堆肥技术处理农村生活有机废弃物的前景分析

周 群,李林超,张 超,王建宇,周 波

山东农业大学 生命科学院,山东 泰安 271018

堆肥技术处理农村生活有机废弃物的前景分析

周 群,李林超,张 超,王建宇,周 波*

山东农业大学 生命科学院,山东 泰安 271018

我国农村生活有机废弃物已成为我国新农村建设的主要障碍。本文主要围绕农村生活有机废弃物的处理现状和处理方式展开论述，通过论述农村生活有机废弃物的处理现状揭示了农村生活有机废弃物对农村居民的健康威胁及其对农村生态环境造成的压力，通过比较填埋、焚烧、堆肥等不同处理方式的优缺点指出了好氧堆肥处理农村生活有机废弃物的可行性和广阔的前景并最终给出合理化建议。

农村;生活有机废弃物;堆肥

我国农村生活有机废弃物已成为我国新农村建设的主要障碍。本文主要围绕农村生活有机废弃物的处理现状和处理方式展开论述，通过论述农村生活有机废弃物的处理现状揭示了农村生活有机废弃物对农村居民的健康威胁及其对农村生态环境造成的压力，通过比较填埋、焚烧、堆肥等不同处理方式的优缺点指出了好氧堆肥处理农村生活有机废弃物的可行性和广阔的前景并最终给出合理化建议。

1 我国农村生活有机废弃物的分类及特点

我国农村生活有机废弃物按照组成成分可分为植物纤维性废弃物和人及禽畜粪便两大类。其特点主要是种类多、产生量大、营养丰富。

1.1 种类多、产生量大

我国农村每年产生的有机废弃物有40多亿t，其中农作物秸秆约7.0亿t，牲畜粪便约26.1亿t，蔬菜生产加工废弃物约1～1.5亿t，乡村生活垃圾和人粪尿约2.5亿t，肉类加工废弃物约5000～6500万吨，豆粕等约2500万t，林木废弃物约3700万m3。

1.2 营养丰富

农村生活有机废弃物中除含有较高的有机质外，还含有丰富的N、P、K等矿物质元素。我国每年产生的秸秆若按照营养成分计算，可提供氮300多万t，磷70多万t，钾700多万t。此外，通过对比2013年我国畜禽粪便中氮、磷、钾的理论含量和《中国农村统计年鉴2014》中2013年我国耕地土壤施用的氮肥、磷肥和钾肥的施用量的统计数据可知，畜禽粪便产生的氮、磷、钾分别达到我国2013年农业氮肥、磷肥、钾肥施用量的48.26%、37.51%和123.38%。

2 我国农村生活有机废弃物的处理现状

对农村生活有机废弃物的处理方式和资源化利用程度，直接影响了农村居民的身心健康、农村生态环境和社会主义新农村建设的进程。

第二次全国农业普查资料显示，我国60多万个村落，垃圾集中处理的村仅为15.8%，有畜禽粪便无害化处理设施的村仅为1.6%。此外，由于农村技术水平的限制和环保意识不足等，绝大多数农村未设置专业的废弃物处置系统，处理方式较为简单。

中国国家环境保护总局自然生态保护司的调查报告表明，中国目前对于畜禽粪便大都采用弃置或用水冲刷后直接排入农田或水体的处理方式。这不仅会引起水体富营养化，造成环境污染，影响农业生产，而且还严重危害农村居民的身心健康。以浙江省丽水市莲都区碧湖镇三峰村为例，该村是一个养猪专业村，由于猪粪不经处理直接排放，造成整个村庄臭气熏天、污水横流，目前该村40m内地下水皆不能饮用，全村700多人口生存环境恶劣。

此外，《2014年中国环境状况公报》显示，我国农村污染的特征已由点源污染向面源污染转变，突出表现为农村生活污染物治理基础薄弱，面源污染严重。造成农村面源污染的主要原因有化肥、农药不合理的使用、人畜粪便任意排放、农作物秸秆的不合理处置以及工业废弃物农业利用等，其中农村生活有机废弃物占有相当大的比重。由此可见，农村生活有机废弃物的处理现状不容乐观。

