CN105801210B

CN105801210B - 一种利用秸秆直接制肥的方法及制备的秸秆有机肥

Info

Publication number: CN105801210B
Application number: CN201610131358.7A
Authority: CN
Inventors: 沈其荣; 黄启为; 李�荣
Original assignee: Nanjing Agricultural University
Current assignee: Nanjing Agricultural University
Priority date: 2016-03-09
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2036-03-09
Also published as: US10287216B2; US20170260109A1; CN105801210A

Abstract

本发明公开了一种利用秸秆直接制肥的方法及制备的秸秆有机肥。该方法包括直接将秸秆进行堆肥，喷洒含氨基酸的堆肥菌液快速启动快速启动分解秸秆，调节秸秆堆肥湿度和产品养分的喷洒溶液次数和溶液组成分，获得达标的秸秆商品有机肥；通过调节秸秆堆肥翻堆时间和喷洒溶液的搭配时间使堆肥温度长期保持在70℃左右。本发明创造基于秸秆富含有机质和养分的特点以及我国土壤急需有机培肥等现状，通过改善秸秆堆肥微生物营养条件和生长条件，将作物秸秆在短时间内直接制成高质量的商品有机肥，既全部利用了作物秸秆，又为我国土壤培肥提供优质的商品有机肥产品。

Description

一种利用秸秆直接制肥的方法及制备的秸秆有机肥

技术领域

本发明属于有机肥发酵领域，涉及一种利用秸秆直接制肥的方法及制备的秸秆有机肥。

背景技术

我国每年产生约15亿吨(以烘干计)的农作物秸秆以及蔬菜和果树的残枝落叶，这些植物性材料含有机质60-75％、氮素0.6-1％、磷素(P₂O₅)0.5-0.7％、钾素(K₂O)1-1.2％，还含有各种植物必需的微量元素，如果这些作物秸秆全部还田，就能节省我国20-30％的化学氮肥、40-50％的化学磷肥、50-60％左右的化学钾肥以及70-80％的微量元素肥料，更能将我国土壤有机质显著提升。由此可见，作物秸秆是非常宝贵的肥料资源，在党中央、国务院最近提出化肥和农药双减的战略形势下，充分利用这些秸秆资源显得尤其重要和迫切。

然而，随着我国经济的快速发展和农村劳动力的大量转移，以及作物秸秆直接还田给下季作物造成的耕作困难和病虫害更重等问题，传统的作物秸秆直接还田越来越不适合我国农村和农业生产的现实，每当作物收获季节，尽管各级和各地政府派驻大量人员禁止焚烧秸秆，但秸秆就地焚烧现象还是屡见不鲜，因为没有可操作的秸秆利用出路，只是强行禁止，不能从根本上解决秸秆就地焚烧问题。

在过去的十年间，秸秆发电被炒得热火朝天，全国各地建起了很多规模大小不一的秸秆发电厂，但由于秸秆能值低、而且大多数秸秆还需要晒干电厂才能接收，秸秆收存、晒干大大增加了成本，上述原因直接导致了秸秆发电听起来很诱人、实际操作很困难的僵局，靠政府补贴维持秸秆发电，实在是件老命伤财的事情，也不可能长久下去。因此，研发出一种切实可行的秸秆资源化利用途径，是我国农业生产面临十分迫切的问题。

在秸秆堆肥过程中，虽然秸秆富含有机质和一些养分，但由于其有效态养分不够、C/N比过高，使堆肥微生物很难在短时间内(24小时或48小时)获取适合于它们生长的营养，使堆肥微生物快速分解秸秆(堆肥温度在48小时内迅速上升至60℃)，而如果加入的堆肥微生物菌种不能在短时间内(5-7天)迅速生长，就会导致加入的微生物菌种失效，这就是经常出现的堆肥菌剂启动堆肥效果不显著现象。因此，研发一种能使秸秆堆肥微生物快速启动分解秸秆的营养配方是决定秸秆堆肥是否成功的关键。发明人通过研究发现如果只加堆肥微生物菌液和水，堆肥温度上升很慢，秸秆堆肥进行到6天时，温度才达到49℃，易出现堆肥菌剂启动堆肥效果不显著。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种利用秸秆直接制肥的方法。

本发明的另一目的是提供按照该方法制备的秸秆有机肥。

本发明的目的可通过如下技术方案实现：

一种利用秸秆直接制肥的方法，包括如下步骤：

(1)原始秸秆运回堆成5米高以上秸秆堆，进行第一次喷洒，喷洒的溶液直接喷洒于秸秆上，第一次喷洒的液体量掌握在堆体底部有水溶液流出为止；当堆体温度达到70℃、并继续维持3-5天后，进行第二次喷洒；第二次喷洒后再经过3-5天的高温堆肥进行第三次喷洒，此后每3～5天喷洒一次，如此往返6-7次制成秸秆堆肥；第二次及以后喷洒液体的量掌握在堆体含水量达到55％-60％，且堆体底部不再有水溶液流出底部；

