CN105646071A - 一种畜禽粪便制备生物腐植酸肥的方法 - Google Patents

一种畜禽粪便制备生物腐植酸肥的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种畜禽粪便制备生物腐植酸肥的方法。本发明所提供的生物腐植酸肥的制备方法，包括：1)将生物炭、生物腐植酸菌剂混合，得到发酵菌剂；2)将发酵菌剂、畜禽粪便和调理剂混合，得到混合物，调节混合物含水率、碳氮比，得到生物腐植酸肥发酵原料；3)将生物腐植酸肥发酵原料进行高温好氧发酵，得到生物腐植酸肥。利用畜禽粪便制备生物腐植酸肥生产工艺流程简单，生产成本低，主要原料为生物炭、畜禽粪便和秸秆等农业有机废弃物，可满足生物腐植酸肥产业可持续发展要求。

Description

一种畜禽粪便制备生物腐植酸肥的方法
技术领域
本发明涉及一种生物腐植酸肥的制备技术，特别是一种畜禽粪便制备生物腐植酸肥的方法。
背景技术
腐植酸一般是指有机物质经过微生物发酵或/和物理化学作用，形成的呈酸性无定形大分子有机混合物。在农业上以腐植酸肥料应用为主，具有改良土壤、增进肥效、调节作物生长、提高作物抗逆性和改善作物品质五大功用，且腐植酸的含量越高其利用价值越大，这对实现化肥控量减施、改善我国农产品质量、保护生态环境具有重要意义。目前腐植酸的来源主要有2种。一是利用富含腐植酸的矿物质原料(如褐煤等)采用化学提取方法获得，即通常所说的矿物腐植酸。二是利用各种有机原料(如农业有机废弃物等)经微生物发酵获得，即通常所说的生物腐植酸。综合考虑资源的可再生性、生产工艺的环保性、产品的使用效果，未来生物腐植酸肥将是腐植酸肥料行业的主要发展方向。目前，生物腐植酸肥料的制取原料以蔗渣和餐厨垃圾为主，关于畜禽粪便制取生物腐植酸肥料的研究较少，据统计，我国的畜禽粪便年产量高达26亿吨，实际利用率不足50％，畜禽粪便中含有丰富的有机质(木质素、纤维素、半纤维素等)及营养物质(氮磷钾等)，是良好的生物腐植酸肥料生产原料，利用畜禽粪便制取生物腐植酸肥具有广阔的市场前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何利用畜禽粪便低成本生产高生物腐植酸含量的肥料的生产工艺。
为解决上述技术问题，本发明首先提供了生物腐植酸肥的制备方法。
本发明所提供的生物腐植酸肥的制备方法，包括：
1、生物腐植酸肥的制备方法，包括：
1)将生物炭、生物腐植酸菌剂混合，得到发酵菌剂；
2)将所述发酵菌剂、畜禽粪便和调理剂混合，得到混合物，调节所述混合物含水率，得到生物腐植酸发酵原料；
3)将所述生物腐植酸发酵原料进行高温好氧发酵，得到生物腐植酸肥。
上述方法中，所述生物炭可为将农林有机废弃物，如秸秆、树叶、杂草和木屑为主，还包括相应的粮食品加工厂、酿造厂、农副产品加工厂的下脚料、加工残渣，如糠皮、麦麸、糟渣、玉米芯、豆荚、花生壳、棉籽壳等，在低氧条件下经300℃-800℃高温热解得到的固态黑色产物。
上述方法中，步骤1)所述发酵菌剂中，所述生物炭与所述生物腐植酸菌剂的质量比可为(5-10):1。
上述方法中，步骤2)生物腐植酸发酵原料中，所述所述发酵菌剂、所述畜禽粪便和所述调理剂的质量比可为1：(5-20)：(2-8)。
上述方法中，步骤2)生物腐植酸发酵原料中，所述所述发酵菌剂、所述畜禽粪便和所述调理剂的质量比可为1：(8-16)：(2-5)，如1:11:3。
上述方法中，所述生物腐植酸发酵原料的含水率可为50-65％(质量百分比浓度)；和/或，所述生物腐植酸发酵原料的碳氮比可为(20-30)：1。
上述方法中，所述高温好氧发酵可在50-65℃和/或5-15％(体积百分比浓度)的氧气浓度下进行。
上述方法中，所述高温好氧发酵可在60℃和/或10％(体积百分比浓度)的氧气浓度下进行。
