CN108934926A - 利用纯秸秆发酵固体副产物制备的作物育苗基质及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用纯秸秆发酵固体副产物制备的作物育苗基质，它是将纯秸秆生物质发酵固体副产物再次腐熟发酵后，水洗腐熟发酵固体副产物至其电导率≤0.2ms/cm，再在其中添加辅料制得的作物育苗基质；所述的腐熟发酵固体副产物与辅料的体积比为2‑5:1。本发明的作物育苗基质原材料绿色、有机、不含抗生素、重金属含量极低，产品有机质丰富，营养物质含量高，理化性状优；能够充分利用秸秆发酵废弃物并节约自然草炭资源。本发明还提供制备所述的作物育苗基质的方法。

Description

利用纯秸秆发酵固体副产物制备的作物育苗基质及其制备 方法

技术领域

本发明涉及一种作物育苗基质，具体涉及一种利用纯秸秆发酵固体副产物制备的作物育苗基质，及其制备方法。

背景技术

我国农作物秸秆年产量为7亿吨左右，列世界之首，折合标准煤量3.53亿吨，占全世界秸秆总量的30％左右。我国每年农作物秸秆资源量约占生物质资源量的近一半。长期以来由于受消费观念和生活方式的影响，我国农村秸秆资源完全处于高消耗、高污染、低产出的状况，相当多的一部分农作物秸秆被弃置或者进行焚烧，没有得到合理开发利用。秸秆的处理与利用，是我国农村面临的主要资源环境问题之一，迫切需要寻找新的利用途径。

随着国家大力发展生物质能源产业，我国秸秆沼气工程发展迅速，但因纯秸秆生物发酵存在发酵困难、发酵效率低、产气系数低等瓶颈问题，大多数地区，进行秸秆发酵都会添加畜禽粪便，产生的固体副产物存在畜禽废弃物的抗生素和重金属污染超标的风险。

育苗基质对基质的要求相对较高，我国育苗基质多为草炭，而草炭作为一种自然资源，其开采易造成生态环境破坏，许多国家已经限制开采。有些地区则还采用原土和有机肥混配的育苗基质。通常，由于原土中含有大量的病原菌，育苗过程中会出现死苗僵苗的现象，而且幼苗会带有病原菌，定植生长后易感病，影响作物的健康生长。缺乏利用纯秸秆生物质能源发酵固体副产物为主要基质材料制备的育苗基质的相关专利。

纯秸秆生物质能源发酵固体副产物具有草炭土的相似特性优势。经检测证明，有机质在厌氧发酵过程中，除了碳、氢、氧等元素会逐步分解转化，最后生成甲烷、二氧化碳等气体外，其余各种养分基本都保留在固体、液体副产物。部分不溶解的或者难分解的有机、无机固形物也保留在秸秆生物质能源的发酵固体副产物中，在固体表面吸附了大量的可溶性有效成分。因此，发酵固体副产物中含有较全面腐植酸、有机质、全氮、全磷、全钾及速效的氮、磷、钾等成份，这些均可为作物提供养料，促进作物的生长。

纯秸秆生物质发酵固体副产物的有机、无污染产物优势，保留了秸秆发酵过程中的生物活性优势，也不存在畜禽废弃物的抗生素和重金属污染无害风险。由此，可利用秸秆生物质能源的发酵固体副产物作为主要原料制备优质的育苗基质。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种纯秸秆发酵固体副产物制备的育苗基质，重金属和抗生素含量极低，无害化程度高，可减少作物育苗过程中的污染；同时还能高效利用秸秆生物质能源。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

提供一种利用纯秸秆发酵固体副产物制备的作物育苗基质，它是将纯秸秆生物质发酵固体副产物再次腐熟发酵后，水洗腐熟发酵固体副产物至其电导率≤0.2ms/cm，再在所述固体副产物中添加辅料制得的作物育苗基质；所述的腐熟发酵固体副产物与辅料的体积比为2-5:1。

