CN109704825A

CN109704825A - 一种微生物和昆虫联合处理秸秆制备堆肥的方法和制备获得的堆肥

Info

Publication number: CN109704825A
Application number: CN201910156426.9A
Authority: CN
Inventors: 李妍; 许静扬; 田阳; 李冰; 白义川; 高贤彪; 谷希树
Original assignee: TIANJIN PLANT PROTECTION INSTITUTE; TIANJIN AGRICULTURAL RESOURCE AND ENVIRONMENT INST
Current assignee: Tianjin Academy of Agricultural Sciences
Priority date: 2019-03-01
Filing date: 2019-03-01
Publication date: 2019-05-03

Abstract

本发明提供了一种微生物和昆虫联合处理秸秆制备堆肥的方法和制备获得的堆肥，属于堆肥制备技术领域，所述方法以下步骤：1)将秸秆、第一腐熟菌剂与水混合得到混合料；所述混合料的含水率在55～65％之间，所述混合料的碳氮比为(25～35)：1；2)将所述混合料堆肥14～22d得到待腐熟料，所述堆肥期间，每3～7d进行一次翻料；3)将所述待腐熟料、第二腐熟菌剂、餐厨垃圾与亮斑扁角水虻幼虫混合，利用亮斑扁角水虻幼虫处理所述待腐熟料20～30d后，分离亮斑扁角水虻，获得腐熟堆肥。所述方法不仅能够在较短的时间内得到堆肥，还能够获得亮斑扁角水虻，可作为饲料、保健品、有机肥等应用，附加值高，经济效益好。

Description

一种微生物和昆虫联合处理秸秆制备堆肥的方法和制备获得的堆肥

技术领域

本发明属于堆肥制备技术领域，尤其涉及一种微生物和昆虫联合处理秸秆制备堆肥的方法和制备获得的堆肥。

背景技术

近年来，农村秸秆带来的环境问题已逐渐引起世界各国，尤其是发展中国家政府及民众的广泛关注。

国内外对秸秆的综合利用主要有5种途径：一是作为农用肥料；二是作为饲料；三是作为农村新型能源；四是作为工业原料；五是作为基料。但是，秸秆在资源化利用过程中遇到很多问题，其中最主要的两点：一是秸秆收集储运问题，秸秆的产生具有季节性，导致秸秆收集时间集中和紧迫，相关技术和装备比较缺乏，没有形成规范、高效的收储运模式，依靠小型农用运输车，安全性差，运输效率低。因此储运是秸秆利用发展的瓶颈。二是秸秆还田的投入和产出比例不合理。具体表现为：秸秆除了作为饲料使用之外，其他的利用方式所需成本都很高，无法获取明显的经济效益，无法产生强烈的吸引力。三是秸秆还田之后，由于其腐烂速度较慢，在最初不仅不能发挥应有的作用，还会极大地降低土壤的通透性，反而不利于土壤的改良。

中国农民对作物秸秆等农业废弃物的利用有着悠久的历史，是世界上最早利用其进行沤肥的国家。堆肥是一种古老而新颖的处理方式，也是目前我国城乡普遍采用的处理方法。

堆肥化(Composting)是指在有氧条件下，各种底物混合大量的微生物群落以固态进行生物降解的过程；在这个过程中，来自动物或植物的有机物质被降解成具有更短分子链、更稳定、更卫生和丰富腐殖质的物质，然后被用于农作物和土地有机物质的回收。

堆肥化处理中有很多不同种类的物生物群落在有氧环境中积极活动，如细菌、真菌、藻类、原生动物等，由它们来实现有机物的降解；堆肥化过程的主产物称为堆肥，堆肥对于土地和园艺有很多益处：(1)改善土地耕作，调节土壤结构；(2)增加土壤保水和营养的能力；(3)有利于土壤微生物的存活；(4)缓和土壤的化学失衡；(5)对一些土壤害虫提供生物学控制；(6)将有机物返还土壤；(7)增加土壤生物多样性并减少植物寄生线虫的数量。

根据国内外常规堆肥处理手段，一般前期需要21天发酵，还需要2～3个月的后熟作用，堆肥才能完全腐熟，耗时长、腐熟效果不理想。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种微生物和昆虫联合处理秸秆制备堆肥的方法，所述方法耗时短、腐熟效果好，综合经济效益高。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种微生物和昆虫联合处理秸秆制备堆肥的方法，包括以下步骤：