上述方法中，所述高温好氧发酵的时间可为15-20天。
上述方法中，所述生物腐植酸肥发酵原料可在堆肥发酵槽中进行所述发酵。所述生物腐植酸肥发酵原料在发酵时可被堆成高度为1-2m，宽度、长度不限的堆垛。所述高温好氧发酵过程中，可从发酵第2天开始每天翻抛1-2次。
上述方法中，所述畜禽粪便可为一种动物源粪便或几种动物源粪便的混合物，如猪粪。
上述方法中，所述调理剂可为秸秆、菌渣、锯末等高碳原料的一种或几种组成的混合物。所述调理剂具体可为由秸秆、菌渣和锯末组成的混合物，其中秸秆、菌渣、锯末的质量比可为1:1:1。
为解决上述技术问题，本发明还提供了P1或P2：
P1、利用所述方法制备的生物腐植酸肥。
P2、由P1所述生物腐植酸肥与复合肥和/或复混肥组成的肥料组合物。
本发明中，所述生物腐植酸菌剂可为福建省诏安县绿洲生化有限公司农用生物腐植酸菌剂产品。所述复合肥可为史丹利化肥股份有限公司的普通复合肥(N-P2O5-K2O＝15-15-15)。
实验证明，本发明中的生物腐植酸肥中的生物腐植酸含量高，保水保肥效果好，不仅可以改良土壤，还可以提高作物产量，本发明的生物腐植酸肥还可以与其他肥料(如复合肥)联用，用来改良土壤提高作物产量：施用生物腐植酸肥1与复合肥处理区的土壤中的碱解氮、速效钾和速效磷的平均含量以及青菜的平均产量分别为只施用复合肥的2.04、1.24、1.64和1.15倍；施用生物腐植酸肥2与复合肥处理区的土壤中的碱解氮、速效钾和速效磷的平均含量以及青菜的平均产量分别为只施用复合肥的1.84、1.12、1.17和1.09倍；施用生物腐植酸肥3与复合肥处理区的土壤中的碱解氮、速效钾和速效磷的平均含量以及青菜的平均产量分别为只施用复合肥的1.78、1.09、1.06和1.05倍，只施用生物腐植酸肥4处理区的土壤中的碱解氮、速效钾和速效磷的平均含量以及青菜的平均产量分别为只施用复合肥的1.19、1.08、1.07和1.02倍。
利用本发明的生物腐植酸肥制备方法制备生物腐植酸肥具有以下优点：
1.选用畜禽粪便、秸秆等农业有机废弃物为原料，既实现了农业废弃物资源化利用，又为腐植酸行业提供了新的原料来源，避免了风化煤、泥炭等开采对生态环境的破坏；
2.利用富碳、多孔的生物炭和微生物菌剂混合制成生物腐植酸肥发酵菌剂，既改善了微生物菌种的生长环境，又调节了发酵原料理化性质，可促进微生物快速繁殖，提高发酵速率和质量；
3.创新实现了利用畜禽粪便连续规模化低成本生产生物腐植酸肥，为畜禽粪便资源化利用提供了新的方法、工艺和技术路线；
4.生产工艺流程简单，生产成本低，主要原料为生物炭、畜禽粪便等农业有机废弃物，可满足生物腐植酸肥产业化发展要求；
5.生产的生物腐植酸肥料，生物腐植酸含量高在10％以上，有机质含量在40％以上，远高于常规有机肥，特别适合用作绿色环保农业生产肥料。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中的生物炭为将农林有机废弃物(以秸秆、树叶、杂草和木屑为主，还包括相应的粮食品加工厂、酿造厂、农副产品加工厂的下脚料、加工残渣，如糠皮、麦麸、糟渣、玉米芯、豆荚、花生壳、棉籽壳)在低氧条件下300℃-800℃高温热解得到的固态黑色产物。
下述实施例中的生物腐植酸菌剂为福建省诏安县绿洲生化有限公司农用生物腐植酸菌剂产品。
下述实施例中的复合肥为普通复合肥(N-P2O5-K2O＝15-15-15)，是史丹利化肥股份有限公司产品。
实施例1、生物腐植酸肥的制备
本发明制备了三种生物腐植酸肥来阐述生物腐植酸肥的具体制备过程，分别为生物腐植酸肥1-3。
生物腐植酸肥的制备按照如下方法进行：
1)将生物炭与生物腐植酸菌剂按照5:1的质量比混合，得到发酵菌剂；
