CN107556066A - 一种移位秸秆颗粒生物反应堆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种移位秸秆颗粒生物反应堆，将农作物秸秆粉碎后压制成颗粒状，在冬暖式大棚或温室内，建设发酵池，安装鼓风和排气装置。将秸秆颗粒和一定比例的氮源物质混合后建堆。通过加入发酵菌种、浇水、覆膜、鼓风、排气等操作，秸秆经好氧发酵转化成二氧化碳、热量、有机质等，供设施栽培蔬菜、果树等农作物和其它无土栽培绿色植物生长发育利用。

Description

一种移位秸秆颗粒生物反应堆

技术领域

本发明涉及秸秆生物反应堆领域，特别是涉及一种移位秸秆颗粒生物反应堆。

背景技术

秸秆生物反应堆技术是一种高效的秸秆还田方式，可用于日光温室、大棚等设施瓜菜、果树栽培,以及露地园艺作物和中药材等栽培，按应用方式可分为原位、移位和原位、移位结合3种基本方式。

移位秸秆生物反应堆在保护地大棚或大型联动温室建设反应堆发酵池，将秸秆、氮源物质等反应堆原料按要求在发酵池建堆，接种发酵微生物，通过好氧发酵，为农作物提供二氧化碳、有机质等营养物质和热量等。移位秸秆颗粒生物反应堆具有集中建堆，供氧发酵，释放二氧化碳，输送热量，转化有机质，改良土壤，抗病增产等优点，既适合农户普通塑料大棚分散应用，又适宜无土栽培的大型规模化联动温室集中统一应用。但常规秸秆生物反应堆存在许多缺陷和问题，一是1亩保护地需施入7000-8000公斤玉米整枝秸秆，反应堆体积庞大，发酵池占地多，浪费棚内面积，否则秸秆施入量受限，生物能效不足；二是铺置建堆时，由于秸秆体积大，密度不一致，导致菌种和氮源物质在反应堆内分布不均，发酵慢、温度低、效能差；三是不能向反应堆内鼓风供氧，使好氧发酵菌种生长不良，形成厌氧发酵反应，产生臭味，有机质转化不彻底；四是劳动强度大，用工多，导致用户使用该项技术的意愿降低，难以大面积推广；五是从全国范围来看，许多整枝的农作物秸秆或体积大，或碳氮比高，或秸秆表面蜡质坚韧，如小麦、水稻、玉米、棉花、油菜、大豆、花生、林木枝条等农作物秸秆，菌种侵入慢，不适宜用作生物反应堆原料，限制了不同区域秸秆生物反应堆的就地广泛取材，成为制约秸秆生物反应堆技术在全国大面积推广应用的因素之一。

要进一步提高秸秆生物反应堆技术的应用普及程度，就有必要对目前的方法进行改进，找到能够在有限的空间中放置更多秸秆和改良秸秆性状的方法，并且施用方便，节省人工，增强其实用性。

发明内容

本发明提出一种新型秸秆生物反应堆，即一种移位秸秆颗粒生物反应堆，其特征在于：在大棚温室建设一处秸秆反应堆发酵池，将秸秆粉碎压制成颗粒状后，在发酵池建堆，通过加入菌种和氮源物质、浇水、覆膜封闭、鼓风、排气等，秸秆颗粒经好氧发酵转化成二氧化碳、热量、有机质等，供设施栽培的蔬菜、果树等农作物和无土栽培的绿色植物生长发育利用。

所述秸秆颗粒是将农作物秸秆粉碎后再压制成颗粒状，所用秸秆的含水量在15％以下。

所述秸秆颗粒反应堆适宜的碳氮比在25-35:1，所述秸秆颗粒反应堆的碳氮比可通过向秸秆颗粒中加入一定比例的氮源物质或在粉碎秸秆后压制颗粒的过程中掺入一定比例的氮源物质调节。

