馮磊 李妍 梁學強 李琳 李航 李錦
摘 要: 聚焦蔬菜秸稈廢棄物無序排放、環(huán)境二次污染、資源化率低等問題,從宏觀層面多維度提出針對蔬菜秸稈廢棄物資源化利用過程中的生態(tài)環(huán)境效應?農(nóng)民?政策的評價及對策,對提高農(nóng)村人居環(huán)境整治、培養(yǎng)新型農(nóng)民、抑制秸稈焚燒、促進節(jié)能固碳減排、改善農(nóng)業(yè)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境面貌、提高本地及全國蔬菜秸稈廢棄物處理水平和美麗鄉(xiāng)村的可持續(xù)發(fā)展等方面具有重要意義。
關(guān)鍵詞:蔬菜;秸稈;資源化利用;有機肥
中圖分類號:X712文獻標識碼:A文章編號:2095-1795(2023)11-0058-05
DOI:10.19998/j.cnki.2095-1795.2023.11.010
0 引言
農(nóng)作物秸稈中含有豐富的有機質(zhì),以及氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素,是可利用的有機肥料來源。秸稈肥料化作為秸稈重要利用方式之一,不僅可以產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益,還可以獲得較好的環(huán)境效益和社會效益。但在實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,由于受消費觀念、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)民生活方式的影響,大田和蔬菜秸稈資源完全處于高消耗、高污染、低產(chǎn)出的狀況。此外,秸稈焚燒問題仍屢禁不止。農(nóng)業(yè)是實現(xiàn)碳達峰、碳中和的重要領域,推進農(nóng)業(yè)領域碳達峰、碳中和,是加快農(nóng)業(yè)生態(tài)文明建設的重要內(nèi)容,也是全面應對氣候變化的重要途徑。本研究針對蔬菜秸稈廢棄物無序排放、環(huán)境二次污染、資源化率低等問題,闡述了蔬菜秸稈廢棄物來源、資源化利用現(xiàn)狀及肥料化技術(shù)及應用;為了解農(nóng)戶和農(nóng)技人員的認知情況,分別對化肥與食品安全關(guān)系、化肥對土壤的危害、有機肥相關(guān)政策,以及對生產(chǎn)有機肥原料和有機肥在減排固碳了解情況等進行問卷調(diào)查;通過對蔬菜秸稈廢棄物肥料化利用影響因素分析,提出發(fā)展對策與建議。
1 來源
蔬菜秸稈廢棄物主要來源于蔬菜種植地、集散地、加工地、菜市場、餐飲行業(yè)及家庭等。其中收獲環(huán)節(jié)中沒有商品價值的葉片及根莖等占廢棄物總體的42%~60%[1]。從全國地域分布來看,蔬菜秸稈廢棄物主要來源于環(huán)渤海、黃淮海地區(qū),長江中下游及西北地區(qū)[2]。以環(huán)渤海地區(qū)為例,蔬菜秸稈廢棄物主要來源于河北省、天津市和北京市,自2011 年以來,河北省蔬菜秸稈廢棄物資源量平均以每年4.26 萬t 的速度增加,2016 年蔬菜秸稈廢棄物資源量達到230.37 萬t,比2011 年增加10.96%[3]。2020 年北京市設施蔬菜播種面積29 010 hm2,按產(chǎn)生尾菜45 t/hm2 計算,全市年均可產(chǎn)生尾菜類廢棄物130.55 萬t[4]。天津市蔬菜秸稈廢棄物平均41.63 t/hm2,“十二五”期末,設施種植業(yè)達5 萬hm2,按1 年種2 茬蔬菜計算,則年產(chǎn)蔬菜秸稈廢棄物416.3 萬t[5]。
2 資源化利用現(xiàn)狀
蔬菜秸稈廢棄物處理與利用模式主要有6 種[6]。
(1)秸稈碳化模式。將現(xiàn)有的蔬菜秸稈資源,特別是木質(zhì)化程度較高的蔬菜秸稈進行高溫碳化處理,使其轉(zhuǎn)化為另一種資源。
(2)秸稈有機肥模式。將各類蔬菜秸稈,通過生物發(fā)酵技術(shù)制成有機肥,實現(xiàn)循環(huán)利用。
(3)秸稈沼氣?有機肥模式。利用蔬菜秸稈、畜禽糞污等廢棄物生產(chǎn)沼氣用于生產(chǎn)與生活,沼渣、沼液可作為肥料用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。
