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长期以来，我国化肥施用量大幅度增长，在保证粮食安全方面发挥了重要作用。但近些年来，随着化肥的大量投入，外加化肥的不合理施用，导致土壤中微生物的生存环境被破坏，破坏土壤结构，进而使土壤保肥、保水能力降低。过量施用化肥会使得地下水中的硝酸盐超标，对人类健康造成威胁。此外，化肥施用后大量氨挥发到空气中，与大气中的硫酸盐、硝酸盐发生大气化学反应，使空气质量恶化。
近些年，人们对食品的需求和食品的生产也在悄悄发生变化，温饱问题解决以后，人们更为重视食品的安全、口感、健康和环保。因此，在食品安全革命的背后是一场肥料、农药等农资和种植技术的革命。2002年4月，农业部和国家质量监督检验检疫总局发布了《无公害农产品管理办法》，对食品生产所采用的肥料、农药、土质等做了全新的规定，并逐渐成为全社会的共同要求和必然趋势。一个全新的有着巨大潜力的朝阳产业和新型项目——有机农业所必备的生产资料——高效生物活性有机肥的时代来临了。
农作物秸秆制作有机肥技术主要是通过条垛翻抛设备，利用高温型菌种制剂将小麦、玉米、水稻等作物秸秆与畜禽粪便混合，经过好氧发酵加工成优质的有机肥回用于农业生产，实现农业废弃物综合利用的一种技术。秸秆有机肥是一种营养非常全面的有机肥料，如果再有针对性地配以不同的元素，便可以制成蔬菜、花卉、果树以及粮、棉、油等系列专用肥。晒干后的有机肥可以用有机肥颗粒机进行颗粒化加工，制成各种颗粒状的有机肥。可以基施、追施、冲施、沾施和喷施，适合温室大棚和大田使用。目前已经开发出各类果树、蔬菜、药材、茶树、烟叶及粮、棉、油、麻等50多种作物有机肥，可用于有机食品、绿色食品和无公害食品的生产。
秸秆生产有机肥与传统的秸秆堆沤腐熟原理基本相同，但利用秸秆制造有机肥技术多采用工厂化生产模式。商品有机肥的生产，可以把大量的秸秆集中起来进行处理，在很短的时间内加工生产出可被农作物直接吸收利用的腐质有机肥。
我国有机肥料生产企业区域分布受地区经济的发展、资源的种类和数量、生产技术水平等众多因素的制约。有机肥料生产企业在我国分布的区域差异较大， 从全国范围来看主要集中在两个大区域：一是经济发达地区，包括广东、江苏、福建和浙江等，这些地区突出的特点是或具有优惠的政策作保障，或具有先进的技术作支持，或具有良好的环保意识作引导；二是有机肥料资源丰富地区， 包括山东、河南、河北等，秸秆有机肥的工厂化运营，为秸秆的资源化利用提供了新的途径。大量秸秆转变成可以出售的商品，使有机肥生产企业成为颇具潜力的新兴企业。生物有机肥是将来农业的主要生产资料，是一个值得投资的庞大产业，是一项收益率极高的朝阳产业。
秸秆生物有机肥工厂化生产是利用现代化设备和手段控制生产过程，将农作物秸秆转化为优质生物有机肥的一种方法。其采用高新技术进行菌种的培养和生产，用现代化设备控制温湿度、数量、质量和时间，经机械翻抛、高温堆腐、生物发酵等过程，将农作物秸秆等农业废弃物转化为优质有机肥。该技术具有自动化程度高（1人就可操纵）、腐熟周期短（4～6周时间）、产量高[（2～3）×10 4 t肥料/a]、无环境污染、科学配比肥效高等其他方法无可比拟的优点，是当前利用高新技术大规模高效率生产有机肥料的最佳途径。利用生化快速腐熟技术制造优质有机肥，是近年来为满足农作物特别是经济作物对有机肥的需求而发展起来的工厂化堆制秸秆有机肥生产技术。
