CN109020646A - 一种用于黑土地保护和提升的田间秸秆生物堆肥的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于黑土地保护和提升的田间秸秆生物堆肥的方法，属于生物肥料技术领域。该方法是在田间现场设置卧旋式连续生物发酵设备，将秸秆腐熟剂与畜禽粪便输入卧旋式连续生物发酵设备中，通过卧旋式连续生物发酵设备将秸秆腐熟剂与畜禽粪便混匀后静止发酵，静止发酵完成获得用于秸秆腐熟的微生物富积培养料，输出备用；分层建堆，建堆完成后在自然环境下进行腐熟发酵，获得秸秆肥。本发明方法对秸秆的处理量大，可就地、就近、及时、快速处理，获得的秸秆肥可以直接还田，能够增加土壤有益菌群数量，增强了土壤活力，还可实现作物养分回归，提升土壤有机质含量，连年施用，可实现对黑土地质量保护与地力提升的目的。

Description

一种用于黑土地保护和提升的田间秸秆生物堆肥的方法

技术领域

本发明涉及一种用于黑土地保护和提升的田间秸秆生物堆肥的方法，属于生物肥料技术领域。

背景技术

黑土是极为珍贵的自然资源，近年来东北黑土地退化问题日益突出，加强保护刻不容缓。而黑龙江省黑土耕地面积占东北黑土区耕地面积的50.4％，近年来土壤主要养分呈现“一增两降”，每公顷有效磷含量增加13.0毫克/千克，全氮含量降低0.28克/千克，速效钾含量下降20.1 毫克/千克，耕层土壤容重增加，土壤有益微生物总量减少，活性也大大下降。秸秆还田和增施有机肥是土壤肥力保护和提升的重要措施之一。秸秆是有机肥源的基本资源。随着我国的粮食产量逐年递增，农作物秸秆产出量越来越大。初步统计，我国每年秸秆产量有9亿吨，利用率不到四成。因此，秸秆污染已经成为困扰农民及政府的一大难题。但这庞大的秸秆产出量又是生产有机肥的丰富宝藏。对于这部分资源，许多企业正在致力于发展工厂加工，生产商品有机肥进行销售，但由于生产成本高，商品有机肥产品只能用于那些高附加值的农产品生产，应用范围受限制。所以，最好的办法是简单堆腐发酵后直接还田。在东北高寒地区，秸秆异地处理受气候、运输、收储场所等诸多因素的限制，处理量太小，无法达到彻底解决其污染问题。

生物堆肥一次发酵过程最为关键的阶段是升温阶段，该阶段外界条件如满足中温性微生物要求，该类微生物迅速繁殖，并产生大量热能，堆体温度升高，快速进入高温阶段。目前，现有的田间秸秆码垛堆肥技术中，都采用秸秆层上先铺上畜禽粪便后，人工将腐熟剂撒在上面，这样就出现了畜禽粪便与腐熟剂混拌不均匀，还受环境温度的影响，使中温性微生物的繁殖效果差，起温慢，尤其是东北寒冷冬季，如无辅助热源，微生物处于休眠状态，秸秆无法进行腐熟，进而延迟秸秆堆整体发酵进程和发酵效果。如在养殖场或工厂进行异地制作，在堆放、运输过程中，出现培养料继续发酵，在未铺到秸秆层上就快速进入高温阶段，使促进发酵秸秆功能减弱，同样也延迟秸秆堆整体发酵进程和发酵效果。

发明内容

为解决现有田间秸秆码垛堆肥技术存在畜禽粪便与腐熟剂混拌不均匀，以及发酵过程受环境温度影响大，如东北寒冷冬季，微生物在低温条件下处于休眠状态使得秸秆无法进行腐熟，导致秸秆堆整体发酵进程延迟和发酵效果较差的问题，本发明提供了一种用于黑土地保护和提升的田间秸秆生物堆肥的方法，该方法采用卧旋式连续生物发酵设备为载体，以畜禽粪便为原料，通过人为干预，进行低中温菌群的活化、对数增殖(富积)，生产出用于秸秆腐熟的微生物富积培养料，然后用于堆腐发酵田间秸秆。采用的技术方案如下：

