CN113831165A - 一种有机肥发酵的方法及有机肥 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及有机肥制备的技术领域，具体公开了一种有机肥发酵的方法及有机肥。一种有机肥发酵的方法：包括以下步骤，S1：起始物料的选择；S2：添加复合菌种；S3：添加发酵功能增效剂，S4：返混，发酵包括发酵初期、发酵中期和发酵后期，将发酵中期3‑5天的物料进行返混，返混量为起始物料的10‑30%。本申请有机肥发酵的方法，能够使起始物料快速升温，缩短发酵时间，无需除臭装置，且有机废弃物彻底降解，大大降低硫化物、氮氧化物等恶臭气体排放。有机肥内的有机物总量在69.1%以上，有机质的含量在64.9%以上，易氧化有机质的含量在26.3%以上，符合国家有机肥标准。

Description

一种有机肥发酵的方法及有机肥
技术领域
本申请涉及有机肥制备的技术领域，更具体地说，它涉及一种有机肥发酵的方法及有机肥。
背景技术
植物在生长过程中主要需要的营养为氮磷钾等元素，而泥土在长期的种植过程中会发生营养流失的问题，因此为土地施肥，也就是为土地补充氮磷钾元素，从而增加作物的产量。在种植的过程中，化学化肥发挥了非常重要的作用，但是，随着化肥施用的频繁及单一的使用，也给土壤环境带来了不利的影响。土壤在缺乏充足的有机质的条件下，土壤的颗粒结构难以形成，土壤之间的粘附力难以形成，继而土壤的保水能力逐渐降低。为解决这一问题，有机肥应运而生。
有机肥主要来源于植物和/或动物，施于土壤以提供植物营养为其主要功能的含碳物料。经生物物质、动植物废弃物、植物残体加工而来，消除了其中的有毒有害物质，富含大量有益物质，包括多种有机酸、肽类以及包括氮、磷、钾在内的丰富的营养元素。有机肥不仅能为农作物提供全面营养，而且肥效长，可增加和更新土壤有机质，促进微生物繁殖，改善土壤的理化性质和生物活性，是绿色食品生产的主要养分。
目前有机肥主要是通过发酵制备而成的。但是目前的制备方法存在发酵过程升温慢，发酵时间过长(发酵时间大于27天)，臭味大等问题。最终导致有机肥内有机质和有机物的含量低，达不到国家商品有机肥标准的要求。
发明内容
为了解决有机肥在发酵过程中升温慢、发酵时间长和臭味大的问题，本申请提供一种有机肥发酵的方法及有机肥，增加有机肥内有机质与有机物的含量。
第一方面，本申请提供一种有机肥发酵的方法，采用如下的技术方案：
一种有机肥发酵的方法，包括以下步骤，
S1：起始物料，包括以下重量份数的组分，畜禽粪便250-400份，调整材175-200份；
S2：添加复合菌种，复合菌种的加入量为起始物料的0.1-1.2％；
S3：添加发酵功能增效剂，包括以下重量份数的组分，餐厨发酵的生物腐植酸50-90份，生石灰5-10份，聚天冬氨酸0.01-0.1份，蛭石粉6-12份、沸石粉2-5份、硝化抑制剂10-15份；
S4：返混，发酵包括发酵初期、发酵中期和发酵后期，将发酵中期3-5天的物料进行返混，返混量为起始物料的10-30％，
其中复合菌种包括嗜温菌，嗜热菌和促生菌。
优选的，所述畜禽粪便包括猪粪、牛粪、鸡粪中的一种。
优选的，所述调整材包括花生壳、玉米秸秆、棉花杆。
优选的，所述起始物料中碳、氮的重量比为(25-35):1，含水量为45-55％，其中活性有机碳占总碳的20-30％，速效氮占总氮30-35％。
通过采用上述技术方案，当畜禽粪便选用猪粪时，起始物料中的含水量一般为45-55％；使用鸡粪时，起始物料中的含水量一般为45-50％；使用牛粪时，起始物料中的含水量为50-55％。起始物料中的调整材为日常生活中植物的秸秆，一般选用玉米秸秆，玉米秸秆较为广泛，且容易获得。优选的，需要将玉米秸秆进行粉碎，能够缩短发酵时间。
