CN106316687A - 兼顾作物养分需求与土壤生态改良的有机肥料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种兼顾作物养分需求与土壤生态改良的有机肥料及其制备方法，所述肥料由下述重量份主料制成：牛粪30‑50份、兔粪25‑35份、菌渣25‑35份、花生壳25‑35份和腐殖酸10‑20份，对所述主料进行腐熟发酵，然后造粒装袋即可。本发明所述肥料的较短发酵周期、合理的配比使发酵后的有机物料彻底腐熟对作物有利无害，有效治理土壤板结问题，增加土壤透气性，为植物生长提供多种元素，提高土壤保墒保水的作用，对土壤中未能及时分解的无机物起到分解再利用的作用，解决了化肥成分单一、植物需要养分不全面的问题。

Description

兼顾作物养分需求与土壤生态改良的有机肥料及其制备方法
技术领域
本发明属于生态肥料领域，主要涉及一种能兼顾作物养分需求与土壤生态改良的有机肥料及其制备方法。
背景技术
现代农业的生产主要依靠化肥、农药的大量投入增加作物的产量，长期以来土壤负离子化增高，土壤板结，团粒结构丧失，土壤保水、保肥能力大大下降，水土流失严重，生产力下降，多种作物品质性下降。因此农业种植急需有机肥料提高土壤的有机质、减缓土壤的板结、调整土壤团粒结构，恢复土壤保墒的能力，为健康绿色的农业种植护航。另外，农业生产中产生大量遗弃物，比如：牛粪、兔粪、食用菌菌渣、花生壳等，严重污染周边环境，亟待解决。
随着我国肉牛、奶牛养殖业的快速发展,牛粪产量日益增加。严重污染农村及养殖场周边环境,而且对人畜健康产生极大影响。部分区域流域的空气、地表水和地下水的污染程度已相当严重。现有状态的畜禽粪便无法快速的就地消纳，直接作为肥料施用不便且运输成本高昂，因而成为继工业污染、生活污水垃圾污染之后的第三大污染源。因此，如何将上述农业、畜牧业的废弃物综合利用并变废为宝，转化为商品化的有机肥，为农业种植提供一种高肥效久缓释且能改善土壤结构的有机肥是本领域技术人员亟待解决的问题。
自20世纪90年代以来，我国食用菌产业迅速发展。2012年食用菌产量达到了2828万吨，菌渣的产量高达1697万吨，使我国成为了国际食用菌生产大国和出口大国。食用菌采收后产生大量的菌渣废料，一般长期堆放在种植场周围土地上。由于随意丢弃，造成病菌积聚, 害虫滋生、周围环境劣变，还为食用菌生产带来了连作障碍，菌渣长期风吹雨淋产生有害的污水，对水体生态环境造成严重污染，已成为不容忽视的环境问题，磨菇渣的处理已刻不容缓。
此外，现有的商品化有机肥大多存在着有效养分释放呈曲线型释放（养分释放过慢或过快）难以契合作物需肥规律的问题。如有效养分释放过慢，肥效虽然长，但难以满足当季作物的养分需求；有效养分释放过快，则超出作物对应生长期的需肥量及土壤的消纳量，易引发养分流失，导致环境污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种兼顾作物养分需求与土壤生态改良的有机肥料及其制备方法，本发明配方合理，制备方法简单易操作，所得的有机肥料，不仅肥力高而且养分释放持续、均衡，能够契合作物的各生育时期的需求，并有效改良土壤生态结构，进而提高农作物的产量与品质。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
