CN107903134A - 一种苹果树剪枝原位转化生物炭有机肥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种苹果树剪枝原位转化生物炭有机肥的方法，具体包括如下步骤：步骤1，原料预处理；将苹果树及其剪枝粉碎为木屑单元，并筛选长度在20～60mm的木屑原料对其进行高温高压蒸汽预处理，处理完成后进行自然干燥；步骤2，制备发酵微生物混合菌剂；步骤3，制备苹果剪枝生物炭；步骤4，对步骤1预处理后的原料进行堆肥发酵；步骤5，将步骤4发酵后的肥料进行反复翻堆，再次进行堆肥发酵；步骤6，肥料包装保存；本发明提供的方法使农林废弃物有效还田并减少其堆置和焚烧过程对环境和土壤造成的污染问题。
Description
技术领域
本发明属于农林废弃物处理和清洁堆肥产品开发技术领域，涉及一种苹果树剪枝原位转化生物炭有机肥的方法。
背景技术
农林废弃物是指在农林作物收获和加工过程中被丢弃的有机类物质，主要包括农林业生产过程中产生的植物残余类废弃物如农作物秸秆、树叶、果树树木及剪枝等，主要成分为木质纤维素。近年来，随着种植业等的不断发展，农林废弃物的数量日益增加。以陕西省果树种植基地为例，其近1000万亩苹果树每年剪枝产生的果树枝桠材和淘汰更新的果树，资源量巨大，尤其是礼泉境地的苹果优生区，果树种植面积达到近40万亩，其淘汰果树及修剪枝条大量废弃，开发利用率较低。淘汰果树及修剪的枝条随意丢弃，不仅影响城乡容貌，造成资源浪费，还易引起环境污染。
目前对其的基本处理方法为焚烧、填埋等。填埋不仅浪费有限的土地资源，同时霉变物质易给大气、土壤及地下水带来污染。与填埋相比，焚烧占地小、处理时间短且可利用废弃物余热资源，但是焚烧过程中产生的大量有害气体会对环境造成二次污染。在国外，农林废弃物收集利用已有很好的积累，其利用城乡废弃物如枯枝、生活垃圾等来生产再生土、堆肥来代替自然土壤用于自然土壤的改良，研究显示，农林废弃物堆肥再生化利用要比填埋、焚烧更经济、更环保。
从资源经济学的角度来说，农林废弃物既是农业环境的主要污染源，同时又是资源量最大的可再生生物质资源。其含有的丰富的粗纤维素成分、大量粗蛋白、木质素等本身就是能量的载体，对其合理开发不仅可以减少废弃物堆置污染问题，还能带来可观的生态、经济和社会效益。
农林废弃物尤其是果树及其剪枝中含有大量的有机物及丰富的氮、磷、钾等营养元素，是宝贵的可再生资源。将这些废弃物经过适当处理转化为可利用的生态有机肥，是其资源化利用的有效方式。目前，我国对农林废弃物资源化有效利用方式较多也采用堆肥法，即利用微生物在一定温度、湿度和pH值条件下，将生物质降解转化为有机腐殖质，该过程不仅能解决农林废弃物资源浪费难以处置问题，同时所转化的生物有机肥施入土壤能够改良天然土壤有机质含量，增大其孔隙度，增强土壤保水能力。
目前，有机废弃物堆肥过程研究已取得了一定成果，即在有氧条件下利用微生物在可控环境促进生物质有机物向腐殖质转化，以达到资源的有效利用。但是堆肥过程普遍存在发酵周期长、成本高、堆料肥效低等问题，这也是国内农林废弃物堆肥资源化利用未能得到有效推广的主要原因。
发明内容
本发明的目的是提供一种苹果树剪枝原位转化生物炭有机肥的方法，该方法使农林废弃物有效还田并减少其堆置和焚烧过程对环境和土壤造成的污染问题。
