CN113816807A - 一种生物炭有机肥及其制备方法 - Google Patents

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杨柳
张荣华
桂杰
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Abstract

本发明涉及有机肥料技术领域，具体公开了一种生物炭有机肥及其制备方法，该生物炭有机肥以畜禽粪便6~8份、农作秸秆4~7份、药渣3~5份、生物炭5~7份、微生物发酵剂0.1~0.2份为主要原料，经过堆肥发酵而成，所述微生物发酵剂包括枯草芽孢杆菌3~5份、红曲霉5~7份、酵母菌2~4份、白腐菌3~6份、哈赤木霉菌4~6份、丁酸梭菌3~5份、麸皮20~30份和玉米粉15~20份。该生物炭有机肥通过生物炭和微生物等作用有效的调控有机氮存在形态分布，减少发酵过程和肥料施用在土壤中的氮素的损失，促进作物对氮的吸收，从而提高有机肥的肥效，促进作物增产。

Description

一种生物炭有机肥及其制备方法
技术领域
本发明属于有机肥料技术领域，特别涉及一种生物炭有机肥及其制备方法。
背景技术
农业生产过程中为了增加作物产量，农户大量使用化合肥料，复合无机肥料的大量不正确使用不仅影响了作物的品质，而且还造成土壤肥力的下降和板结等问题，而有机肥得施用为这些问题带来解决的方案。传统有机肥主要农村禽畜粪便或者作物秸秆等，这些东西直接使用所起的效果有一定的局限性，并且携带的病原微生物容易造成污染，因此需经过处理使用。堆肥技术是处理禽畜粪便、作物秸秆等各种废弃物，实现有效利用的一种简单易行的方法。通过堆肥化过程不仅使废弃物得到有效可降解，形成植物可充分利用的资源，而且还可以有效的灭杀废弃物中携带的病原微生物及有害物质等，减少污染，通过堆肥化产生的有机肥料具备良好的土壤改良功能和肥效，可以提高作物产量，改善作物品质。
生物炭是由生物残体在缺氧的状态下，经高温慢热解(通常低于700℃)产生的一类难熔的、稳定的、高度芳香化的、富含碳素的固态物质。生物炭由于具有碳含量高且稳定、高pH值、多孔径结构、较大的比表面积等特性，在土壤改良、温室气体减排等方面受到国内外越来越广泛的关注。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物炭有机肥及其制备方法，通过生物炭和微生物等作用有效的调控有机氮存在形态分布，减少发酵过程和肥料施用在土壤中的氮素的损失，促进作物对氮的吸收，从而提高有机肥的肥效，促进作物增产。
为实现上述目的，本发明提供了一种生物炭有机肥，其特征在于，以畜禽粪便6～8份、农作秸秆4～7份、药渣3～5份、生物炭5～7份、微生物发酵剂0.1～0.2 份为主要原料，经过低温5～10℃堆肥发酵而成，所述微生物发酵剂包括枯草芽孢杆菌3～5份、红曲霉5～7份、酵母菌2～4份、白腐菌3～6份、哈赤木霉菌4～6 份、丁酸梭菌3～5份、麸皮20～30份和玉米粉15～20份。
进一步，上述技术方案中，所述生物炭为改性生物炭，所述改性生物炭的制备方法为：
S1.将桑枝进行粉碎过筛，形成粒径小于0.3cm的粉末颗粒；
S2.步骤S1中得到的粉末颗粒装满一铁盒，密闭，然后将密闭铁盒放置在马福炉中，在500～600℃条件下保持3h，取出铁盒冷却至室温后取出粉末颗粒，即得到制备好的生物炭；
S3.将生物炭进行气流粉碎后，过200目筛；
S4.步骤S3中得到的生物炭粉末加在0.5～1mol/L氯化镁溶液中50℃～60℃、搅拌速度为100r/min～200r/min的条件下搅拌4～6小时后，过滤，将所得滤饼烘干，即得到改性生物炭。
进一步，上述技术方案中，所述畜禽粪便包括牛粪、猪粪、鸡粪中的一种或是两种以上混合物。