秸秆有机肥工厂化生产所用原料主要为小麦、玉米和水稻秸秆，一般建在秸秆生产比较集中的地方，以降低运输费用。秸秆有机肥生产过程中，一般需要用大型铡草机将秸秆粉碎，然后用水把秸秆浸透，分层在秸秆上撒上畜禽粪便和秸秆腐熟菌剂，堆制过程中用机械定期均匀翻堆，再堆成半圆体进一步腐熟，晒干后粉碎，用秸秆有机肥造粒机加工成颗粒状肥料，再装袋运输和销售。目前秸秆有机肥主要用于果园、苗木、蔬菜等经济价值较高的有机食品、绿色食品和无公害食品生产基地 [ 24 ] 。
秸秆有机肥工厂化生产的技术原理与利用秸秆腐熟剂堆制有机肥技术相同，不同之处在于以下3个方面。
1）需要一定的机械设备 需要秸秆粉碎机和搅拌机一台，堆放肥料的厂房及一些附属材料。
2）原料 鸡粪、秸秆、玉米面、菌种等。
3）工艺过程 先将鸡粪和秸秆粉掺和，一般对于含水量的要求为45%左右，也就是手捏成团，手指缝见水但不滴水，松手一触即散便可。然后添加玉米面和菌种，添加玉米面的作用是增加糖分，供菌种发酵。然后将配好的混合料喂入搅拌机进行搅拌，搅拌一定要匀，要透，不留生块。搅拌好的配料堆成宽1.5～2m、高0.8～1m的长方形条垛。好氧发酵完成后稍加晾干就可以装袋出厂。
秸秆有机肥工厂化生产设备方面，引进的设备可一次完成粉碎秸秆、喷入菌种、集堆作业，再经过多次翻抛，使加入菌种的碎秸秆与空气充分接触，加快腐熟，最后制作成生物有机肥。设备的自动化程度高，可实现全程操作，备有加温、补气设施，不受天气影响，可实现一年四季连续生产，发酵过程中喷洒除臭剂，废气能够达到国家二级排放标准。利用秸秆工厂化生产有机肥的生产工艺流程如图2-31所示。
图2-31 工厂化生产有机肥的生产工艺流程
有机肥产品质量的好坏影响到施用的效果，而产品质量关键取决于产品生产工艺的选择。生物有机肥的生产一般经过预混工序、发酵过程、除臭过程、造粒、烘干、过筛和包装。造粒方式和烘干工艺中温度与时间的选择是影响产品中活菌数量的关键。
将收集来的猪粪与粉碎的农作物秸秆按照事先设定的配比加入到双轴预混机内进行拌和（图2-32），添加发酵菌，并将其水分调节至50%左右，然后由皮带输送机送入发酵池进行好氧高温发酵。
图2-32 预混物料
发酵一般采用好氧发酵技术，利用微生物的代谢活动来分解物料中的有机物质，使物料达到稳定和无害化。在发酵生产工艺上，多数企业采用槽式堆置发酵法。其他发酵方法，如平地堆置发酵法、密封仓式发酵法、塔式发酵法等在生产中也有应用。在发酵、腐熟过程中，物料的水分、碳氮比、温度等的调节及腐熟剂的使用是生产工艺的关键。
1）平地堆置发酵法 在发酵棚中将调配好的原料堆成宽2m、高1.5m的长垄，10d左右翻堆一次，45～60d 腐熟。见图2-33。
图2-33 平地堆置发酵法
2）发酵槽发酵法 发酵槽为水泥、砖砌造，一般每槽内长5～10m、宽6m、高2m，若干个发酵槽排列组合，置于封闭或半封闭的发酵房中。每槽底部埋设1.5mm通气管，物料填入后用高压送风机定时强制通风，以保持槽内通气良好，促进好气微生物迅速繁殖。使用铲装车或专用工具定期翻堆，每3d 翻堆一次。经过25～30d 发酵，温度由最高时的70～80℃逐步下降至稳定，即已腐熟，见图2-34。
图2-34 发酵槽发酵法
3）塔式发酵厢发酵法 发酵厢为矩形塔，内部是分层结构，上下通风透气，体积可大可小。多个塔可组合成塔群。有机物料被提升到塔的顶层，通过自动翻板定时翻动，同时落向下层。5～7d 后下落到底层，即发酵腐熟，由皮带运输机自动出料。见图2-35。
