有机肥利用现状评价与农业废弃物堆肥化利用研究_孙志华.docx

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1、 Classification code: X712 UDC: 628.4 Confidentiality level: open University code: 10712 Postgraduate number:S080255 Thesis for Masters Degree Northwest A&F University in 2011 ASSESSMENT OF ORGANIC FERTILIZER USING AND RESERCH ON THE COMPOST USING OF AGRICULTURAL WASTE Major: Soil Science Research f

2、ield: Soil Environmental Chemistry Name of Postgraduate: Sun-zhi Hua Adviser: Prof. Tong-Yan An Date of submission: May, 2011 Yangling Shaanxi China 研究生学位（毕业 ） 论文的独创性声明 本人声明：所呈交的硕士学位（毕业 ） 论文是我个人在导师指导下独立进行的研究 工作及取得的研究结果：论文中的研究数据及结果的获得完全符合学校关于规范西北 农林科大学研究生学术道德的暂行规定，如果违反此规定 ，一切后果与法律责任均 由本人承担 尽我所知，除了文中特

3、别加以标注和致谢的地方外，论丈中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究结果，也不包含其他人和自己本人已获得西北农林科技大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已 在论文的致谢中作了明确的说明并表示了谢意。 研 究 生 签 名 ： 孙 时 间 ： 年 S月 日 指导下独立开展研究工作及取得的研究结果，属于我现岗职务工作的结果，并严格按照 学校关于规范西北农林科技大学研究生学术道德的暂行规定而获得的研究结果 .如 果违反学校关于规范西北农林科技大学研究生学术道德的暫行规定，我愿接受按学 校有关规定的处罚处理并承担相应导师连带责任 . 导师指导研究生学

4、位（毕业 ） 论文的承诺 本人承诺 : 导师签名 : 时 间 ： 年 jr月 化 曰 关于研究生学位（毕业 ） 论文使用授权的说明 本学位（毕业 ） 论文的知识产权归属西北农林科技大学 本人同意西北农林科技大 学保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅； 同意西北衣林科技大学将本学位（毕业 ） 论文的全部或部分内容授权汇编录入中国优 秀硕士学位论文全文数据库进行出版，并享受相关权益 . 本人保证，在毕业离开（或者工作调离）西北农林科枝大学后，发表或者使用本学 位（毕业 ） 论文及其相关的工作成果时，将以西北农林科技大学为第一署名单位，否則， 愿意按中华人民共和国

5、著作权法等有关规定接受处理并承担法律责任 . 任何收存和保管本论文各种版本的其他单位和个人（包括研究生本人）未经本论文 作者的 导师同意，不得有对本论文进行复制 .修改 .发行，出租，改编等侵犯著作权的 行为，否则，按违背中华人民共和国著作权法等有关规定处理并追究法律责任 . (保密的学位论文在保密期限内，不得以任何方式发表、借阅、复印 .缩印或扫描 复制手段保存、汇编论文） 研究生签名： M、 怎淨 时间： *011年 月 M曰 导师签名： 时间： 年 Jr月 日 有机肥利用现状评价与农业废弃物堆肥化利用研究 摘要 从 3000年前开始，有机肥一直是我国农民的主要施用肥料，上世纪 70年代随

6、着化 肥的推广使用，有机肥施用比例逐渐减少，直至现在的 25%左右。但我国拥有丰富的有 机肥资源，据计算， 2007年畜禽粪便达 38.6亿 t， 秸秆类 7.6亿 t， 饼肥 2000多万 t， 绿肥 1亿多 t， 这些资源的有效利用率不足 30%。本研究在对陕西省有机肥和畜禽粪便 利用现状调杳的基础上，了解农村有机肥施用中存在的问题，通过对西北地区大量存在 的牛粪、蘑菇渣和风化煤等有机废弃物的堆肥试验，为合理利用 a地废弃物资源提供理 论依据。主要结论如下： 1、 通过对陕西省 4个县 160户农民的调杳发现，陕西省 50%的农户施用了有机肥， 但只在38%的耕地上施用且只提供了 33%的