进一步，上述技术方案中，所述农作秸秆包括甘蔗秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆中的一种或是两种以上混合物。
进一步，上述技术方案中，所述药渣由板蓝根药渣和千金子药渣组成，质量比为2～3:1。
进一步，上述技术方案中，所述微生物发酵剂还包括枝顶孢霉菌，所述的枝顶孢霉菌与麸皮质量比为4～6：20～30。
进一步，上述技术方案中，所述微生物发酵剂还包括枝顶孢霉菌和约氏不动杆菌，所述顶孢霉菌、约氏不动杆菌与麸皮质量比为4～6：2～4：20～30。
同时，本发明提供了一种上述技术中所述生物炭有机肥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将秸秆粉碎形成长度小于10cm的草段后给秸秆喷水调节含水量在 60％～70％；
(2)将生物炭和微生物发酵剂混合均匀，然后再依次与秸秆、畜禽粪便、药渣混合，形成混合物；
(3)将混和物堆成长2m、宽1.0m、高1.2m的堆，进行有氧发酵，在温度超过65℃时进行翻堆处理后再堆成堆，如此重复，发酵20～30天后得到发酵有机肥。
进一步，上述技术方案中，所述生物炭有机肥的应用有利于促进农作物产量。
进一步，上述技术方案中，所述农作物为甘蔗。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明提供了一种生物炭有机肥，该有机肥以畜禽粪便、农作秸秆份、药渣、生物炭为主要原料，通过添加微生物发酵剂，发酵而成，各成分搭配合理，肥效突出，肥料中生物炭不仅有利于提高保水保肥，改良土壤的作用，还对作物氮素的吸收利用具有积极的作用，减少土壤中硝酸盐的淋洗流失。
2.本发明中生物炭经过改性发酵后与畜禽粪便、农作秸秆份、药渣，通过添加微生物发酵剂，发酵形成的有机肥进一步提高作物对氮肥的吸收效果，并且改性生物炭与抗生素作用，有利于抑制抗生素在环境中迁移，减少畜禽粪便中抗生素对环境的危害，减少抗生素在生物链中的传递，从而减少对人类健康的威胁。
3.本发明中的提供了一种生物炭有机肥，该有机肥以畜禽粪便、农作秸秆、药渣为主要原料为原料成功实现废弃资源的药效利用，较少了环境的污染，利于可持续发展。
4.本发明在有机肥堆肥发酵过程中通过改性生物炭和微生物等作用有效的调控有机氮存在形态分布，增加氨基糖态氮等含量，减少水解性氨态氮含量，从而有效的减少由于发酵升温造成的氮素的挥发损失，发酵形成的有机肥中全氮含量高，肥效好，并且通过进一步在发酵剂中增加约氏不动杆菌协同枝顶孢霉菌进一步促进全氮含量的提高，发酵得到的有机肥对作物增产效果明显。
具体实施方式
下面结合具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
实施例1
(1)将甘蔗秸秆粉碎形成长度小于10cm的草段，水调节含水量在 60％～70％；
(2)将生物炭和微生物发酵剂混合均匀，然后再依次与秸秆、畜禽粪便、药渣混合，形成混合物；所使用的畜禽粪、药渣、农作秸秆、生物炭、微生物发酵剂按照质量份数计其比例6～8：3～5：4～7：5～7：0.1～0.2；其中微生物发酵剂按照质量份数计由枯草芽孢杆菌3～5份、红曲霉5～7份、丁酸梭菌3～5份、酵母菌2～4份、白腐菌3～6份、哈赤木霉菌4～6份、麸皮25份和玉米粉17份组成；其中药渣由板蓝根药渣和千金子药渣组成，质量比为2～3:1。
(3)将步骤(2)混和物堆成长2m、宽1.0m、高1.2m的堆，进行有氧发酵，温度超过65℃时进行翻堆处理，如此重复，发酵25天后得到发酵有机肥。
生物炭制备方法：
S1.将桑枝进行粉碎过筛，形成粒径小于0.3cm的粉末颗粒；
S2.步骤S1中得到的粉末颗粒装满一铁盒，密闭，然后将密闭铁盒放置在马福炉中，在550℃条件下保持3h，取出铁盒冷却至室温后取出粉末颗粒，将生物炭进行气流粉碎后，过200目筛，即得到制备好的生物炭；
