CN112806194B - 一种通过发酵秸秆块制作酿热堆的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种通过发酵秸秆块制作酿热堆的方法，通过将经过秸秆压块机压块后的秸秆块，与特定的发酵菌料均匀混合，在低温下实现大批量秸秆块的发酵，来解决高寒地区冬季温室、养殖舍等设施的加温问题，同时促使秸秆块在分解过程中产生大量二氧化碳，来满足密闭环境下的植物光合作用对二氧化碳的需要。
Description
技术领域
本发明属于农业设施加温领域，一种通过发酵秸秆块制作酿热堆的方法。
背景技术
当前水稻、玉米等秸秆大量闲置，处置困难。秸秆生物发酵技术是在农业设施中利用各种农作物秸秆及皮壳等原料，加入特制菌种发酵后，释放二氧化碳和热量的过程。秸秆生物发酵所用的秸秆生物反应堆主要分为内置式和外置式两种，内置式秸秆生物反应堆是在蔬菜大棚内的种植行进行开沟，将秸秆填入沟内并踩实，然后将菌种均匀地撒在秸秆上面，并将土壤填回后灌溉即可；外置式是在距离设施内建立一个开敞的贮气池，在贮气池上使用水泥杆作为支撑，堆积秸秆，并播撒菌种、淋水，埋设气体输送带并将整个秸秆堆覆盖，最后在贮气池内安装与气体输送带相连的空气交换机，抽取气体向温室内输送。
当前的秸秆生物发酵技术主要目的是为了制取二氧化碳，来满足密闭条件下植物制造光合产物的原料需要，以提高产量；而对于加温来说，由于使用的较为蓬松，实际上加入的秸秆量有限，秸秆发酵产生的热量微乎其微，不作为秸秆生物发酵技术的主要生产目的。
由于秸秆生物发酵技术所需秸秆较为蓬松，生产需要大量的劳动力，导致该技术生产效率不高；同时，低温情况下秸秆发酵速度缓慢，大量的未完全发酵秸秆影响了下茬的作物生长，而且也导致秸秆释放热量很有限，无法满足冬季温室、养殖舍等加温需要。因而在东北高寒地区，仍需要通过燃煤、燃柴等常见方式来给温室、养殖舍等加温。
因此，针对秸秆低温下难以发酵、发酵物总量较少导致加温效果有限、生产效率低下等问题，本发明提供一种低温发酵秸秆块制作酿热堆的方法，通过在低温下大量发酵经机器压缩的秸秆块，来实现高寒地区冬季温室、养殖舍等设施的加温，同时促使秸秆块在分解过程中产生大量二氧化碳，来满足密闭环境下的植物光合作用对二氧化碳的需要。
发明内容
本发明在于提供一种通过发酵秸秆块制作酿热堆的方法，旨在通过通过将经过秸秆压块机压块后的秸秆块，与特定的发酵菌料均匀混合，在低温下实现大批量秸秆块的发酵，来解决高寒地区冬季温室、养殖舍等设施的加温问题，同时促使秸秆块在分解过程中产生大量二氧化碳，来满足密闭环境下的植物光合作用对二氧化碳的需要。
包括以下步骤：
步骤一，在温室、养殖舍等设施的两端顺着山墙处，确定宽度3m、长度4.5~6.0m的长条形空地，并在空地沿着周长每隔1m立一个***土里30cm、水平高度不超过2.5m的立柱（水泥柱、木柱或铁柱均可，立柱直径或单边长≥10cm），立柱垂直方向上每隔0.5m拉一道10号铁丝，并固定立柱上，最后形成一个立柱和铁丝组成的网格箱体；
步骤二，将经过秸秆压块机压块后的秸秆块，与发酵菌料均匀混合。发酵菌料多粘类芽孢杆菌(分类命名：多粘类芽孢杆菌，拉丁文名称：Paenibacillus polymyxa，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，保藏地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号；保藏日期：2020年8月6日；登记入册标号CGMCC No：20494)为核心，其能够首先在低温下降解纤维素并快速释放热量，同时释放的热量能够带动其他菌群活动，并在活动的过程中释放热量，进而带动新的菌群参与活动，形成产热链式反应；
