CN113636886A - 一种高效降解以pbat和淀粉为原料的全生物降解地膜的生物有机肥及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高效降解以PBAT和淀粉为原料的全生物降解地膜的生物有机肥及其制备方法,按重量份计,所述有机肥的制备需要以下原料:动物粪便20~30份、秸秆15~20份、发酵菌5~8份、功能菌剂10~20份、尿素3~5份、微量元素1~2份、0.5~1份、pH调节剂4~5份。本发明将具有促进全生物降解地膜降解的微生物加入到生物有机肥中,最终得到了能够高效降解以PBAT和淀粉为原料的全生物降解地膜的生物有机肥,将农业废弃物转化为可以为作物提供的养分的同时促进农田中覆盖的全生物降解地膜的降解,改善农田土壤理化性质,为作物提供适宜的生长环境,为全生物降解地膜的实际应用提供了一定的理论依据和技术支持。
Description
技术领域
本发明涉及降解全生物地膜中生物有机肥的制备领域,具体涉及一种对以PBAT和淀粉为原料的全生物降解地膜有高效降解作用的生物有机肥的制备与开发。
背景技术
全生物降解地膜是可以在自然条件下完全降解为二氧化碳、水及其他无机盐的一类塑料地膜,通常由聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)、聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚羟基丁酸酯(PUB)、淀粉等原料制成,具有保温保墒、保持水分、改善土壤理化性质、保肥、除草等特点。全生物降解地膜在自然条件下可以完全降解为CO2、水和无机盐,由于其最终的降解产物对环境无污染,且在使用期间可以有效改善作物的生长环境,有助于增加作物产量,对绿色生态农业的发展具有重要意义。
PBAT是一种可以通过水解和微生物降解作用实现完全降解的石油基高分子材料,淀粉是自然界中普遍存在的天然高分子材料,这两种材料均为目前市场上全生物降解地膜的主要原材料。由于全生物降解地膜在自然环境中受到多种环境因素的影响,其降解时间和降解程度具有不可控性,在作物生育周期结束后可能仍有部分未降解的地膜残留在农田中,残膜回收成本高,且影响耕地质量和后茬作物的种植及产量。
生物有机肥可以由动物粪便、秸秆等农业废弃物、酒糟、糖渣、锯末等工业废料、餐厨垃圾等生活垃圾、污泥以及农业副产物等制得,有机质含量较高,在一定程度上可以改善土壤理化性质,使土壤的保水、保肥能力得到提高,为作物生长提供足够的营养物质。同时,生物有机肥中含有特定功能的微生物,这些微生物随着生物有机肥的施加进入土壤中,可以使土壤中的微生物群落结构有所改变,生物有机肥携带的微生物与土壤中原有的微生物种群相互协作,在其生长繁殖过程中分泌出各种酶及代谢产物,从而促进土壤中的有机质转化为可以被作物直接吸收的物质,促进作物的正常生长。
在含有PBAT塑料地膜的土壤样品中筛选出可降解PBAT塑料地膜的微生物菌群,随着转接富集,硫磺色节杆菌(Arthrobacter sulfureus)、红螺菌科(Rhodospirillaceae)和噬几丁质菌科(Chitinophagaceae)相对丰度逐渐升高,随着菌群降解效率的提高,硫磺色节杆菌的所占相对丰度显著增加,说明其在PBAT塑料降解中发挥着关键作用。针对PLA/PBAT,Delftia tsuruhatensis 7d内在特定条件下(在外加1.5%胰蛋白胨的PLA/PBAT(规格1×1×0.05cm)筛选培养基中,接种菌液1mL,pH为7.2,温度为37℃,摇床转速为130r/min)对其的降解率可达6.87%。PS塑料在自然条件下难以降解,而菌株Exiguobacteriumsp.strain YT2的悬浮培养物(108cells/mL)在60天的培养期内能够降解7.4±0.4%的PS碎片(2 500mg/L)。100mg普通PE地膜在Enterobacter asburiae YT1的悬浮培养物(108cells/mL)中60天的降解率为6.1±0.3%,在Bacillus sp.YP1的悬浮培养物(108cells/mL)中60天的降解率为10.7±0.2%。
发明内容
本发明针对上述缺陷,提供供一种对以PBAT和淀粉为原料的全生物降解地膜有高效降解作用的生物有机肥的制备与开发方案,以解决上述背景中出现的全生物降解地膜降解速度不可控、回收成本高、影响农田土壤质量的问题。
本发明提供如下技术方案:一种高效降解以PBAT和淀粉为原料的全生物降解地膜的生物有机肥,按重量份计,所述有机肥的制备需要以下原料:
动物粪便20~30份、秸秆15~20份、发酵菌5~8份、功能菌剂10~20份、尿素3~5份、微量元素1~2份、抗病毒剂0.5~1份、pH调节剂4~5份。本发明所采用的抗病毒剂购买自中农绿康(北京)生物技术有限公司。
