CN109627080A - 一种袋式快速发酵方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种袋式快速发酵方法，将有机物料粉碎预处理，加入辅料、石膏粉、氮源后，再加入外源的发酵菌剂，分装入发酵袋，置于发酵室内进行发酵，通过控制发酵室的温度和湿度为发酵提供良好的环境，结合外源加入的发酵菌剂达到快速发酵的目的。并通过对发酵过程中基质的C/N比、电导率、容重、孔隙度等理化性质的检测，判断发酵成熟，确定发酵终点，从而得到性能优良的栽培基质。该发酵方法发酵时间短，可同时发酵不同配方的基质，并且所得到的基质理化性状好，基质可增加植株的发芽率，促进植物的生长，同时本发明实现了农业废弃物、生活垃圾以及禽畜粪便的资源化利用，具有明显的社会效益、经济效益和环境生态效益。

Description

一种袋式快速发酵方法
技术领域
本发明涉及无土栽培基质发酵技术，特别涉及一种袋式快速发酵方法。
背景技术
无土栽培技术是由传统农业生产向现代化、规模化、集约化转化的新型栽培方式，也是近年来农业发展中最快的新技术之一，它以其高产、优质、能避免土传病害和连作的特性在世界范围内得以飞速发展。将农业生产废弃物、生活垃圾、畜禽粪便等有机物料堆肥处理后用于生产无土栽培基质是一种很好的利用方式，目前一般是将其堆置充分腐熟后作为肥料为土壤提供更好的有机质和氮源。但自然条件下充分腐熟需要的时间长，一般物料在自然条件下发酵完全通常需2-3月甚至更长，且不同的有机物料其理化性质不同，其腐熟的时间也各不相同，如何在短时间内充分腐熟是农业废弃物堆肥处理的一个难点；另外，传统堆置发酵效率低，发酵占用场地面积大，发酵环境差，而且由于发酵堆大，透气性差，容易产生严重的厌氧发酵，致使发酵堆臭味浓重，孳生蚊虫，造成二次污染；再者是如果涉及不同的作物栽培，那么对基质理化性质和肥力的要求也有所不同，传统堆置发酵方法往往难以同时满足这些需求。
发明内容
鉴于上述问题，本发明从发酵环境入手，结合添加外源发酵菌剂，以达到快速发酵目的。该发酵方法发酵时间短，可较为精细的控制发酵基质的理化性质，并可以同时生产多种适合不同植物生长的栽培基质。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案，包括如下步骤：
S1：发酵物料预处理：将用于发酵的有机物料粉碎，粒径为1-3cm，得物料I。
S2：调节C/N比：调整C/N比为20:1-35:1，得物料Ⅱ。
S3：加入石膏粉：向物料Ⅱ中加入石膏粉，石膏粉的加入量是物料Ⅱ总质量的0.2％-0.6％，搅拌，得物料Ⅲ；
S4：添加外源发酵菌剂：向物料Ⅲ添加有益微生物，即外源发酵菌剂，喷水，使有机物料的含水量为60-65％，搅拌均匀，调节pH值为6-9，得物料Ⅳ。
S5：装袋：将物料Ⅳ装入发酵袋内。
S6：发酵：将装有物料Ⅳ的发酵袋单层直立摆放在发酵架上于发酵室内进行发酵10-30天。
S7：发酵成熟判断：当发酵基质满足下列至少一个条件时，表明发酵基质已经腐熟：
a.发酵袋内的温度与发酵室内温度趋于一致，袋内物料无臭味而呈黑褐色或黄绿色，且基质电导率大于1.9；
b.基质容重为0.1-0.8g.cm-3，总孔隙度在70-90％之间，大小孔隙比在1:1.5-1:1.4；
c.发酵基质浸出液的植物种子发芽指数不低于对照实验的植物种子发芽指数；
S8：干燥：发酵成熟的发酵基质干燥后用作栽培基质。
其中，步骤S1中用于发酵的有机物料包括农业生产废弃物、生活垃圾、禽畜粪便等，所述农业生产废弃物包括农作物秸秆，玉米芯、甘蔗渣、锯末、桑枝等等，生活垃圾包括剩饭菜、果皮蔬菜等等，禽畜粪便包括养殖鸡鸭牛羊等禽畜的粪便。发酵基质时可以使用一种物料，也可以多种有机物料按比例混合。另外，基质发酵物料还可以添加有机辅料和无机辅料，常用的有机辅料有草炭、红糖渣、海藻粉、麸皮等，常用的无机辅料有蛭石、河沙、珍珠岩、陶粒等，根据需要可以添加一种或同时添加多种。