本发明所采用的技术方案是，一种苹果树剪枝原位转化生物炭有机肥的方法，具体包括如下步骤：
步骤1，原料预处理
将苹果树及其剪枝粉碎为木屑单元，并筛选长度在20～60mm的木屑原料对其进行高温高压蒸汽预处理，处理完成后进行自然干燥；
步骤2，制备发酵微生物混合菌剂；
步骤3，制备苹果剪枝生物炭；
步骤4，根据步骤2所得混合菌剂和步骤3所得的生物炭对步骤1预处理后的原料进行堆肥发酵；
步骤5，将步骤4发酵后的肥料进行反复翻堆，再次进行堆肥发酵；
步骤6，肥料包装保存。
本发明的特点还在于，
其中步骤1对原料进行高温高压蒸汽预处理时的温度为170～180℃，压力控制在0.7～0.8Mpa，蒸汽处理时间2～4h，整个处理过程为间歇式处理，每次处理量为20～40t自然干燥的苹果树剪枝，处理完成后进行自然干燥，用作后续发酵原料。
其中步骤2的具体过程如下：
将发酵所用的里氏木霉、烟曲霉、地衣芽孢杆菌和假单胞菌菌株在PDA培养基上30℃恒温培养6～7d，待孢子成熟后，将孢子接入PDA液体种子培养基中，在28～30℃好氧条件下培养22～26h，使菌丝量干重达6～8g/L，再将培养好的种子液接入种子发酵罐培养12～24h，形成腐熟菌，分别将里氏木霉、烟曲霉、地衣芽孢杆菌和假单胞菌形成的腐熟菌按照1:2～3:1:1配制成发酵微生物混合菌剂，用于接种发酵。
其中步骤2中制得的发酵微生物混合菌剂在使用前要进行扩大培养，扩大培养的过程如下：将制得的发酵微生物混合菌剂经斜面培养后接种于种子培养液，细菌在25～35℃，150rpm培养24h得到种子液，真菌在25～30℃，150rpm培养12h得到种子液，接着将质量分数为10％的种子液接种到发酵培养液中进行扩大培养。
其中步骤3的具体过程如下：
将苹果树剪枝粉碎木屑单元，筛选粒径尺寸为2～4mm的木屑原料进行自然干燥，干燥后的原料在氧气含量不高于5％的条件下进行热解，热解温度控制在350～500℃，热解时间为0.5～1h，热解完毕后，待物料温度降至140℃以下方可置于空气中继续冷却，即得苹果剪枝生物炭，在热解过程中，同时将热解焦油排出，以避免发生焦结。
其中步骤3中生物炭比表面积不低于60m2/g，且所得生物炭为松散无焦油气味的颗粒。
其中步骤4的具体过程如下：
将经步骤1预处理后的原料置于发酵大棚的发酵池内，向发酵池内分别加入步骤2配制好的发酵微生物混合菌剂和步骤3中配制好的生物炭，充分混合后进行一次堆肥发酵，堆肥水分质量分数为30～35％，生物炭质量分数控制在15～30％，同时保证堆肥水分的质量分数大于步骤1中所得发酵原料中水分的质量分数，发酵温度为50～70℃，发酵时间为7～9d。
其中步骤4中发酵微生物混合菌剂的接种量为5～7％。
其中步骤5的具体过程如下：
向经步骤4发酵后的肥料中喷洒步骤2培养好的发酵微生物混合菌剂并加入尿素混合补充氮源，使底物中碳氮比C/N为25～35:1，翻堆过程充分将新补充的混合菌剂和堆肥料混合均匀，堆肥水分控制在25～30％，堆肥温度控制在50～60℃，在堆体上插入温度传感器，实时监测发酵温度，当温度高于60℃，进行翻堆透气，堆垛再次发酵反应14～16d后，有机物已基本完全降解转化为稳定的腐殖质，翻堆发酵过程结束。
其中步骤6的具体过程如下：