实施例2
(1)将甘蔗秸秆粉碎形成长度小于10cm的草段，水调节含水量在 60％～70％；
(2)将改性生物炭和微生物发酵剂混合均匀，然后再依次与秸秆、畜禽粪便、药渣混合，形成混合物；所使用的畜禽粪、药渣、农作秸秆、生物炭、微生物发酵剂按照质量份数计其比例6～8：3～5：4～7：5～7：0.1～0.2；其中微生物发酵剂按照质量份数计枯草芽孢杆菌3～5份、红曲霉5～7份、丁酸梭菌3～5份、酵母菌2～4份、白腐菌3～6份、哈赤木霉菌4～6份、麸皮25份和玉米粉17份组成；其中药渣由板蓝根药渣和千金子药渣组成，质量比为2～3:1。
(3)将步骤(2)混和物堆成长2m、宽1.0m、高1.2m的堆，进行有氧发酵，温度超过65℃时进行翻堆处理，如此重复，发酵25天后得到发酵有机肥。
改性生物炭制备方法：
S1.将桑枝进行粉碎过筛，形成粒径小于0.3cm的粉末颗粒；
S2.步骤S1中得到的粉末颗粒装满一铁盒，密闭，然后将密闭铁盒放置在马福炉中，在550℃条件下保持3h，取出铁盒冷却至室温后取出粉末颗粒，即得到制备好的生物炭；
S3.将生物炭进行气流粉碎后，过200目筛；
S4.步骤S3中得到的生物炭粉末加在0.5～1mol/L氯化镁溶液中50℃～60℃、搅拌速度为100r/min～200r/min的条件下搅拌5小时后，过滤，将所得滤饼烘干，即得到改性生物炭。
实施例3
(1)将甘蔗秸秆粉碎形成长度小于10cm的草段，水调节含水量在 60％～70％；
(2)将改性生物炭和微生物发酵剂混合均匀，然后再依次与秸秆、畜禽粪便、药渣混合，形成混合物；所使用的畜禽粪、药渣、农作秸秆、生物炭、微生物发酵剂按照质量份数计其比例6～8：3～5：4～7：5～7：0.1～0.2；其中微生物发酵剂按照质量份数计枯草芽孢杆菌3～5份、红曲霉5～7份、丁酸梭菌3～5份、酵母菌2～4份、白腐菌3～6份、哈赤木霉菌4～6份、枝顶孢霉菌4～6份、麸皮 25份和玉米粉17份组成；其中药渣由板蓝根药渣和千金子药渣组成，质量比为2～3:1。
(3)将步骤(2)混和物堆成长2m、宽1.0m、高1.2m的堆，进行有氧发酵，温度超过65℃时进行翻堆处理，如此重复，发酵25天后得到发酵有机肥。
改性生物炭制备方法：
S1.将桑枝进行粉碎过筛，形成粒径小于0.3cm的粉末颗粒；
S2.步骤S1中得到的粉末颗粒装满一铁盒，密闭，然后将密闭铁盒放置在马福炉中，在500～600℃条件下保持3h，取出铁盒冷却至室温后取出粉末颗粒，即得到制备好的生物炭；
S3.将生物炭进行气流粉碎后，过200目筛；
S4.步骤S3中得到的生物炭粉末加在0.5～1mol/L氯化镁溶液中50℃～60℃、搅拌速度为100r/min～200r/min的条件下搅拌4～6小时后，过滤，将所得滤饼烘干，即得到改性生物炭。
实施例4
(1)将甘蔗秸秆粉碎形成长度小于10cm的草段，水调节含水量在 60％～70％；
(2)将改性生物炭和微生物发酵剂混合均匀，然后再依次与秸秆、畜禽粪便、药渣混合，形成混合物；所使用的畜禽粪、药渣、农作秸秆、生物炭、微生物发酵剂按照质量份数计其比例6～8：3～5：4～7：5～7：0.1～0.2；其中微生物发酵剂按照质量份数计枯草芽孢杆菌3～5份、红曲霉5～7份、丁酸梭菌3～5份、酵母菌2～4份、白腐菌3～6份、哈赤木霉菌4～6份、枝顶孢霉菌4～6份、约氏不动杆菌2～4份、麸皮25份和玉米粉17份组成；其中药渣由板蓝根药渣和千金子药渣组成，质量比为2～3:1。
(3)将步骤(2)混和物堆成长2m、宽1.0m、高1.2m的堆，进行有氧发酵，温度超过65℃时进行翻堆处理，如此重复，发酵25天后得到发酵有机肥。
改性生物炭制备方法：
S1.将桑枝进行粉碎过筛，形成粒径小于0.3cm的粉末颗粒；
