CN113788714A - 一种红霉素菌渣制备的有机肥料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于有机肥料技术领域，具体涉及一种红霉素菌渣制备的有机肥料及其制备方法。本发明的有机肥料是将原料堆肥发酵后制成，所述原料包括如下重量份的组分：红霉素菌渣30～70份；农作物废弃物5～35份；粪便5～35份。腐熟完成后的有机肥料中有机质含量大于70％，氮磷钾含量总和大于6.2％，且各元素含量比例、pH和导电率合理，堆肥后经盆栽验证，在施肥量2％以内的实施例中，对玉米的发芽和生长有显著的促进作用。本发明对红霉素菌渣进行了安全的资源化利用，经济效益高，长期使用对土壤的改变和破坏小，具有很好的应用前景。

Description

一种红霉素菌渣制备的有机肥料及其制备方法
技术领域
本发明属于有机肥料技术领域，具体涉及一种红霉素菌渣制备的有机肥料及其制备方法。
背景技术
传统化肥如氨态氮肥、酰胺态氮肥、氰氨态氮肥等，虽有一定增产效果，但其挥发性快、利用率低。要想获得增产就得多施，这无形中给农民增加了负担。同时大量长期使用传统化肥也带来不少的副作用，例如土壤理化性质(尤其是酸碱度)发生变化、土壤团粒结构被破坏(主要与有机质含量、电导率等性质有关)、函水能力下降等。其中，特别是氮肥的过量使用，不仅影响肥效的发挥，而且会导致土壤中的氮、磷、钾和微量元素比例失调、土壤板结、地力下降。由于元素比例失调，氮元素远远超出作物生长需要，还导致了氮元素的严重浪费，65％以上的化肥未被庄稼吸收就流失了，进一步造成水体富营养化。这已经成为全球性的农业问题。
因此，大力推广有机肥、配方施肥等先进适用技术，是农业发展的大趋势。近年来，随着人民生活水平的日益提高，对粮食、瓜果的品质要求也不断提高，有机肥料的生产和应用逐步得到重视，传统的有机肥料主要由畜禽粪便和秸秆发酵制备，施用后可为农作物提供养分，与化学肥料相比可起到均衡营养，改良土壤的作用。而为了增加有机肥料的来源，有必要在现有技术的基础上跟多地拓展有机肥料的原料和生产方法。
抗生素菌渣产生于抗生素原料药生产行业，是利用微生物发酵代谢生产抗生素后剩余的发酵残渣，由红霉素发酵液经陶瓷膜滤后产生。红霉素目前全国年产能已超过1万吨，相应的每年将会产生约10万吨抗生素菌渣，这些菌渣目前的处置方式大多是焚烧和填埋，其处置成本约需1000～2000元/吨，给抗生素生产企业带来了极大的经济压力。实际上，经抗生素灭活后的菌渣中含有丰富的蛋白质、氨基酸等有机营养物质，还含有氮磷钾等重要的无机营养元素，其作为肥料利用将可达到比畜禽粪便和秸秆有机肥料更好的增产效果。
中国发明专利申请“CN103641529A一种生物有机肥及其制备方法”提供了一种有机肥料，其原料包括：红霉素菌渣40～45％，泰乐菌素菌渣20～25％，秸秆10～15％，啤酒酵母干渣5～10％，人畜粪便5～25％。然而，现有的红霉素生产企业不一定同时生产泰乐菌素，更不会同时生产啤酒。这导致该技术方案的实用价值较低。此外，该方法采用的红霉素菌渣含有大量红霉素残留，直接进行堆肥处理时会诱导微生物产生突变，从而产生耐药基因增殖和出现超级细菌的风险。
中国发明专利申请“CN105110826B一种微生物菌肥制作方法、制得的微生物菌肥及复合微生物制剂”提供了利用红霉素菌渣培养微生物菌剂的方法，其原料红霉素菌渣为高温汽爆无害化处理，未能完全去除抗生素残留，在后期的堆肥过程中仍有耐药风险存在。另外，该发明的堆肥方法仅用于微生物菌剂的培养，经工艺处理后，所产有机肥仍未腐熟，仍存在烧苗的问题。
此外，上述现有技术中，均没有针对有机肥料的性质和营养物质含量，对红霉素菌渣和其他组分的组合及配比进行优选，这使得生产得到的有机肥对作物的促生长作用不佳或对土壤中的元素平衡造成不必要的破坏。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种红霉素菌渣制备的有机肥料及其制备方法，其目的在于：通过将红霉素菌渣、农作物废弃物和粪便发酵，制备得到氮、磷、钾、有机质含量高，腐熟完全的优质有机肥料。该有机肥料施用后速效性好、不存在烧苗等问题。
