CN104446698A - 一种富硅生物炭有机肥 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种富硅生物炭有机肥，利用了稻谷壳高的Si含量，采用三次发酵工艺得到丰富的水稻可利用的有效硅，并结合稻谷壳生物炭较高的pH值和硅含量、较大的比表面积的特点，通过发酵的稻谷壳与稻谷壳生物炭两种材料的结合，形成多方面的互补，发酵后稻谷壳中的硅肥速效性较好，有利于作物在短期内利用，而稻谷壳生物炭中的硅，能在微生物作用下较缓慢地释放，能满足作物较长时间内对硅的需求。

Description

一种富硅生物炭有机肥
技术领域
本发明涉及肥料生产技术领域，特别涉及一种富硅生物炭有机肥。
背景技术
硅在自然界中虽然分布很广，其含量仅次于氧，居第二位，但在自然界中几乎没有游离态的硅，但绝大部分呈结晶态，不能被植物吸收利用。土壤中的有效硅，即能溶于pH值为4的醋酸缓冲液的硅，其含量因土壤的成土母质类型而异。在我国南方的酸性、微酸性土壤由于强烈的脱硅富铝化的成土作用，土壤有效硅含量较低。因此，酸性、微酸性土壤与砖红壤、红黄壤等土壤有效硅缺乏。而在北方的石灰性土壤中，由于土壤中大量的碳酸钙对硅酸的吸附与固定，也易降低了硅的有效性，结果往往也会引起硅的缺乏。因此，对一些喜硅作物而言，硅元素往往成为作物生长的限制因子。如我国的水稻土壤，据粗略估计，大约有两亿亩水稻土存在缺硅现象，在水稻茎叶中的二氧化硅含量不及茎叶干重的10％时，即可视为缺硅，需要施用硅肥。大量研究证实，硅能提高水稻、大小麦、甘蔗等禾本科作物的光合效率。同时，由于淀积在表皮细胞壁中的硅形成角硅双层，能增强茎杆的机械强度，使植株挺拔，有效地防止水稻、大小麦等作物的倒伏现象，提高作物抗病虫害能力。
稻谷壳是稻谷加工过程中的农业固体废弃物，具有产量大、来源广和利用率低的特点。稻谷壳中含有丰富的二氧化硅，约占10-21％，且呈无定形态，是一种很有价值的资源。但由于稻谷壳表面坚硬粗纤维、木质素等交织在一起结构致密，不易在土壤中分解。因此，直接将稻壳放入土壤中，对土壤可利用硅含量的提高效果十分有限，如果加入量过多，往往给土壤结构带来不良的影响。
发明内容
本发明的目的在于一种富硅生物炭有机肥，利用了稻谷壳高的Si含量，采用三次发酵工艺得到丰富的植物可利用的有效硅，并结合稻谷壳生物炭较高的pH值和硅含量、较大的比表面积的特点，既可提高肥料的缓释性，又可增加养分的有效性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种富硅生物炭有机肥，其特征在于，所述富硅生物炭有机肥由以下方法制备而成：
(1)一次发酵：将80-90重量份稻谷壳、10-20重量份米糠和0.2-0.4重量份枯草芽孢杆菌液混合搅拌均匀得一次混合物料，加水调节一次混合物料的含水量在60-70％，将一次混合物料建堆发酵5-7天；
稻壳表面坚硬，硅含量高，腊质层厚，不易吸水，不易被细菌分解。枯草芽孢杆菌在一定的培养条件下可产生大量的木质素、纤维素分解酶，同时能耐65℃以上的高温，对稻壳的初期分解具有很好的效果。米糠中平均含蛋白质、脂肪、维生素含量丰富，既可为枯草芽孢杆菌的繁殖提供充足的氮源和其它养分，其自身又是良好的有机肥料。采用米糠和稻谷壳混合发酵，能获得更加好的发酵效果及更高的有效硅含量。
(2)二次发酵：待一次发酵完成的一次混合物料堆温度降至40℃以下时，向一次混合物料堆中加入稻谷壳生物炭及EM菌液，搅拌混合均匀得二次混合物料，加水调节二次混合物料的含水量在40-50％，将二次混合物料建堆进行二次发酵，二次发酵时间为：夏季和秋季为5-7天，春季和冬季为10-15天；
