CN107200652A - 含铜的复合盐作为化学保氮剂的应用及其制备有机肥的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含铜的复合盐作为化学保氮剂的应用及其方法，将发酵基料中加入有机肥发酵菌剂，混匀，再将含铜的复合盐混于水中喷洒在发酵基料上使发酵基料含水率在50～60％，再进行发酵。使用含铜的复合盐作为化学保氮剂制备有机肥后，有机肥中氮素损失率减少25～70％，测试种子发芽指数至少80％，甚至高达130％，可用于农业生产。

Description

含铜的复合盐作为化学保氮剂的应用及其制备有机肥的方法

技术领域

本发明属于本发明属于堆肥化处理领域，涉及含铜的复合盐作为化学保氮剂的应用，更涉及化学保氮剂制备有机肥的方法。

背景技术

近年来，动物专业化养殖发展迅速，大量堆积的畜禽粪便对周围环境造成了严重的污染，间接影响了社会和经济的发展。而畜禽粪便中N、P、K元素含量丰富，通过堆肥处理能将其资源化利用，实现向有机肥的转换，同时能有效减轻环境污染，促进农业可持续发展。但目前堆肥过程中，大量氨气挥发造成氮素损失。有研究表明堆肥中氮素损失量平均为40％，最高可达74％。由于含氮化合物的挥发，一方面降低了成品堆肥中的氮素含量，同时降低了成品堆肥的农学价值，减少肥效；另一方面，造成了环境污染，主要包括臭气污染和酸雨。因此在堆肥过程中，需采取防止氮的损失和保证肥质的措施，减少环境污染，提高其商品化价值。

堆体的C/N比、pH、温度、水分、通风供氧情况都会不同程度影响堆肥过程中氮素的损失。高温、高pH会导致氨气挥发损失，供氧不足造成局部厌氧发酵会引起硝态氮的反硝化脱氮，以及渗滤液或雨水造成的氮素淋溶损失。目前国内外学者主要是从物理法、化学法、生物法三个切入点对堆肥中氮素的固定作出了相应的研究。

目前，堆肥过程中氮损失控制主要方式如下：

(1)物理法：物理法主要是指改变堆肥原料的性质如通过添加可调节原料C/N值、孔隙度、含水率的调理剂(秸秆、菌糠、锯末、药渣、稻壳、树叶等)，人为增加碳源以达到保氮的目的。有研究表明，堆体中添加泥炭和秸秆氮素损失比未添加的堆体氮素损失量少。但是粪便中的氮多为微生物的快速利用态，而碳素则不能很快降解，导致堆肥初期氮素过剩，在一定条件下氨气容易挥发，故此方法有较大的局限性。

(2)生物法：在堆肥过程中，添加外源微生物改变堆体内原生微生物菌群是国内外常用的固氮方法。Chang等向大白菜堆肥中接种高温纤维素分解微生物发现一种高温放线菌TA-3能够同时达到保氮促腐。石春芝等研究发现堆肥中加入固氮菌和纤维素分解菌，堆肥的含氮量有一定提高，纤维素分解菌对固氮菌的生长有一定协同效应。但此措施需要专门培养微生物，添加过程中又还需控制适当的温度、碳氮比等外界条件，其操作程序比较繁琐。所以添加微生物培养剂的方法也有一定的局限性。

(3)化学法：化学物质对畜禽粪的保氮除臭原理主要有两大类：一是靠氧化剂的氧化，这类化学物质有高锰酸钾、次氯酸盐等；二是靠中和剂的酸碱中和反应，这类化学物质有过磷酸钙、氯化铁、硫酸亚铁、稀硫酸等。化学方法前期后期的操作相对简单，效果明显，但有些化学添加剂的成本较高且过量施用易造成土壤二次污染。林小凤等人(林小凤etal.2008,1662-1666)在堆肥基料中添加过磷酸钙添加8.3％，氯化铁比例高达12.1％，虽然有较好的固氮效果，但化学试剂添加量多，成本过高，基料堆肥中较难升温和腐熟且施用过程中易造成土壤板结。张发宝等人(张发宝et al.2011,2347-2352)添加2％硫酸亚铁在堆肥基料中，保氮效果相对不理想。故需要找到一种成本较低，副作用小，效果好的化学保氮剂来降低堆肥中氮素的损失。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种含铜的复合盐作为化学保氮剂的应用，目的之二在于提供利用这种化学保氮剂制备有机肥的方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、含铜的复合盐作为化学保氮剂的应用。

