來源：《湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)》2017 年03 期
作者：付小猛，毛加梅，沈正松，劉紅明，龍春瑞，王躍全，岳建強
單位：云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶亞熱帶經(jīng)濟作物研究所
生物有機肥是指特定功能微生物與主要以動植物殘體（如畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈等）為來源并經(jīng)無害化處理、腐熟的有機物料復(fù)合而成的一類兼具微生物肥料和有機肥效應(yīng)的肥料。生物有機肥對實現(xiàn)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會具有重要意義，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。
1 生物有機肥的研究背景
1.1 中國肥料行業(yè)現(xiàn)狀
肥料是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料， 農(nóng)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展離不開肥料?；室蚱渌傩юB(yǎng)分含量豐富，增產(chǎn)效果顯著，在生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。目前，中國的化肥生產(chǎn)量和使用量位居世界第一。在生產(chǎn)方面，除氯化鉀外，其他主要化肥品種均已呈現(xiàn)過剩狀態(tài)。在應(yīng)用方面，存在肥料使用結(jié)構(gòu)不合理，過量施用和利用率低的問題，
具體表現(xiàn)為農(nóng)民在生產(chǎn)過程中只注重化肥的使用，對有機肥和微生物肥料則十分輕視，且為了獲得更好的肥效，盲目加大化肥的施用量。
當(dāng)前世界農(nóng)作物化肥施用量為120 kg/hm2， 中國農(nóng)作物化肥施用量為328.5 kg/hm2，遠(yuǎn)高于世界平均水平。化肥過量施用、盲目施用帶來了成本的增加、環(huán)境的污染、土壤的退化等一系列問題。
土壤是一個國家最重要的自然資源。沈其榮認(rèn)為土壤基礎(chǔ)地力是實現(xiàn)作物產(chǎn)量潛力的關(guān)鍵因素，就每千克化肥在不同作物上的平均增產(chǎn)效果而言，1975 年為25 kg 谷粒/kg 化肥、15 kg 油料/kg 化肥、10 kg 棉花/kg 化肥；2008 年為8~9 kg 谷粒/kg化肥、6～7 kg 油料/kg 化肥、5～6 kg 棉花/kg 化肥。化肥報酬的急劇下降表明，隨著化肥的長期使用，土壤的基礎(chǔ)地力正在逐漸減弱， 而土壤基礎(chǔ)地力的減弱已成為影響中國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和農(nóng)作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的重要限制因素。
隨著民眾對環(huán)境問題和土壤循環(huán)利用認(rèn)知的逐步提高，傳統(tǒng)的化肥已不能滿足農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要，為實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品可持續(xù)發(fā)展，發(fā)展高效環(huán)保肥料勢在必行。
1.2 中國農(nóng)業(yè)廢棄物基本狀況
農(nóng)業(yè)廢棄物是指在整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中被丟棄的有機類物質(zhì)，主要包括農(nóng)作物秸稈和畜禽糞便等。中國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)廢棄物數(shù)量巨大。這些廢棄物既是寶貴的資源，又是嚴(yán)重的污染源，若不經(jīng)妥善處理進(jìn)入環(huán)境，將會造成環(huán)境污染和生態(tài)惡化。
中國是秸稈資源最為豐富的國家之一， 根據(jù)專家的估計，每年可產(chǎn)生9 億多t 的秸稈。然而，秸稈的資源化利用率并不高，每年約有20％的秸稈腐爛或焚燒，不僅造成了資源的浪費，而且給環(huán)境造成了極大的危害。
隨著中國畜禽養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展， 畜禽糞便的產(chǎn)生量也在迅速增加。研究表明， 中國畜禽糞便產(chǎn)生量1980 年超過了14
億t，2011 年達(dá)21.21 億t，預(yù)計到2020 年和2030 年將分別達(dá)到28.75 億t 和37.43
億t。然而，現(xiàn)階段絕大部分畜禽糞便得不到充分利用。調(diào)查表明，目前中國大型畜禽養(yǎng)殖場的畜禽糞便無害化處理技術(shù)和能力不足，