进一步地,按重量份计,所述有机肥的制备需要以下原料:动物粪便25份、秸秆18份、发酵菌7份、功能菌剂15份、尿素4份、微量元素1份、抗病毒剂1份、pH调节剂4份。
进一步地,所述动物粪便为猪粪、鸡粪、牛粪、马粪、羊粪中的一种或几种的混合物。
进一步地,所述秸秆为稻草、玉米秸秆、麦秸、豆秸中的一种或几种的混合物。
进一步地,所述发酵菌为枯草芽孢杆菌、嗜热脂肪地芽孢杆菌、白色链霉菌和天青链霉菌的混合物。
进一步地,所述功能菌剂为硫磺色节杆菌(Arthrobacter sulfureus)、红螺菌(Rhodospirillaceae)、噬几丁质菌(Chitinophagaceae)、赖氨酸芽孢杆菌(Delftiatsuruhatensis)、微小杆菌(Exiguobacterium sp.strain YT2)、阿氏肠杆菌(Enterobacter asburiae YT1)和芽孢杆菌(Bacillus sp.YP1)。
进一步地,所述微量元素为锰、锌、镁、钙、硼、铜、钼中的一种或几种的混合物;所述pH调节剂为碳酸钠、碳酸钾、草木灰、硝酸铵中的一种或几种的混合物。
本发明还提供上述高效降解以PBAT和淀粉为原料的全生物降解地膜的生物有机肥的制备方法,包括以下步骤:
1)将所述重量份的动物粪便、所述重量份的秸秆、所述重量份的尿素、所述重量份的微量元素、所述重量份的抗病毒剂混合均匀,然后加入所述重量份的发酵菌剂、二分之一所述重量份的pH调节剂进行发酵;
2)在第一次发酵得到的产物,进行烘干干燥后,得到腐熟有机肥,在所述腐熟有机肥中中加入所述重量份的功能菌剂、剩余二分之一所述重量份的pH调节剂混合均匀,进行二次发酵;
3)将二次发酵得到的产物进行粉碎、分筛,然后造粒、干燥得到所述生物有机肥。
进一步地,步骤1)中,所述发酵最高温度为40~65℃,发酵时所述原料的含水率为50%~60%,发酵时间为10~15天,每隔4天翻堆1次。
进一步地,步骤2)中,所述发酵温度为25~50℃,发酵时所述原料的含水率为50%~60%,pH为6~8,发酵时间为15~20天;当温度高于50℃以上,每天翻堆2次,当温度低于25℃,每隔3~5天翻堆1次。
本发明的有益效果为:
1、本发明提供的生物有机肥,将可以促进全生物降解地膜降解的功能菌添加到作物种植中使用的生物有机肥中,在为作物提供营养成分的同时实现全生物降解地膜的快速降解。
2、本发明提供的生物有机肥,对全生物降解地膜的降解过程的促进作用明显。当前多数生物有机肥主要针对分解土壤中的有机质为作物提供营养物质,针对地膜降解作用的促进较少。
3、本发明提供的生物有机肥,其制备主要原料采用动物粪便和秸秆,对秸秆这一农业废弃物作为肥料的开发,可以帮助解决农村大量生物质废弃物闲置的问题,在节能降耗的基础上物尽其用;对动物粪便进行资源化利用方式的开发利于保护环境,节能减排,符合当前“以废治废”、“循环经济”的理念。
4、本发明提供的生物有机肥,可以在一定程度上改善土壤理化性质,同时改变土壤微生物群落结构,对土壤环境具有一定的修复作用。
5、本发明提供的生物有机肥,对全生物降解地膜的促进作用可以使得地膜在作物生长周期结束后几乎完全降解,降低残膜回收成本和作物生产成本。
6、本发明将具有促进全生物降解地膜降解的微生物加入到生物有机肥中,最终得到了一种具有高效降解以PBAT和淀粉为原料的全生物降解地膜的生物有机肥,将农业废弃物转化为可以为作物提供的养分的同时促进农田中覆盖的全生物降解地膜的降解,改善农田土壤理化性质,为作物提供适宜的生长环境,为全生物降解地膜的实际应用提供了一定的理论依据和技术支持。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中:
图1为本发明提供的实施例1中生物有机肥的制备工艺流程图。
具体实施例方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示,制备一种对以PBAT和淀粉为原料的全生物降解地膜有高效降解作用的生物有机肥的方法,包括如下步骤:
步骤(1):原料秸秆粉碎为1~3cm后与动物粪便、尿素、微量元素、抗病毒剂按重量份18:25:4:1:1混合均匀。本发明所采用的抗病毒剂购买自中农绿康(北京)生物技术有限公司。
步骤(2):取步骤(1)得到的材料加入7份发酵菌、pH调节剂混匀,调节pH为6~8,按条垛法堆置。
步骤(3):取步骤(2)得到的材料进行好氧高温堆肥发酵,含水量为50%~60%,发酵最高温度为40~65℃,发酵时间为15天,每隔4天翻堆1次。
步骤(4):取步骤(3)得到的材料进行烘干干燥后,得到含水量为35%左右,腐熟度(发芽指数GI)为200%左右的腐熟有机肥。
步骤(5):取步骤(4)得到的腐熟有机肥,加入15份功能菌剂、pH调节剂混匀,调节pH为6~8,进行二次堆肥发酵,发酵温度为25~50℃,发酵时间为15天,当温度高于50℃以上,每天翻堆2次,当温度低于25°C,每隔3~5天翻堆1次。