在保护地大棚或温室的一侧建设南北走向的长方形发酵池，发酵池的北端留有进料口，侧面留有出风口。

所述的发酵池的南端装有鼓风机和通气管，通气管上刻有一定密度的通气孔，通气管沿发酵池走向平放在发酵池底面纵向的中央，颗粒反应堆建堆在通气管上。

所述的发酵池侧面的出风口上装有排风机，排风机上连接气带，排风机通过气带将反应堆产生的气体输送到整个保护地大棚或温室。

所述的移位秸秆颗粒生物反应堆的方法，包括如下步骤：

(1)制备秸秆颗粒；

(2)建造发酵池，铺设通风管，放置秸秆颗粒,加入氮源物质混合均匀后建反应堆；

(3)菌种预处理；

(4)按照一定的水料比例和菌种用量边建堆，边浇水，边接种；

(5)覆盖塑料农膜，封闭发酵池；

(6)白天向反应堆鼓风并排气。

(7)根据发酵情况，揭膜翻堆，调节反应堆含水率至60％，再覆膜封闭，白天鼓风、排气。

(8)发酵结束后，打开发酵池，将反应堆作为有机质原料直接还田，或加工成有机肥，

所述步骤(3)的菌种预处理为将发酵菌种按一定比例兑水或按一定比例与氮源物质混匀。

所述步骤(4)的接种为将菌种进行预处理后，均匀喷(撒)施在秸秆颗粒上，两者混匀建堆；或菌种与氮源物质混合后与秸秆颗粒一同建堆。

所述的鼓风机安装在发酵池南端外侧底部中央，鼓风口通向通风管。

通风管管壁上刻有密度合适的细孔，通风管一端连接鼓风机，另一端封闭。

在保护地大棚或温室的一侧建设发酵池，安装相应鼓风和排气装置。作物定植缓苗后，开始建反应堆。

反应堆建堆完成后，用塑料农膜封闭发酵池，开始每天白天开启鼓风机，通过通风管向反应堆内鼓风，同时开启排风机，通过气带向大棚温室排放反应堆产生的热气和二氧化碳等，提高室内温度，提供二氧化碳气肥。夜间停止鼓风和排气。每天测量反应堆温度。

经过一定时间的发酵反应后，根据反应堆温度判断反应堆发酵程度，进行揭膜翻堆。翻堆后再建堆、再覆膜，每天白天继续鼓风和排气，夜间停止。

反应堆翻堆后经过一定时间，发酵反应结束，秸秆颗粒等反应堆原料，经好氧发酵转化成优质有机质，可以揭开覆膜，取出有机质直接还田或用于加工有机肥。

所述的移位秸秆颗粒生物反应堆主要用于保护地栽培蔬菜、果树等农作物和其它无土栽培的绿色植物。

本发明的技术方案更具体的是这样实现的：

1、制备秸秆颗粒。调整秸秆含水量至15％以下，将秸秆粉碎后，机械压制成颗粒状。

2、建池与设施安装。在保护地大棚或温室的一侧建设南北走向的长方形发酵池，发酵池的北端留有进料口，侧面留有出风口。发酵池的南端装有鼓风机和通气管，通气管上刻有一定密度的通气孔，通气管沿发酵池走向平放在发酵池底面纵向的中央。在通气管上建反应堆。发酵池侧面的出风口上装有排风机，排风机上连接气带，排风机通过气带将反应堆产生的气体输送到整个保护地大棚或温室。

进一步，在冬暖式大棚或温室内建设反应堆发酵池，在发酵池内建反应堆。

所述秸秆颗粒反应堆适宜的碳氮比在25-35:1，所述秸秆颗粒反应堆的碳氮比可通过向秸秆颗粒中加入一定比例的氮源物质或在粉碎秸秆后压制颗粒的过程中掺入一定比例的氮源物质调节。所述氮源物质为含氮量较大的物质，如羽毛粉、大豆粕、大豆粉、麸皮、棉籽饼、菜籽饼、干鸡粪等。

3、菌种预处理。将发酵菌种按一定比例兑水(兑水比例一般为1:5-20，优选1：10)或按一定比例与氮源物质混匀(混合比例一般为1:5-20，优选1：10)。

4、接种。将菌种进行预处理后，均匀喷(撒)施在秸秆颗粒上，两者混匀；或菌种与氮源物质混合后与秸秆颗粒一同建堆。

5、浇水与覆膜。按照料水1:1的比例边建堆，边浇水，边接种。完成建堆后，用塑料农膜封闭发酵池。

6、鼓风与排气。发酵池封闭后，每天白天开启鼓风机，通过通气管向反应堆内鼓风，提供氧气，同时开启排风机，通过气带向大棚温室排放反应堆产生的热气和二氧化碳等，提高室内温度，提供二氧化碳气肥。夜间停止鼓风和排气。

