CN112194530A - 一种利用香蕉秸秆、茎叶制备有机肥的方法 - Google Patents

一种利用香蕉秸秆、茎叶制备有机肥的方法 Download PDF

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曾梦凤
谢梅冰
邓辅财
程璐思
林炫洁
贺倩瑜
林慧凡
黎超诚
杨春平
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Abstract

本发明公开了一种利用香蕉秸秆、茎叶制备有机肥的方法，属于农作物秸秆资源化利用技术领域，所述方法包括以下步骤：对香蕉秸秆、茎叶进行预处理，得到混合物料，向混合物料中加入氯化镁和磷酸二氢钾的混合溶液，并充分混合均匀，加入发酵菌剂，得到混合物料，进行发酵，将发酵所得物料粉碎、造粒、烘干，即得所述有机肥。本发明通过添加氯化镁(MgCl2·6H2O)和磷酸二氢钾(KH2PO4)，在堆肥中形成磷酸铵镁沉淀而将其中铵态氮固定下来，防止N素流失，本发明颗粒肥的含水率低于15％，含氮量为3％～4％，有效提高了堆肥的营养价值。

Description

一种利用香蕉秸秆、茎叶制备有机肥的方法
技术领域
本发明涉及农作物秸秆资源化利用技术领域，特别是涉及一种利用香蕉秸秆、茎叶制备有机肥的方法。
背景技术
近年来，世界香蕉收获面积和产量均呈不断增长的趋势，在收获大量香蕉产品的同时也产生几乎等量的香蕉秸秆、茎叶等农业废弃物。我国香蕉主要产区分布在广东、广西、云南、海南和福建等省。2018年中国香蕉种植面积为331.9千公顷。近年来，中国的香蕉产量从2005年的629万吨增长到2019年1165.57万吨。香蕉杆、茎叶是香蕉生产中的主要副产品，具有亩产量高、含水量高、易腐烂的等特点。目前，在香蕉收获后，会将香蕉树砍掉以利于新的香蕉树生长，因此会产生大量的香蕉秸秆、茎叶。香蕉秸秆其体积大、搬移困难，纤维素含量高，难以在短时间内分解，因此这些香蕉秸秆和茎叶会丢弃在田头任其自然腐烂，少部分会直接扔弃到河流；香蕉秸秆、茎叶在腐烂的过程中会产生臭味，且有些香蕉秸秆、茎叶存在病菌微生物可造成香蕉园的感染，存在较大的环境污染和生产隐患。香蕉秸秆中含有丰富的有机质及N、P、K等营养元素，是一种优质的有机肥原料，且来源丰富，成本低廉，将其制成肥料进行资源化利用可以实现废物循环利用，且避免环境污染。
在香蕉秸秆堆肥的过程中N素往往会以氨的形式进行流失，造成堆肥产品含N量低，品质差的问题。如何固定堆肥过程中的N素是目前大家研究的热点。磷酸铵镁(MgNH4PO4·6H2O)，作为一种化学沉淀物，氮、磷含量高，是一种非常清洁的产物，当体系中含有Mg2+、NH4 +和PO4 3-时会产生MgNH4PO4·6H2O沉淀，MgNH4PO4·6H2O沉淀法往往用于水处理中出去污水中的氨氮。因此将堆肥中的NH4 +以磷酸铵镁的形式固定下来可以达到去除污染和回收资源的双重目的，是一种很有应用前景的方法。
目前，针对香蕉秸秆的研究中，大多采用添加动物粪便和尿液等家畜排泄物进行堆肥，但是，动物粪便和尿液往往含有生长激素和抗生素以及重金属等物质，当这些物质用作有机肥并施用到农田中，最终会通过植物进入人体，危害人体健康。
发明内容