一种有机肥料，它是将原料堆肥发酵后制成，所述原料包括如下重量份的组分：
红霉素菌渣30～70份；
农作物废弃物5～35份；
粪便5～35份。
优选的，所述原料包括如下重量份的组分：
红霉素菌渣30份；
农作物废弃物35份；
粪便35份。
优选的，所述农作物废弃物选自秸秆、稻糠或麸皮中的至少一种，优选为秸秆；所述秸秆选自玉米秸秆、小麦秸秆、大豆秸秆或水稻秸秆中的至少一种；
和/或，所述粪便选自牛粪。
优选的，所述有机肥料具有如下指标：
有机质含量76.30～85.89wt.％；
总氮含量3.46～5.06wt.％；
总磷含量以P2O5计1.63～1.68wt.％；
总钾含量以K2O计0.91～1.69wt.％；
pH为7.81～7.89；
优选的，所述有机肥料具有如下指标：
有机质含量85.89wt.％；
总氮含量5.06wt.％；
总磷含量以P2O5计1.68wt.％；
总钾含量以K2O计0.91wt.％；
pH为7.89；
和/或，所述有机肥料具有如下指标：
有机质含量76.30wt.％；
总氮含量3.46wt.％；
总磷含量以P2O5计1.63wt.％；
总钾含量以K2O计1.69wt.％；
pH为7.81。
本发明还提供上述有机肥料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将原料混合后添加发酵菌剂；所述原料包括红霉素菌渣、农作物废弃物和动物粪便；
(2)堆肥发酵，发酵期间每3～4天进行翻堆；
(3)发酵结束后陈化处理，即得。
优选的，所述红霉素菌渣在所述步骤(1)中使用前先进行过灭活处理，所述灭活处理包括如下过程：160～170℃高温水解处理12～15min，450～500℃烘干，即得；
和/或，所述红霉素菌渣含水率为5-13wt.％，氮含量1～6wt.％，钾含量以K2O计0.9～3wt.％；
和/或，所述农作物废弃物在所述步骤(1)中使用前破碎至长度小于2cm。
优选的，步骤(1)中，所述发酵菌剂包含：哈茨木霉、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、白腐真菌和链霉菌；和/或，所述发酵菌剂中各种发酵菌为等比例使用；所述发酵菌剂的添加量为每千克原料添加1～3g；和/或，所述原料混合后，调节含水率至50～60wt.％。
优选的，步骤(2)中，所述发酵期间，第1～12天内，每3天进行翻堆，第12天以后，每4天进行翻堆；和/或，所述发酵期间，维持含水率为50～60wt.％。
优选的，步骤(3)中，发酵结束的判断依据为：检测物料温度降低到40℃以下且不再升高；和/或，所述陈化处理的时间为7～15天。
本发明中，所述原料的重量份均是以干重计算。
采用本发明的技术方案具有以下有益的效果：
1、本发明的有机肥料营养物质含量均衡且利用率高。本发明通过合理的原料配比，使得氮磷钾营养元素总量高，大于6.2％，远远高于《有机肥料》(NY525-2012)标准规定的大于5.0％的标准。且各营养元素配比合理，提高了利用率，避免破坏土壤中的元素平衡。
2、与传统化学肥料相比，利用红霉素菌渣制备的有机肥料中大多数氮磷钾等营养物质是结合于有机质组分中，随着有机物的生物降解逐步释放，达到了良好的缓释效果。
3、红霉素菌渣中残留的抗生素会存在一定的耐药性诱导风险，如果直接将含有红霉素发酵活菌及抗生素残留的菌渣与堆肥发酵菌剂中的微生物接触并诱导驯化，可能诱发耐药基因的转移，产生新型耐药菌株。本发明的优选方案中，以高温水解及喷雾干燥法无害化处理后无抗生素残留的抗生素菌渣作为原料，有效的避免抗性基因传播及耐药细菌的增殖，可将耐药性风险降到最低。
