CN114830990A - 一种中早39水稻的施肥方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种中早39水稻的施肥方法，特别适用于西兰花‑水稻轮作栽培模式，采用由西兰花茎叶和稻壳等农业废弃物制成的堆肥部分替代化肥，实现了节约开支、改善土壤等效果，同时通过在堆肥前对混合原料进行压缩，解决了高含水农业废弃物堆肥发酵过程产生污水的问题，进而实现了西兰花‑水稻轮作生产中农业废弃物无害化处理和再利用这一低排放的循环农业生产模式。
Description
本申请为申请号为202110967845.8，发明名称为“一种高含水农业废弃物的处理方法及应用”的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种高含水农业废弃物的处理及应用方法，尤其是西兰花生产中产生的农业废弃物的无害化处理及再利用方法，及采用该方法处理西兰花茎叶废弃物所获得的有机肥和育苗基质，以及利用该方法实现的低污染、低排放的西兰花-水稻循环农业生产模式。
背景技术
台州市自1989年开始引进试种西兰花，2003年后西兰花种植面积稳定在10万亩左右，约占浙江省西兰花种植面积的60％，全国的25％，是全国最大的冬春西兰花生产中心，每年产生的西兰花茎叶废弃物总量则在20万t以上。
西兰花的食用部位是花球，只占植株总重量的30-50％，这意味着西兰花生产中产生的茎叶废弃物重量是西兰花产品重量的1-2倍。这其中，在采收时留在田间的部分主要以直接翻耕还田的方式处理，而上市前的加工处理过程中再次产生大量的茎叶废弃物，无法通过还田等简单的方式进行处理。
例如，台州市每年收获的西兰花中，有1/3以上用于速冻加工，加工过程产生的茎叶废弃物年均约5万t，这部分废弃物产生时间均集中于西兰花大量收获的时期。大量茎叶废弃物在短时间内的聚集，它们的处理成为当地政府和企业面临的难题。
目前西兰花茎叶废弃物的开发利用程度仍然较低，除农户用鲜茎叶饲喂家畜外，只有少数几家企业能够生产西兰花茎叶粉、西兰花青贮料和叶蛋白等产品，但受限于成本和环保等因素，产能有限且难以大规模普及，无法解决短时间内产生的大量西兰花茎叶废弃物的处理问题。现实条件下，绝大部分的加工茎叶废弃物被集中收集后过量倾倒在田间，不仅影响该田块来年的正常使用，还会带来污水、臭气等问题，同时也造成资源的严重浪费。更有甚者将无法处理的茎叶废弃物丢弃在野外、河滩等自然环境中，腐败变质造成环境污染。
现有的与西兰花茎叶废弃物处理利用相关的技术包括一种利用西兰花田提高浙东沿海早稻产量的方法(CN202010683049.7)，其主要利用收获后残留在田间的西兰花秸秆进行还田，并不包括对加工时产生的西兰花茎叶废弃物的处理，况且直接还田的方式仅能够解决部分废弃物的处理问题，过量的还田容易造成土传病害、土壤营养不均衡等一系列问题。因此，对西兰花废弃物进行肥料化处理，利用促腐发酵制备有机肥/生物质能源是相对于直接还田更优的发展方向。
根据微生物对氧气的需求，可以将堆肥分为好氧堆肥和厌氧堆肥，包括大多数蔬菜废弃物在内的高含水农业废弃物主要采用好氧堆肥的方式。现有的堆肥方法中，通常将高含水农业废弃物与其他物料粉碎后简单混合，利用废弃物自身携带的微生物或者添加不同的发酵菌剂，将废弃物堆成条垛或者进行池酵，这种方式在发酵过程存在众多的缺陷，包括容易渗出污水污染环境、发酵时间较长、发酵不均衡等。现有的西兰花堆肥相关技术(如CN201510338524.6、CN201910399922.7)均采用上述的堆肥方式，均不涉及如何解决堆肥过程中污水渗出的技术问题。因此，对现有堆肥技术加以改进，解决堆肥过程中污水渗出的问题，将更好地促进包括西兰花茎叶废弃物在内的高含水农业废弃物的资源化、无害化利用。