其中，

第一次喷洒的溶液组成为堆肥菌菌液与氨基酸水溶液按照9:1体积比混合而成的溶液；

第二次喷洒的溶液，在第一次喷洒的溶液的基础上加入占喷洒溶液体积1-5％(W/V)的硫酸铵；

第三次及以后喷洒的溶液为1％-3％(W/V)的硫酸铵水溶液+1％(W/V)的磷酸二氢钾水溶液，硫酸铵水溶液和磷酸二氢钾水溶液的体积比(V/V)为1:1。

凡能够用于堆肥发酵秸秆的菌株均适用于本发明方法。作为本发明的一种优选，本发明所述的堆肥菌选自NJZ5，于2009年9月22日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通为生物中心，菌种保藏编号为CGMCC NO.3309。该菌株已获专利保护，专利号为ZL2009102335776。所述的堆肥菌菌液中NJZ5可培养菌落数(孢子+菌丝体)≥1×10⁹个/ml。堆肥菌菌液的制备方法详见ZL2009102335776授权文本说明书[0041]～[0042]段。

作为本发明的一种优选，本发明所述的氨基酸水溶液由病死猪的瘦肉添加硫酸酸解而成；所述酸解是使用浓度为5～7mol/L的硫酸在80～90℃下对瘦肉水解5～7h，瘦肉与所述的5～7mol/L的硫酸的物料比为1:1.5～2.5。该氨基酸水溶液中氨基酸的浓度约为10％。

作为本发明的一种优选，第一次喷洒后当堆体温度达到70℃、并继续维持3-5天后进行第一次翻堆，翻堆后立即进行第二次喷洒堆肥溶液，使堆肥材料含水量达到55％-60％，此时堆肥温度为45～55℃，24小时后堆体温度再次升到70℃以上，并维持3-5天，再进行第二次翻堆和第三次喷洒堆肥溶液，如此往返6-7次，制成秸秆堆肥。

作为本发明的一种优选方式，在上述步骤的基础上，于制肥过程中每隔3～8天翻堆一次，翻堆后立即进行喷洒。

作为本发明的进一步优选，在上述步骤的基础上，于制肥过程中每隔5天翻堆一次，翻堆后立即进行喷洒。

本发明方法中，翻堆时优选尽量让堆肥材料有更多的时间接触空气，使之充分曝氧。

本发明方法中，第一次喷洒后优选将堆体底部流出的液体全部收集回收，用于第二次喷洒。

按照本发明任一项所述的方法制备的秸秆有机肥。

本发明的发明点在于：

(1)发明了刺激秸秆堆肥微生物生长的营养配方

针对堆肥菌剂启动堆肥效果不显著显现，本发明发现在第一次喷洒时同时添加堆肥菌剂和氨基酸液体的堆肥温度上升速度显著快于添加硫酸铵的，例如，添加氨基酸的堆肥48小时后就进入高温阶段(≥60℃)，而此时添加硫酸铵处理的堆肥温度仍然还只有三十几度，堆肥进行了6天(144小时)，添加硫酸铵处理的堆肥才进入高温阶段(60℃以上)。由于不同的氨基酸添加量对堆肥温度上升速度没有显著性差异，因此，考虑氨基酸成本问题，可将氨基酸水溶液的添加量确定为10％左右。