资源学认为，没有绝对的废弃物，只有放错地方的资源。因此，如何找到一种合适的处理方式来利用这些资源型废弃物已经成为我国社会主义新农村建设亟待解决的问题。

3 农村生活有机废弃物的处理方式

20世纪80年代初，我国在农村生活有机废弃物综合利用方面，提出了“资源化、无害化、减量化”的基本原则。目前国内外采用的农村生活有机废弃物综合处理方式主要有焚烧发电、建立规模化沼气池、卫生填埋和好氧堆肥等。

3.1 焚烧发电

焚烧发电的优点在于其处理的彻底性，农村生活有机废弃物经过焚烧后减量率可达95%左右，解决了农村生活有机废弃物无害化和减量化的问题，并且能够提供电力。但其缺点也非常明显，农村生活有机废弃物经过焚烧后，其中的营养成分没有得到充分利用，不符合废弃物处理的资源化原则。此外，焚烧发电还存在投资大、运行成本高，焚烧过程中有二噁英等有害气体的排放等问题。

3.2 规模化沼气池

规模化沼气池的各项技术已经较为成熟并得到一定程度的推广利用，但是在实际使用过程中还存在工程投资大、利润空间小、资本回报周期长，供气不稳定等问题。此外，废弃的沼渣、沼液能否达到农用或排放标准还有待商榷，且废弃的沼渣、沼液的含水率高，不便运输和利用。

3.3 卫生填埋

卫生填埋的特点是操作简单，处理量大，可处理废弃物的种类多。但占地面积大，处理不当还会造成严重的二次污染。从生物圈生态系统以及能量环流的角度进行分析，填埋并没有最终消除污染，只是延缓了环境污染产生的时间。

3.4 好氧堆肥

堆肥处理可分为好氧堆肥和厌氧堆肥。好氧堆肥技术是从20世纪60年代迅速发展起来的一种新兴生物处理技术，与厌氧堆肥相比好氧堆肥具有周期短、工艺流程少、占地面积小、投资小且技术成熟等优势，因此好氧堆肥在国内使用较多。

好氧堆肥与上述综合处理方式相比不仅工艺简单，投资少，运行成本低，能够满足无害化和减量化的要求，而且还能最大限度的保持废弃物中的营养成分，实现资源化利用。此外，堆肥产品农用后除了能够提供营养物质外，还可以向土壤中带入大量微生物和酶，加速有机物的分解、转化活化土壤养分，缓解或消除因化肥的大量使用造成的土壤板结问题。

综合分析上述四种处理方式，本人认为好氧堆肥在我国农村生活有机废弃物的综合处理中具有不可替代的优势。

4 好氧堆肥处理农村生活有机废弃物的前景分析

4.1 广阔的有机肥市场

从上文可知，一方面，我国农村生活废弃物中含有大量的营养成分，这些营养成分不但没有得到充分利用，还污染了环境。而另一方面，我国的农业生产过分依赖化肥。《中国统计年鉴2016》数据显示，20世纪80年代以来，我国的化肥用量急剧增长，并呈逐年上升的趋势，2015年全国化肥用量更是高达6022.6万t。联合国粮农组织报告称，中国的耕地不足世界的1/10，但氮肥的用量却占全球的30%。以养分利用情况来说，目前欧洲化肥的利用比例为49%，有机肥利用比例为49%，化肥与有机肥利用之比为1:1；而同时期中国化肥和有机肥的利用比例分别为75%和25%，化肥与有机肥利用之比为3:1，由此可见中国有机质资源的利用潜力还没有得到充分发挥。如果将堆肥技术应用于农村生活有机废弃物综合处理中，不仅能够解决农村生活有机废弃物的污染问题，还能为农业生产提供大量的有机肥，减少化肥的用量，减轻因过量使用化肥造成环境问题。因此，堆肥化处理农村生活有机废弃物后形成的有机肥产品具有广阔的市场前景。