起始物料中加入复合菌种进行发酵，复合菌种发挥作用需要合适的环境，也就是说需要合适的碳氮比。起始物料中碳氮的重量比为(25-35):1，其中活性有机碳占总碳的20-30％，速效氮占总氮30-35％。活性有机碳与速效氮能被复合菌种快速利用，当活性有机碳与速效氮含量低时，复合菌种不能快速繁殖，有机肥不能升温或升温较慢；当活性有机碳与速效氮含量太高时，很快被复合菌种进行快速降解，会造成起始物料内的温度过高，从而导致产率降低。
在起始物料中加入复合菌种及发酵功能增效剂，通过复合菌种与发酵功能增效剂的相互协同与相互促进，能够使起始物料快速升温，缩短发酵时间；保证发酵后的有机肥内有机质的含量，并大大降低硫化物、氮氧化物等恶臭气体排放。最后通过返混操作，将发酵中期(温度达到60℃计)3-5天内的起始物料进行返混，返混量为10-30％，效果最优的是20％。
如后实施例中，选用猪粪与玉米秸秆混合后组成起始物料，其中起始物料的的含水量为50％，碳、氮的比例为25:1，其中活性有机碳占总碳的25％，速效氮占总氮30％；将发酵中期(温度达到60℃计)4天内的起始物料进行返混，返混量为20％。
在起始物料的发酵过程中会产生醌基物质，醌基物质作为腐植酸形成的重要前聚体和电子穿梭体，是腐植酸形成重要物质。醌基物质与小分子物质(如氨基酸)能够形成腐植酸，加快腐植进程。但是，醌基物质一般在发酵中后期生成，小分子物质多数产生于发酵初期。因此，这些小分子物质比较容易矿化损失，形成臭气释放，一旦损失就不能进入到下一个中间环节，造成有机肥中有机质含量低的问题。为了解决此问题，本申请中加入餐厨发酵的生物腐植酸，腐植酸中的醌基和羟基等官能团，均参与氧化还原反应，醌基与发酵前期中的小分子(如氨基酸)还可以形成腐植酸；同时还会生成二氧化碳和水，二氧化碳和水是植物生命活动中不可缺少的物质。餐厨发酵的生物腐植酸作为发酵促进剂，一方面可以通过吸附或螯和等作用固定小分子物质，另一方面其中的生物黄腐酸可以促进微生物生长繁殖。
在本申请中加入复合菌，复合菌能够促进发酵前期产生少量的醌基物质，主要是促进发酵中期醌基物质的产生。再配以本申请中的返混操作，将发酵中期带有醌基物质的发酵产物返混到发酵初期，从而能够使未被处理或者发生反应的小分子物质被再次利用，大大地减少小分子物质矿化的量。复合菌的加入使起始物料发酵过程排放较少臭气，最大化的固定起始物料中的碳氮，进而使发酵后的有机肥中有机质的含量达到最大化。
优选的，所述复合菌种包括嗜温菌，嗜热菌和促生菌，嗜温菌、嗜热菌、促生菌的比例为1：(2.1-2.6):(0.8-1.2)。
通过采用上述技术方案，本申请的发酵原理是以好氧菌为主，对起始物料进行氧化、吸收与分解。参与有机物降解的微生物包括两类，嗜温菌(即中温菌)和嗜热菌(即高温菌)。起始物料的发酵过程可以分为三个阶段：发酵初期，起始物料的初始温度一般为15-25℃，接种嗜温菌后，嗜温菌比较活跃，可以利用起始物料中的可溶性物质如糖类、淀粉迅速繁殖，使起始物料内的温度逐渐上升。当起始物料内的温度上升到45℃以上便进入发酵中期，起始物料发酵开始。在24h内，起始物料内的温度即可达65-70℃或者更高。当温度超过45℃时，嗜温细菌逐渐死亡，嗜热性真菌和细菌逐渐活跃，发酵初期分解过程形成的溶解性有机物继续分解，半纤维素、纤维素、蛋白质等复杂有机物开始强烈分解。当发酵中期完成后，温度降低至40℃以下，进入发酵后期，进行第二次接种，接入促生菌，使促生菌在起始物料内迅速且大量的繁殖生长，生产出的有机肥具有生物有机肥的功能，既可以增加土壤养分和有机质，又可以改善土壤微生态系统，减少土传病害发生，解决重茬障碍。