本发明的目的在于提供一种用于黑土地保护和提升的田间秸秆生物堆肥的方法，该方法是包括如下步骤：

1)菌群的活化和富集：在田间现场设置卧旋式连续生物发酵设备，将秸秆腐熟剂与畜禽粪便输入卧旋式连续生物发酵设备中，通过卧旋式连续生物发酵设备将秸秆腐熟剂与畜禽粪便混匀后静止发酵，静止发酵完成获得用于秸秆腐熟的微生物富积培养料，将所得用于秸秆腐熟的微生物富积培养料从卧旋式连续生物发酵设备中输出备用；

2)堆腐：秋收后开始分层建堆，按照一层秸秆层上铺加一层用于秸秆腐熟的微生物富积培养料、再在一层用于秸秆腐熟的微生物富积培养料层上铺加一层细土的方式自下而上依次铺建，共铺建10层，包括4层秸秆层、3层用于秸秆腐熟的微生物富积培养料层和3层细土层；建堆完成后在自然环境下进行腐熟发酵，获得秸秆肥。

优选地，步骤1)所述秸秆腐熟剂与畜禽粪便按照质量比为1：1000输入卧旋式连续生物发酵设备中。

优选地，步骤1)所述静止发酵的过程中通过卧旋式连续生物发酵设备控制静止发酵温度为28℃-38℃；所述静止发酵的发酵时间为9h-12h。

优选地，步骤1)在静止发酵的过程中将秸秆腐熟剂与畜禽粪便的混合料的水分含量控制在40％-60％。

优选地，步骤2)所述建堆的规格为堆高2.2m-2.8m，宽4m。长不限，堆成长方形结构，较传统梯形堆肥处理量大，占地面积小。

优选地，步骤2)所述4层秸秆层中由下至上的铺加厚度依次为80cm、40cm、40cm和40cm；步骤2)所述3层用于秸秆腐熟的微生物富积培养料层中每层的铺加厚度为15cm-20cm；步骤2) 所述3层细土层的铺加厚度为5cm。

优选地，步骤2)所述秸秆层所用秸秆为整株秸秆或粉碎后的秸秆。

优选地，步骤2)所述进行腐熟发酵的过程中控制最终腐熟程度满足如下条件：

(1)秸秆呈现黑褐色，为碎屑或粉末状；

(2)取腐熟堆的肥料，按照肥料与清水的质量比为1：(5-10)向肥料中加入清水搅拌后静置 3min-5min，浸出液呈淡黄色；

(3)腐熟后的堆肥体积相比于腐熟前的体积缩小1/2-2/3；

(4)碳氮比控制在(20-30)：1(以25:1最佳)；

(5)腐殖化系数为30％。

以上任一所述的方法制备的秸秆肥用于还田。

优选地，所述的应用，是在秋整地时，将秸秆肥按照0.5吨/亩-4吨/亩的施用量均匀撒施到田地中。

本发明中卧旋式连续生物发酵设备为专利ZL 201710408863.6中公开的卧旋式连续生物发酵设备。本发明方法中在步骤1)中将秸秆腐熟剂与畜禽粪便按照质量比为1：1000输入卧旋式连续生物发酵设备中，并且将卧旋式连续生物发酵设备的自控温度设置在38℃，不得超过38℃，利用反应器的自转和内部扬料板的作用，把物料搅拌均匀，然后静止发酵；在静止发酵的过程中将秸秆腐熟剂与畜禽粪便的混合料的水分含量控制在40％-60％，当卧旋式连续生物发酵设备中的温度由环境温度上升至28℃-38℃，且静止发酵时间为9h-12h时，获得用于秸秆腐熟的微生物富积培养料，完成低中温菌群的活化、对数增殖(富积)的过程。

