化肥企业发展生物有机肥的关键问题与技术讨论,2015,10,武汉

化肥企业发展生物有机肥的关键问题与技术讨论黄为一南京农业大学生命科学学院电话:[phone]邮箱:[e-mail]@njau.edu.cn2015.10武汉化肥零增长的现实基础李比西植物营养学说与碳素营养化肥与有机质、微生物的关系目前化肥企业的调整措施兼产生物肥、有机肥的化肥企业缺什么化肥企业向生物有机肥方向发展的技术路线自然界的碳素平衡与秸秆处理商品化主要内容耗能产业，产能过剩低利用率，影响生态企业面临挑战：低利润率，同质竞争，适者生存深化改革，技术革新，调整品种化肥零增长的现实基础化肥用量是世界平均值的3.75倍化肥企业利润低下，耗用大量财力做广告农民施用品种失衡，超量使用才放心肥料经销商以获利多少为评判肥料“好坏”的标准，鼓励超量使用在无机范畴内变换化肥的供应形式（化学冲施肥）在化学合成品和无机材料中寻求出路（化学缓释）缺少可供大型无机化肥企业现成使用的生物有机源作物品种与布局不合理造成的浪费测土施肥后肥料用量变化欠显著（浅耕，肥随水移，缺少有机质）主体商品化肥的使用现状中低产田依然占很大比例；大部分土壤有机质含量很低；土壤速效磷含量在部分地区有明显富集，但是由于土壤磷素含量起点很低，处于中低水平的仍然占很大比例；土壤钾素总体上在耗竭，但是也有部分土壤由于连续施用钾肥而出现富集；部分高度集约化种植区氮磷肥施用过量；中微量元素缺乏依然普遍，不同元素在不同地区和种植制度下丰缺各不相同；根据土壤的各种养分供应能力和产量潜力，以及肥力消耗，需制定不同的施肥技术路线；土壤肥力质量现状前提大气含有充足的CO2，光合作用固定的生物有机碳，在大自然的碳平衡中是不断积累的正值，它组成了植物结构物质和生物氧化产能所需的碳化合物只讨论生命组成物质中除碳元素之外的短板元素李比希无机化学植物营养学说与碳营养CO2C化学合成碳生物有机碳矿化煤粉微生物N、P、K中微量元素氧化光合腐殖酸植物CH氧化碳在土壤圈、生物圈、大气圈中的循环动物化石能源的大量使用打破了地球C-CO2平衡目前日常产生的CO2量与光合作用吸收CO2的关系人为造成的CO2排放是1950年来气温上升的主要原因之一2010年欧洲活树木材净增量从2005年的6.2亿m3下降为6.09亿m3自然界CO2平衡固定型转化站秸秆发电直接增加大气CO2，方圆100km内秸秆烧光，运输成本高农田有机质无法补充而沙化，灰渣处理花费高享受政府补贴，仍大量使用煤炭秸秆闷烧制燃料气同时产生生物炭、木醋液、可燃烧气生物炭返田（碳素氧化时间比有机肥长，木醋液中含植物生长调节物质）损失了生物有机碳入土后在微生物作用下形成的多糖、聚氨基酸、氨基酸、氮硷、植物促生和调节等代谢物质在保肥、保水、抗寒、提高作物品质等方面不如秸秆还田经微生物逐级氧化过程中的农艺效果好生物能源对可持续发展的影响可移动能源转化燃烧乙醇和生物柴油生产淀粉类和油脂类原料所花费的农资（N、P、K等）是耗散资源的过程纤维素类物质转化为糖的过程，经济可行性存在疑问碳水化合物是碳素部分氧化的产物，碳水化合物中单位碳素产生的能量远低于CH化合物产生的能量结果维持了高粮价，耗散了不可回收的资源，饥饿人群难以减少加速CO2排放速度措施取消国家补贴逐步转行或关闭生物能企业从资源利用与粮食生产角度分析生物能源得不偿失（少数集团有利可图）生物炭不能提高土壤有机质，只能减缓土壤碳素的释放速度损失含碳小分子活性化合物（植物碳素营养的重要组成部分，主要来自微生物的分解与合成作用）生物有机碳转化生物能源的负面影响加工为有机肥的有机源严重不足据估算仅能满足防止耕地沙化所需有机质的1/3贮碳于土壤，生成土壤活性物质，提高农产品品质，保持土壤水、肥、温，改善土壤生态结构，促进农业持续发展有机物——有机肥——有机碳素营养的关系（碳肥）光合固碳与土壤有机