CN115745701A - 一种基于畜禽粪污的有机肥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于畜禽粪污的有机肥及其制备方法，涉及农业技术领域。按质量份数计，基于畜禽粪污的有机肥的原料包括：动物粪便55～75份、植物秸秆25～40份、生物炭10～18份、花生麸5～10份、豆饼5～10份、生物刺激剂3～5份、氮磷钾肥15～25份、微生物制剂类4～8份、生物酶2～5份。本发明原料组成合理，制备方法简单，易于操作，减少了发酵过程中的恶臭气味以及重金属残留，提高了基于畜禽粪污的有机肥的腐熟程度，缩短了发酵周期。所制备的有机肥有效提高了荔枝的品质以及产量。

Description

一种基于畜禽粪污的有机肥及其制备方法

技术领域

本发明涉及农业技术领域，特别是涉及一种基于畜禽粪污的有机肥及其制备方法。

背景技术

随着畜牧业的不断发展，畜禽粪污造成的环境污染问题日益突出。近年来，大型养殖场逐渐增多，养殖粪污的数量巨大，不仅污染环境，而且威胁人类健康。如何有效处理畜禽粪便的污染，发展循环经济，高效利用畜禽粪便而变废为宝，是目前急需解决的问题。

养殖粪污中含有大量的氮、磷、钾及各种中微量元素，是一种营养丰富的有机肥料。目前在粪污的肥料化应用中，工艺主要有自然堆肥和微生物接种剂发酵等。微生物接种剂发酵是在堆肥的基础上通过添加功能微生物，利用有益微生物的迅速繁殖代替土著微生物，调节堆肥菌群结构，提高有益微生物活性，通过各菌种之间相互协同作用形成复杂而稳定的生态系统。其优点是能够快速分解粪便和秸秆等有机料而产生热能，使有机物料温度迅速升高，抑制或杀死有害微生物，提高腐熟程度，制备真正意义上的生物有机肥。但目前的微生物接种剂发酵工艺在粪污肥料化应用中仍存在恶臭气味严重、重金属残留高、腐熟程度低、发酵周期长等弊端。

发明内容

基于上述内容，本发明提供一种基于畜禽粪污的有机肥及其制备方法，通过田间微生物制剂和生物酶，产生协同效益，加快有机物料的发酵，使有机物料快速腐熟，减少恶臭气味，降低重金属残留，提高腐熟程度，缩短发酵周期。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明技术方案之一，一种基于畜禽粪污的有机肥，按质量份数计，原料包括：动物粪便55～75份、植物秸秆25～40份、生物炭10～18份、花生麸5～10份、豆饼5～10份、生物刺激剂3～5份、氮磷钾肥15～25份、微生物制剂类4～8份、生物酶2～5份。

动物粪便与植物秸秆需要一定的比例形成合理的碳氮比，有利于微生物发酵，如果超出这个范围，微生物发酵的速度和效果比较差，不利于有机肥的制备。生物炭限定上述添加比例是为了促进微生物在生物炭上面的负载，提高微生物数量，超出这个范围不利用微生物的繁殖。花生麸和豆饼的蛋白质含量高，可分解成小分子的多肽、寡肽和氨基酸，超出添加范围不利于小分子的多肽、寡肽和氨基酸的形成。氮磷钾肥超过上述添加范围不利于总养分的合理配比，影响肥效。生物刺激剂主要功能是促进根系生长，超出上述记载的范围会降低有机肥的肥效。微生物制剂类、生物酶的主要功能为分解有机质，超出这个范围将不利于大分子有机质的分解和发酵。