图2-35 塔式发酵厢发酵法
传统的方法是利用一些物理和化学的方法加以防治，但成本高，效果不佳。研究者分离出一些放线菌接种于家禽粪便中，起到了除臭效果，之后又开发出了硝化细菌和硫化细菌，使鸡粪中的NH 3 和DMS（二甲基硫化物）得到了较好的控制。我国自行研制的微生物发酵剂和固体发酵设备的应用，将迅速推动我国生物有机肥产业化。
造粒方式的选择是有机肥生产工艺的关键。根据生产工艺的要求，目前生物有机肥常用的造粒方式主要有圆盘造粒和挤压造粒两种。
1）圆盘造粒 产品呈圆粒形，产品质量较好，产品可混性好，有利于产品投放市场。但一次性投资较大，对物料要求高，颗粒质地松，不利于贮运和机械化施用。
2）挤压造粒 产品呈长柱形，生产工序简单，对物料要求不高，颗粒硬度大，适合贮运和机械化作业，但产品颗粒不好看，带粉率高，产品质量难以保证，生产能力偏低，成本高。
生物有机肥生产工艺以圆盘造粒后低温烘干工艺为佳。
为了降低功能性微生物的死亡率，烘干温度不宜过高，烘干时间不能过长。一般应选择烘干温度85～90℃为宜，烘干时间在15～20min 较好。
秸秆有机肥生产所用工艺设备主要包括有机肥发酵翻抛机、粉碎机、搅拌机、造粒机、烘干机、冷却机、筛分机和包膜机。
图2-36 有机肥发酵翻抛机
有机肥发酵翻抛机广泛应用于畜禽粪便、糖厂滤泥、造纸污泥、植物秸秆、城市污水污泥、城市生活垃圾、草炭、豆粕、薯渣、沼渣、烟渣等有机废弃物进行无害化处理生产有机肥料。主要作用是对发酵过程中的物料进行发酵翻堆（翻抛）。
图2-37 有机肥粉碎机
有机肥粉碎机是生物有机发酵堆肥，城市生活垃圾堆肥，草泥炭、农村秸秆垃圾、工业有机垃圾、鸡粪、牛粪、羊粪、猪粪、鸭粪等生物发酵高湿物料粉碎工序的专用设备，其作用是对生产过程中高湿物料等原料的粉碎制粉。
图2-38 有机肥搅拌机
有机肥生产作业中，物料的搅拌粉碎关系着有机肥成品的好坏，搅拌粉碎得彻底，生产的有机肥成型率高，外观整齐。市场上搅拌设备的形式多种多样，主要由送料筒、机架、电机、减速机、转动臂等组成，其作用主要是对多种原材料进行搅拌混合。
图2-39 有机肥造粒机
有机肥专用造粒机突破常规的有机物造粒工艺，造粒前不用对原料进行干燥、粉碎，直接配料就可以加工出球状颗粒，可节省大量能源。其作用是对拌和后的物料进行制粒；便于分选、封装。
图2-40 有机肥烘干机
有机肥烘干机主要由热源、上料机、进料机、回转滚筒、出料机、物料破碎装置、引风机、卸料器和配电柜构成；
脱水后的湿物料加入干燥机后，在滚筒内均布的抄板器的翻动下，物料在干燥机内均匀分散，与热空气充分接触，加快了干燥传热﹑传质。在干燥过程中，物料在带有倾斜度的抄板和热气质的作用下，至干燥机另一段星形卸料阀排出成品。
图2-41 有机肥冷却机
有机肥冷却机又叫滚筒冷却机，主要用于有机肥生产，冷却一定温度和粒度的物料，一般与干燥机配套使用。冷却机可以大大提高冷却速度，减轻劳动强度，提高生产效率。
图2-42 有机肥筛分机
肥料生产中一般多采用滚筒式筛分机，主要用于成品与返料的分离，也可实现成品的分级。
图2-43 有机肥包膜机
有机肥包膜机成套设备主要由螺旋输送机、搅拌槽、油泵、主机等组成，采用粉体扑粉或液体涂膜工艺，把制成的颗粒外部包膜，能有效防止有机肥料的结块。
图2-44 自动称量包装机