本发明的目的是一种利用香蕉秸秆、茎叶制备有机肥的方法，该产品组成原料来源广泛、价格低廉、工艺简单、可产生显著经济效益。避免了动物粪便和尿液等家畜排泄物的使用，进而避免了用于家畜的生长激素、抗生素和重金属等引入土壤被农作物吸收；通过添加氯化镁(MgCl2·6H2O)和磷酸二氢钾(KH2PO4)，在堆肥中形成磷酸铵镁沉淀而将其中铵态氮固定下来，防止N素流失，有效提高了堆肥的营养价值。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种利用香蕉秸秆、茎叶制备有机肥的方法，包括以下步骤：对香蕉秸秆、茎叶进行预处理，得到混合物料，向混合物料中加入氯化镁和磷酸二氢钾的混合溶液，并充分混合均匀，加入发酵菌剂，得到混合物料，进行发酵，将发酵所得物料粉碎、造粒、烘干，即得所述有机肥。
作为本发明的进一步改进，所述对香蕉秸秆、茎叶进行预处理包括以下步骤：从香蕉杆底端0.2m处砍倒香蕉秸秆，将香蕉茎叶分离，将香蕉秸秆和茎叶粉碎至长度为1～2cm，干燥至含水率为50％～60％，加入尿素调节C/N比至20～25。
作为本发明的进一步改进，所述氯化镁和磷酸二氢钾的混合溶液中氯化镁和磷酸二氢钾的摩尔比为1：1，所述混合溶液的添加量为香蕉秸秆、茎叶中总干物质N的摩尔数的15％～20％。
作为本发明的进一步改进，所述发酵菌剂的添加量为预处理的香蕉秸秆、茎叶总质量的3wt％～5wt％，所述发酵菌剂为复合菌剂和米糠基质的混合物，所述复合菌剂包括光合菌、乳酸菌、酵母菌、发酵丝状菌和放线菌。
作为本发明的进一步改进，所述复合菌剂和米糠基质的质量比为(1～2)：100，所述发酵菌剂中光合菌、乳酸菌、酵母菌、发酵丝状菌和放线菌的质量比依次为(1～2)：(1～2)：(1～2)：(2～3)：(5～8)。
作为本发明的进一步改进，所述发酵过程为将混合物料装入堆肥桶中，堆成圆锥状堆体，每个堆肥桶中堆体鲜质量为5～7kg，调节堆体初始含水量为60wt％～70wt％，每5～7d翻堆一次，维持堆体含水量为60wt％～70wt％，堆置10～15d，后熟3～5d。所述后熟过程中每2～3d翻动一次。
作为本发明的进一步改进，将发酵所得物料粉碎过50～60目筛，备用。
作为本发明的进一步改进，向粉碎后的物料中加入粘结剂，用造粒机造粒。
作为本发明的进一步改进，所述粘结剂为质量浓度为8％的聚乙烯醇溶液，粘结剂添加量为每1kg粉碎后的物料加入200～270ml聚乙烯醇溶液。
作为本发明的进一步改进，在50～70℃的温度下烘干得到所述有机肥。
本发明公开了以下技术效果：
(1)本发明有机肥制备方法简单、容易操作，原材料来源广泛，价格低廉，发酵时间短；
(2)本发明避免了因添加动物粪便和尿液等家畜排泄物而引入的生长激素、抗生素和重金属等物质；
(3)Mg2+和PO4 3-盐不合理的添加可能会抑制堆肥过程中微生物的活性，因为Mg源，有很多种药品，如氢氧化镁、硫酸镁等，同样，磷的来源也有很多药品，如磷酸等，不合理的添加会造成发酵体系的pH变化，影响微生物活性，本发明通过添加氯化镁(MgCl2·6H2O)和磷酸二氢钾(KH2PO4)，在堆肥中形成磷酸铵镁沉淀而将其中铵态氮固定下来，防止N素流失，本发明颗粒肥的含水率低于15％，含氮量为3％～4％，有效提高了堆肥的营养价值。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明实施例中所述香蕉秸秆、茎叶的干物质含碳量为35wt％～50wt％，含氮量为0.7wt％～1.0％wt％。
