CN109879705A - 玉米秸秆发酵生产多元微生物肥料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玉米秸秆发酵生产多元微生物肥料，由如下重量份原料制成：玉米秸秆50‑60份，菌菇渣40‑50份、牛粪4‑5份，微生物菌剂3‑4份，玉米粉1‑2份，尿素26‑32份、过磷酸钙13‑16份、氯化钾12‑15份、改性生物炭17‑20份、硅藻土5‑7份、聚乙烯醇水溶液11‑13份、自来水100‑200份；本发明还公开了所述多元微生物肥料的制备方法。本发明采用玉米桔杆作为主要原料进行发酵生产微生物肥料，转化生成最终产物高腐植酸的有机肥；通过将改性生物炭作为其余有效成分(氮磷钾肥、微生物菌剂)的载体，采用混合造粒法造肥，增加了微生物肥料的缓释效果；得到一种养分多元化、具有缓释效果的微生物肥料。

Description

玉米秸秆发酵生产多元微生物肥料及其制备方法

技术领域

本发明属于微生物肥料技术领域，具体地，涉及一种玉米秸秆发酵生产多元微生物肥料及其制备方法。

背景技术

微生物肥料是指一类含有活性微生物的特定制造的肥料，运用于农业生产中，能够获得特定的肥料效应。微生物肥料可分为两类：一类是通过其中所含微生物的生命活动，增加了植物营养元素的供应量，从而导致植物营养状况的改善，近而促使产量增加，代表品种有生物菌肥；另一类是广义的微生物肥料，其制品虽然也是通过其中所含的生命活动作用使作物增产，但它不仅仅局限于提高植物营养元素的供应水平，还包括它们所产生的次生代谢物质，如激素类物质对植物的刺激作用，促进植物对营养元素的吸收作用，或者能够拮抗某些病原微生物的致病作用，减轻病虫害而使作物产量增加。

微生物肥料的种类很多，其功效主要与营养元素的来源和有效性有关，或与作物吸收营养、水分和抗病有关，概括起来有以下三个方面：

1、通过有益菌的大量繁殖，大量有益菌在植物根系周围形成优势种群，抑制了其他有害菌的生命活动。

2、快速分解土壤有机物质，促进土壤团粒的形成，且通过有益菌的活动能够疏松土壤，土壤的保肥、供肥、保水、供水及透气性都得到很好的调节。

3、分解土壤中的农药残留，避免残留农药对下季作物产生药害，同时对植物生长过程通过根系排放的有害物质进行分解。

用桔杆制备有机肥，能够实现桔杆的全资源化利用和高附加值化，解决了农业废弃物的高值全利用。但是目前在使用废弃桔杆发酵微生物肥料时，发酵过程比较麻烦，费时很长，影响制肥效益；同时，存在成分单纯，肥效快，肥劲猛，长时间的使用则会导致土壤板结，耕作成本增加，同时降低了农作物的品质，也易产生病虫害。

发明内容

本发明的目的在于提供一种玉米秸秆发酵生产多元微生物肥料及其制备方法，采用玉米桔杆作为主要原料进行发酵生产微生物肥料，玉米桔杆等物质在发酵过程中，实现发酵原料的腐殖化，最终使秸秆、菌菇渣与牛粪转化生成最终产物高腐植酸的有机肥；通过将改性生物炭作为其余有效成分(氮磷钾肥、微生物菌剂)的载体，采用混合造粒法造肥，过程比较缓慢，造肥过程中改性生物炭与其他物料得到了充分混合，使改性生物炭对氮磷钾肥及微生物菌剂的物理吸附及附着作用更为彻底，其吸持强度也更大，增加了微生物肥料的缓释效果；得到一种养分多元化、具有缓释效果的微生物肥料。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