1)将秸秆、第一腐熟菌剂与水混合得到混合料；所述混合料的含水率在55～65％之间，所述混合料的碳氮比为(25～35)：1；

2)将所述混合料堆肥14～22d得到待腐熟料，所述堆肥期间，每3～7d进行一次翻料；

3)将所述待腐熟料、第二腐熟菌剂、餐厨垃圾与亮斑扁角水虻幼虫混合，利用亮斑扁角水虻幼虫处理所述待腐熟料20～30d后，分离亮斑扁角水虻，获得腐熟堆肥。

优选的，步骤1)中所述的秸秆包括蔬菜类秸秆、中草药类秸秆、杂草和谷物类秸秆中的一种或几种。

优选的，所述蔬菜类秸秆、中草药类秸秆和杂草的总质量与谷物类秸秆的质量的比例为(3.5～4.5)：1。

优选的，步骤1)中所述混合料中第一腐熟菌剂的含量为(0.8～1.2)kg/m³。

优选的，所述第一腐熟菌剂包括以下重量份的组成：黄孢平革菌0.5～2份、哈茨木霉0.5～2份、枯草芽孢杆菌0.5～2份和胶胨样芽孢杆菌0.5～2份；所述第一腐熟菌剂的有效活菌数≥4×10⁸个/g。

优选的，步骤2)中所述翻料为当所述堆肥内温度≥70℃时进行。

优选的，步骤3)中所述第二腐熟菌剂包括纤维素分解菌。

优选的，步骤3)中所述待腐熟料与餐厨垃圾的质量比为1：(2～2.5)。

优选的，以待腐熟料和餐厨垃圾总质量计，所述亮斑扁角水虻幼虫的添加量为600～650个/kg。

本发明提供了所述的方法制备获得的堆肥。

本发明的有益效果：

本发明提供的微生物和昆虫联合处理秸秆制备堆肥的方法，先后利用微生物和昆虫对秸秆进行处理获得堆肥，亮斑扁角水虻对待腐熟料进行处理，改进了现有的堆肥工艺，大大的缩短了腐熟时间；本发明提供的方法利用复合生物手段(微生物菌剂和亮斑扁角水虻)可快速消纳秸秆，加速秸秆腐熟，缩短发酵成有机肥时间至1个月以内；本发明通过前期利用微生物菌剂高温发酵，使作物秸秆的纤维素降低20～30％，此时可作为亮斑扁角水虻的食材，极大提高秸秆废弃物的消纳率。经亮斑扁角水虻过腹后，昆虫粪便有机肥中纤维素含量进一步降低，因此更利于有机肥的田间利用，增加土壤的有机质供给。

本发明所述方法不仅能够在较短的时间内得到堆肥，还能够获得亮斑扁角水虻，亮斑扁角水虻在处理堆肥的同时不断生长，由幼虫化蛹，化蛹率达到77.3％；所述亮斑扁角水虻以及副产物可作为饲料、保健品、有机肥等，附加值高，经济效益好。

具体实施方式

本发明提供了一种微生物和昆虫联合处理秸秆制备堆肥的方法，包括以下步骤：1)将秸秆、第一腐熟菌剂与水混合得到混合料；所述混合料的含水率在55～65％之间，所述混合料的碳氮比为(25～35)：1；2)将所述混合料堆肥14～22d得到待腐熟料，所述堆肥期间，每3～7d进行一次翻料；3)将所述待腐熟料、第二腐熟菌剂、餐厨垃圾与亮斑扁角水虻幼虫混合，利用亮斑扁角水虻幼虫处理所述待腐熟料20～30d后，分离亮斑扁角水虻，获得腐熟堆肥。

本发明将秸秆、第一腐熟菌剂与水混合得到混合料。在本发明中，所述秸秆优选的包括蔬菜类秸秆、中草药类秸秆、杂草和谷物类秸秆中的一种或几种；更优选包括蔬菜类秸秆、中草药类秸秆、杂草中的一种或几种以及谷物类秸秆；当本发明中所述秸秆包括蔬菜类秸秆、中草药类秸秆、杂草和谷物类秸秆时，对所述蔬菜类秸秆、中草药类秸秆和杂草的质量比例没有特殊限定，上述三种以任意比例混和均可；所述蔬菜类秸秆、中草药类秸秆和杂草的总质量与谷物类秸秆的质量的比例优选为(3.5～4.5)：1，更优选为4:1。本发明中，所述蔬菜类秸秆优选的包括果菜类、叶菜类和根茎菜类秸秆；本发明对所述蔬菜类秸秆的具体种类没有特殊限定。本发明中，所述秸秆的优选的粉碎后使用，所述粉碎后的秸秆的长度优选为1～5cm，更优选为1～2cm。

