试析滇中地区利用农业废弃物生产固态有机肥的方式

黄 姝，杨现其，蔡 腾

（1.红河州生态环境局生态环境工程管理中心，云南红河 661100；2.云南省农业工程研究设计院，云南昆明 650299；3.红河学院生物科学与农学学院，云南红河 661199）

农业废弃物是农业生产过程中的动植物废弃物、农产品加工过程中产生的残余废弃物和部分农村生活垃圾的总称，主要包括各类动植物残体和人畜禽粪便资源，是农业生产加工及农村生活中无法避免的一类废弃物。目前，我国针对各类农业废弃物的处理方式主要有粉碎直排、填埋、焚烧、堆肥、饲料化和发酵等[1]。近年来，随着循环经济生态环保理念的广泛传播和农业产业化发展水平的不断提高，利用农业废弃物生产各类有机肥的方式在农村地区逐渐兴起，其主要产出物为固态有机肥、液态有机肥、沼液、沼渣和生物天然气[2]。农业废弃物的回收资源化处理和有效循环利用，不仅能提升农业生产效率，而且能改善农业农村环境，是整个农业生态系统中不可缺少的一个环节。现阶段，农业废弃物的收集、运输、储存、加工和二次利用不仅受到各方面管理政策和制度的直接影响，也对区域可持续发展起着至关重要的作用，尤其值得关注。

利用农业废弃物生产固态有机肥是当前农业废弃物资源化利用的主要方式之一，其生产制备过程通常受到资源特点、地方气候和温湿度环境条件的影响，不同生产工艺和环境条件对有机肥生产效率和产品质量也有一定程度的影响[3-6]。如何提高固态有机肥的生产效率、降低生产成本、提高资源回收的循环利用效率，以及保护农村生产生活环境是当前各级管理部门面临的主要问题[7-10]。

滇中地区地处哀牢山—红河大断裂带东北部，是云南省人口分布和工农业生产活动最为密集的地区。近年来，以鲜花、蔬菜、水果和畜禽产业为代表的高原特色农业在滇中地区日渐兴起，在产业发展的同时产生大量具有较高含水率和有机质的农业废弃物。受滇中高原地区亚热带季风气候和干湿分明的环境影响，以及农业废弃物的产生季节性周期特点，滇中地区农业废弃物的有效和经济处理方式通常会表现出一定的地方性特征。

本文简要介绍当前滇中地区利用高原特色农业废弃物，生产常见固态有机肥工艺的内容、步骤、特点及对周边环境的影响，并比较研究不同生产工艺方式的固态有机肥产出效益和质量效果，为滇中地区产业发展和农村生态环境保护提供建议和参考。

1 固态有机肥生产技术方案

固态有机肥生产过程可分为前处理、一次发酵、二次发酵和后处理4个环节。1）前处理。对包括作物秸秆、植物残体在内的农业废弃物进行到厂破碎，再将其与大型生物天然气产生的沼渣等一起输送到混合搅拌装置，加入生物菌种（发酵菌），并按原料成分和比例调节水分和碳氮比，充分混合后进入下一道工序。2）一次发酵。将混合好的原料通过输送带送入一次发酵仓，堆成高1.4～2.0 m 的发酵堆，自然堆放和通风，控制发酵温度在50～65 ℃，一次发酵周期通常为5 d左右。3）二次发酵。一次发酵5 d 后得到的半成品送至二次发酵仓，同样采取自然堆放和自然通风，使尚未分解的有机物进一步分解成腐殖质、氨基酸等较稳定的有机质，制成成熟的堆肥成品，此过程一般耗时4～5 d。4）后处理。对发酵好的成品进行筛分，筛下物分装入库待售，筛上物返回配料工序进行二次回用。

