿化和释放养分。该方式对于土壤培肥、改善土壤团粒结构、作物增产等有一定益处，但自然腐解过程缓慢，腐解过程释放的热量直接作用于作物根系，易出现烧苗、黑根等不良现象，特别是秸秆等如果粉碎粒度过大、还田过多，还容易对土壤保墒造成不利影响及孳生病虫害等;间接利用则方式更为多样，主要包括通过简单堆沤、好氧堆肥、厌氧发酵、过腹转化、生产有机肥等方式加以利用。简单堆沤是我国农民常用的农业废弃物处理方式，通过将秸秆、禽畜粪污堆沤在一起利用自然发酵的方式进行腐熟;好氧堆肥则是简单堆沤的科学升级，通过控制好氧发酵的周期、温度、菌种等获得更加的产品参数;厌氧发酵则是在封闭环境中利用沼气微生物菌群的复杂生化作用，将部分有机成分转化为甲烷等，同时生成的沼液、沼渣可作为优良肥料来源;过腹转化则是将农业废弃物饲喂动物，将排出的粪便在予以还田，可以实现有机成分的更充分利用;生产有机肥则是以上方式的集大成者，通过现代化的工艺手段，并根据目标土壤类型的不同，科学设计有机肥成分含量，实现经济、社会、环境效益的有机统一[8]。

4.发酵工艺

生产高附加值的商品有机肥是农业废弃物肥料化利用的发展趋势，对生产工艺和技术装备要求相对较高，目前应用较多的有机肥发酵工艺有：条垛式堆肥、槽式堆肥、覆膜堆肥、反应器堆肥。条垛式堆肥是在硬化平地上，将农业废弃物堆成一定宽度和长度的条垛，条垛式翻抛机横跨条垛两侧，对条垛进行翻抛通气，实现好氧发酵;槽式堆肥则需建设发酵槽，槽两侧墙上设置导轨，槽式翻抛机在导轨上定时运行，实现达到通风和物料混合的目的;覆膜堆肥则是在以上两种堆肥方式的基础上，在物料表面覆盖一层选择性渗透膜，该膜允许O2等小分子透过，但可以隔绝臭气大分子、病菌、寄生虫等，并更好的保存堆肥热量，实现发酵工艺和肥料品质的升级;反应器堆肥一般采用高温好氧发酵工艺，发酵过程全程在密闭或半密闭装置中完成，发酵装置又可细分为滚筒式、筒仓式、塔式和隧道式，通过强制通风、连续搅拌，达到好氧堆肥的目的[9][10]。

四种堆肥发酵工艺各有特色，条垛式堆肥灵活多样，适合不同规模和原料的堆肥使用;槽式发酵规模大、单次处理能力可达数千吨，尤其适合大型堆肥厂;覆膜堆肥则有效降低了堆肥过程中氨气、硫化氢等臭味气体的排放，降低环境污染，同时可更好保留有机物料养分;而反应器堆肥则大大缩短了堆肥周期，将数十天的发酵时间缩短至1-14天，效率成倍提升。

5.市场前景

农业废弃物直接还田或经简单堆沤后还田，多为农户或养殖场废弃物处理过程中的自发行为，应用范围一般仅限于废弃物产生地周边，且多为自用或无偿、微偿使用，其产生的直接经济效益不高。而商品有机肥具有生产周期短、生产规模大、肥效和附加值高、有利于运输等突出优点，是符合现代工厂化生产、有利于商品化流通的高效利用方式。通过预处理、复配、多次发酵、烘干、造粒、装袋等生产步骤，每吨有机肥产品可产生300～500元净利润。商品有机肥的生产必须符合相关国家和行业标准，有机-无机复混肥料（GB/T18877-2009）、有机肥料（NY525-2012）、生物有机肥（NY884-2012）、复合微生物肥料执行标准（NY/T798—2015）等标准规范了商品有机肥生产过程和产品质量指标。相关政策法规和标准规范的完善，将更有利于优质有机肥产品走向市场[11]。