将步骤5堆肥发酵后的堆肥腐熟质放置在20～26℃下进一步晾干20～24h，然后过筛20～40目，得到的粉料进行分装成袋，每个单独袋内都有塑料内层以保持堆肥料中的水分维持其中微生物的活性，得到的颗粒则继续投入链式粉碎机进行二次粉碎，过筛后再分装成袋，将包装好的生物有机肥堆置在肥料成品车间，车间温度保持在常温。
本发明的有益效果是，本发明利用废弃果树枝作为原料，将其预处理后发酵堆肥过程实现了原料的无害化处理，堆肥料还田利用不仅可改善自然土壤的性能还可减少农作物栽培过程对化肥的使用；本发明采用水热蒸汽预处理和两次堆肥发酵工艺，控制反应参数，使苹果树及剪枝废弃物中的有机物在混合微生物菌剂作用下快速降解最终形成稳定的堆肥腐熟质，使生物质有效转化为生物有机肥；本发明采用苹果树剪枝制备生物炭作为有机肥的有效组分之一，明显可降低N的流失，同时实现了苹果树剪枝的进一步利用；本发明方法制备出来的生物炭有机肥生产过程简单，成本低廉，且肥料还田对土壤功能的改进效果明显，农作物在施用该生物炭有机肥的地段具有明显的生长优势。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种苹果树剪枝原位转化生物炭有机肥的方法，具体包括如下步骤：
步骤1，原料预处理
将苹果树及其剪枝粉碎为木屑单元，并筛选长度在20～60mm的木屑原料对其进行高温高压蒸汽预处理，处理完成后进行自然干燥；
其中步骤1对原料进行高温高压蒸汽预处理时的温度为170～180℃，压力控制在0.7～0.8Mpa，蒸汽处理时间2～4h，整个处理过程为间歇式处理，每次处理量为20～40t自然干燥的苹果树剪枝，处理完成后进行自然干燥，用作后续发酵原料。
步骤2，制备发酵微生物混合菌剂；
将发酵所用的里氏木霉、烟曲霉、地衣芽孢杆菌和假单胞菌菌株在PDA(PAD是马铃薯葡萄糖琼脂的缩写，PAD培养基的配方为1L：200g马铃薯，20g葡萄糖，20g琼脂)培养基上30℃恒温培养6～7d，待孢子成熟后，将孢子接入PDA液体种子培养基(液体种子培养基的配方为1L：200g马铃薯，20g葡萄糖)中，在28～30℃好氧条件下培养22～26h，使菌丝量干重达6～8g/L，再将培养好的种子液接入种子发酵罐培养12～24h，形成腐熟菌，分别将里氏木霉、烟曲霉、地衣芽孢杆菌和假单胞菌形成的腐熟菌按照1:2～3:1:1配制成发酵微生物混合菌剂，用于接种发酵；
其中步骤2中活化后未混合的单一微生物菌液的菌体含量为6～8g/L。
其中步骤2中制得的发酵微生物混合菌剂在使用前要进行扩大培养，扩大培养的过程如下：将制得的发酵微生物混合菌剂经斜面培养后接种于种子培养液进行活化，细菌在25～35℃，150rpm培养24h得到种子液，真菌在25～30℃，150rpm培养12h得到种子液，接着将质量分数为10％的种子液接种到发酵培养液中进行扩大培养。
其中步骤2中里氏木霉、烟曲霉、地衣芽孢杆菌和假单胞菌菌株的接种比例为1:2～3:2:1。
步骤3，制备苹果剪枝生物炭；
将苹果树剪枝粉碎木屑单元，筛选粒径尺寸为2～4mm的木屑原料进行自然干燥，干燥后的原料在氧气含量不高于5％的条件下进行热解，热解温度控制在350～500℃，热解时间为0.5～1h，热解完毕后，待物料温度降至140℃以下方可置于空气中继续冷却，即得苹果剪枝生物炭，在热解过程中，同时将热解焦油排出，以避免发生焦结；