本发明的方案中，所述的辅料可以是作物育苗基质中可以选用的多种现有物质，本发明优选的辅料由珍珠岩与蛭石按照体积比2-5:1的比例组成；更优选由珍珠岩与蛭石按照2:1的比例组成。蛭石具有吸附作用，具有良好的透气性和保水性；同时，蛭石含有钙、钾、镁、铁矿质元素，具有较强的缓冲性和离子交换能力，保肥能力强。珍珠岩，无毒、无味、不腐、不燃，耐酸碱，易排水，通透性好；同时，在使用时，部分珍珠岩会聚集在容器表面，减少水分蒸发。本发明中，选择珍珠岩与蛭石按照2-5:1的比例混配能够充分满足育苗所需的水、气、养分需要，尤其是珍珠岩与蛭石的比例达到2:1时，能够为本发明育苗基质在透气、透水、保水、保肥方面带来最佳的综合效果，同时可控制较低的生产成本。

本发明的方案中，所述的纯秸秆生物质发酵固体副产物优选通过以下方法制备：将新鲜的或经储存的秸秆粉碎成颗粒物料，然后加入占颗粒物料重量0.01～0.1‰的纤维素酶于35-45℃下水解24～48hr，水解后物料在40-50℃下厌氧发酵，发酵结束后物料经固液分离得到的所述的发酵固体副产物和液体副产物；所述的液体副产物完全回流再利用。所述的水解温度优选37-39℃，更优选38℃；所述的厌氧发酵温度优选46-48℃。

本发明优选的方案中，所述的经储存的秸秆优选通过以下方法储存：将秸秆粉碎至2-5cm，调节秸秆含水量至55％～75％，然后在粉碎的秸秆中喷洒含有秸秆发酵剂菌种的水溶液，使秸秆发酵剂菌种占秸秆重量的0.01-0.1‰，然后加入秸秆发酵剂菌种，再将秸秆压实密封存储备用。采用该储存方法可以有效地避免秸秆在存储过程中的易腐烂现象。

本发明优选的方案中，所述的腐熟发酵是在40-50℃下堆沤发酵，期间按照发酵物料腐熟的温度变化及含水量变化确定翻抛的频率；物料温度与外界温度持平且含水量在40-50％、pH在6.0-8.5时结束发酵。

本发明最优选的一种实施方式中，所述腐熟发酵固体副产物与辅料的体积比为3:1；所述的辅料由珍珠岩和蛭石以2:1的比例组成。

在此基础上，本发明进一步提供制备所述作物育苗基质的方法，包括以下步骤：

1)将新鲜的或经储存的秸秆粉碎成颗粒物料，然后加入占颗粒物料重量0.01～0.1‰的纤维素酶于35-45℃下水解24～48hr，水解后物料在40-50℃下厌氧发酵，发酵结束后物料经固液分离得到所述的发酵固体副产物；

2)将1)所得发酵固体副产物在40-50℃下堆沤发酵，期间按照发酵物料腐熟的温度变化及含水量变化确定翻抛的频率；物料温度与外界温度持平且含水量在40-50％、pH在6.0-8.5时结束发酵，得到腐熟发酵固体副产物；

3)将2)所得腐熟发酵固体副产物用2-6倍重量的水洗至其电导率≤0.2ms/cm；去除水分后加入辅料；得到通用型作物育苗基质。

本发明优选的方法中，步骤3)中进一步用磷酸溶液调节通用型作物育苗基质的pH，得到用于喜酸作物的育苗基质。

与现有技术相比，本发明的作物育苗基质具有以下有益效果：

1.原材料绿色、有机、不含抗生素等物质，重金属含量远低于其他发酵方法。

本发明作物育苗基质以纯秸秆发酵得到的固体副产物为原料制备，所述原料由独特的发酵方式获得，发酵过程中不添加任何禽畜粪便或废弃物，因此所得发酵产物不仅不含有重金属或抗生素等物质，而且有机质和养分含量高。由此提高了本发明作物育苗基质的品质。

2.可高效利用秸秆发酵副产物，节约自然草炭资源

本发明作物育苗基质能干高效的利用纯秸秆发酵固体副产物的废弃资源，保护自然草炭资源，也有效减少了秸秆发酵副产物在堆放的过程中可产生的对环境的污染。

3.产品有机质丰富，营养物质高，理化性状优。

4.有效控制了本发明作物育苗基质的电导率，可促进出苗，减少烧苗的发生。

由于本发明所采用的原料来源于纯秸秆发酵，发酵副产物需经固液分离，当产生的液体副产物全回流进入发酵***时，整个发酵***离子的浓度较高，致使纯秸秆生物质发酵固体副产物的电导率较高。本发明在制备育苗基质过程中采用水洗的方式降低了产品的电导率，使制得的育苗基质以有利于蔬菜等作物的出苗，有效防止了烧苗的发生。