S2.步骤S1中得到的粉末颗粒装满一铁盒，密闭，然后将密闭铁盒放置在马福炉中，在550℃条件下保持3h，取出铁盒冷却至室温后取出粉末颗粒，即得到制备好的生物炭；
S3.将生物炭进行气流粉碎后，过200目筛；
S4.步骤S3中得到的生物炭粉末加在0.5～1mol/L氯化镁溶液中50℃～60℃、搅拌速度为100r/min～200r/min的条件下搅拌5小时后，过滤，将所得滤饼烘干，即得到改性生物炭。
对比例1
(1)将甘蔗秸秆粉碎形成长度小于10cm的草段，水调节含水量在 60％～70％；
(2)将微生物发酵剂撒施到秸秆上混合均匀，然后再依次与畜禽粪便、药渣混合，形成混合物；所使用的畜禽粪、药渣、农作秸秆、微生物发酵剂按照质量份数计其比例6～8：3～5：4～7：5～7：0.1～0.2；其中微生物发酵剂按照质量份数计枯草芽孢杆菌3～5份、红曲霉5～7份、丁酸梭菌3～5份、酵母菌2～4份、白腐菌3～6份、哈赤木霉菌4～6份、麸皮25份和玉米粉17份；其中药渣由板蓝根药渣和千金子药渣组成，质量比为2～3:1。
(3)将步骤(2)混和物堆成长2m、宽1.0m、高1.2m的堆，进行有氧发酵，温度超过65℃时进行翻堆处理，如此重复，发酵25天后得到发酵有机肥。
分别将实施例1～4和对比例1制备的生物炭有机肥1～5按照质量1:100比例加入水中搅拌分散后浸泡24小时以后过滤，取滤液检测抗生素含量，结果如下表1，其中有机肥2～4浸泡的滤液均没有检出抗生素，有机肥1和5浸泡滤液抗生素含量远高于有机肥2～4浸泡的滤液。
表1.不同有机肥浸泡的滤液抗生素含量
Figure RE-GDA0003344392720000081
有机肥氮、磷、钾测定：
分别对实施例1～4和对比例1发酵得到有机肥进行全氮、全磷、全钾测定，取样分别为堆肥四周范围和中心范围，每个范围又分成上、中、下3个层取样，分别在距堆顶为30、60、90cm的深度，每点取样品800g左右，将取样品混合后进行风干粉碎，过0.5mm筛后用做检测样品，测定结果见表2。
表2.发酵得到的有基肥中全氮含量
Figure RE-GDA0003344392720000082
由表2可知实施例1～4中有机肥全氮含量均高于对比例1，实施例4中发酵得到有机肥全氮含量最高，为24.23g/kg，较对比例1提高了39.57％，实施1 和实施例2中发酵得到的有机肥全氮含量为分别20.67g/kg和22.15g/kg明显高于对比例1，可见，实施例1和实施例2原料配合发酵氮素损失较对比例要少，而实施例4和实施例3较实施例1和实施例2所制得有机肥的全氮含量有进一步提升，可见在枯草芽孢杆菌、红曲霉、酵母菌、白腐菌、哈赤木霉菌、麸皮和玉米粉组成微生物发酵剂中增加枝顶孢霉菌和约氏不动杆菌有利于进一步提高发酵有机肥中全氮含量。
有机肥用在甘蔗生产中应用试验
供试肥料为：实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、对比例1分别制备的有机肥(1)、有机肥(2)、有机肥(3)、有机肥(4)、有机肥(5)；复合肥(N：P：K＝13：18：15)；
实验设计：共设6个处理，3次重复，处理1：800kg/亩有机肥(1)+150kg/ 亩复合肥；处理2：800kg/亩有机肥(2)+150kg/亩复合肥；处理3：800kg/ 亩有机肥(3)+150kg/亩复合肥；处理4：800kg/亩有机肥(4)+150kg/亩复合肥；处理5：800kg/亩有机肥(4)+150kg/亩复合肥；对照处理：采取常规施肥；其中，处理1～5中，有机肥全部做基肥，复合肥一部分作为基肥一部分为追肥的质量比例1：2；试验地选在来宾市武宣县二塘镇；试验用地土壤养分含量如下：土壤全氮含量为0.69g/kg，碱解氮含量为73.6mg/kg，速效钾含量为83.5mg/kg，有机质含量为7.96g/kg，速效磷含量为17.1mg/kg，pH 大小值为5.5。