设计一种兼顾作物养分需求与土壤生态改良的有机肥料，由下述重量份主料制成：牛粪30-50份、兔粪25-35份、菌渣25-35份、花生壳25-35份和腐殖酸10-20份。
农作物秸秆经反刍动物在复杂的微生物作用，如胃蛋白酶、盐酸、纤维素酶等作用下消化分解胃内容物，动物机体吸收后产生动物粪便。经检测，牛粪中有机质含量为14.5%-16.2%、PH值7.7-7.9、养分含量0.69-1.01、C/N约为21-25/1；经检测，每100千克兔粪，相当于10.85千克硫酸铵、10.09千克过磷酸钙、1.79千克磷酸钾的肥效。
所述菌渣为菌类作物采收后的培养基及残留物，现有技术中常采用秸秆、玉米芯、麸皮及棉子壳等农作废弃物经粉碎后用作食用菌的培养基。食用菌采收完毕，剩余的含有部分养分的培养基，其PH值为5-5.5、有机质60-70%、全氮1.62%、全磷为0.454%、速效氮为212 mg·kg-1、速效磷为188mg·kg-1、还含有多种微量元素，而且由于食用菌培养的菌渣结构疏松多孔，能够提高土壤的通透性，改良土壤团粒结构。
牛粪、兔粪和菌渣经腐熟发酵后，一方面改善原料含有的营养成分形态，使得有机态和缓释态的营养物质转化成利于植物吸收的离子态，提高肥料的肥效。同时还防止废弃物直接在土壤中试用后，发酵产生烧苗现象和生成氨气等副作用；另一方面高温腐熟可以有效杀死原料中携带的细菌、虫卵等微生物，保证健康环保的绿色施肥。
上述兼顾作物养分需求与土壤生态改良的有机肥料的制备方法如下：向所述主料中添加主料总量0.1‰-0.2‰的腐熟菌剂，然后加水至混合物料含水量为60-65%wt，置于发酵槽内发酵至物料温度为65-70℃，翻堆后再进行物料发酵至55-65℃，然后翻堆冷却至环境温度，粉碎、造粒、烘干、装袋即可。
上述组分配比及方法生产的有机肥料符合有机肥料行业的标准（NY525-2012）。
作为一种优选方案，所述兼顾作物养分需求与土壤生态改良的有机肥料，由下述重量份主料和辅料制成：牛粪30-50份、兔粪25-35份、菌渣25-35份、花生壳25-35份、腐殖酸10-20份、凹凸棒土粉8-10份，生物质炭8-15份和蚯蚓卵0.01-0.03份。
上述兼顾作物养分需求与土壤生态改良的有机肥料的制备方法如下：
1）向所述主料中添加主料总量0.1‰-0.2‰的腐熟菌剂，然后加水至混合物料含水量为60-65%wt并混合均匀，置于发酵槽内发酵至物料温度为65-70℃，然后翻堆冷却至环境温度，粉碎；
2）向上述粉碎后的物料中加入所述重量份的凹凸棒土粉和生物质炭后进行造粒并烘干，然后与蚯蚓卵混匀后包装，或分别包装并在使用时混匀。
为了改善有机肥有效养分的释放性能，本发明的优选方案中采用凹凸棒土粉和生物质炭作为肥料的载体并参与造粒过程。由于农作物在生长过程，一般苗期需肥要求不高，吸肥的高峰期为旺长阶段。有机肥经过腐熟发酵后，营养成分很容易被释放，但是作物吸收不了就会造成肥料成分的流失和浪费。凹凸棒土粉和生物质炭的结构多孔，能够有效吸附肥料中的营养成分并进行持续性供肥，防止肥料施用后过快发挥肥效，而且防止雨水造成肥料的营养成分流失，不仅能够有效地发挥肥料肥力，而且也使营养成分持续、均匀的释放更为符合农作物的生长需求规律。
其中凹凸棒土粉和生物质炭本身不仅对土壤环境无害，而且还可作为土壤的组成部分，对土壤成分进行改良：尤其是生物质炭采用农业废弃物如秸秆、花生壳等进行炭化后的产物，其不仅可以作为肥料的载体，同时也可为土壤中的有益菌等微生物补充碳源，提高农作物的根基土中有益菌群的数量。