7、养分量。有机肥利用方式单一，以畜禽粪便 为主，约占 65.6%且大多没有经过严格的堆腐化处理；其次为秸秆，约占 19.5%，余下 秸秆被焚烧；还有一部分有机无机复混肥和经生活垃圾堆枢的农家肥。不到 40%的粮食 作物，超过 70%的经济作物施用了有机肥。户主年龄越小，受教育年限越高施用有机肥 的比例越大，有家庭养殖的农户则全部施用了有机肥。农民接受施肥信息虽以传统经验 为主，但通过示范、电视节目等其他途径获取有机肥信息的农户，施用有机肥比例达 81%。 2、 通过三个处 理，牛粪、蘑菇渣和风化煤的比例分别为 50:50、 50:40:10和 50:30:20 的试验发现， 3个处理经过堆肥化过

8、程均由灰色变为灰黑色，而加入 10%风化煤处理， 堆体 72h内即达到了 50 C以上，升温迅速，高温持续时间达到 15天，比不加风化煤处 理増加 3天。三个处理的有机质含量从 41.73%、 42.52%和 43.31%下降到 23.46%、 25.75% 和 25.87%; C/N 从 28.55、 29.53 和 30.50 下降到 22.78、 20.12 和 20.54,分别下降了 20.20%、 31.89%和 32.67%，添加风化煤后有机质的分解过程更加迅速，有机质含量变化不明显。 总氮含量从 1.46%、 1.44%和 1.42%减少到 1.03%、 1.28%和 1.26%

9、，分别减少了 29.55%、 11.11 %和 11.27%;总钾从 1.06%、0.98%和 0.92%增加到 1.27%、 1.31%和 1.29%，増加 了 19.8%、 39.8%和 33.7%;总磷含量变化不大，可见添加风化煤后可有效减少堆肥过程 中的氮素损失，増加钾的累积，但对磷含量影响不大。 3、 通过添加盛唐公司的 EM菌剂和睦邦科技 的 EM- 1号菌两种 EM菌和未添加菌 剂的试验发现，添加微生物菌剂后堆体升温迅速， 3天升温可以达到 50 C以上，比未加 菌处理提前 2天。加入 EM菌后， 2个处理的 pH相比未加菌处理由 7.3下降到 7.0。堆 体的 C/N、 水溶性

10、有机碳和养分含量，添加 EM菌的效果并不明显。但是未添加 EM菌 处理，种子发芽指数 （ GI)只有 74%，而添加EM菌以后， GI可达 80%以上，尤其是 加盛唐公司 EM菌剂处理， GI达到 85%。可见加入 EM菌后堆体升温迅速，腐熟进程 加快，堆肥产物品质提 高，但对堆肥过程中碳、氮含量等物质转化影响不大。 关键词：好氧堆肥；风化煤； EM菌；有机肥 ASSESSMENT OF ORGANIC FERTILIZER USING AND RESERCH ON THE COMPOST USING OF AGRICULTURAL WASTE ABSTRACT From 3000 years

11、 ago, manure fertilizer has been the main fertilizer for farmers. Since the 70s of last century, along with promoting the use of chemical fertilizers, manure fertilizer decreased to 25% in now days. But there is much of manure resources in China. For example in 2007, there is 3.86xl 9t of livestock

12、manure, 7.6xl 8t of straw, 2xl 7t of cake fertilizers, 1 xl 8t of green manure. However, the effective utilization of these resources is even less than 30%. In order to understand the problem existed in farmers using manure fertilizer, we investigated the use of manure fertilizer in Shaanxi Province

13、. And through the composting test of the mushroom residue, cow manure and weathered coal, we can supply the theoretical basis for rational use of organic fertilizer resources. The main conclusions are as follows: 1 Through 4 counties of Shaanxi Province, access to survey 160 farmers, we find that th

14、ere are 50% farmers using manure fertilizer, but there is only 38% area used manure fertilizer, only supplying 33% nutrient And the using is in a single type without strict composting. A lot of straw are burned, small are stubble. There were less than 40% of the crop, and more than 70% economic crop