步骤3中生物炭比表面积不低于60m2/g，且所得生物炭为松散无焦油气味的颗粒。
其中步骤3中焦油的脱除方法可选用载气携带的方法，可配空分后的N2携带，也可选用蒸汽发生器产生水蒸汽携带。
步骤4，对步骤1预处理后的原料进行堆肥发酵；
将经步骤1预处理后的原料置于发酵大棚的发酵池内，向发酵池内分别加入步骤2配制好的发酵微生物混合菌剂和步骤3中配制好的生物炭，充分混合后进行一次堆肥发酵，堆肥水分质量分数为30～35％，生物炭质量分数控制在15～30％，发酵温度为50～70℃，发酵时间为7～9d；
其中步骤4中发酵微生物混合菌剂的接种量为5～7％。
步骤5，将步骤4发酵后的肥料进行反复翻堆，再次进行堆肥发酵；
向经步骤4发酵后的肥料中喷洒步骤2培养好的发酵微生物混合菌剂并加入尿素混合补充氮源，使底物中碳氮比C/N为25～35:1，翻堆过程充分将新补充的混合菌剂和堆肥料混合均匀，堆肥水分控制在25～30％，堆肥温度控制在50～60℃，在堆体上插入温度传感器，实时监测发酵温度，当温度高于60℃，进行翻堆透气，堆垛再次发酵反应14～16d后，有机物已基本完全降解转化为稳定的腐殖质，翻堆发酵过程结束；
其中在步骤5的堆肥发酵中，还加入土壤吸附剂。
其中土壤吸附剂为生物炭(加入量为15～30％w/w)。
其中步骤5中发酵微生物混合菌剂的接种量为1.5％～3％(v/w)，尿素补充量为1％～2％(w/w)。
步骤6，肥料包装保存；
将步骤5堆肥发酵后的堆肥腐熟质放置在20～26℃下进一步晾干20～24h，然后过筛20～40目，得到的粉料进行分装成袋，每个单独袋内都有塑料内层以保持堆肥料中的水分维持其中微生物的活性，得到的颗粒则继续投入链式粉碎机进行二次粉碎，过筛后再分装成袋，将包装好的生物有机肥堆置在肥料成品车间，车间温度应保持在常温。
实施例1
一种苹果树剪枝原位转化生物炭有机肥的方法，包括以下过程：
步骤1，将苹果树及其剪枝粉碎为木屑单元，筛选长度在20～60mn的木屑原料对其进行高温高压蒸汽预处理，预处理温度为170℃，压力为0.7Mpa，蒸汽环境处理时间2h，整个处理过程为间歇式处理，每次处理量为20t自然干燥的苹果树剪枝，处理完成后可选择自然干燥，用作后续发酵原料；
步骤2，将发酵所用的里氏木霉、烟曲霉、地衣芽孢杆菌和假单胞菌菌株(里氏木霉、烟曲霉、地衣芽孢杆菌和假单胞菌菌株的接种比例为1:2:2:1)分别在PDA培养基上30℃恒温培养6d，待孢子成熟后，将孢子接入PDA液体种子培养基中，在28℃好氧条件下培养22h，使菌丝量干重达6g/L，再将培养好的种子液接入种子发酵罐培养12h，形成腐熟菌，分别将里氏木霉、烟曲霉、地衣芽孢杆菌和假单胞菌形成的腐熟菌按照1:2:1:1配制成发酵微生物混合菌剂；将制得的发酵微生物混合菌剂经斜面培养后接种于种子培养液进行活化，细菌在25℃，150rpm培养24h得到种子液，真菌在25℃，150rpm培养12h得到种子液，按照10％(v/v)的接种量将种子液接种到发酵液中扩大培养12h；
步骤3，苹果剪枝生物炭的制备：将苹果树剪枝粉碎木屑单元，筛选粒径尺寸为2～4mm的木屑原料进行自然干燥，干燥后的原料在氧气含量为5％的条件下进行热解，热解温度控制在350℃，热解时间为0.5h，热解完毕后，待物料温度降至130℃方可置于空气中继续冷却，即得苹果剪枝生物炭，在热解过程中，同时将热解焦油排出，以避免发生焦结；生物炭比表面积为60m2/g，且所得生物炭为松散无焦油气味的颗粒，焦油的脱除方法可选用载气携带的方法；