(4)秸稈固化模式。將大批量蔬菜秸稈進行固化處理并送往生物發(fā)電廠燃燒發(fā)電,適用性廣泛,對秸稈無特殊要求。
(5)秸稈生物質(zhì)油模式。將秸稈粉碎成3~5 mm的顆粒,在厭氧條件下發(fā)生熱解反應生成可冷凝氣體、不可冷凝氣體和碳粉,可冷凝氣體經(jīng)快速冷凝液化成生物質(zhì)油。
(6)秸稈就地漚堆還田模式。將大棚內(nèi)的蔬菜秸稈廢棄物添加畜禽糞便和生物菌進行高溫悶棚發(fā)酵,形成有機肥還田。
從目前行業(yè)發(fā)展及應用范圍來看,好氧發(fā)酵肥料化是處理蔬菜秸稈廢棄物的主要模式。以蔬菜秸稈廢棄物為原料在發(fā)酵工藝優(yōu)化過程中通過不同配比和調(diào)控措施可降低溫室氣體排放[7]。蔬菜秸稈廢棄物有機肥可有效提升作物的產(chǎn)量和品質(zhì),對改善土壤理化指標及微生物性狀具有良好的效果,并優(yōu)于商品有機肥。另外,蔬菜秸稈廢棄物有機肥的施用可通過直接或間接增加外源有機碳的投入或影響土壤穩(wěn)定性進而影響土壤固碳速率?;逝涫┯袡C肥對土壤的固碳作用最大,同時還可降低土壤N2O 的排放[8]。
3 肥料化技術(shù)及應用分析
3.1 肥料化技術(shù)
現(xiàn)階段蔬菜秸稈的處理方法主要有填埋、直接還田、厭氧沼氣發(fā)酵、飼料生產(chǎn)和堆肥化處理。堆肥好氧發(fā)酵是一種古老而新穎的處理方式,發(fā)達國家堆肥好氧發(fā)酵技術(shù)已逐漸成熟,形成以好氧堆肥技術(shù)為核心的高效處理技術(shù)系統(tǒng)及解決方案,涵蓋技術(shù)、運營、管理和規(guī)范等各個方面,成為歐美國家處理有機廢棄物的基本選擇之一。國內(nèi)外主要堆肥系統(tǒng)可分為條垛式、靜態(tài)垛式和反應器系統(tǒng),具體對比如表1 所示。國外在現(xiàn)代化好氧堆肥的發(fā)展中始終緊密結(jié)合高品質(zhì)產(chǎn)品研發(fā)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際的需要,已經(jīng)在有機廢棄物的好氧生物降解預測模型研究、可控工程參數(shù)(溫度、水分、pH 值、氧濃度等)評估和控制、堆肥產(chǎn)品品質(zhì)提升、行業(yè)專用有機肥產(chǎn)品及專用生物菌劑研制等方面獲得了較大的發(fā)展。
3.2 有機肥用途
蔬菜秸稈廢棄物有機肥用途主要體現(xiàn)在3 方面[9]。
(1)提高農(nóng)作物品質(zhì)。蔬菜秸稈廢棄物的含水率90% 左右,養(yǎng)分含量較高,以干基計算,全氮含量2.02%~ 5.69%、全磷含量0.29%~ 3.25%、全鉀含量0.49%~ 5.37% 及碳氮比值8.27~ 22.35[10]。季云美等[11] 研究了蔬菜秸稈肥料對小白菜的品質(zhì)和產(chǎn)量的影響,相比不施肥對照組,施用有機肥可提高作物中可溶性糖含量42.1%,同時增產(chǎn)168%。劉杰等[12] 研究了秸稈肥料對大豆品質(zhì)和產(chǎn)量的影響,相比常規(guī)施肥,施用秸稈肥料后作物中粗蛋白增加1.04%,同時粗脂肪減少0.2%,產(chǎn)量增加11.1%。谷潔等[13] 以秸稈和畜禽糞便為有機原料生產(chǎn)有機肥,在冬小麥生產(chǎn)上的應用試驗表明,具有良好的增產(chǎn)效果。另外,施用一定量的尾菜有機肥能夠提升作物的產(chǎn)量和品質(zhì),如可實現(xiàn)甜瓜增產(chǎn)3.80%~14.98%、番茄增產(chǎn)4.38%~6.47%,提升甜瓜和番茄的可溶性固形物和維生素C 含量,降低硝酸鹽含量[14]。綜上所述,利用蔬菜秸稈廢棄物生產(chǎn)的有機肥施用后,可以有效提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)。
