CN108821863A - 一种功能型生物有机肥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物肥发酵领域，具体涉及一种功能型生物有机肥及其制备方法，尤其是一种利用工业硫脲产生的固体残渣制作的功能型生物有机肥及其制备方法。本发明以传统石灰氮法生产硫脲的过程中所产生的含硫脲固体残渣为原料，利用独创的多次发酵方法，制得专用生物有机肥。利用本发明生产的专用生物有机肥中所含硫元素和钙元素经微生物发酵更利于植物体吸收、转化和利用，有效避免使用化学肥料造成的肥料利用率低以及土壤板结等问题，同时能够有效利用硫脲生产过程中的固体残渣，在创造经济效益的同时，解决环境问题；生产的肥料用于蔬菜的种植使用，能够有效提高作物产量，提升产品品质，提高种植经济效益。

Description

一种功能型生物有机肥及其制备方法
技术领域
本发明属于生物肥发酵领域，具体涉及一种功能型生物有机肥及其制备方法，尤其是一种利用工业硫脲产生的固体残渣制作的功能型生物有机肥及其制备方法。
背景技术
硫脲，又名硫代尿素，化学式为CH4N2S，是硫氰酸铵的同分异构体，是尿素中的氧被流替代后形成的化合物，由于电负性差异与尿素性质很不相同；是一种重要化工原料和有机化工中间体。
硫脲可用于生产磺胺咪唑、甲基硫氧嘧啶、蛋氨酸等药物，是驱蛔灵和避孕药的原料，合成抗甲状腺机能亢进药物、抗结核病药物、静脉注射麻醉药物等；也可以作为高纯分析试剂、色谱分析试剂；常用于作为银的浸取液，提取回收银；硫脲还可用于使硫酸纸显示蓝色、暗褐色调的还原剂和染色助剂。
在农业上，硫脲可用作杀菌剂、除锈剂、薯类发芽促进剂、家畜育肥剂以及抑制硝化肥料等。添加微量硫脲即可抑制土壤硝化，增加土壤的吸附性；用于氮肥可提高植物吸收率达30％-50％。
近年来随着工农业和医药业的日益发展，硫脲及其衍生物的需求量不断增大；传统的硫脲合成工艺，是利用石灰氮水溶液在微负压下吸收酸性气中的硫化氢，生成硫氢化钙，然后再80±5℃的环境下硫氢化钙再与石灰氮反应3-5小时，得到硫脲的溶液。该合成方法每合成1吨硫脲，伴随产生2-3吨左右的固体残渣，残渣处理难度大，环境污染严重，所带来的残渣回收和环保问题，也是硫脲生产企业关注的难题之一。
因此，如何处理好硫脲生产过程中所产生的固体残渣，关乎硫脲生产企业是否能够长久发展，此问题亟待解决。
发明内容
鉴于以上情况，本发明主要解决的问题是环保且有效的处理硫脲生产过程中所产生的固体残渣，提供一种含硫脲固体残渣发酵制作专用肥料的方法，本发明提供的方法，工艺简单，环保安全且不产生任何污染，原料易得，是一种适合规模化工业生产的处理方法。
本发明所述的一种功能型生物有机肥，以原肥和含硫脲固体残渣为主要原料发酵制得；原肥和含硫脲固体残渣的质量比为5-7:3-5。
所述的原肥，以米糠、豆粕和麦麸为原料发酵制得；其中，以质量百分比计，米糠55-65％，豆粕15-20％，麦麸15-20％。
其具体制备步骤为：
(1)第一次发酵
(1-1)将米糠、豆粕、麦麸按比例混合均匀，得混合物料I；
(1-2)向混合物料I中加入糖蜜和益生菌菌种，调整体系水分至30-40％，35-40℃厌氧保温发酵24-36h后室温厌氧发酵10-20天至体系pH值在3-4之间，得原肥；
(2)第二次发酵
(2-1)将原肥和含硫脲固体残渣按照质量比5-7:3-5进行充分混合，得混合物料II；
(2-2)向混合物料II中加入糖蜜和益生菌菌种，调整体系水分至30-40％，35-40℃厌氧保温发酵24-36h后室温厌氧发酵10-20天至体系pH值在3-4之间，得功能型生物有机肥。
本发明中，米糠、豆粕和麦麸主要作为第一次发酵过程中的营养物质，供给菌种正常生长所需营养；采用本发明所述的配比，能够为后期微生物正常生长提供合理的碳源和氮源。本发明中，米糠、豆粕和麦麸原料含水量一般为10％左右。
