农业资源与环境

农业资源与环境第1页，共64页，2023年，2月20日，星期三第一节畜禽粪便资源和特点一、畜禽粪便资源畜禽粪便的资源总量巨大，每年拍粪量以百亿吨计算。引发的问题日益突出。变废为宝、化害为利，有利于农村经济、社会和环境的可持续发展。第2页，共64页，2023年，2月20日，星期三二、畜禽粪便资源的特点富含营养资源化潜力巨大畜禽粪便营养成分含量情况项目含水量全氮全磷全钾有机质猪粪羊粪牛粪鸡粪72.23——84.7550.20-80.781.05-2.961.22-2.350.47-0.841.06-1.910.40-0.490.180.18-0.220.42-0.970.39-2.082.130.20-2.000.09-1.363.84——12.3514.43-35.15第3页，共64页，2023年，2月20日，星期三不同畜禽的粪便成分差异大不同畜禽的粪便量差异大

畜禽粪便排泄系数：牛＞猪＞羊＞鸭和鹅＞鸡同一种类不同生长期的排放量也有较大差异粪便量分布不均匀

养殖业在地域上分布不均匀，大中型养殖场主要分布在人口密集的沿海

距居民生活区近第4页，共64页，2023年，2月20日，星期三第二节畜禽粪便污染与防治措施一、畜禽粪便对环境的污染大气污染:粪便中的臭味化合物有168种水体污染:直接或间接进入地表水体，导致河流严重污染，水体富营养化对土壤的危害:导致N、P、Cu、Zn及其他微量元素的富集对生物的危害:引起传染病和寄生虫的蔓延第5页，共64页，2023年，2月20日，星期三二、畜禽粪便对环境污染的原因对饲料的利用率不高

N、P是畜禽排泄物中最主要污染源对畜禽粪尿的利用不足

没有从根本上实现畜禽粪尿的无害化和资源化缺乏整体规划，导致人畜禽共处

养殖场缺乏整体规划，庭院即为养殖场，人畜禽共处的现象严重，造成了大气、水、噪声的污染及传染病的蔓延第6页，共64页，2023年，2月20日，星期三三、防治畜禽粪便污染的管理措施合理规划和布局制定优惠政策扶持畜禽粪便的资源化利用加大环境保护宣传力度建立健全法律、法规、控制标准增加资金投入第7页，共64页，2023年，2月20日，星期三四、防治畜禽粪便污染的技术措施源头控制技术

