CN104926533B - 一种堆肥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种堆肥及其制备方法，包括如下步骤：将生物炭和有机肥原料混合进行堆制，得到所述堆肥。该堆肥具有良好的透气性、保水和保肥能力，分别为土壤的3倍和15-20倍相对稳定，符合感官质量，使用该堆肥能提高氮素使用效率，同时减少淋熔等各类损耗，大幅度减少化肥的使用量，避免堆制过程的温室效应气体排放和氮素损失，同时解决秸秆焚烧和土壤肥力退化两个问题，将所述堆肥应用在蔬菜基质育苗中，能够显著提高幼苗的抗逆性、促进养分吸收和生长，堆肥中均为天然物质，对幼苗无害，环境友好。

Description

一种堆肥及其制备方法

技术领域

本发明属于有机肥制备技术领域，具体涉及一种堆肥及其制备方法。

背景技术

由于化肥的大量使用，替代了有机肥的投入，造成目前我国大范围的土壤肥力退化和氮肥利用效率较低的局面。而采用传统的有机肥，包括蚯蚓肥、微生物腐熟厩肥等，以及大力提倡的秸秆还田技术，通常认为是安全的土壤肥力恢复方式。但是也存在一定问题：

首先，在有机肥的堆置过程中释放臭气，并由此损失大约30％的氮素营养。而且，有机肥的含氮量一般为6％以内，为了满足作物的需要，有机肥使用量以满足氮素营养为基础，从而大量施用。造成环境危害，其中包括氮素淋失、NO_x释放、NH₃释放，特别是重金属污染和盐分积累。

其次，我国为了保证不断增长的人口所需的粮食供给，不得不采用密集的农业生产方式。由于种植密集，两个作物生育期之间间隔时间很短，秸秆自然降解的时间就非常有限，华北平原冬小麦-夏玉米模式的间隔时间只有1周。而即使还田秸秆达到初步腐熟，也至少需要2-3个月时间。事实上，导致大量的秸秆被焚烧。

第三，即使是生态农业提倡的秸秆还田，其分解分为矿质氮素释放和固定两个同时进行的过程，C：N为20-25最适合有机质分解。而且在这一过程中，除了秸秆的C:N比外，有机质C、N的分解特性也是重要的影响因素。秸秆的C:N高达60左右，因而直接的秸秆还田，在其腐解的过程固定一定的土壤氮素，和作物争夺氮素营养。

无论如何，有机肥在中国历史上的传统农业中，起到了至关重要的作用。而针对我国大量使用化肥造成的土壤肥力退化问题，合理使用有机肥将是未来农业的必由之路。

发明内容

本发明的目的是提供一种堆肥及其制备方法。该制备方法为将普通堆制的有机肥与生物炭结合的配方有机肥堆制技术。

本发明所提供的堆肥的制备方法，包括如下步骤：将生物炭和有机肥原料混合进行堆制发酵，得到所述堆肥(有机肥)。

上述制备方法中，所述生物炭是通过如下方法制备得到：将农作物秸秆粉碎，在密闭容器中，于300-500℃下燃烧30-180min，得到所述生物炭，其中，所述密闭容器中的含氧量(体积分数)为4-6％，具体可为5％，所述密闭容器可为砖混或者泥土结构的窑，或者高温炉。

