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【科技日报】新技术让农业废弃物“变废为宝”
来源:   作者:   日期:2017-05-27 11:39:21   阅览次数:

 

团队检查肥料质量
团队检查芒果施肥效果

       轻按几个按钮,生产车间里堆积如山的牛粪,就在翻抛机的运行下翻滚发酵,半个月后,变成粉末状的有机肥。北京延庆县旧县镇大柏老村的农民通过引入畜禽粪便“三化”(安全化、减量化、资源化)处理技术,把村里的牛粪制造成高效的有机肥,不仅解决了困扰该村多年的牛粪污染问题,而且“变粪为宝”,开拓了一条致富之路。

       大柏老村是北京有名的奶牛养殖村,全村养殖奶牛近1万头,然而,村民虽然收入增加了,但村子环境越来越差,村里几乎家家养牛,牛粪除了送到田地里当肥料,就堆在自家院子和门口,大街小巷都是牛粪,晴天臭气熏天、蚊蝇乱飞,一下雨,粪汤到处流,根本没处下脚。

       牛粪是破坏大柏老村生态环境的“罪魁祸首”,更是亟须解决的难题。将牛粪有效利用起来,变废为宝成为村干部首要考虑的问题。

很快村干部们将目光“锁定”在北京农学院城乡发展学院刘克锋教授和他的团队上。最终,经过长期研究,刘克锋率领科研团队攻克了牛粪变肥料的难题,并帮助村民建起了肥料厂,让村里的牛粪都有了“用武之地”,肥料又应用到农田里,实现了有效循环。如今走在大柏老村子里,几乎闻不到牛粪的臭气了。

       这只是刘克锋团队近些年来治理成功的一个案例。为了缓解京津冀地区农业废弃物污染环境、解决园艺基质市场短缺的问题。在刘克锋的带领下,课题组历时10多年,深入到北京及周边地区生态环境进行调查评估,创新种植、养殖废弃物安全化、减量化、资源化、基质化;积极研发具有自主知识产权的新设备、新工艺、新菌剂,将农业废弃物转化为11种园艺再生基质,取得一系列重要成果,让畜禽养殖业走上了循环农业的发展道路。在2016年度北京市科学技术奖评选中,“京津冀农林废弃物无害化生产园艺基质研究与应用”项目荣获二等奖。

农业废弃物危害大

       据了解,农业废弃物一般分为种植废弃物、养殖废弃物和农产品加工废弃物等。比如,秸秆、玉米棒芯、残株杂草、牲畜和家禽粪便等。

         刘克锋告诉记者,长期以来,我国农村农业废弃物问题未引起足够重视,“垃圾乱倒、秸秆焚烧、柴草乱跺、粪土乱堆、畜禽乱跑”“室内现代化、室外脏乱差”的现象是大多农村的真实写照。

        由于农业废弃物资源量大,处理起来较为困难,大量秸秆的焚烧、丢弃,造成资源的浪费和大气的污染。

此外,农业废弃物还会污染水质、污染土壤,破坏生态平衡系统。大量的农业废弃物严重影响村容村貌,降低生活质量,影响社会和谐。

        刘克锋向记者提供了一份数据显示:在我国,大量的农业废弃物对环境造成了极大的污染,仅京津冀区域农业废弃物数量巨大,种养殖废弃物高达1.2亿吨/年。其中北京地区种植废弃物中就有秸秆220万吨/年,菇渣8万吨/年,园林废弃物195万吨/年,养殖废弃物中的畜禽粪便786万吨/年。

       “农业废弃物严重影响京津冀地区的生态环境安全(水环境、大气环境和土壤环境)。如果不能及时消纳,会对农村居住环境、土壤、地下水造成严重污染。”刘克锋说。

       如何将这些“放错位置”的资源充分利用起来,保护好生态环境,让畜禽养殖业走循环农业的道路。即:能源化、无害化、饲料化、材料化、生态化、基质化、肥料化,是刘克锋带领的科研团队一直努力攻关的课题。

解决循环农业瓶颈问题

       刘克锋认为,发展循环农业的瓶颈问题就是园艺基质。“要使废弃物作为养分和支撑物归还于土壤,链接种植业和养殖业,形成‘种植业——养殖业——园艺基质——种植业’产业链条,解决循环农业瓶颈问题。”

