CN109824459A - 一种玉米专用有机肥及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种玉米专用有机肥及其制备方法和应用，属于肥料技术领域。所述玉米专用有机肥，用以下重量份的原料发酵得到：改性花生壳生物炭30～40份、菌渣30～45份、脱水浒苔15～25份、鱼骨粉15～20份、木醋液6～8份、葡萄糖4～6份，酵母菌堆肥发酵剂3～5份、纤维素酶0.2～0.35份。采用玉米专用生物炭基有机肥应用到玉米种植中，达到了养地、增产的效果，是玉米有机栽培的优选肥源；本发明需要的原料多维有机废弃物，易获得且成本低廉、工艺先进，可规模化生产。
Description
技术领域
本发明属于肥料技术领域，具体涉及一种玉米专用有机肥及其制备方法和应用。
背景技术
玉米是鲁东地区重要的种植作物，为了提高产量，合理控制种植密度外，还有要科学使用化肥。目前，不合理、过量使用化肥的现象尤为普遍。化肥的过量以及不合理施用，不但浪费了宝贵的农业资源，还会导致土壤肥力迅速下降，直接影响作物产量和品质。此外，大量施用化肥后，容易造成很大一部分化肥随农田排水径流入周围水体，造成农业面源污染。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于克服玉米种植过程中施肥方式会导致玉米产量不高，过量的施用化肥还会造成土壤质量下降、环境污染的技术问题，提供一种玉米专用有机肥及其制备方法和应用。
本发明提供了一种玉米专用有机肥，用以下重量份的原料发酵得到：改性花生壳生物炭30～40份、菌渣腐熟物30～45份、脱水浒苔15～25份、鱼骨粉15～20份、木醋液6～8份、葡萄糖4～6份，酵母菌堆肥发酵剂3～5份、纤维素酶0.2～0.35份；所述菌渣腐熟物是菌渣经巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium PP84菌株自然发酵得到；巨大芽孢杆菌Bacillusmegaterium PP84菌株的保藏编号为CGMCC No.12798。
优选的，用以下重量份的原料发酵得到：改性花生壳生物炭32～38份、菌渣腐熟物32～40份、脱水浒苔18～23份、鱼骨粉16～19份、木醋液6.5～7.5份、葡萄糖4.5～5.5份，酵母菌堆肥发酵剂3.5～4.5份、纤维素酶0.25～0.3份。
优选的，改性花生壳生物炭包括以下步骤制备得到：
1)将花生壳粉碎、过筛，得到花生壳渣粉；
2)将所述花生壳渣粉和氧化石墨烯混合，在氮气保护下550～600℃热解2～3h，得到混合生物炭；
3)用氯化钙溶液浸泡所述混合生物炭，在550～600℃下再次热解0.4～0.6h，得到改性生物炭粗品；
4)将所述改性生物炭粗品水洗去除杂质，得到改性花生壳生物炭。
优选的，步骤2)中所述花生壳渣粉和氧化石墨烯的质量比为100～200：1。
优选的，步骤3)中所述混合生物炭的质量与氯化钙溶液的体积比为1：10；所述CaCl2溶液的浓度为0.079mol/L。
本发明提供了所述玉米专用有机肥的制备方法，包括以下步骤：
A.将改性花生壳生物炭、菌渣腐熟物、鱼骨粉、脱水浒苔和2～2.5份酵母菌堆肥发酵剂和0.1～0.25份纤维素酶混合，调节含水量为60％～70％后，在25～40℃下建堆发酵12～18d，每2～4d翻堆1次，得到第一发酵物；
B.待所述第一发酵物降温至40℃以下，与木醋液、葡萄糖和余量的酵母菌堆肥发酵剂和余量的纤维素酶混合，调节含水量至40％～50％，在20～40℃第二建堆发酵，得到生物炭基有机肥。
优选的，步骤B中当在夏季和秋季进行第二建堆发酵时，发酵时间为5～8d，每2d翻堆1次，发酵温度为25～40℃；
当在春季和冬季进行第二建堆发酵时，发酵时间为10～14d，每3d翻堆1次，发酵温度为20～30℃。
