CN105646035A - 一种利用植物秸秆制备水溶性生态有机碳肥的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用植物秸秆制备水溶性生态有机碳肥的方法，该水溶性有机碳肥以植物秸秆为主要原料，采用微生物降解方法，分阶段加入酸碱调节剂、人畜粪便、草炭、绿肥、小分子有机酸、小分子有机醇而制得；其中，所述各原料的重量份为：植物秸秆50~70份，酸碱调节剂5~8份，人畜粪便5~15份，草炭5~10份，绿肥5~15份，小分子有机酸3~5份，小分子有机醇3~5份。本发明采用的微生物降解技术方法制备水溶性有机碳肥，操作简单，生态环保，制肥效率高，原料及劳动力成本低。制得的有机碳肥不仅含有植物生长所需的各种营养元素，而且碳氮比较高，水溶性有机碳含量较高，肥效好，属于速效有机肥。

Description

一种利用植物秸秆制备水溶性生态有机碳肥的方法

技术领域

本发明涉及有机生态肥的制备领域，尤其是涉及一种利用植物秸秆制备水溶性生态有机碳肥的配方及制备方法。

背景技术

我国地域辽阔，耕地面积大。近年来，随着农业科技的发展和国家惠农政策的实施，农民种植的积极性大幅提高，我国的粮食产量逐年增长，随之也产生了很多农业生产废弃物和农业加工废弃物，而农作物秸秆是其中最为量大的废弃物。农作物秸秆的不当处理会造成严重的环境污染，并对人和动植物的健康带来严重威胁。而农作物秸秆的有效回收利用，既能减少污染，又能变废为宝。如何充分利用我国储量巨大的秸秆类生物资源，使之与经济效益和环境保护相协调，成为研究和关注的焦点。

碳是植物生长必须的大量元素。一般而言，植物获取碳元素主要通过两个途径：一是由叶片吸收空气中的二氧化碳，通过光合作用转化为碳水化合物，形成植物组织；二是由植物的根部从土壤中直接吸收可溶解于水的碳元素，在植物内部经电化学反应形成纤维素、糖分等植物组织。对植物来说，来自空气和土壤中的碳元素都是必须的。近年来，随着农药和化肥的大量使用，许多土壤中的有机质逐渐减少，农作物出现叶片变薄、茎干虚胖、早衰及易发病等问题，尤其是人工种植中，因土壤缺碳造成的作物缺陷越来越多。可见，靠叶片吸收二氧化碳不能代替植物根部吸收水溶性碳的作用，对农作物根部施加碳肥是必不可少的。

植物秸秆中含有大量的有机质，经过一定的降解发酵可转化为能被作物吸收的营养物质，其中包含植物所需的碳元素。因此，利用废弃的植物秸秆制备可溶性有机碳肥，具有很大的经济效益和环境效益。目前研究使用的碳肥有以下几类：

（1）制备饱和的二氧化碳水溶液肥料，在阳光强烈且无风时滴灌或渗灌。一部分二氧化碳随着水分子渗入土壤，被植物根部吸收。逸出的二氧化碳气体则可被叶片吸收，促进光合作用。此法根部吸收较少，且制备及保存肥料较为麻烦，应用条件受限；

（2）压缩二氧化碳成液体肥料并深埋于土壤中，此法需要在高压下制备肥料，成本较高，肥料的运输和保存困难。液态二氧化碳的气化吸收大量热量，会造成土壤温度骤降，植物根部因低温受冻而破坏。且液体气化后从土壤中逸出，吸收率不能保证；

（3）制备复合型碳基钾肥、碳基氮肥、碳基磷肥等，如碳酸钾、碳酸铵等，此法应用较多，成本低廉，能在提供碳素的同时，按需提供植物生长所需的氮磷钾等其他元素。但无机物在土壤环境中不稳定，其水解等反应释放出的二氧化碳也难以被植物根部固定。

