CN108383571A - 一种秸秆直接还田装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种秸秆直接还田装置和方法，所述装置包括由若干块受控加热板组成的罐体，连接在罐体下面的空气分布器，设置在罐体内部的引风管，固定在任意一块受控加热板上的控制箱，设置在引风管内部的用于采集发酵温度、湿度、PH值和溶氧量的传感器，用于采集发酵温度、湿度、PH值和溶氧量的传感器与控制箱内的远程无线控制器电性连接。所述方法为使用秸秆直接还田装置进行秸秆直接还田。装置小型化、组装化、可拆卸、可移动、重量轻、就近处理、易操作、效率高、不占用土地、不受农田地块限制、适应范围广、价格低。还田的方法简单、快速、实用、价廉，通过微生物菌种自然通风好氧高温腐熟、无环境污染、效率高、节能，农户易于获得和操作。

Description

一种秸秆直接还田装置和方法

技术领域

本发明属于秸秆再利用技术领域，具体涉及一种秸秆直接还田装置和方法。

背景技术

农作物秸秆还田是培育土地肥力最有效的方式，可增加土壤有机质，改良土壤结构，促进微生物活力和作物根系的发育，增肥增产作用显著。目前有很多地区秸秆还田采用的是秸秆机械化直接还田技术，其中包括秸秆翻压还田和秸秆混埋还田方式。秸秆直接还田的科学方式应该是将秸秆充分发酵腐熟后再还田，否则会导致土壤病菌和病虫害增加，对土壤造成威胁，最终影响作物产量。因此，还有一些通过制造特定的秸秆制肥机将秸秆转化成肥料施给土地，但上述方法都有缺陷，总结一下主要包括以下几点：

1、不能腐熟杀菌后再还田，还田质量差

秸秆直接还田的目的应该是改良土壤品质，减少化肥和农药使用量，良性循环，提高作物产量，而机械化直接还田至少是在一年内对改良土壤品质效果甚微，会造成化肥和农药使用量不减反增，作物减产，种植户(农民)还难以把控；

2、不能形成良性循环

秸秆直接还田的主体应该是种植户(农民)，应该使农民直接受益，由种植户(农民) 把控，而现有技术成本高、产出低，效益低，农民直接受益少；

3、不能针对小块土地和山地作业

机械化直接还田技术只适应于大面积的平坦地块，对小块土地和山地无能为力；

4、设备结构复杂，价格昂贵

类似上述秸秆制肥机类的设备，大型的多，小型的少，结构复杂，价格昂贵，一般仅适用于经营实体使用；

5、不能单一物料发酵

一般不能采用单一品种秸秆腐熟发酵，需混合畜禽粪便等有机物完成，操作不当易污染环境。

发明内容

本发明提供了一种面向种植户(农民)，能在田间地头应用的秸秆“发酵腐熟”直接还田的装置和方法。

本发明提供的秸秆直接还田装置包括由若干块受控加热板组成的罐体，连接在罐体下面的空气分布器，设置在罐体内部的引风管，还包括固定在任意一块受控可受控加热板上的控制箱，设置在引风管内部的用于采集发酵温度、湿度、PH值和溶氧量的传感器，所述用于采集发酵温度、湿度、PH值和溶氧量的传感器与控制箱内的远程无线控制器电性连接。

进一步的，所述受控加热板包括金属蜂窝板和镶嵌在其内部的石墨烯电热膜，所述两块金属蜂窝板之间通过连接结构连接起来，所述每块金属蜂窝板外侧还通过螺丝连接外夹层。

进一步的，所述空气分布器分为上、下两个部分，上部板横截面呈圆形，内部具有蜂窝；下部板内部均匀分布若干块导流板，中部固定有集流管，上部板与下部板的导流板、集流管钢性连接。

进一步的，所述引风管管壁上开有若干个通风孔，所述引风管沿其轴向可上、下移动。

进一步的，所述控制箱还设有无线通信模块、显示屏、电源，所述显示屏与远程无线控制器电性连接，实时显示发酵过程的温度、湿度、PH、溶氧参数，所述无线通信模块用于向智能移动终端发送发酵过程的温度、湿度、PH、溶氧数据，所述电源提供工作电能。