进一步地，所述动物粪便为猪粪、鸡粪、鸭粪、鹅粪、牛粪和羊粪中的一种或多种。

进一步地，所述植物秸秆为水稻、玉米或蔬菜类秸秆中的一种；所述蔬菜类秸秆为辣椒秸秆、茄子秸秆或番茄秸秆等。

进一步地，所述生物炭为水稻秸秆、玉米秸秆和园林废弃物中的一种或多种通过热解而成的生物炭。

进一步地，所述生物刺激剂为壳聚糖、海藻多糖、鱼蛋白水解物质量比15～25：10～15：55～80的混合物。

鱼蛋白水解物的主要原料是水产品中的低值鱼，低值鱼不仅含有丰富的蛋白质和脂肪，还富含具有保健功能的高度不饱和脂肪酸(EPA、DHA)、牛磺酸、鱼骨钙等多种活性物质，将蛋白质降解成低分子肽类和氨基酸等，具有提高作物抗冻、抗旱等抗逆能力的功能；海藻多糖主要以海带和深海巨型藻类等为原料，经过化学水解法(即氢氧化钾水解法)、物理提取法、生物发酵法(即酶降解法)等分解成小分子有机物，具有激活细胞生殖，活化生理机能，增强光合作用，促进植株健壮，提高坐花坐果率，减少畸形果率等功能；壳聚糖是从虾、蟹壳中提取出来的，采用现代生物技术分解，提取并添加多种微量元素、植物生长所必需的营养元素，可有效地诱导作物产生抗性蛋白、木质素酚类代谢、愈创葡聚糖等，增强植物对病害的防御能力。将这三种物质按上述比例混合作为生物刺激剂，可同时提高作物的抗逆性，增强光合作用以及作物抗病能力，具有较强的协同增效作用，本发明经反复试验验证，壳聚糖、海藻多糖、鱼蛋白水解物按质量比15～25：10～15：55～80混合作为生物刺激剂的效果，显著优于单一的壳聚糖、海藻多糖或鱼蛋白水解物作为生物刺激剂的技术效果，也明显优于壳聚糖、海藻多糖、鱼蛋白水解物超出上述比例范围混合作为生物刺激剂的技术方案，说明以上述比例混合的壳聚糖、海藻多糖、鱼蛋白水解物，具有较强的协同增效作用。

进一步地，所述氮磷钾肥为硝基磷肥、硫酸钾、磷酸一铵质量比30～45：20～35：40～55的混合物。

进一步地，所述微生物制剂类为解淀粉芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌质量比为1：0.5～3.0的混合物；所述生物酶具体为碱性蛋白酶、酸性蛋白酶和中性蛋白酶质量比1：0.3～2.0：0.2～1.5的混合物。

本发明技术方案之二，上述基于畜禽粪污的有机肥的制备方法，包括以下步骤：

将动物粪便、植物秸秆、生物炭和微生物制剂类混合后进行建堆发酵，发酵结束后得到混合物A；

将花生麸、豆饼和生物酶混合后酶解，酶解结束后得到混合物B；

将生物刺激剂、氮磷钾肥和所述混合物A、所述混合物B混合均匀后干燥、粉碎、造粒，得到所述基于畜禽粪污的有机肥。

堆肥发酵的目的是促进动物粪便、植物秸秆、生物炭混合物快速发酵腐熟，充分发酵可以避免粪肥在土壤中再次发酵发热带来的作物烧根现象；发酵腐熟时高温可把粪肥中有害菌杀灭，减少根源性疾病发生。有机物料在发酵处理过程中，伴随着微生物的大量快速繁殖和一系列复杂的生化反应过程，微生物在繁殖过程中会产生大量的特效代谢物质(如酶、激素、抗生素，不是外来的化学激素抗生素，只有好处而无任何毒副作用)，其中激素可刺激作物快速生长发育；而抗生素则能明显抑制土传病菌的传播，提高作物抗病、抗逆性能。动物粪便、植物秸秆等有机物质通过发酵后分解成小分子的有机物，有利于提高土壤有机质，刺激作物根系生长。

微生物制剂类可提供有机肥发酵的专门菌种，主要功能为分解有机质，提高发酵的效果。

花生麸和豆饼的碳氮比比较低，其中的含量是以植物蛋白为主，通过酶解可以快速将长链的大分子蛋白质分解为多肽、寡肽和氨基酸，这些小分子的有机物非常有利于作物吸收。花生麸和豆饼通过发酵达不到有效提高荔枝产量及品质的效果，通过酶解的效果更高。

本发明经过反复试验验证，相比除生物刺激剂、氮磷钾肥外的所有原料统一进行堆肥发酵，或者统一进行酶解后再与生物刺激剂、氮磷钾肥混合造粒的技术方案，混合物A和混合物B分别制备完成后再与其他原料混合造粒，可明显抑制土壤中的土产病害，可将作物(荔枝)发病率降低20～65％，减少日常管理中的施药次数。

