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任何技术都不如健康的土壤 | 深入理解堆肥的原理

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引 言

堆肥,对大多数有机农人来说,是不可或缺的技术。然而,能真正做出有效堆肥的,却少之又少。七年多时间,身为有机会记者的我,走访过无数有机和生态农场,但当我问起堆肥时,没有一个农夫讲清了它的原理。

我认识一个做堆肥较好的农场主。他的技术源自日本。他只跟我强调“堆肥的关键是温度”,但丝毫不透露进一步的技术。他卖专利。最近,还与朋友参观了一个成都双流的生态农场。我们看到了一台堆肥机,听说200多万。买来的牛粪只要在里面处理3个小时,就变成所谓的“堆肥”。我们对这样的技术心存质疑,同时也对农场主感到失望,不是心疼他乱花钱,而是对他做有机的态度不认同。他们不是有所保留,就是一知半解。在大部分农场,我也很少看到像样的堆肥。

如今还有一个现象,为环保,国内大肆风行各种堆肥方法,比如波卡西堆肥、酵素堆肥、生物动力法堆肥等。我佩服为改善环境而身体力行的人,但不知怎的,堆肥技术传播得越快,我的心却越不踏实。纵观牵头推广堆肥技术的人,他们既没扎根土地的时间,又缺少研究的基础,往往因为偶然地接触一种方法,就大张旗鼓地推动开来,有些甚至演变成卖肥料卖技术的利益团体。这些技术,对广袤的中国大地来说,适用性究竟有多高,少有人反思。

跟风学习堆肥的人,一部分只求一个证书或背书,从学习之初,就不认真;还有一部分人,求的是方便法门,但因求错方向,总是半途而废。只有少数人,尤以小农为主,他们迫切想要做出堆肥,改变自家农田的土壤环境,生产出卖相更好的蔬菜。可是,由于听了半桶水老师不甚了了的指导,他们耗尽心力做出的堆肥,不仅达不到改良土壤的目的,还有可能给作物带来伤害。

《全国土壤污染状况调查公报》(2014年)显示:“中国土壤环境状况总体不容乐观,部分地区,土壤污染较严重。全国土壤总的超标率为16.1%。”中科院南京土壤研究所研究员骆永明表示,目前急需修复的两大类是工矿企业搬迁后的土壤和农田土壤。联合国环境署 2016 年的调查报告指出:“中国约有 16%的土壤和 19%的耕地受到不同程度的污染。”2015年是全球土壤年,根据联合国粮农组织发布的《世界土壤资源状况》报告显示,“目前世界大多数土壤的状况都算不上很好,只能算作一般、较差或很差,并且许多地方的土壤状况正在恶化。由于盐碱化、板结、酸化和化学污染等原因,全球33%的土地正处于中度到高度退化之中。”

联合国修复土壤的指导意见中,“购买有机食品”、“少用抗菌药物,包括减少畜牧业中抗生素的使用”、“制定农业指导方针,有效控制并减少化肥和农药的使用量”和“开展农业生态实践”都与有机农业有关。但是,别以为自己不用化肥农药除草剂,做了堆肥,就是有机农业。有机农业,是一种可循环可持续的生产系统,它能维持土壤健康。如果我们所做的“有机农业”,不以土地为本,那么,这样的农业不过是又一场骗局罢了。

半年不到,使用了堆肥的土壤有明显改善(左)

半年不到,使用了堆肥的土壤有明显改善(左)

2019 年 6月 10 日至 14 日,84岁的池田秀夫老师,陪着他的中国学生——沃土可持续农业发展中心的彭月丽,还有成都田间学校的年轻农夫们,考察了鹿溪农场、雪梅农场、亮亮农场、憨豆农场、妈妈农场和雨浓农场,并举办了最后一期“沃土堆肥笃农家工作坊”。望着池田老师的背影,我庆幸自己没有错过这堂课。