更进一步的，所述控制箱内还设有与远程无线控制器电性连接的报警器。

进一步的，所述罐体外部还设有保温层或者防雨罩。

优选的，所述连接结构为圆管，使用圆管将若干块受控加热板连接成横截面呈八角形或圆形的罐体。

优选的，所述连接结构为135°型材，使用135°型材将若干块受控加热板连接成横截面呈八角形或圆形的罐体。

本发明还提供了一种秸秆直接还田的方法，包括以下步骤：

S1、收集秸秆并粉碎,

S2、按照秸秆种类调节C/N值，按照比例撒入发酵菌种，按照秸秆干重的30％-70％加水拌匀，

S3、拌匀后的物料装入罐体内，

S4、接通石墨烯电热膜电源加热罐体，通过热传导的作用提升罐体内物料的温度，以快速启动发酵过程，

S5、按发酵工艺要求定时通过引风管向罐体内部强迫充氧，

S6、对发酵过程中的温度、水分、C/N比、含氧量、PH值进行监视与控制，

S7、按发酵工艺要求翻堆操作，

S8、发酵完毕后，从罐体倒出来的腐熟料，根据需要添加功能菌提高肥力，及时还田，或密闭堆放。

本发明的有益效果：

本发明所提出的秸秆直接还田装置具有装置小型化、组装化、可拆卸、可移动、重量轻、就近处理、易操作、效率高、不占用土地、不受农田地块限制、适应范围广、价格仅相当于市售制肥机的1％左右等特点。装置适用于各种农作物秸秆，单一腐熟发酵，无需添加任何有机物混合。可单体操作、亦可多体联合操作，即可由小(型)到大(型)组合作业。既可个体作业，亦可由专业公司作业。不误农时，不受制于劳动力。

本发明所提出的秸秆直接还田的方法简单、快速、实用、价廉，通过微生物菌种自然通风好氧高温腐熟、无异味、无害化处理、效率高、节能、无环境污染，种植户(农民)易于获得和操作。可在田间地头就近对农作物秸秆进行直接“发酵腐熟”使其肥料化、无害化处理，直接还田。

附图说明

图1为秸秆直接还田装置的整体结构示意图，

图2为受控加热板结构示意图，

图3为135°型材结构示意图，

图4为上部板的结构示意图，

图5为下部板的结构示意图，

图6为空气分布器的结构示意图，

图7为秸秆直接还田装置控制原理图。

附图标注：

1、受控加热板，101、金属蜂窝板，102、石墨烯电热膜，2、罐体，3、空气分布器，31、上部板，311、蜂窝，32、下部板，321、导流板，322、集流管，4、引风管，5、控制箱，6、圆管，7、135°型材，8、外夹层。

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，以下结合附图及实施例，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于解释本发明，不能理解为对本发明具体保护范围的限定。

实施例

参照图1-7，一种秸秆直接还田装置，包括由八块受控加热板1组成的罐体2，所述罐体2的横截面为八角形，当然罐体2的形状不局限于八角形，也可以由五块或六块受控加热板1 组成罐体2，受控加热板1也可以是弧形板，组装成横截面是圆形的罐体2，罐体2的容积在 3立方米左右，还包括连接在罐体2下面的空气分布器3，设置在罐体2内部的引风管4，固定在任意一块受控加热板1上的控制箱5，设置在引风管4内部的用于采集发酵温度、湿度、 PH值和溶氧量的传感器(图中未示出)，所述用于采集发酵温度、湿度、PH值和溶氧量的传感器与控制箱5内的远程无线控制器电性连接。

罐体2内放入秸秆和发酵菌种，氧气通过引风管4进入空气分布器3给罐体2内部的发酵物进行充氧，秸秆在适宜的环境下进行发酵，发酵过程实时监控发酵温度、湿度、PH值和溶氧量参数。