15、s used manure fertilizer. The younger and the more highly educated farmers, the more proportion was taken. The farmers who take livestock all use manure fertilizer. Farmers get the fertilizer information mainly by being accepted traditional experience. But the proportion of the farmers who get the f

16、ertilizer information by demonstration and TV shows using manure fertilizer is more than 81 % 2 Through the three treatments, the percentage of the cow manure, mushroom residue and weathered coal are 50:50, 50:40:10 and 50:30:20, we find that: the color of the 3 treatments become gray different from

17、 gray-black in initial. The results show that after applying 10 percent weathered coal, the pile will get 50C in 72h. The organic content in the three treatments come from 41.73%, 42.52% and 43.31% to 23.46%, 25.75% and 25.87%, and the value of C/N from 28.55, 29.53 and 30.50 to 22.78, 20.12 and 20.

18、54. Decomposition of organic matter is in a more intense, and change of the content of organic carbon is not clear. Nitrogen content of the 3 treatments changed from 1.46%, 1.44% and 1.42% to 1.03%, 1.28% and 1.26%; total potassium changed from 1.06%, 0.98% and 0.92% to 1.27%, 1.31% and 1.29%; the c

19、hange of total phosphorus is not clear. 3 Through the study of adding the two EM agents which are from Shandong Shengtang and MuBang Science, we find that the temperature of pile comes to 50C in 3 days, and the high temperature can sustain 17 days, which would greatly accelerate the process of compo

20、sting. The pH of the two treatments adding EM agents is less than the other one. The changes in C/N and SOC are not clear for 3 treatments. The GI of the treatments not adding EM agents only reached to 74%, the treatment adding EM gents can reach above 80%. Especially the treatment adding agent from

21、 Shandong Shengtang, the GI of it has been more than 85%. KEYWORDS: aerobic composting; weathered coal; EM agent; manure fertilizer 目录 第一章文献综述 . 1 1.1我国有机肥资源 . 1 1.1.1中国有机肥资源丰富 . 1 1.1.2机肥资源的重金属污染 . 2 1.1.3畜禽粪便的有机污染 . 2 1.2中国有机肥施用现状 . 2 1.2.1秸秆还田 . 3 1.2.2畜禽粪便利用 . 3 1.2.3 绿肥 . 4 1.2.4城市垃圾 . 4 1.3堆肥化

22、技术 . 4 1.3.1高温堆肥原理 . 5 1.3.2堆肥原料 . 5 1.3.3堆肥条件控制 . 6 1.3.4堆肥腐熟度标准 . 7 1.3.5影响高温好氧堆肥因素 . 9 1.4堆肥添加剂研究现状 . 11 1.4.1微生物菌剂 . 11 1.4.2营养调节剂 . 13 第二章陕西省有机肥施用调查及影响因素分析 . 15 2.1 弓 . 15 2.2材料方法 . 16 2.2.1陕西省有机肥资源利用调杳方法 . 16 2.2.2陕西省有机肥资源总量的估算 . 16 2.3结果与分析 . 17 2.3.1陕西省有机肥施用状况 . 17 2.3.2影响农户施用有机肥因素分析 . 20 2.

23、4 21 第三章添加风化煤对蘑菇渣堆肥物质转化的影响 . 22 3.1 前 . 22 3.2材料与方法 . 23 3.2.1试验材料 . 23 3.2.2堆肥装置 . 23 3.2.3试验设置 . 23 3.2.4测定方法 . 23 3.3结果与讨论 . 24 3.3.1堆体温度和水分的变化 . 24 3.3.2 C/N 矛口 pH 的变化 . 25 3.3.3有机碳含量的变化 . 27 3.3.4全量氮磷钾含量变化 . 27 3.3.5 NH/-N 和 N03 -N 的变化 . 28 3.3.6堆肥终产物的表观性状 . 29 3.4组仑 . 29 第四章添加外源微生物对菇渣牛粪联合堆肥过程的