6.存在问题和对策

农业废弃物的肥料化利用可真正实现养分“从土地中来，到土地中去”，并部分替代化肥，是实现农业可持续发展的重要途径。然而，目前仍有若干题困扰我国农业废弃物肥料化领域的快速发展，主要体现在政策引导不完善、技术和装备创新不足、推广和示范力度不够、原料收储链条不完善、产品质量参差不齐等方面，特别是农业补贴政策针对性不强、先进技术和装备与国际先进水平差距较大、农技部门和农户缺乏有效沟通、粪便与秸秆等原料难以收集和运输、少数有机肥产品以次充好等，极大困扰了相关产业的健康发展。为此，行业主管部门应尽快完善针对农业废弃物肥料化利用的补贴政策，特别是国际上应用较成熟的后端补贴机制，根据实际产出提供对相关产业发展提供支持;应大力加强先进设备、微生物制剂和工艺的研发，特别是提升传统堆肥的技术水平，在保证腐熟度的同时缩短发酵时间、降低养分损失率，减少臭气、废液对环境的危害;农业科研、推广人员应加强与从业人员交流，从生产中来，到生产中去，切实解决困扰实际生产的痛点;试点建立县域、镇域范围内的农业废弃物收储网格机制，建立专业化的收储队伍，实现农业废弃物的物尽其用;最终，应切实加强对商品有机肥市场的监管力度，实行市场准入制度，严厉查处虚假广告、以次充好等坑农害农、有损整个行业正常发展的行径。只要全社会高度重视农业废弃物的无害化处理与资源化利用度，形成合力，就一定可以实现农业废弃物肥料化利用的健康发展。

小结

肥料化利用是实现农业废弃物无害化处理和资源化利用的重要途径，对于农村环境保护、化肥替代、农民增收等均具有积极意义。当前，我国农业废弃物的肥料化利用具有原料来源广泛且差异性大、养分利用率不高、利用方式和发酵工艺多种多样等突出特点，总量十分巨大但仍有较大发展空间。针对肥料化利用过程中存在的突出问题，需要相关主管部门、广大企业、农民和科研人员等加强协作，协同创新，提升农业废弃物利用率，促进有机肥行业的规范发展，并实现更大广度和深度范围内的有机肥对化肥的替代。

参考文献

[1]中华人民共和国国家统计局.中国统计年鉴[M].北京：中国统计出版社，2020.

[2]赵春江院士：坚持智慧农业与数字乡村建设统筹推进[J].农业机械，2021（06）：47.

[3]石祖梁，李想，王久臣，王飞，孙仁华，宋成军.中国秸秆资源空间分布特征及利用模式[J].中国人口·资源与环境，2018，28（S1）：202-205.

[4]董红敏.力推肥料化和能源化利用破解畜禽粪污治理难题[J].北方牧业，2017（16）：4+8.

[5]刘晓永.中国农业生产中的养分平衡与需求研究[D].中国农业科学院，2018.

[6]第一次全国污染源普查资料编纂委员会.污染源普查产排污系数手册[M].北京：中国环境科学出版社，2011.

[7]杜为研，唐杉，汪洪.我国有机肥资源及产业发展现状[J].中国土壤与肥料，2020（03）：210-219.

[8]陈智远，石东伟，王恩学，等.农业废弃物资源化利用技术的应用进展[J].中国人口·资源与环境，2010，20（12）：112-116.

[9]張金强.筒仓式好氧堆肥反应器的设计及性能研究[D].江西农业大学，2020.

[10]张向前，路战远，程玉臣，等.纳米膜有机废弃物堆沤技术的发展与应用[J].北方农业学报，2020，48（06）：56-61.

[11]田慎重，郭洪海，姚利，宫志远，董亮，边文范，罗加法，张玉凤.中国种养业废弃物肥料化利用发展分析[J].农业工程学报，2018，34（S1）：123-131.