2 固态有机肥发酵工艺

固态有机肥生产工艺的核心是发酵，常用的有机肥发酵方式主要有厌氧发酵和好氧发酵2种。1）厌氧发酵是在不通气的条件下，对有机废弃物进行生物发酵，将其中的可降解有机物（糖类、脂肪、蛋白质）转化为有机酸，进而转化为甲烷、二氧化碳等产物的过程，是畜禽养殖废弃物无害化的有效方法。厌氧发酵方式简便、省工，但耗时较长，在不急需用肥情况下可以采用。2）好氧发酵是以畜禽粪便为主，辅以有机废物调节碳氮比、水分及微量元素。该方法是在有氧的条件下，通过好氧微生物的作用使有机废弃物稳定化，进而促使其中的养分转变为有利于作物吸收生长的有机物的方法。

两种不同发酵方式所需时间、对环境的影响及杀菌效果等均有不同。如表1 所示，相对于厌氧发酵而言，好氧发酵工艺所需发酵时间较短，对环境更友好，杀菌效果及有机肥质量也更高，但综合成本也更高。实际工作中应根据废弃物来源、资源需求和成本收益状况等综合考虑选择合适的发酵方式。

表1 好氧和厌氧发酵特点对比

3 堆肥方式和效益比较

按照堆肥方式的不同，好氧发酵又可分为条垛式、通气静态垛式和反应器堆肥3类，3种不同堆肥方式的工艺特点和效益比较列于表2[11-14]。

表2 三种堆肥发酵方式特点和效益比较

1）条垛式堆肥发酵是将原料混合物堆成长条形的堆或条垛，在有氧条件下进行分解，是一种常见的好氧发酵工艺。垛的断面可以是梯形、不规则四边形或三角形。条垛堆肥翻堆的设备由条垛的大小、形状及位置决定。通气主要由自然通风或被动通风完成，通气速率由条垛的孔隙度决定，如果条垛过大，在其中心附近会有厌氧区，当翻动条垛时有臭气释放。

2）通气静态垛式堆肥是将原料混合物堆放在用小木块、碎稻草或其他透气性能良好的物质做成的基垫上，同时将基垫包裹通气管，通气管道与向堆体供气或抽气的鼓风机相连。根据原料的透气性、天气条件及所用设备能达到的距离建造堆体。建造相对高的堆体有利于冬季保存热量，另外可能需要在堆体的表面铺一层腐熟有机肥，使堆体保湿、绝热、防止热量损失、防蝇并过滤氨气和其他可能在堆体内产生的臭气。

3）反应器堆肥又称发酵仓式系统，是将原料由容器内向外、由下向上堆放，器壁可以是简单的木质墙（有顶或无顶），也可以是一个谷仓或贮藏建筑物。与无支撑堆体相比，建筑物或发酵仓允许堆放更高的原料，能更好地利用地面空间，堆高可以达到容器的高度，其堆高和堆体尺寸依容器大小而定，发酵周期比静态堆肥短，一般为20 d，而且发酵仓能消除天气影响和臭气问题，也能提供良好的温度控制。

4 结语

我国各地气候环境差异较大，农业废弃物的类型、数量和资源分布状况等也不尽相同[15]。随着农业农村环境保护和资源循环利用要求越来越高，以及固态有机肥生产技术进一步发展的需要，不同固态有机肥发酵工艺的研究越来越受到技术和产业研发人员的重视，新材料、新技术层出不穷。例如，利用枯草芽孢杆菌CY1 的固态发酵工艺参数研究，多层固态发酵系统的推广运用，白酒丢糟的多菌种混菌固态发酵技术，添加蛋白原料辅助固态发酵生产固态有机肥的技术等均得到了不同程度的研究、推广和运用[16-19]。因此，在实际生产过程中，应根据当地实际环境条件和产业资源状况，合理研究和设计使用不同固态发酵堆肥技术。考虑到滇中高原地区气温年较差小、昼夜温差大、环境湿度低、水资源紧张和农业废弃物产生周期性明显的特点，在综合权衡经济效益和保护环境的前提下，建议选择条垛有氧发酵的工艺方式生产固态有机肥。