7、测温与翻堆。每天测量反应堆温度，以判断反应堆发酵程度，当达到一定发酵程度后，开始揭膜翻堆，调节反应堆含水率至60％，翻堆后再建堆、再覆膜。每天白天继续鼓风和排气，夜间停止。

8、反应堆完成。反应堆翻堆后经过一定时间，发酵反应结束，秸秆颗粒等反应堆原料，经好氧发酵转化成优质有机质，可以揭开覆膜，取出有机质直接还田或用于加工有机肥。

除非极端高温天气，不要开棚放风，以免流失棚内二氧化碳。

本发明与现有技术相比有许多优点和积极效果：

1、压缩了秸秆体积，增强了反应堆的稳定性。

秸秆被粉碎后制成颗粒状，大幅压缩了体积，发酵池建设规模减少，单位体积内可放置更多秸秆，可机械建堆，施用方便，省工省力。由于秸秆颗粒材质和密度均匀一致，发酵菌种、氮源物质和秸秆颗粒可直接混合均匀，使反应堆发酵稳定性大大提高，发酵快而彻底。

2、改良了秸秆性状，有利于发酵转化。

在秸秆经粉碎压制成颗粒的过程中，秸秆表面坚韧的蜡质保护层被破坏，吸水性和渗透性得到提高，增进了秸秆与菌种、氮源物质等的融合，使发酵更快、更彻底，不仅在寒冷的季节可以迅速产生发酵热，提高大棚温室气温，而且迅速释放大量二氧化碳，有效补充碳肥，提高产量；由于发酵彻底，腐熟后的有机质更容易被作物吸收，肥效更高，农产品品质更好；反应堆产生的有机质施入土壤，促进蚯蚓大量繁殖，疏松了根际土壤，进一步促进有机质转化和吸收。本发明利用此原理，不仅能使玉米秸秆等生物反应堆常用的原料性状得到改良，有利于发酵转化，还可以使小麦、水稻、玉米、棉花、大豆、花生等大宗秸秆因碳氮比过高、形态庞大、表面蜡质层坚韧等，而不适宜用做秸秆反应堆原料的秸秆，经粉碎后混合其他种类秸秆或材料，压制成有利于发酵转化的秸秆颗粒。

3、便于操作，可提高农民的应用意愿。

秸秆颗粒的成分和用量更容易计算和控制，可以实现秸秆颗粒的工厂化生产和田间施用的机械化、标准化操作，反应堆原料选择余地更大，转化效率更高而稳定，操作更加便捷，劳动强度大幅度降低，用户运用该技术的积极性大幅度提高。

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

本发明是一种移位秸秆颗粒生物反应堆，适于中国北方寒冷冬季保护地蔬菜上使用，以华北地区一月中旬大棚畦栽黄瓜为例，具体方法如下：

1、建发酵池。在冬暖式大棚的一侧，离开大棚山墙1m建砖混发酵池，发酵池南北走向，长6m,宽1.5m,高0.8m，池壁厚0.12m，池内地面用混凝土硬化，水泥砂浆抹平；池壁内外用水泥砂浆抹平。发酵池南侧池壁建在离开大棚南侧边沿1.5米，南侧池壁的底部中央留有直径15cm圆孔；池壁北端中部留有80cm进料口；靠大棚种植区一侧池壁底线的中央留有直径15cm圆孔。

2、安装设备。将长6米，直径12cm的PVC管的管壁上钻满直径5mm的小孔，孔距20mm，用做通气管，通气管与发酵池平行平放在发酵池地面纵向中央，通气管的一端用PVC材料封闭，另一端穿过发酵池南端底部中央的圆孔通向池外，通气管通向池外的一端不钻孔，将鼓风机连接在通气管上；穿过发酵池侧面底线中央的圆孔安装排风管，将排风机的进气口连接在排风管上，出气口连接在气带上，气带是扎满小孔的PE筒带，另一端封闭，长度与大棚相同，在大棚中部，与大棚平行，高于种植的作物，吊挂在大棚空中。