本发明中，为了保证最佳的发酵效果，原肥和含硫脲固体残渣按照质量比5-7:3-5进行充分混合；含硫脲固体残渣用量过高易造成抑制微生物发酵，用量过低导致发酵效果差，提高发酵成本。
本发明中，第一次发酵主要是扩繁厌氧菌群，产生微生物次生代谢产物，为第二次发酵提供微生物筛选环境、部分菌源和营养物质；第二次发酵主要是硫脲固体残渣的发酵，将残渣中的钙元素、硫元素等无机物质经过微生物发酵代谢作用转化成为螯合状态，方便作物吸收利用。
本发明所述的含硫脲固体残渣为传统石灰氮法生产硫脲过程中所产生的含硫脲固体残渣。
本发明所述的益生菌菌种为EM原液，购自爱睦乐环保生物技术(南京)公司。
采用本发明获得的功能型生物有机肥可以用于蔬菜种植的应用，例如辣椒或生姜或大蒜或独根红韭菜。
本发明获得的功能型生物有机肥富含钙元素和硫元素，同时含有丰富的营养物质供给土壤微生物繁殖所需，在提供植物专用营养元素的同时起到改善土壤微生物环境的作用。采用本发明生产的专用生物有机肥中所含硫元素和钙元素经微生物发酵更利于植物体吸收、转化和利用，有效避免使用化学肥料造成的肥料利用率低以及土壤板结等问题，同时能够有效利用硫脲生产过程中的固体残渣，在创造经济效益的同时，解决环境问题；生产的肥料专供辣椒或生姜或大蒜或独根红韭菜等蔬菜的种植使用，能够有效提高作物产量，提升产品品质，提高种植经济效益。
具体实施方式
实施例1
一种功能型生物有机肥，所述的生物有机肥以原肥和含硫脲固体残渣为主要原料发酵制得；原肥和含硫脲固体残渣的质量比为7:3。
所述的原肥，以米糠、豆粕和麦麸为原料发酵制得；其中，以质量百分比计，米糠60％，豆粕20％，麦麸20％。
其具体制备步骤为：
(1)第一次发酵
(1-1)将米糠、豆粕、麦麸按比例混合均匀，得混合物料I；
(1-2)向混合物料I中加入糖蜜和益生菌菌种，调整体系水分至35％，35℃厌氧保温发酵24h后室温厌氧发酵20天至体系pH值3.8，得原肥；
(2)第二次发酵
(2-1)将原肥和含硫脲固体残渣按照质量比7:3进行充分混合，得混合物料II；
(2-2)向混合物料II中加入糖蜜和益生菌菌种，调整体系水分至40％，35℃厌氧保温发酵36h后室温厌氧发酵10天至体系pH值3.6之间，得功能型生物有机肥。
步骤(1-2)中糖蜜的加入量为混合物料I质量的1％，益生菌菌种的加入量为混合物料I质量的1％。
步骤(2-2)中糖蜜的加入量为混合物料II质量的0.7％，益生菌菌种的加入量为混合物料II质量的2％。
所述的益生菌菌种为EM原液。
实施例1的产品经过检测后，产品指标如下：
实施例2
一种功能型生物有机肥，所述的生物有机肥以原肥和含硫脲固体残渣为主要原料发酵制得；原肥和含硫脲固体残渣的质量比为5:5。
所述的原肥，以米糠、豆粕和麦麸为原料发酵制得；其中，以质量百分比计，米糠50％，豆粕25％，麦麸25％。
其具体制备步骤为：
(1)第一次发酵
(1-1)将米糠、豆粕、麦麸按比例混合均匀，得混合物料I；
(1-2)向混合物料I中加入糖蜜和益生菌菌种，调整体系水分至30％，40℃厌氧保温发酵24h后室温厌氧发酵10天至体系pH值3.5，得原肥；
(2)第二次发酵
(2-1)将原肥和含硫脲固体残渣按照质量比5:5进行充分混合，得混合物料II；
(2-2)向混合物料II中加入糖蜜和益生菌菌种，调整体系水分至35％，35℃厌氧保温发酵24h后室温厌氧发酵20天至体系pH值3.6，得功能型生物有机肥。
步骤(1-2)中糖蜜的加入量为混合物料I质量的0.5％，益生菌菌种的加入量为混合物料I质量的2％。
步骤(2-2)中糖蜜的加入量为混合物料II质量的0.6％，益生菌菌种的加入量为混合物料II质量的3％。
所述的益生菌菌种为EM原液。
实施例2的产品经过检测后，产品指标如下：
实施例3
一种功能型生物有机肥，所述的生物有机肥以原肥和含硫脲固体残渣为主要原料发酵制得；原肥和含硫脲固体残渣的质量比为6:4。