步骤4，将经步骤1预处理并降温后的底物用铲车转移至发酵池内，堆料过程按照5％(v/w)接种量将混合微生物菌剂加入待反应底物中，按照15％(w/w)生物炭添加量混入待堆肥底物中，并搅拌均匀进行一次堆肥，堆肥后水分质量分数为30％(同时保证堆肥水分的质量分数大于步骤1中所得发酵原料中水分的质量分数)，发酵温度为50℃，反应7d后得到有机肥料；
步骤5，向经步骤4发酵后的肥料中喷洒步骤2培养好的发酵微生物混合菌剂并加入尿素混合补充氮源，此过程按照1.5％(v/w)接种量补加事先活化并配制好的混合微生物菌剂，同时按照1％(w/w)的质量比补加尿素以使底物中C/N为25:1，还可加入15(w/w)的生物炭，保证微生物活力加快其新陈代谢过程，翻堆过程充分将新补充的混合菌剂和堆肥料混合均匀，堆肥水分控制在25％，堆肥温度控制在50℃，在堆体上插入温度传感器，实时监测发酵温度，当温度高于60℃时，进行翻堆透气，堆垛再次发酵反应14d后，有机物已基本完全降解转化为稳定的腐殖质，翻堆发酵过程结束；
步骤6，将步骤5堆肥发酵后的堆肥腐熟质放置在20℃下进一步晾干20h，然后过筛20目，得到的粉料进行分装成袋，每个单独袋内都有塑料内层以保持堆肥料中的水分维持其中微生物的活性，得到的颗粒则继续投入链式粉碎机进行二次粉碎，过筛后再分装成袋，将包装好的生物有机肥堆置在肥料成品车间，车间温度应保持在常温。
实施例2
一种苹果树剪枝原位转化生物炭有机肥的方法，包括以下过程：
步骤1，将苹果树及其剪枝粉碎为木屑单元，筛选长度在20～60mn的木屑原料对其进行高温高压蒸汽预处理，预处理温度为175℃，压力为0.75Mpa，蒸汽环境处理时间3h，整个处理过程为间歇式处理，每次处理量为30t自然干燥的苹果树剪枝，处理完成后可选择自然干燥，用作后续发酵原料；
步骤2，将发酵所用的里氏木霉、烟曲霉、地衣芽孢杆菌和假单胞菌菌株(里氏木霉、烟曲霉、地衣芽孢杆菌和假单胞菌菌株的接种比例为1:2.5:2:1)分别在PDA培养基上30℃恒温培养6.5d，待孢子成熟后，将孢子接入PDA液体种子培养基中，在29℃好氧条件下培养24h，使菌丝量干重达7g/L，再将培养好的种子液接入种子发酵罐培养18h，形成腐熟菌，分别将里氏木霉、烟曲霉、地衣芽孢杆菌和假单胞菌形成的腐熟菌按照1:2.5:1:1配制成发酵微生物混合菌剂；将制得的发酵微生物混合菌剂经斜面培养后接种于种子培养液进行活化，细菌在30℃，150rpm培养24h得到种子液，真菌在28℃，150rpm培养12h得到种子液，按照10％(v/v)的接种量将种子液接种到发酵液中扩大培养12h；
步骤3，苹果剪枝生物炭的制备：将苹果树剪枝粉碎木屑单元，筛选粒径尺寸为2～4mm的木屑原料进行自然干燥，干燥后的原料在氧气含量为4％的条件下进行热解，热解温度控制在400℃，热解时间为0.8h，热解完毕后，待物料温度降至100℃方可置于空气中继续冷却，即得苹果剪枝生物炭，在热解过程中，同时将热解焦油排出，以避免发生焦结；生物炭比表面积为50m2/g，且所得生物炭为松散无焦油气味的颗粒，焦油的脱除方法可选用蒸汽发生器产生水蒸汽携带；