本发明所述卧旋式连续生物发酵设备，包括卧式的发酵罐，其特征在于所述发酵罐包括罐体和端盖，罐体两端开口，两端的开口处均设有端盖，罐体与端盖密封转动连接；两个端盖固定，所述罐体相对于固定的端盖围绕轴线旋转；由内至外，所述罐体是由依次粘结成一体的内衬层、结构层、保温层和外防护层构成，所述内衬层是由充分浸渍树脂的短切纤维固化构成；所述结构层由多层连续纤维浸渍带螺旋缠绕构成，所述外防护层由连续纤维与树脂预浸融合而成的连续纤维缠绕构成；所述罐体内壁上设有搅拌桨叶，搅拌桨叶呈螺旋分布，搅拌桨叶是由充分浸渍树脂的短切纤维固化构成，搅拌桨叶是由一体成型的上固定板、上斜板、下斜板、下固定板构成，上固定板与上斜板圆弧过渡连接，上斜板与下斜板圆弧过渡连接，下斜板与下固定板圆弧过渡连接，搅拌桨叶设置在内衬层的内壁上，上斜板与水平面的夹角α小于10°，下斜板与水平面的夹角β＝30°～80°，上斜板的顶面设置在提升物料一侧；所述卧旋式连续生物发酵设备用于畜禽粪便与秸秆的处理。

本发明有益效果：

本发明方法在寒地田间秸秆堆腐过程中，在田间现场利用卧旋式连续生物发酵设备进行堆肥前期的菌群的活化和增殖富积阶段(升温阶段)，解决了田间秸秆堆腐过程中，前期因受外界环境影响，秸秆堆升温慢，发酵周期长的问题。本发明通过卧旋式连续生物发酵设备相比于传统秸秆建堆撒料方式可以使得畜禽粪便与腐熟剂混拌更均匀，并且控制卧旋式连续生物发酵设备的温度使得微生物的发酵过程免受外界寒冷环境的影响，可以实现中温性微生物 (腐熟剂)的快速扩繁，使得菌群的活化和增殖富积更快、更稳定，有效缩短了发酵周期，可使发酵周期提前2个月左右。此外，本发明通过在田间现场设置卧旋式连续生物发酵设备完成堆肥前期的菌群的活化和增殖富积阶段(升温阶段)，相比于传统秸秆建堆的堆肥方式可减少1/3复合微生物菌剂(腐熟剂)的用量，有效降低了成本。

本发明方法对秸秆的处理量大，可就地、就近、及时、快速处理，避免因不能及时处理而影响整地，耽误农时，解决由于东北地区作物收获期到入冬(气温达到0℃以下)，时间较短，异地处理受运输、收储场所等诸多因素的限制，处理量非常有限的问题。本发明方法一次堆置直至完全腐熟，不需翻堆，一次成肥。该方法简单方便、就地取材、经济实用。本发明方法在建堆时，堆成长方形结构，较传统梯形堆肥处理量大，占地面积小。本发明卧旋式连续生物发酵设备采用玻璃钢材质，轻质、耐腐、可移动，不受基础限制。

本发明制备的秸秆肥可以直接还田，直接还田后，能够增加土壤有益菌群数量，促进土壤环境中有益微生物的活动，增强了土壤活力，形成有利于作物根系生长发育的土体结构，同时还可实现作物养分回归，提升土壤有机质含量，增加土壤碳储存和腐殖质，提高土壤保肥增肥能力，可恢复土壤团粒结构，改善土壤板结性状，改善农业生态环境，减少作物病虫害，减少化肥使用量，提高作物产量5％～10％；连年施用，可实现对黑土地质量保护与地力提升的目的，该方法可经济、简便、有效的对秸秆进行无害化处理和资源化利用。

本发明方法与传统秸秆还田相比：①传统秸秆还田未经腐熟、易带入虫卵和土传病害，引发病虫害及植株疫情；本方法制成秸秆肥完全腐熟，达到无害化、稳定化。②未腐熟的秸秆施入土壤后，会与植物在苗期及发育盛期争夺养分，导致植株缺素症状严重；本方法的腐熟秸秆还田，进入土壤中即可被植物幼苗吸收，部分微生物在土壤中会复苏，提供养分。③春旱年份导致土壤耕层水分散失严重，未腐熟的秸秆还田加速苗期墒情严重；而本方法腐熟秸秆还田不会吸收土壤中水分。