所述的原肥，以米糠、豆粕和麦麸为原料发酵制得；其中，以质量百分比计，米糠50％，豆粕30％，麦麸20％。
其具体制备步骤为：
(1)第一次发酵
(1-1)将米糠、豆粕、麦麸按比例混合均匀，得混合物料I；
(1-2)向混合物料I中加入糖蜜和益生菌菌种，调整体系水分至40％，40℃厌氧保温发酵36h后室温厌氧发酵15天至体系pH值在3.2之间，得原肥；
(2)第二次发酵
(2-1)将原肥和含硫脲固体残渣按照质量比5-7:3-5进行充分混合，得混合物料II；
(2-2)向混合物料II中加入糖蜜和益生菌菌种，调整体系水分至40％，40℃厌氧保温发酵24h后室温厌氧发酵10天至体系pH值3.5，得功能型生物有机肥。
步骤(1-2)中糖蜜的加入量为混合物料I质量的0.8％，益生菌菌种的加入量为混合物料I质量的4％。
步骤(2-2)中糖蜜的加入量为混合物料II质量的0.9％，益生菌菌种的加入量为混合物料II质量的5％。
所述的益生菌菌种为EM原液。
实施例3的产品经过检测后，产品指标如下：
实施例4
一种功能型生物有机肥，所述的生物有机肥以原肥和含硫脲固体残渣为主要原料发酵制得；原肥和含硫脲固体残渣的质量比为7:3。
所述的原肥，以米糠、豆粕和麦麸为原料发酵制得；其中，以质量百分比计，米糠50％，豆粕20％，麦麸30％。
其具体制备步骤为：
(1)第一次发酵
(1-1)将米糠、豆粕、麦麸按比例混合均匀，得混合物料I；
(1-2)向混合物料I中加入糖蜜和益生菌菌种，调整体系水分至38％，35℃厌氧保温发酵30h后室温厌氧发酵20天至体系pH值3.8，得原肥；
(2)第二次发酵
(2-1)将原肥和含硫脲固体残渣按照质量比7:3进行充分混合，得混合物料II；
(2-2)向混合物料II中加入糖蜜和益生菌菌种，调整体系水分至40％，40℃厌氧保温发酵30h后室温厌氧发酵20天至体系pH值3.5，得功能型生物有机肥。
步骤(1-2)中糖蜜的加入量为混合物料I质量的0.6％，益生菌菌种的加入量为混合物料I质量的5％。
步骤(2-2)中糖蜜的加入量为混合物料II质量的0.5％，益生菌菌种的加入量为混合物料II质量的1％。
所述的益生菌菌种为EM原液。
实施例4的产品经过检测后，产品指标如下：
试验例1
随机选取实施例4所述硫脲残渣制作的生物有机肥产品在大棚韭菜上进行肥效实验。实验设置及结果如下：
实验时间为2017年4月至2018年4月，地点设在山东博华高效生态农业科技有限公司蔬菜基地冬暖式蔬菜种植大棚。大棚内土壤养分情况见下表：
表1施用生物肥后土壤养分状况表
处理 有机质(g/kg) 有效磷(mg/kg) 速效钾(mg/kg) pH值 全氮(g/kg)
处理前 21.79 54.1 145.1 7.32 1.05
处理A 19.24 62.5 165.3 8.01 0.84
处理B 20.41 58.4 142.9 7.98 0.69
处理C 19.02 63.4 154.2 7.85 0.71
供试作物：独根红韭菜
供试肥料：
腐熟牛粪：由蔬菜基地自行采购的当地奶牛场的牛粪，经过发酵腐熟后使用，有机质含量为45％。
生物肥料：本专利所生产的含硫脲生物有机肥料、采购自山东土秀才生物科技有限公司的土秀才果蔬盛宴微生物菌肥。
小区实验设计与方法：实验采用博华农业公司制定的统一实验方案，为随机区组设计，本实验共设3个处理，每个处理重复3次，每个处理韭菜为6垄，共计54垄。
实验处理：实验设A、B、C三个处理，其中处理A为施用含硫脲生物有机肥料，处理B为常规对照，处理C为空白对照。
处理A：基肥：牛粪2000㎏/亩，在常规施肥基础上，基肥增施含硫脲生物有机肥料30kg/亩；追肥为常规技术。
处理B：基肥：牛粪2000㎏/亩，在常规施肥基础上，基肥增施土秀才果蔬盛宴微生物菌肥30kg/亩；追肥同处理A。
处理C：基肥：牛粪2000㎏/亩；追肥同处理A。