本发明中，所述第一腐熟菌剂优选的包括以下重量份的组成：黄孢平革菌0.5～2份、哈茨木霉0.5～2份、枯草芽孢杆菌0.5～2份和胶胨样芽孢杆菌0.5～2份；本发明中，所述第一腐熟菌剂的有效活菌数优选的≥4×10⁸个/g；本发明中，所述混合料中第一腐熟菌剂的含量优选为(0.8～1.2)kg/m³，更优选为1.kg/m³。本发明对所述黄孢平革菌、哈茨木霉、枯草芽孢杆菌和胶胨样芽孢杆菌的来源没有特殊限定，采用本领域常规的上述菌种即可；具体的可采用市售产品或者自行分离制备获得。本发明中，所述第一腐熟菌剂能够缩短堆肥周期：所述第一腐熟菌剂为多菌种复合，活菌数多，能快速分解有机物料，迅速提高堆温，快速腐熟，提高养分转化率及有益微生物数量，超强脱臭；在所述第一腐熟菌剂的作用下，堆温迅速提高能够使大肠杆菌值、蛔虫卵等的死亡率达国标，并且能够杀死杂草种子；所述第一腐熟菌剂为固体，可撒施或兑水喷施于有机物料中，使用方便、成本低、效益高；利用所述第一腐熟菌剂处理后的产物具有肥效高、活性好、效益高、多抗性、无公害的优势。

本发明中，所述混合料的含水率在55～65％之间，优选为58～62％，更优选为60％；所述混合料的碳氮比为(25～35)：1，优选为27:1。本发明中，所述混合料用于堆肥。

本发明在获得所述混合料后，将所述混合料堆肥14～22d得到待腐熟料。本发明在所述堆肥期间，每3～7d进行一次翻料；在本发明具体实施过程中，所述翻料优选的根据堆肥内的温度变化情况进行，优选的当所述堆肥内温度≥70℃时进行。本发明对所述堆肥堆垛的形状和尺寸没有特殊要求，采用本领域常规参数即可。

本发明在获得待腐熟料后，将所述待腐熟料、第二腐熟菌剂、餐厨垃圾与亮斑扁角水虻幼虫混合，利用亮斑扁角水虻幼虫处理所述待腐熟料20～30d后，分离亮斑扁角水虻，获得腐熟堆肥。本发明中，所述第二腐熟菌剂优选的包括纤维素分解菌；本发明对所述纤维素降解菌的具体种类和来源没有特殊限定，采用本领域常规的纤维素降解菌即可，在本发明中，所述第二腐熟菌剂中的孢子数优选为(2～4)×10⁸个/g，更优选为(2.5～3.5)×10⁸个/g。本发明中，所述第二腐熟菌剂能够进一步提高纤维素酶活性，提高纤维素降解效率；补充养分及气味，增加昆虫对物料适口性。本发明中，所述餐厨垃圾优选为从食堂或饭店收集的新鲜的餐厨垃圾；所述餐厨垃圾能够为昆虫提供丰富的蛋白质。本发明中，所述待腐熟料与餐厨垃圾的质量比优选为1：(2～2.5)，更优选为1:(2.1～2.4)。本发明中，所述亮斑扁角水虻幼虫优选为孵化后6日龄的亮斑扁角水虻；本发明中，所述亮斑扁角水虻幼虫的添加量，以待腐熟料和餐厨垃圾总质量计，优选为600～650个/kg，更优选为620～630个/kg，更优选为625个/kg。

本发明在利用所述亮斑扁角水虻处理待腐熟料的时间优选为22～28d；所述处理的温度优选为25～30℃，更优选为28℃，所述处理的环境湿度优选为45～55％，更优选为50％；所述处理的光照条件优选为L：D＝14:10；本发明上述处理条件更有利于亮斑扁角水虻的生长，从而利于待腐熟料的腐熟。本发明在所述处理结束后，分离亮斑扁角水虻，获得腐熟堆肥。本发明对所述亮斑扁角水虻的分离方法没有特殊限定，采用本领域常规的分离方法即可。本发明分离获得的亮斑扁角水虻的壳体、虫体以及粪便均可进行进一步的开发和利用，深加工为饲料、保健品和有机肥等，附加值高，经济效益好。