所述有机肥原料可为厩肥，所述厩肥具体可为畜禽粪便，如：牛粪、鸡粪、猪粪等。具体操作中，可将大块的畜禽粪便打碎，过5-10cm的大孔筛。

所述混合具体可按如下方法进行：

当所述有机肥原料中的C：N比为10-15时，所述有机肥原料和所述生物炭的体积比为(0.8-1.5)：1，具体可为1:1。

当所述有机肥原料中的C：N比为15-20时，所述有机肥原料和生物炭的体积比为(1.5-2.0)：1，具体可为3:2。

当所述有机肥原料中的C：N比为20以上时，所述有机肥原料和生物炭的体积比为(2.0-2.5)：1，具体可为7:3。

所述混合时，还要向混合所得混合物中添加水，控制混合所得混合物的含水量在60-80％，具体可为70％。

所述堆制发酵的温度为50-80℃，具体可为70℃，时间为7-14天，具体可为10天。

上述制备方法中，还包括对所述堆肥放置至常温(25℃)，然后过2-10mm(具体可为10mm)筛，最后检测包装的步骤。

其中，将所述堆肥样品提交给具备资质的环境安全分析实验室，检测分析重金属、有害有机物、包括农药和塑料制品降解后残留有害物质，确认无污染、无有害物质后包装上市，用于各种农业生产的优质有机肥。如果检测结果不合格，如：仍含有有害生物，可再次堆制；如果重金属含量较高，可以限定该有机肥的使用量和使用范围，如：不适合用于蔬菜和其他农作物，可适量用于森林和园林绿化等。

此外，本发明所制备得到的堆肥(有机肥)也属于本发明的保护范围。

本发明首次提出在普通有机肥堆制过程加入生物炭，并提出根据有机肥原料的C：N比，确定添加的生物炭的量，可以最大程度地减少普通有机肥堆制过程的氮素损失，通常在有机肥自然堆制过程中，高达30％的氮素营养以铵态氮的形式流失，而加入生物炭后，铵态氮基本被生物炭吸附，流失率减少90％以上。避免秸秆焚烧、不提倡实际操作性较差的传统秸秆还田技术，而采用工业化的低温、低氧燃烧过程来替代秸秆还田的自然腐解过程，采用生物炭还田技术替代目前的秸秆直接还田技术。

此外，在有机肥堆制过程中添加生物炭，以吸附铵态氮，避免堆制过程中的氮素损失，将会减少NH₃和其他危害环境的气体(如NO_x强温室效应气体)的释放，避免大量氮素的流失。

所述堆肥能有效提高营养元素利用率的原因在于：1、有机物稳定性更强，同时能够更缓慢地从有机改良剂中释放，这是由于(1)营养元素被物理地固定在非结晶炭合物的适宜的孔隙中；(2)缓慢的生物氧化产生羧基，结合到生物炭结构上缩合的芳香族主链的末端，从而提高阳离子交换能力(CEC)；2、生物炭比其他任何形式的有机改良剂更稳定。而利用生物炭提高土壤肥力、同时增加土壤内C的固定量和植物的养分可利用量。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)所述堆肥具有如下特点：1、良好的物理结构，满足植物根系生长的需要，包括良好的透气性，是土壤的3倍左右、保水和保肥能力为土壤的15-20倍；2、操作简易、没有异味；3、相对稳定；4、无病虫害源、杂草种子、污染物；5、适合植物生长，符合供货商向消费者对产品的描述；

而且符合感官质量：1、原料来源清洁；2、卫生的、稳定的、腐熟的；3、黑色，并具有土壤气息；4、散碎，不干不湿，没有灰尘；5、容重低，为0.6-0.8g/ml，导电率为(EC)为700-900μs·cm^-1。

2)该堆肥(有机肥)的使用提高了氮素使用效率，同时减少淋熔等各类损耗，可以大幅度减少化肥的使用量。

3)将普遍采用焚烧方式处理的农业废弃物秸秆，转化为具有巨大利益价值的生物炭，极大地保护了环境，并为土壤肥力恢复和化肥利用效率提供了有效途径；与此同时，避免堆制过程的温室效应气体排放和氮素损失，同时解决秸秆焚烧和土壤肥力退化两个问题。

4)使用该堆肥可补充由农产品产出而带出田间的氮、磷、钾等营养元素；避免传统有机肥的重金属污染风险，并提高氮肥的利用效率达10-20％、促进磷肥的吸收达20-30％。