为什么我要报名池田老师的课?前年,在彭月丽的引荐下,我采访了池田老师。他从沉重的黑色公文包里,翻出一个文件夹,从中抽出一张文稿,字迹清秀工整,是他打算递交给农业部门的研究报告。因为领导看不懂,所以他尽量用浅显的话描述;领导一次看不明白,他就修改措辞,再投递;一年过去,反反复复,越改越简单。池田老师花了20 年研究中国的土壤,在山东农业大学图书馆,研究透了中国与堆肥相关的论文,从一天一页中文论文都看不完的“老头”,自学成了可以用中文授课的“老老头”。在我心目中,如果要学习堆肥技术,那么在中国没有比他更好的老师!他只用了半天时间,就讲清楚了堆肥原理,那是可以举一反三的智慧,而不是某一个具体的方法。正如彭月丽所说,池田老师化繁为简,将 20 年的研究毫无保留地传授给了大家。

现今国外的方法,为什么让农夫趋之若鹜呢?因为中国的土壤急需改良,他们对了症。可是,发现问题,还要解决问题。国外的方法虽好,却并没有在中国的土地上实践过,缺乏本土研究和支持。要知道,池田老师所推行的堆肥,是建立在对中国土壤透彻研究的基础上,不仅是他一个人的研究成果,还承载了无数中国高等院校研究者的心血。

通过翻阅论文,池田老师发现,早在90年代,中国就有了改良土壤的堆肥技术,但是,农民不知道,也没人告诉他们。中国缺的不是技术,而是像池田老师一样,推动技术应用的承上启下的人物。在日本,这些人被称作“笃农家”。不管是沃土农耕学校,还是成都田间学校,渴望培养的恰是中国未来的笃农家!

听说明年2月,池田老师的签证将到期,他来中国授课的机会越来越少。毕竟,他年纪也大了。这一路,与我们连轴转,大家有些辛苦,但池田老师从未放下他的严厉。

池田秀夫,日本福冈县人,1935年生,1997年退休后来到中国,在山东大学学习汉语,以及农业知识;2002年开始,先后与山东农业大学园艺学院、山东农科院及一些寿光、肥城等地事企业单位及当地政府相关部门共同研究山东各地农业生产中的问题,从事土传病害的防治和土壤改良工作,以及草莓栽培的相关研究。在寿光市、济南市、泰安市、肥城市、曲阜市等地指导有机堆肥的生产、土壤改良、土传病害治理及草莓栽培等。2010年2月,获得中华人民共和国国家外国专家局授予的外国专家证书(类型:经济技术类)。

——沃土可持续农业发展中心

池田老师授课中

池田老师授课中

池田老师与彭月丽

池田老师与彭月丽

(本文整理自我的听课笔记,如有疏漏,请指正!)

堆肥的背景

在了解什么是堆肥前,先谈谈其背景。

在长达4000年的传统农耕阶段,中国农夫早已养成了堆肥的习惯,他们采用传承自祖辈的方法,选择就地可取的材料,处理秸秆、粪便、落叶等有机垃圾。不同地域的农夫,拥有不一样的堆肥方式,那是一个百花齐放、自力更生的农业时代。因为农田的产出最终全部回到了原有的土地,有机质和营养物质不断被还田,形成了对微生物来说相对稳定的生长环境,所以土壤结构未遭破坏。

1960年前后,中国有了兴建大型化肥厂的技术。从此,我们的农业转向了。化肥和农药的投入,改变了因地制宜的生产方式。虽然短时期内,大幅提高了土地的产量,也减轻了农人的耕作负担,但是,随着化肥和农药的无节制使用,土壤的平衡被打破,继而出现严重后果:土壤缺少微量元素,有机质消耗殆尽,循环减弱;加上大型机械的使用,导致土壤板结。经过60年的消耗,土壤已失去耕作的能力。比如,菠菜和小麦的根,原本可深入土里0.5米至1米,但现在普遍的情况是,它们的根只扎得到浅耕层,也即 15~20 厘米。