为了提高有机肥对土壤结构的改良作用，本发明的肥料还可进一步添加蚯蚓卵：适量的蚯蚓对农作物的生长能够起到良好的促进作用，蚯蚓卵随着有机肥施入农田后，基本在一个月后孵化成幼虫，随着蚯蚓的生长和活动，会使得土壤疏松，改善土壤板结状况，保证农作物根部的氧气供应，通过搅动土壤底部的有机肥，使得肥力容易被根系较短的农作物吸收，而且蚯蚓幼虫可以食用有机肥中未发酵完全的牛粪和兔粪，不仅可以消除未发酵粪便再次发酵造成的烧苗现象，还可以促进蚯蚓加速生长，以迅速改良土壤结构。蚯蚓死后其躯体可以再次腐化并转化为农作物需要的营养成分。为保持活性，蚯蚓卵原料可在造粒后加入混匀，或按对应的用量单独包装在有机肥施用前掺入混匀即可。
优选的有机肥料生产工艺，发酵过程中每三天进行一次翻堆，冷却过程中每天进行两次翻堆，所述物料造粒前通过翻抛机进行翻抛，然后自然干燥至含水量不高于45%wt。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1.较短的发酵周期、合理的配比能使发酵后的有机物料彻底腐熟对作物有利无害；
2.能有效治理土壤板结问题，增加土壤透气性，改良土壤性能，且持续均匀的为当季植物生长提供多种营养元素；
3.提高土壤保墒的作用，对土壤中未能及时分解的有机物起到分解再利用的作用，且养分释放持续均衡，解决了化肥成分单一、植物需要养分不全面的问题；
4.所需原料廉价易得，能持续利用多种畜禽粪便和农业废弃物，变废为宝，且利于环境保护，实现农业的可持续生产。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种兼顾作物养分需求与土壤生态改良的有机肥，由下述重量份原料制成：牛粪30份、兔粪25份、菌渣25份、花生壳25份和腐殖酸10份，其制备方法如下：按重量份取各原料并按照原料总重的0.1‰加入腐熟菌剂，然后加水至物料含水量为60-65%wt并混合均匀（手抓物料成团无水滴，松手即散）。然后将物料置于发酵槽内发酵，发酵过程中每三天进行一次翻堆，发酵10天左右，物料温度即可达到65-70℃。然后每天翻堆两次至物料温度降低至55-65℃，再次发酵5天。然后进行翻堆至物料温度降到室温后，测量物料含水量，物料含水量低于45%wt时，直接进行粉碎-搅拌-造粒-烘干-装袋，完成生产；如果物料含水量高于45%wt，利用翻抛机每天翻抛3-5次，通过自然通风的方法降低含水量，然后进行粉碎-搅拌-造粒-烘干-装袋，完成生产。
实施例2
一种兼顾作物养分需求与土壤生态改良的有机肥，由下述重量份原料制成：牛粪50份、兔粪35份、菌渣35份、花生壳35份和腐殖酸20份，其制备方法如下：按重量份取各原料并按照原料总重的0.2‰加入腐熟菌剂，然后加水至物料含水量为60-65%wt并混合均匀（手抓物料成团无水滴，松手即散）。然后将物料置于发酵槽内发酵，发酵过程中每三天进行一次翻堆，发酵10天左右，物料温度即可达到65-70℃。然后每天翻堆两次，待物料温度降到室温后，测量物料含水量，物料含水量低于45%wt时，直接进行粉碎-搅拌-造粒-烘干-装袋，完成生产；如果物料含水量高于45%wt，利用翻抛机每天翻抛3-5次，通过自然通风的方法降低含水量，然后进行粉碎-搅拌-造粒-烘干-装袋，完成生产。
实施例3
