CN107226737A - 一种降低蚯蚓堆肥中可利用态Cu、Zn含量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种降低蚯蚓堆肥中可利用态Cu、Zn含量的方法，包括如下步骤：1)对动物粪便采用脱水烘干处理，使得含水率在15％以下；2)将生物炭加入到脱水烘干处理后的动物粪便中，加水保持含水率至50～70％，得到底料；3)将底料铺设在养殖床的土壤上，继续往底料中放入蚯蚓，并在底料表层铺设薄土将其覆盖，进行蚯蚓堆肥。该方法使得底料中的可利用态Cu、Zn的分配率有效地减少，并进一步减少重金属在植物体内的累积，防止重金属进入生物链从而影响到农产品安全和人体健康。
Description
技术领域
本发明涉及蚯蚓堆肥，具体涉及一种降低蚯蚓堆肥中可利用态Cu、Zn含量的方法。
背景技术
全国每年因养殖产生Zn总量达250.36万吨，Cu总量达171.84吨，其中有95％左右的Cu2+和Zn2+伴随畜禽粪便及尿液排出，猪粪中Cu和Zn的平均浓度分别为452.2mg kg-1和656.2mg kg-1。并且，我国对养殖废弃物的综合利用率不到60％，全年未经利用的养殖废弃物中Zn总量达到142.71万吨，Cu 总量97.95万吨。
由于猪粪堆肥中重金属铜、锌等含量较高，用其作为有机肥施用容易导致土壤重金属铜、锌等大量积累，甚至影响到农产品安全和人体健康。许多研究认为，土壤中重金属的有效态含量与重金属通过生物链进入植物体的可能性成正比。所以，降低堆肥中重金属的活性将有效地减少重金属在植物体内的累积。因此如何有效降低猪粪堆肥中重金属铜、锌等有效性日益受到广泛的关注。
堆肥是一个腐殖化的过程，有机质在生物的作用下进行矿化分解，并同时合成新的更稳定的有机物。在这个过程中，由于温度升高和有机质的转变改变了重金属的形态。有研究表明，经过堆肥后，有机固体废弃物中重金属的活性被钝化，可以有效地降低其生物有效性。
蚯蚓是土壤中的主要动物类群，蚯蚓活动可以保持土壤通气、维持土壤肥力、提高土壤透气保水，可改善土壤结构，促进土肥相融，加快有机质的分解，促进土壤团聚体的生成，有效提高土壤的排水能力和保肥能力。但蚯蚓堆肥并不能大幅度地钝化重金属。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种降低蚯蚓堆肥中可利用态Cu、Zn含量的方法，使得Cu、Zn的分配率有效地降低。
本发明所提供的技术方案为：
一种降低蚯蚓堆肥中可利用态Cu、Zn含量的方法，包括如下步骤：
1)对动物粪便采用脱水烘干处理，使得含水率在15％以下；
2)将生物炭加入到脱水烘干处理后的动物粪便中，加水保持含水率至 50～70％，得到底料；
3)将底料铺设在养殖床的土壤上，继续往底料中放入蚯蚓，并在底料表层铺设薄土将其覆盖，进行蚯蚓堆肥。
上述技术方案中，采用蚯蚓堆肥和钝化剂协同作用降低动物粪便中可利用态Cu、Zn含量。蚯蚓在粪便堆肥过程中可以影响有机质含量、土壤机械组成和pH，这些因素都与重金属的形态密切相关，并且蚯蚓的生理活动也受环境中重金属的影响，通常堆肥底料中的重金属Cu和Zn不得超过500mg/kg 和1000mg/kg；此方案中，联合钝化剂以及蚯蚓堆肥处理后，重金属Cu呈现：可氧化态Cu>残渣态Cu>可还原态Cu>可交换态Cu，可氧化态Cu含量占主导地位，其分配率占50％以上；而Zn呈现与Cu不同的规律，主要表现为：可交换态Zn>可还原态Zn>可氧化态Zn>残渣态Zn，堆肥处理后还原态Zn和可交换态Zn仍占主导，两者分配率之和超过80％。
通过加入生物炭为钝化剂，使畜禽粪便中重金属Cu形态发生明显变化，可利用态Cu(可交换态和可还原态)转变成非可利用态Cu(可氧化态和残渣态)。经过研究生物炭对生物可利用态Cu有较佳的钝化效果，试验前后可利用态Cu的分配率减少42.34％，对可利用态Zn也有一定的钝化效果，可利用态Zn分配率减少2.70％。
优选的，所述步骤1)中动物粪便为猪粪。
优选的，所述步骤2)中生物炭以秸秆为原料，在250℃以上的温度厌氧条件下煅烧生成。进一步优选，所述煅烧时间为11～13小时。
优选的，所述步骤2)中生物炭的加入质量为3～10％。进一步优选为5％。
优选的，所述步骤2)中脱水烘干处理后的动物粪便中加入秸秆或木屑，调节动物粪便的C/N质量比至20～30。
优选的，所述步骤2)中水为自来水，所述自来水需经过爆晒1～2天。爆晒处理后能够除去水中部分的氯离子。
优选的，所述步骤3)中底料铺设时隔间保留空白区域。可以按“田”字形在养殖床表面进行铺设，中间留存缝隙，目的是将机质含量较低的土壤作为蚯蚓暂时居住和适应环境的场所。
优选的，所述步骤3)中蚯蚓为赤子爱胜蚓，养殖密度为80～100尾·kg-1。
优选的，所述步骤3)中底料的铺设高度为8～12cm。进一步优选为10cm。
优选的，所述步骤3)中蚯蚓堆肥时温度维持在18～26℃，含水率保持 50～70％，周期为4～6个星期。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