步骤S2中调整C/N比所用的氮源分为无机氮源和有机氮源，常用的无机氮源有硫酸铵、硝酸盐、氨水、尿素等，常用的有机氮源包括黄豆饼粉、花生饼粉、棉子饼粉、动物源蛋白胨、鱼粉、大豆蛋白胨、酵母粉、酵母蛋白胨、酵母浸出物等等。根据所要发酵的有机物料的理化性质及发酵基质的用途选用合适的氮源和确定C/N比，例如，将玉米秸秆发酵的基质作为番茄栽培基质，玉米秸秆的基本成分为有机碳占43.23％，全N占0.48％，P2O5占0.33％，K2O占0.35％，其C/N比为90.0，属于高碳氮比的物料，可以选择尿素作为氮源，调节C/N比调为35:1，待发酵成熟时C/N比降到20以下，较有利于番茄的生长发育。
步骤S4中外源发酵菌剂所含有的有益微生物主要为芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌、光合细菌、放线菌、固氮菌、解磷细菌、和解钾细菌等，可以在市场上购买到，优选使用河南鹤壁市恒达生物科技有限公司生产的型号为Hd的生物有机肥发酵菌剂。
步骤S5中所采用的发酵袋优选实用无纺布袋，这种发酵袋透气性好，可降解，于环境无害，利于基质发酵和植物生长，发酵基质无需倒袋可直接用于栽培。发酵袋可分为不同的规格，一般周长为650～1800mm、高度为100～500mm，可根据栽培的植物选取相应的规格。
步骤S6将装有物料Ⅳ的发酵袋在发酵室内发酵时，其间控制发酵室温度为20-35℃，空气相对湿度为60-80％，每周通风一次，保持发酵袋内部温度在60-70℃，水分控制在50-65％。发酵室是指能利用外在设备控制环境温度和空气相对湿度的温室、大棚，也可以是温箱，优选使用智能温室。
对于S7步骤发酵成熟的判断一般，当发酵袋内的温度与环境温度趋于一致，袋内物料无臭味而呈黑褐色略带有潮湿的泥土气味表明发酵已经成熟，其中鸡粪发酵成熟时呈黄绿色而且略带酒香味；借助测定C/N比来判断发酵是否成熟时，一般情况下，发酵成熟的基质C/N比应小于18，视为发酵成熟；发酵物料电导率(EC)的变化可一定程度上反映发酵的剧烈程度，其值也是基质是否适宜栽培的重要指标，发酵成熟的基质电导率大于1.9；一般来讲，基质的容重0.1-0.8g.cm-3，总孔隙度在70-90％之间，大小孔隙比在1:1.5-1:1.4比较有利于植物生长发育；一般可采用种子发芽指数等生物方法来检测发酵基质的质量，因为基质在发酵过程中会产生多酚、有机酸等抑制植物生长的物质，通过种子发芽试验，能过快速测定出发酵物中植物生长抑制物质的降解情况及其对作物生长的安全程度，从而反映出发酵进程。
步骤S8中发酵成熟的基质应用，本采用本发明方法发酵成熟的有机物料干燥后可以直接用作为栽培基质，免除分装步骤，也可以作为原料与其他营养元素配合加工生产成各类有机肥料产品。应注意，由于本发明使用的发酵袋是无纺布材质，存在易破裂情况，将发酵成熟的基质配合花盆或托盘使用效果更佳。
本发明的有益效果是：
一、方便高效环保：相较传统堆肥发酵工艺，本方法采用的袋装并放在置物架上进行发酵，可随时取用和补充，并且节省发酵场地，可控温湿度的设施利用，优化发酵环境，利于发酵物料通风透气，结合外源有益菌剂将发酵成肥时间缩短了75％以上。而且添加的外源有益菌不仅自身能在发酵过程中繁殖大量功能菌，还能促进发酵原料中的好氧微生物迅速繁殖，使发酵物温度快速上升，高效杀灭有害菌、寄生虫卵和杂草种子。高温、湿润的环境利于发酵菌生长，加速有机物料矿质化和腐殖化，使得养分由无效态和缓态变为有效态和速效态，提高了基质微的生物活性增加了基质养分，这有利于促进作物生长发育，提高植物抗性。并且在发酵禽粪便和生活垃圾等有异味的有机物料时，能快速降低其异味，并减少蚊虫滋生，消除二次污染，改善环境。