玉米秸秆发酵生产多元微生物肥料，所述多元微生物肥料由如下重量份原料制成：玉米秸秆50-60份，菌菇渣40-50份、牛粪4-5份，微生物菌剂3-4份，玉米粉1-2份，尿素26-32份、过磷酸钙13-16份、氯化钾12-15份、改性生物炭17-20份、硅藻土5-7份、聚乙烯醇水溶液11-13份、自来水100-200份；

所述聚乙烯醇水溶液的质量浓度为4％；

所述多元微生物肥料由下步骤制成：

步骤一、将玉米秸秆、牛粪、蘑菇渣和玉米粉混合，并喷洒四分之一的微生物菌剂，混合堆埋于阳光大棚内，调节含水率为68-73％，进行62d的好氧发酵，前32d每4d翻堆1次，每次翻堆时补充少量自来水，保持含水率在68-73％，最后一次翻堆时，再次喷洒四分之一的微生物菌剂，混合均匀，后30d每10d翻堆1次，发酵完成后，得到有机肥；

步骤二、将有机肥、尿素、过磷酸钙、氯化钾和剩余的一半微生物菌剂投放于包衣机中，再加入改性生物炭及硅藻土，设置包衣机转速为65r/min，搅拌30min，使物料充分混匀后，均匀喷洒聚乙烯醇水溶液，使物料成粒，造粒完成后放于烘箱中35℃烘干，制得所述多元微生物肥料。

进一步地，所述改性生物炭由如下方法制备：

1)将花生壳干燥粉碎，过50目筛，得到花生壳粉体，将花生壳粉体于100℃烘箱中烘24h；

2)将干燥后的花生壳粉体置于坩埚中，控制坩埚内DO浓度小于1.0mg/L，再将坩埚置于马弗炉中在350℃下碳化，碳化具体参数为：升温速率为5℃/min，保温6h，冷却至室温后，得到生物炭；

3)按照料液比1g：24-26mL将生物炭与2mol/L的KOH溶液混合，于45℃恒温条件下200r/min震荡20h，过滤，用去离子水冲洗5-7次，于烘箱中75℃烘20h，制得改性生物炭，贮存在干燥设备中备用。

进一步地，所述微生物菌剂由如下方法制备：

地衣芽孢杆菌以马铃薯葡萄糖液体培养基培养，枯草芽孢杆菌以牛肉膏蛋白胨液体培养基培养，以10％接种量接入固体培养基中，搅拌均匀后在28℃恒温环境下静置培养7d，得到微生物菌剂；

其中，固体培养基质为麸皮、糠和稻壳混合物，麸皮、糠和稻壳的质量比6：3：1，料水比为1.0：1.2。

玉米秸秆发酵生产多元微生物肥料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、将玉米秸秆、牛粪、蘑菇渣和玉米粉混合，并喷洒四分之一的微生物菌剂，混合堆埋于阳光大棚内，调节含水率为68-73％，进行62d的好氧发酵，前32d每4d翻堆1次，每次翻堆时补充少量自来水，保持含水率在68-73％，最后一次翻堆时，再次喷洒四分之一的微生物菌剂，混合均匀，后30d每10d翻堆1次，发酵完成后，得到有机肥；

步骤二、将有机肥、尿素、过磷酸钙、氯化钾和剩余的一半微生物菌剂投放于包衣机中，再加入改性生物炭及硅藻土，设置包衣机转速为65r/min，搅拌30min，使物料充分混匀后，均匀喷洒聚乙烯醇水溶液，使物料成粒，造粒完成后放于烘箱中35℃烘干，制得所述多元微生物肥料。