3、制备秸秆颗粒。每年将玉米秸秆晒干，含水量至15％，机械粉碎后，用秸秆固化压块机械压制成颗粒，按每次每亩大棚3吨秸秆颗粒施用量，运送至施用现场。4、接种。按每吨秸秆颗粒加入孢子数1千亿个/克的枯草芽孢杆菌、酿酒酵母、黑曲霉等组成的复合菌种500克的比例，将复合菌种与麦麸按照1：10的重量比混匀，制成麸皮菌种，再按麸皮菌种与秸秆颗粒1:100的重量比，将麸皮菌种与秸秆颗粒均匀混合，在发酵池里建堆。

5、浇水。按秸秆颗粒和水1:1的比例在发酵池里边建堆，边浇水，反应堆含水率达到60％。

6、定植黄瓜。按照常规种植方式定植黄瓜，定植后要加强田间管理，水肥、病虫、除草按常规管理进行，除非极端高温天气，尽量不要开棚放风，以免流失棚内二氧化碳。

7、覆膜封闭发酵池。建堆完成后，用长10m,宽5m的0.02mmPE膜封闭发酵池，PE膜紧扣在发酵池的外壁，接地面四周用土压实。

8、鼓风和排气。黄瓜移栽缓苗后开始每天上午10点至下午2点，同时开启鼓风机和排气机，向反应堆鼓风，并向大棚排气。晴天可以延迟鼓风排气时间，阴天缩短开机时间。

9、观测反应堆温度。在PE膜外侧，向反应堆插入2个温度探测仪，深达40cm，每天观测反应堆温度变化，调节鼓风排气时间，温度低于40℃时要延长鼓风排气时间。

10、翻堆。当反应堆持续反应1个月后，观测温度降至40℃以下，，揭开PE膜，进行翻堆，补充水分至60％含水率，重新建堆、覆膜,继续鼓风、排气直至反应堆发酵结束。

11、反应堆发酵结束。当反应堆温度持续降低，接近室温无变化时，表明反应堆发酵反应已结束，揭膜，将发酵完成后的反应堆进行清理，作为有机肥施入大棚。

此时大棚黄瓜已进入一定的生育期，可以重复以上做法继续进行下一轮移位秸秆颗粒生物反应堆操作。

实施例2

本发明是一种移位秸秆颗粒生物反应堆，适于中国北方寒冷冬季保护地蔬菜上使用，以华北地区一月中旬联栋温室垄栽西红柿为例，具体方法如下：

1、建发酵池。在联栋温室的一侧，离开温室侧墙1m建砖混发酵池，发酵池南北走向，长15m,宽3m,高1.2m，池壁厚0.12m，池内地面用混凝土硬化，水泥砂浆抹平；池壁内外用水泥砂浆抹平。发酵池南侧池壁建在离开温室南侧边沿2米，南侧池壁底线的中央留有直径15cm圆孔；池壁北端中部留有180cm进料口；池壁靠温室种植区一侧底线中央留有直径15cm圆孔。

2、安装设备。将长15米，直径12cm的PVC管的管壁上钻满直径5mm的小孔，孔距2mm，用做通气管，通气管与发酵池平行平放在发酵池地面纵向中央，通气管的一端用PVC材料封闭，另一端穿过发酵池南端底部中央的圆孔通向池外，通气管通向池外的一端不钻小孔，将鼓风机连接在通气管上；穿过发酵池侧面底线中央的圆孔安装排风管，将排风机的进气口连接在排风管上，出气口连接在气带上，气带是扎满小孔的PE筒带，另一端封闭，长度与温室东西长度相同，在温室中部，与温室平行，高于作物，吊挂在温室空中。

3、制备秸秆颗粒。每年将大豆秸秆晒干，含水量至15％，机械粉碎后，按20-30％比例加入羽毛粉，调节碳氮比至25％左右，混匀，用秸秆固化压块机械压制成颗粒，按每次每亩大棚3吨秸秆颗粒施用量，运送至施用现场。

4、接种。按每吨秸秆颗粒加入孢子数1千亿/克的枯草芽孢杆菌、酿酒酵母、黑曲霉等组成的复合菌种500克的比例，将菌种兑水，制成10倍悬浮液菌种，在发酵池里边建堆，，边浇水，边接悬浮液菌种。

