CN103708896A - 一种秸秆高效腐解剂及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种秸秆高效腐解剂及其使用方法，将麸皮、硫酸亚铁、氯化钾和硫酸镁、碘化钾、硼酸钠、氯化锰、硫酸锌、硫酸铜、钼酸铵、土壤、尿素、普钙溶于水中，水量按秸秆∶水为1∶1.5的重量比添加，溶液均匀撒施于小麦秸秆中，进行腐解即可。本发明结合生产实际，研制的秸秆高效腐解剂及其使用方法，操作简便，投入小，腐解快速且彻底，是解决当前农业秸秆浪费的有效途径。

Description

一种秸秆高效腐解剂及其使用方法

技术领域

本发明涉及农业作物秸秆田间就地坑埋快速腐解肥料化技术领域，特别是一种秸秆高效腐解剂及其使用方法。

背景技术

从全球范围来看，每年我国在农业生产中产生的作物秸秆量居世界首位，每年可回收秸秆量超过7亿吨，而未被合理利用的秸秆量约占到可收集秸秆量的1/3。大量作物秸秆被焚烧和随意丢弃，造成严重的资源浪费和环境问题；由于我国农业生产集约化程度越来越高，有机肥在粮田土壤中的投入量不断减少，而复种指数居高不下，多数粮食主产区都实行一年二熟制，因此把秸秆代替传统的有机肥进行直接还田可以改善土壤理化性质、提高土壤肥力。但是，并不是所有情况下都能把秸秆进行机械化直接还田，如在淮河流域与长江流域的水旱轮作区，上季作物收获后与下季作物播种前之间的农田休闲时间极短，生产实际中迫切需要就地快速处理上季作物秸秆；而东北玉米主产区的大量秸秆由于气温低大量秸秆直接粉碎还田会造成腐解率低，严重影响下茬左右的播种质量，在此情况下，也需要在田间就地集中快速使秸秆肥料化后还田。

但目前秸秆还田存在很多问题：就冬小麦/夏玉米一年二熟轮作区而言，首先，由于玉米的秸秆量大和耕层旋耕过浅，麦苗根系只在秸秆较集中的土层中生长，秸秆在腐熟过程中易引起“烧苗”现象。其次，秸秆直接还田后，由于腐解微生物会消耗大量的氮素而使大田当年作物不增产甚至减产。再次，直接还田也会影响小麦播种质量。对于玉米产量高、秸秆量大或粉碎不好的地块，按常量播种不易保证基本的苗数，需要增加播种量或使用专门设备，大大增加了成本。另外，未经腐解的玉米秸秆直接还田后，在土壤中缓慢氧化，易导致土壤中某些微量元素有效性下降，同时也会产生一些对作物根系有害的物质。

因此，把田块尺度上的秸秆进行就地收集，并在田间地头进行就地快速肥料化处理，是提高粮田土壤肥力，彻底杜绝秸秆焚烧、提高大气环境质量的一举多得的措施。

中国专利公开号CN101250074提出一种用于人参地土壤改良的秸秆堆肥及其堆制方法，该专利按重量百分比由尿素2.00%～4.00%、磷酸二氢钾0.30%～0.60%、硫酸亚铁0.04%～0.08%、硼酸0.05%～0.15%、硫酸锰0.05%～0.15%、硫酸铜0.04%～0.08%、硫酸锌0.10%～0.30%、钼酸铵0.05%～0.15%，粉碎的植物秸秆余量，共同堆制而成。该专利的不足之处是粉碎秸秆花费人力物力，操作不方便。

中国专利公开号CN101096328提出了小麦秸秆生物有机肥的方法，技术要求为小麦秸秆草粉30～70%；畜禽粪36～16%；米糠23～6%；骨粉2～3%；白糖0.3～2%，生物素0.8～2%；微量元素0.5～1%。将小麦秸秆粉碎→原料混合→接种→控温控湿发酵→60℃烘干→添加营养复合剂→搅拌混合→包装。该专利操作工序复杂，添加物质较多，成本较高，操作不方便。

