CN115322022A - 一种秸秆腐熟剂及其制备方法、农作物秸秆的腐熟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种秸秆腐熟剂及其制备方法、农作物秸秆的腐熟方法，属于有机肥料技术领域。本发明的秸秆腐熟剂为粉状剂型，主要由复合菌剂和以下重量份数的组分组成：农业种植废弃物粉料200～480份、动物粪便粉料20～40份；所述复合菌剂中微生物为白囊耙齿菌和哈茨木霉；所述白囊耙齿菌为菌株LL210，所述哈茨木霉为菌株TH‑18。本发明的秸秆腐熟剂，能够增加秸秆腐熟过程中的微生物种类，能极大缩短腐熟所需时间，显著提升木质素分解率和纤维素分解率。将采用本发明的秸秆腐熟剂腐熟后的秸秆施入土壤后可提高土壤中有机质和速效养分含量，改良酸化土壤，增加土壤肥力。
Description
技术领域
本发明涉及一种秸秆腐熟剂及其制备方法、农作物秸秆的腐熟方法，属于有机肥料技术领域。
背景技术
目前我国的主要作物为小麦和玉米，这两种作物成熟后会产生大量的农业生产副产物-秸秆，据统计我国每年的秸秆资源量达到9.84×108t。由于小麦、玉米等作物秸秆含有丰富的纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质和矿质元素等，采用传统的弃置或焚烧方法，不仅浪费资源，而且会对农业生态环境产生巨大威胁。
当前秸秆的综合利用主要包括肥料化、饲料化、基料化、燃料化、原料化等。将秸秆肥料化利用常用方式是秸秆直接粉碎还田，但秸秆直接粉碎还田方式存在秸秆还田量过大，造成成苗率低、土壤碳氮比失调，影响下茬作物产量。另外，长期实施秸秆直接还田，会使一些常见病虫害加重，土传、种传病害的发生呈逐年加重趋势，直接影响到农业生产，增加了农药等的用量。秸秆堆沤还田是秸秆肥料化利用的另外一个重要模方式，传统的秸秆堆沤方法是在秸秆中直接以动物粪便为主要原料来促进秸秆腐熟。采用这种方法将秸秆堆沤还田，会在不同程度上对作物及土壤形成不良的影响，不利于作物的生长，其主要原因是：第一，部分畜禽粪含盐分较重，易使土壤盐渍化，升高营养元素对农作物的肥效临界点，使施肥量增大；严重时会导致种子不发芽、烧苗、烧根。第二，畜禽粪便在腐熟过程中，它的氮是以尿酸形态氮为主，尿酸盐因结构体分子太大，不能直接被作物吸收利用，当它在土壤里被分解菌分解时，不但要消耗大量的氧气，同时又释放出二氧化碳气体，易伤害作物的根部。第三，由于畜禽粪便作为秸秆腐熟主要原料直接被添加在有机肥中，它的病毒、病菌和一些寄生虫等随植物残体，以有机肥方式施入土壤或经雨水冲刷进入河川时，它不但对土壤的生物体造成污染，也会直接污染水源，影响人体健康。第四，畜禽粪肥中所产生的硫化氢、沼气等有害气体，易挥发产生恶臭，造成大气环境的污染。
目前，秸秆堆沤还田时常在秸秆中加入秸秆腐熟剂，促进秸秆的腐熟。现有的秸秆腐熟剂通常由能强烈分解纤维素、半纤维素和木质素的嗜热、耐热的细菌、真菌和放线菌组成，主要是芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌等。秸秆堆沤时使用秸秆腐熟剂有众多优点：第一，由于秸秆腐熟剂含有较多的活性微生物，有效提高了微生物丰度，促进了微生物的活力，起到了分解土壤有机质和净化土壤的重要作用。同时，秸秆腐熟剂提高了土壤有益菌的数量；由于有益菌对农作物秸秆的降解利用，使它的数量进一步增多，继而在土壤中形成一定规模的优势菌群，促进土壤形成团粒结构，增加土壤中水、肥、气、热的协调能力，提高土壤的保水、保肥、供肥能力；进而补充土壤的养分，改善土壤的理化性状。第二，秸秆腐熟剂还可减少化肥使用量。作物所吸收的氮主要来自于土壤中原有的氮素，而来自化肥的仅占23％-24％；即使施用化肥，土壤里有机物对作物的生长仍是最重要的，秸秆腐熟剂可有效提高土壤中脲酶、磷酸酶和蛋白酶活性，促进了蔬菜作物对氮磷钾的吸收利用，能够减少化肥的施用量。