4.2 相关的政策支持

中国农业部副部长张桃林于“2015年际堆肥会议暨第十届全国堆肥技术与工程研讨会”上表示，堆肥技术是农村生活有机废弃物综合利用的一项关键技术，对提高废弃物资源化利用率，改善农村生态环境以及实现农业可持续发展具有重要作用。这为农村生活有机废弃物堆肥化处理指明了道路。

《十三五规划纲要》中指出，农业是全面建成小康社会和实现现代化的基础，加快转变农业发展方式，要走产出高效、产品安全、资源节约、环境友好的农业现代化道路。中央1号文件指出，我国农业供给侧结构主要有结构性短缺和结构性过剩两方面的问题，如玉米严重过剩仓库爆满、高品质农产品和绿色食品供不应求等。而高品质农产品和绿色食品的生产离不开有机肥的使用。为深入开展化肥施用量零增长行动，加快推进农业绿色发展，农业部制定了《开展果蔬茶有机肥替代化肥行动方案》。这为农村生活有机废弃物堆肥化处理提供了一定的政策支持。

综上分析，本人认为运用堆肥技术在综合处理农村生活有机废弃方面有广阔的前景。

5 好氧堆肥处理农村生活有机废弃物的相关建议

5.1 加强堆肥过程和堆肥质量控制

堆肥产品最终要应用到土壤中，因此堆肥产品的质量就会受到环境和肥效两方面的影响，即堆肥产品既要满足废弃物处理的相关环境标准，又要满足相关的肥料标准。农村生活有机废弃物种类多，不同物料的物理、化学及生物性质相差很大，如果在堆肥过程的某一环节中处理不当就会造成环境问题。例如，如果堆肥原料贮存不当就会造成渗滤液外泄、臭味散发等问题。

堆肥质量通常可从堆肥的腐熟度、养分含量、杂质含量、有害物质（如重金属、有机污染物）含量等方面进行评价，但至今为止，堆肥质量尚未有一个统一的判定方法。德国废弃物联盟（RAL）于1984年公布的《城市垃圾及其污泥堆肥的质量标准与应用》调查报告是关于堆肥质量的最早报道，引起了人们对堆肥质量的关注；同一时期（1982～1990年）关于生活垃圾中重金属的调查使人们再一次把目光聚焦到这一问题。从农村生活有机废弃物处理的角度分析，消除堆肥施用对环境的危害是制定堆肥质量控制标准的优先目的；其次，从市场的角度分析，堆肥质量控制则应更多的关注堆肥产品的肥效问题，应尽量提高堆肥产品的肥效以确保其市场竞争力。

因此，为了使堆肥技术成为农村生活有机废弃物综合处理的最佳方式，有必要加强对堆肥过程和堆肥质量的控制。此外，相关专家学者也应当积极行动起来，共同努力，争取尽早推出既满足环境要求又满足市场需求的堆肥质量控制标准，以保证农村生活有机废弃物堆肥化综合处理模式的可操作性。

5.2 进一步完善好氧堆肥技术

虽然从理论上讲农村生活有机废弃物中的大多数碳是可以利用的，但也存在一些很难生物降解的有机化合物，如木材中的木质纤维素，当这类物质含量较高时，在进行堆肥原料配比时往往会设置一个较高的C/N值，但是有研究表明，当大量纤维类物质被施用到土壤后，在其发酵分解时会消耗大量的氮素，从而影响有机肥的肥效。为解决这一问题，本人认为，在进行这类堆肥时除尽量减小纤维类物质的粒度外，还可加入适量的纤维素降解菌以充分降解这类物质。

为了提高堆肥质量，减少在堆肥过程中因氨气挥发造成的氮素损失和臭气问题，可以在堆肥微生物接种剂中加入适量的氮素生理群。氮素生理群是指在氮素转化中发挥重要作用的一类微生物，包括氨化细菌、硝化细菌、固氮细菌和反硝化细菌等。刘学玲等人在猪粪与秸秆堆肥化试验中的研究表明，在堆肥结束后氨化细菌、反硝化细菌和固氮菌的数量与堆肥前相比有不同幅度的上升，并且氨化细菌数量与铵态氮的含量呈显著正相关，亚硝化细菌、反硝化细菌数量与堆肥中硝态氮含量呈正相关，固氮菌数量在堆肥结束后达到堆制初期的2.61倍，对堆肥中有机氮的形成起到很大作用。这一研究为堆肥过程中添加氮素生理群以提高堆肥质量提供了一定的理论依据。