采用不同有机肥处理甘蔗产量和蔗糖分见表3。由表3可知处理 1～4产量和蔗糖分依次递增，并且较处理5以及对照具有更高甘蔗的产量和蔗糖分，由此可见，有机肥(1)～(4)具有较好的促进甘蔗产量和提高蔗糖分效果；并且表3显示处理4和处理3较处理2和处理1对于促进甘蔗产量和提高蔗糖分效果更好，表明以实施例4或实施例3制备的生物炭有机肥较实施例4或实施例3制备的生物炭有机肥在促进甘蔗产量和提高蔗糖分具有更好的效果。
表3.不同处理甘蔗的产量和蔗糖分
Figure RE-GDA0003344392720000101
综上所述，本发明生物炭有机肥，发酵过程和肥料施用在土壤中的氮素的损失少，并且使用过程有利于提高作物对氮的吸收能力，起到促进作物增产作用。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种生物炭有机肥，其特征在于，以畜禽粪便6~8份、农作秸秆4~7份、药渣3~5份、生物炭5~7份、微生物发酵剂0.1~0.2份为主要原料，经过堆肥发酵而成，所述微生物发酵剂包括枯草芽孢杆菌3~5份、红曲霉5~7份、酵母菌2~4份、白腐菌3~6份、哈赤木霉菌4~6份、丁酸梭菌3~5份、麸皮20~30份和玉米粉15~20份。
2.根据权利要求1所述生物炭有机肥，其特征在于，所述生物炭为改性生物炭，所述改性生物炭的制备方法为：
S1.将桑枝进行粉碎过筛，形成粒径小于0.3cm的粉末颗粒；
S2.步骤S1中得到的粉末颗粒装满一铁盒，密闭，然后将密闭铁盒放置在马福炉中，在500~600℃条件下保持3h，取出铁盒冷却至室温后取出粉末颗粒，即得到制备好的生物炭；
S3.将生物炭进行气流粉碎后，过200目筛；
S4.步骤S3中得到的生物炭粉末加在0.5~1mol/L氯化镁溶液中50℃~60℃、搅拌速度为100r/min～200r/min的条件下搅拌4～6小时后，过滤，将所得滤饼烘干，即得到改性生物炭。
3.根据权利要求1所述生物炭有机肥，其特征在于，所述畜禽粪便包括牛粪、猪粪、鸡粪中的一种或是两种以上混合物。
4.根据权利要求1所述生物炭有机肥，其特征在于，所述农作秸秆包括甘蔗秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆中的一种或是两种以上混合物。
5.根据权利要求1所述生物炭有机肥，其特征在于，所述药渣由板蓝根药渣和千金子药渣组成，质量比为2~3:1。
6.根据权利要求1所述生物炭有机肥，其特征在于，所述微生物发酵剂还包括枝顶孢霉菌，所述的枝顶孢霉菌与麸皮质量比为4~6：20~30。
7.根据权利要求1所述生物炭有机肥，其特征在于，所述微生物发酵剂还包括枝顶孢霉菌和约氏不动杆菌，所述顶孢霉菌、约氏不动杆菌与麸皮质量比为4~6：2~4：20~30。
8.一种如权利要求1~7中任一项所述生物炭有机肥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将秸秆粉碎形成长度小于10cm的草段后给秸秆喷水调节含水量在60%~70%；
（2）将生物炭和微生物发酵剂混合均匀，然后再依次与秸秆、畜禽粪便、药渣混合，形成混合物；
（3）将混和物堆成长2 m、宽1.0m、高1.2m的堆，进行有氧发酵，在温度超过65℃时进行翻堆处理后再堆成堆，如此重复，发酵20～30天后得到发酵有机肥。
9.一种如权利要求1~7中任一项所述生物炭有机肥在促进农作物产量的应用。
10.根据权利要求9所述的有机肥在促进农作物产量的应用，其特征在于，所述农作物为甘蔗。
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