歷史的足跡

 “百谷草木麗乎土”《周易.離.彖辭》 ；

 “凡耕之本，在于趣時(shí)，和土，務(wù)糞澤，早鋤早獲”《汜勝之書》 ；

“凡田地中有良有薄者，即須加糞糞之” 《齊民要術(shù).雜說》 ；

“用糞如用藥”，“地力常新壯”《陳旉農(nóng)書.糞田之宜篇》 。 【1】

盡管古代農(nóng)耕的生產(chǎn)力較低，但是用糞肥田、休耕輪作等傳統(tǒng)農(nóng)耕生產(chǎn)方式，能夠延續(xù)四千年的耕作而土地常用常新，地力不減。

化學(xué)農(nóng)業(yè)的出現(xiàn)，改變了幾千年的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，在給人類帶來豐富的食物的同時(shí)，埋下了毀壞土壤和環(huán)境的隱患，化肥不加節(jié)制地的濫用，造成土壤板結(jié)和酸化，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國主要糧食和蔬菜產(chǎn)區(qū)的化肥施用量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過225公斤/公頃的土壤承載警戒線，個(gè)別地區(qū)甚至達(dá)到600公斤/公頃以上。濫用農(nóng)藥破壞土壤微生物和抑制土壤酶活性，加劇了土壤的惡化?！?/span>2】對(duì)土壤實(shí)施掠奪式利用，使得數(shù)千年留存下來的土壤資源幾十年就將消耗殆盡。

以史為鏡，可以知興替。中華四千年農(nóng)耕史告訴我們，善待土壤，循環(huán)補(bǔ)充，才使得土地常用常新壯，才使得數(shù)千年來以不多的土地養(yǎng)育了華夏民族繁衍生息。

保持土壤地力常用常新壯，主要的途徑便是大量使用有機(jī)肥，增強(qiáng)土壤地力，而規(guī)?；F(xiàn)代農(nóng)業(yè)則需要建立養(yǎng)殖種植循環(huán)的生產(chǎn)技術(shù)體系，以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)出下的可持續(xù)生產(chǎn)。

生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的痛點(diǎn)

與施用化肥比較，長期施用生物有機(jī)肥土壤的肥力明顯提高, 理化性質(zhì)得到改善。隨著有機(jī)肥用量的提高, 土壤 pH 值降低,逐漸接近中性【3】

對(duì)于需要高產(chǎn)出的現(xiàn)代循環(huán)農(nóng)業(yè)，關(guān)鍵是把養(yǎng)殖和種植連接起來，把初級(jí)消費(fèi)者（動(dòng)物）的糞便返還給土壤以補(bǔ)充肥力，建立起作物（生產(chǎn)者） - 消費(fèi)者（動(dòng)物） - 分解者（土壤細(xì)菌）三類群體的完整生態(tài)鏈。鑒于動(dòng)物產(chǎn)生的糞便需要經(jīng)過微生物分解礦化后更利于作物吸收利用，所以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一般都要對(duì)畜禽糞便進(jìn)行處理，目前通常的處理方法不外乎堆肥或者沼氣發(fā)酵兩種。

堆肥發(fā)酵。最常用的處理畜禽糞便的方式，堆肥過程一般分為三個(gè)階段：升溫階段、高溫階段和降溫階段，從微生物原理看，堆肥要經(jīng)歷三個(gè)時(shí)期：糖分解期，纖維素分解期和木質(zhì)素分解期。【4】一般情況下完成堆肥腐熟需要30天以上（工業(yè)化設(shè)施），或者90天（土法堆制）。

沼氣發(fā)酵。沼氣發(fā)酵，國際上通稱厭氧消化，是指各種有機(jī)物在厭氧條件下，被各類沼氣發(fā)酵微生物分解轉(zhuǎn)化，最終生成沼氣的過程【5】。發(fā)酵過程由產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷兩個(gè)階段組成。通常，以畜禽糞便為原料的小型的家用沼氣池每次進(jìn)出料的周期（消化時(shí)間）最少在60天以上，大型養(yǎng)殖場的沼氣發(fā)酵設(shè)備（例如UASB）最少需要15天的消化時(shí)間。除了消化時(shí)間較長以外，目前的農(nóng)業(yè)厭氧消化技術(shù)還存在消化效率低的情況，如進(jìn)液原料的COD（化學(xué)需氧量）一般都要用水稀到在COD 5000-10000mg/L，有機(jī)負(fù)荷一般在2-3 Kg/M³.d，高濃度的廢水會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)有的厭氧發(fā)酵罐酸化失效，成為“死罐”。