本发明通过联合钝化剂以及蚯蚓堆肥处理，使得底料中的可利用态Cu、 Zn的分配率有效地减少，并进一步减少重金属在植物体内的累积，防止重金属进入生物链从而影响到农产品安全和人体健康。蚯蚓堆肥后猪粪中病毒及有害细菌减少，堆肥产物可直接施加至作物且不会造成烧苗，堆肥产物的质量有效提高。同时蚯蚓长成后可作为鱼饵或药用原材料等出售，增加了经济效益。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：制备生物炭
以100kg秸秆为原料，将秸秆剪为1cm左右长度，在250℃厌氧条件下煅烧12小时，得到19kg左右生物炭。
实施例2
(1)对猪粪采用脱水烘干处理，使得含水率保持在15％；
(2)将实施例1制备的生物炭加入到脱水烘干处理后的猪粪中，其中生物炭的加入质量为5％，同时加入秸秆和木屑将C/N质量比调至20～30，加山泉水保持含水率至60％，得到底料；
(3)将底料铺设养殖床的土壤上，以“田”字形铺设，中间存留缝隙，底料堆积高度约10cm；将赤子爱胜蚓均匀铺在底料上，养殖床中蚯蚓养殖密度80～100尾·kg-1(底料)，最后将松软湿润的泥土覆盖在蚯蚓上层。
要求养殖床的总高度在20cm左右，每隔一天浇水一次，夏季在清晨和傍晚各浇水一次，保持底料中的含水率在60％左右，温度维持在18～26℃，堆肥周期为5个星期。
测量堆肥处理前后的Cu、Zn分配率，生物炭对蚯蚓猪粪堆肥中生物可利用态Cu和Zn有一定的钝化效果，可利用态Cu的分配率减少42.34％，可利用态Zn分配率减少2.70％
实施例3
参照实施例2进行堆肥处理，不同之处在于，步骤(2)中采用自来水调节底料的含水率，需要对自来水进行1～2天曝晒处理，除去水中部分氯离子。
测量堆肥处理前后的Cu、Zn分配率，可利用态Cu的分配率减少39.25％，可利用态Zn分配率减少3.54％
对比例1
参照实施例2进行堆肥处理，不同之处在于步骤(2)中不加钝化剂，测量堆肥处理前后的Cu、Zn分配率，可利用态Cu的分配率减少33.63％，可利用态Zn分配率减少0.80％
对比例2
参照实施例2进行堆肥处理，不同之处在于步骤(2)中加入5％(质量) 的沸石做为钝化剂，测量堆肥处理前后的Cu、Zn分配率，可利用态Cu的分配率减少34.23％，可利用态Zn分配率增加1.72％
对比例3
参照实施例2进行堆肥处理，不同之处在于步骤(2)中加入5％(质量) 的钙镁磷肥做为钝化剂，测量堆肥处理前后的Cu、Zn分配率，可利用态Cu 的分配率减少7.83％，可利用态Zn分配率增加0.37％
对比例4
参照实施例2进行堆肥处理，不同之处在于步骤(2)中加入5％(质量) 的酵素做为钝化剂，测量堆肥处理前后的Cu、Zn分配率，可利用态Cu的分配率减少33.25％，可利用态Zn分配率减少3.77％。
Claims (10)
1.一种降低蚯蚓堆肥中可利用态Cu、Zn含量的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)对动物粪便采用脱水烘干处理，使得含水率在15％以下；
2)将生物炭加入到脱水烘干处理后的动物粪便中，加水保持含水率至50～70％，得到底料；
3)将底料铺设在养殖床的土壤上，继续往底料中放入蚯蚓，并在底料表层铺设薄土将其覆盖，进行蚯蚓堆肥。
2.根据权利要求1所述的降低蚯蚓堆肥中可利用态Cu、Zn含量的方法，其特征在于，所述步骤1)中动物粪便为猪粪。
3.根据权利要求1所述的降低蚯蚓堆肥中可利用态Cu、Zn含量的方法，其特征在于，所述步骤2)中生物炭以秸秆为原料，在250℃以上的温度厌氧条件下煅烧生成。
4.根据权利要求1所述的降低蚯蚓堆肥中可利用态Cu、Zn含量的方法，其特征在于，所述步骤2)中生物炭的加入质量为3～10％。
5.根据权利要求1所述的降低蚯蚓堆肥中可利用态Cu、Zn含量的方法，其特征在于，所述步骤2)中脱水烘干处理后的动物粪便中加入秸秆或木屑，调节动物粪便的C/N质量比至20～30。
6.根据权利要求1所述的降低蚯蚓堆肥中可利用态Cu、Zn含量的方法，其特征在于，所述步骤2)中水为自来水，所述自来水需经过爆晒1～2天。
7.根据权利要求1所述的降低蚯蚓堆肥中可利用态Cu、Zn含量的方法，其特征在于，所述步骤3)中底料铺设时隔间保留空白区域。
8.根据权利要求1所述的降低蚯蚓堆肥中可利用态Cu、Zn含量的方法，其特征在于，所述步骤3)中蚯蚓为赤子爱胜蚓，养殖密度为80～100尾·kg-1。
9.根据权利要求1所述的降低蚯蚓堆肥中可利用态Cu、Zn含量的方法，其特征在于，所述步骤3)中底料的铺设高度为8～12cm。
10.根据权利要求1所述的降低蚯蚓堆肥中可利用态Cu、Zn含量的方法，其特征在于，所述步骤3)中蚯蚓堆肥时温度维持在18～26℃，含水率保持50～70％，周期为4～6个星期。
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