第三，秸秆腐熟剂可使土壤里的益生菌分泌出纤维素酶、半纤维素酶等，它能有效降解秸秆中的纤维素等大分子，进而将它们活化成小分子状态，使作物能够直接利用并吸收。第四，秸秆腐熟剂当中的微生物具有生物防治的作用，能抑制作物病害的大量产生；促进土壤中其他有益菌的生长，使得大多数有益菌在秸秆中大量繁殖，抑制了其他的杂菌、杂卵的生长，它施于土壤可有效降低作物患病虫害的几率。尽管秸秆腐熟剂优点众多，然而秸秆纤维结构复杂，单一的微生物对其分解能力弱，造成秸秆堆肥存在分解周期长、堆肥质量较差等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种秸秆腐熟剂，能够提高秸秆腐熟效率和腐熟后堆肥质量。
本发明还提供了一种上述秸秆腐熟剂的制备方法以及农作物秸秆的腐熟方法。
为了实现以上目的，本发明的秸秆腐熟剂所采用的技术方案是：
一种秸秆腐熟剂为粉状剂型，主要由复合菌剂和以下重量份数的组分组成：农业种植废弃物粉料200～480份、动物粪便粉料20～40份；所述复合菌剂中微生物为白囊耙齿菌和哈茨木霉；所述白囊耙齿菌为菌株LL210，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏登记编号为CGMCC No.21057；所述哈茨木霉为菌株TH-18，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏登记编号为CGMCC No.5547。
本发明的秸秆腐熟剂，能够增加秸秆腐熟过程中的微生物种类，能极大缩短腐熟所需时间，显著提升木质素分解率和纤维素分解率，还能调节碳氮比，有助于堆肥中氮、磷、钾的保存和有机质的增加，促进养分均衡。将采用本发明的秸秆腐熟剂腐熟后的秸秆施入土壤后可提高土壤中有机质和速效养分含量，改良酸化土壤，增加土壤肥力。
农业种植废弃物中通常含碳量比较高，如一般禾本科作物秸秆含纤维素较高，达30％～40％，并且多数秸秆的碳氮比高达75:1，还田后土壤中碳素物质会陡增。微生物的增长是以碳素为能源、以氮素为营养，其对有机物分解适宜的碳氮比为25:1。若秸秆腐熟过程中碳多氮少，那么微生物就必须从土壤中吸取氮素以补不足，容易与作物共同争氮。本发明的秸秆腐熟剂，将农业种植废弃物和动物粪便按比例进行组合作为有机物料，不仅能够调整还田后土壤碳氮比，还可以起到加速秸秆快速腐解及保证作物苗期生长旺盛的双重功效。
本发明的秸秆腐熟剂与环境相容性好，符合农业可持续发展的要求，具有良好的开发应用前景。
进一步地，所述农业种植废弃物粉料为农作物秸秆粉料、农作物茎秧粉料、菇渣粉料中的一种或任意组合；所述农作物秸秆粉料为禾本科作物秸秆粉料；所述农作物茎秧粉料为甜瓜茎秧粉料。进一步地，例如所述禾本科作物秸秆粉料为小麦秸秆粉料和/或玉米秸秆粉料。例如，农业种植废弃物粉料为小麦秸秆粉料、玉米秸秆粉料、甜瓜茎秧粉料和菇渣粉料的组合，小麦秸秆粉料、玉米秸秆粉料、甜瓜茎秧粉料、菇渣粉料的质量比为20-60:20-60:10-20:10-20，例如为400:40:10:10。进一步地，所述农业种植废弃物粉料的含水率不超过20％。
进一步地，所述农业种植废弃物粉料为农作物秸秆粉料和菇渣粉料的组合，所述农作物秸秆粉料与菇渣粉料的质量比为5～8:1。
进一步地，所述动物粪便粉料为畜类粪便粉料，所述畜类粪便粉料为羊粪粉料和/或牛粪粉料。更进一步地，所述畜类粪便粉料为羊粪粉料和牛粪粉料的组合，羊粪粉料和牛粪粉料的质量之比为1:1。进一步地，所述动物粪便粉料的含水率不超过20％。
进一步地，所述复合菌剂与动物粪便粉料的质量比为2.0～2.5:20～40。所述复合菌剂的有效活菌数为≥20亿CFU/g，复合菌剂中白囊耙齿菌和哈茨木霉的活菌数之比为3-4:6-12。例如，所述复合菌剂的有效活菌数为28～30亿CFU/g，复合菌剂中白囊耙齿菌和哈茨木霉的活菌数之比为1:2～3。
每1亩田间产出的秸秆对应采用本发明的秸秆腐熟剂的质量为2kg。
本发明的秸秆腐熟剂的制备方法所采用的技术方案为：
一种上述的秸秆腐熟剂制备方法，包括以下步骤：将农业种植废弃物粉料、动物粪便粉料与复合菌剂混匀，即得。