针对多粘类芽孢杆菌的特性，进行菌剂复配并提供必要的营养、适宜酸碱度等条件，能够促进多菌群持续产热提供。按照每吨秸秆块计算，发酵菌料的配比为：耐低温菌剂1kg（所述耐低温菌剂主要含多粘类芽孢杆菌[中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心登记入册标号CGMCC No：20494] 5.0×108cfu/g，复配市售绿色木霉菌3.0×107cfu/g，褐球固氮菌3.0×106cfu/g，米曲霉3.0×105cfu/g，乳酸球菌2.0×106cfu/g，环状芽胞杆菌2.0×107cfu/g、白腐真菌2.0×107cfu/g），
、米糠20kg、麦麸10kg、红糖1kg、尿素5kg、生石灰0.1kg，其中耐低温菌剂1kg中含有多粘类芽孢杆菌0.2kg、绿色木霉菌0.2kg、褐球固氮菌0.2kg、米曲霉0.05kg、乳酸球菌0.05kg、环状芽胞杆菌0.1kg、白腐真菌0.2kg。耐低温菌剂、米糠、麦麸、红糖、尿素、生石灰按上述比例充分混合后即为发酵菌料，该发酵菌料能够保证在加快秸秆块腐解、菌群快速扩繁进而产热的同时，伴随产生大量二氧化碳释放到空气中；
步骤三，将混有发酵菌料的秸秆块，装入50cm×80cm的塑料编织袋内，然后将装满秸秆块的塑料编织袋一个挨着一个地平铺，摆放到网格箱体内，每摆满一层装满秸秆块的塑料编织袋后，顺着山墙方向在装满秸秆块的塑料编织袋层的中间位置，均摆放1根外径40mm、壁厚≥10mm的塑料PE水管，给水管两边均伸出网格箱体10cm，且塑料PE水管上每隔20cm，任意角度扎出直径2cm的孔一个，用于通气和释放二氧化碳；
步骤四，在堆放一层高度约100cm~160cm装满秸秆块的塑料编织袋后，顺着山墙方向在装满秸秆块的塑料编织袋层的中间位置，摆放1根外径50mm、壁厚≥20mm的塑料PE水管，该水管两端与室内带有散热装置的散热片及热水管道循环泵相连，形成闭合回路，用于带走酿热堆的热量并向室内供热；
步骤五，在每层装满秸秆块的塑料编织袋上面均匀撒水，直至浇透水，秸秆块的含水率约为45~55%；
步骤六，将网格箱充装满秸秆块的塑料编织袋，并完成PVC硬质给水管铺设、发酵菌料和水施入完毕后，用塑料大棚膜将整个网格箱体覆盖即可；发酵3个月后形成的秸秆堆肥，可以直接就地洒入农田内，用以增加土壤有机质含量。
本发明提供的低温发酵秸秆块制作酿热堆的方法，通过使用压缩了的打包秸秆块，不仅大大提高了生产效率，同时也结合能在低温下正常发酵、持续产热的耐低温菌料，在有限空间内实现了大批量秸秆块的充分发酵，从而保证了温冬季加温所需的产热量，并实现热量的有效输出；同时，酿热堆覆盖所用的塑料大棚膜在传到热量的同时，还能够抑制发酵过程中的水分蒸发，发酵结束后的堆肥可以直接用于就地还田，增加土壤有机质含量。
附图说明
图1 不同时期的温室内温度及发酵堆温度。
图2 不同温室内的二氧化碳浓度。
图3 不同温室的小白菜产量。
图4为本发明低温发酵菌剂制作的秸秆堆堆体中心平均温度与市售EM菌剂制作的秸秆堆堆体中心平均温度对比表。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
试验地点位于长春市净月区新湖镇林家村的温室内，2018年10月26日开始进行试验。试验采用将玉米和水稻秸秆经过秸秆压块机压块后的秸秆块。选择同样规格、同期建设的两栋温室，1栋作为试验温室，采用低温发酵秸秆制作酿热堆的加温方法，以相邻的另一栋不加温温室作为对照；试验温室和对照温室种植的作物均为相同品种的小白菜，播量为30kg/hm2，所有播种、灌水等管理措施均一致。将酒精温度计（精确到1℃）沿着温室东西向中线维，挂在距离地面高度1.0m处,每月15日、30日早上8:00测定温度一次（3次重复），同日8：30使用手持气体分析仪，测定试验温室和对照温室内部中央位置、高度1.0m处的二氧化碳浓度。12月30日上午10点露水下去后采收小白菜，在温室菜田内随机圈定1m×1m的方格，采用收获法贴地表剪小白菜植株，测量鲜重，3次重复。