在首次发酵后稻壳结构疏松，吸水性能增大，此时加入EM菌液，进行二次发酵，可充分发挥EM菌中光合细菌、嗜酸性乳杆菌、乳酸菌群等各类微生物各自的作用，形成共生共荣的关系，同时，加入的稻谷壳生物炭具有多种功能，一方面提高发酵物的pH值、增加通气性能，保证EM状态稳定，功能齐全，另一方面，生物炭较大的空隙和较丰富的有效养分含量给EM菌群造就良性生长环境，能充分发挥EM菌群在分解常规条件下不易降解的有机物质、抑制病原菌、消除环境恶臭和提高养分的有效性等方面的功能。
混合物料堆的高度、宽度都不能小于1米，长度不小于1.5米。
(3)三次发酵：向二次发酵完成的二次混合物料堆上均匀喷洒糖蜜，搅拌混合均匀继续发酵2-5天；
(4)造粒：将三次发酵完成的物料放入搅拌机中，搅拌混合均匀，经挤压造粒，烘干，冷却，筛分得到产品。
本发明采用三次发酵工艺获得的发酵的稻谷壳含有丰富的水稻可利用的有效硅(可溶性硅)，能有效满足水稻整个生长期所需的硅。同时，由于稻谷壳生物炭的存在，使肥效持续、营养均衡、并能改善稻田土壤结构和持水能力、可以提高水稻的产量和品质。通过发酵的稻谷壳与稻谷壳生物炭两种材料的结合，形成多方面的互补。从肥料效果对比，发酵后稻谷壳中的硅肥速效性较好，有利于作物在短期内利用，而稻谷壳生物炭中的硅，能在微生物作用下较缓慢地释放，能满足作物较长时间内对硅的需求。从结合效果分析，由于稻谷壳生物炭pH值为碱性(7.5-8.0)、且含有较丰富的孔隙结构，有利于可溶性硅溶解度的提高和保存。此外，更为重要的一点是，无论是发酵的稻谷壳，还是稻谷壳生物炭，其来源本身就是来自水稻，因此，其含有的硅元素也是水稻最易于吸收的。
以糖蜜作为第三次发酵的引导物质具有多种作用。一方面糖蜜含有的糖类、粗蛋白质及矿物质及其相互比例十分适合EM菌的繁殖，在二次发酵后加入糖蜜，可在进一步增大微生物的活性和含量，其次，经过三次发酵后生成的产品含水量为18-25％之间，符合有机肥料的水分含量标准，不需要另外加热干燥，此外，由于糖蜜粘结性强，在后期造粒过程中不需要另加粘结剂。
作为优选，所述枯草芽孢杆菌液中的活菌数大于0.9亿个/毫升。
作为优选，所述稻谷壳生物炭为在350-600℃温度下裂解3-5小时而得。炭化在无氧环境中进行，本发明采用低温(350-600℃)炭化技术制备稻谷壳生物炭，在这样的温度下，稻谷壳生物炭的二氧化硅含量大于30％，且大多数呈现无定形态，pH值较高，为7.5～8.0，比表面积大于80m2/g，使用效果佳。
作为优选，所述稻谷壳生物炭的用量为一次发酵完成的一次混合物料堆重量的30-60％，EM菌液的用量为一次发酵完成的一次混合物料堆重量的0.2-0.3％。
作为优选，所述糖蜜用量为二次发酵完成的二次混合物料堆重量的3-5％。
本发明的有益效果是：
1、采用三次发酵工艺能显著提高稻谷壳中可被植物利用的有效硅含量，获得的发酵的稻谷壳含有丰富的水稻可利用的有效硅，有效硅含量高达12-15％，能有效满足水稻生长早期所需的硅。
2、采用低温生产的稻谷壳生物炭，既保留了无定形硅的形态，有利于作物吸收利用，又通过裂解，解决了稻谷壳结构紧密，微生物不易生长的问题。
3、稻谷壳生物炭的使用，可提高有效养分利用率，使肥效持续、营养均衡、并能改善稻田土壤结构和持水能力、可以提高水稻的产量和品质。