本发明中，所述含铜的复合盐作为化学保氮剂在堆肥处理中减少氮元素的损失。

本发明中，所述含铜的复合盐为碱式硫酸铜、碱式碳酸铜，碱式磷酸铜或碱式硝酸铜中的一种或多种。

2、利用含铜的复合盐作为化学保氮剂制备有机肥的方法，具体步骤如下：向发酵基料中加入有机肥发酵菌剂，混匀，再将含铜的复合盐混于水中喷洒在发酵基料上使发酵基料含水率在50～60％，获得发酵物料，最后将发酵物料进行发酵。

优选的，所述发酵基料C/N比为10～30:1。

优选的，所述发酵基料为畜禽类粪污、昆虫粪、农作物茎叶和非农作物茎叶中的一种或多种。所述含铜的复合盐为碱式硫酸铜、碱式碳酸铜，碱式磷酸铜或碱式硝酸铜中的一种或多种。

优选的，所述发酵基料为鸡粪、黄粉虫粪、秸秆和锯末。

优选的，所述有机肥发酵菌剂加入量相当于发酵基质量的0.1～1％。所述有机肥发酵菌剂可以为市场上现有的有机肥发酵菌剂，如BM发酵腐熟剂，也可以使用其他发酵菌剂。

优选的，所述含铜的复合盐加入量为发酵基料干重的0.4wt％～2.0wt％。

优选的，所述发酵为将发酵物料码堆后，待温度升高到55～60℃再降低温度到40～45℃时，进行第一次翻堆，等到温度第二次上升后又下降5-10℃时，进行第二次翻堆，然后待发酵基料温度降低至18～25℃，完成发酵。

本发明的有益效果在于：1.提供一种新的化学保氮剂，也开创了含铜的复合盐的新用途；2.提供一种有机肥的制备方法，使用本方法制备的有机肥，氮素损失率低，氮素损失率减少25～70％，有机肥中含氮量高，测试种子发芽指数至少80％，甚至高达130％，如果用于农业生产，不仅可增加土壤腐殖质和养分，促进农作物生长，而且有机肥中有机质与土壤结合，可使粘质土壤疏松；在农业应用中具有重要意义。

具体实施方式

下面对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。

实施例1

将物料鸡粪、黄粉虫粪、秸秆和锯末混合，形成发酵基料，调节C/N为13，加入相当于发酵基料质量0.5％有机肥发酵菌剂(有机发酵菌剂使用BM发酵腐熟剂，购于鹤壁市百惠生物科技有限公司)，将物料平均分为2份，一份作实验组，一份对照组。

实验组调节含水率为50％，水中加入占发酵基料干重0.8wt％碱式碳酸铜，均匀加入混匀的发酵基料内，待温度升高到55℃再降温到45℃时，翻堆混匀，直至发酵结束，期间根据温度上升后再下降5-10℃时再进行适当翻堆。

对照组基料不添加碱式碳酸铜，其余处理和实验组保持一致。

然后测定含氮量、腐熟度：

含氮量测试方法：中华人民共和国农业行业标准-有机肥料(NY525-2012))。

腐熟度测试：各称取20g堆肥后的样品，室温(18～25℃)下按质量比为1：20的肥水比加入去离子水，搅拌1min后静置30min，再用慢速定量滤纸过滤，收集各滤液。在培养皿内垫一张滤纸，各均匀放入100粒绿豆，加入样品浸提液10mL。于27℃恒温培养箱中培养96h，计算平均发芽率和种子发芽指数GI，以蒸馏水作空白对照，每个样品重复3次。培养期间，多次补充去离子水，使培养皿中的液体维持10mL左右，根据发芽率评价是否腐熟。