本发明的有益效果：

本发明对玉米桔杆、菌菇渣和牛粪等主要原料进行了堆肥，并且在堆肥过程中加入了微生物菌剂辅助腐熟，堆肥初期接种枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌可增加堆肥微生物数量，提高微生物代谢活性，加速有机物的降解，促进堆肥腐熟进程；堆肥腐熟期接种枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌能够进一步降解难降解物质，增加有机肥活菌数，提升有机肥产品品质；在玉米桔杆堆肥过程中，接种微生物菌剂能提高堆体温度、延长堆体高温持续时间，加快堆肥的发酵速率，将更多的有机质转化为有机酸，降低堆肥的pH；同时，接种微生物菌剂能够提高有机质、氮、磷、细菌以及真菌的含量，提升有机肥的品质；枯草芽孢杆菌广泛分布在土壤及腐败的有机物中，可长期耐受60℃高温，在120℃温度下也能存活20min，是堆肥高温阶段的代表性微生物，玉米桔杆等物质在发酵过程中，腐植酸在微生物作用下处于合成与分解的不断变化中，原料中的木质素等成分能够多聚化，实现发酵原料的腐殖化，最终使秸秆、菌菇渣与牛粪转化生成最终产物高腐植酸的有机肥；

本发明采用改性生物炭作为肥料中的有效成分的载体，生物炭中含有较多的盐基离子(如钙、钠、镁、钾等)和碱性基团，能够降低氢离子和交换性铝离子的水平，提高土壤的pH值，另一方面，炭化过程中一些酸性官能团被热解，使H⁺以H₂O的形式脱离炭体，导致生物炭pH值呈碱；制备得到的生物炭具有较大的比表面积和丰富的孔隙结构，具有良好的吸附性能；通过KOH碱性溶液对生物炭进行改性，能够有效去除空隙内的杂质，使得改性生物炭的空隙更大，同时，KOH能够中和酸性官能团，导致生物炭pH呈碱性；改性生物炭中的碳大多以双键、芳香环存在，结构稳定，其表面丰富的羟基、羧基和羰基等化学官能团赋予了其强大的吸附性能；

本发明采用玉米桔杆作为主要原料进行发酵生产微生物肥料，玉米桔杆等物质在发酵过程中，实现发酵原料的腐殖化，最终使秸秆、菌菇渣与牛粪转化生成最终产物高腐植酸的有机肥；通过将改性生物炭作为其余有效成分(氮磷钾肥、微生物菌剂)的载体，采用混合造粒法造肥，过程比较缓慢，造肥过程中改性生物炭与其他物料得到了充分混合，使改性生物炭对氮磷钾肥及微生物菌剂的物理吸附及附着作用更为彻底，其吸持强度也更大，增加了微生物肥料的缓释效果；得到一种养分多元化、具有缓释效果的微生物肥料。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

玉米秸秆发酵生产多元微生物肥料，由如下重量份原料制成：玉米秸秆50-60份，菌菇渣40-50份、牛粪4-5份，微生物菌剂3-4份，玉米粉1-2份，尿素26-32份、过磷酸钙13-16份、氯化钾12-15份、改性生物炭17-20份、硅藻土5-7份、聚乙烯醇水溶液11-13份、自来水100-200份；

其中，聚乙烯醇水溶液的质量浓度为4％；

所述改性生物炭由如下方法制备：

1)将花生壳干燥粉碎，过50目筛，得到花生壳粉体，将花生壳粉体于100℃烘箱中烘24h；

2)将干燥后的花生壳粉体置于坩埚中，控制坩埚内DO浓度小于1.0mg/L，再将坩埚置于马弗炉中在350℃下碳化(碳化具体参数为：升温速率为5℃/min，保温6h)，冷却至室温后，得到生物炭；

3)按照料液比1g：24-26mL将生物炭与2mol/L的KOH溶液混合，于45℃恒温条件下200r/min震荡20h，过滤，用去离子水冲洗5-7次，于烘箱中75℃烘20h，制得改性生物炭，贮存在干燥设备中备用；