同时，西兰花-水稻是浙东地区常见的轮作生产模式，在此模式下，对于短时间内加工产生的约500kg/亩的西兰花茎叶废弃物，通过对这些废弃物进行综合处理和再利用，不仅能最大程度减少废弃物的排放，还能节约肥料、基质等生产成本，实现环境友好的生态循环农业生产模式。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高含水农业废弃物的处理方法及具体的应用方式，所要解决的技术问题是在以微生物发酵的方式处理包括西兰花茎叶废弃物在内的高含水农业废弃物的过程中避免污水的产生。
相应地，本发明提供一种高含水农业废弃物的处理方法，具体步骤为：
(1)将所述高含水农业废弃物与干燥农业废弃物、泥土混合均匀，形成混合物；
(2)将所述混合物粉碎成颗粒状的粉碎混合物；
(3)将所述粉碎混合物压缩至颗粒间形成水分充分交换；
(4)将压缩的粉碎混合物分散；
(5)将分散的粉碎混合物起堆，进行有氧发酵至发酵充分。
其中，干燥农业废弃物的作用是降低混合物的整体含水率，同时调节混合物的碳氮比，泥土的主要作用是包括改变混合物的物理性状、提高混合物的密度、增加搅拌的摩擦力、提供发酵所需天然微生物。解决发酵过程中污水产生的关键步骤则在于高含水农业废弃物与干燥农业废弃物颗粒间的水分交换，本发明中通过压缩的方式实现，不同性质颗粒之间经过相互接触、挤压，使高含水农业废弃物颗粒中的水分部分转移至含水率极低且持水性更佳的干燥农业废弃物颗粒中，实现混合物中总水分的重新分布，大大减少发酵过程中高含水农业废弃物颗粒持水能力下降导致的污水渗出。在压缩过程中，适当的粒径、压力(压缩密度)及充分的搅拌均是水分交换充分的保证，然而另外的实验表明，充分的搅拌、更细的粒径以及提高干燥物料的比例均不能替代压缩带来的水分交换效果。
进一步地，所述高含水农业废弃物为西兰花采收后的全部茎叶废弃物。事实上，本发明虽然以解决西兰花生产中的实际问题入手，并以西兰花茎叶废弃物作为实验材料，但本领域技术人员可以预见，该方法的适用范围并不仅限于西兰花生产中的茎叶废弃物本身，而是适用于各种高含水的农业废弃物，尤其是果蔬采收加工后剩余的高含水废弃物，如花椰菜茎叶、甘蓝茎叶、萝卜茎叶、白菜茎叶、莴苣茎叶、西瓜皮等等。
进一步地，所述干燥农业废弃物为谷壳和/或禾本科作物秸秆。谷壳、秸秆等废弃物不仅易获得，且具有较佳的持水性，在元素构成上与高含水农业废弃物也具有一定的互补性，是本发明中干燥农业废弃物的最优类型。
进一步地，所述混合物中干燥农业废弃物、泥土重量分别为所述高含水农业废弃物重量的15-25％、15-25％。
进一步地，所述粉碎混合物的平均粒径在5毫米以内。
进一步地，所述粉碎混合物的压缩密度为700-900kg/m3。
事实上，上述参数均是在本发明完成的实验阶段确定的取得最优效果的相应参数，但并非实现发明所必需设置的参数范围值。例如，在避免污水渗出的前提下，若不考虑发酵时间，或对发酵产物营养结构存在特殊要求，则可以将干燥废弃物的比例大幅提升，同样能够实现本发明。
进一步地，发酵过程中每隔5-10天翻堆一次，保证堆心温度不超过70℃。
本发明还提供一种植物有机肥，具体是由上述处理方法制备所得发酵产物直接作为植物有机肥，或将其进一步制成颗粒状作为植物有机肥。
本发明还提供一种栽培/育苗基质，具体是由上述处理方法制备所得发酵产物与泥土按1:1的重量比混合均匀，作为栽培/育苗基质。
本发明还提供一种适用于循环农业的西兰花-水稻轮作方法，具体步骤为：
(1)水稻收获后秸秆覆盖还田；稻米加工后，按后茬西兰花种植面积，保留稻壳100kg/亩备用；
(2)西兰花采收加工后，以全部茎叶废弃物与步骤(1)中保留备用的稻壳为原料，按上述处理方法进行发酵；
(3)将所述发酵产物制成颗粒状，作为水稻/西兰花大田有机肥；和/或将所述发酵产物与泥土按1:1的重量比混合均匀，作为水稻/西兰花育苗基质。
本发明取得的有益效果是：(1)通过粉碎、压缩等物理处理，实现高含水农业废弃物的100％无害化处理和再利用，处理过程中不产生新的废液和固体废物，辅料添加类型少、成本低且不引入新的对环境可能构成影响的物质，整体处理难度低、效率高、环境友好。(2)将西兰花-水稻轮作生产中产生的农业废弃物的处理产物用于后续的轮作生产，减少化肥和不可再生基质的使用，降低生产成本、保护生态环境，实现低污染、低排放的循环农业生产模式。