本发明方法与秸秆移田模式相比：①秸秆相对密度小，离田处理运费高，二次还田易产生运输费用，极大程度上增加了成本。而本田还田解决了上述问题。②秸秆离田二次处理占用大量土地资源，在运输过程中也产生损耗；而本工艺不存在上述问题。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不受实施例的限制。

实施例1：

本实施例提供了一种用于黑土地保护和提升的田间秸秆生物堆肥的方法，该方法中的卧旋式连续生物发酵设备为专利ZL 201710408863.6中公开的卧旋式连续生物发酵设备，秸秆层直接采用新鲜玉米整株秸秆，腐熟剂采用益富源秸秆腐熟专用高效浓缩复合菌(每克含有益总菌数≥500亿CFU)，具体方法按照如下步骤进行：

1、用于秸秆腐熟的微生物富积培养料的制备(菌群的活化、对数增殖(富积))，生产出用于秸秆腐熟的微生物富积培养料，具体方法：

(1)在田间现场设置卧旋式连续生物发酵设备，将秸秆腐熟剂与畜禽粪便按照质量比为 1：1000输入卧旋式连续生物发酵设备中，通过卧旋式连续生物发酵设备的自转和内部扬料板的作用将秸秆腐熟剂与畜禽粪便混匀后静止发酵，在静止发酵的过程中将秸秆腐熟剂与畜禽粪便的混合料的水分含量控制在40％-60％，通过卧旋式连续生物发酵设备控制静止发酵温度为28℃-38℃，静止发酵的发酵时间为9h-12h，完成静止发酵获得用于秸秆腐熟的微生物富积培养料，将所得用于秸秆腐熟的微生物富积培养料从卧旋式连续生物发酵设备中输出备用；

(2)堆腐：2016年10月30日开始分层建堆，按照一层秸秆层上铺加一层用于秸秆腐熟的微生物富积培养料、再在一层用于秸秆腐熟的微生物富积培养料层上铺加一层细土的方式自下而上依次铺建，共铺建10层，包括4层秸秆层、3层用于秸秆腐熟的微生物富积培养料层和3 层细土层；建堆完成后在自然环境下进行腐熟发酵，2017年8月秸秆腐熟完毕，腐熟物为黑褐色碎屑状，获得秸秆肥；其中：建堆的规格为堆高2.6m，宽4m，长100m，堆成长方形结构； 4层秸秆层中由下至上的铺加厚度依次为80cm、40cm、40cm和40cm；3层用于秸秆腐熟的微生物富积培养料层中每层的铺加厚度为15cm-20cm；步骤2)所述3层细土层的铺加厚度为 5cm。

建堆过程中的注意事项：

1)建堆规格为：堆高2.2m-2.8m，宽4m，长不限，堆成长方形结构，建堆要确保堆腐过程中堆不倒塌；也可根据地块地形灵活掌握建堆的大小，但为了发酵质量，缩短发酵周期，尽可能建大堆；

2)建堆方法：分层建堆，第一层铺80cm厚玉米秸秆，均匀铺撒一层15cm厚的用于秸秆腐熟的微生物富积培养料，然后再铺撒一层5cm厚的细土；之后，再铺一层40cm厚的玉米秸秆层，再铺撒一层15cm厚的用于秸秆腐熟的微生物富积培养料，然后再铺撒一层5cm厚的细土；之后，再铺一层40cm厚的玉米秸秆层，再铺撒一层15cm厚的用于秸秆腐熟的微生物富积培养料，然后再铺撒一层5cm厚的细土；最后一层铺40cm厚的玉米秸秆，秸秆层要层层压实；