生物炭中含有较多的盐基离子(如钙、钠、镁、钾等)和碱性基团，能够降低氢离子和交换性铝离子的水平，提高土壤的pH值，另一方面，炭化过程中一些酸性官能团被热解，使H⁺以H₂O的形式脱离炭体，导致生物炭pH值呈碱；制备得到的生物炭具有较大的比表面积和丰富的孔隙结构，具有良好的吸附性能；通过KOH碱性溶液对生物炭进行改性，能够有效去除空隙内的杂质，使得改性生物炭的空隙更大，同时，KOH能够中和酸性官能团，导致生物炭pH呈碱性；改性生物炭中的碳大多以双键、芳香环存在，结构稳定，其表面丰富的羟基、羧基和羰基等化学官能团赋予了其强大的吸附性能；

所述微生物菌剂由如下方法制备：

地衣芽孢杆菌以马铃薯葡萄糖液体培养基培养，枯草芽孢杆菌以牛肉膏蛋白胨液体培养基培养，以10％接种量接入固体培养基中，固体培养基质为麸皮、糠和稻壳混合物(麸皮、糠和稻壳的质量比6：3：1，料水比为1.0：1.2)，搅拌均匀后在28℃恒温环境下静置培养7d，得到微生物菌剂，得到的微生物菌剂中地衣芽孢杆菌有效活菌数达到1.2×10⁵CFU/g，枯草芽孢杆菌有效活菌数达到6.4×10⁹CFU/g；

所述多元微生物肥料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、将玉米秸秆、牛粪、蘑菇渣和玉米粉混合，并喷洒四分之一的微生物菌剂，混合堆埋于阳光大棚内，调节含水率为68-73％，进行62d的好氧发酵，前32d每4d翻堆1次，每次翻堆时补充少量自来水，保持含水率在68-73％，最后一次翻堆时，再次喷洒四分之一的微生物菌剂，混合均匀，后30d每10d翻堆1次，发酵完成后，得到有机肥；

步骤二、将有机肥、尿素、过磷酸钙、氯化钾和剩余的一半微生物菌剂投放于包衣机中，再加入改性生物炭及硅藻土，设置包衣机转速为65r/min，搅拌30min，使物料充分混匀后，均匀喷洒聚乙烯醇水溶液，使物料成粒，造粒完成后放于烘箱中35℃烘干，制得所述多元微生物肥料；

采用混合造粒法造肥，过程比较缓慢，造肥过程中改性生物炭与其他物料得到了充分混合，使改性生物炭对氮磷钾肥及微生物菌剂的物理吸附及附着作用更为彻底，其吸持强度也更大，增加了微生物肥料的缓释效果；

堆肥初期接种枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌可增加堆肥微生物数量，提高微生物代谢活性，加速有机物的降解，促进堆肥腐熟进程；堆肥腐熟期接种枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌能够进一步降解难降解物质，增加有机肥活菌数，提升有机肥产品品质；在玉米桔杆堆肥过程中，接种微生物菌剂能提高堆体温度、延长堆体高温持续时间，加快堆肥的发酵速率，将更多的有机质转化为有机酸，降低堆肥的pH；同时，接种微生物菌剂能够提高有机质、氮、磷、细菌以及真菌的含量，提升有机肥的品质；枯草芽孢杆菌广泛分布在土壤及腐败的有机物中，可长期耐受60℃高温，在120℃温度下也能存活20min，是堆肥高温阶段的代表性微生物，玉米桔杆等物质在发酵过程中，腐植酸在微生物作用下处于合成与分解的不断变化中，原料中的木质素等成分能够多聚化，实现发酵原料的腐殖化，最终使秸秆、菌菇渣与牛粪转化生成最终产物高腐植酸的有机肥。

实施例1

玉米秸秆发酵生产多元微生物肥料，由如下重量份原料制成：玉米秸秆50份，菌菇渣40份、牛粪4份，微生物菌剂3份，玉米粉1份，尿素26份、过磷酸钙13份、氯化钾12份、改性生物炭17份、硅藻土5份、聚乙烯醇水溶液11份、自来水100份；