農(nóng)業(yè)生態(tài)循環(huán)最重要的核心指標(biāo)是生物量的循環(huán)是否能夠量化匹配，由于周期和效率這兩個(gè)技術(shù)瓶頸，使得大多數(shù)的生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)模型都流于概念，成為生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的根本性痛點(diǎn)。為什么？我們分析任何一個(gè)所謂循環(huán)農(nóng)業(yè)模型時(shí)，只要按肥料需求的時(shí)間軸列出數(shù)據(jù)流（重點(diǎn)是養(yǎng)殖糞便污水處理數(shù)量和時(shí)間節(jié)點(diǎn)），即可判定該模式是否能真正的循環(huán)起來，而不是看那個(gè)循環(huán)圖畫的多好看。

現(xiàn)代生態(tài)有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重視高產(chǎn)出，而高產(chǎn)出則必須有足夠的、可隨時(shí)供應(yīng)的的肥料支持，要求肥料生產(chǎn)和田間生產(chǎn)高度匹配，否則需要時(shí)無法及時(shí)提供，能大量提供時(shí)農(nóng)田或作物又無法及時(shí)消納，從而使農(nóng)業(yè)循環(huán)無法在真正的生產(chǎn)實(shí)踐中良好運(yùn)行。

厭氧發(fā)酵的優(yōu)勢

從有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化和消除畜禽糞便中的有害物質(zhì)的角度，厭氧發(fā)酵無疑是最安全和最徹底的處理方法。生態(tài)農(nóng)業(yè)要依靠有機(jī)肥料補(bǔ)充土壤肥力，堆肥可以作為底肥使用，但是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中為了保證高產(chǎn)，需要經(jīng)常性地追肥補(bǔ)充營養(yǎng)，厭氧消化后的液體 – 厭氧發(fā)酵液，也稱沼液，是優(yōu)質(zhì)的、全效的、可被作物快速利用的有機(jī)液體肥料。

 厭氧發(fā)酵液的諸多有益成和使用效果分奠定了在有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的地位：

1、  產(chǎn)量效應(yīng)。一定比例稀釋的發(fā)酵液直接施用到蔬菜中，可以顯著增加產(chǎn)量。

2、  降低蔬菜硝酸鹽含量。發(fā)酵液中大量的氨基酸可提高蔬菜硝酸還原酶活性和亞硝酸還原酶活性，從而降低硝酸鹽在蔬菜體內(nèi)的積累。

3、  絡(luò)合重金屬。發(fā)酵液中的有機(jī)質(zhì)和腐殖酸可與土壤中的重金屬離子形成絡(luò)合物, 從而達(dá)到降低植物對(duì)重金屬吸收的目的。

4、  提高作物營養(yǎng)品質(zhì)。施用厭氧發(fā)酵液可以提高蔬菜的Vc、氨基酸和糖酸比，使得產(chǎn)品的營養(yǎng)價(jià)值和風(fēng)味得以提高。

5、  提高作物抗病性。沼氣發(fā)酵殘留物對(duì)農(nóng)田普遍發(fā)生的 30種病害均有防治效果, 至少對(duì) 20多種病害的防治效果達(dá)到或超過了現(xiàn)行使用的農(nóng)藥；在蟲害方面, 沼氣發(fā)酵殘留物對(duì) 19種蟲害具有明顯的防治效果; 在抑制病原菌的研究方面, 沼氣發(fā)酵殘留物對(duì)大腸桿菌、副傷寒桿菌和豬丹毒桿菌等致病菌有顯著抑制作用, 對(duì) 10株青霉和衄霉有不同的抑制效果, 對(duì) 17種農(nóng)作物病原菌有不同程度的抑制效果?！?/span>6】

我國沼氣工程的成套技術(shù)已日趨成熟，包括預(yù)處理、厭氧消化、沼氣輸配、制肥、消化液后處理。某些單項(xiàng)技術(shù)和指標(biāo)，如生物厭氧發(fā)酵機(jī)理、發(fā)酵工藝、產(chǎn)氣率、COD去除率都已接近國際先進(jìn)水平，產(chǎn)業(yè)有了很大的發(fā)展。但與國外相比，我國厭氧發(fā)酵技術(shù)還有較大差距。主要表現(xiàn)在：厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣率低；系統(tǒng)運(yùn)行和管理自動(dòng)化水平不高；與厭氧發(fā)酵和綜合利用配套的技術(shù)和設(shè)備還不成熟；厭氧發(fā)酵技術(shù)產(chǎn)業(yè)化、工業(yè)化發(fā)展緩慢，不便于大規(guī)模市場推進(jìn)。【7】