4、通过发酵的稻谷壳与稻谷壳生物炭两种材料的结合，形成多方面的互补。从肥料效果对比，发酵后稻谷壳中的硅肥速效性较好，有利于作物在短期内利用，而稻谷壳生物炭中的硅，能在微生物作用下较缓慢地释放，能满足作物较长时间内对硅的需求。从结合效果分析，由于稻谷壳生物炭pH值为碱性(7.5-8.0)、且含有较丰富的孔隙结构，有利于可溶性硅溶解度的提高和保存。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1：
一种富硅生物炭有机肥，所述富硅生物炭有机肥由以下方法制备而成：
(1)一次发酵：将80重量份稻谷壳、20重量份米糠和0.2重量份枯草芽孢杆菌液(市售，活菌数大于0.9亿个/毫升)混合搅拌均匀得一次混合物料，加水调节一次混合物料的含水量在60％，将一次混合物料建堆发酵5天，堆放在室内，堆放地的环境温度应在10℃以上，期间当堆内温度上升至70℃以上时需要上下翻动堆料，以补氧、降温。
(2)二次发酵：待一次发酵完成的一次混合物料堆温度降至40℃以下时，向一次混合物料堆中加入稻谷壳生物炭及EM菌液(市售)，稻谷壳生物炭的用量为一次混合物料堆重量的30％，EM菌液的用量为一次混合物料堆重量的0.2％，搅拌混合均匀得二次混合物料，加水调节二次混合物料的含水量在40％，将二次混合物料建堆进行二次发酵，堆放在室内，堆放地的环境温度应在10℃以上，期间当堆内温度上升至70℃以上时需要上下翻动堆料，以补氧、降温；二次发酵时间为：夏季和秋季为5天，春季和冬季为10天。
稻谷壳生物炭为在350℃温度下裂解5小时而得。
(3)三次发酵：向二次发酵完成的二次混合物料堆上均匀喷洒糖蜜，糖蜜用量为二次发酵完成的二次混合物料堆重量的3％，继续发酵5天。
(4)造粒：将三次发酵完成的物料放入搅拌机中，搅拌混合均匀，经挤压造粒，烘干，冷却，筛分得到产品。
实施例2：
一种富硅生物炭有机肥，所述富硅生物炭有机肥由以下方法制备而成：
(1)一次发酵：将90重量份稻谷壳、10重量份米糠和0.4重量份枯草芽孢杆菌液(市售，活菌数大于0.9亿个/毫升)混合搅拌均匀得一次混合物料，加水调节一次混合物料的含水量在70％，将一次混合物料建堆发酵7天，堆放在室内，堆放地的环境温度应在10℃以上，期间当堆内温度上升至70℃以上时需要上下翻动堆料，以补氧、降温。
(2)二次发酵：待一次发酵完成的一次混合物料堆温度降至40℃以下时，向一次混合物料堆中加入稻谷壳生物炭及EM菌液(市售)，稻谷壳生物炭的用量为一次混合物料堆重量的60％，EM菌液的用量为一次混合物料堆重量的0.3％，搅拌混合均匀得二次混合物料，加水调节二次混合物料的含水量在50％，将二次混合物料建堆进行二次发酵，堆放在室内，堆放地的环境温度应在10℃以上，期间当堆内温度上升至70℃以上时需要上下翻动堆料，以补氧、降温；二次发酵时间为：夏季和秋季为7天，春季和冬季为15天。
稻谷壳生物炭为在600℃温度下裂解3小时而得。
(3)三次发酵：向二次发酵完成的二次混合物料堆上均匀喷洒糖蜜，糖蜜用量为二次发酵完成的二次混合物料堆重量的5％，继续发酵2天。
(4)造粒：将三次发酵完成的物料放入搅拌机中，搅拌混合均匀，经挤压造粒，烘干，冷却，筛分得到产品。
实施例3：
一种富硅生物炭有机肥，所述富硅生物炭有机肥由以下方法制备而成：
(1)一次发酵：将85重量份稻谷壳、15重量份米糠和0.3重量份枯草芽孢杆菌液(市售，活菌数大于0.9亿个/毫升)混合搅拌均匀得一次混合物料，加水调节一次混合物料的含水量在65％，将一次混合物料建堆发酵6天，堆放在室内，堆放地的环境温度应在10℃以上，期间当堆内温度上升至70℃以上时需要上下翻动堆料，以补氧、降温。