附图说明

图1为实施例1中的有机肥生产过程的堆制(上左、上右)和过筛(下)。

图2为实施例1中的贫瘠土壤(左)与施加有机肥后富含有机质土壤(右)比较。

图3为实施例1中生菜分别生长在普通土壤(右图)和含有1％有机肥的普通土壤(左图)中6周后的生长状况对比图。

图4为实施例1中黄瓜分别生长在普通土壤(右图)和含有1％有机肥的普通土壤(左图)中7周后的生长状况对比图。

图5为实施例1中番茄和黄瓜均分别生长在普通土壤(右图)和含有1％有机肥的普通土壤(左图)中7周后的生长状况对比图。

图6为实施例1中芹菜分别生长在普通土壤(右图)和含有1％有机肥的普通土壤(左图)中10周后的生长状况对比图。

图7为实施例1中芹菜分别生长在普通土壤(CK)和含有1％有机肥的普通土壤(AM)中10周后的生长状况对比图，其中，图中误差线为SD(n＝3)，LSD显著性水平为p＝0.05。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，但本发明并不局限于此。

下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例1、制备堆肥及其肥效试验：

一、制备堆肥：

1、生物炭的制备：

1)秸秆粉碎和压缩：采用现有的秸秆粉碎机械将农作物秸秆粉碎，并运到烧制车间，装入密闭容器中，使密闭容器的含氧量为5％，其中，密闭容器可以是砖混或者泥土结构的窑，也可以是高温炉。

2)烧制：烧制通常采用明火点燃，并保留通气口和出烟口，出烟口应当配备过滤设备，保障排放不造成空气污染。烧制过程要根据燃烧情况控制通气口的大小，避免有氧燃烧，可在含氧量为5-6％以下，于400℃下燃烧30min。

3)出炉：烧制完成后，待温度降到常温，从出烟口往炭堆适当喷水，以避免黑炭出炉时排放黑色烟尘。

2、生物炭与厩肥的混合堆制：

a)将牛粪、鸡粪和猪粪等厩肥中的大块打碎，过5-10cm的大孔筛，按照如下方法与生物炭混合：

通过标准重铬酸钾-硫酸法，或者FLASHHT2000同位素比质谱元素分析仪测定厩肥中的C：N比，确定生物炭的添加量，当C：N比为10-15时，厩肥与生物炭的体积比为5:5；当C：N比为15-20时，厩肥与与生物炭的体积比为3:2；当C：N比为20以上时，厩肥与生物炭的体积比为7:3。混合过程还需要加水，使生物炭与厩肥的混合所得混合物中的含水量调到70％。

b)将步骤a)中的混合物制成肥堆后，在肥堆表面覆盖稻草和塑料薄膜，以保持湿度，而稻草的目的是防治生物炭被风吹、流失，并再次吸附铵态氮，避免臭气和温室效应气体的排放。在70℃下堆制10天，如果堆制时气温较低，达不到60℃的要求，可以适当延长堆制时间，或者搭建塑料拱棚加温。

c)经过一个高温堆制周期后，有机质得以充分发酵腐熟，回到常温一段时间(2个月)，就可以将堆制好的腐熟的有机肥过筛，过2mm的细筛，过筛后的腐熟有机肥(内含生物炭)疏松散碎、富含腐殖质、有益微生物。经检测无污染、无有害物质后包装上市，可用于各种农业生产用的优质有机肥，堆制、过筛的过程如图1所示，图2则为贫瘠土壤(左)与施加有机肥后富含有机质土壤(右)比较。

如果检测结果不合格，如仍含有有害生物，可再次堆制。如果重金属含量较高，可以限定该有机肥的使用量和使用范围。如不适合用于蔬菜和其他农作物，可适量用于森林和园林绿化等。

二、肥效试验：

肥效试验分为两组，一组为对照组，为普通基质，内含全营养液肥料；另一组为试验组，为含有1％所制备得到的有机肥的普通基质，该普通基质与对照组相同。肥效试验如下：将生菜分别在普通基质，内含全营养肥料(对照组)和含有1％有机肥的普通基质(左图)中生长6周，观察其生长状况，如图3所示，从图3可得知：采用含有1％有机肥的的普通基质的生菜，其生长量明显高于对照，生物量增加达30％。