本发明提供了所述玉米专用有机肥或所述方法制备得到的玉米专用有机肥在农作物种植中的应用。
优选的，所述农作物包括玉米。
优选的，所述生物炭基有机肥和化肥的N素施入质量比为1:3，所述玉米专用有机肥的施肥量为20～30kg/亩。
玉米专用生物炭基有机肥的有益效果在于：
本发明提供了所述玉米专用有机肥，具有以下优点：
1)所述玉米专用有机肥采用现代生物发酵工程技术，生成工艺流程简单，易操作，生产周期短，成本低廉，产品附加值高，利用了花生壳、菌渣、浒苔等废弃物，减少了其对周边环境的污染，变废为宝；上述有机肥通过菌渣的腐熟处理，发酵过程中微生物的酶解效果好；通过添加鱼骨粉，加速发酵进程，发酵过程无臭味，氮的损失量很小；采用二次发酵工艺，发酵效果好，见效好，成本低，经济效益显著；
2、所述玉米专用有机肥中有机质和腐殖酸含量较高，疏松多孔，通气透水性好，比表面积大，吸附和螯合能力强；施用该玉米专用生物炭基有机肥后，能够降增加土壤中的有机质，改良土壤的结构和孔性，增加了土壤的水肥库容，改善玉米的根际环境，提高土壤的酶活性，促进作物根际有益微生物的繁衍，根系生长健壮，玉米抗病虫害的能力显著增强；
3、所述玉米专用有机肥能活化土壤中的养分，促进土壤营养元素的释放；生物炭添加到有机肥料中，能固定有机物中的氮素，使该有机肥缓慢释放养分供给谷物持续吸收利用；
总之，所述玉米专用有机肥达到了养地、增产的效果，是玉米有机栽培的优选肥源；本发明需要的有机物料为有机废弃物，易获得且成本低廉、工艺先进，可规模化生产。
生物材料保藏信息
巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)，保藏单位：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，保藏日期：2016年7月20日，保藏编号为CGMCC No.12798，菌株编号为PP84。
具体实施方式
本发明提供了一种玉米专用有机肥，用以下重量份的原料发酵得到：改性花生壳生物炭30～40份、菌渣腐熟物30～45份、脱水浒苔15～25份、鱼骨粉15～20份、木醋液6～8份、葡萄糖4～6份，酵母菌堆肥发酵剂3～5份、纤维素酶0.2～0.35份。
本发明提供的玉米专用有机肥的原料包括改性花生壳生物炭。按重量份计，所述改性花生壳生物炭优选为32～38份，更优选为35份。
在本发明中，所述改性花生壳生物炭优选包括以下步骤制备得到：
1)将花生壳粉碎、过筛，得到花生壳渣粉；
2)将所述花生壳渣粉和氧化石墨烯混合，在氮气保护下550～600℃热解2～3h，得到混合生物炭；
3)用氯化钙溶液浸泡所述混合生物炭，在550～600℃下再次热解0.4～0.6h，得到改性生物炭粗品；
4)将所述改性生物炭粗品水洗去除杂质，得到改性花生壳生物炭。
本发明将花生壳粉碎、过筛，收集筛下物得到花生壳渣粉。所述过筛用筛网的孔径优选为80～100目，更优选为90目。所述花生壳粉碎优选去除杂质。所述去除杂质的方法优选包括用水洗去花生壳表面附着物，干燥。所述干燥依次包括风干和烘干。所述风干的时间为2d。所述烘干的温度优选为70～80℃。
得到花生壳渣粉后，本发明将所述花生壳渣粉和氧化石墨烯混合，在氮气保护下550～600℃热解2～3h，得到混合生物炭。
在本发明中，所述花生壳渣粉和氧化石墨烯的质量比优选为100～200：1，更优选为150：1。所述氧化石墨烯的作用是在热解过程中利用氧化石墨烯对花生壳生物质炭进行改性，使制备的改性生物质炭的比表面积增大，活性官能团增强，对土壤中营养元素的吸附能力大大提高，并减少养分的流失。
在本发明中，所述热解的温度优选为580℃。所述热解的时间优选为2.5h。所述热解用仪器没有特殊限制，采用本领域所熟知的热解仪器中进行，例如马弗炉。所述热解有利于花生壳在缺氧条件下经过高温裂解生成高度芳香化、富含碳素的多孔固体颗粒物质，即生物质炭。它含有大量的碳和植物营养物质、具有丰富的孔隙结构、较大的比表面积且表面含有较多的含氧活性基团。