优选的，所述嗜温菌为藤黄微球菌、解纤维梭菌和坚强芽孢杆菌，藤黄微球菌、解纤维梭菌、坚强芽孢杆菌的重量比为(2-3):(1-2):(1-3)。
通过采用上述技术方案，在本申请中，嗜温菌选用为藤黄微球菌、解纤维梭菌和坚强芽孢杆菌的三者组合，并且按重量比为(2-3):(1-2):(1-3)混合后。嗜温菌的有效菌数不低于106cfu/g。
在起始物料内成分组成较为复杂，且营养物质多元化，单一菌种的使用效果不佳。但是，当将不同属性的或者类型的菌种混合在一起时，某些菌种之间还会产生拮抗作用，根本起不到协同增效、优化发酵腐植化的目的。本申请中通过筛选，发现藤黄微球菌、解纤维梭菌、坚强芽孢杆菌这三种菌复合不会产生拮抗作用。且嗜温菌在特定比例的组合下，有效地利用起始物料中的可溶性物质，如糖类、淀粉等迅速繁殖，从而使起始物料内的温度迅速上升，达到快速升温、缩短发酵时间的目的。
优选的，所述嗜热菌为橙色嗜热子囊菌。
优选的，在橙色嗜热子囊菌中添加藜芦醇诱导剂和表面活性剂。
优选的，藜芦醇诱导剂为橙色嗜热子囊菌重量的0.1-0.25％，表面活性剂为橙色嗜热子囊菌重量的0.2-0.43％。
通过采用上述技术方案，橙色嗜热子囊菌具有很好的耐高温、耐高湿性能。当起始物料内的温度上升到45℃以上时，发酵便进入发酵中期，此时橙色嗜热子囊菌逐渐开始活跃，发酵开始，约7-9天的时间，起始物料内的温度即可达65-70℃或者更高。在发酵中期，前一阶段残留和分解过程形成的溶解性有机物继续分解，半纤维素、纤维素、蛋白质等复杂有机物开始强烈分解。
添加诱导剂和表面活性剂可以提高嗜热菌产生降解酶的能力，进而提高降解效果。其中，藜卢醇是具有木质素结构特征的苯环衍生物，做为木质素酶合成的中间体，能很好起到诱导产生木质素分解酶的效果。表面活性剂优选为吐温80，表面活性剂主要是通过改善细胞膜的渗透性，降低了己合成的降解酶在胞内积累而导致的抑制作用。
优选的，所述促生菌为固氮螺菌、产碱杆菌、中慢生根瘤菌，固氮螺菌、产碱杆菌、中慢生根瘤菌的比例为1:(1-1.2):(1-1.6)。
通过采用上述技术方案，发酵后期添加的促生菌，包括固氮螺菌、产碱杆菌、中慢生根瘤菌。促生菌可将土壤中有机物转变为无机物，为植物提供有效的矿物营养；同时，促生菌还可分泌吲哚乙酸、维生素、抗生素以及利用1-氨基环丙烷-1-羧酸作为唯一氮源进行使用，直接或间接的促进植物生长。
如后实施方式中，嗜温菌，嗜热菌和促生菌加入的重量比1:2.4:1，其中嗜温菌中的藤黄微球菌、解纤维梭菌、坚强芽孢杆菌的重量比为2:2:3，促生菌中固氮螺菌、产碱杆菌、中慢生根瘤菌的重量比为1:1:1.5。在此重量比下，嗜温菌，嗜热菌和促生菌均能够较好的发挥作用，能够加快起始物料的升温速度，减少硫化物、氮氧化物等恶臭气体排放，提高有机肥内有机质及有机物的含量。
优选的，所述发酵功能增效剂还包括0.01-0.02份的α-萘乙酸。
通过采用上述技术方案，由于起始原料中含有难降解的纤维素、木质素等，影响了腐植化进程，进而造成生物质能的浪费。在起始物料发酵初期补充α-萘乙酸，能够促进复合菌种在起始物料中降解难降解的有机质，加快腐植化进程，使得起始物料内的温度更快达到峰值，缩短发酵时间，从而节约生产成本。