自动称量包装机主要由物料进口、给料机构（闸门）、称量斗、夹袋机构、机架、吸风口、气动系统、传感器、控制箱、输送和缝包机构等组成。物料由给料机构加入称量斗，控制器收到传感器的重量信号后，按预先设定的程序值进行控制，开始时进行快速（快加、中加、慢加同时）给料；当重量≥（目标值-粗计量值）时，停止快加信号输出，进入中速（中加、慢加同时）给料；当重量≥（目标值-精计量值）时，停止中加信号输出，进入慢速（慢加）给料；当重量≥（目标值-过冲量值）时，停止慢加信号输出，给料门完全关闭，定值称量完成。夹袋信号输入后，称量斗卸料门自动开启，当重量≤零位设定值时，称量斗卸料门自动关闭，物料袋自动松开落入输送带上，被送到缝包机缝包之后进入下一工序，同时控制器进入下一控制循环。
1）原料 生物有机肥生产的原料主要有农作物秸秆、禽粪（鸡、鹌鹑、鸽子、鸭、鹅等）、畜粪（猪、羊、牛等）、其他动物粪（兔、蚕、海鸟、蚯蚓、虫等）、饼粕、草炭、风化煤、农产品加工废弃物（食用菌渣、糠醛渣、骨粉等）。
2）辅料 腐熟菌剂。在有机物料发酵腐熟过程中，接种发酵微生物可以促进有机物料腐解，保存养分。实际发酵应用的微生物，往往由酵母、真菌、细菌和放线菌等组成一个复合菌群，一般通过从自然界中分离、纯化，得到多种多样的发酵微生物复合菌群。
畜禽粪便要求有机质40%以上，水分在45%～55%，要保证运输过程的二次污染控制及堆肥前处理的水分控制为重点。蔬菜废弃物要求水分控制在80%以下，物料混合前粉碎长度≤10cm，不得夹杂有其他较为明显的杂质；农作物秸秆水分要求控制在12%～70%，处理后粉碎长度≤5cm，菌种活菌数保证2×10 8 cfu/g，杂菌率≤30%。
1）原、辅料 碳氮比控制在20～30。
2）含水量 原料含水量控制在45%～55%。
3）容重 容重控制在0.4～0.8g/m 3 。
农作物秸秆生产有机肥工艺流程见图2-45。
图2-45 农作物秸秆生产有机肥工艺流程
1）高效的微生物菌剂 添加菌剂后将菌剂与原、辅料混匀，并使堆肥的起始微生物含量达到10 6 个/g以上。
2）堆高大小 自然通风时，高1.0～1.5m，宽1.5～3.0m，长度任意。
3）温度变化 完整的堆肥过程由低温、中温、高温和降温四个阶段组成。堆肥温度一般在50～60℃，最高可达70～80℃。温度由低向高逐渐升高的过程，是堆肥无害化处理的过程。堆肥在高温（45～65℃）维持10d，病原菌、虫卵、草籽等均被杀死。
4）翻堆 堆肥温度上升到60℃以上，保持48h后开始翻堆，翻堆时务必均匀彻底，将底层物料尽量翻入堆中上部，以便充分腐熟，视物料腐熟程度确定翻堆次数。
将原料和发酵菌经搅拌充分混合，水分调节在45%～55%，堆成宽约2m、高约1.5m的长垛，长度可根据发酵车间的长度而定。每2～5d可用机械或人工翻垛一次，以提供氧气、散热和使物料发酵均匀，发酵中如果发现物料过干，应及时在翻堆时喷洒水分，确保顺利发酵，如此经过7～15d的发酵达到完全腐熟。
①先检查粉碎机运转是否正常，刀片、出料口布袋是否磨损破坏，一旦磨损破坏，立即更换。
②开启粉碎机开关待运转正常后匀速向粉碎机中添加物料，物料添加速度以不堵塞粉碎机为准。
③粉碎过程中一定要时刻注意检测筛网的破损情况，一旦破损，立即更换。
将各物料按照配方要求均匀合理地一层一层铺在混料区，然后用人工或机械翻混3次以达到物料混合均匀为准。