二、精细控制发酵基质的理化性质：不同的有机物料所发酵环境可以不同，通过量化控制发酵基质的有机物料配比，发酵温湿度的控制，进而量化发酵基质的相关理化性质，从而实现同时发酵满足不同植物生长发育的基质。
附图说明
图1为本发明的发酵基本装置结构示意图，其中1为装有发酵物料的发酵袋，2为发酵架；
图2为玉米秸秆发酵过程中基质的电导率变化趋势图，其中Tt是实验组电导率变化曲线，Ta和Tb是对照组电导率变化曲线，1d、5d、9d、15d、21d、30d表示取样时间点；
图3为玉米秸秆发酵基质浸提液对番茄种子发芽指数的影响结果，其中Tt是实验组种子发芽指数曲线，CK是空白对照实验组种子发芽指数曲线，1d、5d、9d、15d、21d、30d表示取样时间点。
具体实施方式
上述说明仅是对本发明技术方案的整体概述，为了能够更清楚阐释本发明的技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明上述的和其他潜在的目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。应理解，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1：玉米秸秆的发酵实验
玉米秸秆的处理：将玉米秸秆粉碎成粒径为1-3cm的颗粒，加入尿素，调节C/N比为30:1，每1kg玉米秸秆加入石膏粉2.5g，加入发酵菌剂，该发酵菌剂购自河南鹤壁市恒达生物科技有限公司，商品名称为生物有机肥发酵菌，型号为Hd，用量为每1kg玉米秸秆发酵菌剂1g，加入2/3玉米秸秆质量的蛭石质量，调节物料的PH值为7-8，充分混均，喷水，使物料的含水量为65％，分装入发酵袋1中，如图1所示。
将装有发酵物料的发酵袋单层均匀直立摆放在发酵架2上，如图1所示。控制发酵室内温度为20-25℃，相对空气湿度为70％左右，每周通风一次，保持发酵袋内的含水量为65％左右。在不同发酵时段对发酵材料进行取样，样品终止发酵，并将样品干燥，检测理化指标，如表1所示，备用。
表1不同发酵天数得到的玉米秸秆发酵物的理化性质
实施例2：玉米秸秆发酵的电导率(EC)测定实验
实验组(Tt)处理方式如实施例1所示。
对照组(Ta、Tb)玉米秸秆的发酵处理如下：
对照组Ta：不加发酵菌剂，其他条件与实验组(Tt)一致。
对照组Tb：不加发酵菌剂，发酵室内温度控为0-5℃，相对空气湿度为20％，其他条件与实验组(Tt)一致。
取样分析；在不同发酵时段对发酵材料同时进行取样，检测样品的电导率。结果如图2所示，随着发酵的进行，各处理的EC值也明显升高，Tt和Tb处理分别在第9天和第15天时达到峰值，随后下降趋于稳定，Ta处理则变化不大。这说明适宜发酵环境利于发酵的进行，外源发酵菌剂的加入能明显加快发酵。
实施例3：玉米秸秆发酵基质浸提液对番茄种子发芽指数的影响实验
实验配方1：发酵1天的玉米秸秆发酵基质浸提液；
实验配方2：发酵5天的玉米秸秆发酵基质浸提液；
实验配方3：发酵9天的玉米秸秆发酵基质浸提液；
实验配方4：发酵15天的玉米秸秆发酵基质浸提液；
实验配方5：发酵21天的玉米秸秆发酵基质浸提液；
实验配方6：发酵30天的玉米秸秆发酵基质浸提液；
对照配方：等量清水。
将发酵不同时间的玉米秸秆发酵基质浸泡处理，获得基质浸提液，用以检测其对番茄种子发芽指数的影响。结果如图3所示，随着发酵的进行，Tt处理得到的不同发酵时间的基质浸提液发芽指数是先下降然后逐渐上升的，发酵15天的玉米秸秆发酵基质浸提液番茄种子发芽率最高，约为0.9，而清水处理的对照组，发芽率则维持在0.5左右，这说明基质发酵已基本成熟，也进一步证明了发酵基质有利于种子生长发育。
实施例4：玉米秸秆发酵基质用于番茄的栽培实验
将实施例1中的发酵10d、20d和30d的基质用于番茄的栽培，试验期间保证供试材料有一个相对稳定的适宜生长环境，测定植株干重以检测发酵基质品质。测定植株干重方法为取植株地上部、地下部置于烘箱105℃杀青15分钟，80℃恒温24h，然后称其重量。结果如表2所示：