优选的，所述硝化抑制剂为2-氯-6-(三氯甲苯)吡啶、脒基硫脲(ASU)、双氰胺(DCD)中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，硝化抑制剂能够减少氮肥损失、提高氮肥利用率，还可降低农作物中亚硝酸盐含量，提高农作物品质，减少由于施过高时对土壤、地下水和环境的污染。再配以促生菌，能够使发酵后的起始物料具有丰富的有机质，提供植物的生长过程中所需营养元素。
第二方面，本申请提供一种有机肥，采用如下的技术方案：
一种有机肥，利用本申请中所述的一种有机肥发酵的方法制备而成。
优选的，所述有机肥的有机物总量大于69.1％，有机质的含量大于64.9％，易氧化有机质的含量大于26.3％。
通过采用上述技术方案，选择含水量，碳氮比符合要求的起始物料作为发酵原料进行发酵。在起始物料内添加复合菌种及发酵功能增效剂，通过二者添加组分间的配合，使起始物料能够快速升温进行发酵，缩短发酵时间。在发酵过程中减少臭味的排放，再配以返混操作，最终制备的有机肥内有机质的含量更多。将有机肥应用在植物生长过程中，能够促进植物生长，增加产量，且能够减少对土壤与环境的污染。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用起始物料、复合菌种、发酵功能增效剂及返混的方法，使起始物料快速升温，缩短发酵时间，无需除臭装置，有机废弃物彻底降解，大大降低硫化物、氮氧化物等恶臭气体排放；
2、本申请中复合菌种经过筛选获得，适用范围广、效率高，且不会产生拮抗作用；
3、本申请发酵制备的有机肥品质高，有机肥内的有机物总量在69.1％以上，有机质的含量在64.9％以上，易氧化有机质的含量在26.3％以上，符合国家有机肥标准；
4、本申请制备的有机肥能提供土壤改良、促进植物生长、提高农作物的产量。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
原料
本申请中主要的原料来源如表1所示，未在表1中所列原料均可通过市售获得，无特殊要求。
表1主要的原料来源
Figure BDA0003290187580000051
Figure BDA0003290187580000061
制备例
在本申请中加入复合菌种，包括嗜温菌，嗜热菌和促生菌，在起始物料发酵过程中能够加快升温，缩短发酵时间，以下是制备复合菌种时，嗜温菌，嗜热菌和促生菌加入的重量比具体如表2所示。
表2复合菌种的制备
类别 嗜温菌：嗜热菌：促生菌
制备例1 1:2.1:1
制备例2 1:2.4:1
制备例3 1:2.8:1
制备例4 1:3.0:1
实施例
一种有机肥的发酵方法是通过以下步骤制备的，
S1：起始物料，包括畜禽粪便250-400份，调整材175-200份，其中，起始物料的含水量为45-55％，碳、氮的重量比为(25-35):1，其中活性碳氮重量比(20-25)：1，其中活性有机碳占总碳的20-30％，速效氮占总氮30-35％；
S2：添加复合菌种，加入的复合菌种是起始物料的0.1-1.2％；
S3：添加发酵功能增效剂，包括以下重量份数的组分，餐厨发酵的生物腐植酸50-90份，生石灰5-10份，聚天冬氨酸0.01-0.1份，蛭石粉6-12份、沸石粉2-5份、硝化抑制剂10-15份；
S4：返混，发酵过程包括发酵初期，发酵中期和发酵后期，将发酵后期3-5天的物料进行返混，返混量为起始物料的10-30％。
实施例1
S1：起始物料，包括猪粪300kg份，玉米秸秆200kg，其中，起始物料的含水量为50％，碳、氮的比例为25:1，其中活性有机碳占总碳的25％，速效氮占总氮30％
S2：添加复合菌种，复合菌种的加入量0.5kg(是起始物料的0.1％)，复合菌种采用的是制备例1，嗜温菌中藤黄微球菌、解纤维梭菌、坚强芽孢杆菌的重量比为2:2:3，促生菌中固氮螺菌、产碱杆菌、中慢生根瘤菌的重量比为1:1:1.5；