在温室的两端顺着山墙，确定宽度3m、长度4.5~6.0m的长条形空地，并在空地沿着周长每隔1m立一个***土里30cm、水平高度2.5m的立柱（水泥柱、木柱或铁柱均可，立柱直径或单边长≥10cm），立柱垂直方向上每隔0.5m拉一道10号铁丝，并固定立柱上，最后形成一个立柱和铁丝组成的网格箱体；将经过秸秆压块机压块后的秸秆块，与发酵菌料均匀混合，按照每吨秸秆块计算，发酵菌料的配比为：耐低温菌剂1kg、米糠20kg、麦麸10kg、红糖1kg、尿素5kg、生石灰0.1kg，上述组分按比例充分混合后即为发酵菌料；将混有发酵菌料的秸秆块，装入50cm×80cm的塑料编织袋内，然后将装满秸秆块的塑料编织袋一个挨着一个地平铺，摆放到网格箱体内，每摆满一层装满秸秆块的塑料编织袋后，顺着山墙方向在装满秸秆块的塑料编织袋层的中间位置，均摆放1根外径40mm、壁厚≥10mm的塑料 PE水管，给水管两边均伸出网格箱体10cm，且P塑料 PE水管上每隔20cm，任意角度扎出直径2cm的孔一个，用于通气和向空气中释放二氧化碳；同时在堆放一层高度约100cm~160cm装满秸秆块的塑料编织袋后，顺着山墙方向在装满秸秆块的塑料编织袋层的中间位置，摆放1根外径50mm、壁厚≥20mm的PE水管，该水管两端与室内带有散热装置的散热片及热水管道循环泵相连，形成闭合回路，用于带走酿热堆的热量并向室内供热，同时酿热堆在温度升高到68℃时，始终打开热水管道循环泵，促使酿热酿热降温，避免温度继续升高而杀灭微生物，导致发酵堆不能后续继续产热。在每层装满秸秆块的塑料编织袋上面均匀撒水，直至浇透水，秸秆块的含水率约为45~55%；将网格箱充装满秸秆块的塑料编织袋，并完成 PE水管铺设、发酵菌料和水施入完毕后，用塑料膜将整个网格箱体覆盖即可。
从不同时间的温室内温度来看（见图1），10月30日、11月15日、11月30日、12月15日、12月30日测定的试验温室内的发酵堆平均温度分别为53.6、67.2、63.3、60.2、58.3℃，在高热发酵堆的影响下，试验温室内平均温度分别为13.51℃、11.34℃、4.82℃、2.49℃、1.26℃，分别比同期对照温室高0.91℃、1.69℃、2.66℃、3.74℃、6.16℃，其中12月15日、12月30日的处理间温度差异显著（P＞0.05）。试验温室的温度始终高于对照温室，而且即使在试验末期，温室内的温度亦在0℃以上，且高于对照6.16℃。说明酿热堆的存在提高了温室内的温度。
由图2所示，试验温室10月30日、11月15日、11月30日、12月15日、12月30日测定的二氧化碳气体浓度分别为845μL·L-1、1085μL·L-1、926μL·L-1、857μL·L-1、938μL·L-1，分别比对照高219μL·L-1、522μL·L-1、311μL·L-1、245μL·L-1、293μL·L-1。说明酿热堆的存在提高了温室内的二氧化碳浓度。
试验温室酿热堆的存在提高了温室内的温度和二氧化碳浓度，从而促进了小白菜的生长。测产结果表明，试验温室内的小白菜产量为6.8kg/m2，显著高于对照温室的1.6kg/m2（见图3）。
同期安排了分别采用低温发酵菌剂和市售EM菌剂进行秸秆堆酿热的方法，并分别于10月30日、11月15日、11月30日、12月15日、12月30日分别测定堆体中心3个点的温度。