具体的，本实施例的每一块受控加热板1均包括金属蜂窝板101和镶嵌在其内部的石墨烯电热膜102，相邻两块金属蜂窝板101之间通过圆管6或135°型材7连接起来，每块金属蜂窝板101外侧还通过螺丝连接外夹层8。发酵过程中，根据罐体2内的温度情况，安装或取下外加层8。石墨烯电热膜102由控制箱5内的远程无线控制器控制开启加热。所述金属蜂窝板101可以由金属材料加工而成，也可以由非金属材料加工而成，例如塑料、玻璃钢、复合材料等。

具体的，本实施例的空气分布器3分为上、下两个部分，上部板31横截面呈圆形，内部具有蜂窝311；下部板32内部均匀分布若干块导流板321，中部固定有集流管322，上部板31与下部板32的导流板321、集流管322钢性连接。本实施例的引风管4管壁上开有若干个通风孔(图中未示出)，所述引风管4沿其轴向可上、下移动。在安装时，是将引风管4和空气分布器3上的集流管322组装起来。通氧时，空气从引风管4进入集流管322，在导流板 321的作用下在充满空气分布器3，并由上部板的蜂窝311进入罐体2内的发酵物中。空气分布器3的作用能使氧气更均匀的进入罐体2内。空气分布器3可由树脂、塑料、金属或复合材料加工而成。所述引风管4采用树脂、塑料或金属材料加工而成。

为了对发酵过程进行更科学合理的管理，具体的，控制箱5内还设有无线通信模块、显示屏、电源、报警器，所述远程无线控制器分别与罐体2内部的用于采集发酵温度、湿度、 PH值和溶氧量的传感器电性连接，所述显示屏、报警器也分别与远程无线控制器电性连接，显示屏实时显示发酵过程的温度、湿度、PH、溶氧参数，报警器可在超过预设温度、湿度、 PH、溶氧参数阈值时进行报警提醒；所述无线通信模块与远程无线控制器通信连接，用于向智能移动终端发送发酵过程的温度、湿度、PH、溶氧数据，便于用户远程监控发酵过程。所述电源提供工作电能。

由于秸秆直接还田装置一般应用于田间地头，在寒冷的冬季和雨季使用，为了保护整个装置，特别是控制箱5内电子器件，罐体2外部还设有保温层或者防雨罩(图中未示出)。

采用所述秸秆直接还田装置对秸秆直接还田的方法，包括以下步骤：

S1、收集秸秆并粉碎,

S2、按照秸秆种类调节C/N值，按照比例撒入发酵菌种，按照秸秆干重的30％-70％加水拌匀，

农作物秸秆主要成分是粗纤维和蜡质物质。粗纤维包括纤维素、半纤维素和木质素等。纤维素和半纤维素属于多糖类大分子物质，其中纤维素是高分子量的葡聚糖，半纤维素主要是木聚糖，木质素是结构牢固的高分子芳香族化合物。这些物质形成坚固的组织，非常稳定，降解困难。

将农作物秸秆还田利用的目的，就是要将秸秆的组织成分降解为农作物需要并能吸收的氮、磷、钾等大量元素和钙、镁、锰、钼等微量元素，以及有机物和腐殖质等，成为土壤中的重要有机质，以改良土壤团粒结构，提高土壤通气和保肥保水功能，并且能产生一定量的二氧化碳，从而改善植物的生长环境，并促进秸秆资源利用的良性循环。这就需要针对作物秸秆的成分特点和有机物的微生物分解代谢原理，选择适合的微生物种群，如各种酶类，包括酵母菌、霉菌、细菌和芽孢杆菌等，并构建一种适宜微生物种群生长繁殖的营养、温度、湿度、空气和pH值等环境条件，形成能够产纤维素酶等的多种菌群参与的接力过程，从而实现秸秆分解腐熟。

可以分解秸秆的微生物种类很多，在自然界中广泛分布和存在。但选用时应该执行GB 20287-2006《农用微生物菌剂》或NY609-2002《有机物料腐熟剂》，目前，国内登记注册的菌种40余种、腐熟剂产品43个。菌种主要种类包括：