S3：添加发酵功能增效剂，包括以下重量的组分，餐厨发酵的生物腐植酸50kg，生石灰5kg，聚天冬氨酸0.01kg，蛭石粉6kg、沸石粉2kg、硝化抑制剂10kg，其中硝化抑制剂为2-氯-6-(三氯甲苯)吡啶；
S4：返混，发酵过程包括发酵初期，发酵中期和发酵后期，将发酵后期4天的物料进行返混，返混量为50kg(是起始物料的10％)。
以下是实施例1至实施例7中涉及的内部参数，具体如表3所示。
表3实施例1至实施例7中参数(单位：kg)
类别 复合菌种的加入量 制备例 返混量
实施例1 0.5 1 50
实施例2 3 1 50
实施例3 6 1 50
实施例4 3 2 50
实施例5 3 3 50
实施例6 3 2 100
实施例7 3 2 150
实施例8
实施例8与实施例6的区别在于，实施例8中还包括0.05kg的α-萘乙酸。
实施例9
实施例9与实施例6的区别在于，实施例9中加入2.46g的藜芦醇诱导剂，6.56g的吐温80。
对比例
对比例1
对比例1与实施例6的区别在于，对比例1中不包括步骤S2。
对比例2
对比例2与实施例6的区别在于，对比例3中不包括步骤S3。
对比例3
对比例3与实施例6的区别在于，对比例3中不包括步骤S4。
对比例4至对比例6与实施例7的区别如表4所示。
表4对比例4至对比例6中的参数(单位：kg)
类别 复合菌种的加入量 制备例 返混量
对比例4 0.45 2 100
对比例5 3 4 100
对比例6 3 2 180
性能检测试验
试验一：发酵阶段的检测
试验场地：湖北省宜城市余棚村
1、发酵时间检测
将起始物料等量分成15份进行堆垛，分别堆放在宽、高分别为2m和1m的矩形发酵池内，分别按照实施例1-9及对比例1-6的要求进行接种复合菌及发酵功能增效剂。记录发酵初期至发酵中期从45℃到65℃时所用的时间，即为升温时间；记录从起始物料到发酵中期结束，温度降至40℃时所用时间，即为发酵时间。
2、释放气体检测
试验过程中，采集发酵中期内3个点作为检测(发酵中期开始，发酵中期第三天，发酵中期结束)，分别记录后取平均值。本试验中气体样品中的硫化氢和氨气浓度采用气相色谱Agilent GC 7890测定，测定条件如下：本系统使用CA-5气体样品进样仪进样，通过微机程序发出指令控制电磁阀开关，2个进样口同步进样一次分析气体中硫化氢和氨气浓度，每个进样口的有效进气量为5ml。
根据《GB14554-1993恶臭污染物排放标准》，氨气的厂界一级排放标准为1.0mg/m3；硫化氢的厂界一级排放标准为0.03mg/m3。
表5发酵阶段检测结果
Figure BDA0003290187580000081
试验二：发酵后有机肥的检测
采集发酵后的15份有机肥进行检测，分别在每份有机肥的上、中、下层采集试样，试样共120g，平均分成两份，一份试样收集于塑料袋中密封，4℃下冷藏保存；另一份试样按照《NY/T 2876-2015肥料和土壤调理剂有机质分级测定》的标准进行检测，具体检测结果如表6所示。
表6有机肥检测结果
Figure BDA0003290187580000091
试验三：将有机肥应用在种植茄子与辣椒生长过程
将本申请中实施例1-9与对比例1-6制备的有机肥应用在农作物上，以下茄子与辣椒为例进行产量的检测。茄子与辣椒的种植按照本领域常规方法进行培育，在培育过程中，除采用的有机肥不同外，其他培育均相同。检测茄子与辣椒成熟期的产量，计算产率，具体结果如表7所示：
表7茄子与辣椒的产量(大棚种植)
Figure BDA0003290187580000092