具体实施方式

以下通过列举实施例的方式进一步详细阐述本发明的技术方案及其效果，但本发明的方案不限于所列举的实施例。

实施例1

一种利用纯秸秆发酵固体副产物制备作物育苗基质的方法，包括以下步骤：

(1)秸秆发酵

秸秆经过切断、粉碎处理至0-2厘米长，通过传送带定量传送至水解池内。池内设置热水循环加热***使料液温度保持在38℃左右。物料从水解池由泵房中的进料螺杆泵泵入发酵罐，保持发酵罐里温度48℃，秸秆进行发酵。单个发酵单元罐体配备相应的搅拌机，保证罐内物料的完全混合，使微生物与有机质充分接触和降解。

(2)固液分离

罐内发酵物从发酵罐由出料口进入固液分离机，进行分离，得到脱水秸秆生物质能源的发酵固体副产物。液体全部回流进入全回流***。

(3)秸秆生物质能源的发酵固体副产物堆沤发酵

将脱水后的秸秆生物质能源的发酵固体副产物运往发酵池中，堆沤发酵，采用槽式发酵。发酵结束时，发酵温度基本与外界温度持平，含水量保持在40-50％，pH在6.0-8.5。得到腐熟发酵固体副产物。

(4)水洗二次发酵后的固体副产物

按照每吨腐熟发酵固体副产物干粉加入水6吨的比例，对步骤(3)的腐熟发酵固体副产物进行搅拌水浸，再将水滤除，使腐熟发酵固体副产物的电导率≤0.2ms/cm。若产品用于常规的作物，无需进行PH的调节。若用于喜酸作物的育苗，可以以磷酸溶液进行PH的调节。

(5)加入辅料

按照腐熟发酵固体副产物:辅料＝3:1的体积比例加入辅料，辅料为珍珠岩、蛭石两者的混合物，辅料中珍珠岩与蛭石的比例为2:1，得到通用的作物育苗基质。

实施例2

一种利用纯秸秆发酵固体副产物制备作物育苗基质的方法，包括以下步骤：

(1)秸秆发酵

秸秆经过切断、粉碎处理至长度在1.5厘米以内，通过铲车装载进入进料箱。同时，传送带匀速将进料箱中的物料定量传送至水解池内。池内设置热水循环加热***使料液温度保持在40℃左右。

物料从水解池由泵房中的进料螺杆泵泵入发酵罐，罐体采取保温和加热，保持发酵罐里温度46-48℃，搅拌桨转速设为为30转/分钟，保证罐内物料的完全混合。

(2)固液分离

罐内的发酵物从发酵罐由出料螺杆泵泵入固液分离机，进行分离，得到含水量为55-65％的脱水秸秆生物质能源的发酵固体副产物。液体全部回流进入全回流***用作进料调节用水。

(3)秸秆生物质能源的发酵固体副产物堆沤发酵

将脱水后的秸秆生物质能源的发酵固体副产物运往发酵池中，堆沤发酵，采用槽式发酵。按照秸秆生物质能源的发酵固体副产物腐熟的温度变化及含水量变化，确定翻抛的频率，维持中温40-50℃。发酵结束时，发酵温度基本与外界温度持平，含水量保持在40-50％，PH在6.0-8.5。得到腐熟发酵固体副产物。

(4)按照每吨腐熟发酵固体副产物干粉加入4吨水的比例，对腐熟发酵固体副产物进行搅拌水浸，再将水滤除，使固体副产物的电导率≤0.2ms/cm。

(5)加入辅料

按照(4)水洗后腐熟发酵固体副产物:辅料＝5:1的体积比例加入辅料，辅料为珍珠岩、蛭石两者以5:1的比例组成的混合物。得到通用的作物育苗基质。

上述步骤(1)-(5)获得的为通用型的育苗基质，也可根据所栽培植物对氮、磷、钾以及铁、锰、锌等元素的需求，加入相应的元素，即可配制出适合不同作物品种特殊养分需求的育苗基质。