研制和生产生态营养饲料，进行源头控制，有效减少粪尿等废弃物的产生量饲养过程控制技术

加强饲养过程的管理，改变传统陋习末端治理技术

1、臭气的治理

2、污水的治理

3、畜禽粪便资源化第8页，共64页，2023年，2月20日，星期三第三节粪便肥料化技术概念：堆肥是将畜粪和垫草、秸秆、稻壳等固体有机废弃物按一定比例堆积起来，调节堆肥物料中的碳、氮比，控制适量水分、温度、氧气与酸碱度，在微生物的作用下，进行生物化学反应而将废弃物中复杂的不稳定的有机成分加以分解，并转换为简单的稳定的有机物质成分。随着堆肥温度的升高而杀灭堆肥物料中的病原菌、虫卵和蛆蛹，处理后的物料作为一种优质有机肥料。第9页，共64页，2023年，2月20日，星期三一、堆肥技术的优点：（一）调整有机物碳氮比（C/N）碳氮比大，在堆积肥料分解初期会造成土壤中有效养分减少，尤其是氮素成分，阻碍作物生长。碳氮比小，产生土壤还原性物质和氮磷的富营养化，影响作物生长。畜禽粪便中的碳氮比一般比较小，因而常常需要另外加入适当的碳源物质（如稻草、玉米秸秆等），以增加整个堆肥的碳氮比。第10页，共64页，2023年，2月20日，星期三原料碳氮比低于20:1，碳少，氮剩，则氮将变成氨态氮而挥发，降低肥效。保证成品堆肥碳氮比为10－20:1和在堆肥过程理想的分解速度，堆肥原料的碳氮比为25~40。第11页，共64页，2023年，2月20日，星期三（二）减少有害成分畜禽粪便和其他有机物含有糖类、脂肪酸、蛋白质等成分。当微生物分解师会产生高温及局部的缺氧情况，厌氧微生物大量繁殖，有机酸等有毒物质和土壤还原性物质，对作物生长有害。经堆积腐熟分解的粪便可减少有害成分，避免直接施用影响作物生长。第12页，共64页，2023年，2月20日，星期三（三）消灭病菌、虫卵、杂草种子（四）减少臭味，维护田间卫生（五）调配堆肥成分，增进肥效堆积腐熟后可增加有机材料的有效磷和氮素，制成的堆肥成分能适应不同作物的需要，增进作物产量和品质。第13页，共64页，2023年，2月20日，星期三二、影响堆肥技术的关键因素及指标控制（一）微生物种群微生物充分生长和繁殖，可加速堆肥发酵，缩短堆肥周期。微生物的好气分解是堆肥腐熟的重要保证（二）调整碳氮比堆肥材料的C/N比是影响腐熟程度的关键第14页，共64页，2023年，2月20日，星期三（三）PH值一般有机草料微生物发酵分解的PH值在3-11之间均可进行，但PH为5.5-8.0较适宜。肥料中微生物多需中－微碱性环境，pH7.5最适宜。有机物分解过程中产生有机酸，pH降低，应加石灰，草木灰等碱性物质进行调节。第15页，共64页，2023年，2月20日，星期三（四）温度反映了堆肥材料中某些微生物的活动情况，高温期（60℃以上）、中温期（50℃-60℃以上）及低温期（50℃）。第16页，共64页，2023年，2月20日，星期三（五）含水率影响微生物生命活动，微生物在堆料的水膜里进行生命活动。堆肥发酵最适含水率为60%-65%，低于30%微生物增值受抑制，高于70%孔隙率低导致空气不足。影响堆料内部养分和微生物的移动。影响空气和温度。第17页，共64页，2023年，2月20日，星期三（六）通气（充分供氧）通气好，有利于好气微生物活动，利于材料腐解。前期插草把调节。通气差，有利于嫌气微生物活动，不利于材料腐解,利于腐殖质形成。后期翻堆压实等都可调节通气状况。第18页，共64页，2023年，2月20日，星期三（七）腐熟度（可用若干物理指标及化学成分分析法作为判断）

项目 适宜条件水分 65-75%,预先吸足水分空气 通气良好温度 40-60%,最高不超过70oC酸碱度 pH6.4-8.1,最佳7.5左右

C/N约25：1第19页，共64页，2023年，2月20日，星期三（八）混合均匀为了保证堆肥的品质一致，应尽量混合均匀。第20页，共64页，2023年，2月20日，星期三有机肥堆腐过程中的转化1．发热期（－50度，糖类、淀粉、蛋白质迅速分解产生二氧化碳和氨，放出热量）2．高温时期（50－60度，除上述物质继续分解外，纤维素、半纤维素开始分解，此时杀虫灭菌、消灭杂草种子的能力最强。）3．降温期4．腐熟保肥期第21页，共64页，2023年，2月20日，星期三堆腐过程中养分的转化（作用机理）矿质化：有机物料经微生物分解成无机态养分。腐殖化：分解的中间产物经微生物酶的作用再合成黑褐色腐殖质。第22页，共64页，2023年，2月20日，星期三不含氮有机物质的分解碳水化合物首先是可溶性糖和淀粉，进而是果胶、半纤维素，最后是纤维素、木质素。含磷物质分解