步骤4，将经步骤1预处理并降温后的底物(原料)用铲车转移至发酵池内，堆料过程按照6％(v/w)接种量将混合微生物菌剂加入待反应底物中，按照20％(w/w)生物炭添加量混入待堆肥底物中，并搅拌均匀进行一次堆肥，堆肥后水分质量分数为32％(同时保证堆肥水分的质量分数大于步骤1中所得发酵原料中水分的质量分数)，发酵温度为60℃，反应8d后得到有机肥料；
步骤5，向经步骤4发酵后的肥料中喷洒步骤2培养好的发酵微生物混合菌剂并加入尿素混合补充氮源，此过程按照2％(v/w)接种量补加事先活化并配制好的混合微生物菌剂，同时按照1.5％(w/w)的质量比补加一定量的尿素以使底物中C/N为30:1，还可加入20(w/w)的生物炭，保证微生物活力加快其新陈代谢过程，翻堆过程充分将新补充的混合菌剂和堆肥料混合均匀，堆肥水分控制在28％，堆肥温度控制在55℃，在堆体上插入温度传感器，实时监测发酵温度，当温度高于60℃时，进行翻堆透气，堆垛再次发酵反应15d后，有机物已基本完全降解转化为稳定的腐殖质，翻堆发酵过程结束；
步骤6，将步骤5堆肥发酵后的堆肥腐熟质放置在23℃下进一步晾干22h，然后过筛30目，得到的粉料进行分装成袋，每个单独袋内都有塑料内层以保持堆肥料中的水分维持其中微生物的活性，得到的颗粒则继续投入链式粉碎机进行二次粉碎，过筛后再分装成袋，将包装好的生物有机肥堆置在肥料成品车间，车间温度应保持在常温。
实施例3
一种苹果树剪枝原位转化生物炭有机肥的方法，包括以下过程：
步骤1，将苹果树及其剪枝粉碎为木屑单元，筛选长度在20～60mn的木屑原料对其进行高温高压蒸汽预处理，预处理温度为180℃，压力为0.8Mpa，蒸汽环境处理时间4h，整个处理过程为间歇式处理，每次处理量为40t自然干燥的苹果树剪枝，处理完成后可选择自然干燥，用作后续发酵原料；
步骤2，将发酵所用的里氏木霉、烟曲霉、地衣芽孢杆菌和假单胞菌菌株(里氏木霉、烟曲霉、地衣芽孢杆菌和假单胞菌菌株的接种比例为1:3:2:1)分别在PDA培养基上30℃恒温培养7d，待孢子成熟后，将孢子接入PDA液体种子培养基中，在30℃好氧条件下培养26h，使菌丝量干重达8g/L，再将培养好的种子液接入种子发酵罐培养24h，形成腐熟菌，分别将里氏木霉、烟曲霉、地衣芽孢杆菌和假单胞菌形成的腐熟菌按照1:3:1:1配制成发酵微生物混合菌剂；将制得的发酵微生物经斜面培养后接种于种子培养液进行活化，细菌在35℃，150rpm培养24h得到种子液，真菌在30℃，150rpm培养12h得到种子液，按照10％(v/v)的接种量将种子液接种到发酵液中扩大培养12h；
步骤3，苹果剪枝生物炭的制备：将苹果树剪枝粉碎木屑单元，筛选粒径尺寸为2～4mm的木屑原料进行自然干燥，干燥后的原料在氧气含量为3％的条件下进行热解，热解温度控制在500℃，热解时间为1h，热解完毕后，待物料温度降至80℃方可置于空气中继续冷却，即得苹果剪枝生物炭，在热解过程中，同时将热解焦油排出，以避免发生焦结；生物炭比表面积为40m2/g，且所得生物炭为松散无焦油气味的颗粒，焦油的脱除方法可选用蒸汽发生器产生水蒸汽携带；
步骤4，将经步骤1预处理并降温后的底物用铲车转移至发酵池内，堆料过程按照7％(v/w)接种量将混合微生物菌剂加入待反应底物中，按照30％(w/w)生物炭添加量混入待堆肥底物中，并搅拌均匀进行一次堆肥，堆肥后水分质量分数为35％(同时保证堆肥水分的质量分数大于步骤1中所得发酵原料中水分的质量分数)，发酵温度为70℃，反应9d后得到有机肥料；