厭氧消化中所含的硫酸鹽等含硫化物可被硫酸鹽還原菌轉(zhuǎn)化成 S ^2- ,S ^2- 可促進(jìn)重金屬由不穩(wěn)定態(tài)向硫化物穩(wěn)定態(tài)的形式轉(zhuǎn)化,使其固化在污泥中。發(fā)酵中生成的大量有機(jī)質(zhì)，其官能團(tuán)對(duì)重金屬離子也有很強(qiáng)的吸附和絡(luò)合作用。重金屬一旦形成硫化態(tài)或絡(luò)合態(tài)，其析出性大大下降，從而不再構(gòu)成威脅。

經(jīng)過馴化后的厭氧污泥，可以直接處理富含抗生素的廢水，對(duì)于常規(guī)養(yǎng)殖場畜禽糞便殘留的抗生素，厭氧消化可以通過水解酸化、酶解等生物過程予以轉(zhuǎn)化和消解，消化后的厭氧發(fā)酵液可以完全去除進(jìn)液中攜帶的抗生素殘留。

只要解決周期和效率問題，厭氧發(fā)酵可以做到隨時(shí)根據(jù)生產(chǎn)需要提供安全的液體有機(jī)肥。

特石生物循環(huán)處理裝置

    特石生物循環(huán)處理裝置是特石自主創(chuàng)新研發(fā)的高科技工業(yè)化設(shè)備，從研發(fā) - 小試 - 中試 - 工業(yè)化定型 - 生產(chǎn)運(yùn)行，歷時(shí)八年，獲得多項(xiàng)國家發(fā)明和實(shí)用新型專利。該裝置可以高效率地處理畜禽糞便污水，使其轉(zhuǎn)化為全效的液體有機(jī)肥，副產(chǎn)品則是高熱值的生物天然氣。為了更直觀地了解該裝置的特點(diǎn)，首先看看標(biāo)準(zhǔn)裝置實(shí)際運(yùn)行的技術(shù)指標(biāo)：

1、  進(jìn)料COD濃度高達(dá)50000mg/L，有機(jī)負(fù)荷可達(dá)30Kg/M³.d，提高10倍以上；

2、  發(fā)酵消化時(shí)間 14小時(shí)，比常規(guī)沼氣池提高60倍，比大型UASB提高30倍；

3、  COD去除率95%以上；

4、  產(chǎn)氣效率 3 M³/M³.d天以上，比常規(guī)沼氣池提高10倍，比UASB提高6倍；

5、  產(chǎn)氣純度高，所產(chǎn)生物天然氣甲烷含量80%以上，熱值28.8MJ，比常規(guī)沼氣（甲烷50%）熱值18MJ高出60%；

6、  裝置全部成套設(shè)備化，安裝操作簡便，標(biāo)準(zhǔn)裝置每日高濃度進(jìn)料3-5噸，出液按照稀釋10倍計(jì)算，可以每日提供30-50噸液體有機(jī)肥；

7、  配套設(shè)施成熟完備。系統(tǒng)配置絡(luò)合器可制成兼具殺菌殺蟲的液肥；配備田間管道可以直接噴灌滴灌。按照特石模式用于有機(jī)蔬菜追施液肥量核算，一套標(biāo)準(zhǔn)裝置可以支持1000畝的有機(jī)蔬菜生產(chǎn)。

從60天到14個(gè)小時(shí)，是厭氧發(fā)酵技術(shù)巨大的進(jìn)步，該裝置的應(yīng)用，使概念上的生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)成為現(xiàn)實(shí)，體現(xiàn)了特石模式的核心技術(shù)的作用。目前，該裝置正在深圳特石有機(jī)農(nóng)業(yè)惠東基地運(yùn)行，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或超過設(shè)計(jì)要求。