1)能分解纤维素的细菌：芽孢杆菌属、类芽孢杆菌、假单孢菌属、弧菌属、微球菌属、链球菌属、梭菌属、原粘杆菌属、纤维粘菌属、生胞噬纤维菌属等；

2)能分解纤维素和半纤维素的真菌：木霉属、麯霉属、青霉、分枝孢属、轮枝孢霉、根霉等；

3)能分解纤维素的放线菌：分枝杆菌、诺卡氏菌、小单孢菌、链霉菌属等；

4)能氧化木质素的微生物：洋蘑菇、茯苓、多孔菌属、伞菌属、糙皮侧耳、韧皮菌属等。

有机物料腐熟菌剂用登记产品菌种：

细菌：枯草芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、黄褐假单胞菌、嗜热脂肪地芽孢杆菌、多食鞘氨醇杆菌、戊糖片球菌、解淀粉芽孢杆菌、植物乳杆菌、乳酸乳杆菌、施氏假单胞菌、地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、短小芽孢杆菌；

放线菌：白色链霉菌、天青链霉菌、白浅灰链霉菌、热紫链霉菌、唐德链霉菌、细黄链霉菌、嗜热灰色链霉菌、灰肉红链霉菌、除虫链霉菌、泾阳链霉菌、微白黄链霉菌、灰螺链霉菌；

霉菌：里氏木霉、绿色木霉、黑曲霉、米曲霉、温特曲霉、帚状曲霉、杂色曲霉、嗜热性侧孢霉、米根霉、卷枝毛霉；

酵母菌：粉状毕赤酵母、酿酒酵母、热带假丝酵母、扣囊拟内孢霉、乳酸可鲁维酵母。

由于不同秸秆的组织成分有差异，应根据不同秸秆种类配制不同种类和数量的菌种，以加速腐解进程，缩短腐熟时间。

S3、拌匀后的物料装入罐体2内，

S4、接通石墨烯电热膜102电源加热罐体2，通过热传导的作用提升罐体2内物料的温度，以快速启动发酵过程，

S5、按发酵工艺要求定时向引风管4强迫充氧，所述引风管4连接引风机(图中未示出)，引风机由控制箱5内的远程无线控制器控制，

S6、对发酵过程中的温度、水分、C/N比、含氧量、PH值进行监视与控制。

具体的控制如下：

温度参数反应罐体2内的温度，间接反应物料发酵过程，根据设定的极限参数控制石墨烯电热膜102和引风机的工作，达到温度智能化控制的目的，当温度达到限定值时，启动报警器报警，温度数据在显示屏上实时显示。

湿度参数反应罐体2内％RH值变化，间接反应物料发酵过程，在显示屏上实时显示，以供工艺操作参考。

溶氧(DO)参数反应罐体2内DO值变化，间接反应物料发酵过程，与通气流量关联，通过控制引风机工作，达到对通氧智能控制的目的。

pH值参数反应罐体2内物料的pH值变化，间接反应物料发酵过程，在显示屏上显示，以供工艺操作参考。

无线通信模块将温度、湿度、PH、溶氧数据通过无线网络接口以WiFi/4G方式发送到一个或多个智能移动终端上，以便用户操作。

S7、按发酵工艺要求翻堆操作，

S8、发酵完毕后，从罐体2倒出来的腐熟料，根据需要添加功能菌提高肥力，及时还田，或密闭堆放。

步骤S4-S8为发酵、腐熟过程，发酵过程中微生物的种群随温度的变化而变化，先从低、中温菌群为主转变为中高温菌群为主，再由中高温菌群为主转化为中低温菌群。随着发酵时间的延长，细菌逐渐减少，放线菌逐渐增多，霉菌和酵母菌在发酵的末期显著减少。发酵过程大致为发热、高温、降温和腐熟4个阶段：

1)发热阶段，初期微生物以中温好氧性的种类为主，如由芽孢杆菌和放线菌启动发酵的发酵过程，它们在好氧性条件下旺盛分解易分解有机物质，产生大量的热，不断提高发酵温度，从环境温度逐渐上升至40℃左右，称为发热阶段或中温阶段；