本发明还提供了所述的方法制备获得的堆肥。本发明中，所述堆肥的制备周期短，肥效好。

下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

菌剂制备：

第一腐熟菌剂：黄孢平革菌1份、哈茨木霉1份、枯草芽孢杆菌1份和胶胨样芽孢杆菌1份混合获得，总有效活菌数≥4×10⁸个/g。上述微生物均购自市售商品。

第二腐熟菌剂：Simplicillium lanosoniveum，来源自行分离筛选；孢子数为3×10⁸个/g。

堆肥制备：

将果菜类、叶菜类、根茎菜类、中草药秸秆类和杂草任意比例混合后，与玉米秸秆以4:1的质量比混合获得秸秆混合物；

将秸秆混合物1m³、第一腐熟菌剂1kg与水混合得到混合料；混合料的含水率为60％，碳氮比为27：1；

含水率测定采用烘干法，碳氮比采用TOC分析仪，

或者通过重铬酸钾容量法测定有机质，再换算成有机碳，全氮采用凯氏氮法测定；有机碳和全氮的比值即为碳氮比。

将混合料进行前期堆肥，堆肥期间，每3～7d进行一次翻料；人工手动检测堆肥内部多处温度，得到平均温度，当堆温≥70℃时进行机械翻料，21d后得到待腐熟料；

将待腐熟料与第二腐熟菌剂按照1:1的质量比例混合后，混合后的物料再与餐厨垃圾按照1:1的质量比混合后，获得待处理物料；将待处理物料200g添加至孵化后6日龄的亮斑扁角水虻幼虫750头的饲养盒中，此后按需添加余下部分，试验待处理物料总的添加量为1200g，处理条件为28℃，50％RH(湿度)，L：D＝14:10(日照时间比例)，在处理过程中筛除残渣及粪便，共处理28d；实验处理共有5个重复；亮斑扁角水虻化蛹，分离亮斑扁角水虻，平均蛹重1.99克，化蛹率77.3％。分离亮斑扁角水虻后剩余的物料为获得的堆肥；经检测所述堆肥为腐熟堆肥，可以直接施用。

具体堆肥腐熟程度的检测方法如下：

以物理指标(温度、气味)，化学指标(pH、碳氮比、电导率、有机质、种子发芽指数以及美国Woods End公司提出的Solvita测试法)进行堆肥样品腐熟的综合评定。

表1堆肥腐熟程度的检测项目

腐熟堆肥中养分含量如表2所示。

表2腐熟堆肥的养分含量

全氮％	1.90
		全磷％	1.90
全钾％	3.96
		有机质％	40％
pH	7.68
		含水率％	30％
AS(mg/kg)	3.3
		Hg(mg/kg)	0.2
Pb(mg/kg)	7.5
		Cd(mg/kg)	0.1
Cr(mg/kg)	35.1
		GI	70％

所述腐熟堆肥中粪大肠菌群数≤100个/g(mL)。

实施例2

菌剂制备：

第一腐熟菌剂：黄孢平革菌1份、哈茨木霉1份、枯草芽孢杆菌1份和胶胨样芽孢杆菌1份混合获得，总有效活菌数≥3.5×10⁸个/g。上述微生物均购自市售商品。

第二腐熟菌剂：购自市售的纤维素分解菌；孢子数为2×10¹⁰个/g。

堆肥制备：

将果菜类、叶菜类、根茎菜类、中草药秸秆类和杂草任意比例混合后，与水稻秸秆以4:1的质量比混合获得秸秆混合物；

将秸秆混合物1m³、第一腐熟菌剂1kg与水混合得到混合料；混合料的含水率为63％，碳氮比为29：1；

将混合料进行前期堆肥，堆肥期间，每3～7d进行一次翻料；人工手动检测堆肥内部温度，当堆温≥70℃时进行机械翻料，23d后得到待腐熟料；

将待腐熟料与第二腐熟菌剂按照1:1.5的质量比例混合后，混合后的物料再与餐厨垃圾按照1:1的质量比混合后，获得待处理物料；将待处理物料200g添加至孵化后6日龄的亮斑扁角水虻幼虫750头的饲养盒中，此后按需添加余下部分，试验待处理物料总的添加量为1200g，处理条件为28℃，50％RH(湿度)，L：D＝14:10(日照时间比例)，在处理过程中筛除残渣及粪便，共处理28d，实验处理共有5个重复；亮斑扁角水虻化蛹，分离亮斑扁角水虻，平均蛹重1.95g，化蛹率77.5％。分离亮斑扁角水虻后剩余的物料为获得的堆肥；经检测所述堆肥为腐熟堆肥，可以直接施用。