2)将步骤1)的发酵菌剂与猪粪、调理剂(该调理剂为秸秆、菌渣、锯末混合物，其中秸秆、菌渣、锯末的质量比为1:1:1)混合，得到混合物，该混合物中发酵菌剂与猪粪、调理剂的质量比为1：16：5；加水调节物料含水率为60％，得到生物腐植酸发酵原料，生物腐植酸发酵原料中的碳氮比为20-30：1；
3)将步骤2)的生物腐植酸发酵原料在发酵槽中堆成高度为1m，宽度为2m，长度20m的堆垛，在60℃-65℃和10％-15％的氧气浓度下连续高温好氧发酵15天，从发酵第2天开始每天翻抛1次，得到的发酵产物即为生物腐植酸肥1。
按照上述方法，将发酵菌剂与猪粪、调理剂的质量比为1：16：5替换为1:11：3，其他步骤均不变，得到名称为生物腐植酸肥2的生物腐植酸肥。
按照上述方法，将堆肥调理剂与猪粪便的质量比为1：16：5替换为1:8:2，其他步骤均不变，得到名称为生物腐植酸肥3的生物腐植酸肥。
检测生物腐植酸肥1-3的技术指标，实验重复三次。
生物腐植酸含量测量方法采用蒸馏水浸提—K2Cr2O7容量法(李善祥.2007.腐植酸产品分析及标准(M))。考虑到生物腐植酸在温度高于80℃会发生分解，试验检测用样品采用50℃真空烘箱烘干。生物腐植酸检测中的碳系数选择参考泥炭腐植酸，选择0.5。具体计算公式为：
式中：
V0：滴定空白消耗硫酸亚铁铵标准溶液的体积，mL；
V1：滴定样品消耗硫酸亚铁铵标准溶液的体积，mL；
C：硫酸亚铁铵标准溶液浓度，mol/L；
G：样品的质量，g；
0.003：1ml的(0.1mol/L)硫酸亚铁铵相当碳的质量，g；
w：检测样品含水率，％；
c：腐殖酸含碳率，取0.05；
有机质、总养分(N+P2O5+K2O)的测定按照中华人民共和国农业行业标准-有机肥料(NY525-2012)中的检测方法进行，得到的检测结果如表1所示。
表1、生物腐植酸肥的技术指标
肥料名称 生物腐植酸(％) 有机质(％) 总养分(N+P2O5+K2O)(％)
生物腐植酸肥1 15.63 60.5 6.2
生物腐植酸肥2 14.97 54.0 6.9
生物腐植酸肥3 13.58 46.8 5.9
结果显示，通过本方法制取的生物腐植酸肥料中的生物腐植酸含量(13.58-15.63％)远高于常规堆肥中生物腐植酸含量(5-8％)，同时富含有机质和养分元素，具有广阔的应用前景。
实施例2、生物腐植酸肥的应用
田间试验设计如下：实验采用随机区组设计，设置3个重复区，每个重复区随机设置5个处理区，分别为生物腐植酸肥1处理区、生物腐植酸肥2处理区、生物腐植酸肥3处理区、生物腐植酸肥4处理区和对照处理区。每个处理区的面积均为30平方米。
本实施例中，田间实验土壤湿度为16％-18％，气温为20-30℃。
对生物腐植酸肥1处理区进行以下处理：将实施例1中的生物腐植酸肥1与复合肥作为基肥施于农田土壤中，生物腐植酸肥1的施用量为1500千克/亩，复合肥的施用量为25公斤；对已经施肥的土壤表层0-15cm进行翻耕，使生物腐植酸肥1及复合肥与农田土壤充分混合；在翻耕后的的农田中种植茼蒿，每亩播种2千克茼蒿种子，均匀撒播。
对生物腐植酸肥2处理区进行以下处理：将实施例1中的生物腐植酸肥2与复合肥作为基肥施于农田土壤中，生物腐植酸肥2的施用量为1000千克/亩，复合肥的施用量为25公斤；对已经施肥的土壤表层0-15cm进行翻耕，使生物腐植酸肥2及复合肥与农田土壤充分混合；在翻耕后的的农田中种植茼蒿，每亩播种2千克茼蒿种子，均匀撒播。
对生物腐植酸肥3处理区进行以下处理：将实施例1中的生物腐植酸肥3与复合肥作为基肥施于农田土壤中，生物腐植酸肥3的施用量为1000千克/亩，复合肥的施用量为25公斤；对已经施肥的土壤表层0-15cm进行翻耕，使生物腐植酸肥3及复合肥与农田土壤充分混合；在翻耕后的的农田中种植茼蒿，每亩播种2千克茼蒿种子，均匀撒播。