效果检测

1.检测实施例2步骤(3)所得的腐熟发酵固体副产物中有机质、总养分及无害化成分的指标，结果显示，实施例2的腐熟发酵固体副产物有机质含量(以烘干基计)为54.85％，总氮含量(以N计)是2.25％，磷含量(以P₂O₅计)是0.76％，钾含量(以K₂O计)是2.07％，总养分共计5.08％；而砷含量为1.32mg/kg，汞含量为0.46mg/kg，铅含量为4.05mg/kg，铬含量为9.08mg/kg，镉含量为0.026mg/kg。

可见，本发明的作物育苗基质原料无害化程度高，重金属含量均显著低于相关行业标准；而且有机质和养分含量非常高，可大大降低进一步制备育苗基质的生产成本。

Claims (10)

1.一种利用纯秸秆发酵固体副产物制备的作物育苗基质，它是将纯秸秆生物质发酵固体副产物再次腐熟发酵后，水洗腐熟发酵固体副产物至其电导率≤0.2ms/cm，再在所述固体副产物中添加辅料制得的作物育苗基质；所述的腐熟发酵固体副产物与辅料的体积比为2-5:1。

2.权利要求1所述的作物育苗基质，其特征在于：所述的辅料由珍珠岩与蛭石按照体积2-5:1的比例组成。

3.权利要求1所述的作物育苗基质，其特征在于：所述的辅料由珍珠岩与蛭石按照2:1的比例组成。

4.权利要求1所述的作物育苗基质，其特征在于：所述的纯秸秆生物质发酵固体副产物通过以下方法制备：将新鲜的或经储存的秸秆粉碎成颗粒物料，然后加入占颗粒物料重量0.01～0.1‰的纤维素酶于35-45℃下水解24～48hr，水解后物料在40-50℃下厌氧发酵，发酵结束后物料经固液分离得到所述的发酵固体副产物。

5.权利要求4所述的作物育苗基质，其特征在于：所述的水解温度为37-39℃，优选38℃；所述的厌氧发酵温度为46-48℃。

6.权利要求4所述的作物育苗基质，其特征在于：所述的经储存的秸秆通过以下方法储存：将秸秆粉碎至2-5cm，调节秸秆含水量至55％～75％，然后在粉碎的秸秆中喷洒含有秸秆发酵剂菌种的水溶液，使秸秆发酵剂菌种占秸秆重量的0.01-0.1‰，然后加入秸秆发酵剂菌种，再将秸秆压实密封存储备用。

7.权利要求1所述的作物育苗基质，其特征在于：所述的腐熟发酵是在40-50℃下堆沤发酵，期间按照发酵物料腐熟的温度变化及含水量变化确定翻抛的频率；物料温度与外界温度持平且含水量在40-50％、pH在6.0-8.5时结束发酵。

8.权利要求1所述的作物育苗基质，其特征在于：所述腐熟发酵固体副产物与辅料的体积比为3:1；所述的辅料由珍珠岩和蛭石以2:1的比例组成。

9.制备权利要求1所述作物育苗基质的方法，包括以下步骤：

1)将新鲜的或经储存的秸秆粉碎成颗粒物料，然后加入占颗粒物料重量0.01～0.1‰的纤维素酶于35-45℃下，优选38℃下，水解24～48hr，水解后物料在40-50℃下，优选46-48℃下，厌氧发酵，发酵结束后物料经固液分离得到所述的发酵固体副产物；

2)将1)所得发酵固体副产物在40-50℃下堆沤发酵，期间按照发酵物料腐熟的温度变化及含水量变化确定翻抛的频率；物料温度与外界温度持平且含水量在40-50％、pH在6.0-8.5时结束发酵，得到腐熟发酵固体副产物；

3)将2)所得腐熟发酵固体副产物用2-6倍重量的水洗至其电导率≤0.2ms/cm；去除水分后加入辅料；得到通用型作物育苗基质。

10.权利要求9所述的方法，其特征在于：步骤3)进一步用磷酸溶液调节通用型作物育苗基质的pH，得到用于喜酸作物的育苗基质。