得到混合生物炭后，本发明用氯化钙溶液浸泡所述混合生物炭，在550～600℃下再次热解0.4～0.6h，得到改性生物炭粗品。
在本发明中，所述混合生物炭的质量与氯化钙溶液的体积比优选为1：10。所述氯化钙溶液的浓度优选为0.079mol/L。所述氯化钙溶液浸泡的目的是制备钙改性生物炭，进一步优化生物炭材料结构，使其吸附和固持能力进增强。所述再次热解伴随着述氯化钙溶液浸泡。所述再次热解的温度优选为560～580℃，所述热解的时间优选为0.5h。所述再次热解有利于生物炭材料空隙结构的进一步形成、增强比表面积，提高对营养元素的吸附和固持能力。
得到改性生物炭后，本发明将所述改性生物炭粗品水洗去除杂质，得到改性花生壳生物炭。
在本发明中，所述水洗用水优选为去离子水。所述水洗优选采用流水冲洗。水洗后优选进行干燥、研磨、过筛，收集筛下物，得到改性花生壳生物炭。所述干燥的温度优选为70～80℃，更优选为75℃。所述过筛的孔径优选为80～100目，更优选为90目。
在本发明中，所述改性花生壳生物炭的的孔隙率为46.7％～51.2％，比表面积为612～693m2/g，平均孔径为14.6～19.8nm。而直接用花生壳制备的未改性生物质炭的孔隙率为40.1％～43.8％，比表面积为359～427m2/g，平均孔径为10.3～11.9nm。表明石墨烯/Ca/生物质炭有更大的表面积以及更丰富的孔隙结构，更有利于对土壤中植物所需营养元素的固持。
本发明提供的玉米专用有机肥的原料包括菌渣腐熟物。按重量份计，所述菌渣腐熟物优选为32～40份，更优选为35～38份。所述菌渣腐熟物是食用菌菌渣经巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium PP84菌株自然发酵得到；巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium PP84菌株的保藏编号为CGMCC No.12798。所述巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium PP84菌株的接种菌液浓度优选为5×106～1×108个孢子/mL，接种量为1％～1.5％。所述自然发酵的时间优选为12～16d，更优选为13～15d。将菌渣自然晾晒降至常温，干燥，置于粉碎机中粉碎，过20目筛。食用菌栽培料中含有的农作物秸秆和棉籽壳富含木质素、纤维素等，一部分被菌丝吸收利用，食用菌栽培结束后，菌渣中还残留大量的菌丝体富含氨基酸和纤维素、碳氢化合物和微量元素，可作为蔬菜栽培很好的有机肥。
本发明提供的玉米专用有机肥的原料包括脱水浒苔。按重量份计，所述脱水浒苔优选为18～23份，更优选为20份。所述脱水浒苔的制备方法将鲜浒苔阴干2～3d。所述脱水浒苔的作用是富含促进植物生长元素及多聚糖，经发酵后可优化土壤团粒结构，保障土壤健康安全。
本发明提供的玉米专用有机肥的原料包括鱼骨粉。按重量份计，所述鱼骨粉优选为16～19份，更优选18份。所述鱼骨粉的作用是提供多种作物必须元素，可以促进农作物生长，并具有改良土壤作用，使黏重土质疏松。
本发明提供的玉米专用有机肥的原料包括木醋液。按重量份计，所述木醋液优选为6.5～7.5份，更优选为7.0份。所述木醋液的作用是有利于加快堆肥发酵进程，施入土壤中后可以起到改良土壤，促进植物生长的作用。
本发明提供的玉米专用有机肥的原料包括葡萄糖。按重量份计，所述葡萄糖优选为4.5～5.5份，更优选为5.0份。所述葡萄糖的作用是为发酵微生物提供碳源。