①检查机器运转是否正常，定量系统是否校正，缝包机是否加油维护，场地是否清理干净。
②打开粉碎机出料口将粉碎的产品装入包装袋中，包装前一定要检查是否出现较多粗纤维（粉碎不好的）、产品颜色不统一、细度不一致、结块发白等情况，如果出现不能包装，必须重新进行筛分处理才能包装。
③确定产品外观符合要求后，准确称量，进行缝包操作，将成品入库保存。
影响发酵的主要环境因素有温度、水分、碳氮比和pH值。在工厂化发酵中，通过人为调控，为好氧微生物活动创造适宜的环境，促进发酵的快速进行。
温度是反映好气发酵中微生物活动程度的一个重要指标。高温的产生标志着发酵过程运转良好。
水分是微生物活动不可缺少的重要因素。在好气发酵工艺中，配料适宜的含水量为35%～50%。物料含水过高、过低都影响好气微生物活动，发酵前应进行水分调节。
配料碳氮比是微生物活动的重要营养条件。通常微生物繁殖要求的适宜碳氮比为（20～30）∶1。猪粪碳氮比平均为14∶1，鸡粪为8∶1。单纯粪肥不利于发酵，需要掺和高碳氮比的物料进行调节。掺和物料的适宜加入量，稻草为14%～15%，木屑为3%～5%，菇渣为12%～14%，泥炭为5%～10%。谷壳、棉籽壳和玉米秸秆等都是良好的掺和物，一般加入量为15%～20%。
配料酸碱度对微生物活动和氮元素的保存有重要影响。好氧发酵有大量铵态氮生成，使pH值升高，发酵全过程均处于碱性环境，这是与以秸秆或绿肥为原料的堆肥发酵产生酸性环境所不同的。高pH环境的不利影响主要是增加氮素损失。工厂化快速发酵应注意抑制pH值的过高增长，可通过加入适量的化学物质作为保护剂，调节物料酸碱度。
1）原料预处理
①如果原料水分过大，一定要将其晾晒或晒干，以满足配料混合后达到配方的技术要求。
②如果所用原料是干原料，粒径≥2cm的必须粉碎以满足要求。
③如果干原料的水分≤10%，而且硬度较大，可以将湿原料与干原料按配方比例先混合浸润24h后再处理。
2）辅料预处理
①辅料粒径≥2cm的要先粉碎均匀至达生产要求。
②混在辅料里的硬块或金属物及长布线条等要先清除干净。
3）包装后的有机肥存放于通风、阴凉、干燥处。
目前，我国农作物秸秆有机肥料生产企业大致可分3种模式：a.精制有机肥料类，不含有特定效应的微生物，以提供有机质和少量养分为主；b.有机无机复混肥料类，由有机和无机肥料混合或化合制成，既含有一定比例的有机质，又含有较高的养分；c.生物有机肥料类，生物有机肥料是指特定功能微生物与主要以动植物残体（如畜禽粪便、农作物秸秆等）为来源并经无害化处理、腐熟的有机物料复合而成的一类兼具微生物肥料和有机肥效应的新型肥料。它是多种有益微生物菌群与有机肥结合形成的新型、高效、安全的微生物-有机复合肥料。它综合了有机肥和复合微生物肥料的优点，能够有效地提高肥料利用率，调节植物代谢，增强根系活力和养分吸收能力 [ 25 ] 。
目前，在3种生产模式中，有机无机复混肥料类占主导地位，这与我国当前科学施肥所提倡的“有机和无机相结合”的原则是相符的，也是目前我国肥料行业发展的主流；其次是精制有机肥料类，精制有机肥料作为绿色农产品和有机农产品等特色农业生产的主要原料，已经越来越受使用者的欢迎，随着我国更加关注食品的质量与安全，精制有机肥料的应用将会有一个广阔的前景。生物有机肥料的市场占有率最小，由于科学技术与生产工艺的限制与不确定性，致使生物有机肥料的市场份额较小，但生物技术的发展和突破必将推动生物有机肥料的发展。2002年全国有机肥料生产企业调查结果表明，全国有机肥料生产企业近500家，有机肥料产品500多个，其中有机无机肥料类294个、精制有机肥料156个、生物有机肥料56个 [ 26 ] 。