4、变废为宝，将抗生素生产过程中产生的红霉素菌渣从废物变为资源，实现价值利用。有机质含量高，富含氨基酸等营养物质。菌渣中的有机质含量高达70％以上，且50％以上为蛋白质和氨基酸，通过堆肥处理后转变为腐殖酸、多肽和氨基酸等。作为有机肥料加以利用时，腐殖酸等有机物含量的提高可增加土壤中的亲水性基团，使土壤形成良好的团粒结构，有利于保持水分并提高氮磷钾等元素的利用效率。多肽和氨基酸成分可以促进叶片叶绿素含量增加，强化作物的光合作用，提高作物抗病能力。
5、有效解决菌渣直接做肥料利用时的烧苗问题。红霉素菌渣本身具有酸性。且在制成有机肥后，施入地里易出现土壤pH降低现象。经研究土壤pH的变化会引起植物代谢絮乱，从而引起根系环境的变化，导致植物根系腐烂。本发明所述方法将牛粪、秸秆、菌渣等有机废料充分混匀使其充分发酵腐熟，成功避免了烧苗现象的出现，为肥料产品的安全使用提供了保障。
显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
附图说明
图1为本发明提出的红霉素菌渣堆肥制备有机肥料技术方法的工艺流程图；
图2为本发明实施例2中氮磷钾及有机质含量变化趋势；
图3为本发明实施例2中制备的有机肥料盆栽试验结果；
图4为本发明各实施例中制备的有机肥料1％添加量盆栽试验的对比结果。
具体实施方式
实施例1：
一种利用红霉素发酵菌渣制备有机肥料的堆肥技术方法，具体包括以下步骤：
步骤a.经陶瓷膜滤后产生的滤渣，再经高温水解(165℃饱和蒸汽，维持12min)进行抗生素灭活和喷雾干燥(450℃高温烘干)工艺处理，经高效液相色谱法检测红霉素含量低于检测限，得到红霉素菌渣；
步骤b.取红霉素菌渣、牛粪、秸秆，按照红霉素菌渣70份(以干重计算)、牛粪15份(以干重计算)、秸秆15份(以干重计算)，进行混合；
步骤c.添加3g/kg堆肥发酵菌剂到混合物料中混匀；所述发酵菌剂为等比例混合的哈茨木霉、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、白腐真菌和链霉菌；
步骤d.用自来水调节含水率至60％；
步骤e.将混合物料装填至保温堆肥发酵容器中，所述的堆肥发酵容器采用方形或圆形容器，材质为塑料或其他等效材料，以5cm厚度的保温棉包裹，其容器总高不小于50cm，物料装填高度40cm。插入温度计记录温度数据，加盖开始发酵；
步骤f.在堆肥发酵初期(快速升温)3d翻堆一次，12d以后(温度不再剧烈上升)4d翻堆一次。全过程中用自来水调节含水率维持在50％～60％；
步骤g.物料温度在30d以后降低到40℃以下没有升温，此后不再翻堆，陈化处理14d，堆肥完成。
在堆肥过程中，每次翻堆取样一次用于检测样品红霉素残留、有机质含量、氮磷钾元素含量、pH和电导率，并在堆肥完成后以盆栽试验验证肥效及腐熟程度。检测结果的红霉素残留浓度如表1所示。
表1实施例1堆肥过程中红霉素残留检测结果
Figure BDA0003214283520000061
经过复配堆肥处理，所得腐熟的有机肥料肥效指标为：pH7.89，有机质含量85.89％，总氮含量5.06％，总磷含量(以P2O5计)1.68％，总钾含量(以K2O计)0.91％，氮磷钾营养元素总量合计7.65％。
实施例2：
红霉素发酵菌渣堆肥制备有机肥料技术方法，具体包括以下步骤：
步骤a.经陶瓷膜滤后产生的滤渣，再经高温水解(165℃饱和蒸汽，维持12min)进行抗生素灭活和喷雾干燥(450℃高温烘干)工艺处理，经高效液相色谱法检测红霉素含量低于检测限，得到红霉素菌渣；
步骤b.取红霉素菌渣、牛粪、秸秆，按照红霉素菌渣30份(以干重计算)、牛粪35份(以干重计算)、秸秆35份(以干重计算)，进行混合；
步骤c.添加3g/kg堆肥发酵菌剂到混合物料中混匀；所述发酵菌剂为等比例混合的哈茨木霉、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、白腐真菌和链霉菌；
步骤d.用自来水调节含水率至60％；