本发明提供的玉米专用有机肥的原料包括酵母菌堆肥发酵剂。按重量份计，所述酵母菌堆肥发酵剂优选为3.5～4.5份，更优选为4.0份。所述酵母菌堆肥发酵剂为后续发酵过程提供微生物。本发明对所述酵母菌堆肥发酵剂的来源没有特殊限制，采用本领域所熟知的酵母菌堆肥发酵剂即可。在本发明实施例中，酵母菌堆肥发酵剂购自北海强兴生物科技有限公司。
本发明提供的玉米专用有机肥的原料包括纤维素酶。按重量份计，所述纤维素酶优选为0.25～0.3份，更优选为0.28份。所述纤维素酶是由黑曲霉发酵到到，酶活范围10万～20万U/g。本发明对所述纤维素的来源没有特殊限制，采用本领域所熟知的纤维素的来源即可。在本发明实施例中，所述纤维素酶购自和氏璧生物科技有限公司。
本发明提供了所述玉米专用有机肥的制备方法，包括以下步骤：
A.将改性花生壳生物炭、菌渣腐熟物、鱼骨粉、脱水浒苔和2～2.5份酵母菌堆肥发酵剂和0.1～0.25份纤维素酶混合，调节含水量为60％～70％后，在25～40℃下建堆发酵12～18d，每2～4d翻堆1次，得到第一发酵物；
B.待所述第一发酵物降温至40℃以下，与木醋液、葡萄糖和余量的酵母菌堆肥发酵剂和余量的纤维素酶混合，调节含水量至40％～50％，在20～40℃第二建堆发酵，得到生物炭基有机肥。
本发明将改性花生壳生物炭、菌渣腐熟物、鱼骨粉、脱水浒苔和2～2.5份酵母菌堆肥发酵剂和0.1～0.25份纤维素酶混合，调节含水量为60％～70％后，在25～40℃下建堆发酵12～18d，每2～4d翻堆1次，得到第一发酵物。
在本发明中，所得混合物料的含水量优选为65％。所述建堆发酵的温度优选为30～35℃。所述建堆发酵的时间优选为15d。所述翻堆优选每3d翻堆一次。所述建堆发酵过程是使堆肥材料中的挥发性物质降低，臭气减少，杀灭寄生虫卵和病原微生物，达到无害化的目的。同时使有机物料的性质变得疏松、分散，矿化释放N、P、K等养分，便于植物吸收利用。
待所述第一发酵物降温至40℃以下，与木醋液、葡萄糖和余量的酵母菌堆肥发酵剂和余量的纤维素酶混合，调节含水量至40％～50％，在20～40℃第二建堆发酵，得到生物炭基有机肥。
在本发明中，调节含水量优选至45％。
在本发明中，所述第二建堆发酵按照季节的不同，在发酵时间和操作上不同：当在夏季和秋季进行第二建堆发酵时，发酵时间为5～8d，每2d翻堆1次，发酵温度优选为25～40℃；
当在春季和冬季进行第二建堆发酵时，发酵时间优选为10～14d，优选每3d翻堆1次，发酵温度优选为20～30℃。所述第二建堆发酵过程是使第一次发酵产物中尚未分解的易分解有机物和较难分解的有机物进一步分解，使之变成腐殖酸、氨基酸等比较稳定的有机物，得到完全成熟的堆肥产品。
本发明提供了所述玉米专用有机肥或所述方法制备得到的玉米专用有机肥在农作物种植中的应用。
在本发明中，所述农作物优选包括玉米。所述玉米专用有机的使用方法为同缓控释肥同时使用。所述缓控释肥和生物炭基有机肥的质量比为3:1。所述玉米专用有机肥的施肥量优选为20～30kg/亩，更优选为25kg/亩。
在本发明中，玉米专用有机在玉米种植中的应用，不但可以补充土壤的有机物含量,还可以有效地保存水分和养料，提高土壤肥力。加工后产生菌渣包含多种有机质、矿质元素及微量元素，是一种理想的有机肥料。两者的结合，既能有效的减少普通化肥的使用，又能肥料充分的保存，不容易流失。做到减肥，保肥的效果。
下面结合实施例对本发明提供的一种玉米专用有机肥及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种玉米专用有机肥的制备方法，包括以下步骤：
原料准备：
A.菌渣腐熟：对菌渣接种巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium PP84进行有氧发酵腐熟。调节菌渣水分至60％～70％，将菌液浓度约2×108个孢子/mL的巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium PP84孢子悬液，按照1.5％的接种量接入菌渣，充分混合搅拌，进行自然发酵，发酵时间为12d。将菌渣自然晾晒降至常温，干燥，置于粉碎机中粉碎，过20目筛，得到菌渣腐熟物。