进一步地，所述建堆发酵具体为：调整含水量为60wt％～70wt％后建堆发酵，发酵过程中3～4d翻堆一次，共发酵10～15d；

所述酶解具体为40～60℃酶解5～7d；

经过发酵后，有些还没有完全分解的大分子有机物，如蛋白质、纤维素等，在40～60℃的温度下，通过添加生物酶进行酶解，将大分子有机物进一步分解成小分子有机物。

本发明经过反复试验验证，只有当酶解的温度、时间为上述参数范围时，酶解的效果最好，超出上述酶解温度、时间范围，均不利于酶解的进行，酶解效果下降。

所述干燥具体为45～75℃干燥0.5～5.5h；通过转筒干燥机进行干燥。

本发明公开了以下技术效果：

本发明原料中通过添加有植物秸秆、生物炭、花生麸和豆饼，可以改变土壤物理性状，改变土壤团粒结构，增加土壤毛管孔隙、非毛管孔隙，减小土壤容重、增加土壤通气度、增加饱和导水率、保蓄水分、减少蒸发、有效提高降水利用效率，还可以改变土壤化学性状，增加土壤有机质、调节土壤酸碱度、增强土壤缓冲能力，提高荔枝的根系活性。

本发明原料中添加有动物粪便和微生物制剂类，动物粪便和微生物制剂类发酵后内部含有大量有益微生物，可以增加土壤微生物数量、提高酶活性，同时抑制有害真菌类、细菌、放线菌活动，减少土壤病害；且腐殖酸可以改善土壤结构和通透性，还可以提高土壤的离子交换性和缓冲性。各原料共同作用能够刺激荔枝根系生长，提高荔枝对养分的吸收效率，从而提高荔枝的产量和品质。

本发明原料中添加有生物刺激剂和氮磷钾肥，生物刺激剂中的高分子聚合物可以明显增加土壤水稳性团粒含量，减少水土流失；氮磷钾肥可以弥补有机肥中矿质养分，实现有机无机协同增效，提高土壤供肥能力。

本发明原料中添加的动物粪便和生物刺激剂类，其本身含有大量的微量元素和有机物质，对作物生长十分有利，可以提高土壤肥力和作物产量、改善作物品质。

本发明原料组成合理，制备方法简单，易于操作，减少了发酵过程中的恶臭气味以及重金属残留，提高了基于畜禽粪污的有机肥的腐熟程度，缩短了发酵周期。所制备的有机肥有效提高了荔枝的品质以及产量。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

本发明中所述的“份”如无特别说明，均按质量份计。

本发明实施例中所用原材料如无特殊说明，均可自购买途径获得。

本发明实施例中所用的动物粪便具体为猪粪；所用的植物秸秆为玉米秸秆；所用的生物炭具体为水稻秸秆热解而成的生物炭；所用的微生物制剂类具体为解淀粉芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌质量比1：1的混合物；所用的生物刺激剂具体为壳聚糖、海藻多糖、鱼蛋白水解物质量比20：13：60的混合物；所用的氮磷钾肥具体为硝基磷肥、硫酸钾、磷酸一铵质量比35：30：45的混合物；所用的生物酶为碱性蛋白酶、酸性蛋白酶和中性蛋白酶质量比1：1：1的混合物。

实施例1

基于畜禽粪污的有机肥，原料由以下物质组成：

动物粪便60份、植物秸秆30份、生物炭15份、花生麸7份、豆饼8份、生物刺激剂4份、氮磷钾肥20份、微生物制剂类6份和生物酶3份。

上述基于畜禽粪污的有机肥的制备方法为以下步骤：

步骤1，将动物粪便、植物秸秆、生物炭混合，向得到的混合物中洒上微生物制剂类，调整含水量为65wt％(60wt％～70wt％与65wt％技术效果相当)后进行建堆发酵，发酵12d(10～15d与12d技术效果相当)，期间3d(3～4d与3d技术效果相当)翻堆一次，得到混合物A；