核酸经核酸酶作用，水解产生核甘酸，进一步水解成核苷核磷酸。第23页，共64页，2023年，2月20日，星期三含氮有机物质的分解蛋白态氮主要经过氨化作用核硝化作用产生铵态氮核硝态氮非蛋白态氮主要有尿素、尿酸、马尿酸等第24页，共64页，2023年，2月20日，星期三堆肥好氧发酵过程有机物料Volatilematter+O2+MicrobeNewmicrobe+腐殖质Humus合成氧化CO2、H2O、NH3、PO42-、SO42-+能量→显热（提高温度）高温堆肥：好氧堆肥，在通气条件下，在好氧微生物作用下有机物得到分解，释放热量使堆肥物料产生50~65℃高温，极限温度可达80~90℃，这种过程谓高温堆肥。第25页，共64页，2023年，2月20日，星期三三、堆肥制作方法（一）堆积场所有顶棚的堆积场舍最理想如在户外露天堆积，需要有适当覆盖，以防雨水冲刷。必须要考虑水分取得、翻堆空间、通风情形及肥水收集等问题。第26页，共64页，2023年，2月20日，星期三（二）准备材料先了解作为堆肥主体材料的碳氮比属于高还是低，选择适宜碳氮比的材料作为配合。堆肥过程中适合于微生物的碳氮比为（20:1）—（30:1）；碳氮比太高时，会因氮素缺乏，致使微生物无法大量繁殖，堆肥化过程进行的相当缓慢；如果碳氮比太低，微生物分解出过多的氨容易从堆肥中挥发出来，导致氮元素损失。第27页，共64页，2023年，2月20日，星期三常见堆肥材料碳氮比牛粪C/N为（20-23）:1猪粪C/N为（10-14）:1鸡粪C/N为（20-23）:1常用调整材料碳氮比稻壳C/N为70:1菇类废弃木屑C/N为57:1木屑C/N为298:1第28页，共64页，2023年，2月20日，星期三（三）假堆通常碳氮比高的有机材料，其材质都较坚硬且密度较低。在混合材料堆积前需事先单独加水使其纤维软化，容积密度增大，以利后续堆积发酵，称作假堆。第29页，共64页，2023年，2月20日，星期三（四）混合及水分控制先将粪便风干至水分达30%-40%，将粪便与稻草（切碎）等蓬松物按质量100:10混合，每100kg混合肥中加入1kg催熟粉，充分拌合均匀，堆肥材料经过充分混合均匀有利发酵。为了省工，可采用混层堆积。材料混合的同时，可以适当的调整含水量至60%。水分含量不足时，添加水分时注意不要让肥水流失。堆积材料水分含量过多时，可加入木屑、谷壳等调整。第30页，共64页，2023年，2月20日，星期三（五）堆积（根据堆肥的温度变化，可以判定堆肥发酵的腐熟程度）第一次混翻：当气温达15℃时，堆积后第三天堆积表面以下30cm处温度可达70℃，堆积10d以后可以进行第一次混翻，混翻时，堆肥表面以下30cm处温度可达80℃，几乎无臭。第二次混翻：第一次混翻后10d，堆肥表面以下30cm处的温度为60℃。第三次混翻：10d以后，堆肥表面以下30cm处的温度为40℃。混翻后的温度为30℃，水分含量达30%左右之后不在混翻，等待后熟。第31页，共64页，2023年，2月20日，星期三堆肥温度的变化第32页，共64页，2023年，2月20日，星期三堆积体积大堆积体积小体积越大越容易发热升温，但在初期60℃以上的高温需维持7-14天，可以杀死粪便中的虫卵和杂草种子，大肠杆菌也可以大为减少，达到有机肥无害化处理的目的。此后调整为50-60℃。体积过小，温度不易升高，不能达到杀菌及发酵的目的。第33页，共64页，2023年，2月20日，星期三（六）覆盖目的在于防止水分散失、保温，使堆肥水分及温度均匀布置，有效促进发酵。防止蚊虫产卵、病原菌和杂草种子侵入，维持堆肥品质。覆盖物的材质以麻布类为上品，其次是稻草、秸秆类、草席等。塑料布仅适用于户外防雨使用。第34页，共64页，2023年，2月20日，星期三（七）摊开（后发酵）当堆肥发酵温度降至40℃左右，即使堆翻也不再升温，且堆肥色泽变黑，没有臭味，材质脆软。可将堆肥摊开呈高约20-40cm平摊状。此时微生物转为低温后发酵作用，堆肥成分稳定腐熟。第35页，共64页，2023年，2月20日，星期三四、堆肥化设备堆肥设备是为微生物提供生长环境。最主要的是控制因子的通气状况，有机械设施使微生物维持在好氧状态下。传统式（野积式）：主要是由堆积体的表面或者人工堆翻来提供好氧微生物所需的氧气，其效率低。通气静堆式：由通气系统和堆翻机械强制性的提供氧气。槽式：是一种堆肥化设备，堆肥化过程的操作过程是由设备组建来控制，是半自动化生产设备。第36页，共64页，2023年，2月20日，星期三传统堆肥（野积式）第37页，共64页，2023年，2月20日，星期三通气静堆式堆肥第38页，共64页，2023年，2月20日，星期三槽式堆肥第39页，共64页，2023年，2月20日，星期三五、堆肥品质测定的标准（中国台湾堆肥鉴定标准）品名保证成分有害成分最高含量/%其他规定事项一般堆肥氮0.6%、磷酐0.3%、氧化钾0.3%、有机质（干重）60%铜0.01锌0.08水分35%以下，沼渣堆肥40%以下。须经腐熟发酵。蛋鸡粪堆肥氮2.0%、磷酐2.0%、氧化钾1.0%铜0.01锌0.08水分35%以下须经腐熟发酵混合有机质肥料氮及磷酐，或氮及氧化钾含量合计6.0%。氮、磷酐、氧化钾1.0%镉0.00008砷0.01固态有机质40%以上水分35以下树皮堆肥碳量40%-50%碳氮比（20-40）：1阳离子交换容量60mmol/100g电导度4.0mΩ/cm以下水分40%