中国专利公开号200510031704公开了一种促进农业废物堆肥腐熟的活性添加剂及其应用，该专利是由芽孢杆菌、黑曲霉、木霉、青霉按比例混合发酵产生的发酵液的复合酶液，液态发酵液经过滤后，按堆肥原料重量的0.5～1%直接添加。虽然该技术对有机物降解能力与腐熟进程有所提高，但霉菌协同降解秸秆效果仍不理想，菌种在秸秆与土壤组成的系统中定植能力较弱；发酵温度相对较高，腐熟时间也较长。

中国专利公开号03118137.6公开了一种两次接种微生物复合菌剂堆肥法，在堆肥过程中两次添加两种不同功能的复合菌剂A、B进行堆肥，A是由铜绿假单胞菌、枯草芽孢杆菌、米曲霉、解脂假丝酵母、褐球固氮菌组成，B是由康宁木霉、粪肥纤维单胞菌、黄孢原毛平革菌组成。该技术制备菌种组成的种类繁多，制作腐熟时间长，仅菌剂的一级与二级扩陪就需要7～9天；生产工艺条件复杂，制作成本较高，不利于推广使用。

以上专利虽然提出了相对高效的秸秆腐解方法，但是在实际的生产运用中操作繁琐，引入外源微生物，局限性很大，无法有效地运用于大规模的秸秆循环利用，特别是对于秸秆粉碎，消耗大量的人力、物力。

发明内容

本发明的目的是要提供一种秸秆高效腐解剂及其使用方法，操作简便，投入小，腐解快速且彻底。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种秸秆高效腐解剂，由麸皮、大量元素及微量元素组成，所述大量元素包括硫酸亚铁、氯化钾和硫酸镁，微量元素包括碘化钾、硼酸钠、氯化锰、硫酸锌、硫酸铜和钼酸铵，所述腐解1000kg秸秆所用的上述各成分的重量为：麸皮2000g、硫酸亚铁100g、氯化钾100g、硫酸镁360g、碘化钾75g、硼酸钠66g、氯化锰27g、硫酸锌23.1g、硫酸铜29.25g、钼酸铵23.75g。

作为本方案的改进，还包括下述腐解1000kg秸秆所用的重量：土壤30kg、尿素14.29kg和普钙2.857kg。

一种秸秆高效腐解剂的使用方法，包括下述步骤：

1）将上述各成分溶于水中配置成腐解剂溶液，水量按秸秆∶水为1∶1.5的重量比添加；

2）挖腐解坑，铺设第一层秸秆，第一层秸秆占总秸秆的1/3，并向第一层秸秆喷洒1/4量的腐解剂溶液；

3）铺设第二层秸秆，第二层秸秆占总秸秆的1/3，并向第二层秸秆喷洒1/4量的腐解剂溶液；

4）铺设第三层秸秆，第三层秸秆占总秸秆的1/3，并向第三层秸秆喷洒1/2量的腐解剂溶液。

与现有技术相比，本发明的秸秆高效腐解剂处理的碳矿化率较高，在腐解过程中，秸秆中有机碳在微生物的作用下，发生矿化和转化，增加了土壤碳汇，CO₂在作物的生长发育过程中作为碳源参与农作物的光合作用，有利于农作物生长；本发明高效腐解剂处理全氮含量增加，秸秆腐解过程中，有机质大量分解为游离体，导致秸秆体积、质量下降，氮的绝对含量减少，但是相对含量增加，全氮为农作物提供养分，利于作物生长。本发明结合生产实际，研制的秸秆高效腐解剂及其使用方法，操作简便，投入小，腐解快速且彻底，是解决当前农业秸秆浪费的有效途径。

附图说明

图1为本发明的使用方法流程图；

图2为本发明的实施例腐解过程中温度的变化图。

具体实施方式

下面结合附图及其具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

一种秸秆高效腐解剂，由麸皮、大量元素及微量元素组成，所述大量元素包括硫酸亚铁、氯化钾和硫酸镁，微量元素包括碘化钾、硼酸钠、氯化锰、硫酸锌、硫酸铜和钼酸铵，所述腐解1000kg秸秆所用的上述各成分的重量为：麸皮2000g、硫酸亚铁100g、氯化钾100g、硫酸镁360g、碘化钾75g、硼酸钠66g、氯化锰27g、硫酸锌23.1g、硫酸铜29.25g、钼酸铵23.75g、土壤30kg、尿素14.29kg和普钙2.857kg。