B.所述的改性花生壳生物炭的制备方法，即氧化石墨烯/Ca/生物炭制备，制备方式为：生物质经水洗4次去除表面黏附物后，风干2d，并在70℃烘箱中过夜干燥，经粉碎，过100目筛子，装于瓶中，待用。仪器:程序控温马弗炉。
制备方法：过100目筛子的花生壳渣粉和氧化石墨烯混合末于坩埚中，通过在氮气气氛(流速300mL/min)下在马弗炉中在600℃下缓慢热解2h，从花生壳生产生物炭。随后，将5.0g生物炭用50mL CaCl2(0.079M)溶液浸泡，并在600℃下再热解0.5h以产生石墨烯/Ca/改性生物质炭。混合生物炭与CaCl2的重量比为1：10。冲洗所得样品，使用去离子(DI)水彻底再洗涤以除去任何杂质，并在80℃下干燥，研磨，过筛，得到氧化石墨烯/Ca/花生壳残渣生物炭。
氧化石墨烯/Ca/花生壳残渣生物炭的孔隙率为46.7％％，比表面积为612m2/g，平均孔径为14.6nm。而直接用花生壳制备而未改性的生物质炭(与上述制备方法相比，仅不添加氧化石墨烯和CaCl2溶液，其他操作相同)的孔隙率为40.1％，比表面积为359m2/g，平均孔径为10.3nm。表明石墨烯/Ca/生物质炭有更大的表面积以及更丰富的孔隙，更有利于对土壤中植物所需营养元素的固持。
称量以下原料：上述制备的花生壳制生物炭30kg、菌渣腐熟物40kg、鱼骨粉15kg、脱水浒苔15kg，木醋液6kg、葡萄糖4kg，酵母菌堆肥发酵剂4kg和纤维素酶0.35kg。
制备方法：
一次发酵：按重量分数计称取将石墨烯/Ca/生物质炭、菌渣附属物和鱼骨粉、脱水浒苔混合后，均匀喷洒上酵母菌堆肥发酵剂2kg和纤维素酶0.2kg，充分混合搅拌，得一次混合物料，加水调节一次混合物料的含水量在60％，建堆发酵15d。
二次发酵：待一次发酵完成后的一次混合物料堆体温度降至40℃以下时，向一次混合物料堆体中按比例加入木醋液、葡萄糖，再次喷洒余量的酵母菌堆肥发酵剂和余量的纤维素酶，搅拌均匀后得二次混合物料，加水调节二次混合物料的含水量在40％，将二次混合物料建堆进行二次发酵，二次发酵时间为夏季和秋季5d。
经过二次发酵后得到含水量为20％的混合物即为花生壳烧制生物炭和菌渣有机肥，它既可以直接作为有机肥施用，也可以作为造粒原料进行粒状有机肥的生产。
对比例1
按照实施例1的方案制备玉米专用有机肥，不同之处在不添加菌渣腐熟物。
实施例2
一种玉米专用有机肥的制备方法，包括以下步骤：
原料准备：
A.菌渣腐熟：对菌渣接种巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium PP84进行有氧发酵腐熟。调节菌渣水分至60％～70％，将菌液浓度约1×107个孢子/mL巨大芽孢杆菌Bacillusmegaterium PP84孢子悬液，按照1％的接种量接入菌渣，充分混合搅拌，进行自然发酵，发酵时间为15d。将菌渣腐熟物自然晾晒降至常温，干燥，置于粉碎机中粉碎，过20目筛，得到菌渣腐熟物。
B.所述的改性花生壳生物炭的制备方法，即石墨烯/Ca/生物质炭的制备方式为：生物质经水洗4次去除表面黏附物后，风干2d，并在80℃烘箱中过夜干燥，经粉碎，过80目筛子，装于瓶中，待用。仪器：程序控温马弗炉。方法：过80目筛子的花生壳渣粉和氧化石墨烯混合末于坩埚中，通过在氮气气氛(流速300mL/min)下在马弗炉中在600℃下缓慢热解2h，从花生壳生产生物炭。随后，将5.0g生物炭用50mL CaCl2(0.079M)溶液浸泡，并在600℃下再热解0.5小时以产生石墨烯/Ca/改性生物质炭。混合生物炭与CaCl2的重量比为10：1。冲洗所得样品，使用去离子(DI)水彻底再洗涤以除去任何杂质，并在80℃下干燥，研磨，过筛，得到石墨烯/Ca/生物质炭。