实施例1
(1)堆肥材料预处理：将收获香蕉后的2根香蕉树从底端0.2m处砍倒，将香蕉茎叶分离，香蕉秸秆剖成4半，然后用机械粉碎方式将香蕉秸秆和茎叶粉碎至长度为1cm，平铺于干燥的水泥路面并让其自然干燥至含水率为55wt％，得到预处理后的香蕉秸秆、茎叶，备用。该香蕉秸秆C含量45％，N含量为0.8％，C/N为56.25。
(2)堆肥：称取预处理后的香蕉秸秆、茎叶5kg，加入尿素调节C/N比为20，加入氯化镁(MgCl2·6H2O)和磷酸二氢钾(KH2PO4)混合溶液，所述混合溶液的添加量为香蕉秸秆、茎叶中总干物质N的摩尔数的15％。即0.54mol的氯化镁(MgCl2·6H2O)和0.54mol磷酸二氢钾(KH2PO4)，MgCl2·6H2O和KH2PO4质量分别为109.78g和73.49g。将其混合溶于350ml水中并与香蕉秸秆、茎叶混合均匀。加入3wt％(基于预处理后的香蕉秸秆、茎叶的总质量，150g)混合菌剂和米糠基质的混合物，混合菌剂和米糠基质的混合的方法为在米糠基质中加入EM菌原液和红糖各1wt％，再加入清水30wt％,混合均匀后密封发酵5天。本实施例所述混合菌剂为光合菌、乳酸菌、酵母菌、发酵丝状菌和放线菌，质量比依次为1：1：1：2：5，并充分混合均匀并装入到堆肥桶中，调节堆体初始含水量约为60％。每5d翻堆1次，维持堆肥体含水量60wt％左右，堆置10d，后熟4d，后熟过程中每2d翻动一次。
(3)将步骤(2)发酵完成的混合料粉碎过50目筛，备用。
(4)将步骤(3)所得的肥料制成颗粒肥：将步骤(3)的腐熟肥料与质量浓度为8wt％的聚乙烯醇溶液均匀混合，用量为每1kg腐熟肥料加入250ml聚乙烯醇溶液；采用造粒机造粒，所得湿颗粒于50℃烘干得成品颗粒肥。
(5)包装：按量包装成颗粒有机肥。本实施例所得肥料含水率14.5％，含氮量3.3％。
实施例2
(1)堆肥材料预处理：将收获香蕉后的4根香蕉树从底端0.2m处砍倒，将香蕉茎叶分离，香蕉秸秆剖成4半，然后用机械粉碎方式将香蕉秸秆和茎叶粉碎至长度为2cm，平铺于干燥的水泥路面并让其自然干燥至含水率为55％，得到预处理后的香蕉秸秆、茎叶，备用。该香蕉秸秆C含量35％，N含量为0.7％，C/N为50.0。
(2)堆肥：称取预处理后的香蕉秸秆、茎叶10kg，加入尿素调节C/N比为22，加入氯化镁(MgCl2·6H2O)和磷酸二氢钾(KH2PO4)混合溶液，所述混合溶液的添加量为香蕉秸秆、茎叶中总干物质N的摩尔数的15％。即1.08mol的氯化镁(MgCl2·6H2O)和1.08mol磷酸二氢钾(KH2PO4)，MgCl2·6H2O和KH2PO4质量分别为219.56g和146.98g。将其混合溶于550ml水中并与香蕉秸秆、茎叶混合均匀。加入300g混合菌剂和米糠基质的混合物，混合菌剂和米糠基质的混合的方法为在米糠基质中加入EM菌原液和红糖各1wt％，再加入清水30wt％，混合均匀后密封发酵5天。本实施例所述混合菌剂为光合菌、乳酸菌、酵母菌、发酵丝状菌和放线菌，质量比依次为2：2：1：2：8，并充分混合均匀并装入到堆肥桶中，调节堆体初始含水量约为65wt％。每5d翻堆1次，维持堆肥体含水量65wt％左右，堆置10d，后熟3d，后熟过程中每2d翻动一次。