如图1所示，一种秸秆高效腐解剂的使用方法，包括下述步骤：

1）将麸皮2000g、硫酸亚铁100g、氯化钾100g、硫酸镁360g、碘化钾75g、硼酸钠66g、氯化锰27g、硫酸锌23.1g、硫酸铜29.25g、钼酸铵23.75g、土壤30kg、尿素14.29kg和普钙2.857kg溶于1500kg水中配置成腐解剂溶液；

2）挖腐解坑，铺设第一层秸秆，第一层秸秆量为1000/3kg，并向第一层秸秆喷洒387.5kg的腐解剂溶液；

3）铺设第二层秸秆，第二层秸秆量为1000/3kg，并向第二层秸秆喷洒387.5kg的腐解剂溶液；

4）铺设第三层秸秆，第三层秸秆量为1000/3kg，并向第三层秸秆喷洒775kg的腐解剂溶液。

为了验证本发明高效腐解剂的效果，我们进行了两次田间试验，试验设计如下：

以本发明高效腐解剂为研究因素，设置添加市售速腐剂为对照，共3个处理，每个处理3次重复。处理一：秸秆＋水；处理二：秸秆＋市售速腐剂；处理三：秸秆＋本发明高效腐解剂。试验测定指标有：腐解温度，种子发芽率，秸秆总有机碳（TOC）、总氮（TN）和C/N比。

腐解开始至第10天的时候，秸秆颜色已经由原始的黄色变为褐色，颜色加深，手感变软，并且秸秆表面大量发霉，产生大量白色菌丝，发出一股霉味；但是不同处理的发霉程度有所不同，加本发明高效腐解剂和市售速腐剂的处理中，发霉程度更大，而加自来水的处理中只有少部分发霉。各处理秸秆中均有明显的热量产生，加本发明高效腐解剂的处理中有轻微的氨气味产生。腐解第17天的时候，秸秆体积有明显的减少，各处理霉味比第10天强烈。腐解第22天的时候，各处理霉味逐渐消失，秸秆手感明显变软。

由图2可以看出，腐解一开始各处理温度上升，市售速腐剂处理温度在第4天达到最高值50.67℃，本发明高效腐解剂处理温度在第5天达到最高值55.62℃，先后进入高温阶段。主要是秸秆中有机质易分解，在微生物作用下迅速分解，并释放出大量的热量。由图2看出本发明高效腐解剂处理刚开始升温幅度慢，达到高温后，降温趋势慢，对比来看，市售速腐剂处理刚开始温度提升很快达到高温后，温度迅速下降。由于本发明高效腐解剂加入了微生物生长元素，在腐解后期能为微生物充分提供营养物质，所以温度下降慢，高温持续时间越长。由图2看出本发明高效腐解剂处理温度45℃以上维持时间为7天，市售速腐剂处理温度45℃以上维持时间为5天，从第12天开始，各处理温度逐渐下降至趋于稳定。高温阶段是秸秆腐解的关键阶段，温度越高，持续时间越长，腐解快且彻底。

由表1可以看出，从腐解开始至腐解结束整个过程中，各处理中有机碳含量相对于腐解开始时都是减少的。腐解结束时有机碳含量都维持在30～40%之间，这是由于腐解开始后物料中不稳定的物质在微生物的作用下快速分解，转化为二氧化碳、水、矿物质。由表1可以看出，三个处理中，在腐解结束时添加本发明高效腐解剂的处理有机碳矿化率最高，达到16.65%，说明其在三个处理中有机物质降解程度最高，腐解最彻底。

表1田间腐解试验有机碳含量变化（g/kg）

注：图中第一次，第二次和第三次代表三次采样时间分别为腐解第10、17、22天，同下。

从表2看出，对比秸秆腐解前后含氮量，腐解后全氮含量明显增加。三个处理中，本发明高效腐解剂处理全氮的增加量最大，平均增加率达43.64%。主要是秸秆有机质不断分解成二氧化碳和水等散失，导致物料减少，造成全氮相对含量增加，虽然在秸秆腐解过程中有一部分有机氮会通过微生物作用分解转化为铵态氮等物质，但由于秸秆上层覆盖土，直接减少了铵态氮的挥发，所以整个腐解过程含氮量增加。

