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秸秆有氧发酵是创新理论与土壤健康的基础 (2017年中国农业合作经济论坛——报告(四平))

2017年11月01日 字体:
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秸秆有氧发酵是创新理论与土壤健康的基础 (2017年中国农业合作经济论坛——报告(四平))
黑龙江省农垦总局植保站 王险峰.
北京德瑞丰农业科技有限公司 王庆华


1.重新认识土壤
1.1土的形成
地球表面的大地是由岩石构成的。在太阳能的不断作用下,并在获得空气和水等的力量的同时反复地进行着物理的,化学的风化作用,形成了极为细小的颗粒,大地历经8亿多年形成了土。
1.2土壤的形成
土再经过几千万年乃至几亿年的时间,微生物菌群(主要是好氧腐生菌)有氧分解动植物残体制造的有机肥,在土壤中被微生物分解后的产物(灰分、木质素等)和由微生物生成的土壤蛋白相结合而产生的物质,才是真正的土壤腐殖质。
土壤微生物赋予土壤消化功能和孕育万物生命的功能,形成1厘米厚的黑土层需要100200万年的时间,形成1厘米厚的耕层土壤需要300~400万年的时间。
1.3土壤的主要特性
土壤具有化学性、物理性、生物性,三者同等重要,缺一不可。化学性是指与pHECECE等有关的化学性质的因素。物理性是指表现在力学、结构等方面的因素,亦称物理化学性。生物性是指土壤微生物的生态系统,要保持好气性的有益状态。这三个条件在长期连续地互相保持均衡的状态时,才能成为培育健康作物的土壤。
1.4土壤由好变坏
30年来,大量使用化肥,减少或不施用有机肥,大量消耗腐殖质,导致微生物菌群单一,土壤病害发生严重,生态环境恶化,水与环境污染,土壤退化成不具备作物和有益微生物生存和繁殖,难以保证作物高产、优质的土了。
土壤资源是不可利用的,为了保持土壤地力平衡,来自土壤的秸秆与产品必须原样返还,这好比银行,有借有还,如果取走产品,秸秆全部有氧发酵还田,等于借美元还人民币,如果取走农产品,秸秆取走烧掉、或就地烧掉,或直接深翻入土、或集大堆无氧发酵、或作沼气还田等于抢银行,导致农业不可持续发展。
1.5恢复土壤生态环境任重道远
土壤生态破坏容易恢复难。适于作物生长的土壤,有机质5~6%,一般是好的团粒结构,呈多孔性、膨松的状态。
一般作物秸秆进行有氧发酵获得的有机肥有机质含量10%以下,木屑、树皮、竹子、芦苇等的纤维素较高不超过30%据日本酵素世界社研究,用木屑发酵有机肥(有氧发酵),每亩(667)大约施用35吨;用普通秸秆发酵有机肥(有氧发酵),每亩(667)施用70吨,土壤有机质含量可增加1%;用有机肥提高土壤有机质含量,造土壤是唯一有效恢复或保持土壤生物性途径,别无它发。
造土壤需要大量有机肥,选则发酵材料的纤维素含量越高,造土效果越好。好的土壤有机质5~6%,可见造土壤是长期而艰巨的生物工程,不能急攻近利。
2.秸秆有氧发酵还田是造土壤的基础
自然生态环境条件下,土壤培育出的植物死亡后,经过微生物菌群发酵分解作用,最终分解成植物和益微需要的养分,有部分成为土壤腐殖质,形成团粒结构,起到造土壤(培肥地力)的重大作用,保持土壤物理、化学及生物性平衡。
现代农业种植作物,农产品取走无法返回土壤,秸秆都应该尽可能的原样返还土壤。