（4）通过肥料中的有机质提供有机碳，以满足植物根部吸收碳元素的需要。很多有机质中，碳含量虽然较高，但其很难溶于水，因而难以被植物吸收。开发可溶于水的有机碳肥能有效解决这一问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用植物秸秆制备水溶性生态有机碳肥的方法，解决现有技术中有机碳肥难溶于水，见效慢，吸收率低等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种利用植物秸秆制备水溶性生态有机碳肥的方法，其特征在于主要由以下重量份的组分作为原料：植物秸秆50~70份，酸碱调节剂5~8份，人畜粪便5~15份，草炭5~10份，绿肥5~15份，小分子有机酸3~5份，小分子有机醇3~5份；通过好气性微生物降解阶段；进一步降解阶段；嫌气性微生物降解阶段进行制备。

优选的，所述植物秸秆为常见的农作物秸秆，如小麦秸秆、玉米秸秆、高粱秸秆，可干燥后造粒使用，也可直接使用；所述酸碱调节剂为石灰或草木灰；所述草炭为含有大量水分和未被彻底分解的植物残体、腐殖质及部分矿物质的沼泽发育产物，其中有机物含量不低于30%；所述绿肥为养分完全的绿色植物体，如满江红或水葫芦；所述小分子有机酸为碳原子数不大于4的有机酸，如甲酸、乙酸、丙二酸或异丁酸；所述小分子有机醇为碳原子数不大于4的有机醇，如甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇或异丁醇。

优选的，所述好气性微生物降解阶段的具体操作方法为：按需求建造发酵工作间，墙壁上留通风孔，调节植物秸秆的含水量为60~75%后，将其放入工作间铺作为一层，在秸秆层上撒布酸碱调节剂、人畜粪便、喜糖霉菌及无芽孢细菌。然后铺设第二层秸秆，并撒布第二层酸碱调节剂、人畜粪便、喜糖霉菌及无芽孢杆菌，直到铺设完毕，打开通风孔保持良好通风，发酵3~5h后进行翻堆，然后继续发酵3~5h。

优选的，所述秸秆每层厚度为40~60cm，总厚度不超过工作间高度的70%；所述喜糖霉菌的使用量为秸秆重量的0.1~0.3%；所述无芽孢细菌的使用量为秸秆重量的0.2~0.4%。

优选的，所述进一步降解阶段的具体操作方法为：向秸秆堆加入草炭和绿肥，然后关闭一半的通风孔，加入芽孢细菌和纤维菌，搅拌均匀，使其发酵4~6h。

优选的，所述芽孢细菌的使用量为秸秆重量的0.1~0.2%；所述纤维菌的使用量为秸秆重量的0.2~0.3%。

优选的，所述嫌气性微生物降解阶段的具体操作方法为：向秸秆堆加入小分子有机酸及小分子有机醇溶液，关闭所有的通风孔，加入放线菌，搅拌均匀，使其发酵8~10h。

优选的，所述小分子有机酸溶液的质量分数为10~15%；所述小分子有机醇溶液的质量分数为10~15%；所述放线菌的使用量为秸秆重量的0.2~0.4%。

本发明先采用石灰或草木灰作为酸碱调节剂，调节待降解的植物秸秆为弱碱性，然后将植物秸秆分层铺设，层间加入人畜粪便、好气性喜糖霉菌及无芽孢杆菌，在通风条件下进行初步降解。此过程中，发生降解的主要是水溶性物质及淀粉等。人畜粪便的使用，能调节所得肥料的碳氮比，以减小氮元素的损失。然后加入草炭和绿肥，并同时引入芽孢细菌和纤维菌，搅拌均匀，在半通风条件下进一步发酵降解。此过程中，发生降解的主要是蛋白质、纤维素及果胶类物质等。绿肥中活性物质较多，能大大促进微生物的活动，提高降解速度。最后在秸秆中加入小分子有机酸及小分子有机醇溶液，同时引入嫌气性的放线菌，在完全封闭的工作间内完成剩余的发酵过程。小分子有机酸和小分子有机醇中的碳素能较好地被植物根部吸收。此过程主要分解蜡质、木质素及单宁等。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明采用的方法不需要使用专门的反应设备，只需建造不透水不渗油的发酵工作间即可。降解过程的三个阶段无明确界限，相互渗透，相互制约并自然过渡。反应可连续进行，提高了有机碳肥的生产效率。