24、影响 . 31 4.1 mn . 31 4.2材料与方法 . 31 4.2.1试验材料 . 31 4.2.2试验设置和试验装置 . 32 4.2.3测定方法 . 32 4.3结果与讨论 . 33 4.3.1堆体温度随时间变化曲线 . 33 4.3.2堆肥过程中 pH的变化 . 33 4.3.3堆肥中 C/N随时间变化曲线 . 34 4.3.4堆肥过程中有机碳变化 . 35 4.3.5堆肥过程中水溶性有机碳含量变化 . 36 4.3.6堆肥过程中全氮的变化 . 36 4.3.7 EM菌对堆肥种子发芽指数 (GI)的影响 . 37 4.4制仑 . 37 . 39 i射 . 45 . 46 第一章文

25、献综述 1.1我国有机肥资源 中国对有机肥从古代就有深刻认识，从 3000多年前的春秋战国，我国农民就开始 应用有机肥。到了汉代，有机肥已有 10多种，并应用基肥、追肥等施肥技术，在沦 胜之书中对有机肥施用也有明确记载（黄鸿翔等 2006)。直到 20世纪 50年代，有机 肥一直是农民补充土壤养分含量的唯一来源（宋秀杰等 1997)。但随着化肥的引入，有 机肥施用比例大幅下降，导致目前肥料投入比例严重失调。因此现在增加有机肥投入对 改善土壤养分比例失调、提高钾素、微量元素含量和化肥肥效、并且降低周边环境污染， 保持土壤生产力等，有非常重要的意义 （ 樊翠等 2005)。中国有机肥资源数量众多，

26、种 类丰富，只是在资源利用方式上比较落后，因此探索利用 a地丰富的有机物料资源，结 合科学的堆肥化技术，生产出优质的有机肥产品，满足 a地对有机肥的需求，成为中国 实现农业可持续发展，提高有机肥施用的重要措施。 1.1.1中国有机肥资源丰富 我国有机肥料按种类可分为：基本资源、派生资源和可利用资源等三大类。其中基 本资源包括：粪尿、秸秆、绿肥、饼肥；派生资源包括：厩肥、堆沤肥、草木灰、沼气 肥等；可利用资源包括：塘泥、河泥、泥炭、城镇垃圾、污水、污泥、植物性海肥等。 资源量最大的是畜禽粪便与秸秆，还有绿肥、污泥、生活垃圾与污水等。大量的秸秆和 畜禽粪便用于有机肥，少部分用于燃料和工业。 有机肥

27、料按照利用方式可分为直接利用与加工利用两种，其中直接利用还包括畜禽 粪便发酵处理后直接施用，加工利用有堆沤肥、沼气肥等方式和秸秆还田。秸秆过腹还 田即将其作为饲料喂养畜禽的方式也属于一种有机肥利用方式 （ 范小建 2005)。 在我国 已经有很多年没有进行过有机肥资源总量的调查，因此目前的数据基本都是 估算值。按照金继运 （ 2002)的估算，每年我国来自农业内部的有机物质为 40亿 t， 可 提供的氮磷钾总养分为 5316万 t， 其中秸秆占 12.2%，提供的总养分为 1335.7万 t， 粪 尿类占 78.7%，提供的总养分为 3463.2万 t。 我们对 2007年的畜禽粪便与秸秆的资

28、源量进行的估算结果是： 畜禽粪尿：根据 11种主要家畜、家禽的出栏数、年末存栏量、饲喂时长、日排泄量， 计算出 2007年我国畜禽的粪尿总量为 38.6亿 t。 秸秆：我国主要粮油作物（水 稻、小麦、玉米等粮食作物和油料作物）秸秆 1998 年为 5.7亿 t， 2003年为 5.1亿 t， 2007年为 6.7亿 t， 如包括其他作物的秸秆，总秸秆 量约为 7.6亿 t。 农业内部还有一些有机肥基本资源，比如每年饼粕 0.25亿 t， 绿肥 1亿 t， 还有一些农业生产活动以外的比如城市生活垃圾约 2亿 t、 城市污泥 0.2亿 t、 肉类加 1 工厂废弃物 0.5-0.65亿 t等。 1.