步骤e.将混合物料装填至保温堆肥发酵容器中，所述的堆肥发酵容器采用方形或圆形容器，材质为塑料或其他等效材料，以5cm厚度的保温棉包裹，其容器总高不小于50cm，物料装填高度40cm。插入温度计记录温度数据，加盖开始发酵；
步骤f.在堆肥发酵初期(快速升温)3d翻堆一次，12d以后(温度不再剧烈上升)4d翻堆一次。全过程中用自来水调节含水率维持在50％～60％；
步骤g.物料温度在30d以后降低到40℃以下没有升温，此后不再翻堆，陈化处理14d，堆肥完成。
在堆肥过程中，每次翻堆取样一次用于检测样品红霉素残留、有机质含量、氮磷钾元素含量、pH和电导率，并在堆肥完成后以盆栽试验验证肥效及腐熟程度。检测结果的红霉素残留浓度如表2所示。
表2实施例2堆肥过程中红霉素残留检测结果
堆肥日期 0d 2d 6d 19d 28d 43d
红霉素含量 未检出 未检出 未检出 未检出 未检出 未检出
如图2所示，经过复配堆肥处理，所得腐熟的有机肥料肥效指标为：pH7.81，有机质含量76.30％，总氮含量3.46％，总磷含量(以P2O5计)1.63％，总钾含量(以K2O计)1.69％，氮磷钾营养元素总量合计6.78％。
对比例1：
红霉素发酵菌渣堆肥制备有机肥料技术方法，具体包括以下步骤：
步骤a.经陶瓷膜滤后产生的滤渣，再经高温水解(165℃饱和蒸汽，维持12min)进行抗生素灭活和喷雾干燥(450℃高温烘干)工艺处理，经高效液相色谱法检测红霉素含量低于检测限，得到红霉素菌渣；
步骤b.取红霉素菌渣、牛粪、秸秆，按照红霉素菌渣10份(以干重计算)、牛粪45份(以干重计算)、秸秆45份(以干重计算)，进行混合；
步骤c.添加3g/kg堆肥发酵菌剂到混合物料中混匀；所述发酵菌剂为等比例混合的哈茨木霉、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、白腐真菌和链霉菌；
步骤d.用自来水调节含水率至60％；
步骤e.将混合物料装填至保温堆肥发酵容器中，所述的堆肥发酵容器采用方形或圆形容器，材质为塑料或其他等效材料，以5cm厚度的保温棉包裹，其容器总高不小于50cm，物料装填高度40cm。插入温度计记录温度数据，加盖开始发酵；
步骤f.在堆肥发酵初期(快速升温)3d翻堆一次，12d以后(温度不再剧烈上升)4d翻堆一次。全过程中用自来水调节含水率维持在50％～60％；
步骤g.物料温度在30d以后降低到40℃以下没有升温，此后不再翻堆，陈化处理14d，堆肥完成。
在堆肥过程中，每次翻堆取样一次用于检测样品红霉素残留、有机质含量、氮磷钾元素含量、pH和电导率，并在堆肥完成后以盆栽试验验证肥效及腐熟程度。检测结果的红霉素残留浓度如表2所示。
表3实施例3堆肥过程中红霉素残留检测结果
堆肥日期 0d 2d 6d 19d 28d 43d
红霉素含量 未检出 未检出 未检出 未检出 未检出 未检出
经过复配堆肥处理，所得腐熟的有机肥料肥效指标为：pH7.44，有机质含量73.26％，总氮含量2.63％，总磷含量(以P2O5计)1.57％，总钾含量(以K2O计)2.22％，氮磷钾营养元素总量合计6.42％。
从该对比例可以看到，当原料用量超出本发明的范围后，有机肥料的pH、有机质含量和氮磷钾营养元素总量均下降，氮磷钾营养元素的配比远离作物生长的合理需求。
实验例1
本实验例采用实施例2制备的有机肥料进行玉米的盆栽实验，三个实验组分别为无施肥的无肥对照组、1％施肥量(对应于2吨肥料/亩)组和2％施肥量(对应于4吨肥料/亩)组。
结果表明(图3)，相比于无肥对照组，1％施肥量组和2％施肥量组的玉米发芽和生长得到了显著的促进。
实验例2
本实验例采用实施例1、实施例2和对比例1制备的有机肥料进行玉米的盆栽实验，均为1％施肥量(对应于2吨肥料/亩)。
结果表明(图4)，相比于无肥对照组和对比例1实验组，实施例1、实施例2实验组的玉米发芽和生长得到了显著的促进。其中，实施例2与实施例1实验组对植物生长的促进情况相近，都优于对比例1实验组的生长情况。