彭月丽/原稿

彭月丽/原稿

自然林是土壤平衡的典范。在森林中,不用打农药化肥,植物生长也茂盛,而且还鲜有病虫害爆发。为什么呢?因为土壤健康。现代农业下的土壤问题是:有机质不足,微生物单一,板结。由此得出,现阶段土壤改良的方向非增加有机质莫属。目的是复原未恶化前的环境,也就是1960 年前的土壤状态。虽然不容易,但势在必行。

池田老师/原稿

池田老师/原稿

有必要强调的是,农夫以为只要用了堆肥,就对土壤有利,实则不然。改善土壤的方法有两种:其一是土壤改良型,其二是肥料型。土壤改良型所需的原材料,大多是难分解的有机物,比如木屑、稻壳、树皮、树枝等,在我们游学的几个农场,也有农夫使用中药渣和菌渣;它们的特性是养分少,但改善作用大。肥料型所需的原材料是易分解的有机物,比如家畜的粪便,它们的特性是养分多,但对土壤的改良作用小。针对当下中国长期使用化肥的土地而言,选择土壤改良型的堆肥更迫切。

森林(摄于韩国)

森林(摄于韩国)

堆肥的原理

那么,什么是堆肥呢?“堆肥是微生物在有氧条件下,分解发酵腐殖物,形成稳定腐殖质的过程。”有三个重点:“有氧条件”、“分解发酵”和“稳定腐殖质”。严格比对定义,农夫可自查不少问题。比如,有的农夫在堆肥时,由于没有及时翻堆,导致不可逆转的厌氧发酵,做出了失败的堆肥。还有的农夫,运用不同材质的原料,由于它们的发酵时间不同,导致最终的堆肥分解不完全,未达到完熟。在堆肥实例中(下一篇文章),我会详细地介绍,为什么有的农夫自以为做出了高品质的堆肥,但实际上却并不成功的原因。

堆肥是人类观察自然得来的方法。前文提到,土壤平衡的典范是自然林。自然林有丰富的腐殖土,它们产生的进程,就是我们制作堆肥的过程。

从左到右:堆肥原材料,分解发酵中,堆肥完成品

从左到右:堆肥原材料,分解发酵中,堆肥完成品

模拟土壤表面堆肥的环境,涉及5个要素。它们分别是营养、水、空气、温度和时间。

营养,本文指的是有机物。堆肥前,要先筛选材料,做好分类,再合理搭配使用。搭配原则是“主料(木质材料)+辅料(粪便)”,就像炒青椒土豆丝似的,土豆为主,青椒为辅,不然炒出来的菜就脱离了常规。

材料刚刚开始分解发酵

材料刚刚开始分解发酵

堆肥中,有一个指标,即碳氮比(C/N 比)。合适的 C/N 比有助于微生物分解发酵。原料的C/N比如果在30~50区间内,那么不用调节,直接加水打湿就可以发酵。一年生杂草的C/N比是30,这让我明白为什么自然农法农夫热衷用杂草堆肥,哪怕成效缓慢的原因。随着发酵时间的增加,C/N 比也跟着下降,因为 C 元素与空气作用,产生二氧化碳挥发了一部分,而N元素被微生物分解后依然留在堆肥中。发酵完成时,C/N 比通常在15~20。增加土壤的腐殖质,就要选择 C/N 比高的原料,比如稻壳、树枝等。材料的生长期越长,木质化的程度越高,C/N 比也越高。如果堆肥全部使用鸡粪(C/N 比是 7~8),在发酵过程中,由于 N 含量高,氨气将挥发出来,导致营养流失,人也会闻到臭味。

还有,不能把所有材料放在一起堆肥,在这之前,要了解每一种有机物的特性。否则,最终将产生失败的堆肥,因为分解不完全。

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总之,搭配上要平衡(C/N比=30~50)。过多使用粪便堆肥,将造成营养的流失,且起不到增加土壤有机质的作用。多使用木质材料,虽然营养较少,但耐久腐殖质多,能改良当前的土壤。