本发明的秸秆腐熟剂的制备方法，工艺简单，便于推广和应用。
进一步地，所述复合菌剂为采用固体发酵工艺得到的白囊耙齿菌和哈茨木霉的混合菌剂。
进一步地，所述混匀是将由农作物种植废弃物粉料和动物粪便粉料组成的有机物混合料与复合菌剂混匀。所述有机物混合料是将农业种植废弃物和动物粪便粉碎混匀得到。
所述农业种植废弃物已经过晾晒干燥处理，含水率不超20％，动物粪便已经过晾晒干燥处理，含水率不超过20％。
本发明的农作物秸秆的腐熟方法所采用的技术方案为：
一种农作物秸秆的腐熟方法，包括以下步骤：将上述的秸秆腐熟剂与待腐熟的农作物秸秆混匀后制堆，调整堆体水分为55-65％后覆膜，覆膜后每7-8天翻堆一次，翻堆5～6次。
本发明的农作物秸秆的腐熟方法，在翻堆4次后堆体内的水分含量保持在40～45％，翻堆5～6次完成腐熟后堆体的pH为5～8，腐熟完成后的堆肥中碳氮比为15-25:1。
附图说明
图1为实施例5中秸秆腐熟程度图；
图2为对比例1的秸秆腐熟程度图。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
以下实施例中采用的复合菌剂为采用固体发酵工艺制得的白囊耙齿菌和哈茨木霉的混合菌剂。
复合菌剂中的白囊耙齿菌(Irpex lacteus)为菌株LL210，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏登记编号为CGMCC No.21057；哈茨木霉(Trichoderma hazianum)为菌株TH-18，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏登记编号为CGMCC No.5547。
以下实施例以及对比例中采用玉米秸秆、小麦秸秆、菇渣、牛粪以及羊粪均经过晾晒干燥处理，玉米秸秆的含水率为15.8％，小麦秸秆的含水率为10.0％、菇渣的含水率为6.5％，牛粪的含水率为15.2％，羊粪的含水率为16.5％。
实施例1
本实施例的秸秆腐熟剂为粉状剂型，主要由以下重量份数的组分组成：农业种植废弃物粉料480份、牛粪粉料20份、羊粪粉料20份和复合菌剂2份。所采用的农业种植废弃物粉料为玉米秸秆粉料和菇渣粉料的组合，玉米秸秆粉料和菇渣粉料的质量比为400:80；所采用的复合菌剂中总有效活菌数为30亿CFU/g，白囊耙齿菌的有效活菌数为10亿CFU/g，哈茨木霉的有效活菌数为20亿CFU/g。
本实施例的秸秆腐熟剂采用实施例4的秸秆腐熟剂的制备方法制得。
实施例2
本实施例秸秆腐熟剂为粉状剂型，主要由以下重量份数的组分组成：农业种植废弃物粉料480份、牛粪粉料20份、羊粪粉料20份和复合菌剂2份。所采用的农业种植废弃物粉料为玉米秸秆粉料和菇渣粉料，玉米秸秆粉料和菇渣粉料的质量比为400:80；所采用的复合菌剂由白囊耙齿菌和哈茨木霉组成，总有效活菌数为28亿CFU/g，白囊耙齿菌的有效活菌数为7亿CFU/g，哈茨木霉的有效活菌数为21亿CFU/g。
本实施例的秸秆腐熟剂采用实施例4的秸秆腐熟剂的制备方法制得。
实施例3
本实施例的秸秆腐熟剂为粉状剂型，主要由以下重量份数的组分组成：农业种植废弃物粉料200份、羊粪粉料10份、牛粪粉料10份和复合菌剂2.5份；所采用的农业种植废弃物粉料为小麦秸秆粉料、玉米秸秆粉料、甜瓜茎秧粉料和菇渣粉料，小麦秸秆粉料、玉米秸秆粉料、甜瓜茎秧粉料、菇渣粉料的质量比为40:40:10:10；所采用的复合菌剂同实施例1。
实施例4
本实施例的秸秆腐熟剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将农业种植废弃物、牛粪和羊粪集中粉碎混匀，得到粉状的有机物混合料；
2)将复合菌剂与步骤1)中得到的有机物混合料混匀，即得到秸秆腐熟粉剂。
实施例5
本实施例的秸秆腐熟方法，包括以下步骤：