碳素营养数量关系—不足功能关系—必需发展有机肥增加土壤有机质是实现低碳经济的重要措施化肥：提供植物的组成元素；构建功能酶的活性中心有机质：形成碳骨架，提供能源和小分子活性物质微生物：物质转化功能，植物界与无机界协调的中介化肥与有机质、微生物三者的互补关系抗高渗、耐高温微生物筛选，提高相融性无机化肥向有机营养成分的转化小分子有机活性物质的合成大分子有机物对团粒结构形成的贡献生物抗性物质的合成竞争性抑制的生态环境调节农药、除草剂、连作障碍因子的降解有机肥、生物肥、无机肥三者的互补关系只有生物有机肥参与才能满足植物对土、肥、水、气、温的综合要求只有生物有机肥参与才能提高作物品质只有生物有机肥参与才能保证农田生态环境良性循环生物有机肥与现代农业传统化肥与作物的物质代谢、能量代谢脱节，适应不了生态平衡和可持续发展的现代农业的需要传统化肥只满足温饱，未考虑小康社会对作物品质的需求传统化肥只考虑作物构成元素的补充，未重视这些元素在自然界中的耗散传统化肥与农业可持续发展化工工艺缓释微量元素络合配制液体肥化工工艺缓释目前化肥企业的调整措施转换观念：企业目标——限产与利润措施：技术改造，品种调整，经营管理化肥有效利用率：35－40％生物有机复混利用率：70－80%化肥原料减半，田间营养不变利益分配：1）农民获得等值营养，保水保肥抗冻，减病虫草害，还得到改善品质的小分子活性物质，农产品售价提高2）土地可持续发展，社会得到环境效益3）企业降低成本，肥料售价上升化肥企业发展生物有机肥缺什么有机物定义：可燃含碳化合物种类：矿化碳（含未活化腐殖酸）化工合成碳化物（无肥料效应）生物炭（不含小分子活性碳化物）可发酵碳（生物有机肥的原料，收集处理费工）提高有机质的消极措施：1）直接使用未活化风化煤2）国标中乘1.5，提高名义有机质含量含有机碳化物的原料机械设备改造，提高自动化程度，使用机械手充分发挥微生物的转化功能，让微生物干活劳动力价格与微观劳动力化工企业向生物有机肥发展的技术线路规模化有机原料选择有机源经微生物腐熟的畜禽粪便、动植物残体，符合GB8172标准的生活垃圾，不含矿化碳、有机合成碳化物，可微生物降解的废弃物饼粕在有机肥原料中的特殊位置（植物蛋白与安全性）海藻原料的优良特性与不稳定性对肥料产业的影响农业废弃物：秸秆、禽畜粪便、食用菌基质渣等可微生物降解的工业废弃物酒精与发酵工业、林产工业、水产加工、作物加工（糠醛渣、饼粕）食品工业（补N）造纸业废渣（减Na）制革业废渣（忌Cr）中药材废渣（避免发酵抑制型）限制化学与电子工业废渣（重金属与难降解化学合成物）秸秆发电炉灰不是有机物生活污水与工业污水分流后污泥生活垃圾（含厨余）矿化碳煤粉≠腐殖酸煤中含有未活化的腐殖酸煤粉，不松土，不保水，不增加生物量增加搬运成本，增加农业成本，将矿山污染转移至农业，可以提高“表观”有机质含量煤粉上长不出庄稼，煤粉中的腐殖酸经提取、活化后具有肥料效应有机合成碳化合物难分解，无肥料效应提供组成微生物及其代谢产物的原料提供微生物生长代谢繁殖的能源提供微生物肥料商品化的载体生物源有机物在有机肥中的作用有机物使微生物在田间的肥料效应充分发挥提供植物营养，形成供肥缓冲体系形成土壤团粒结构，提高保水、保肥能力和通气性保持地温稳定提供生理活性物质，提高作物品质竞争性抑制调控，抑制病虫草害（非高温型抑制）提供微生物活化植物营养成分的能量菌种分离、鉴定、保存、复壮与安全性检验微生物增殖工艺条件（培养基、溶氧、温度、pH）菌体收集、保存与剂型（保质期）、计数菌剂有效成分与功能分析与有机肥生产相结合的工艺过程生物有机肥料的肥效考察（不同作物不同土壤盆栽与田间试验）生物有机肥研发添加发酵菌剂与自然发酵产品田间使用效果比较非病原菌组合菌群发酵过程中的演替a细菌、放线菌、真菌（病原菌关系）b高温菌、低温菌与演替规律C对纤维素、木质素、半纤维