再加之主觀上也不想因處理糞便和廢液增加更多的生產(chǎn)成本，致使養(yǎng)殖場所產(chǎn)生的畜禽糞便和廢水多為直接排放，給環(huán)境帶來了極大的負(fù)面影響，
威脅著人類的安全與健康。
因此，積極探索農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的方式，使其化害為利、變廢為寶，對中國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
1.3 生物有機肥是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇
基于目前化肥使用和農(nóng)業(yè)廢棄物現(xiàn)狀， 積極尋求高效環(huán)保的化肥替代品， 積極探索農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的方式，已成為國內(nèi)外農(nóng)業(yè)研究的熱點。在此背景下， 生物有機肥以其獨特的優(yōu)勢為農(nóng)業(yè)廢棄物和作物生長搭建起一座橋梁，開辟出一條以“農(nóng)業(yè)廢棄物－生物有機肥－作物”為循環(huán)模式的可持續(xù)發(fā)展道路。
首先，施用生物有機肥是提高土壤基礎(chǔ)地力、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的重要途徑。生物有機肥研制和生產(chǎn)的初衷是集有機肥料和生物肥料優(yōu)點于一體， 既有助于提高作物產(chǎn)量，又能培肥土壤、調(diào)控土壤微生態(tài)平衡、減少無機肥料用量， 從根本上改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)， 符合中國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和綠色農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的方向。
其次， 生產(chǎn)生物有機肥是農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的重要手段。農(nóng)業(yè)廢棄物中含有豐富的作物生長必需的營養(yǎng)元素和有機養(yǎng)分， 將其資源化利用制成生物有機肥，通過微生物的作用使有機物礦質(zhì)化、腐殖化和無害化，以供作物吸收利用，不僅可以緩解農(nóng)業(yè)廢棄物對環(huán)境的壓力，也可以變廢為寶，獲得一定的經(jīng)濟效益。
綜上所述， 生物有機肥作為一種高效無污染環(huán)保型產(chǎn)品，是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。
2 生物有機肥的優(yōu)勢與作用機理
2.1 生物有機肥的優(yōu)勢
生物有機肥是在堆肥的基礎(chǔ)上， 向腐熟物料中添加功能性微生物菌劑進(jìn)行二次發(fā)酵而制成的含有大量功能性微生物的有機肥料。它與其他肥料相比具有培肥土壤、改善產(chǎn)品品質(zhì)等優(yōu)勢。
與化肥相比，生物有機肥的營養(yǎng)元素更為齊全， 長期使用可有效改良土壤，調(diào)控土壤及根際微生態(tài)平衡，提高作物抗病蟲能力，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
與農(nóng)家肥相比，生物有機肥的根本優(yōu)勢在于： 生物有機肥中的功能菌對提高土壤肥力、促進(jìn)作物生長具有特定功效，而農(nóng)家肥屬自然發(fā)酵生成，不具備優(yōu)勢功能菌的特效。
與生物菌肥相比，生物有機肥包含功能菌和有機質(zhì)，有機質(zhì)除了能改良土壤，其本身就是功能菌生活的環(huán)境，施入土壤后功能菌容易定殖并發(fā)揮作用；
而生物菌肥只含有功能菌， 且其中的功能菌可能不適合有的土壤環(huán)境，無法存活或發(fā)揮作用。另一方面，生物有機肥比生物菌肥價格更為便宜。
2.2 生物有機肥的作用機理
2.2.1 發(fā)酵菌和功能菌的作用
作物施用生物有機肥后， 其中的發(fā)酵菌和功能菌大量繁殖， 對改良土壤、促進(jìn)作物生長、減輕作物病害具有顯著效果。主要原因在于：
一、肥料中的有益微生物會在土壤中大量定殖形成優(yōu)勢種群， 抑制其他有害微生物的生長繁殖，甚至對部分病原微生物產(chǎn)生拮抗作用，以減少其侵染作物根際的機會。
二、功能菌發(fā)揮功效增進(jìn)土壤肥力，比如施用含固氮微生物的肥料，可以增加土壤中的氮素來源；施用含解磷、解鉀微生物的肥料，其中的微生物可以將土壤中難溶的磷、鉀分解出來，以便作物吸收利用。
三、肥料中的許多微生物菌種在生長繁殖過程中會產(chǎn)生對作物有益的代謝產(chǎn)物，能夠刺激作物生長，增強作物的抗病抗逆能力。
2.2.2 生理活性物質(zhì)的作用
生物有機肥富含多種生理活性物質(zhì)，比如維生素、氨基酸、核酸、吲哚乙酸、赤霉素等生理活性物質(zhì)，