（2）本发明使用的原料来源广泛，价格低廉。其中多数为农业生产废弃物、农业加工废弃物或其他行业的下脚料。除预留通气孔外，反应几乎不向外界排除液体或固体物质，大大降低了后期处理成本。

（3）本发明使用的方法不仅变废为宝，使过去靠燃烧处理的秸秆资源得到有效利用，并大大减小了秸秆燃烧带来的环境问题。而且整个制备过程不需要加热加压等，大大降低了能源消耗，利于节约资源。

（4）本发明制得的水溶性生态有机碳肥，不仅能提供植物生长所需的碳元素，而且富含氮、钙、磷、钾、镁、铁、锌等大量、中量及微量元素，提供植物生长所需的全面营养。并富含活性成分，能吸附土壤中的污染物，改善土壤的保水保肥能力。

（5）本发明制得的水溶性生态有机碳肥中的碳元素能溶于水中，从而被植物根部有效吸收，属于速效肥料，吸收率和有效利用率都较高。

（6）本发明中使用的草炭加入量虽较少，但其能起到良好的土壤调节的作用，尤其是对土壤的通气性能有明显改善，可用于改良结板土壤。且其营养丰富，含有较多腐殖酸，有利于微生物活动，增强生物性能。

具体实施方式

以下所述具体实施方式，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如下，然而并非用以限定本发明，任何在不脱离本发明技术方案范围内，利用下述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以下实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

实施例1

水溶性生态有机碳肥制备方法：首先，选择背风向阳，靠近水源的平整水泥地面，建造长6m，宽3m，高2m的发酵工作间，宽度方向留开口，其他墙壁上留通风孔。将含水量为70%的小麦秸秆70kg分为7份，每份铺一层。每层间撒布1kg草木灰、0.7kg人畜粪便、0.02kg喜糖霉菌及0.03kg无芽孢杆菌。打开所有通风孔，发酵3h后翻堆，继续发酵3h。然后加入5kg草炭和5kg满江红，关闭一半的通风孔，加入0.07kg芽孢细菌和0.14kg纤维菌，搅拌均匀，使其发酵4h。最后加入质量分数为10%的甲酸溶液40kg及质量分数为10%的甲醇溶液40kg，关闭所有的通风孔，加入0.21kg放线菌，搅拌均匀，使其发酵10h。由此即制得以小麦秸秆为主要原材料，草木灰、人畜粪便、草炭、满江红、甲酸、甲醇为辅料的水溶性生态有机碳肥。

实施例2

水溶性生态有机碳肥制备方法：首先，选择背风向阳，靠近水源的平整水泥地面，建造长6m，宽3m，高2m的发酵工作间，宽度方向留开口，其他墙壁上留通风孔。将含水量为70%的小麦秸秆65kg分为6份，每份铺一层。每层间撒布1.2kg草木灰、1.7kg人畜粪便、0.022kg喜糖霉菌及0.032kg无芽孢杆菌。打开所有通风孔，发酵3h后翻堆，继续发酵3h。然后加入5kg草炭和5kg满江红，关闭一半的通风孔，加入0.065kg芽孢细菌和0.13kg纤维菌，搅拌均匀，使其发酵5h。最后加入质量分数为10%的甲酸溶液40kg及质量分数为10%的甲醇溶液40kg，关闭所有的通风孔，加入0.195kg放线菌，搅拌均匀，使其发酵8h。由此即制得以小麦秸秆为主要原材料，草木灰、人畜粪便、草炭、满江红、甲酸、甲醇为辅料的水溶性生态有机碳肥。