将黄瓜分别在普通基质，内含全营养液肥料(对照组)和含有1％有机肥的普通基质(左图)中生长7周，观察其生长状况，如图4所示，从图4可得知：采用含有1％有机肥的普通基质的黄瓜，其生长量明显高于对照，生物量增加达30％以上。

将番茄和黄瓜均分别生长在普通基质，内含全营养液肥料(对照组)和含有1％有机肥的普通基质(左图)中7周，观察其生长状况，如图5所示，从图5可得知：采用含有1％有机肥的普通基质的黄瓜和番茄，其生长量明显高于对照，生物量增加达20-30％。

将芹菜分别在普通基质，内含全营养液肥料(对照组)和含有1％有机肥的普通基质(左图)中生长10周，观察其生长状况，如图6所示，从图6可得知：采用含有1％有机肥的普通基质的芹菜，其生长量明显高于对照，生物量增加达15-25％；通过数据统计，做图7，其中，图中误差线为SD(n＝3)，采用生物统计ANOVA方法，LSD显著性水平为p＝0.05，从图7可得知：芹菜的株高、开展度、茎粗、叶片数、叶柄长、叶柄宽、下胚轴长、宽等指标，处理均高于对照。同时，做如下表1，研究有机肥对芹菜幼苗生物量、单株叶面积、单株总根长、单株总根表面积、总根体积的影响。采用生物统计ANOVA方法，LSD显著性水平为p＝0.05，*为差异显著(p＝0.05)，从表1可得知：芹菜各项生长指标，处理均显著高于对照。

表1、有机肥对芹菜幼苗的影响

进一步，通过土壤物理学方法测量得知：本实施例所制备的有机肥的透气性是普通土壤的3倍；本实施例所制备的有机肥的保水和保肥能力为土壤的18倍；

将普通氮肥和含有1％(质量分数)实施例所制备的有机肥的普通氮肥分别用于芹菜幼苗的生长，通过凯氏定氮方法测量得知：本实施例所制备的有机肥能提高普通氮肥的利用效率达15％；同理，能促进普通磷肥的利用效率达25％。

Claims (1)

1.一种堆肥的制备方法，包括如下步骤：将生物炭和有机肥原料混合进行堆制，得到所述堆肥，其特征在于：

（1）生物炭的制备：将农作物秸秆粉碎，在密闭容器中，于400℃下燃烧30min，得到所述生物炭；其中，所述密闭容器中的含氧量为5％；所述密闭容器为砖混或者泥土结构的窑，或者高温炉；

（2）生物炭与厩肥的混合堆制：

(a)将牛粪、鸡粪和猪粪厩肥中的大块打碎，过5-10cm的大孔筛，按照如下方法与生物炭混合，通过标准重铬酸钾-硫酸法，或者FLASHHT2000同位素比质谱元素分析仪测定厩肥中的C：N比，确定生物炭的添加量：

当所述有机肥原料中的C：N比为10-15时，所述有机肥原料和所述生物炭的体积比为5：5；

当所述有机肥原料中的C：N比为15-20时，所述有机肥原料和生物炭的体积比为3：2；

当所述有机肥原料中的C：N比为20以上时，所述有机肥原料和生物炭的体积比为7：3；

所述混合时，还要向混合所得混合物中添加水，控制混合所得混合物中含水量在70％；

（b）将步骤a)中的混合物制成肥堆后，在肥堆表面覆盖稻草和塑料薄膜，以保持湿度，在70℃下堆制10天，如果堆制时气温较低，达不到60℃的要求，可以适当延长堆制时间，或者搭建塑料拱棚加温；

（c）经过一个高温堆制周期后，有机质得以充分发酵腐熟，回到常温放置一段时间，即可将堆制好的腐熟有机肥过2mm细筛，得到堆肥产品。