29、1.2机肥资源的重金属污染 我们国家目前对于养殖场中使用饲料的质量管理很松懈，所制定的质量标准也不够 严格，导致了现在诸多养殖场在饲料中大量添加了包括 Se、 I、 As、 Cu、 Co等在内的中 量兀素和微量兀素。例如一些养殖场添加了 100 250mg / kg的 CuS 4和 2000 3000 mg /kg的 Zn在仔猪和生猪饲料中。根据计算，每年有 4万 t的 Fe、 9万 t的 Zn、 0.24万 t的 Cu被从猪粪带入土壤。 通过对全国 14个省 (市 )有机肥取样测定发现，污泥中含量最高的是铬、铅、镍、汞 和猪粪中的是锌、铜、镉、砷。同时污泥中的锌、砷和铜，鸡粪中的镍和铬，以及

30、厩肥 和堆肥中的汞和铅的含量也高于正常指标（刘荣乐等 2005)。 这些重金属含量同上个世纪 90年代相比，除了秸秆和羊粪中重金属含量变化不大 外，鸡粪、猪粪和牛粪中的锌、铜、铅和汞等重金属含量都有所増加。尤其是锌、铜和 镉在堆肥中的含量竟然増加了 2-4倍。可见目畜禽粪便的重金属污染在我国已经变得十 分严峻。 1.1.3畜禽粪便的有机污染 抗生素、激素类等有机污染物主要是是作为饲料添加剂被用于畜禽尤其是生猪的生 产。但是我国目前缺乏对这些物品的监管，因此其投入的数量很难估算。 抗生素类促生长剂大多数在畜禽体内有残留 现象，并且当残留量达到一定水平时就 不会再继续累积，且在停止饲喂含抗生素饲料

31、后经一段时间，便可由动物机体本身代谢 排出，通过粪便进入环境。我国的研究也已经证实有机肥中存在 POPs(持久性有机污染 物 )，如多环芳烃、有机氯类等。但对其危害目前尚无人深入研究（刘荣乐等 2005)。 1.2中国有机肥施用现状 自从 3000多年前开始施用有机肥，有机肥一直是最主要甚至是唯一的肥料来源，但 是到了上世纪 60、 70年代，由于化肥的传入和大量施用，有机肥彻底让出了一统天下 的地位 （ 刘更另 1991)。据农业部农技推广中心的数 据， 1949年至 2007年的有机肥施 用比例如表 1 (金继运 2002)所示。目前我国有机肥的施用比例如此之低已经到了相当 严重的地步。

32、表 M历年有机肥施用比例 Table 1-1 Percentage of manure used 年份 Year 1949 1957 1965 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2003 2007 有机肥料投入比例 （ ) 99.9 91 80.7 66.4 47.1 43.7 37.4 32.1 30.6 25 23 Percentage of manure used 通过有机肥资源量的基本组成可以看出，畜禽粪便和秸秆的养分含量大概占到有机 肥养分总量的 90%，是有机肥资源的最主要方面，而且其数量甚至在持续增加。但是其 2 他的有机肥资源的利用量却在下降，比如说绿

33、肥等，目前由于土地资源的紧缺，绿肥的 种植已经越来越少。因此，要想提高畜禽粪便和秸秆的利用必须从秸秆利用和畜禽粪便 两方面考虑。 1.2.1秸秆还田 秸秆还田的方式主要有粉碎翻压还田、覆盖还田、堆枢还田、焚烧还田和过腹还田。 秸秆粉碎翻压还田是把秸秆通过机械粉碎成长度为 l cm左右，耕地时直接翻压在土壤 里；秸秆覆盖还田是将秸秆粉碎后直接覆盖在地表或整株倒伏在地表，可以减少土壤水 分的蒸发，达到保墒的目的；堆沤还田是通过家畜圈，或加上生物菌剂、水等进行高温 腐熟，然后施入土壤，更利于植物体吸收，高温腐熟时可以杀死部分有害微生物；焚烧 还田造成资源浪费，环境污染，破坏生态，影响交通等问题，国家