我国幅员辽阔，不同地区种植的作物不同，畜禽养殖情况不同，气候条件也不同，因此要因地制宜，开发出适合当地农村生活有机废弃物特点的堆肥工艺。例如针对北方地区年平均气温较低的情况，可筛选部分功能性低温菌以解决北方地区冬季堆肥的起温问题。

此外，为了解决传统农家肥在施用过程中费时、费力，劳动强度大等问题，还需要针对堆肥产品开展如造粒成型等有机肥产品制作工艺的研究，以提高堆肥产品的市场竞争力。

5.3 加强功能型生物有机肥的研制

周毅等人的研究表明，与习惯施肥和堆肥处理相比，施用解磷为何僧物有机肥不仅增加了冬小麦蜘蛛磷含量，而且提高了光合速率的叶面积指数，说明其对小麦磷素营养具有一定的改善作用。还有研究证实，在施用磷矿石的土壤中，解磷菌有机肥可以显著促进旱稻对磷素的吸收，并提高其产量。因此，如果在堆肥中添加解磷菌，不仅可以促进堆肥物料中难溶磷的降解，而且施用到土壤中后还可以促进土壤中磷素的溶解和利用。

在抗病堆肥方面，徐薇薇等人将枯草芽孢杆菌高密度菌悬液喷淋到青稞健康秸秆小段上进行堆肥后，获得了能有效抑制青稞植株病理真菌的生物肥，并申请了国家专利。因此，若能将具有防病促生功能的菌种添加到堆肥产品中再施用到田间，便可减少农药的使用。

由此可见，功能型生物有机肥的研制可以降低化肥和农药的使用量，降低农业生产成本，节约资源，保护环境。

5.4 建立有机肥施用技术规程

农村生活有机废弃物种类繁多，不同堆肥物料的化学及生物性质存在较大差异，由不同的堆肥物料堆制而成的堆肥产品其营养成分也不尽相同，因此，为了保证有机肥的使用效果，除了要制定堆肥质量控制标准外，还要根据不同地区土壤类型的差异、土壤中养分含量的差异等制定相关的技术规程，以确保有机肥的使用效果。这不仅可以增强农民施用有机肥的信心，还有利于改善有机肥的市场环境。

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Analysis of the Prospect of Composting Technology in the Treatment of Organic Wastes in Rural Areas

ZHOU Qun,LI Lin-chao,ZHANG Chao,WANG Jian-yu,ZHOU Bo*
College of Life Science/Shandong Agricultural University,Tai’an271018,China

At present,the rural environment problem has become the main obstacle of the new rural construction in China,the main characteristic of rural environmental pollution in our country at present stage is turning to the non-point source pollution from non-point pollution.This paper mainly focuses on the treatment status of organic waste in rural areas,and discusses the situation of organic waste disposal in rural areas,which reveals the health threat of rural living organic waste to rural residents and the pressure on the rural ecological environment,and points out the feasibility and broad prospects of the treatment of organic waste in rural life by comparing the advantages and disadvantages of different treatment methods such as landfill,incineration and composting,and finally gives some reasonable suggestions.

Rural;life organic wastes;composting

S141.4

A

1000-2324(2017)05-0770-05

2016-10-02

2016-11-12

国家重点研发计划资助(2017YFD0800200);“十二五”国家科技支撑计划课题:低成本村镇基础设施与环境建设技术研究与示范(2014BAL04B05)

周 群(1982-),男,硕士,研究方向:资源与环境微生物.E-mail:zhouqun5566@126.com

*通讯作者:Author for correspondence.E-mail:zhoubo2798@163.com