石墨烯/Ca/生物质炭的孔隙率为51.2％，比表面积为693m2/g，平均孔径为19.8nm。而直接用花生壳制备的未改性生物质炭(与上述制备方法相比，仅不添加氧化石墨烯和CaCl2溶液，其他方案相同)的孔隙率为43.8％，比表面积为427m2/g，平均孔径为11.9nm。表明石墨烯/Ca/生物质炭有更大的表面积以及更丰富的孔隙，更有利于对土壤中植物所需营养元素的固持。
称量如下重量的原料：上述方案制备的石墨烯/Ca/生物质炭35kg、菌渣腐熟物40kg、鱼骨粉18kg、脱水浒苔15kg、木醋液7kg、葡萄糖5kg，酵母菌堆肥发酵剂3kg、纤维素酶0.25kg。
制备方法：
一次发酵：按重量分数计称取将花生壳烧制生物炭、菌渣腐熟物、鱼骨粉，脱水浒苔混合后，均匀喷洒上酵母菌堆肥发酵剂2kg和纤维素酶0.15kg，充分混合搅拌，得一次混合物料，加水调节一次混合物料的含水量在70％，建堆发酵12d。
二次发酵：待一次发酵完成后的一次混合物料堆体温度降至40℃以下时，向一次混合物料堆体中按比例加入木醋液、葡萄糖，再次喷洒余量的酵母菌堆肥发酵剂和余量的纤维素酶，搅拌均匀后得二次混合物料，加水调节二次混合物料的含水量在50％，将二次混合物料建堆进行二次发酵，二次发酵时间为春季和冬季10～14d。
经过二次发酵后得到含水量为25％的混合物即为花生壳烧制生物炭和菌渣有机肥，它既可以直接作为有机肥施用，也可以作为造粒原料进行粒状有机肥的生产。
对比例2
按照实施例2的方案制备玉米专用有机肥，不同之处在不添加改性花生壳生物炭。
实施例3
一种花生壳烧制生物炭和菌渣有机肥料的制备方法，包括以下步骤：
原料准备
A.菌渣腐熟：对菌渣接种巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium PP84进行有氧发酵腐熟。调节菌渣水分至65％，将菌液浓度约5×106个孢子/mL巨大芽孢杆菌Bacillusmegaterium PP84孢子悬液，按照1.5％的接种量接入菌渣，充分混合搅拌，进行自然发酵，发酵时间为16d。将菌渣腐熟物自然晾晒降至常温，干燥，置于粉碎机中粉碎，过20目筛，得到菌渣腐熟物。
B.改性花生壳生物炭的制备，即石墨烯/Ca/生物质炭制备方式为：生物质经水洗4次去除表面黏附物后,风干2d，并在75℃烘箱中过夜干燥，经粉碎，过90目筛子，装于瓶中，待用。仪器:程序控温马弗炉。方法:过90目筛子的花生壳渣粉和氧化石墨烯混合末于坩埚中，通过在氮气气氛(流速300mL/min)下在马弗炉中在600℃下缓慢热解2小时，从花生壳生产生物炭。随后，将5.0g生物炭用50mL CaCl2(0.079M)溶液浸泡，并在600℃下再热解0.5小时以产生石墨烯/Ca/改性生物质炭。混合生物炭与CaCl2的重量比为1：10。冲洗所得样品，使用去离子(DI)水彻底再洗涤以除去任何杂质，并在80℃下干燥，研磨，过筛，得到石墨烯/Ca/生物质炭。
石墨烯/Ca/生物质炭的孔隙率为49.5％，比表面积为676m2/g，平均孔径为16.8nm。而直接用花生壳制备的未改性生物质炭(与上述制备方法相比，仅不添加氧化石墨烯和CaCl2溶液，其他操作相同)的孔隙率为41.6％，比表面积为413m2/g，平均孔径为11.2nm。表明石墨烯/Ca/生物质炭有更大的表面积以及更丰富的孔隙，更有利于对土壤中植物所需营养元素的固持。
称量如下重量的原料：花生壳烧制生物炭40kg、菌渣腐熟物45kg、鱼骨粉20kg、脱水浒苔25kg、木醋液8kg、葡萄糖6kg，酵母菌堆肥发酵剂4kg、纤维素酶0.2kg。
制备方法：