5、浇水。按秸秆颗粒和水1:1的比例在发酵池里边建堆，边接种，边浇水，反应堆含水率达到60％。

6、定植西红柿。按照常规种植方式定植黄瓜，定植后要加强田间管理，水肥、病虫、除草按常规管理进行，除非极端高温天气，尽量不要开棚放风，以免流失棚内二氧化碳。

7、覆膜封闭发酵池。建堆完成后，用长20m,宽8m的0.02mmPE膜封闭发酵池，PE膜紧扣在发酵池的外壁，接地面四周用土压实。

8、鼓风和排气。西红柿移栽缓苗后开始每天上午10点至下午2点，同时开启鼓风机和排气机，向反应堆鼓风，并向温室排气。晴天可以延迟鼓风排气时间，阴天缩短开机时间。

9、观测反应堆温度。在PE膜外侧，向反应堆插入4个温度探测仪，深达50cm，每天观测反应堆温度变化，调节鼓风排气时间，温度低于40℃时要延长鼓风排气时间。

10、翻堆。当反应堆持续反应1个月后，观测温度降至40℃以下，揭开PE膜，进行翻堆，补充水分至60％含水率，重新建堆、覆膜,继续鼓风、排气直至反应堆发酵结束。

11、反应堆发酵结束。当反应堆温度持续降低，接近室温无变化时，表明反应堆发酵反应已结束，揭膜，将发酵完成后的反应堆进行清理，作为有机肥施入大棚。

此时大棚黄瓜已进入一定的生育期，可以重复以上做法继续进行下一轮移位秸秆颗粒生物反应堆操作。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种移位秸秆颗粒生物反应堆，其特征在于：在保护地大棚或温室中建设发酵池，将秸秆颗粒在发酵池里建堆，加入氮源物质，调节碳氮比，通过接种、浇水、覆膜、鼓风、排气，使秸秆颗粒进行好氧发酵转化成二氧化碳、热量、有机质，供农作物生长发育。

2.如权利要求1所述的移位秸秆颗粒生物反应堆，其特征在于：所述秸秆颗粒是将农作物秸秆粉碎后再压制成颗粒状，所用秸秆的含水量在15％以下。

3.如权利要求1或2所述的移位秸秆颗粒生物反应堆，其特征在于：所述秸秆颗粒反应堆适宜的碳氮比在25-35:1，所述秸秆颗粒反应堆的碳氮比可通过向秸秆颗粒中加入一定比例的氮源物质或在粉碎秸秆后压制颗粒的过程中掺入一定比例的氮源物质调节。

4.制备权利要求1-3任一项所述的移位秸秆颗粒生物反应堆的方法，包括如下步骤：

(1)制备秸秆颗粒；

(2)建造发酵池，铺设通风管，放置秸秆颗粒,加入氮源物质混合均匀后建反应堆；

(3)菌种预处理；

(4)按照一定的水料比例和菌种用量边建堆，边浇水，边接种；

(5)覆盖塑料农膜，封闭发酵池；

(6)白天向反应堆鼓风并排气；

(7)根据发酵情况，揭膜翻堆，调节反应堆含水率至60％，再覆膜封闭，白天鼓风、排气；

(8)发酵结束后，打开发酵池，将反应堆作为有机质原料直接还田，或加工成有机肥。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤(3)的菌种预处理为将发酵菌种按一定比例兑水或按一定比例与氮源物质混匀。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤(4)的接种为将菌种进行预处理后，均匀喷或撒施在秸秆颗粒上，两者混匀建堆；或菌种与氮源物质混合后与秸秆颗粒一同建堆。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的鼓风为将鼓风机安装在发酵池南端外侧底部中央，鼓风口通向通风管；通风管管壁上刻有密度合适的细孔，通风管一端连接鼓风机，另一端封闭。

8.如权利要求4所述的方法，其特征在于：在保护地大棚或温室的一侧建设发酵池，安装相应鼓风和排气装置；作物定植缓苗后，开始建反应堆。

9.如权利要求4所述的方法，其特征在于：反应堆建堆完成后，用塑料农膜封闭发酵池，开始每天白天开启鼓风机，通过通风管向反应堆内鼓风，同时开启排风机，通过气带向大棚温室排放反应堆产生的热气和二氧化碳等，提高室内温度，提供二氧化碳气肥；夜间停止鼓风和排气；每天测量反应堆温度。

10.权利要求1-3任一项所述的移位秸秆颗粒生物反应堆的用途，其特征在于：主要用于保护地栽培蔬菜、果树等农作物和其它无土栽培的绿色植物。