(3)将步骤(2)发酵完成的混合料粉碎过55目筛，备用。
(4)将步骤(3)所得的肥料制成颗粒肥：将步骤(3)的腐熟肥料与质量浓度为8wt％的聚乙烯醇溶液均匀混合，用量为每1kg腐熟肥料加入230ml聚乙烯醇溶液；采用造粒机造粒，所得湿颗粒于50℃烘干得成品颗粒肥。
(5)包装：按量包装成颗粒有机肥。本实施例所得肥料含水率14.3％，含氮量3％。
实施例3
(1)堆肥材料预处理：将收获香蕉后的3根香蕉树从底端0.2m处砍倒，将香蕉茎叶分离，香蕉秸秆剖成4半，然后用机械粉碎方式将香蕉秸秆和茎叶粉碎至长度为1cm，平铺于干燥的水泥路面并让其自然干燥至含水率为55％，得到预处理后的香蕉秸秆、茎叶，备用。该香蕉秸秆C含量50％，N含量为0.9％，C/N为55.56。
(2)堆肥：称取预处理后的香蕉秸秆、茎叶7.5kg，加入尿素调节C/N比为20，加入氯化镁(MgCl2·6H2O)和磷酸二氢钾(KH2PO4)混合溶液，所述混合溶液的添加量为香蕉秸秆、茎叶中总干物质N的摩尔数的15％。即0.81mol的氯化镁(MgCl2·6H2O)和0.81mol磷酸二氢钾(KH2PO4)。将其混合溶于300ml水中并与香蕉秸秆、茎叶混合均匀。加入375g混合菌剂和米糠基质的混合物，混合菌剂和米糠基质的混合的方法为在米糠基质中加入EM菌原液和红糖各1wt％，再加入清水30wt％，混合均匀后密封发酵5天。本实施例所述混合菌剂为光合菌、乳酸菌、酵母菌、发酵丝状菌和放线菌，质量比依次为2：1：2：3：5，并充分混合均匀并装入到堆肥桶中，调节堆体初始含水量约为70wt％。每7d翻堆1次，维持堆肥体含水量70wt％左右，堆置15d，后熟5d，后熟过程中每2d翻动一次。
(3)将步骤(2)发酵完成的混合料粉碎过50目筛，备用。
(4)将步骤(3)所得的肥料制成颗粒肥：将步骤(3)的腐熟肥料与质量浓度为8wt％的聚乙烯醇溶液均匀混合，用量为每1kg腐熟肥料加入200ml聚乙烯醇溶液；采用造粒机造粒，所得湿颗粒于50℃烘干得成品颗粒肥。
(5)包装：按量包装成颗粒有机肥。本实施例所得肥料含水率13.5％，含氮量4％。
对比例1
同实施例3，不同之处仅在于将混合菌剂换成市售EM菌剂，购自山东鑫卓源化工有限公司。本对比例所得肥料含水率14.5％，含氮量1.8％。
对比例2
同实施例3，不同之处仅在于未添加混合菌剂的放线菌，发酵30d，后熟20d，经干燥所得肥料含水率14.2，含氮量2.1％。
对比例3
同实施例3，不同之处仅在于添加加入氢氧化镁(Mg(OH)2)和磷酸(H3PO4)混合溶液，所述混合溶液的添加量为香蕉秸秆、茎叶中总干物质N的摩尔数的15％。本对比例所得肥料含水率15％，含氮量2.5％。
效果验证：
对实施例1-3及对比例1-3中制备得到的有机肥、以及市场购买有机肥1-2进行盆栽试验，试验设9个处理：A(实施例1)；B(实施例2)；C(实施例3)；D(对比例1)；E(对比例2)；F(对比例3)；G(市售有机肥1：主要发酵原材料为茭白叶片，发酵菌剂主要为枯草芽孢杆菌和酵母菌等发酵而成))；H(市售有机肥2，发酵原材料主要为水稻秸秆，发酵菌剂主要为枯草芽孢杆菌和酵母菌等发酵而成)；I(空白对照)。每个处理设2个平行处理，共18个处理，各处理随机分布。实验用花盆购于花卉市场(可装土约3kg)，生菜种子(广州市翔启蔬菜种子有限公司)，每盆移栽生菜苗1颗。生菜苗移栽前三天处理A～H分别施肥料35g作为基肥，30天后处理A～H分别施肥料25g作为追肥基肥。处理I为空白对照不施肥。生菜播种后50天，采摘并计重，各处理计算平均值。所有地块按常规方法进行浇水、害虫防治。