具体实施方式
以下实施例是对本发明包含的多个实施方案的实际效果作出的具体验证，需要说明的是，这些验证仅仅是为发明取得的技术效果提供相应证据，而并非发明完成的全部过程。然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例1：原料配比及压缩密度对发酵效果的影响
将西兰花加工企业产生的茎叶和花球废弃物，与干燥稻壳、泥土按照5组不同比例混合均匀，处理1：西兰花废弃物、稻壳、泥土质量比为8：1：1；处理2：西兰花废弃物、稻壳、泥土质量比为7：1：1；处理3：西兰花废弃物、稻壳、泥土质量比为6：1：1；处理4：西兰花废弃物、稻壳、泥土质量比为5：1：1；处理5：西兰花废弃物、稻壳、泥土质量比为4：1：1。将不同配比的混合物粉碎至平均粒径5毫米后搅拌均匀，再分别压缩至密度为500、600、700、800和900kg/m3(其中，干燥农业废弃物与泥土等比例添加以及平均粒径5毫米，均为经前期实验确定的相对最优参数)，通过不同物料颗粒间的挤压接触，使得西兰花茎叶中的水分能被干燥物料充分吸收，再将压实的混合物打散，起堆发酵，发酵完成后对产物进行采样送检。堆肥过程中的温度、水分渗出情况及不同处理的发酵产物检测结果见表1。
表1不同处理堆肥相关指标
结果表明，不同压缩密度处理后，5组不同物料配比的混合物在堆肥时存在一定差异，其中处理1、处理2和处理3由于添加的西兰花废弃物占比较大，堆肥原料的含水率较高，因此在堆肥过程中升温较慢、堆肥时间较长；处理4和处理5在压缩密度达到700kg/m3、800kg/m3和900kg/m3的情况下，堆肥过程中均没有污水渗出；由堆肥完成后不同处理的采样检测结果可知，堆肥产物的总养分含量随着添加的西兰花废弃物的减少而降低，有机质含量随着谷壳的增加而升高。因此，在考虑尽可能多地处理西兰花废弃物，缩短堆肥时间，提高堆肥产物养分含量，同时不产生污水的前提下，处理4的物料配比是相对最佳的处理，即西兰花废弃物、稻壳、泥土质量比为5：1：1，即稻壳、泥土分别占西兰花废弃物重量的20％，最佳的压缩密度则是700-900kg/m3。
实施例2：粉碎粒径对堆肥过程中污水渗出的影响
将西兰花加工企业产生的茎叶和花球废弃物，与干燥稻壳和泥土按照质量比为5：1：1混合，将混合物分别粉碎至3组不同粒径的颗粒后搅拌均匀，处理1：平均粒径3mm；处理2：平均粒径5mm；处理3：平均粒径10mm。将混合物颗粒分别压缩至密度为500、600、700、800和900kg/m3，再将压实的混合物打散，起堆发酵，不同处理下堆肥过程中的污水渗出情况见表2。
表2不同处理堆肥的渗水情况
由试验结果可知，不同大小的粉碎粒径能对堆肥过程中的水分渗出情况造成影响，其中处理1和处理2在压缩密度达到700kg/m3和900kg/m3以上时，堆肥过程中均没有污水渗出，而处理3仅在压缩密度达到900kg/m3时才无污水渗出。
实施例3：添加不同物料对西兰花废弃物堆肥效果的影响
根据实施例1和实施例2的试验结果，将西兰花加工企业产生的茎叶和花球废弃物，与不同的干燥秸秆和泥土按照质量比为5：1：1进行混合，处理1：水稻秸秆；处理2：玉米秸秆；处理3：小麦秸秆。将不同混合物粉碎至平均粒径5毫米后搅拌均匀，再分别压缩至密度800kg/m3，最后将压实的混合物打散，起堆发酵，发酵完成后对产物进行采样送检。堆肥过程中的温度、水分渗出情况及不同处理的发酵产物检测结果见表3。
表3添加不同秸秆的堆肥情况
添加不同秸秆的堆肥试验结果可知，西兰花废弃物添加禾本科作物干燥秸秆和泥土后，均可以成功堆肥，按照实施例1和实施例2筛选出的最优堆肥方案开展后，在堆肥过程中没有污水渗出。
实施例4：不同基质育苗对水稻秧苗素质的影响