(2)二次发酵：待一次发酵完成的一次混合物料堆温度降至40℃以下时，向一次混合物料堆中加入稻谷壳生物炭及EM菌液(市售)，稻谷壳生物炭的用量为一次混合物料堆重量的30％，EM菌液的用量为一次混合物料堆重量的0.25％，搅拌混合均匀得二次混合物料，加水调节二次混合物料的含水量在45％，将二次混合物料建堆进行二次发酵，堆放在室内，堆放地的环境温度应在10℃以上，期间当堆内温度上升至70℃以上时需要上下翻动堆料，以补氧、降温；二次发酵时间为：夏季和秋季为6天，春季和冬季为12天。
稻谷壳生物炭为在450℃温度下裂解4小时而得。
(3)三次发酵：向二次发酵完成的二次混合物料堆上均匀喷洒糖蜜，糖蜜用量为二次发酵完成的二次混合物料堆重量的4％，继续发酵3天。
(4)造粒：将三次发酵完成的物料放入搅拌机中，搅拌混合均匀，经挤压造粒，烘干，冷却，筛分得到产品。
将上述富硅有机肥应用于水稻中，试验点设在浙江主要水稻产区嘉兴桐乡，在2013年5-11月进行，水稻品种为甬优12号，2013年5月27日播种，6月27日移栽，11月26日收获。试验对照是传统的施肥方法，基肥为复合肥(N+P2O5+K2O)含量45％)，追肥为尿素和氯化钾，底肥、分蘖肥用量比为3:2，氮、磷、钾总用量分别为12.6、4.8、5.0kg/亩。有机肥试验处理是在上述施肥的基础上，加上本发明有机肥作为底肥施用，施用量为按80公斤/亩。对照和其它处理的管理方法一致，试验结果如下表：水稻施用本发明有机肥试验结果比较
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (5)

1.一种富硅生物炭有机肥，其特征在于，所述富硅生物炭有机肥由以下方法制备而成：
(1)一次发酵：将80-90重量份稻谷壳、10-20重量份米糠和0.2-0.4重量份枯草芽孢杆菌液混合搅拌均匀得一次混合物料，加水调节一次混合物料的含水量在60-70％，将一次混合物料建堆发酵5-7天；
(2)二次发酵：待一次发酵完成的一次混合物料堆温度降至40℃以下时，向一次混合物料堆中加入稻谷壳生物炭及EM菌液，搅拌混合均匀得二次混合物料，加水调节二次混合物料的含水量在40-50％，将二次混合物料建堆进行二次发酵，二次发酵时间为：夏季和秋季为5-7天，春季和冬季为10-15天；
(3)三次发酵：向二次发酵完成的二次混合物料堆上均匀喷洒糖蜜，搅拌混合均匀后继续发酵2-5天；
(4)造粒：将三次发酵完成的物料放入搅拌机中，搅拌混合均匀，经挤压造粒，烘干，冷却，筛分得到产品。
2.根据权利要求1所述的一种富硅生物炭有机肥，其特征在于：所述枯草芽孢杆菌液中的活菌数大于0.9亿个/毫升。
3.根据权利要求1所述的一种富硅生物炭有机肥，其特征在于：所述稻谷壳生物炭为在350-600℃温度下裂解3-5小时而得。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种富硅生物炭有机肥，其特征在于：所述稻谷壳生物炭的用量为一次发酵完成的一次混合物料堆重量的30-60％，EM菌液的用量为一次发酵完成的一次混合物料堆重量的0.2-0.3％。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种富硅生物炭有机肥，其特征在于：所述糖蜜用量为二次发酵完成的二次混合物料堆重量的3-5％。
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