所述多元微生物肥料由如下步骤制成：

步骤一、将玉米秸秆、牛粪、蘑菇渣和玉米粉混合，并喷洒四分之一的微生物菌剂，混合堆埋于阳光大棚内，调节含水率为68％，进行62d的好氧发酵，前32d每4d翻堆1次，每次翻堆时补充少量自来水，保持含水率在68％，最后一次翻堆时，再次喷洒四分之一的微生物菌剂，混合均匀，后30d每10d翻堆1次，发酵完成后，得到有机肥；

步骤二、将有机肥、尿素、过磷酸钙、氯化钾和剩余的一半微生物菌剂投放于包衣机中，再加入改性生物炭及硅藻土，设置包衣机转速为65r/min，搅拌30min，使物料充分混匀后，均匀喷洒聚乙烯醇水溶液，使物料成粒，造粒完成后放于烘箱中35℃烘干，制得所述多元微生物肥料。

实施例2

玉米秸秆发酵生产多元微生物肥料，由如下重量份原料制成：玉米秸秆55份，菌菇渣45份、牛粪4.5份，微生物菌剂3.5份，玉米粉1.5份，尿素29份、过磷酸钙14.5份、氯化钾13.5份、改性生物炭18.5份、硅藻土6份、聚乙烯醇水溶液12份、自来水150份；

所述多元微生物肥料由如下步骤制成：

步骤一、将玉米秸秆、牛粪、蘑菇渣和玉米粉混合，并喷洒四分之一的微生物菌剂，混合堆埋于阳光大棚内，调节含水率为70％，进行62d的好氧发酵，前32d每4d翻堆1次，每次翻堆时补充少量自来水，保持含水率在70％，最后一次翻堆时，再次喷洒四分之一的微生物菌剂，混合均匀，后30d每10d翻堆1次，发酵完成后，得到有机肥；

步骤二、将有机肥、尿素、过磷酸钙、氯化钾和剩余的一半微生物菌剂投放于包衣机中，再加入改性生物炭及硅藻土，设置包衣机转速为65r/min，搅拌30min，使物料充分混匀后，均匀喷洒聚乙烯醇水溶液，使物料成粒，造粒完成后放于烘箱中35℃烘干，制得所述多元微生物肥料。

实施例3

玉米秸秆发酵生产多元微生物肥料，由如下重量份原料制成：玉米秸秆60份，菌菇渣50份、牛粪5份，微生物菌剂4份，玉米粉2份，尿素32份、过磷酸钙16份、氯化钾15份、改性生物炭20份、硅藻土7份、聚乙烯醇水溶液13份、自来水200份；

所述多元微生物肥料由如下步骤制成：

步骤一、将玉米秸秆、牛粪、蘑菇渣和玉米粉混合，并喷洒四分之一的微生物菌剂，混合堆埋于阳光大棚内，调节含水率为73％，进行62d的好氧发酵，前32d每4d翻堆1次，每次翻堆时补充少量自来水，保持含水率在73％，最后一次翻堆时，再次喷洒四分之一的微生物菌剂，混合均匀，后30d每10d翻堆1次，发酵完成后，得到有机肥；

步骤二、将有机肥、尿素、过磷酸钙、氯化钾和剩余的一半微生物菌剂投放于包衣机中，再加入改性生物炭及硅藻土，设置包衣机转速为65r/min，搅拌30min，使物料充分混匀后，均匀喷洒聚乙烯醇水溶液，使物料成粒，造粒完成后放于烘箱中35℃烘干，制得所述多元微生物肥料。

测试得到实施例1-3制备的微生物肥料中包含氮肥、磷肥、腐殖酸、有机质、细菌、真菌等养分，所含养分多元化；

对实施例1-3制备得到的多元微生物肥料和市售微生物肥料做如下组分含量测试，测试结果如下表：

可知，本发明制备得到的多元微生物肥料的pH接近中性，总养分含量达到36.8％-37.5％，有效活菌数达到7.2-7.5×10⁵·g^-1，腐殖酸含量为26.4％-26.7％，说明本发明制备得到的微生物肥料含有的营养成分高，养分多元化。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (4)