综上所述，本发明提供的有机肥料具有有机质含量高，营养元素总含量高，各元素含量比例，对农作物的发芽和生长具有极佳的促进作用。此外，本发明对红霉素菌渣进行了安全的资源化利用，经济效益高，长期使用对土壤的改变和破坏小，因而具有很好的应用前景。

Claims (10)

1.一种有机肥料，其特征在于，它是将原料堆肥发酵后制成，所述原料包括如下重量份的组分：
红霉素菌渣30～70份；
农作物废弃物5～35份；
粪便5～35份。
2.按照权利要求1所述的有机肥料，其特征在于，所述原料包括如下重量份的组分：
红霉素菌渣30份；
农作物废弃物35份；
粪便35份。
3.按照权利要求1所述的有机肥料，其特征在于：所述农作物废弃物选自秸秆、稻糠或麸皮中的至少一种，优选为秸秆；所述秸秆选自玉米秸秆、小麦秸秆、大豆秸秆或水稻秸秆中的至少一种；
和/或，所述粪便选自牛粪、猪粪、羊粪或鸡粪中的至少一种。
4.按照权利要求1至3任一项所述的有机肥料，其特征在于，所述有机肥料具有如下指标：
有机质含量76.30～85.89wt.％；
总氮含量3.46～5.06wt.％；
总磷含量以P2O5计1.63～1.68wt.％；
总钾含量以K2O计0.91～1.69wt.％；
pH为7.81～7.89。
5.按照权利要求4所述的有机肥料，其特征在于，所述有机肥料具有如下指标：
有机质含量85.89wt.％；
总氮含量5.06wt.％；
总磷含量以P2O5计1.68wt.％；
总钾含量以K2O计0.91wt.％；
pH为7.89；
和/或，所述有机肥料具有如下指标：
有机质含量76.30wt.％；
总氮含量3.46wt.％；
总磷含量以P2O5计1.63wt.％；
总钾含量以K2O计1.69wt.％；
pH为7.81。
6.权利要求1至5任一项所述的有机肥料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将原料混合后添加发酵菌剂；所述原料包括红霉素菌渣、农作物废弃物和动物粪便；
(2)堆肥发酵，发酵期间每3～4天进行翻堆；
(3)发酵结束后陈化处理，即得。
7.按照权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述红霉素菌渣在所述步骤(1)中使用前先进行过灭活处理，所述灭活处理包括如下过程：160～170℃高温水解处理12～15min，450～500℃喷雾干燥，即得；
和/或，所述红霉素菌渣含水率为5-13wt.％，氮含量1～6wt.％，钾含量以K2O计0.9～3wt.％；
和/或，所述农作物废弃物在所述步骤(1)中使用前破碎至长度小于2cm。
8.按照权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述发酵菌剂包含：哈茨木霉、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、白腐真菌和链霉菌；和/或，所述发酵菌剂中各种发酵菌为等比例使用；和/或，菌剂的添加量为每千克原料添加1～3g；
和/或，所述原料混合后，调节含水率至50～60wt.％。
9.按照权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述发酵期间，第1～12天内，每3天进行翻堆，第12天以后，每4天进行翻堆；和/或，所述发酵期间，维持含水率为50～60wt.％。
10.按照权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，发酵结束的判断依据为：检测物料温度降低到40℃以下且不再升高；
和/或，所述陈化处理的时间为7～15天。
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Title
王春燕等: "《药剂学》", 30 August 2017, 重庆大学出版社 *

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