步骤(6):取步骤(5)得到的二次发酵产物,利用烘箱余热恒温烘干,烘干温度不超过40℃。
步骤(7):取步骤(6)得到的材料,进行粉碎、分筛处理,然后将其造粒得到生物有机肥颗粒。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于,在生物有机肥的制备过程中不添加功能菌剂,采用该对比例制备得到的生物有机肥与实施例1制备得到的生物有机肥对全生物降解地膜进行降解,二者的降解程度对比情况如表1所示。
表1
以上个步骤的参数可以根据实际所要制得的生物有机肥对地膜降解以及土壤调节的效果而在上述相应的范围内进行选择。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
此外,本领域的技术人员能够理解,尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征,但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如,在上面的权利要求书中,所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解,而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种高效降解以PBAT和淀粉为原料的全生物降解地膜的生物有机肥,其特征在于,按重量份计,所述有机肥的制备需要以下原料:
动物粪便20~30份、秸秆15~20份、发酵菌5~8份、功能菌剂10~20份、尿素3~5份、微量元素1~2份、抗病毒剂0.5~1份、pH调节剂4~5份。
2.根据权利要求1所述高效降解以PBAT和淀粉为原料的全生物降解地膜的生物有机肥,其特征在于,按重量份计,所述有机肥的制备需要以下原料:动物粪便25份、秸秆18份、发酵菌7份、功能菌剂15份、尿素4份、微量元素1份、抗病毒剂1份、pH调节剂4份。
3.根据权利要求1所述高效降解以PBAT和淀粉为原料的全生物降解地膜的生物有机肥,其特征在于,所述动物粪便为猪粪、鸡粪、牛粪、马粪、羊粪中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述高效降解以PBAT和淀粉为原料的全生物降解地膜的生物有机肥,其特征在于,所述秸秆为稻草、玉米秸秆、麦秸、豆秸中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述高效降解以PBAT和淀粉为原料的全生物降解地膜的生物有机肥,其特征在于,所述发酵菌为枯草芽孢杆菌、嗜热脂肪地芽孢杆菌、白色链霉菌和天青链霉菌的混合物。
6.根据权利要求1所述高效降解以PBAT和淀粉为原料的全生物降解地膜的生物有机肥,其特征在于,所述功能菌剂为硫磺色节杆菌、红螺菌、噬几丁质菌、赖氨酸芽孢杆菌、微小杆菌、阿氏肠杆菌和芽孢杆菌。
7.根据权利要求1所述高效降解以PBAT和淀粉为原料的全生物降解地膜的生物有机肥,其特征在于,所述微量元素为锰、锌、镁、钙、硼、铜、钼中的一种或几种的混合物;所述pH调节剂为碳酸钠、碳酸钾、草木灰、硝酸铵中的一种或几种的混合物。
8.根据权利要求1-9任一所述高效降解以PBAT和淀粉为原料的全生物降解地膜的生物有机肥的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将所述重量份的动物粪便、所述重量份的秸秆、所述重量份的尿素、所述重量份的微量元素、所述重量份的抗病毒剂混合均匀,然后加入所述重量份的发酵菌剂、二分之一所述重量份的pH调节剂进行发酵;
2)在第一次发酵得到的产物,进行烘干干燥后,得到腐熟有机肥,在所述腐熟有机肥中中加入所述重量份的功能菌剂、剩余二分之一所述重量份的pH调节剂混合均匀,进行二次发酵;
3)将二次发酵得到的产物进行粉碎、分筛,然后造粒、干燥得到所述生物有机肥。
9.根据权利要求8所述的一种高效降解以PBAT和淀粉为原料的全生物降解地膜的生物有机肥的制备方法,其特征在于,步骤1)中,所述发酵最高温度为40~65℃,发酵时所述原料的含水率为50%~60%,发酵时间为10~15天,每隔4天翻堆1次。
10.根据权利要求8所述的一种高效降解以PBAT和淀粉为原料的全生物降解地膜的生物有机肥的制备方法,其特征在于,步骤2)中,所述发酵温度为25~50℃,发酵时所述原料的含水率为50%~60%,pH为6~8,发酵时间为15~20天;当温度高于50℃以上,每天翻堆2次,当温度低于25℃,每隔3~5天翻堆1次。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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