一次发酵：按重量分数计称取将石墨烯/Ca/生物质炭、菌渣腐熟物和鱼骨粉、脱水浒苔混合后，均匀喷洒上酵母菌堆肥发酵剂2.5kg和纤维素酶0.1kg，充分混合搅拌，得一次混合物料，加水调节一次混合物料的含水量在65％，建堆发酵18d。
二次发酵：待一次发酵完成后的一次混合物料堆体温度降至40℃以下时，向一次混合物料堆体中按比例加入木醋液、葡萄糖，再次喷洒余量的酵母菌堆肥发酵剂和余量的纤维素酶，搅拌均匀后得二次混合物料，加水调节二次混合物料的含水量在45％，将二次混合物料建堆进行二次发酵，二次发酵时间为夏季和秋季7d。
经过二次发酵后得到含水量为23％的混合物即为花生壳烧制生物炭和菌渣有机肥，它既可以直接作为有机肥施用，也可以作为造粒原料进行粒状有机肥的生产。
对比例3
按照实施例3的方案制备玉米专用有机肥，不同之处在不添加改性花生壳生物炭和菌渣腐熟物。
实施例4
为了进一步说明本发明的应用价值，本发明人选取了生物炭有机肥进行田间施用试验，试验设计以下处理：
(1)常规施肥模式(对照)：亩施60kg缓控肥；N、P2O5和K2O施用量分别为12.0、6.0和6.0kg/亩，养分总施入量为24.0kg/亩。
(2)对比例1有机肥(缺少菌渣)处理：75％的化肥N(缓控肥)养分+25％化肥N量对比例1炭基有机肥(缺少菌渣)；
(3)对比例2炭基有机肥(缺少生物炭)处理：75％的化肥N(缓控肥)养分+25％化肥N量对比例2炭基有机肥(缺少生物炭)；
(4)对比例3炭基有机肥(缺少菌渣和生物炭)处理：75％的化肥N(缓控肥)养分+25％化肥N量对比例3炭基有机肥(缺少菌渣和生物炭)；
(5)对比例4炭基有机肥(未改性生物炭替代改性生物质炭)处理：75％的化肥N(缓控肥)养分+25％化肥N量对比例4炭基有机肥(未改性生物炭替代改性生物质炭；所述未改性的生物炭的制备方法与实施例1中改性生物炭的制备方法相同，仅区别在于不添加氧化石墨烯和CaCl2溶液)；
(6)对比例5炭基有机肥(未改性生物炭替代改性生物质炭)处理：75％的化肥N(缓控肥)养分+25％化肥N量对比例5炭基有机肥(未改性生物炭替代改性生物质炭；所述未改性的生物炭的制备方法与实施例2中改性生物炭的制备方法相同，仅区别在于不添加氧化石墨烯和CaCl2溶液)；
(7)对比例6炭基有机肥(未改性生物炭替代改性生物质炭)处理：75％的化肥N(缓控肥)养分+25％化肥N量对比例6炭基有机肥(未改性生物炭替代改性生物质炭；所述未改性的生物炭的制备方法与实施例3中改性生物炭的制备方法相同，仅区别在于不添加氧化石墨烯和CaCl2溶液)；
(8)实施例1炭基有机肥处理：75％的化肥N(缓控肥)养分+25％化肥N量实施例1炭基有机肥；
(9)实施例2炭基有机肥处理：75％的化肥N(缓控肥)养分+25％化肥N量实施例2炭基有机肥；
(10)实施例3炭基有机肥处理：75％的化肥N(缓控肥)养分+25％化肥N量实施例3炭基有机肥。
10个处理，每个处理3次重复，小区面积25cm2，采用随机区组排列。小区间有宽1m的保护行，田间管理等其他因素相同。
表1不同施肥处理对玉米产量及土壤理化性质的影响
由表1可知，相对于常规化学施肥，采用本发明的发酵有机肥替代30％化肥氮，可明显提高作物产量，玉米籽粒增产12.9％～18.1％，玉米秸秆增产17.9％～24.4％，经济效益显著；而缺少菌渣和生物质炭制备的有机肥对玉米的增产效果仅为3.34％～9.76％，使用未改性生物炭替代改性生物炭制备的有机肥的增产效果仅为5.08％～9.53％，远不如本发明方案所取得亩产量。
相对于常规施肥，采用本发明的发酵有机肥替代30％化肥氮，可有效改善玉米生长根系环境，提高土壤的酶活性，促进微生物生长，使土壤有机质含量提高了4.00％～7.42％，脲酶提高了9.21％～14.2％，过氧化氢酶提高了8.48％～13.6％，土壤微生物量碳提高了18.3％～25.4％，土壤微生物量氮提高了30.8％～37.5％。