将田间玉米秸秆收集后粉碎，然后添加实施例1得到的秸秆腐熟剂混匀制堆，调整堆体水分为60％后覆膜，覆膜后每7d翻堆一次，期间共翻堆6次，堆沤完成后即可完成田间秸秆腐熟。秸秆腐熟后堆肥如图1所示，堆肥中碳氮比为19.2:1。
实施例6
本实施例的秸秆腐熟方法，包括以下步骤：
将田间小麦秸秆收集后粉碎，然后添加实施例2得到的秸秆腐熟粉剂混匀制堆，调整堆体水分为65％后覆膜，覆膜后每7d翻堆一次，期间共翻堆5次，堆沤完成后即可完成田间秸秆腐熟。秸秆腐熟后堆肥中碳氮比为20.6:1。
实施例7
本实施例的秸秆腐熟方法，包括以下步骤：
将玉米秸秆收集后粉碎，然后添加实施例3得到的秸秆腐熟粉剂混匀制堆，调整堆体水分为65％后覆膜，覆膜后每7d翻堆一次，期间共翻堆5次，堆沤完成后即可完成田间秸秆腐熟。秸秆腐熟后堆肥中碳氮比为22.7:1。
对比例1
本对比例的秸秆腐熟方法，包括以下步骤：
1)将玉米秸秆400份、菇渣80份、羊粪20份和牛粪20份集中粉碎混匀，得到粉状的有机物混合料；
2)将有机物混合料在常温下堆沤发酵45天后，于10℃干燥机中干燥粉碎，即得常规秸秆腐熟剂。
3)将田间玉米秸秆收集后粉碎，然后施加常规秸秆腐熟剂混匀制堆，调整堆体水分为60％后覆膜，覆膜后每7d翻堆一次，期间共翻堆6次，堆沤完成后即可完成田间秸秆腐熟。
本对比例的秸秆腐熟后所得堆肥如图2所示，堆肥中碳氮比为18.6:1。
实验例1作物秸秆堆沤后堆体指标测定
采集实施例5～7以及对比例1中腐熟完成后的堆肥样品，分别采用烘干法测定各堆肥样品的含水量、重铬酸钾法测定有机质含量(林大仪.土壤学实验指导[M].北京：中国林业出版社出版，2014)、pH计测定pH值(林大仪.土壤学实验指导[M].北京：中国林业出版社出版，2014)、微生物形态与分子检测微生物种类数量(李阜棣，喻子牛，何绍江.农业微生物学实验技术[M].北京:中国农业出版社，1996)，结果如下表1所示；同时测定各堆肥样品中碱解氮、速效磷和速效钾含量，碱解氮用NaOH扩散，标准酸滴定法测定；有效磷用0.5mol/L NaHCO3浸提比色法测定；速效钾用1mol/L NH4OAc浸提，火焰光度计测定。(西北农林科技大学生理生化教研室.植物生理学试验指导[M].西安：陕西科学出版社，1987，113-116，123-126.)。本实验例中对各堆肥样品的每项测试均重复3次，结果如表1所示。
表1不同秸秆腐熟剂施用后堆体的相关指标含量
注：不同小写字母表示对比例和实施例之间差异显著(P<0.05)。
由表1数据可知，与对比例1中制备的常规秸秆腐熟剂相比，实施例1～3的秸秆腐熟剂能在一定程度上提高堆肥中有机质和碱解氮、速效磷、速效钾的含量，堆肥中的碳氮比有所升高。实施例5秸秆腐熟后得到的堆肥中有机质、碱解氮、速效磷和速效钾相较于对比例1秸秆腐熟后得到的堆肥分别增加了38.8％、71.7％、88.6％和122.0％；实施例6秸秆腐熟后得到的堆肥中有机质、碱解氮、速效磷和速效钾相较于对比例1秸秆腐熟后得到的堆肥分别增加了30.4％、79.1％、101.6％和110.5％，实施例7秸秆腐熟后得到的堆肥中有机质、碱解氮、速效磷和速效钾相较于对比例1秸秆腐熟后得到的堆肥分别增加了44.9％、90.9％、140.9％和133.6％，各实施例微生物种类和数量也明显增加。表明使用本发明的秸秆腐熟剂能够缓解腐熟后堆肥养分不均衡，促进有益微生物的生存。
实验例2秸秆腐熟剂肥效试验
采集实施例5～7以及对比例1中腐熟完成后的堆肥样品，分别采用失重率法测定各堆肥样品的完全变黑时间、腐烂变软时间(马新平，胡健，刘敏，丁义.失重率法测定秸秆腐熟剂对小麦秸秆腐熟度试验研究[J].上海农业科技，2014，4：36-37)、用foss半自动纤维素分析仪测定木质素分解率和纤维素分解率(Van Soest P J,Robertson J B,Lewis BA.Methods for dietary fiber,neutral detergent fiber,and nonstarchpolysaccharides in relation to animal nutrition[J].Journal of Dairy Science,1991,74(10):3583-3597)，另外统计发酵时间、最高环境温度等相关指标。本实验例中对各堆肥样品的每项测试均重复3次，结果如表2所示。