      园艺基质一般是指采用泥炭、椰糠、珍珠岩、枯枝落叶等堆肥原料,根据不同的植物生长特性,配制适合特定条件下的专用栽培营养基质。

       据了解,相比国外大量使用农业废弃物生产基质的理念,我国比较落后,大量使用的基质仍为传统的蛭石、珍珠岩、泥炭等天然基质。在花卉、蔬菜和特种果树栽培尤其是设施农业中大量使用泥炭,造成泥炭被过量开采,导致湿地破坏和生态环境的恶化。同时,我国园艺基质需求量大,如京津冀需求量约250万m3/年,因此造成了一方面大量开采天然基质破坏生态环境,另一方面每年花大量外汇进口园艺基质,价格较高,供不应求。

       “要充分看到利用农业废弃物生产园艺基质的发展趋势,有利于推进循环农业,对接种植业和养殖业的农业循环链条,解决农业废弃物污染问题,有利于减少泥炭资源的破坏,大力保护生态环境。”刘克锋说。

      然而,此前国内在基质的技术研发中存在很多的不足。例如,常规工艺产生次生污染物现象严重,很难解决发酵过程中的异味气体;EM菌高温持续时间短,设备投入成本高;市场上基质品牌众多,基质成分相差巨大,质量差等问题。

为克服当前基质研究的困难和不足,课题组在多项技术和理念上取得突破性进展。针对养殖废弃物湿法(沼气化)产生沼液、沼渣等次生废弃物和消耗水资源等问题,提出干法处理养殖废弃物新途径;针对京津冀地区大气污染严重,尤其农业废弃物处理过程中会产生硫化氢、氨气、二氧化碳、甲烷等气体,设法消除这些气体,减排二氧化碳,减少空气污染;针对国外设备价格高、不匹配等问题,研制了好氧发酵设备和控制系统。

“我们研发出的园艺基质,完全可以替代进口园艺基质,解决了市场需求与生态环境保护问题。”刘克锋说。

开辟了循环农业的新途径

      北京顺义区北郎中村有“京郊养猪第一村”之称。如今这里花香伴着草香,鲜花盛开,绿树环抱,小桥流水,环境怡人。谁能想到,十多年前,这里到处堆满了猪粪,苍蝇满天飞,污水到处流。

      与大柏老村一样,北郎中村也请来了刘克锋和他的团队。最终,在刘克锋团队的帮助下,北郎中村建起有机肥料厂,攻克了猪粪变成有机肥的一个又一个难题。

      据了解,通过多年研究实验,刘克锋团队研发的高效率、低成本、结构简单、易操作的高温堆肥和干法厌氧发酵成套技术,能满足猪、牛、羊、鸡、鸭等畜禽规模化养殖小区连续粪污处理需求。通过系统开发,依托生物技术、环境工程技术和自动化控制技术,建立了具有自主知识产权集畜禽粪便、废水处理和粪污资源深度开发利用为一体的成套设备工艺技术体系,重金属、抗生素及激素类污染物有效性明显降低。营养指标、卫生指标、空气质量均符合国家标准。

     让刘克锋团队引以为豪的是,二十多年来,他们与北京市土肥工作站赵永志推广团队密切合作,对研究成果进行大范围应用与示范,实现了产业化。北京的顺义、通州、延庆、门头沟等多个规模化养殖小区运用研究成果,处理了猪粪、牛粪、羊粪、鸡粪和鸭粪固、液体粪污大面积堆积污染,有效改善了农村环境和土壤、水系污染,生产出高品质有机肥和栽培基质,促进了循环农业的发展。

     据了解,成果在实施过程中,研发应用了农业废弃物高效化、无害化生产再生园艺基质技术,近两年累计处理畜禽粪便735万方,生产再生园艺基质176.6万方,可增加碳贮存28.3万吨,减少CO2排放当量107.2万吨。通过资源化利用,有效减轻农业有机废弃物管理不当对土壤、水体、空气、环境带来的污染,改善了蔬菜、花卉等作物品质。

施用该系列产品,可以减少25%—30%的施肥量,成本比目前进口的泥炭成本降低150%—200%,比传统种植方式提早10天左右上市,并且增产20%左右,显著增加农民收入。近两年在花卉上应用117万方,累计效益8.13亿元;在蔬菜、草莓育苗、生产上应用59万方,累计效益0.24亿元;总效益达8.37亿元。

      “我们将养殖业与种植业有效链接,解决农业废弃物对京津冀区域水环境、大气环境和土壤环境污染的难题,开辟了循环农业、再生资源的新途径,促进了低碳、环保、绿色、生态产业转型升级,为京津冀区域水源涵养和沟域经济建设创造了良好条件,有利于生态环境安全、循环经济可持续发展,对推进京津冀一体化协同发展战略,具有重要的现实意义。”刘克锋说。

        据悉,刘克锋带领的团队还有何忠伟教授、高程达教授级高工等二十余人,他们正在研究未来现代农业优质基质,为都市农业、京津冀协同发展,做出新的贡献。

 

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