实施例3

水溶性生态有机碳肥制备方法：首先，选择背风向阳，靠近水源的平整水泥地面，建造长6m，宽3m，高2m的发酵工作间，宽度方向留开口，其他墙壁上留通风孔。将含水量为70%的高粱秸秆60kg分为6份，每份铺一层。每层间撒布1.2kg草木灰、1.7kg人畜粪便、0.02kg喜糖霉菌及0.03kg无芽孢杆菌。打开所有通风孔，发酵4h后翻堆，继续发酵4h。然后加入10kg草炭和5kg满江红，关闭一半的通风孔，加入0.06kg芽孢细菌和0.12kg纤维菌，搅拌均匀，使其发酵6h。最后加入质量分数为10%的乙酸溶液40kg及质量分数为10%的乙二醇溶液40kg，关闭所有的通风孔，加入0.18kg放线菌，搅拌均匀，使其发酵10h。由此即制得以高粱秸秆为主要原材料，草木灰、人畜粪便、草炭、满江红、乙酸、乙二醇为辅料的水溶性生态有机碳肥。

实施例4

水溶性生态有机碳肥制备方法：首先，选择背风向阳，靠近水源的平整水泥地面，建造长6m，宽3m，高2m的发酵工作间，宽度方向留开口，其他墙壁上留通风孔。将含水量为70%的高粱秸秆55kg分为5份，每份铺一层。每层间撒布1.4kg石灰、2kg人畜粪便、0.022kg喜糖霉菌及0.033kg无芽孢杆菌。打开所有通风孔，发酵4h后翻堆，继续发酵4h。然后加入10kg草炭和10kg水葫芦，关闭一半的通风孔，加入0.055kg芽孢细菌和0.11kg纤维菌，搅拌均匀，使其发酵4h。最后加入质量分数为10%的乙酸溶液40kg及质量分数为10%的乙二醇溶液40kg，关闭所有的通风孔，加入0.165kg放线菌，搅拌均匀，使其发酵9h。由此即制得以高粱秸秆为主要原材料，石灰、人畜粪便、草炭、水葫芦、乙酸、乙二醇为辅料的水溶性生态有机碳肥。

实施例5

水溶性生态有机碳肥制备方法：首先，选择背风向阳，靠近水源的平整水泥地面，建造长6m，宽3m，高2m的发酵工作间，宽度方向留开口，其他墙壁上留通风孔。将含水量为70%的玉米秸秆50kg分为5份，每份铺一层。每层间撒布1.4kg石灰、2kg人畜粪便、0.02kg喜糖霉菌及0.03kg无芽孢杆菌。打开所有通风孔，发酵5h后翻堆，继续发酵5h。然后加入10kg草炭和15kg水葫芦，关闭一半的通风孔，加入0.05kg芽孢细菌和0.1kg纤维菌，搅拌均匀，使其发酵5h。最后加入质量分数为10%的丁二酸溶液40kg及质量分数为10%的丙三醇溶液40kg，关闭所有的通风孔，加入0.15kg放线菌，搅拌均匀，使其发酵8h。由此即制得以玉米秸秆为主要原材料，石灰、人畜粪便、草炭、水葫芦、丁二酸、丙三醇为辅料的水溶性生态有机碳肥。

实施例6

水溶性生态有机碳肥制备方法：首先，选择背风向阳，靠近水源的平整水泥地面，建造长6m，宽3m，高2m的发酵工作间，宽度方向留开口，其他墙壁上留通风孔。将含水量为70%的玉米秸秆60kg分为6份，每份铺一层。每层间撒布1.2kg石灰、1.7kg人畜粪便、0.02kg喜糖霉菌及0.03kg无芽孢杆菌。打开所有通风孔，发酵5h后翻堆，继续发酵5h。然后加入5kg草炭和10kg水葫芦，关闭一半的通风孔，加入0.06kg芽孢细菌和0.12kg纤维菌，搅拌均匀，使其发酵6h。最后加入质量分数为10%的丁二酸溶液40kg及质量分数为10%的丙三醇溶液40kg，关闭所有的通风孔，加入0.18kg放线菌，搅拌均匀，使其发酵9h。由此即制得以玉米秸秆为主要原材料，石灰、人畜粪便、草炭、水葫芦、丁二酸、丙三醇为辅料的水溶性生态有机碳肥。