表2秸秆腐熟处理过程中相关数据的变化
注：不同小写字母表示对比例和实施例之间差异显著(P<0.05)。
由表2数据可知，与对比例1相比，实施例中秸秆的变黑时间、腐烂变软时间明显缩短；此外，实施例5、实施例6和实施例7中木质素分解率分别较对比例1提高107.13％、111.24％和118.9％；实施例5、实施例6和实施例7的纤维素分解率分别较对比例1提高68.07％、70.44％和74.6％；实施例5、实施例6和实施例7采用本发明的秸秆腐熟剂后在发酵时间上也有所减少，提高了秸秆的发酵速率。
由以上实验例可知，施用本发明的秸秆腐熟剂可以在一定程度上加快秸秆腐熟速率，改善土壤的pH值，提高土壤养分利用效率和有机质含量，维持一个较优的微生物共生环境。施用采用本发明的秸秆腐熟剂腐熟后的秸秆堆肥，能够有效的缓解过量施肥和根部病虫害高发的问题，提升土壤的养分，促进了减肥降药，推动了农业绿色高质量发展，值得推广应用。
Claims (10)
1.一种秸秆腐熟剂，其特征在于：为粉状剂型，主要由复合菌剂和以下重量份数的组分组成：农业种植废弃物粉料200～480份、动物粪便粉料20～40份；所述复合菌剂中微生物为白囊耙齿菌和哈茨木霉；所述白囊耙齿菌为菌株LL210，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏登记编号为CGMCC No.21057；所述哈茨木霉为菌株TH-18，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏登记编号为CGMCC No.5547。
2.根据权利要求1所述的秸秆腐熟剂，其特征在于：所述农业种植废弃物粉料为农作物秸秆粉料、农作物茎秧粉料、菇渣粉料中的一种或任意组合；所述农作物秸秆粉料为禾本科作物秸秆粉料，所述农作物茎秧粉料为甜瓜茎秧粉料；所述禾本科作物秸秆粉料为小麦秸秆粉料和/或玉米秸秆粉料。
3.根据权利要求2所述的秸秆腐熟剂，其特征在于：所述农业种植废弃物粉料为小麦秸秆粉料、玉米秸秆粉料、甜瓜茎秧粉料和菇渣粉料的组合，小麦秸秆粉料、玉米秸秆粉料、甜瓜茎秧粉料、菇渣粉料的质量比为20-60:20-60:10-20:10-20。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的秸秆腐熟剂，其特征在于：所述农业种植废弃物粉料为农作物秸秆粉料和菇渣粉料的组合，所述农作物秸秆粉料与菇渣粉料的质量之比为5～8:1。
5.根据权利要求1～3中任意一项所述的秸秆腐熟剂，其特征在于：所述动物粪便粉料为畜类粪便粉料，所述畜类粪便粉料为羊粪粉料和/或牛粪粉料。
6.根据权利要求5所述的秸秆腐熟剂，其特征在于：所述畜类粪便粉料为羊粪粉料和牛粪粉料的组合，羊粪粉料和牛粪粉料的质量之比为1:1。
7.根据权利要求1所述的秸秆腐熟剂，其特征在于：所述复合菌剂与动物粪便粉料的质量比为2.0～2.5:20～40。
8.根据权利要求1或7所述的秸秆腐熟剂，其特征在于：所述复合菌剂的有效活菌数为≥20亿CFU/g，白囊耙齿菌和哈茨木霉的活菌数之比为3-4:6-12。
9.一种如权利要求1～8中任意一项所述的秸秆腐熟剂的制备方法，其特征在于：将农业种植废弃物粉料、动物粪便粉料与复合菌剂混匀，即得。
10.一种农作物秸秆的腐熟方法，其特征在于：包括以下步骤：将如权利要求1～8中的任意一项的秸秆腐熟剂与待腐熟的农作物秸秆混匀后制堆，调整堆体水分为55-65％后覆膜，覆膜后每7-8天翻堆一次，翻堆5～6次。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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