第40页，共64页，2023年，2月20日，星期三六、堆肥的功效(一)提供营养不仅含有氮、磷、钾、钙、镁、硫等常规营养成分，还含有铁、锰、铜、锌等微量元素。肥效具有缓效性，连续使用时可产生累积效果。（二）改善土壤化学性质增加土壤机制调节土壤PH值增强土壤中阳离子交换能量增加土壤螯合作用改善土壤缓冲能力第41页，共64页，2023年，2月20日，星期三（三）改善土壤物理性质改善土壤结构保持土壤水分涵养土壤氧气防止土壤冲蚀增强土壤强度（四）丰富土壤生物群落丰富生物群落，使生物群落趋向稳定，进而促进土壤中物质循环和能量循环。第42页，共64页，2023年，2月20日，星期三七、堆肥施用原则及方法堆肥适宜当基肥堆肥应与土壤混合或者用土覆盖施用施用量的决定注意经济效益堆肥着重土壤改良及肥效积累土壤性质影响第43页，共64页，2023年，2月20日，星期三第44页，共64页，2023年，2月20日，星期三第四节粪便饲料化技术一、畜禽粪便饲料化的可行性（一）营养成分干牛粪干猪粪干鸡粪粗蛋白质10%-20%粗脂肪1%-3%无氮浸出物20%-30%粗纤维15%-30%粗蛋白质11%-31%粗脂肪2%-9%维生素A1600国际单位kg赖氨酸5.2%粗蛋白质15%-30%粗脂肪1%-3%无氮浸出物20%-30%粗纤维10%-16%各种氨基酸8%-10%第45页，共64页，2023年，2月20日，星期三（二）安全性畜禽粪便含有丰富的营养成分，但也含有许多有害物质，包括病原微生物、化学物质、杀虫剂、有毒金属等。研究表明，带有潜在危害的畜禽粪便经过适当处理后，用作饲料是安全的。在使用畜禽粪便作为饲料时，要禁用畜禽处于治疗期的粪便；在动物宰杀前减少饲料的使用量或停用粪便饲料。第46页，共64页，2023年，2月20日，星期三（三）对畜牧产品的影响例：实验表明，用份量占日粮24%的鸡粪喂牛，喂养一定时间后实验组与对照组的日增重量分别为1.10kg/头和1.07kg/头，日摄入量的干重为6.34kg/头和6.31kg/头，饲料和增重比分别为6.49和7.25。鸡粪不但可以作为羊和奶牛饲料粗蛋白添加成分，而且在奶牛饲料中加入12%的干鸡粪，可以提高乳汁产量和质量，不影响肉牛的鲜肉等级和风味。第47页，共64页，2023年，2月20日，星期三（四）经济效益畜禽粪便不同利用形式经济效益的对照粪便种类收益/元·t-1收集粪便费用/元·（1000t）-1肥料饲料沼气肥料饲料沼气肉牛奶牛猪鸡蛋童子鸡25.0617.0018.6136.4526.5411.814118.14136.57155.14159.5713.3712.7417.1717.9316.294168003480861030631187916459818902402425094756325505601388393219680259360950875840139650第48页，共64页，2023年，2月20日，星期三二、畜禽粪便饲料化的方法（一）干燥法（饲料化的常用处理方法）按照是否加入人为动力可分为：自然干燥法和人工干燥法。（二）青贮法（无氧发酵）把畜禽粪便单独或与其他青绿饲料（秸秆、蔬菜、糠麸等）采用青贮技术保存饲料中主要营养成分。（三）有氧发酵在处理过程中，需要充气、加热、产品干燥。（四）分离法选用一定的冲洗速度，筛选，将畜禽粪便中固体和液体部分分开，可以获得满意的结果。第49页，共64页，2023年，2月20日，星期三第五节粪便燃料化技术一、沼气法（一）系统组成1、前处理系统主要由固液分离、PH值调节、料液设计等单元组成，作用在于去除粪便中的大部分固形物，按工艺要求为厌氧消化系统提供一定量、一定酸度的发酵原料。第50页，共64页，2023年，2月20日，星期三2、厌氧消化系统厌氧消化系统的作用：在一定温度、一定时间内将输送的液料通过甲烷细菌的分解进行消化，同时生成沼气的主要成分——甲烷。有机物+H2O