表2腐解过程全氮含量变化（g/kg）

在秸秆腐解过程中，由于有机碳含量下降，总氮含量上升，物料C/N比总体呈下降趋势。本发明高效腐解剂处理中添加了尿素以调节C/N比，由表3可以看出，腐解开始时添加本发明高效腐解剂的处理中C/N比最低，最符合微生物生长所需的C/N比范围。腐解结束时，根据最终C/N比与初始C/N比的比率值来看，添加本发明高效腐解剂的最低，为0.583。有学者指出，有机物料腐解过程中，最终C/N比与初始C/N比的比率值小于0.6可认为腐解完成。根据这个标准判断，添加本发明高效腐解剂的处理秸秆腐解速率最快，腐解最彻底。

表3腐解过程中C/N比的变化

注：比率的计算公式=（堆肥结束C/N）/（堆肥初始C/N）。

种子发芽率是通过测试腐解产物浸提液的生物毒性来评价有机物料腐熟程度，种子发芽率被公认为最敏感、最有效，最能反映腐解产物植物毒性大小的腐熟度评价指标。表4表明，三个处理的种子发芽率差异显著，且本发明高效腐解剂处理的种子发芽率比其它两个处理高，达87.5%。大量研究表明，腐解产物的种子发芽率超过85%即可认为达标，表明该腐解产物毒性已消除，不会影响作物种子的发芽，也不会抑制根的生长，达到完全腐熟。

表4腐解结束时各处理发芽率（%）

综述，C/N是有机物料腐解中关键因子，微生物生长繁殖需要碳源氮源，微生物合成一份蛋白质大概需要30份的碳，对于有机物料的腐解来讲，C/N为30左右是比较适宜微生物生长的。本发明高效腐解剂处理的碳矿化率较高。在腐解过程中，秸秆中有机碳在微生物的作用下，发生矿化和转化，增加了土壤碳汇，CO₂在作物的生长发育过程中作为碳源参与农作物的光合作用，有利于农作物生长。本发明高效腐解剂处理全氮含量增加。秸秆腐解过程中，有机质大量分解为游离体，导致秸秆体积、质量下降，氮的绝对含量减少，但是相对含量增加。全氮为农作物提供养分，利于作物生长。本发明高效腐解剂处理的发芽率达到了参考标准，所以该处理已达到消除毒性的标准，应用于农业不会影响作物种子的发芽和根的生长，达到完全腐熟。总的来讲，本发明高效腐解剂处理达到预期效果，可以应用于农业生产。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种秸秆高效腐解剂，其特征在于由麸皮、大量元素及微量元素组成，所述大量元素包括硫酸亚铁、氯化钾和硫酸镁，微量元素包括碘化钾、硼酸钠、氯化锰、硫酸锌、硫酸铜和钼酸铵，所述腐解1000kg秸秆所用的上述各成分的重量为：麸皮2000g、硫酸亚铁100g、氯化钾100g、硫酸镁360g、碘化钾75g、硼酸钠66g、氯化锰27g、硫酸锌23.1g、硫酸铜29.25g、钼酸铵23.75g。

2.根据权利要求1所述的秸秆高效腐解剂，其特征在于：还包括下述腐解1000kg秸秆所用的重量：土壤30kg、尿素14.29kg和普钙2.857kg。

3.一种秸秆高效腐解剂的使用方法，其特征在于，包括下述步骤：

1）将上述各成分溶于水中配置成腐解剂溶液，水量按秸秆∶水为1∶1.5的重量比添加；

2）挖腐解坑，铺设第一层秸秆，第一层秸秆占总秸秆的1/3，并向第一层秸秆喷洒1/4量的腐解剂溶液；

3）铺设第二层秸秆，第二层秸秆占总秸秆的1/3，并向第二层秸秆喷洒1/4量的腐解剂溶液；

4）铺设第三层秸秆，第三层秸秆占总秸秆的1/3，并向第三层秸秆喷洒1/2量的腐解剂溶液。

Images