一种兼顾作物养分需求与土壤生态改良的有机肥，由下述重量份原料制成：牛粪40份，菌渣30份，兔粪30份，花生壳30份，腐殖酸15份，其制备方法如下：按重量份取各原料并按照原料总重的0.15‰加入腐熟菌剂，然后加水至物料含水量为60-65%wt并混合均匀（手抓物料成团无水滴，松手即散）。然后将物料置于发酵槽内发酵，发酵过程中每三天进行一次翻堆，发酵10天左右，物料温度即可达到65-70℃。然后每天翻堆两次，待物料温度降到室温后，测量物料含水量，物料含水量低于45%wt时，直接进行粉碎-搅拌-造粒-烘干-装袋，完成生产；如果物料含水量高于45%wt，利用翻抛机每天翻抛3-5次，通过自然通风的方法降低含水量，然后进行粉碎-搅拌-造粒-烘干-装袋，完成生产。
实施例4
一种兼顾作物养分需求与土壤生态改良的有机肥，由下述重量份主料和辅料制成，
主料为：牛粪30份、兔粪25份、菌渣25份、花生壳25份和腐殖酸10份；辅料为：凹凸棒土粉8份，生物质炭8份和蚯蚓卵0.01份。
其制备方法如下：按重量份取主料并按照主料总重的0.1‰加入腐熟菌剂，然后加水至物料含水量为60-65%wt并混合均匀（手抓物料成团无水滴，松手即散）。然后将物料置于发酵槽内发酵，发酵过程中每三天进行一次翻堆，发酵10天左右，物料温度即可达到65-70℃。然后每天翻堆两次，待物料温度降到室温后，测量物料含水量，物料含水量低于45%wt时，对物料进行粉碎，然后向其中加入所述重量份的凹凸棒土粉和生物质炭后进行造粒并烘干，然后与蚯蚓卵混匀后包装，或分别包装并在使用时混匀；如果物料含水量高于45%wt，利用翻抛机每天翻抛3-5次，通过自然通风的方法降低含水量并低于45%wt，对物料进行粉碎，然后向其中加入所述重量份的凹凸棒土粉和生物质炭后进行造粒并烘干，降温后与蚯蚓卵混匀后包装，或分别包装并在使用时混匀即可。
实施例5
一种兼顾作物养分需求与土壤生态改良的有机肥，由下述重量份主料和辅料制成，
主料为：牛粪50份、兔粪35份、菌渣35份、花生壳35份和腐殖酸20份；辅料为：凹凸棒土粉10份，生物质炭15份和蚯蚓卵0.03份。
其制备方法如下：按重量份取主料并按照主料总重的0.2‰加入腐熟菌剂，然后加水至物料含水量为60-65%wt并混合均匀（手抓物料成团无水滴，松手即散）。然后将物料置于发酵槽内发酵，发酵过程中每三天进行一次翻堆，发酵10天左右，物料温度即可达到65-70℃。然后每天翻堆两次，待物料温度降到室温后，测量物料含水量，物料含水量低于45%wt时，对物料进行粉碎，然后向其中加入所述重量份的凹凸棒土粉和生物质炭后进行造粒并烘干，然后与蚯蚓卵混匀后包装，或分别包装并在使用时混匀；如果物料含水量高于45%wt，利用翻抛机每天翻抛3-5次，通过自然通风的方法降低含水量并低于45%wt，对物料进行粉碎，然后向其中加入所述重量份的凹凸棒土粉和生物质炭后进行造粒并烘干，降温后与蚯蚓卵混匀后包装，或分别包装并在使用时混匀即可。
实施例6
一种兼顾作物养分需求与土壤生态改良的有机肥，由下述重量份主料和辅料制成，
主料为：牛粪40份，菌渣30份，兔粪30份，花生壳30份，腐殖酸15份；辅料为：凹凸棒土粉9份，生物质炭13份和蚯蚓卵0.02份。