34、已经严厉禁止了秸秆 焚烧；过腹还田是将秸秆作为饲料，在动物腹中经 消化吸收，一部分转化为人们需要的 营养物质，一部分转化为粪便，有机肥施入土壤，培肥地力，无副作用 （ 朱启红 2007; 逢换成等 1999;陈中玉等 2007;封莉等 2004)。 中国各地区由于气候、作物、土壤和种植制度不同，秸秆还田的方式各异。东北农 区主要是玉米秸和稻秸，多采用粉碎翻压还田，也采用玉米秸秆高温堆沤还田和稻秸留 高茬 15cm机械旋埋；华北和西北农区主要是麦秸和玉米秸，麦秸多采用留高茬还田， 玉米秸多采用粉碎翻压还田和整秆翻压还田。一些干旱地区，为了保持土壤水分，普遍 采用覆盖还田；西南农区主要是麦 秸、稻

35、秸、玉米秸和油菜秸，旱地上多采用覆盖还田， 水田多采用翻压还田；长江中下游农区主要是稻秸、麦秸、玉米秸和油菜秸，旱地多采 用覆盖还田 ,水田多采用粉碎翻压还田或留高茬还田；华南农区主要是稻秸，水田多以粉 碎翻压为主，旱地多采用覆盖还田（曾木祥等 2002)。 2007年，农业部通过实施土壤有机质提升项目，在四川、广西、江苏、湖南、江西、 安徽、重庆 8个省份 16个县推广秸秆还田腐熟技术模式 3.87万公顷；在河北、山西、 山东、辽宁4省 8县推广田间堆腐技术 0.487万公顷，增施有机肥 16万吨。截至 2007 年 底，全国机械化秸秆还田 2182.6万公顷。 1.2.2畜禽粪便利用 提高

36、中国有机肥利用质量主要依靠畜禽粪便的堆肥化技术，实现商品有机肥的规模 化生产。据统计截至 2007年，我国有年产 100吨以上粪尿的畜禽养殖场 56万多个，产 生粪便总量 10.36亿吨， 6.93亿吨被处理或施用；另外，还有农家肥资源 19.91亿吨， 施用量 14.59亿吨。全国户用沼气达 2650万户，适宜农户普及率 18.3%，比 2000年增 加 2.09倍，建成养殖沼气工程 2.66万处。虽然总处理量有限，但是发展迅速，经过若 干年的发展，畜禽粪便 和各种垃圾的堆肥化利用，必将成为农村有机肥利用中的重要组 成部分。 2007年，我国共有各类有机肥生产企业 2282个，总设计产能 3

37、475.4万吨，实际年 3 产 1579.53万吨，其中有机肥料 698.04万吨、生物有机肥料 190.03万吨、有机无机复混 肥料 653.45万吨、其他肥料 88.01万吨。可以看出，我国有机肥肥料的实际产量仅占产 能的 48%，大部分产能没有释放出来，有很大的发展空间。近年来，有机肥产能和产量 都在逐年増加，行业前景十分看好。 1.2.3绿肥 绿肥有改土培肥増产的显著效果，应根据各地的气候、土壤、种植制度，选适宜的 绿肥品种。据统计，我国每年用作压青还田的绿肥有 4807.51万吨，占资源总量 43.25%; 用作饲料，用量 4094.88万吨，占资源总量 36.84%;经济绿肥，用量 1135.07万吨，占 资源总量 10.21% (曾木祥等 1994)。 1.2.4城市垃圾 随着环境保护运动的深入，城市垃圾作为一种资源，近年已引起各国的重视。我国 城市垃圾年排放量约 8200万 t， 从处理有机垃圾、粪便中制取有机肥，是我国传统的积 肥技术，也是当今各国研 究城市垃圾资源化技术及应用的重要方法。目前，我国城镇郊 区以城市垃圾作为重要肥源已取得很大发展。石家庄地区 70年代就开始农田施用垃圾 (炉灰和有机垃圾 )，使农业增产 20 %-30 %左右。在天津， 20多年来垃圾肥一直作为郊 区菜田的主要肥源， lhm2菜田每年平均接纳 75t垃圾，菜田平均约加厚