含氮量测定结果如表1所示，发芽率测定结果如表2所示。

收率(％)＝结束时基料干重/起始基料干重×100％

氮素损失率(％)＝(1-结束时含氮量×收率/起始含氮量)×100％

氮素损失减少率(％)＝(1-实验组氮素损失率/对照组氮素损失率)×100％

GI(％)＝(处理发芽率×处理根长)/(空白发芽率×空白根长)×100％

表1实施例1实验组和对照组氮含量测定结果

表2实施例1实验组和空白组腐熟度测定结果

测定指标	实验组	空白组
			发芽率(％)	95	95
GI(％)	92.04

堆肥腐熟度的评价很重要。在堆肥的过程中，堆肥的方法是否适当主要是靠堆肥腐熟度的评价来进行确定。用未腐熟的产品对土壤施肥后，会使有机肥中的微生物继续利用土壤间隙的氧气进行降解有机物的过程，从而造成土壤缺氧进而使植物根系缺氧，并产生H₂S和NO等有害气体。未腐熟的堆肥中不仅氮含量很低会造成微生物的氮饥饿使其摄取土壤中的氮，从而造成土壤缺氮的现象，而且还含有大量对植物的生长会产生抑制作用的植物毒性物质，如低分子量的有机酸及多酚等会抑制植物的生长发育，而这些物质会随着堆肥进程逐渐地被转化。多年来，国内外许多学者为了研究堆肥腐熟度，建立一个合理统一的腐熟度指标，进行了大量细致化的研究。堆肥指标大致分为三类：物理指标、化学指标和生物指标。经验证明，仅以化学指标来评价堆肥腐熟度是不全面的，必须借助生物分析方法才可靠。这些生物学指标主要有呼吸作用、微生物种类和活性以及种子发芽指数率等。(1)对于好氧堆肥来讲，微生物的耗氧速率反映了堆肥过程中的微生物活性的变化，堆肥腐熟期间的耗氧速率随堆肥时间变化曲线显得平滑，其值比堆肥初期明显下降。(2)反映微生物活性变化的参数有酶活性、ATP和微生物量。其中酶的活性随堆肥时间变化逐渐呈下降趋势。(3)未腐熟的堆肥中含有对植物的生长发育起抑制作用毒性物质，因此以堆肥水浸提液对植物种子的毒性试验检验腐熟度是最精确和最有效的方法，钱宏兵等认为当发芽率超过80％时，可认为堆肥对植物已基本没有毒性，基本腐熟，当发芽率超过90％时，堆肥可认为完全腐熟。而种子发芽指数考虑了多种物质的综合作用且符合实际农田育苗的情况，当种子的发芽指数高于60％时，堆肥即腐熟。

所以本实验用种子发芽率和种子发芽指数(GI)同时作为评价腐熟度的指标，发芽率和GI越高腐熟度越好，堆肥中的有机质经过矿化、腐殖化过程最后达到稳定的程度，肥效好，进一步有利于作物生长。

实施例2

将物料鸡粪、黄粉虫粪、秸秆和锯末混合，调节C/N为13，形成发酵基料，加入相当于发酵基料质量1％的有机肥发酵菌剂，将物料平均分为2份，一份作实验组，一份对照组。

实验组调节含水率为53％，水中加入占发酵基料干重1.6wt％碱式硫酸铜，均匀加入混匀的发酵基料内，待温度升高到60℃再降温到50℃时，翻堆混匀，期间根据温度上升后再下降5-10℃时进行适当翻堆，直至发酵结束。