其制备方法如下：按重量份取各原料并按照原料总重的0.15‰加入腐熟菌剂，然后加水至物料含水量为60-65%wt，混合均匀（手抓物料成团无水滴，松手即散）。然后将物料置于发酵槽内发酵，发酵过程中每三天进行一次翻堆，发酵10天左右，物料温度即可达到65-70℃，然后每天翻堆两次，待物料温度降到室温后，测量物料含水量，物料含水量低于45%wt时，对物料进行粉碎，然后向其中加入所述重量份的凹凸棒土粉和生物质炭后进行造粒并烘干，然后与蚯蚓卵混匀后包装，或分别包装并在使用时混匀；如果物料含水量高于45%wt，利用翻抛机每天翻抛3-5次，通过自然通风的方法降低含水量并低于45%wt，对物料进行粉碎，然后向其中加入所述重量份的凹凸棒土粉和生物质炭后进行造粒并烘干，降温后与蚯蚓卵混匀后包装，或分别包装并在使用时混匀即可。
效果例一
番茄种植试验
材料与方法
1.1供试材料
试验于2015年4月安排在开封市柳园口乡陶庄村朝霞果蔬种植生态园区内，供试土壤为潮土，质地为沙壤土，土壤肥力中等，地势平坦，耕层土壤养分为：有机质14.2g/kg、碱解氮68.4mg/kg、速效磷（P2O5）26.5mg/kg、速效钾(K2O)126.5mg/kg。前茬白地，供试作物番茄，品种为金鹏一号，供试肥料为实施例3所制得的肥料。
1.2试验方法
试验采取配对设计，共设两个处理，重复四次，小区面积40㎡。
处理一：常规施肥
处理二：常规施肥+亩底施供试肥料100kg（总施肥量与处理一相同）
试验是在当地常规施肥的基础上进行，所述处理一的常规施肥为：亩底施鸡粪500kg+三元复合肥（45%）75kg，处理二的常规施肥为：亩底施鸡粪400kg+三元复合肥（45%）75kg，而且两个处理都在番茄的生育期追肥5次，每次亩追尿素30kg。该试验地番茄于2015年2月10日统一育苗，4月20日统一移栽，采用宽窄行种植，每亩3000株。整地前，按照试验方案要求分小区进行施肥，施肥后人工翻入。6月10日左右采摘，8月4日收获结束。收获时按小区单收单称计产并同时进行田间调查与取样室内考种，试验除方案要求的底施供试肥料外，其他管理措施同一般番茄田生产。
表1 田间调查与考种统计表
注：表中数据为两个处理四次重复的平均值
底施“有机肥料”改善了番茄的生物学形状。由表1可知：处理二和处理一相比，座果时间提前两天，第一花序座果率提高2.9%，第二花序座果率提高1.4%，平均单果重增加7.4g,单株产量增加0.087kg。说明在当地常规施肥基础上，番茄底施本发明“有机肥”，能满足其各生育时期的养分需要，并提高座果率和单果重，增加了单株重量，还缩短了成熟时间。
表2 产量结果统计表
底施“有机肥料”提高了番茄的产量。由表2可知：处理二与处理一相比，平均亩增产番茄305.0kg，增产率为6.4%。对产量结果进行t检验（见表3），处理间产量差异达极显著水平。
表3 t检验表
在常规施肥的基础上，处理二与处理一相比，提高了番茄的座果率和单果重，增加了单株产量，平均亩增产305.0kg，增产率为6.4%，且产量差异达极显著水平。另对处理二试验后的土壤成分进行测量：有机质15.4g/kg、碱解氮69.7mg/kg、速效磷26.8mg/kg、速效钾127.8mg/kg，表明有机质含量明显提高，保水保墒的能力较处理一明显改善，处理二全程零死棵，病害现象较处理一低，土壤生态结构得到显著改善。
效果例二
小麦种植试验
材料与方法
1.1供试材料
试验于2015年10月安排在开封市柳园口乡刘庄村，供试土壤为潮土，质地为沙壤土，土壤肥力中等，地势平坦，耕层土壤养分为：有机质14.8g/kg、碱解氮71.5mg/kg、速效磷（P2O5）35.3mg/kg、速效钾(K2O)149.6mg/kg。前茬作物为玉米且亩产600 kg。供试作物小麦，品种为兰考198，供试肥料为实施例6所制得的肥料。