用秸秆有氧发酵堆制有机肥还田造土壤,维持土壤物理、化学及生物性平衡为土壤积累腐殖质,使作物健康生长,为好氧性有益微生物提供繁殖良好生态环境和营养,分解农药残留及有害化学物质,抑制有害生物发生与危害。
这就是农业生态的再循环,农业可持续发展的唯一途径。
3. 秸秆发酵创新理论——有氧发酵
3.1土壤中具有分解秸秆的微生物菌群
在土壤中生活着约有近万种与生态系统相关的土壤微生物,其中以死去的动植物残体为营养源来繁殖的是腐生性微生物,它们的活动赋予土壤消化功能和孕育万物生命功能。它们与土壤生态环境构成一个共生共荣,又互相制约控制某种特定生物异常繁殖而在相克中保持着生态平衡关系。
农业上的有益菌几乎全部是腐生性生物,特别是好气性的微生物占多数,其中好气性的细菌、放线菌,真菌等都对农业是有益的,施用有氧发酵秸秆堆肥有机肥是为了促进土壤中有益微生物的繁殖。
有益微生物具有改善土壤生态环境,抑制有害微生物的繁殖与危害,分解有害化学物质(包括农药残留,化学污染),为作物生长提供必要的营养。
根据这个原理,在长期施用化肥农药,不施有机肥的土壤,生物性极差的土壤,向土壤中施生物肥,微生物因缺乏营养很难发挥作用。
3.2秸秆发酵方法评价
腐生性生物对秸秆的分解可分为有氧发酵和无氧发酵两种。
3.2.1秸秆的有氧发酵
微生物有氧发酵分解亦称为好气性发酵分解,是利用空气或者水中的氧气进行繁殖的好气性微生物参与分解。有氧发酵的机理是主要成分是糖类、蛋白质、脂肪类、纤维素质等,从其中最容易被分解的糖类和蛋白质、脂肪类做营养源的腐生微生物,分泌出分解这些有机物的酶,酶的分解作用又提供了微生物菌体繁殖所需要的养分,养分转化生成菌体组织和其增殖所需要的生活能量又被消耗掉了,最后只分解成二氧化碳和水;有氧发酵的pH值是中性。
微生物有氧发酵产物的优点如下:
1)有氧发酵秸秆等生成的腐殖质为中性,造土壤恢复土壤生态环境效果好。
2)分解所生成的氨基酸、葡萄糖、高级酒精,是促进农作物健康发育所需要功能性植物营养剂,既能促进光和作用,强壮植物体的组织,能提高作物含糖量,增加产量和改善品质。
3)又是有益微生物放线菌的培养基,促进其繁殖,平衡菌群,抑制病原菌,健身防病,也能解决重茬引起的有害生物(如病虫害)危害。
4)如果所有秸秆经过有氧发酵还田可减少50%化肥。
5)放线菌分解腐殖质可为作物提供80%二氧化碳。
6)土壤生态环境的恢复,将明显减少农药(杀菌剂、杀虫剂)用药量,彻底淘汰植物生长调剂。
7)如再将难溶于水的矿物质化肥进行有氧发酵,将化肥厂变成生物化工厂搬入田间,可彻底替代农药。
8)可降解农药残留、化学有害物质及水污染。
9)可解决土壤重金属污染问题。
3.2.2秸秆的无氧发酵
无氧发酵是由嫌气性的腐败菌(包括部分好气性的腐败菌),亦称腐败分解、即主要是由嫌气性细菌发酵或者腐败发酵,在没有游离氧气的缺氧状态下旺盛的活动,能夺取氧化物的氧进行呼吸。
微生物有氧发酵产物的缺点如下:
(1)秸秆无氧发酵有氧发酵的机理是主要成分是糖类、蛋白质、脂肪类、纤维素质等分解产生甲烷、胺、氨、吲哚、硫醇、硫化氢等有害气体会损伤作物的根。
(2)降低作物发芽率,抑制生长、诱发病害。
(3)发酵的有机肥酸性,在土壤中生成酸性腐殖质,使地温降低,恶化了土壤的生态系统,同时所含营养除氮、钾元素利用较好外,如磷、镁等其它元素明显降低肥效,改良土壤的综合效果不大。
(4)长期使用使土壤酸化,导致土壤重金属释放,污染土壤与农产品。