对比例1

将餐厨垃圾的用量减为实施例1中餐厨垃圾用量的1/3；即待腐熟料与餐厨垃圾的质量比为3:1；其余步骤和参数均与实施例1相同。

结果：分离亮斑扁角水虻，平均蛹重1.3g，化蛹率63.4％。分离亮斑扁角水虻后剩余的物料为获得的堆肥；经检测所述堆肥为腐熟堆肥，可以直接施用。

对比例2

以猪粪替换实施例1中的餐厨垃圾，其余步骤与参数均与实施例1一致。

结果：分离亮斑扁角水虻，平均蛹重0.6g，化蛹率44.6％。分离亮斑扁角水虻后剩余的物料为获得的堆肥；经检测所述堆肥为腐熟堆肥，可以直接施用。

对比例3

以猪粪替换对比例1中的餐厨垃圾，其余步骤与参数均与对比例1一致。

结果：分离亮斑扁角水虻，平均蛹重0.6g，化蛹率48.5％。分离亮斑扁角水虻后剩余的物料为获得的堆肥；经检测所述堆肥为腐熟堆肥，可以直接施用。

对比例4

菌剂制备：

堆肥制备：

将秸秆混合物1m³、第一腐熟菌剂1kg与水混合得到混合料；混合料的含水率为60％，碳氮比为30：1；

将混合料进行前期堆肥，堆肥期间，每3～7d进行一次翻料；人工手动检测堆肥内部温度，当温度≥70℃时进行人工翻料，21d后得到待腐熟料；

将待腐熟料与第二腐熟菌剂按照1:1的质量比例混合后，混合后的物料再与餐厨垃圾按照1:1的质量比混合后，获得待处理物料；将待处理物料200g添加至孵化后6日龄的亮斑扁角水虻幼虫750头的饲养盒中，此后按需添加余下部分，试验待处理物料总的添加量为1200g，处理条件为28℃，50％RH(湿度)，L：D＝14:10(日照时间比例)，在处理过程中筛除残渣及粪便，共处理28d；实验处理共有5个重复；亮斑扁角水虻化蛹，分离亮斑扁角水虻，平均蛹重2.25g，化蛹率54.9％。分离亮斑扁角水虻后剩余的物料为获得的堆肥；经检测所述堆肥为腐熟堆肥，可以直接施用。

由上述实施例和对比例可知，本发明所述方法改进了现有的堆肥工艺，大大的缩短了腐熟时间；还能够获得亮斑扁角水虻，所述亮斑扁角水虻以其副产物可作为饲料、保健品、有机肥等应用，附加值高，经济效益好。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种微生物和昆虫联合处理秸秆制备堆肥的方法，包括以下步骤：

3)将所述待腐熟料、第二腐熟菌剂、餐厨垃圾与亮斑扁角水虻幼虫混合处理20～30d后，分离亮斑扁角水虻，获得腐熟堆肥。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述的秸秆包括蔬菜类秸秆、中草药类秸秆、杂草和谷物类秸秆中的一种或几种。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述蔬菜类秸秆、中草药类秸秆和杂草的总质量与谷物类秸秆的质量的比例为(3.5～4.5)：1。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述混合料中第一腐熟菌剂的含量为(0.8～1.2)kg/m³。

5.根据权利要求1或或5所述的方法，其特征在于，所述第一腐熟菌剂包括以下重量份的组成：黄孢平革菌0.5～2份、哈茨木霉0.5～2份、枯草芽孢杆菌0.5～2份和胶胨样芽孢杆菌0.5～2份；所述第一腐熟菌剂的有效活菌数≥4×10⁸个/g。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中所述翻料为当所述堆肥内温度≥70℃时进行。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中所述第二腐熟菌剂包括纤维素分解菌。

8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，步骤3)中所述待腐熟料与餐厨垃圾的质量比为1：(2～2.5)。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以待腐熟料和餐厨垃圾总质量计，所述亮斑扁角水虻幼虫的添加量为600～650个/kg。

10.权利要求1～9任意一项所述的方法制备获得的堆肥。