裝置技術(shù)特點(diǎn)解析

1、  原料來源廣泛。畜禽糞便和污水、豆腐廢水、生活污水等均可作為裝置原料，經(jīng)過粗篩，濾去大塊的固體糞渣，混合液用污泥泵直接泵入到酸化罐。濾除的固體糞渣，配合特石專用復(fù)合菌劑，進(jìn)行快速分解，作為有機(jī)底肥來源改良土壤。如果增加特石好氧分解裝置，還可以使用秸稈為原料生產(chǎn)液體有機(jī)肥。

2、  兩相變壓厭氧發(fā)酵。如果進(jìn)液濃度較高，常規(guī)的沼氣發(fā)酵很容易形成丙酸累積，系統(tǒng)PH值下降，成為系統(tǒng)厭氧消化的限速步驟，嚴(yán)重時(shí)整罐酸化，甲烷發(fā)酵停止。

特石兩相發(fā)酵工藝把酸化和甲烷消化分離，使得系統(tǒng)本身緩沖能力得到提高，加上壓力下溶解更多的CO2形成高濃度的碳酸氫鹽緩沖體系（在裝置正常工作壓力下，CO2在水中的溶解相當(dāng)于常壓下的4倍以上），可以承受很高的進(jìn)液濃度，進(jìn)液原料無需稀釋，從實(shí)際運(yùn)行的情況看，COD越高其消化效率越高。

3、  變壓厭氧酸化技術(shù)。酸化污泥經(jīng)過快速培養(yǎng)馴化，酸化過程呈現(xiàn)乙醇型發(fā)酵，發(fā)酵6小時(shí)后，罐內(nèi)氧化還原電位（ORP）由+100mv降低至為-100mv以下，酸化產(chǎn)物為乙酸為主的各類有機(jī)酸和乙醇等。

4、  變壓厭氧發(fā)酵技術(shù)。酸化液進(jìn)入甲烷化厭氧發(fā)酵罐后8小時(shí)，消化率就可以達(dá)到90%以上。其基本原理是：其一，嚴(yán)格的厭氧環(huán)境，ORP保持在-100mv至-300mv，有利于甲烷菌的生長繁殖；其二，酸化階段為甲烷化發(fā)酵提供了甲烷菌大部分可以直接利用的原料組分（乙酸、丁酸、乙醇、甲醇、氫氣和二氧化碳）；其三，發(fā)酵設(shè)備采用特石專利技術(shù)，通過無外加動(dòng)力環(huán)流氣升式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)自循環(huán)，保證罐內(nèi)厭氧污泥與料液的良好混合，強(qiáng)化了酸化原液與甲烷菌的傳質(zhì)效應(yīng)；其四，壓力形成的高濃度碳酸氫鹽緩沖體系提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，使甲烷化發(fā)酵PH值穩(wěn)定在6.8-7.3之間。

5、  變壓技術(shù)是厭氧發(fā)酵理論的創(chuàng)新。過去的沼氣發(fā)酵理論中認(rèn)為壓力對(duì)沼氣發(fā)酵產(chǎn)氣有一定的影響。大型沼氣發(fā)酵罐的底部由于攪拌不到，水壓使沼氣和硫化物處于過飽和狀態(tài)，從而使揮發(fā)酸累積，抑制了反應(yīng)的進(jìn)行。壓力保持在981帕比對(duì)照6867帕總產(chǎn)氣量高15%，壓力過高對(duì)產(chǎn)氣有負(fù)面影響【8】。

特石首創(chuàng)的變壓厭氧發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用，打破了沼氣發(fā)酵常壓發(fā)酵的規(guī)律，改寫了壓力對(duì)產(chǎn)氣有負(fù)面作用的理論。特石裝置正常工作壓力30萬帕，試驗(yàn)最高壓力達(dá)到70萬帕，高壓變壓不僅沒有削弱甲烷菌的活力，反而在馴化之后變得異常強(qiáng)悍，產(chǎn)氣率極大提高，消化速度加快。

6、  壓力儲(chǔ)氣。裝置生產(chǎn)中產(chǎn)生的生物天然氣輸出壓力30萬帕，經(jīng)過脫水脫硫，符合民用燃?xì)獍踩珮?biāo)準(zhǔn)，氣體存儲(chǔ)在儲(chǔ)氣罐中，通過燃?xì)夤艿肋h(yuǎn)距離（5公里以上）直接輸送到用戶，并通過降壓器降低到5000帕使用。