具有刺激作物根系生長、提高作物光合作用的能力，使作物根系發(fā)達(dá)，生長健壯；比如各種有機酸和酶類，可以分解轉(zhuǎn)化各種復(fù)雜的有機物和快速活化土壤養(yǎng)分，
使有效養(yǎng)分增加，供作物吸收利用；比如其中的抗生素類物質(zhì)，能提高作物的抗病能力。
2.2.3 有機無機養(yǎng)分的作用
生物有機肥中既含有氨基酸、蛋白質(zhì)、糖、脂肪等有機成分，還含有N、P、K
以及對作物生長有益的中量元素（Ca、Mg、S 等）和微量元素（Fe、Mn、Cu、Zn、Mo 等）。這些養(yǎng)分不僅可以供作物直接吸收利用，
還能有效改善土壤的保肥性、保水性、緩沖性和通氣狀況等，為作物提供良好的生長環(huán)境。
3 生物有機肥的發(fā)展現(xiàn)狀
3.1 生物有機肥的生產(chǎn)現(xiàn)狀
3.1.1 生產(chǎn)企業(yè)
南京農(nóng)業(yè)大學(xué)沈其榮教授在2014 年底的一次訪談節(jié)目中提到，目前中國生物肥或生物有機肥企業(yè)300 多家，登記產(chǎn)品2058 個，平均每個企業(yè)年生產(chǎn)量較小。其中大部分企業(yè)沒有菌種生產(chǎn)條件，而且各廠家的生產(chǎn)條件、技術(shù)水平及生產(chǎn)工藝不盡相同，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。
3.1.2 生產(chǎn)用菌種
生物有機肥質(zhì)量的優(yōu)劣主要取決于其中所含益生菌的作用強度和活菌數(shù)量，目前生物有機肥的生產(chǎn)中通常使用活性強且耐高溫、高滲、干旱等抗逆性較強的菌種，且在生產(chǎn)過程中要考慮各種菌劑之間的相互作用，不可隨意混合。根據(jù)微生物在生產(chǎn)中的作用可分為發(fā)酵菌和功能菌。發(fā)酵菌多由復(fù)合菌系組成，具有促進(jìn)物料分解、腐熟、除臭的功能，常用菌種有酵母菌、光合細(xì)菌、乳酸菌、放線菌、青霉、木霉、根霉等；功能菌是指能在產(chǎn)品中發(fā)揮特定的肥料效應(yīng)的微生物，以固氮菌、溶磷菌、硅酸鹽細(xì)菌等為主，在物料腐熟后加入。
3.1.3 生產(chǎn)工藝
生物有機肥的生產(chǎn)主要包括發(fā)酵菌促進(jìn)物料腐熟過程、添加功能菌二次發(fā)酵過程和成品加工過程。通過發(fā)酵使物料完全腐熟是整個生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在發(fā)酵腐熟階段，多數(shù)企業(yè)采用槽式堆置發(fā)酵法。水分、C/N
比、溫度、pH、通風(fēng)情況等過程參數(shù)直接影響物料腐熟的程度和發(fā)酵周期。待物料完全腐熟后，添加固氮菌、溶磷菌、解鉀菌等復(fù)合功能菌群進(jìn)行二次發(fā)酵，
通過控制發(fā)酵條件提高產(chǎn)品中的有益活菌數(shù)， 從而達(dá)到增強生物有機肥肥效的目的。發(fā)酵結(jié)束后，為了提高產(chǎn)品的商品性和保證產(chǎn)品中有益微生物的存活率，
成品加工多以圓盤造粒后低溫烘干工藝為佳。
3.2 生物有機肥的應(yīng)用現(xiàn)狀
現(xiàn)階段， 國內(nèi)種植戶施用生物有機肥的積極性不高，生物有機肥使用率相對較低，主要在蔬菜、水果、中草藥、煙草等附加值較高的經(jīng)濟作物上應(yīng)用。但隨著人們消費水平和安全意識的提高， 對綠色有機農(nóng)產(chǎn)品的需求日益增強， 生物有機肥將會成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必然選擇。
目前，生物有機肥在一些生態(tài)示范區(qū)、綠色和有機農(nóng)產(chǎn)品基地應(yīng)用取得了較好的效果， 這對生物有機肥今后的推廣應(yīng)用起到良好的示范作用。
3.2.1 生物有機肥對作物產(chǎn)量的影響
與施用等價的化肥相比，施用生物有機肥可使西瓜、番茄、大白菜、菜心分別增產(chǎn)25.5％、35.9％、41.6％、50.6％，達(dá)到極顯著水平，對辣椒、花菜、棉花、水稻等也有顯著的增產(chǎn)效果（表1）。據(jù)夏飚報道，與施用等價的磷酸二銨相比， 施用阿姆斯生物有機肥可使花生增產(chǎn)33％。
3.2.2 生物有機肥對作物品質(zhì)的影響
與單施化肥相比， 生物有機肥的施用可顯著增加大白菜和西瓜的直徑、單株（果）質(zhì)量；還可改善番茄、辣椒的品質(zhì)，使番茄和辣椒中維生素C 及還原糖的含量增加。通過研究不同施肥方式對生菜品質(zhì)的影響， 發(fā)現(xiàn)施用阿姆斯生物有機肥可使生菜維生素C 含量增加，總酸降低，糖酸比顯著增加，同時可顯著降低易誘發(fā)癌癥的硝酸鹽含量（表2），在改善生菜口感、提高產(chǎn)品安全性方面具有重要作用。
3.2.3 生物有機肥對土傳病害的防治效果