(5)特别值得引起关注的是无氧发酵产生的有害气体增加了环境中的霾,医学称为氧化剂,有害人类生体健康,可降低人类免疫功能和成为产生癌细胞的诱因。
4.我国传统秸秆发酵方法的分析
建国后我国多年来关于秸秆发酵的理论无人认真研究,依然停留在无氧发酵水平。
常见的我国发酵秸秆水平。
常见的秸秆无氧发酵方法如下:
(1)在田间将秸秆粉碎直接翻入地下
这种秸秆还田方法无法控制水分,因缺氧而进行无氧发酵。 。
(2)焚烧秸秆还田
几千年来中国农民秸秆还田的实践证明,秸秆直接翻入地下还田对作物有害,所以人们有烧秸秆还田习惯。秸秆焚烧还田,仅剩矿物质营养,损失严重,还污染环境,增加空气污染。焚烧秸秆是最大的浪费。
(3)把作物秸秆留在地表还田
作物免耕栽培法,将秸秆收割后留在地表,秸秆经夏季降雨高温,进行有氧发酵,对作物安全有效,需要夏季有充足的降雨或灌溉,高温。前提条件是夏季必须有充足的降雨和高温。
(4) 秸秆做动物饲料过腹还田
将秸秆做动物饲料过腹还田是个好方法。最好的方法是秸秆经过加生物菌有氧发酵后做饲料,动物粪便不臭,是优质有机肥。
(5)把秸秆作沼气后液体还田
沼气依然是无氧发酵,液体直接还田有害,如果农村解决能源问题,应停止秸秆作沼气。
(6)将秸秆与生物菌混拌入田也是无氧发酵
将秸秆粉碎洒在地表,撒上生物菌后翻入地下,这种方法无论使用多么好的生物菌,也是无氧发酵。
(8)把秸秆在地头、村头挖大坑,加水发酵
这种方法是典型的无氧发酵,污染环境。
(9)把秸秆集中,与人粪尿,动物粪便合混、接种,用泥土封闭发酵
这种方法是农村常见的传统发酵方法,是无氧发酵,使用时掺混大量的土,以避免造成肥害,长期使用,使土壤酸化。
(10)草炭
草炭是植物秸秆在长期积水缺氧条件下无氧发酵。
(11)地表覆盖秸秆
地表覆盖秸秆多是有氧发酵,秸秆发酵需要有充足的水分与热量,北方降雨量过少和热量不足,难以充分有氧发酵。
5.在田间地头将秸秆集中进行有氧发酵新技术
最好的方法是将秸秆集中进行有氧发酵还田。
当今世界关于秸秆发酵理论和技术不在西方,而在东方,日本岛本酵素菌技术先进而成熟。日本岛本家族三代人历经80多年持续研究,根据自然生态学与营养免疫学原理,从环境中生活的微生物群体中筛选竞争力强的菌群,菌群是个复杂的群体,由细菌、放线菌、酵母菌等三大类,24种有益生物菌组成的群体,既有好氧菌类,又有厌氧菌类。能够产生活性很强的多种酶,能够迅速催化分解秸秆,在短时间内分解成供植物和有益生物利用的营养成分,尤其能够分解含有毒素的有机物,使它们变成无毒、无害物质。
岛本酵素菌生物技术是日本农民可复制的技术,应该转变观念,需要遵循认真学习、引进、复制,照做不走样地复制,然后再根据国情应用和发展。并且该技术的推广是农业可持续发展的一场革命,逐步减少农药、化肥的使用量,发展自然生态农业,治理环境污染,生产有益人类健康的功能食品,提高国民身体素质,为促进我国现代化农业发展做出巨大贡献。
关键技术如下:
(1)菌种先进 筛选方法是从微生物菌群种筛选菌群,竞争能力强,在高温、低温条件均能发酵。可发酵所有动植物残体。
(2)有氧发酵是核心技术
有氧发酵是创新技术,通过调节水分,翻动调节温度,实现有氧发酵。
(3)各种作物用酵素菌技术均有系统操作方案。
(5)彻底解决重茬病问题,所有作物均可连作,优质高产。
(6)有酵素菌发酵秸秆可治理水污染、土壤农药及其它化学污染。

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