(2)改善土壤理化性狀。李國學等[15] 利用秸稈堆肥生產(chǎn)的有機肥對白菜進行了栽培試驗,結(jié)果顯示,在一定程度上可提高土壤的有機質(zhì)、全氮、速效磷和速效鉀等含量。張新建等[16] 研究結(jié)果表明,施用尾菜有機肥能明顯提升土壤中的有機質(zhì)和養(yǎng)分含量。任宏飛等[17] 研究了有機肥/秸稈替代化肥模式對設施蔬菜土壤線蟲、群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)指數(shù)的影響,結(jié)果表明,在N、P2O5 和K2O 投入量不變的情況下,有機肥/秸稈替代化肥模式可促進土壤有益線蟲(食細菌/真菌線蟲、捕食/雜食性線蟲)生長繁殖,并可降低土壤有害植食性線蟲相對豐度,對土壤有害植食性線蟲起到一定的抑制作用。綜上所述,有機肥/秸稈替代化肥模式,尤其是配施高量有機肥模式和配施秸稈模式,可優(yōu)化土壤線蟲群落結(jié)構(gòu),降低土壤環(huán)境的受干擾程度,改善土壤的質(zhì)量,使設施蔬菜土壤生態(tài)系統(tǒng)向穩(wěn)定健康的方向發(fā)展。
(3)促進土壤固碳和溫室氣體減排。通過施用蔬菜秸稈廢棄物有機肥可直接或間接增加外源有機碳的投入進而影響土壤固碳速率。化肥配施高量有機肥一方面向土壤中投入了大量的有機質(zhì),另一方面有機質(zhì)與化學肥料的共同作用使得有機質(zhì)更易固定在土壤中,從而顯著增加土壤活性有機碳含量,提高土壤碳庫管理指數(shù)。趙金瑋[10] 研究了不同比例化肥與有機肥配施條件下土壤活性有機碳含量的變化,相較于施用有機肥、秸稈還田及免耕等技術(shù),單施化肥處理的土壤固碳速率最低(年均129 kg/hm2),化肥配施有機肥對土壤的固碳作用最大,同時還可降低土壤N2O 的排放。
4 農(nóng)戶對蔬菜秸稈有機肥認知程度
農(nóng)戶對肥料的認知程度決定肥料的施用情況,農(nóng)戶對化肥問題了解的越深刻,對有機肥優(yōu)點的認識越充分,有機肥認可度就會越高,施用有機肥幾率也就越大,越有利于有機肥的推廣。為了解涉農(nóng)群體的認知情況,分別對化肥與食品安全關(guān)系、化肥對土壤的危害、有機肥相關(guān)政策了解情況等進行問卷調(diào)查(在天津市發(fā)放超過200 份調(diào)查問卷, 收到有效問卷200 份)[14]。由表2 可知,大多數(shù)農(nóng)戶知道化肥會在一定程度上危害食品安全,但了解不深入,深入了解化肥危害食品安全原因的農(nóng)戶占極少數(shù)(了解比較多的都是大型設施園區(qū)種植戶),還有一部分農(nóng)戶對此不了解,說明農(nóng)戶對化肥會產(chǎn)生食品安全問題認識不夠充分。而在化肥對土壤的危害上,大部分農(nóng)戶認識到化肥會對土壤造成傷害,是由于在利用化肥種植過程中農(nóng)戶能更直觀地發(fā)現(xiàn)土壤肥力下降、土壤板結(jié)等問題。
針對農(nóng)技人員是否了解有機肥對食品安全、固碳減排等方面之間的關(guān)聯(lián),發(fā)放了150 份調(diào)查問卷。由表3 可知,天津市基層農(nóng)技人員顯示出較高的技術(shù)素養(yǎng),對化肥和食品安全的認知水平、了解程度都比較深入,比較清楚長期施用化肥會對農(nóng)業(yè)土壤造成損害。
但是在施用有機肥的好處及相關(guān)政策方面也存在一定的短板。多數(shù)農(nóng)技人員都了解施用有機肥的優(yōu)勢,對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境十分有益,占比達60% 以上;但在施用有機肥政策方面了解的卻很少,這也側(cè)面說明相關(guān)部門對施用有機肥的政策宣傳力度不夠、培訓深度不足。
5 肥料化利用影響因素分析
由于蔬菜種植區(qū)的復種指數(shù)較高,直接還田可能出現(xiàn)重金屬富集等現(xiàn)象。此外,有機肥料施用量從1949 年的99.9% 下降至2003 年的25%,這直接導致土壤耕地質(zhì)量急劇下降,有機質(zhì)含量<3%[12]。如果有機肥施用量占化肥施用量的10%,市場需求量將達到1 400 萬t/年[13]。因此,未來有機肥將呈現(xiàn)連年增長的趨勢,利用蔬菜秸稈廢棄物生產(chǎn)有機肥市場潛力巨大。但現(xiàn)階段發(fā)展蔬菜秸稈廢棄物生產(chǎn)有機肥仍存在很多問題和挑戰(zhàn)。
(1)蔬菜秸稈廢棄物產(chǎn)量季節(jié)性波動明顯。在蔬菜生產(chǎn)旺季(一般6—8 月、10—11 月),蔬菜廢棄物產(chǎn)生量也較大,加重了蔬菜秸稈廢棄物設備的處理壓力,而在蔬菜生產(chǎn)淡季,處理設備得不到原材料的持續(xù)供應,導致限產(chǎn)或停產(chǎn)。同時蔬菜秸稈廢棄物因本身具有易腐易爛的特點,也不能將生產(chǎn)旺季的蔬菜秸稈廢棄物保存至淡季。