3)秸秆要求：秸秆层所用秸秆可以为整株秸秆，也可以为粉碎后的秸秆，无严格要求；如机械打包的秸秆，或整株玉米、水稻、豆类等的秸秆；

4)堆腐时间：当年秋收后开始堆腐，第二年结合秋整地施入田间。

腐熟程度的检查标准，在进行腐熟发酵的过程中控制最终腐熟程度满足如下条件：

(1)秸秆呈现黑褐色，为碎屑或粉末状；

(2)取腐熟堆的肥料，按照肥料与清水的质量比为1：(5-10)向肥料中加入清水搅拌后静置 3min-5min，浸出液呈淡黄色；

(3)腐熟后的堆肥体积相比于腐熟前的体积缩小1/2-2/3；

(4)碳氮比控制在(20-30)：1(以25:1最佳)；

(5)腐殖化系数为30％。

实施例2

将实施例1获得的秸秆肥用于还田，具体方法是在秋整地时，将秸秆肥按照1吨/亩的施用量均匀撒施到田地中，进行黑土耕地有机质提升。本实施例于2017年10月25日将实施例1获得的秸秆肥抛撒还田600亩。

为说明本发明方法所能够获得的有益效果，进行了如下实验：

设置对照组：对照组选取600亩田地种植玉米，未施用实施例1获得的秸秆肥；实验组：在实施例2的600亩田地种植玉米；将对照组和实验组玉米的长势情况统计于表1。

表1对照组和实验组玉米的长势情况

通过表1中数据可知：施用实施例1的秸秆肥的实验组1的玉米长势明显优于未施用实施例 1秸秆肥的对照组，通过施用实施例1的秸秆肥可以使得土地肥力提升，作物产量增产可达 8.9％。

虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种用于黑土地保护和提升的田间秸秆生物堆肥的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在田间现场设置卧旋式连续生物发酵设备，将秸秆腐熟剂与畜禽粪便输入卧旋式连续生物发酵设备中，通过卧旋式连续生物发酵设备将秸秆腐熟剂与畜禽粪便混匀后静止发酵，静止发酵完成获得用于秸秆腐熟的微生物富积培养料，将所得用于秸秆腐熟的微生物富积培养料从卧旋式连续生物发酵设备中输出备用；

2)分层建堆，按照一层秸秆层上铺加一层用于秸秆腐熟的微生物富积培养料、再在一层用于秸秆腐熟的微生物富积培养料层上铺加一层细土的方式自下而上依次铺建，共铺建10层，包括4层秸秆层、3层用于秸秆腐熟的微生物富积培养料层和3层细土层；建堆完成后在自然环境下进行腐熟发酵，获得秸秆肥。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤1)所述秸秆腐熟剂与畜禽粪便按照重量比为1：1000输入卧旋式连续生物发酵设备中。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤1)所述静止发酵的过程中通过卧旋式连续生物发酵设备控制静止发酵温度为28℃-38℃；所述静止发酵的发酵时间为9h-12h。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤1)在静止发酵的过程中将秸秆腐熟剂与畜禽粪便的混合料的水分含量控制在40％-60％。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤2)所述建堆的规格为堆高2.2m-2.8m，宽4m。

6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤2)所述4层秸秆层中由下至上的铺加厚度依次为80cm、40cm、40cm和40cm；步骤2)所述3层用于秸秆腐熟的微生物富积培养料层中每层的铺加厚度为15cm-20cm；步骤2)所述3层细土层的铺加厚度为5cm。

7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤2)所述秸秆层所用秸秆为整株秸秆或粉碎后的秸秆。

8.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤2)所述进行腐熟发酵的过程中控制最终腐熟程度满足如下条件：

(1)秸秆呈现黑褐色，为碎屑或粉末状；

(2)取腐熟堆的肥料，按照肥料与清水的质量比为1：(5-10)向肥料中加入清水搅拌后静置3min-5min，浸出液呈淡黄色；

(3)堆肥体积相比于腐熟前的体积缩小1/2-2/3；

(4)碳氮比控制在(20-30)；

(5)腐殖化系数为30％。

9.权利要求1-8任一所述的方法制备的秸秆肥用于还田。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，在秋整地时，将秸秆肥按照0.5吨/亩-4吨/亩的施用量均匀撒施到田地中。