对照组基料不添加碱式硫酸铜，其余处理和实验组保持一致。

测定含氮量、腐熟度的结果，测试方法同实施例1，测定结果如表3，表4所示。

表3实施例2实验组和对照组氮含量测定结果

表4实施例2实验组和空白组腐熟度测定结果

测定指标	实验组	空白组
			发芽率(％)	95	98
GI(％)	83.02

实施例3

将鸡粪、黄粉虫粪、秸秆、锯末等物料混合，调节C/N为20，形成发酵基料，加入相当于发酵基料质量1％的有机肥发酵菌剂，将物料平均分为2份，一份作实验组，一份对照组。

实验组调节含水率为60％，水中加入占发酵基料干重1.6wt％碱式硝酸铜，均匀加入混匀的发酵基料内，待温度升高到60℃再降温到50℃时，翻堆混匀，期间根据温度上升后再下降5-10℃时进行适当翻堆，直至发酵结束。

对照组基料不添加碱式硝酸铜，其余处理和实验组保持一致。

测定含氮量、腐熟度的结果，测试方法同实施例1，测定结果如表5，表6所示。

表5实施例3实验组和对照组氮含量测定结果

表6实施例3实验组和空白组腐熟度测定结果

测定指标	实验组	空白组
			发芽率(％)	98	96
GI(％)	133.83

实施例4

将物料鸡粪、黄粉虫粪、秸秆和锯末混合，调节C/N为30，形成发酵基料，加入相当于发酵基料重量1％的有机肥发酵菌剂，将物料平均分为2份，一份作实验组，一份对照组。

实验组调节含水率为60％，水中加入占发酵基料干重1.2wt％含铜的复合盐(碱式磷酸铜：碱式碳酸铜：碱式硫酸铜质量比为1：2：1)，均匀加入混匀的发酵基料内，待温度升高到60℃再降温到50℃时，翻堆混匀，期间根据温度上升后再下降时进行适当翻堆，直至发酵结束。

对照组基料不添加含铜的复合盐，其余处理和实验组保持一致。

测定含氮量、腐熟度的结果，测试方法同实施例1，测定结果如表7，表8所示。

表7实施例4实验组和对照组氮含量测定结果

表8实施例4实验组和空白组腐熟度测定结果

测定指标	实验组	空白组
			发芽率(％)	95	98
GI(％)	136.04

由上述实施例可以看出，在发酵过程中加入含铜的复合盐能够提高含氮量，减少氮素损失率，以绿豆发芽为例提高了种子发芽率。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.含铜的复合盐作为化学保氮剂的应用。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述含铜的复合盐作为化学保氮剂在堆肥处理中减少氮元素损失中的应用。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述含铜的复合盐为碱式硫酸铜、碱式碳酸铜，碱式磷酸铜或碱式硝酸铜中的一种或多种。

4.利用含铜的复合盐作为化学保氮剂制备有机肥的方法，其特征在于，具体步骤如下：向发酵基料中加入有机肥发酵菌剂，混匀，再将含铜的复合盐混于水中喷洒在发酵基料上使发酵基料含水率在50～60％，获得发酵物料，最后将发酵物料进行发酵，制得有机肥。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述发酵基料C/N比为10-30:1。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述发酵基料为畜禽类粪污、昆虫粪、农作物茎叶和非农作物茎叶中的一种或多种。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述发酵基料为鸡粪、黄粉虫粪、秸秆和锯末。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述有机肥发酵菌剂加入量相当于发酵基质量的0.1～1％。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述含铜的复合盐加入量为发酵基料干重的0.4wt％-2.0wt％。

10.根据权利要求4～9任一项所述的方法，其特征在于，所述发酵为将发酵物料码堆后，待温度升高到55-60℃再降低温度到40-45℃时，进行第一次翻堆，等到温度第二次上升后又下降5-10℃时，进行第二次翻堆，然后待发酵基料温度降低至18-25℃，完成发酵。