CH4+CO2+新的能量+NH3+H2S+热量发酵一般分为常温发酵、中温发酵和高温发酵。厌氧微生物第51页，共64页，2023年，2月20日，星期三3、沼气输配及利用系统主要包括沼气净化系统（脱硫、脱水）、沼气贮存、运输管道、居民或生活用燃气等组成单元。4、有机肥生产系统将前处理分出的粪渣和消化液沉淀的有机污泥混合，然后加工成商品有机肥料的系统。主要有腐熟、烘干、造粒、包装等单元。5、后消化液处理系统保证厌氧发酵后的消化液做种能达到国家和地方的排放标准，或者能再一定的范围内自行受纳利用。第52页，共64页，2023年，2月20日，星期三（二）利用模式

工艺流程图粪便污水栅格酸化调节池厌氧罐沉淀池气体净化贮气柜沼气沼渣肥料污泥肥料沼气供生活和居民生活用品沼液肥料鱼塘农田灌溉果园无公害蔬菜生态型第53页，共64页，2023年，2月20日，星期三工艺适用条件①日处理粪便污水量50t以下，如年出栏量15000头以下的养殖场。②养殖场周围应有较大规模的鱼塘、农田、果园和蔬菜地，供沼液、沼渣的综合利用。③沼气用户距养殖场较近（＜2000m）工艺特点①畜禽粪便污水可全部进入处理系统。②厌氧工艺可采用全混合厌氧池、厌氧接触反应器、升流式污泥床反应器。③沼气的利用方式为小规模集中管网供气。④沼液沼渣进行综合利用，建立以沼气为纽带的良性循环的生态系统，提高沼气工程的综合利用效率。第54页，共64页，2023年，2月20日，星期三优缺点①工艺简单，管理、操作方便。但工艺处理单元的效率不高。②沼气的可获得量高，但处理后的沼渣浓度仍很高，就地消化综合利用时配套所