1.玉米秸秆发酵生产多元微生物肥料，其特征在于，所述多元微生物肥料由如下重量份原料制成：玉米秸秆50-60份，菌菇渣40-50份、牛粪4-5份，微生物菌剂3-4份，玉米粉1-2份，尿素26-32份、过磷酸钙13-16份、氯化钾12-15份、改性生物炭17-20份、硅藻土5-7份、聚乙烯醇水溶液11-13份、自来水100-200份；

所述聚乙烯醇水溶液的质量浓度为4％；

所述多元微生物肥料由下步骤制成：

步骤一、将玉米秸秆、牛粪、蘑菇渣和玉米粉混合，并喷洒四分之一的微生物菌剂，混合堆埋于阳光大棚内，调节含水率为68-73％，进行62d的好氧发酵，前32d每4d翻堆1次，每次翻堆时补充少量自来水，保持含水率在68-73％，最后一次翻堆时，再次喷洒四分之一的微生物菌剂，混合均匀，后30d每10d翻堆1次，发酵完成后，得到有机肥；

步骤二、将有机肥、尿素、过磷酸钙、氯化钾和剩余的一半微生物菌剂投放于包衣机中，再加入改性生物炭及硅藻土，设置包衣机转速为65r/min，搅拌30min，使物料充分混匀后，均匀喷洒聚乙烯醇水溶液，使物料成粒，造粒完成后放于烘箱中35℃烘干，制得所述多元微生物肥料。

2.根据权利要求1所述的玉米秸秆发酵生产多元微生物肥料，其特征在于，所述改性生物炭由如下方法制备：

1)将花生壳干燥粉碎，过50目筛，得到花生壳粉体，将花生壳粉体于100℃烘箱中烘24h；

2)将干燥后的花生壳粉体置于坩埚中，控制坩埚内DO浓度小于1.0mg/L，再将坩埚置于马弗炉中在350℃下碳化，碳化具体参数为：升温速率为5℃/min，保温6h，冷却至室温后，得到生物炭；

3)按照料液比1g：24-26mL将生物炭与2mol/L的KOH溶液混合，于45℃恒温条件下200r/min震荡20h，过滤，用去离子水冲洗5-7次，于烘箱中75℃烘20h，制得改性生物炭，贮存在干燥设备中备用。

3.根据权利要求1所述的玉米秸秆发酵生产多元微生物肥料，其特征在于，所述微生物菌剂由如下方法制备：

地衣芽孢杆菌以马铃薯葡萄糖液体培养基培养，枯草芽孢杆菌以牛肉膏蛋白胨液体培养基培养，以10％接种量接入固体培养基中，搅拌均匀后在28℃恒温环境下静置培养7d，得到微生物菌剂；

其中，固体培养基质为麸皮、糠和稻壳混合物，麸皮、糠和稻壳的质量比6：3：1，料水比为1.0：1.2。

4.玉米秸秆发酵生产多元微生物肥料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、将玉米秸秆、牛粪、蘑菇渣和玉米粉混合，并喷洒四分之一的微生物菌剂，混合堆埋于阳光大棚内，调节含水率为68-73％，进行62d的好氧发酵，前32d每4d翻堆1次，每次翻堆时补充少量自来水，保持含水率在68-73％，最后一次翻堆时，再次喷洒四分之一的微生物菌剂，混合均匀，后30d每10d翻堆1次，发酵完成后，得到有机肥；

步骤二、将有机肥、尿素、过磷酸钙、氯化钾和剩余的一半微生物菌剂投放于包衣机中，再加入改性生物炭及硅藻土，设置包衣机转速为65r/min，搅拌30min，使物料充分混匀后，均匀喷洒聚乙烯醇水溶液，使物料成粒，造粒完成后放于烘箱中35℃烘干，制得所述多元微生物肥料。