相对于未改性生物炭替代改性生物炭制备的发酵有机肥，采用本发明的发酵有机肥替代30％化肥氮，可有效改善玉米生长根系环境，提高土壤的酶活性，促进微生物生长，使土壤有机质含量提高了1.80％～2.32％，脲酶提高了3.87％～11.8％，过氧化氢酶提高了3.14％～8.29％，土壤微生物量碳提高了3.41％～13.1％，土壤微生物量氮提高了2.81％～12.6％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种玉米专用有机肥，其特征在于，用以下重量份的原料发酵得到：改性花生壳生物炭30～40份、菌渣腐熟物30～45份、脱水浒苔15～25份、鱼骨粉15～20份、木醋液6～8份、葡萄糖4～6份，酵母菌堆肥发酵剂3～5份、纤维素酶0.2～0.35份；
所述菌渣腐熟物是菌渣经巨大芽孢杆菌PP84菌株自然发酵得到；巨大芽孢杆菌PP84菌株的保藏编号为CGMCC No.12798。
2.根据权利要求1所述的玉米专用有机肥，其特征在于，用以下重量份的原料发酵得到：改性花生壳生物炭32～38份、菌渣腐熟物32～40份、脱水浒苔18～23份、鱼骨粉16～19份、木醋液6.5～7.5份、葡萄糖4.5～5.5份，酵母菌堆肥发酵剂3.5～4.5份、纤维素酶0.25～0.3份。
3.根据权利要求1或2所述玉米专用有机肥，其特征在于，改性花生壳生物炭包括以下步骤制备得到：
1)将花生壳粉碎、过筛，得到花生壳渣粉；
2)将所述花生壳渣粉和氧化石墨烯混合，在氮气保护下550～600℃热解2～3h，得到混合生物炭；
3)用氯化钙溶液浸泡所述混合生物炭，在550～600℃下再次热解0.4～0.6h，得到改性生物炭粗品；
4)将所述改性生物炭粗品水洗去除杂质，得到改性花生壳生物炭。
4.根据权利要求3所述的玉米专用有机肥，其特征在于，步骤2)中所述花生壳渣粉和氧化石墨烯的质量比为100～200:1。
5.根据权利要求3所述的改性花生壳生物炭，其特征在于，步骤3)中所述混合生物炭的质量与氯化钙溶液的体积比为1：10；所述CaCl2溶液的浓度为0.079mol/L。
6.权利要求1～5任意一项所述玉米专用有机肥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.将改性花生壳生物炭、菌渣腐熟物、鱼骨粉、脱水浒苔和2～2.5份酵母菌堆肥发酵剂和0.1～0.25份纤维素酶混合，调节含水量为60％～70％后，在25～40℃下建堆发酵12～18d，每2～4d翻堆1次，得到第一发酵物；
B.待所述第一发酵物降温至40℃以下，与木醋液、葡萄糖和余量的酵母菌堆肥发酵剂和余量的纤维素酶混合，调节含水量至40％～50％，在20～40℃第二建堆发酵，得到生物炭基有机肥。
7.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，步骤B中当在夏季和秋季进行第二建堆发酵时，发酵时间为5～8d，每2d翻堆1次，发酵温度为25～40℃；
当在春季和冬季进行第二建堆发酵时，发酵时间为10～14d，每3d翻堆1次，发酵温度为20～30℃。
8.权利要求1～5任意一项所述玉米专用有机肥或权利要求6或7所述方法制备得到的玉米专用有机肥在农作物种植中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述农作物包括玉米。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述生物炭基有机肥和化肥的N素施入质量比为1:3，所述玉米专用有机肥的施肥量为20～30kg/亩。
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