利用农作物秸秆等有机物料生产有机肥，产品质量标准执行由中华人民共和国农业部种植业管理司制定的有机肥产品标准（NY 525—2012）。其中规定生产的有机肥外观颜色为褐色或灰褐色，粒状或粉状，均匀，无恶臭，无机械杂质。生产的有机肥技术指标应满足表2-4、表2-5的要求。
表2-4 有机肥产品的技术指标
表2-5 有机肥产品5种重金属的限量指标
我国由于多年来忽视有机肥的施用，过度施用化肥，造成部分土地板结，土壤贫瘠，有机质含量低，仅为1%左右；而其他农牧业发达国家（如日本）的土壤有机质含量达到8%左右，所以减少化肥的用量，增加施用有机肥，提高土地有机质含量势在必行。在连续施用的情况下，可以使土壤有机质含量每年提高0.1%。不同企业生产的有机肥及不同作物品种，施用方法略有差异。有机肥应严格按照产品说明书进行施用，各种作物有机肥建议施用量如下。
①设施瓜果、蔬菜 西瓜、草莓、辣椒、番茄、黄瓜等，基肥每季每亩300～500kg。
②露地瓜菜 西瓜、黄瓜、土豆、毛豆及葱蒜类等，基肥每季每亩300～400kg；叶菜类，基肥每季每亩200～300kg；莲子，基肥每亩500～750kg。
③粮食作物 小麦、水稻、玉米等，基肥每季每亩200～250kg。
④油料作物 油菜、花生、大豆等，基肥每季每亩300～500kg。
⑤果树、茶叶、花卉、桑树等 根据树龄大小，基肥每季每亩500～750kg；新苗木基地，在育苗前每亩基施750～1000kg。
⑥对于新平整后的生土田块，3～5年内每年每亩增施750～1000kg，方可逐渐提高土壤肥力。
有机肥料与化学肥料一样，品种万千，养分含量也相差甚远，需根据土壤状况、栽种作物与有机肥的肥性状况合理施用。方法得当，节本增效，否则不仅浪费，而且会带来负面效果。以下是有机肥的几种施用方法。
1）全层施肥 在翻地前将有机肥料撒在地表，随着翻地将肥料全面翻入土壤中。这种施肥方法简单，省力。肥料施用均匀，但肥料利用率低。目前，这种方法适用于用量大、养分含量低的精制农家肥的施用。
2）集中施肥 腐熟程度高的有机肥（如商品有机肥）一般采用在定植穴内施用或挖沟施用的方法，将其集中施在作物的根系部位，可充分发挥其肥效。
3）追肥施用 腐熟程度高的有机肥速效养分含量高，可作追肥施用。
4）有机肥料和无机肥料配合施用 有机肥料与无机肥料的优缺点各异，长期的农业生产实践证明，单施有机肥料或无机肥料，都不能适时、适量地满足作物生长的需要，只有两者配合施用，才能充分发挥各自的优点，两者取长补短，互相补充，缓急相济，充分发挥肥料的增产潜力，达到高产优质和培肥改良土壤的双重效果。
①商品有机肥的长效性不能代替化学肥料的速效性，必须根据不同作物和土壤，再配合尿素、配方肥等施用，才能取得最佳效果。
②商品有机肥的施用方法一般以作基（底）肥施用为主，在作物栽种前将肥料均匀撒施，耕翻入土。如采用条施或沟施，要注意防止肥料集中施用发生烧苗现象，要根据作物田间的实际情况确定商品有机肥的亩施用量。
③商品有机肥作追肥施用时，一定要及时浇足水分。
④商品有机肥在高温季节旱地作物上施用时，一定要注意适当减少施用量，防止发生烧苗现象。
⑤商品有机肥的酸碱度一般呈碱性，在喜酸作物上施用时要注意其适应性及施用量。