步骤5，向肥料中喷洒步骤2培养好的发酵微生物混合菌剂并加入尿素混合补充氮源，此过程按照3％(v/w)接种量补加事先活化并配制好的混合微生物菌剂，同时按照2％(w/w)的质量比补加一定量的尿素以使底物中C/N为35:1，还可加入30(w/w)的生物炭，保证微生物活力加快其新陈代谢过程，翻堆过程充分将新补充的混合菌剂和堆肥料混合均匀，堆肥水分控制在30％，堆肥温度控制在60℃，在堆体上插入温度传感器，实时监测发酵温度，当温度高于60℃时，进行翻堆透气，堆垛再次发酵反应16d后，有机物已基本完全降解转化为稳定的腐殖质，翻堆发酵过程结束；
步骤6，将步骤5堆肥发酵后的堆肥腐熟质放置在26℃下进一步晾干24h，然后过筛40目，得到的粉料进行分装成袋，每个单独袋内都有塑料内层以保持堆肥料中的水分维持其中微生物的活性，得到的颗粒则继续投入链式粉碎机进行二次粉碎，过筛后再分装成袋，将包装好的生物有机肥堆置在肥料成品车间，车间温度应保持在常温。
经过以上实施例制备肥料后，分别取样，测量结果如下表1：
表1
由如上表1可以看出，本发明所述生物有机肥转化方法制备的堆肥料成品品质较好，环保、堆肥周期21d，且成品肥料无任何异味，颜色为褐色，呈粉状或细小粒状，手感细腻，腐熟度高，适合工厂化大规模生产。
本发明提供了一种苹果树剪枝原位转化生物炭有机肥的方法，其中的微生物菌剂经扩大培养，可以提高单个菌种分解底物的活力，满足大规模生产的需要，里氏木霉、烟曲霉、地衣芽孢杆菌和假单胞菌混合微生物菌剂的配制比例可以提高堆肥温度，促进底物发酵腐熟，所述的菌剂的接种量，可以加快底物腐熟速度，促进底物有效降解，发酵堆肥温度的控制，可以保证堆肥反应的正常进行，本发明采用苹果树剪枝制备生物炭作为有机肥的有效组分之一，明显可降低N的流失，同时实现了苹果树剪枝的进一步利用；此种方法可快速高效的制备出生物炭有机肥，且肥料品质稳定，还田效果明显，市场潜力巨大。
Claims (10)
1.一种苹果树剪枝原位转化生物炭有机肥的方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤1，原料预处理；
将苹果树及其剪枝粉碎为木屑单元，并筛选长度在20～60mm的木屑原料对其进行高温高压蒸汽预处理，处理完成后进行自然干燥；
步骤2，制备发酵微生物混合菌剂；
步骤3，制备苹果剪枝生物炭；
步骤4，根据步骤2所得混合菌剂和步骤3所得的生物炭对步骤1预处理后的原料进行堆肥发酵；
步骤5，将步骤4发酵后的肥料进行反复翻堆，再次进行堆肥发酵；
步骤6，肥料包装保存。
2.根据权利要求1所述的一种苹果树剪枝原位转化生物炭有机肥的方法，其特征在于：所述步骤1对原料进行高温高压蒸汽预处理时的温度为170～180℃，压力控制在0.7～0.8Mpa，蒸汽处理时间2～4h，整个处理过程为间歇式处理，每次处理量为20～40t自然干燥的苹果树剪枝，处理完成后进行自然干燥，用作后续发酵原料。
3.根据权利要求1所述的一种苹果树剪枝原位转化生物炭有机肥的方法，其特征在于：所述步骤2的具体过程如下：