2)高温阶段，随着温度的提高，好热性的放线菌和真菌等微生物逐渐取代中温性种类微生物而起主导作用，温度持续上升，一般在3天之内即可达50℃以上，进入高温阶段，在高温阶段，好热放线菌和真菌对有机物质(如纤维素、半纤维素等)进行强烈分解，热量积累，发酵温度上升至65℃及以上，保持3-5天；

3)降温阶段，当高温阶段持续一定时间后，纤维素、半纤维素、果胶物质大部分已被分解，剩下很难分解的复杂成分(如木质素)和新形成的腐殖质，微生物的活动减弱，温度逐渐下降，当温度下降到40℃以下时，中温性微生物又成为优势种类，这时可以翻堆拌匀，使之产生第二次发热、升温，以促进发酵腐熟；

4)腐熟还田阶段，发酵腐熟后，体积缩小，堆温下降至环境温度时，即可立即还田，以利于保肥。

Claims (10)

1.一种秸秆直接还田装置，其特征在于：包括由若干块受控加热板组成的罐体，连接在罐体下面的空气分布器，设置在罐体内部的引风管，还包括固定在任意一块受控加热板上的控制箱，设置在引风管内部的用于采集发酵温度、湿度、PH值和溶氧量的传感器，所述用于采集发酵温度、湿度、PH值和溶氧量的传感器与控制箱内的远程无线控制器电性连接。

2.根据权利要求1所述的秸秆直接还田装置，其特征在于：所述受控加热板包括金属蜂窝板和镶嵌在其内部的石墨烯电热膜，所述两块金属蜂窝板之间通过连接结构连接起来，所述每块金属蜂窝板外侧还通过螺丝连接外夹层。

3.根据权利要求2所述的秸秆直接还田装置，其特征在于：所述空气分布器分为上、下两个部分，上部板横截面呈圆形，内部具有蜂窝；下部板内部均匀分布若干块导流板，中部固定有集流管，上部板与下部板的导流板、集流管钢性连接。

4.根据权利要求1所述的秸秆直接还田装置，其特征在于：所述引风管管壁上开有若干个通风孔，所述引风管沿其轴向可上、下移动。

5.根据权利要求1所述的秸秆直接还田装置，其特征在于：所述控制箱还设有无线通信模块、显示屏、电源，所述显示屏与远程无线控制器电性连接，实时显示发酵过程的温度、湿度、PH、溶氧参数，所述无线通信模块用于向智能移动终端发送发酵过程的温度、湿度、PH、溶氧数据，所述电源提供工作电能。

6.根据权利要求5所述的秸秆直接还田装置，其特征在于：所述控制箱内还设有与远程无线控制器电性连接的报警器。

7.根据权利要求1所述的秸秆直接还田装置，其特征在于：所述罐体外部还设有保温层或者防雨罩。

8.根据权利要求2所述的秸秆直接还田装置，其特征在于：所述连接结构为圆管，使用圆管将若干块受控加热板连接成横截面呈八角形或圆形的罐体。

9.根据权利要求2所述的秸秆直接还田装置，其特征在于：所述连接结构为135°型材，使用135°型材将若干块受控加热板连接成横截面呈八角形或圆形的罐体。

10.一种采用如权利要求1所述秸秆直接还田装置对秸秆直接还田的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、收集秸秆并粉碎,

S2、按照秸秆种类调节C/N值，按照比例撒入发酵菌种，按照秸秆干重的30-70％加水拌匀，

S3、拌匀后的物料装入罐体内，

S4、接通石墨烯电热膜电源加热罐体，通过热传导的作用提升罐体内物料的温度，以快速启动发酵过程，

S5、按发酵工艺要求定时通过引风管向罐体内部强迫充氧，

S6、对发酵过程中的温度、水分、C/N比、含氧量、PH值进行监视与控制，

S7、按发酵工艺要求翻堆操作，

S8、发酵完毕后，从罐体倒出来的腐熟料，根据需要添加功能菌提高肥力，及时还田，或密闭堆放。