表1堆肥微生物液体中添加不同营养喷于秸秆后堆肥温度变化

注：硫酸铵(固体)含氮量21％，氨基酸溶液含氮量1.3％。

(2)发明了调节秸秆堆肥湿度和产品养分的喷洒溶液次数和溶液组成分

与畜禽粪便堆肥完全不一样，维持秸秆堆肥的湿度是确保高温秸秆堆肥持续进行的第二个重要因素。本工艺发明的秸秆堆肥无需将秸秆粉碎，原始秸秆运回后堆成5米高以上(节省堆肥面积)，然后将配置好的秸秆堆肥菌液和氨基酸水溶液直接喷洒于秸秆上，第一次喷洒的液体数量掌握在堆体底部有水溶液流出为止，此时将流出的液体全部收集回收，用于第二次喷洒。第二次喷洒的时间，确定在当堆体含水量小于40％时，一般在堆肥开始后的4-5天左右，此时喷洒液体的数量掌握在堆体含水量达到55％-60％为宜，而不需再有水溶液流出底部。第二次喷洒时，此时堆肥已进入高温阶段，微生物正在快速分解C/N很高的秸秆，在第一次喷洒溶液配方的基础上加入一定量的硫酸铵，不仅能维持堆肥的高温分解时间，更能增加堆肥的有机氮同化能力，从而提高堆肥质量(见表2)。第三次及以后喷洒的溶液，无需再含菌种和氨基酸，只需在水中加入1-3％(W/V)的硫酸铵以及1％(W/V)的磷酸二氢钾缓冲液即可，堆肥后期喷洒1％(W/V)的磷酸二氢钾缓冲液其目的一是稳定堆体pH值，使之不超过8，从而避免堆体的氨挥发，二是增加堆肥中磷钾含量。从表2可看出，从第三次开始喷洒液体时加入1-3％(W/V)的硫酸铵和1％(W/V)的磷酸二氢钾缓冲液(第5号处理)，如此堆制一个月的时间，即可获得达标的秸秆商品有机肥，5号处理的氮磷钾养分达到了5.9％(表2)，大大超过商品有机肥行业标准(5％)。

表2不同处理下(堆肥一个月)获得的有机肥产品质量

处理号	有机质(g/kg)	全氮(g/kg)	全磷P₂O₅(g/kg)	全钾K₂O(g/kg)
					1	55.2	1.2	1.0	1.9
2	48.9	1.4	1.1	2.0
					3	48.1	1.7	1.1	2.0
4	47.8	2.0	1.2	2.2
					5	47.2	2.2	1.3	2.4

注：处理号1：第一次喷菌液+水，第二次喷菌液+水，第三次及以后均喷水

处理号2：第一次喷菌液+氨基酸水溶液，第二次喷菌液+氨基酸+1％-5％的硫酸铵水溶液，第三次及以后均喷水

处理号3：第一次喷菌液+氨基酸水溶液，第二次喷菌液+氨基酸水溶液+1％-5％的硫酸铵水溶液，第三次喷1％-3％的硫酸铵水溶液，第四次和第五次均喷水

处理号4：第一次喷菌液+氨基酸水溶液，第二次喷菌液+氨基酸水溶液+1％-5％的硫酸铵水溶液，第三次喷1％-3％的硫酸铵水溶液，第四次喷1％-3％的硫酸铵水溶液+1％的磷酸二氢钾缓冲液，第五次喷水

处理号5：第一次喷菌液+氨基酸水溶液，第二次喷菌液+氨基酸水溶液+1％-5％的硫酸铵水溶液，第三次喷1％-3％的硫酸铵水溶液，第四次喷1％-3％的硫酸铵水溶液+1％的磷酸二氢钾缓冲液，第五次喷1％-3％的硫酸铵水溶液+1％的磷酸二氢钾缓冲液

(3)发明了秸秆堆肥翻堆时间和喷洒溶液的搭配时间

秸秆堆肥堆体较高，通常用翻斗车进行翻堆曝氧，翻堆的时间取决于堆体温度，当堆体温度达到70℃、并继续维持3-4天后，就需要进行翻堆，翻堆时尽量让堆肥材料有更多的时间接触空气，使之充分曝氧。翻堆后立即进行第二次喷洒堆肥溶液，使堆肥材料含水量达到55％-60％左右，此时堆肥温度一般在50℃左右，24小时后堆体温度再次升到70℃以上(表3)，并维持3-4天，再进行第二次翻堆和第三次喷洒堆肥溶液，如此往返6-7次(共一个月左右的时间)，秸秆堆肥业已制成，后面就可进行分筛、包装。从表3可看出，在堆肥进程中如果不翻堆，由于氧气不足而严重影响堆体温度，虽然堆肥前5天的温度也达到71℃，但以后很快下降(见表3不翻堆处理)，由于整个堆肥期间的高温期很短，经过一个月的堆肥期，秸秆腐解率很低，肉眼还可分辨出秸秆原形。但如果几天翻一次，堆体温度维持在70℃左右的时间可达25天，在这个过程中几乎所有秸秆都被腐解，并合成新的腐殖质。考虑到翻堆的成本，将翻堆的频率确定在每五天翻一次较为适宜。

表3不同翻堆次数下秸秆堆体温度变化(℃)

处理	堆肥5天	堆肥10天	堆肥15天	堆肥20天	堆肥25天	堆肥30天
							不翻堆	71	63	55	52	49	45
翻一次/3d	69	72	75	68	69	59
							翻一次/5d	72	73	74	70	68	58
翻一次/8d	70	68	69	69	66	57

注：所有处理喷洒的堆肥溶液均同

有益效果:

本发明创造基于秸秆富含有机质和养分的特点以及我国土壤急需有机培肥等现状，通过改善秸秆堆肥微生物营养条件和生长条件，将作物秸秆在短时间内直接制成高质量的商品有机肥，既全部利用了作物秸秆，又为我国土壤培肥提供优质的商品有机肥产品。

生物材料保藏信息

NJZ5，分类命名为烟曲霉Aspergillus fumigatus，2009年9月22日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，菌种保藏编号为CGMCC NO.3309，保藏地址为北京市朝阳区大屯路中国科学院微生物研究所。

具体实施方式

实施例1

一种利用秸秆直接制肥的方法，包括如下步骤：

(1)无需将秸秆粉碎，原始秸秆运回后堆成5米高以上，将配制好的秸秆堆肥菌液和氨基酸水溶液直接喷洒于秸秆上，第一次喷洒的液体数量掌握在堆体底部有水溶液流出为止，此时将流出的液体全部收集回收，用于第二次喷洒。第一次喷洒的溶液组成为堆肥菌剂菌液+占菌液体积百分比10％的氨基酸水溶液，所述的堆肥菌剂菌液中含堆肥菌NJZ5可培养菌落数(孢子+菌丝体)≥1×10⁹个/ml。所述的氨基酸水溶液配方为：90ml堆肥菌剂菌液+10ml氨基酸水溶液。

(2)第一次喷洒后，当堆体温度达到70℃、并继续维持3-5天后，就需要进行翻堆，翻堆时尽量让堆肥材料有更多的时间接触空气，使之充分曝氧，翻堆后立即进行第二次喷洒堆肥溶液，使堆肥材料含水量达到55％-60％，此时堆肥温度在50℃左右。第二次喷洒的溶液，在第一次喷洒的溶液的基础上加入占喷洒溶液体积3％(g/100ml)的硫酸铵。

(3)第二次喷洒24小时后堆体温度再次升到70℃以上，并维持3-5天，再进行第二次翻堆和第三次喷洒堆肥溶液，第三次及以后喷洒的溶液为1％(g/100ml)的硫酸铵水溶液+1％(g/100ml)的磷酸二氢钾水溶液，硫酸铵水溶液和磷酸二氢钾水溶液的体积比为1:1。如此往返6-7次(共一个月左右的时间)，秸秆堆肥制成，产品符合“有机肥料(NY525-2012)”标准，肥力参数如下：

表4

Claims

1.一种利用秸秆直接制肥的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）原始秸秆运回堆成5米高以上秸秆堆，进行第一次喷洒，喷洒的溶液直接喷洒于秸秆上，第一次喷洒的液体量掌握在堆体底部有水溶液流出为止；当堆体温度达到70℃、并继续维持3-5天后，进行第二次喷洒；第二次喷洒后再经过3-5天的高温堆肥进行第三次喷洒，此后每3~5天喷洒一次，如此往返6-7次制成秸秆堆肥；第二次及以后喷洒液体的量掌握在堆体含水量达到55%-60%，且堆体底部不再有水溶液流出底部；

其中，

第二次喷洒的溶液，在第一次喷洒的溶液的基础上加入占喷洒溶液体积1-5%（W/V）的硫酸铵；

第三次及以后喷洒的溶液为1%-3%（W/V）的硫酸铵水溶液+1%（W/V）的磷酸二氢钾水溶液，硫酸铵水溶液和磷酸二氢钾水溶液的体积比（V/V）为1:1。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于堆肥菌为NJZ5，于2009年9月22日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通为生物中心，菌种保藏编号为CGMCC NO.3309。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的氨基酸水溶液由病死猪的瘦肉添加硫酸酸解而成；所述酸解是使用浓度为 5~7mol/L 的硫酸在 80~90℃下对瘦肉水解 5~7h，瘦肉与所述的 5~7mol/L的硫酸的物料比为 1:1.5~2.5。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于第一次喷洒后当堆体温度达到70℃、并继续维持3-5天后进行第一次翻堆，翻堆后立即进行第二次喷洒堆肥溶液，使堆肥材料含水量达到55%-60%，此时堆肥温度为45~55℃，24小时后堆体温度再次升到70℃以上，并维持3-5天，再进行第二次翻堆和第三次喷洒堆肥溶液，如此往返6-7次，制成秸秆堆肥。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于制肥过程中每隔3~8天翻堆一次，翻堆后立即进行喷洒。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于制肥过程中每隔5天翻堆一次，翻堆后立即进行喷洒。

7.根据权利要求4~6中任一项所述的方法，其特征在于翻堆时尽量让堆肥材料有更多的时间接触空气，使之充分曝氧。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于第一次喷洒后将堆体底部流出的液体全部收集回收，用于第二次喷洒。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括堆肥制成后的分筛、包装步骤。