表2不同发酵时间基质栽培番茄生物量和产量指标
由表2可以看出，用发酵20天的基质栽培番茄的干重和产量均为最高。

Claims (10)

1.一种袋式快速发酵方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：发酵物料预处理：将用于发酵的物料粉碎，粒径为1-3cm，得物料I；
S2：调节C/N比：向物料I添加氮源，将C/N比调为20:1-35:1，得物料Ⅱ；
S3：加入石膏粉：向物料Ⅱ加入石膏粉，石膏粉的加入量是物料Ⅱ总质量的0 .2％-0.6％，搅拌，得物料Ⅲ；
S4：添加外源发酵菌剂：向物料Ⅲ添加外源发酵菌剂，喷水，使其含水量为60-65%，搅拌均匀，并调节pH值为6-9，得物料Ⅳ；
S5：装袋：将物料Ⅳ装入发酵袋（1）内；
S6：发酵：将装有物料Ⅳ的发酵袋（1）单层直立放置于发酵室内的发酵架（2）上进行发酵10-30天；其间控制发酵室内温度为20-35℃，室内空气相对湿度为60-80%，每周通风一次，保持发酵袋内部温度在60-70℃，袋内水分控制在50-65%；
S7：发酵成熟判断：当发酵基质满足下列至少一个条件时，表明发酵基质已经腐熟：
a.发酵袋内的温度与发酵室内温度趋于一致，袋内物料无臭味而呈黑褐色或黄绿色，且基质电导率大于1.9
b.基质容重为0.1-0.8g.cm-3，总孔隙度在70-90%之间，大小孔隙比在1:1.5-1:1.4
c.发酵基质浸出液的植物种子发芽指数不低于对照实验的植物种子发芽指数；
S8：干燥：发酵成熟的发酵基质干燥后直接用作栽培基质。
2.根据权利要求1所述的袋式快速发酵方法，其特征在于：所述的发酵物料包括农业生产废弃物、生活垃圾和禽畜粪便中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的袋式快速发酵方法，其特征在于：用于发酵的物料还包括有机辅料和无机辅料，所述有机辅料为草炭、红糖渣、海藻粉或麸皮中的至少一种，无机辅料为蛭石、河沙、珍珠岩或陶粒中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的袋式快速发酵方法，其特征在于：步骤S2中所述的氮源为无机氮源，所述无机氮源为硫酸铵、硝酸盐、氨水或尿素中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的袋式快速发酵方法，其特征在于：步骤S2中所述的氮源为有机氮源所述有机氮源为黄豆饼粉、花生饼粉、棉子饼粉、动物源蛋白胨、鱼粉、大豆蛋白胨、酵母粉、酵母蛋白胨或酵母浸出物中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的袋式快速发酵方法，其特征在于：步骤S4中所述的外源发酵菌剂包含芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌、光合细菌、放线菌、固氮菌、解磷细菌或解钾细菌。
7.根据权利要求1或5所述的袋式快速发酵方法，其特征在于：步骤S4中所述的外源发酵菌剂为河南鹤壁市恒达生物科技有限公司生产的型号为Hd的生物有机肥发酵菌剂。
8.根据权利要求1所述的袋式快速发酵方法，其特征在于：步骤 S5中所述的发酵袋（1）为无纺布袋，周长为650～1800mm、高度为100～500mm。
9.根据权利要求1所述的袋式快速发酵方法，其特征在于：步骤S6中所述的发酵室为能控制温度和湿度的智能温室、温箱、大棚或房间。
10.根据权利要求1所述的袋式快速发酵方法，其特征在于：步骤S8中所述的发酵成熟的基质配合花盆或者穴盘使用。
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