7、  能量產(chǎn)投比。特石標(biāo)準(zhǔn)裝置唯一配備的耗能設(shè)備為一臺(tái)5.5KW污水泵，只是在進(jìn)液時(shí)使用（按2小時(shí)計(jì)算），如果每天進(jìn)液3噸（COD 30000）的話，產(chǎn)出的生物天然氣為50立方米以上（甲烷含量85%以上，熱值約為28MJ），按照能量的熱值轉(zhuǎn)換計(jì)算，能量的投入產(chǎn)出比為：1:35。

 特石生物循環(huán)裝置的用途

有機(jī)農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵痛點(diǎn)在于生產(chǎn)成本高，主要體現(xiàn)在有機(jī)肥料成本和人工成本，其中人工成本可以通過改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式提高，如免耕法、免鋤草和機(jī)械化、設(shè)施化解決，降低有機(jī)肥料成本則需要通過養(yǎng)殖-種植的高效率循環(huán)解決。

特石生物循環(huán)處理裝置能夠隨時(shí)提供足量的液體有機(jī)肥，再配置以微生物為主的特石土壤改良技術(shù)、以生態(tài)條帶為特征的生態(tài)種植法、以益生菌技術(shù)為基礎(chǔ)的有機(jī)養(yǎng)殖技術(shù)、以流程化為主的有機(jī)管理體系，就構(gòu)成了規(guī)模化生態(tài)循環(huán)有機(jī)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系 - 特石模式。

以500畝規(guī)模的有機(jī)蔬菜生產(chǎn)為例：養(yǎng)殖2000只肉鵝(4000只雞或400頭豬)，每日產(chǎn)生鮮鵝糞約3噸，與污水混合產(chǎn)生糞液5噸；配置特石生物循環(huán)處理標(biāo)準(zhǔn)裝置，每日提供50噸可以直接施用的液體有機(jī)肥，滿足種植有機(jī)蔬菜500畝的生產(chǎn)需要，副產(chǎn)品為50立方米的高熱值生物天然氣；配置小型豆腐生產(chǎn)車間，豆腐渣經(jīng)過微生物發(fā)酵成為肉鵝的高蛋白飼料，豆腐廢水進(jìn)入裝置。整個(gè)生產(chǎn)過程無任何廢棄物，實(shí)現(xiàn)生物量的全利用。

特石裝置的應(yīng)用，解決了循環(huán)農(nóng)業(yè)中處理有機(jī)肥周期長和效率低的痛點(diǎn)，低成本大量生產(chǎn)的液體有機(jī)肥解決了規(guī)?；a(chǎn)中的肥料需求，使生態(tài)有機(jī)農(nóng)業(yè)規(guī)?；a(chǎn)得以實(shí)現(xiàn)。特石南北兩個(gè)有機(jī)農(nóng)業(yè)示范基地的實(shí)踐證實(shí)，以特石生物循環(huán)裝置為核心支撐的特石模式，實(shí)現(xiàn)了“兩高兩低”（高品質(zhì)、高產(chǎn)出、低投入、低成本）的目標(biāo)。

將單一種植的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)改變?yōu)轲B(yǎng)殖-種植-廢棄物處理一體化，提高產(chǎn)出，降低成本，杜絕污染，是生態(tài)循環(huán)有機(jī)農(nóng)業(yè)突出的特點(diǎn)，規(guī)?；纳鷳B(tài)循環(huán)有機(jī)農(nóng)業(yè)必須依靠科學(xué)的技術(shù)體系和高效率的處理設(shè)備，特石的探索和實(shí)踐給出了較好的答案。

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【1】       盧嘉錫總編，中國科學(xué)技術(shù)史  農(nóng)學(xué)卷 科學(xué)出版社 2000

【2】       李霞等，農(nóng)藥對(duì)土壤微生物和酶活性的影響 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2007

【3】       胡誠等，長期施用生物有機(jī)肥對(duì)土壤肥力及微生物生物量碳的影響中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào) 2007

【4】       李季等，堆肥工程實(shí)用手冊(cè)  化學(xué)工業(yè)出版社  2005

【5】       周孟津等，沼氣實(shí)用技術(shù)  化學(xué)工業(yè)出版社  2004

【6】       張全國等，沼液復(fù)合型殺蟲劑研究  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2006

【7】       孫孝政等，厭氧發(fā)酵技術(shù)工廠化生產(chǎn)沼氣的現(xiàn)狀及展望  東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2005

【8】       張全國等，沼氣技術(shù)原理與應(yīng)用  化學(xué)工業(yè)出版社 2005