各处理的产量如表1所示：
表1不同处理的产量
Figure BDA0002767051810000101
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种利用香蕉秸秆、茎叶制备有机肥的方法，其特征在于，包括以下步骤：对香蕉秸秆、茎叶进行预处理，得到混合物料，向混合物料中加入氯化镁和磷酸二氢钾的混合溶液，并充分混合均匀，加入发酵菌剂，得到混合物料，进行发酵，将发酵所得物料粉碎、造粒、烘干，即得所述有机肥。
2.根据权利要求1所述的一种利用香蕉秸秆、茎叶制备有机肥的方法，其特征在于，所述对香蕉秸秆、茎叶进行预处理包括以下步骤：从香蕉杆底端0.2m处砍倒香蕉秸秆，将香蕉茎叶分离，将香蕉秸秆和茎叶粉碎至长度为1～2cm，干燥至含水率为50％～60％，加入尿素调节C/N比至20～25。
3.根据权利要求1所述的一种利用香蕉秸秆、茎叶制备有机肥的方法，其特征在于，所述氯化镁和磷酸二氢钾的混合溶液中氯化镁和磷酸二氢钾的摩尔比为1：1，所述混合溶液的添加量为香蕉秸秆、茎叶中总干物质N的摩尔数的15％～20％。
4.根据权利要求1所述的一种利用香蕉秸秆、茎叶制备有机肥的方法，其特征在于，所述发酵菌剂为复合菌剂和米糠基质的混合物，所述复合菌剂包括光合菌、乳酸菌、酵母菌、发酵丝状菌和放线菌。
5.根据权利要求4所述的一种利用香蕉秸秆、茎叶制备有机肥的方法，其特征在于，所述发酵菌剂的添加量为预处理的香蕉秸秆、茎叶总质量的3wt％～5wt％，所述复合菌剂和米糠基质的质量比为(1～2):100，所述发酵菌剂中光合菌、乳酸菌、酵母菌、发酵丝状菌和放线菌的质量比依次为(1～2)：(1～2)：(1～2)：(2～3)：(5～8)。
6.根据权利要求1所述的一种利用香蕉秸秆、茎叶制备有机肥的方法，其特征在于，所述发酵过程为将混合物料装入堆肥桶中，堆成圆锥状堆体，每个堆肥桶中堆体鲜质量为5～7kg，调节堆体初始含水量为60wt％～70wt％，每5～7d翻堆一次，维持堆体含水量为60wt％～70wt％，堆置10～15d，后熟3～5d。
7.根据权利要求1所述的一种利用香蕉秸秆、茎叶制备有机肥的方法，其特征在于，将发酵所得物料粉碎过50～60目筛，备用。
8.根据权利要求1所述的一种利用香蕉秸秆、茎叶制备有机肥的方法，其特征在于，向粉碎后的物料中加入粘结剂，用造粒机造粒。
9.根据权利要求8所述的一种利用香蕉秸秆、茎叶制备有机肥的方法，其特征在于，所述粘结剂为质量浓度为8％的聚乙烯醇溶液，粘结剂添加量为每1kg粉碎后的物料加入200～270ml聚乙烯醇溶液。
10.根据权利要求1所述的一种利用香蕉秸秆、茎叶制备有机肥的方法，其特征在于，在50～70℃的温度下烘干得到所述有机肥。
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