步骤2，将花生麸和豆饼混合，向得到的混合物中洒上生物酶，50℃(40～60℃与50℃技术效果相当)酶解6d(5～7d与6d技术效果相当)，得到混合物B；

步骤3，将生物刺激剂、混合物A、混合物B和氮磷钾肥一起混合均匀，得到混合物C；

步骤4，将混合物C放入干燥机中60℃干燥1h，之后粉碎，放入造粒机中进行造粒得到基于畜禽粪污的有机肥(简称有机肥)，粒径2～4mm。

本实施例制备的有机肥中有机质含量56-55％，氮磷钾总养分含量5-8％，有效活菌数0.2-5亿个/克。

实施例2

与实施例1不同之处仅在于，基于畜禽粪污的有机肥，原料由以下物质组成：动物粪便63份、植物秸秆32份、生物炭16份、花生麸6份、豆饼7份、生物刺激剂3份、氮磷钾肥22份、微生物制剂类5份和生物酶4份。

实施例3

与实施例1不同之处仅在于，原料由以下物质组成：动物粪便60份、植物秸秆30份、生物炭15份、花生麸7份、豆饼8份、氮磷钾肥20份、微生物制剂类6份和生物酶3份；即省略了生物刺激剂的添加。

对实施例1～3制备的有机肥的性能进行验证：

对实施例1制备的有机肥按不同比例施用后(施用方式为：一个采果周期内共施肥3次，分别为基肥(2021年7月20号)、坐果肥(2022年3月25号)和壮果肥(2022年4月30号)，实验处理中的有机肥作为基肥一次性施入，其他时候只施加化肥。)的土壤可培养微生物数量进行测定，结果如表1所示；对采收后荔枝果实品质及产量进行测定，结果如表2所示。同时设置对照组(对照组不施肥)和单施化肥组；基肥CF处理(CF处理对应表中“单施化肥”处理)参照果农常规方案，施用22-9-10复合肥1.5kg/株，所有化肥减量处理施用22-9-10复合肥1.05kg/株；坐果肥CF处理施入20-5-20复合肥0.7kg/株，所有化肥减量处理施用15-5-30复合肥0.49kg；壮果肥CF处理施入15-5-30复合肥0.8kg/株，所有化肥减量处理施用15-5-30复合肥0.56kg。所有化肥减施处理相较CF处理均减量30％。供试猪粪有机肥为自制，沤腐后的猪粪经风干后粉碎，过2mm筛网后备用。猪粪有机肥的pH为6.69，有机质613.7g/kg，N、P、K、Ca和Mg含量分别约为43.61、12.91、19.47、11.32和6.76g/kg。供试土壤pH5.33，有机质18.53g/kg，碱解N 105.24、有效P 14.76、速效K 50.24、Ca 204.32、Mg 34.56、Zn 0.65、B0.045、Mo 0.116mg/kg。

表1不同处理荔枝根际土壤可培养微生物数量

由表1能够看出，不同处理根际土壤中的可培养细菌、放线菌与真菌的数量均表现为施化肥+有机肥＞单施化肥＞不施肥。其中，可培养细菌的数量随着有机肥投入量的增加而提高，放线菌的数量随着有机肥投入量的增加呈现先升高后下降的趋势，真菌的数量在有机肥投入量不等的情况下各处理差异并不明显。可培养微生物的数量OF20处理(化肥减量+20公斤有机肥)细菌数量最高，为12.107×10⁶CFU/g，比CF处理(单施化肥)细菌数量(10.833×10⁶CFU/g)提高了11.8％；OF15处理(化肥减量+15公斤有机肥)对放线菌数量的提高最为明显，数量为12.320×10⁵CFU/g，比CF处理放线菌数量(10.433×10⁵CFU/g)提高了18.1％；OF10处理(化肥减量+10公斤有机肥)真菌数量最多，为12.906×10⁵CFU/g，比CF处理真菌数量为(11.283×10⁵CFU/g)高出14.4％。

表2不同处理荔枝果实品质及产量

由表2能够看出，化肥+有机肥处理可以提高荔枝果实的产量及品质，具体表现为果实可溶性固形物含量提高，最高的OF15处理(化肥减量+15公斤有机肥)下果实可溶性固形物含量为20.02％，CF处理(单施化肥)下果实可溶性固形物含量为17.48％，OF15比CF处理提高了14.5％；果实总糖含量表现最佳也为OF15处理，为18.15％，相较CF处理下果实总糖含量的16.82％提高了7.9％；可滴定酸含量OF20处理(化肥减量+20公斤有机肥)最低，为7.38％，比CF处理下可滴定酸含量的8.97％降低了17.7％；果实V_c含量指标上OF10处理(化肥减量+10公斤有机肥)表现最佳(35.74mg/100g)，相较于CF处理下果实V_c含量(29.86mg/100g)提高了19.7％。在荔枝产量上，配施有机肥都能提高荔枝的产量，产量最高的为OF15处理，可达5663.63kg·hm^-2，相较于CF处理增产了13.75％。