实验结果与分析：
通过对田间观测记录和考种的主要数据可以看出硫脲残渣制作的生物有机肥产品对独根红韭菜产量的影响：
表2各处理间考种项目(4茬/年)
不同处理对独根红韭菜产量的影响：
表3小区产量结构表
表4棚产量结果表
从测产结果可以看出，硫脲残渣制作的生物有机肥产品的平均棚产量比对照组处理B和处理C分别增加了1346.2kg和1458.6kg，增产率分别为32.54％和33.45％。
表5方差分析
从实验方差分析结果上可以看出，该实验重复间差异不显著，处理间差异显著，处理A和处理C差异极显著。
通过以上分析可以看出，在独根红韭菜上施用全元固体生物肥的效果十分明显，从产量数据分析来看，全元固体生物肥的平均棚产比对照分别增加了1346.2kg和1458.6kg，增产率分别为32.54％和33.45％。对产量进行方差分析结果表明，肥料处理差异达到了显著水平，增产效果明显。
不同试验处理的韭菜品质提升
影响韭菜口感的因素主要有大蒜素(硫化丙烯)、含水量、粗纤维、总糖，大蒜素(硫化丙烯)含量的多少决定着韭菜香辣味的浓淡，韭菜大蒜素含量越高，辛香味越重，韭菜品质越优良，口感比较好；含水量决定着韭菜的鲜嫩程度，含水量越高，口感越鲜嫩；纤维素的高低也是衡量韭菜品质优劣的重要参考依据，一般膳食纤维含量越低，口感越好，但是韭菜膳食纤维可以促进肠胃蠕动，也是评价韭菜营养价值的重要参数，适量的膳食纤维具有一定的营养价值，除此之外，使用有机肥种植的作物口感发甜，含糖量增高，口感改善。
表6不同试验处理下韭菜的口感指标
以大蒜素为评价指标可以看出，韭菜中大蒜素(硫化丙烯)总糖含量实验组均有所增高，品质提升显著。
表7不同试验处理下韭菜的营养指标
从以上数据对比分析可以看出，处理A韭菜营养最为丰富。
综上所述，本发明提供的含硫脲残渣生物肥能够为土壤提供有机质，提高营养利用效率，增加作物产量，提高品质。

Claims (8)

1.一种功能型生物有机肥，其特征在于，所述的生物有机肥以原肥和含硫脲固体残渣为主要原料发酵制得；原肥和含硫脲固体残渣的质量比为5-7:3-5。
2.根据权利要求1所述的一种功能型生物有机肥，其特征在于，所述的原肥，以米糠、豆粕和麦麸为原料发酵制得；其中，以质量百分比计，米糠50-60％，豆粕20-30％，麦麸20-30％。
3.一种功能型生物有机肥的制备方法，其特征在于，其具体步骤为：
(1)第一次发酵
(1-1)将米糠、豆粕、麦麸按比例混合均匀，得混合物料I；
(1-2)向混合物料I中加入糖蜜和益生菌菌种，调整体系水分至30-40％，35-40℃厌氧保温发酵24-36h后室温厌氧发酵10-20天至体系pH值在3-4之间，得原肥；
(2)第二次发酵
(2-1)将原肥和含硫脲固体残渣按照质量比5-7:3-5进行充分混合，得混合物料II；
(2-2)向混合物料II中加入糖蜜和益生菌菌种，调整体系水分至30-40％，35-40℃厌氧保温发酵24-36h后室温厌氧发酵10-20天至体系pH值在3-4之间，得功能型生物有机肥。
4.根据权利要求3所述的一种功能型生物有机肥的制备方法，其特征在于，步骤(1-2)中糖蜜的加入量为混合物料I质量的0.5-1％，益生菌菌种的加入量为混合物料I质量的1-5％。
5.根据权利要求3所述的一种功能型生物有机肥的制备方法，其特征在于，步骤(2-2)中糖蜜的加入量为混合物料II质量的0.5-1％，益生菌菌种的加入量为混合物料II质量的1-5％。
6.根据权利要求3所述的一种功能型生物有机肥的制备方法，其特征在于，所述的益生菌菌种为EM原液。
7.一种功能型生物有机肥用于蔬菜种植的应用。
8.根据权利要求1所述的一种功能型生物有机肥用于蔬菜种植的应用，其特征在于，所述的蔬菜为辣椒或生姜或大蒜或独根红韭菜。
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