将实施例1中筛选出的堆肥产物，即西兰花废弃物、谷壳、泥土质量比为5：1：1，压缩至密度800kg/m3后，再打散起堆发酵，堆肥产物与泥土按照1：1的重量比混合，充分搅拌均匀后过筛制成基质。
设置三组育苗处理，处理1为泥土，处理2为常规基质，处理3为堆肥产物制成的基质，使用毯状秧盘进行播种育苗，每个处理设置3盘，3个重复，测定结果取平均值。试验选用的水稻品种为中早39，秧龄25天时进行秧苗素质考查，秧苗素质考查结果见表4。
表4不同处理的秧苗素质
不同基质育苗试验当中，处理1的秧苗素质最差，所有考查指标均最低；处理2与处理3的秧苗素质差别不大，其中处理3的地上部长势较好，而处理2的地下部长势较强。因此，用西兰花堆肥为原料制成的基质，在不降低秧苗素质的前提下，基本可以替代市售的常规基质。
实施例5：西兰花堆肥制成有机肥在水稻生产中的应用
将实施例1中筛选出的最优方案制备的堆肥产物，制成颗粒状的有机肥，采样送检后测得有机质含量为57.7％，总养分含量为2.97％。试验采用育秧人工移栽的方式，选择的水稻品种为中早39，化肥总施用量按照纯N为180kg/hm2，N:P:K配比12:4:8。试验设5个处理，以不施肥(处理1)、化肥常规施肥(处理2)为对照，在总施肥量相同的情况下，有机肥和化肥不同配比混合施用，设化学肥80％+堆肥20％(处理3)、化学肥60％+堆肥40％(处理4)、化学肥40％+堆肥60％(处理5)。每个处理3重复，每个小区面积2.5m×4.2m约10.5平米，随机区组设计，小区间用挡水板隔离，严格实行单独排灌。栽培密度为20cm×14cm，每穴苗数为4-5本。水稻试验主要经济性状及产量结果见表5。
表5水稻主要经济性状及试验产量
| 有效穗(万/亩) | 总粒数(/穗) | 结实率(％) | 千粒重(g) | 折合亩产(kg) | |
| 处理1 | 13.3 | 102.8 | 90.5 | 26.6 | 355.4 |
| 处理2 | 18.1 | 126.9 | 91.2 | 26.1 | 577.1 |
| 处理3 | 16.9 | 125.4 | 91.9 | 26.3 | 539.8 |
| 处理4 | 17.1 | 126.0 | 92.4 | 26.3 | 554.7 |
| 处理5 | 16.8 | 123.0 | 92.1 | 26.4 | 532.3 |
从早稻不同处理的经济性状及产量指标可以看出，西兰花废弃物堆肥作为有机肥时，在一定程度上可以代替化肥为水稻生长提供所需的养分；化肥-有机肥配施处理当中，处理4(60％+堆肥40％)的有效穗、总粒数、结实率及产量均为最高，其中产量比处理1增加了56.1％，综合各项指标来看，处理4是比较合适的化肥-有机肥配施比例；处理2(纯化肥)的有效穗、总粒数及产量等指标均较化肥-有机肥配施的处理略高，这是由于有机肥腐解需要时间、肥效释放较化肥慢等原因造成的；从长期来看，降低化肥用量配施适量有机肥，还可以提高土壤的有机质含量、改良土壤物理性状、平衡土壤营养物质，是一条节能增效的重要途径。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种中早39水稻的施肥方法，所述方法适用于西兰花-水稻轮作栽培模式，其特征在于：按照纯N 180kg/hm2、N:P:K配比12:4:8设计总施肥量，其中采用部分堆肥替代化肥，所述堆肥的原料为西兰花茎叶废弃物、稻壳、泥土按质量比5：1：1混合，上述原料在混合粉碎后、起堆发酵前，还包括将混合原料进行压缩的步骤，所述压缩的密度为700-900kg/m3。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于：所施化肥与堆肥的配比为化肥60％+堆肥40％。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于：所述压缩的密度为800kg/m3。
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