水的控制在 60%的湿度最有益微生物的分解作用。低于 40%,微生物将进入休眠;高于 80%将导致厌氧发酵。再强调一遍:堆肥的原则之一是“好氧发酵”,这样才能产生丰厚的有机质,达到改良土壤的目的。厌氧发酵生成不了腐殖质。

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适量的空气是有氧发酵的前提。保证有氧发酵的关键是做好及时的翻堆。怎么能做到及时呢?那就是每天定点定时监测堆肥的温度,若发现最高温下降有5~10℃,就要做一次翻堆,并利用这次翻堆时机,检查堆肥质量。如果没有及时翻堆,可能发生厌氧发酵,一旦厌氧菌占上风,翻堆也不可逆转为有氧发酵。补救的办法是直接把厌氧发酵的失败堆肥埋入土壤里(需要在栽苗或定植前一个月进行,否则可能给植物带来伤害);或从中提取营养液,生成液肥。

厌氧发酵,植物腐败、潮湿

厌氧发酵,植物腐败、潮湿

微生物会产生热量,不管是在冬天还是夏天,堆肥都能达到高温60~80℃。发酵的进程中,微生物种类不是一成不变的。一开始,是丝状菌和细菌起主要作用,分解糖类和蛋白质;接下来是放线菌和真菌作用,分解纤维素,这时材料开始腐烂;之后是担子菌在起作用,它分解堆肥中的木质素;发酵完成的堆肥,看上去质地平均,就像土一样,不过比土颜色深。

完熟的堆肥

完熟的堆肥

由于微生物种类不同,所以在同一个堆肥中,不同阶段的温度会变化。它不是恒温的。成功的堆肥,温度是波动的,正如上一段提到的,这要求农夫每天定时定点记录温度,绘制表格,及时翻堆。温度是人类与微生物沟通的媒介,也是非常重要的检测堆肥质量的指标。有些农夫的堆肥始终升不了温,有些农夫的堆肥稳定在一个温度,这些是做出失败堆肥的预兆(下一篇文章将详细谈这个问题)。

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不同材料所花的堆肥时间不同。稻壳的话,需要 3~6 个月。越是难分解的材料,所需的时间越长。我们走访的农场,有的用中药渣或菌渣堆肥的,大约 3 个月就能看出雏形,半年能堆好。

白色物质是丝状菌,表明发酵处于第一阶段

白色物质是丝状菌,表明发酵处于第一阶段

堆肥技术要点

上面讲了堆肥的条件,下面再讲堆肥的技术。堆肥有两个动作:“堆”和“翻”。

“堆”的技术有五点:

一,准备有机物:分类、搭配,还要避免使用新鲜的材料,因为可能寄生病菌和虫卵。

二,准备场所:避免积水、避免淋雨,空气相对流通。有条件的,可修建堆肥槽;没条件的,可采用覆盖的办法。

三,堆积方式:一层一层堆(大约 20 公分);堆好一层后,要用脚踩踩,空气太多的话水容易流失;然后均匀地洒上水(60%的湿度),确保照顾到每一个角落。

四,规格:参考值是长宽 1.5~2 米,高 1.2 ~1.5 米(杂草堆肥)。低于 1.2 米,不利于积温;高于 2 米,不利于人工操作(使用机器的除外)。

五,测温度:每天定点定时,掌握最佳的翻堆时机。

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“翻”的时机要经常观察堆肥的情况:

规格是否合适?发酵是否正常?材料混合是否均匀?水、气、营养等是否合乎要求?

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堆肥常见问题

做好堆肥,观察最重要,交流也重要。在这里,我整理了课堂上一些与堆肥有关的零碎知识点,抛砖引玉,欢迎有志于做好堆肥的朋友,共同来切磋!