1.2试验方法
试验采取配对设计，共设两个处理，重复四次，小区面积35㎡。
处理一：常规施肥
处理二：常规施肥+亩底施供试肥料40kg（总施肥量与处理一相同）
试验是在当地常规施肥的基础上进行，所述处理一的常规施肥为：前茬玉米秸秆还田，每亩底施三元复合肥（45%）40kg，返青期亩追施尿素30kg。处理二的常规施肥为：前茬玉米秸秆还田，返青期亩追施尿素30kg。处理二在底施供试肥料时，先施入有机肥再均匀洒播蚯蚓卵。该试验地小麦于2015年10月18日播种，10月24日出苗。整地前，按照试验方案要求分小区进行施肥，施肥后人工翻入，2013年6月12日收获，收获时分小区进行实收计产并同时进行田间调查与取样室内考种，试验除方案要求的底施供试肥料外，其他管理措施同一般小麦田生产。
表4 田间调查与考种统计表
注：表中数据为两个处理四次重复的平均值
底施本发明“有机肥”，能满足其各生育时期的养分需要，改善了小麦的生物学形状。由表4可知：处理二和处理一相比，平均株高增加0.4cm，亩穗数增加0.2万，穗粒数增加1.1粒，千粒重增加1.0g。处理二相对处理一能够增加小麦的株高、亩穗数、穗粒数和千粒重。
表5 产量结果统计表
底施“有机肥”提高了小麦的产量。由表5可知：处理二与处理一相比，平均亩增产小麦26.7kg，增产率为5.7%。对产量结果进行t检验（见表6），处理间产量差异达极显著水平。
表6 t检验表

Claims (6)

1.一种兼顾作物养分需求与土壤生态改良的有机肥料，其特征在于，所述肥料由下述重量份主料制成：牛粪30-50份、兔粪25-35份、菌渣25-35份、花生壳25-35份和腐殖酸10-20份。
2.如权利要求1所述的兼顾作物养分需求与土壤生态改良的有机肥料，其特征在于，还包括如下重量份的辅料：凹凸棒土粉8-10份，生物质炭8-15份和蚯蚓卵0.01-0.03份。
3.权利要求1所述兼顾作物养分需求与土壤生态改良的有机肥料的制备方法，包括如下步骤：
按权利要求1所述的主料配比备料，再按主料总量的0.1‰-0.2‰向其中添加腐熟菌剂，然后加水至混合物料含水量为60-65%wt，置于发酵槽内发酵至物料温度为65-70℃，翻堆后再进行物料发酵至55-65℃，然后翻堆冷却至环境温度，粉碎后进行造粒、烘干、装袋即可。
4.权利要求2所述兼顾作物养分需求与土壤生态改良的有机肥料的制备方法，包括如下步骤：
1）按权利要求2所述的主料配比备料，再按主料总量的0.1‰-0.2‰向其中添加腐熟菌剂，然后加水至混合物料含水量为60-65%wt并混合均匀，置于发酵槽内发酵至物料温度为65-70℃，然后翻堆冷却至环境温度，粉碎；
2）向上述粉碎后的物料中加入所述重量份的凹凸棒土粉和生物质炭后进行造粒并烘干，放凉后与蚯蚓卵混匀后包装，或分别包装并在使用时混匀。
5.如权利要求3或4所述有机肥料的制备方法，其特征在于，所述发酵过程中每三天进行一次翻堆，冷却过程中每天进行两次翻堆。
6.如权利要求3或4所述有机肥料的制备方法，其特征在于，所述物料造粒前通过翻抛机进行自然干燥至含水量不高于45%wt。
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