将发酵所用的里氏木霉、烟曲霉、地衣芽孢杆菌和假单胞菌菌株在PDA培养基上30℃恒温培养6～7d，待孢子成熟后，将孢子接入PDA液体种子培养基中，在28～30℃好氧条件下培养22～26h，使菌丝量干重达6～8g/L，再将培养好的种子液接入种子发酵罐培养12～24h，形成腐熟菌，分别将里氏木霉、烟曲霉、地衣芽孢杆菌和假单胞菌形成的腐熟菌按照1:2～3:1:1配制成发酵微生物混合菌剂，用于接种发酵。
4.根据权利要求3所述的一种苹果树剪枝原位转化生物炭有机肥的方法，其特征在于：所述步骤2中制得的发酵微生物混合菌剂在使用前要进行扩大培养，扩大培养的过程如下：将制得的发酵微生物混合菌剂经斜面培养后接种于种子培养液，细菌在25～35℃，150rpm培养24h得到种子液，真菌在25～30℃，150rpm培养12h得到种子液，接着将质量分数为10％的种子液接种到发酵培养液中进行扩大培养。
5.根据权利要求1所述的一种苹果树剪枝原位转化生物炭有机肥的方法，其特征在于：所述步骤3的具体过程如下：
将苹果树剪枝粉碎木屑单元，筛选粒径尺寸为2～4mm的木屑原料进行自然干燥，干燥后的原料在氧气含量不高于5％的条件下进行热解，热解温度控制在350～500℃，热解时间为0.5～1h，热解完毕后，待物料温度降至140℃以下方可置于空气中继续冷却，即得苹果剪枝生物炭，在热解过程中，同时将热解焦油排出，以避免发生焦结。
6.根据权利要求5所述的一种苹果树剪枝原位转化生物炭有机肥的方法，其特征在于：所述步骤3中生物炭比表面积不低于60m2/g，且所得生物炭为松散无焦油气味的颗粒。
7.根据权利要求1所述的一种苹果树剪枝原位转化生物炭有机肥的方法，其特征在于：所述步骤4的具体过程如下：
将经步骤1预处理后的原料置于发酵大棚的发酵池内，向发酵池内分别加入步骤2配制好的发酵微生物混合菌剂和步骤3中配制好的生物炭，充分混合后进行一次堆肥发酵，堆肥水分质量分数为30～35％，生物炭质量分数控制在15～30％，发酵温度为50～70℃，发酵时间为7～9d。
8.根据权利要求7所述的一种苹果树剪枝原位转化生物炭有机肥的方法，其特征在于：所述步骤4中发酵微生物混合菌剂的接种量为5～7％。
9.根据权利要求1所述的一种苹果树剪枝原位转化生物炭有机肥的方法，其特征在于：所述步骤5的具体过程如下：
向经步骤4发酵后的肥料中喷洒步骤2培养好的发酵微生物混合菌剂并加入尿素混合补充氮源，使底物中碳氮比C/N为25～35:1，翻堆过程充分将新补充的混合菌剂和堆肥料混合均匀，堆肥水分控制在25～30％，堆肥温度控制在50～60℃，在堆体上插入温度传感器，实时监测发酵温度，当温度高于60℃，进行翻堆透气，堆垛再次发酵反应14～16d后，有机物已基本完全降解转化为稳定的腐殖质，翻堆发酵过程结束。
10.根据权利要求1所述的一种苹果树剪枝原位转化生物炭有机肥的方法，其特征在于：所述步骤6的具体过程如下：
将步骤5堆肥发酵后的堆肥腐熟质放置在20～26℃下进一步晾干20～24h，然后过筛20～40目，得到的粉料进行分装成袋，每个单独袋内都有塑料内层以保持堆肥料中的水分维持其中微生物的活性，得到的颗粒则继续投入链式粉碎机进行二次粉碎，过筛后再分装成袋，将包装好的生物有机肥堆置在肥料成品车间，车间温度保持在常温。
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