(2)蔬菜秸稈廢棄物收集、貯運、分揀困難。蔬菜種植有區(qū)域性的特點,農(nóng)戶為了節(jié)省人力和物力,經(jīng)常將蔬菜秸稈廢棄物隨意傾倒在產(chǎn)地附近,并且比較分散,這樣收集起來非常困難。同時,農(nóng)戶傾倒的蔬菜廢棄物還有可能跟其他垃圾混合在一起,在收集處理時需要先進行分選,又增加了處理成本。
(3)企業(yè)處理蔬菜秸稈廢棄物缺乏積極性。由于蔬菜秸稈廢棄物收集、分揀等比較困難,增加了處理成本,同時企業(yè)處理蔬菜秸稈廢棄物后生產(chǎn)出的產(chǎn)品銷售渠道單一,群眾認可度低,而政府在蔬菜秸稈廢棄物處理方面補貼有限,所以企業(yè)積極性較低。
(4)蔬菜秸稈廢棄物處理及資源化利用模式實踐經(jīng)驗不足。傳統(tǒng)的蔬菜秸稈廢棄物處理方式還比較普遍,政府推動綠色安全處理模式比較困難。從目前處理技術(shù)和運行成本看,好氧堆肥處理模式是蔬菜秸稈廢棄物較好的處理方式,但是堆肥工藝、產(chǎn)品的質(zhì)量標準還需要進一步完善。
(5)農(nóng)戶對有機肥認可程度不高。通過問卷調(diào)查,30% 的農(nóng)戶認為有機肥與化肥相比價格高,與化肥種植農(nóng)作物相比利潤空間小;17% 的農(nóng)戶認為有機肥來源不明確,對于有機肥較難辨別真假優(yōu)良;23% 的農(nóng)戶被有機商品銷售難困擾,無法提供有機作物合理證明。
6 對策建議
(1)加強監(jiān)管與治理力度。加強蔬菜秸稈廢棄物源頭分類減量治理,引導農(nóng)戶在蔬菜拉秧后清除塑料繩、石塊等雜物后再進行后續(xù)處理利用,以降低設備處理故障率,提高肥料品質(zhì),降低廢棄物的處理與利用成本。政府部門加強對有機肥生產(chǎn)企業(yè)和銷售點的監(jiān)管,對生產(chǎn)和銷售假冒偽劣產(chǎn)品的行為嚴肅處理,同時對農(nóng)戶進行有機肥購買培訓,使其能夠買到質(zhì)量可靠的有機肥,切實保障農(nóng)戶的合法權(quán)益。
(2)引進綠色生產(chǎn)技術(shù),加強對蔬菜秸稈制肥的技術(shù)支持與支撐。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部門應擔任技術(shù)支撐方,擔起責任,建立農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展技術(shù)體系,引進有機肥施用技術(shù),保證綠色有機肥施用技術(shù)的推廣力度,助力農(nóng)業(yè)生產(chǎn)節(jié)本增效,做好示范,從根本上影響、引領、帶動農(nóng)戶改變施肥方式。
(3)加大政策激勵力度。鼓勵因地制宜制定蔬菜秸稈廢棄物處理的相關(guān)政策,將蔬菜秸稈廢棄物納入秸稈政策補貼范疇。加大蔬菜秸稈廢棄物處理的企業(yè)、合作社、農(nóng)戶及科技示范項目的財政支持和財政資金補貼力度,同時鼓勵和引導農(nóng)民施用有機肥替代部分化肥,推動農(nóng)戶施用蔬菜秸稈廢棄物有機肥,促使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向綠色農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型。
(4)積極開展宣傳培訓。協(xié)同推進各部門、各農(nóng)業(yè)主體開展合作,促進農(nóng)戶自愿選擇施用有機肥。農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣部門定期開展農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展知識的宣傳和培訓,構(gòu)建起信息平臺,使農(nóng)戶了解施用有機肥對環(huán)境的保護作用和對農(nóng)業(yè)的增效作用,改變傳統(tǒng)生產(chǎn)方式,實現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展。
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