Figure BDA0003290187580000101
*表7中空白对照为增产率计算基础，“-”表示未增产率为零。
结合实施例1-9和对比例1-6并结合表5可以看出，本申请中实施例1-8的技术方案可以实现有机肥的迅速升温，在24.1h内可以达到发酵中期，发酵时间短，且发酵过程中恶臭气体硫化氢和氨气产生极少，完全符合国家厂界一级排放标准。
结合实施例1-9和对比例1-6并结合表6可以看出，通过本申请实施例1-9的技术方案获得的有机肥，有机肥内的有机质含量高，其中有机物总量在69.1％以上，有机质含量在64.9％以上，易氧化有机质在26.3％以上。
结合实施例6和对比例1-3并结合表5和表6可以看出，在制备有机肥过程中，缺少步骤S2、S3或者S4，都会导致发酵过程升温慢，且释放恶臭气体较多；最终得到有机肥内有机质含量较低。
结合实施例1-9和对比例1-6并结合表7可以看出，本申请中实施例1-9的技术方案获得的有机肥施用在茄子和辣椒上，可以提高产量，增产率大于23％。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种有机肥发酵的方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1：起始物料，包括以下重量份数的组分，畜禽粪便250-400份，调整材175-200份；
S2：添加复合菌种，复合菌种的加入量为起始物料的0.1-1.2%；
S3：添加发酵功能增效剂，包括以下重量份数的组分，餐厨发酵的生物腐植酸50-90份，生石灰5-10份，聚天冬氨酸0.01-0.1份，蛭石粉6-12份、沸石粉2-5份、硝化抑制剂10-15份；
S4：返混，发酵包括发酵初期、发酵中期和发酵后期，将发酵中期3-5天的物料进行返混，返混量为起始物料的10-30%，
其中复合菌种包括嗜温菌，嗜热菌和促生菌。
2.根据权利要求1所述的一种有机肥发酵的方法，其特征在于：所述起始物料的含水量为45-55%，碳、氮的重量比为（25-35）：1，其中活性有机碳占总碳的20-30%，速效氮占总氮30-35%。
3.根据权利要求1所述的一种有机肥发酵的方法，其特征在于：所述嗜温菌、嗜热菌、促生菌的重量比为1：（2.1-2.6）:（0.8-1.2）。
4.根据权利要求3所述的一种有机肥发酵的方法，其特征在于：所述嗜温菌为藤黄微球菌、解纤维梭菌和坚强芽孢杆菌，藤黄微球菌、解纤维 梭菌、坚强芽孢杆菌的重量比为（2-3）:（1-2）:（1-3）。
5.根据权利要求3所述的一种有机肥发酵的方法，其特征在于：所述嗜热菌为橙色嗜热子囊菌。
6.根据权利要求3所述的一种有机肥发酵的方法，其特征在于：所述促生菌为固氮螺菌、产碱杆菌和中慢生根瘤菌，固氮螺菌、产碱杆菌、中慢生根瘤菌的重量比例为1:（1-1.2）:（1-1.6）。
7.根据权利要求1所述的一种有机肥发酵的方法，其特征在于：所述发酵功能增效剂还包括0.01-0.02份的α-萘乙酸。
8.根据权利要求1所述的一种有机肥发酵的方法，其特征在于：所述硝化抑制剂为2-氯-6-(三氯甲苯)吡啶、脒基硫脲(ASU)、双氰胺(DCD)中的一种或多种。
9.一种有机肥，其特征在于：利用权利要求1-8任一所述的一种有机肥发酵的方法制备而成。
10.根据权利要求9所述的一种有机肥，其特征在于：所述有机肥的有机物总量大于69.1%，有机质的含量大于64.9%，易氧化有机质的含量大于26.3%。
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