3、对实施例1-3制备的有机肥的养分参数进行检测，同时对自然堆肥(将所有原料混合后按实施例1步骤1的堆肥方式进行堆肥发酵，之后干燥造粒得到有机肥)、菌剂+酶解堆肥(先通过给所有有机物料添加菌剂进行发酵，然后再添加生物酶，进行进一步的分解，提高有机质和总养分含量，增加有效活菌数。最后添加生物刺激剂，增加有机肥的生根促长功能。)制备的有机肥进行养分参数检测，结果如表3所示。

表3不同有机肥原料对养分参数的影响

由表3能够看出，实施例1、2添加菌剂和生物酶进行发酵的制备方法，所制备的有机肥中有机质含量、有效活菌数和总养分含量(N、P₂O₅、K₂O)显著提升，水分含量显著下降，各个指标均达到生物有机肥(NY844～2012)的执行标准。

本发明还验证了将实施例1、2制备的有机肥分别用于龙眼、苹果、猕猴桃，对于最终果实产量及品质的影响，结果表明与单施化肥相比，施用15公斤实施例1或2制备的有机肥+化肥的施肥方式对龙眼、苹果、猕猴桃的产量及品质均有一定的提高(以施用15公斤实施例1制备的有机肥+化肥的施肥方式为例，龙眼：产量提高10-20％，可溶性固形物含量提高5-10％，总糖含量提高8-12％；苹果：产量提高15-25％，可溶性固形物含量提高6-13％，总糖含量提高9-15％；猕猴桃：产量提高12-17％，可溶性固形物含量提高5-13％，总糖含量提高7-14％)。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于畜禽粪污的有机肥，其特征在于，按质量份数计，原料包括：动物粪便55～75份、植物秸秆25～40份、生物炭10～18份、花生麸5～10份、豆饼5～10份、生物刺激剂3～5份、氮磷钾肥15～25份、微生物制剂类4～8份、生物酶2～5份。

2.根据权利要求1所述的基于畜禽粪污的有机肥，其特征在于，所述动物粪便为猪粪、鸡粪、鸭粪、鹅粪、牛粪和羊粪中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的基于畜禽粪污的有机肥，其特征在于，所述植物秸秆为水稻秸秆、玉米秸秆或蔬菜类秸秆。

4.根据权利要求1所述的基于畜禽粪污的有机肥，其特征在于，所述生物炭为水稻秸秆、玉米秸秆和园林废弃物中的一种或多种通过热解而成的生物炭。

5.根据权利要求1所述的基于畜禽粪污的有机肥，其特征在于，所述生物刺激剂为壳聚糖、海藻多糖、鱼蛋白水解物质量比15～25：10～15：55～80的混合物。

6.根据权利要求1所述的基于畜禽粪污的有机肥，其特征在于，所述氮磷钾肥为硝基磷肥、硫酸钾、磷酸一铵质量比30～45：20～35：40～55的混合物。

7.根据权利要求1所述的基于畜禽粪污的有机肥，其特征在于，所述微生物制剂类为解淀粉芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌质量比1：0.5～3.0的混合物；所述生物酶具体为碱性蛋白酶、酸性蛋白酶和中性蛋白酶质量比1：0.3～2.0：0.2～1.5的混合物。

8.一种权利要求1～7任一项所述的基于畜禽粪污的有机肥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将动物粪便、植物秸秆、生物炭和微生物制剂类混合后进行建堆发酵，发酵结束后得到混合物A；

将花生麸、豆饼和生物酶混合后酶解，酶解结束后得到混合物B；

将生物刺激剂、氮磷钾肥和所述混合物A、所述混合物B混合均匀后干燥、粉碎、造粒，得到所述基于畜禽粪污的有机肥。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述建堆发酵具体为：调整含水量为60wt％～70wt％后建堆发酵，发酵过程中3～4d翻堆一次，共发酵10～15d；

所述酶解具体为40～60℃酶解5～7d；

所述干燥具体为45～75℃干燥0.5～5.5h。