对生物腐植酸肥4处理区进行以下处理：将实施例1中的生物腐植酸肥1与复合肥作为基肥施于农田土壤中，生物腐植酸肥1的施用量为1000千克/亩；对已经施肥的土壤表层0-15cm进行翻耕，使生物腐植酸肥1及复合肥与农田土壤充分混合；在翻耕后的的农田中种植茼蒿，每亩播种2千克茼蒿种子，均匀撒播。
对对照处理区进行以下处理：将复合肥作为基肥施于农田土壤中，复合肥的施用量为25公斤；对已经施肥的土壤表层0-15cm进行翻耕，使复合肥与农田土壤充分混合；在翻耕后的的农田中播种茼蒿种子，每亩播种2千克，均匀撒播。
在茼蒿播种至收获时期(共50天)对本发明的生物腐植酸肥施用效果进行检测，检测指标为茼蒿产量和土壤中的碱解氮、速效钾和速效磷的含量，得到的检测结果如表2所示，检测方法均为常规方法。
表2、生物腐植酸肥的施用效果
结果表明，施用生物腐植酸肥1与复合肥处理区的土壤中的碱解氮、速效钾和速效磷的平均含量以及青菜的平均产量分别为只施用复合肥的2.04、1.24、1.64和1.15倍；施用生物腐植酸肥2与复合肥处理区的土壤中的碱解氮、速效钾和速效磷的平均含量以及青菜的平均产量分别为只施用复合肥的1.84、1.12、1.17和1.09倍；施用生物腐植酸肥3与复合肥处理区的土壤中的碱解氮、速效钾和速效磷的平均含量以及青菜的平均产量分别为只施用复合肥的1.78、1.09、1.06和1.05倍，只施用生物腐植酸肥4处理区的土壤中的碱解氮、速效钾和速效磷的平均含量以及青菜的平均产量分别为只施用复合肥的1.19、1.08、1.07和1.02倍。
由此表明本发明的生物腐植酸肥不仅可以改良土壤，还可以提高作物产量，本发明的生物腐植酸肥还可以与其他肥料(如复合肥)联用。

Claims (10)

1.生物腐植酸肥的制备方法，包括：
1)将生物炭、生物腐植酸菌剂混合，得到发酵菌剂；
2)将所述发酵菌剂、畜禽粪便和调理剂混合，得到混合物，调节所述混合物含水率，得到生物腐植酸肥发酵原料；
3)将所述生物腐植酸肥发酵原料进行高温好氧发酵，得到生物腐植酸肥。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)所述发酵菌剂中，所述生物炭与所述生物腐植酸菌剂的质量比为(5-10):1。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤2)所述生物腐植酸肥发酵原料中，所述发酵菌剂、所述畜禽粪便和所述调理剂的质量比为1：(5-20)：(2-8)。
4.根据权利要求1-3中任一所述的方法，其特征在于：步骤2)所述生物腐植酸肥发酵原料中，所述发酵菌剂、所述畜禽粪便和所述调理剂的质量比为1：(8-16)：(2-5)。
5.根据权利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于：所述生物腐植酸肥发酵原料的含水率为50％-65％；和/或，所述生物腐植酸肥发酵原料的碳氮比为(20-30)：1。
6.根据权利要求1-5中任一所述的方法，其特征在于：所述高温好氧发酵在50-65℃和/或5％-15％的氧气浓度下进行。
7.根据权利要求1-6中任一所述的方法，其特征在于：所述高温好氧发酵在60℃和/或10％的氧气浓度下进行。
8.根据权利要求1-7中任一所述的方法，其特征在于：所述高温好氧发酵的时间为15-20天。
9.根据权利要求1-8中任一所述的方法，其特征在于：所述畜禽粪便为一种动物源粪便或几种动物源粪便的混合物；和/或，所述调理剂为为秸秆、菌渣、锯末等高碳原料的一种或几种组成的混合物。
10.P1或P2：
P1、利用权利要求1-9中任一所述方法制备的生物腐植酸肥。
P2、由P1所述生物腐植酸肥与复合肥和/或复混肥组成的肥料组合物。
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