素以及小分子化合物的作用固氮（氨阻遏）解磷（磷矿粉结构与土壤磷固定化因子）解钾与保钾（荚膜多糖与有机酸）抗病（放线菌、病原真菌）纤维素分解（微生物增殖与生物能减水）木质素分解（腐殖酸前体）团粒结构（多糖与聚谷氨酸）生产菌种生物有机肥生产工艺路线腐熟菌剂化肥、钝化生物菌剂（大三元型）有机物料发酵吸附或二次发酵检验后处理包装微生物菌种培养化肥微生物肥料（菌剂型）微生物肥料（生物有机型）液体发酵工艺培养基蒸汽灭菌无菌空气代谢调节固体发酵工艺自然发酵培养基灭菌与接种发酵竞争性抑制生产工艺菌剂液体发酵吸附培养简单吸附干燥（存活率与回收率）培养基灭菌蒸汽一级种子大规模培养二级种子液体菌剂成品无菌空气的制备：油雾、固形颗粒物、空气湿度、空压机选型液体发酵流程空压机锅炉浓缩干燥液体发酵与干燥设备锅炉、空压机、空气净化系统、发酵罐、传动、搅拌、密封件、气动阀门与电磁阀门、传感器、计算机与数据处理离心机、薄膜浓缩、膜分离、沸腾床、喷雾干燥、气流干燥物流与仓贮设备好氧（粒径）碳氮比水分温度pH原料处理水分与减水方法（固液分离、生物能减水）原料供应稳定性（有机肥产业竞争的主要因素）高纤维木质素原料粉碎能耗与发酵周期的关系固体发酵工艺参数平面堆垛式翻拌机（省建池费用，保温差，易减水，粉尘飞扬，动力成本较高，场地利用率低，厂房成本相对高）物料前行式槽式翻拌装置（保温好，冬季产量稳定，水分挥发不如前者快，动力成本相对较低，物料随翻拌前行节省搬运成本，易自动化，生产环境清洁）塔式（佔地面积小，设备易腐蚀，臭气远扬难控制）加温封闭型装置（快速，能耗高，产量低，投资大）大型不接种合成覆盖膜堆肥技术（覆盖膜投资高）太阳能利用（北方地区，防紫外分解膜）鼓风、排风、减水与氨损耗的关系固体发酵设备选型含碳化合物的需氧分解生物氧化对有机质含量的影响生物氧化对腐殖酸的影响放热与发酵物料含水量的关系腐熟过程的能量消耗与生物能温室微生物呼吸与腐熟过程的能量释放升温需由多种微生物的演替生长实现发酵升温是有机原料减水的重要措施固液分离的负面效应:固态部分的营养成分下降;液态部分的处理难度加大（土地承载量限制）；增加动力成本、运输成本；有效养分流失。发酵热（温度达50℃以上发酵时，其发酵热足以支持水份含量从60%→25%挥发过程所需要的气化热）太阳能（抗紫外膜应用）固体发酵过程降水措施产品形式与活性保护形状：粉状球状圆柱形施用方式：施用环境（水、风）、感观与习惯、动力消耗与制造成本比较造粒工艺讨论与有机原料预处理化工原料喷浆与菌剂喷浆（活性保护）组成成分：发酵有机肥、有机无机复混肥、生物有机复混肥、生物有机无机复混肥作用与效益分析：劳动力消耗，流动资金占用药肥兼用型生物有机肥的开发方法研究腐熟微生物制剂与抗虫抗病微生物之间的拮抗作用。有机肥腐熟发酵与抗虫抗病微生物分开发酵再混合。有机肥腐熟发酵后添加抗性微生物二次发酵（应含供二次发酵的营养）。兼有腐熟功能的抗性微生物的一次性发酵。土壤中化学农药、除草剂、有机污染物残留降解抑制土壤中的病原菌克服连作障碍（重茬）吸附、钝化重金属与活化矿质营养的关系可发酵物递减与使用土壤类型土壤屏蔽作用与肥料药效关系药肥兼用型生物有机肥的作用成本外源化学物生态效应与逐级缓释技术效果与精准农业（提升土壤有机质，提供适生的微生态环境）有机肥的缓释作用与化学缓释的比较总N含量高时（≧15%）•初次淋洗和N素累积释放率（土柱淋洗方法）：有机无机复混肥均高于化学缓释肥总N含量较低时（≦10%）•初次淋洗N素释放率：有机无机复混肥高于化学缓释肥•N素累积释放率（土柱淋洗方法）：有机无机复混肥低于化学缓释肥盆栽试验显示•使用有机无机复混肥时，叶菜鲜重比使用化学缓释肥平均增加40%~2.26倍•硝酸盐含量下降10%左右•维生素C含量增加10%左右有机无机复混肥与化学缓释的比较尿素生产中因高温产生缩二脲复合肥