國內(nèi)外大量研究表明， 施用生物有機肥可以有效防治土傳病害。利用對枯萎病有拮抗作用的多黏類芽孢桿菌制成的生物有機肥， 其田間防治效果達(dá)到73％。由枯草芽孢桿菌Ⅱ-36 和Ⅰ-23 分別制成的茄子專用生物肥BIO-36 和BIO-23， 經(jīng)盆栽試驗驗證，這兩種肥料均能有效抑制茄子青枯病， 防病率分別為96％和91％。目前，生物有機肥在防治蔬菜、水果、煙草等作物土傳病害方面效果十分顯著， 是防治土傳病害的一條重要且有效的生態(tài)調(diào)控防病途徑。
4 生物有機肥的發(fā)展趨勢
4.1 發(fā)展對策
目前世界各國對農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展問題高度關(guān)注， 不斷加大對生物有機肥的開發(fā)、生產(chǎn)及應(yīng)用力度。中國生物有機肥產(chǎn)業(yè)雖然有了一定的發(fā)展，但由于多方面的原因， 仍存在一些不足和亟待改進(jìn)完善的地方。未來，中國生物有機肥的發(fā)展還需從以下3 個方面進(jìn)行努力。
4.1.1 提高產(chǎn)品質(zhì)量
提高生物有機肥產(chǎn)品質(zhì)量，主要從菌種選育、工藝優(yōu)化和開發(fā)新產(chǎn)品3 個方面入手。
在菌種選育方面，應(yīng)加大對促進(jìn)根系生長、轉(zhuǎn)化土壤養(yǎng)分、防控土傳病害、消減與鈍化根際有毒有害物質(zhì)等特定功能的農(nóng)業(yè)微生物菌種資源的挖掘與利用。另外，為保證產(chǎn)品在加工、運輸、儲存等過程仍保持較高的生物活性， 應(yīng)加強對抗逆性強的芽孢桿菌屬的應(yīng)用。
在工藝優(yōu)化方面， 研發(fā)與建立不同固體有機廢棄物堆肥資源化利用技術(shù)與工藝，根據(jù)不同來源的廢棄物，建立配套工藝與技術(shù)，以滿足變化多端的有機廢棄物資源化利用產(chǎn)業(yè)需求。同時，優(yōu)化工藝參數(shù)，進(jìn)而提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)成本。
在開發(fā)新產(chǎn)品方面，結(jié)合生產(chǎn)實際，加大創(chuàng)新力度。沈其榮教授在2014 山東微生物肥料發(fā)展高峰論壇上提到，
未來應(yīng)加強對新型肥料產(chǎn)品——全元生物有機肥的研發(fā)生產(chǎn)力度。全元生物有機肥指的是集有機肥、化肥（包括速效化肥、控緩釋化肥、穩(wěn)定性化肥）、生物肥為一體的新型生物有機肥料。簡單說，就是含有無機養(yǎng)分、功能菌和有機質(zhì)3
種養(yǎng)分的肥料。它既可以給當(dāng)季作物提供足夠的養(yǎng)分，還能為土壤中增加有益菌和有機質(zhì)，
改良土壤中的微生物區(qū)系，使得原來有病害的土壤、養(yǎng)分轉(zhuǎn)換慢的土壤，逐漸變成健康的土壤、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化快的土壤。未來應(yīng)加強對新型全元生物有機肥的復(fù)配技術(shù)與工藝的研發(fā)，生產(chǎn)出適合不同土壤、不同作物和不同氣候條件的新型全元生物有機肥料產(chǎn)品。
4.1.2 規(guī)范產(chǎn)品管理
目前市場上生物有機肥產(chǎn)品品種繁多，包裝豐富多樣，質(zhì)量良莠不齊，針對這些問題， 相關(guān)行業(yè)管理部門應(yīng)加強對產(chǎn)品的檢測和監(jiān)管，對于市場上的假冒偽劣行為，必須嚴(yán)厲打擊，嚴(yán)懲不貸。
4.1.3 加大推廣力度
政府、企業(yè)和相關(guān)農(nóng)業(yè)技術(shù)部門應(yīng)合力加強對生物有機肥的宣傳、推廣，可通過示范、講解、現(xiàn)場指導(dǎo)等方式，向農(nóng)民展示生物有機肥的應(yīng)用效果， 讓農(nóng)民從根本上了解生物有機肥的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益， 提高農(nóng)民使用生物有機肥的積極性。
4.2 展望
生物有機肥的開發(fā)應(yīng)用不僅能為綠色農(nóng)業(yè)、有機農(nóng)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造條件，還能將有機廢棄物“變廢為寶”實現(xiàn)資源化利用，具有較高的經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會效益，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有力保障。未來生物有機肥必將成為肥料行業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)資消費的熱點，具有廣闊的發(fā)展前景。
來源：《湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)》2017年03 期
作者：付小猛，毛加梅，沈正松，劉紅明，龍春瑞，王躍全，岳建強
單位：云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶亞熱帶經(jīng)濟作物研究所