结果如图4所示，在起始温度一致的情况下，低温发酵菌剂制作的秸秆堆堆体中心平均温度达到45.16℃，比市售EM菌剂制作的秸秆堆堆体中心平均温度高22.69℃，处理间差异达到显著水平。说明使用特异性耐低温菌剂，能够明显提高秸秆堆的堆体中心温度。
本发明重点运用经过秸秆压块机压缩后的秸秆块进行发酵，从而避免了以往使用收获后未经机械压缩的蓬松秸秆，导致单位体积内秸秆质量有限而发热量小的问题；同时，使用低温发酵菌剂，也能够在东北高寒地区冬季正常发酵秸秆，散发的热量用于给温室加热，而且发酵后的秸秆可以作为堆肥直接还田使用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种通过发酵秸秆块制作酿热堆的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一，在温室的两端顺着山墙，确定宽度不超过3m、长度4.5~6.0m的长条形空地，并在空地沿着周长每隔1m立一个***土里30cm、水平高度不超过2.5m的立柱，立柱为水泥柱、木柱或铁柱，立柱为圆柱形且直径≥10cm，立柱垂直方向上每隔0.5m拉一道10号铁丝，并固定立柱上，最后形成一个立柱和铁丝组成的网格箱体；
步骤二，将经过秸秆压块机压块后的秸秆块，与发酵菌料均匀混合，按照每吨秸秆块计算，发酵菌料的配比为：耐低温菌剂1kg、米糠20kg、麦麸10kg、红糖1kg、尿素5kg、生石灰0.1kg，上述组分按比例充分混合后即为发酵菌料；
所使用秸秆块是秸秆经过粉碎机粉碎、压块机压块后的秸秆块，使用经压缩的秸秆块能使得有限的温室空间内容纳更多质量的秸秆，从而提高单位体积内的秸秆发热量和释放更多的二氧化碳气体；
所使用的发酵菌料的组分为:耐低温菌剂1kg、米糠20kg、麦麸10kg、红糖1kg、尿素5kg、生石灰0.1kg，上述发酵菌料能发酵干重1吨的秸秆块；所述耐低温菌剂含多粘类芽孢杆菌5.0×108cfu/g，复配市售绿色木霉菌3.0×107cfu/g，褐球固氮菌3.0×106cfu/g，米曲霉3.0×105cfu/g，乳酸球菌2.0×106cfu/g，环状芽胞杆菌2.0×107cfu/g、白腐真菌2.0×107cfu/g；所述多粘类芽孢杆菌即中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心登记入册标号CGMCC No：20494；
步骤三，将混有发酵菌料的秸秆块，装入50cm×80cm的塑料编织袋内，然后将装满秸秆块的塑料编织袋一个挨着一个地平铺，摆放到网格箱体内，每摆满一层装满秸秆块的塑料编织袋后，顺着山墙方向在装满秸秆块的塑料编织袋层的中间位置，均摆放1根外径40mm、壁厚≥10mm的PVC硬质给水管，给水管两边均伸出网格箱体10cm，且PVC硬质给水管上每隔20cm，任意角度扎出直径2cm的孔一个，用于通气和二氧化碳气体散出；
将混有发酵菌料的秸秆块装入塑料编织袋内，并一个挨着一个地成层地摆放到网格箱体内；成层摆放的塑料编织袋之间留有空隙，这样可以容留吸水并发酵膨大的秸秆块，避免膨大后的秸秆块涨出网格箱体，进而导致网格箱体散架；
步骤四，在每层装满秸秆块的塑料编织袋上面均匀撒水，直至浇透水，秸秆块的含水率为45~55%；
步骤五，将装有秸秆块的塑料编织袋装满网格箱，并完成PVC硬质给水管铺设、发酵菌料和浇水后，用塑料膜将整个网格箱体覆盖即可；
在堆放一层高度为100cm~160cm装满秸秆块的塑料编织袋后，顺着山墙方向在装满秸秆块的塑料编织袋层的中间位置，摆放1根外径50mm、壁厚≥20mm的塑料PE水管，该水管两端与室内带有散热装置的散热片及热水管道循环泵相连，形成闭合回路，用于带走酿热堆的热量并向室内供热。
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