结合具体实施例，得到的实验数据如下表所示。

实施例	最少降解时间/h	秸秆利用率/%	总有机碳/g·kg-1	水溶性有机碳/g·kg-1	活性有机碳/g·kg-1
						实施例1	20	82	15.24	0.282	3.82
实施例2	19	79	15.65	0.306	3.95
						实施例3	24	83	16.33	0.334	3.79
实施例4	21	85	16.12	0.325	4.13
						实施例5	23	78	15.8	0.312	4.05
实施例6	25	84	15.35	0.297	4.66

Claims (7)

1.一种利用植物秸秆制备水溶性生态有机碳肥的方法，其特征在于主要以下重量份的组分作为原料：植物秸秆50~70份，酸碱调节剂5~8份，人畜粪便5~15份，草炭5~10份，绿肥5~15份，小分子有机酸3~5份，小分子有机醇3~5份;制备过程分为三个阶段：好气性微生物降解阶段；进一步降解阶段；嫌气性微生物降解阶段。

2.根据权利要求1所述的一种利用植物秸秆制备水溶性生态有机碳肥的方法，其特征在于：

所述植物秸秆为常见的农作物秸秆，如小麦秸秆、玉米秸秆、高粱秸秆，可干燥后造粒使用，也可直接使用；

所述酸碱调节剂为石灰或草木灰；

所述草炭为含有大量水分和未被彻底分解的植物残体、腐殖质及部分矿物质的沼泽发育产物，其中有机物含量不低于30%；

所述绿肥为养分完全的绿色植物体，如满江红或水葫芦；

所述小分子有机酸为碳原子数不大于4的有机酸；

所述小分子有机醇为碳原子数不大于4的有机醇。

3.根据权利要求1所述的一种利用植物秸秆制备水溶性生态有机碳肥的方法，其特征在于：所述小分子有机酸优选甲酸、乙酸、丙二酸或异丁酸。

4.根据权利要求1所述的一种利用植物秸秆制备水溶性生态有机碳肥的方法，其特征在于：所述小分子有机醇优选甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇或异丁醇。

5.根据权利要求1所述的一种利用植物秸秆制备水溶性生态有机碳肥的方法，其特征在于：所述好气性微生物降解阶段的具体操作方法为，按需求建造发酵工作间，墙壁上留通风孔，调节植物秸秆的含水量为60~75%后，将其放入工作间铺作为一层，在秸秆层上撒布酸碱调节剂、人畜粪便、喜糖霉菌及无芽孢细菌；然后铺设第二层秸秆，并撒布第二层酸碱调节、人畜粪便及微生物菌种，直到铺设完毕，且秸秆总厚度不超过工作间高度的70%，打开通风孔保持良好通风，发酵3~5h后进行翻堆，然后继续发酵3~5h，其中，每层秸秆厚度为40~60cm，喜糖霉菌的使用量为秸秆重量的0.1~0.3%，无芽孢细菌的使用量为秸秆重量的0.2~0.4%。

6.根据权利要求1所述的一种利用植物秸秆制备水溶性生态有机碳肥的方法，其特征在于：所述进一步降解阶段的具体操作方法为，向秸秆堆加入草炭和绿肥，然后关闭一半的通风孔，加入芽孢细菌和纤维菌，搅拌均匀，使其发酵4~6h，其中，芽孢细菌的使用量为秸秆重量的0.1~0.2%，纤维菌的使用量为秸秆重量的0.2~0.3%。

7.根据权利要求1所述的一种利用植物秸秆制备水溶性生态有机碳肥的方法，其特征在于：所述嫌气性微生物降解阶段的具体操作方法为，向秸秆堆加入小分子有机酸及小分子有机醇溶液，关闭所有的通风孔，加入放线菌，搅拌均匀，使其发酵8~10h，其中，小分子有机酸溶液的质量分数为10~15%，小分子有机醇溶液的质量分数为10~15%，放线菌的使用量为秸秆重量的0.2~0.4%。