一,翻堆需要注意:

  • 材料要充分混匀。
  • 水分调节在60%。要用干材料,再浇水,而不能用新鲜材料与干材料混合。
  • 空气调节通过打散的方式。
  • 翻堆的最好时机是:最高温下降 5~10℃时。
同学们在亮亮农场翻堆

同学们在亮亮农场翻堆

二,判断堆肥完成:

可做发芽实验,用小青菜等种子20 粒,一周后,若发芽率在 80%以上,堆肥就有成果。最好再做一个对照组,以排除种子的问题。

三,波卡西堆肥误区:

10 多年前,中国农业大学研讨会上,池田老师听说了一种与日本传统堆肥技术相似的方法——ボカシ,当时,他翻译为“宝卡西”。

这也是一种好氧发酵的方法,日本每一个农家都有自己的ボカシ堆肥方式。宝卡西发酵慢,效果也缓慢。

宝卡西的技术要点是:

材料:养分多、C/N 比低的物质;在日本通常是米糠、豆饼、鱼粉、骨粉等。因为是C/N 低的好氧发酵,在微生物分解过程中,N 元素挥发到空气中,导致养分的浪费。

温度:中温发酵(55~60℃),需要经常翻动,否则容易失败,变成厌氧发酵。

宝卡西堆肥养分多,对土壤改良的效果差。养分多的土壤可能导致作物徒长(与施用化肥的效果相似),抵抗力弱,细胞不够强壮,易遭受病虫害的侵扰。

后来,中国出现了“波卡西”堆肥,要求使用特定的堆肥桶和EM 菌,但其实和最初的ボカシ堆肥原理截然相反了。波卡西堆肥是厌氧发酵,不是正宗的宝卡西堆肥。波卡西发酵完的并不是真正的堆肥,还需要埋进土里,2周后腐熟。如果直接使用,可能伤害植物的根系。

池田老师提到,EM菌的有效菌群只有 6~7 种,包括乳酸菌、酵母菌、纳豆菌、光合细菌等。人类已知的微生物少之又少,科学研究出来的大约只占微生物种类的0.2%,但大自然的菌种是无以计数的。任何人为制作的菌种,都不如本地微生物丰富多元。所以,用本地的材料制作堆肥,最有利于改良土壤。

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四,关于厨余堆肥:

在池田老师看来,厨余堆肥的实用性小。

厨余是每天都产生的,但厨余堆肥却不能天天发酵。如果厨余量大,达到 3~5 吨,集中起来堆肥,效果比较好;但如果量少,按照1 个家庭 1 天产生 1 公斤的厨余量计算,操作起来就比较麻烦(规格不到位导致温度上不去,材料不同导致发酵不完全,含水量高于60%导致厌氧发酵等)。

但是,如果没有更好的技术,又不想浪费,我们怎样处理厨余垃圾呢?

池田老师的建议是:先将厨余垃圾脱水(晒干、烘干都行),然后打碎与米糠混合在一起;放入保温桶内,2~3 天发酵完成。米糠可替换为品质好的堆肥。

在家制作的厨余堆肥,同样是养分高、腐殖质不足,仍起不到改良土壤的作用。但如果厨余堆肥能够与农场堆肥相结合,那是一个互动循环。

五,速效肥不是堆肥

还有农夫提到,他把秸秆泡在沼气里,等秸秆腐烂后,拿来当堆肥使。“方便的办法都不是好办法。”池田老师说。这种方法做出的根本不是堆肥,而是液肥,一种速效肥。它的特点是植物吸收快,但只有一次性效果。液肥主要喷洒于植物叶面,对管理不善、营养不足、需要抢救的作物来说,有立竿见影的作用,但那也是对“病人”而言。

池田老师说:“任何技术都不如健康的土壤!”为持续耕作,为后代还能吃到从土里长出的食物,让我们抓紧时间改良土壤吧!

预 告

明白,不一定做;做,也不一定合要求。这一篇介绍了堆肥的原理和技术要点,下一篇将带您跟着池田老师,到田间做实地考察。敬请期待下文——《农场堆肥实例解析》。农夫们的失败案例,别错过!

有机会原创

草西
草西,有机会主编,写作者;长期关注有机生活实践者的故事,报道小而美的人事物;热衷志愿服务和生命体验;身体力行推广有机。
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