CN115594533A - 一种提高牛粪堆肥腐熟度的添加剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及有机肥堆肥技术领域，具体涉及一种提高牛粪堆肥腐熟度的添加剂及其应用。所述添加剂为粉末状固体，原料包含40‑45重量份的生物炭、45‑50重量份的过磷酸钙、10‑15重量份的微生物菌剂，生产方法包括以下步骤：制备生物炭‑使用KOH溶液修饰‑与微生物菌剂混合‑与过磷酸钙混合。所述添加剂的应用包括以下步骤：(1)将牛粪与碳源物质混合，制成堆肥底物；(2)向堆肥底物中添加添加剂，拌料，使添加剂与堆肥底物充分混合；(3)进行好氧堆肥，并在好氧堆肥过程中定期取样进行各项指标的测定。将本发明的添加剂应用于牛粪堆肥中，可以有效缩短发酵时间、提高腐熟度，生产出腐质化程度高、对环境污染低、营养丰富、性质稳定的有机肥。
Description
技术领域
本发明涉及有机肥生产技术领域，具体涉及一种提高牛粪堆肥腐熟度的添加剂及其应用。
背景技术
随着畜牧养殖业的发展，大量产出的畜禽粪便对环境产生了较大的负担，畜禽粪便的无害化处理成为畜牧养殖中必须解决的问题。牛粪是一种营养物质含量丰富的粪便，对牛粪进行好氧堆肥是有机固废资源化处理的有效方法之一，是衔接种养循环模式的关键技术。但发酵前期牛粪内部环境不适宜发酵所需微生物的培养和繁殖，导致堆肥前期有益微生物在堆肥底物中存活率较低，有益菌落形成较慢，进而导致发酵周期长、腐质化程度低；同时，牛粪中常含有大量重金属及其他有害物质，使用常规堆肥方法难以将有害物质无害化处理，易导致生产的有机肥存在施用安全问题；此外，使用常规方法对牛粪进行堆肥还存在释放大量温室气体、营养成分易流失等问题。
发明内容
针对使用牛粪进行好氧堆肥发酵周期长、腐熟困难、含有有害物质、释放温室气体、营养成分易流失的技术问题，本发明提供一种提高牛粪堆肥腐熟度的添加剂及其应用，可有效提高牛粪堆肥过程中的腐熟度、缩短发酵周期、减少温室气体的释放、减少营养物质的流失，生产出的有机肥无毒害，满足使用需求。
第一方面，本发明提供一种提高牛粪堆肥腐熟度的添加剂，所述添加剂为粉末状固体，原料包含40-45重量份的生物炭、45-50重量份的过磷酸钙、10-15重量份的微生物菌剂，生产方法包括以下步骤：
(1)制备生物炭；
(2)使用KOH修饰：将步骤(1)所述生物炭与KOH乙醇溶液混合，加热搅拌后过滤并烘干，制得改性生物炭，增加生物炭中羟基的数量；
(3)将步骤(2)所述改性生物炭与微生物菌剂充分混合后静置24-48h，得到混合物；
(4)向步骤(3)所述混合物中加入过磷酸钙，充分混合，得到提高牛粪堆肥腐熟度的添加剂。
进一步的，步骤(1)所述生物炭为玉米秸秆生物炭，制备方法为：将玉米秸秆在500-550℃条件下厌氧煅烧180-200min，得到炭化玉米秸秆，将炭化玉米秸秆研磨后得到生物炭。
进一步的，步骤(2)中，KOH乙醇溶液的质量百分浓度为8％-10％，加热温度为40-80℃，搅拌时间为30-40min。
进一步的，步骤(3)所述微生物菌剂为复合微生物菌剂，包含枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、施氏假单胞菌、椭圆酵母菌、米曲霉的部分或全部。
本发明添加剂的各个组分的作用如下：
生物炭：生物炭是一种以植物为原料生产的含碳高聚物，是一种多孔材料，富含孔隙，比表面积大，对水、磷酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、铵盐、重金属物质均有着较强的吸附效果，用于有机肥的堆肥过程中可提高保水保肥能力、降低有机肥中的重金属污染、增加透气性、防止板结，且多孔结构可为微生物提供适宜的繁殖条件，有利于微生物的繁殖，生物炭还有性质稳定、环境亲和的优点；
改性生物炭：使用KOH溶液修饰生物炭，增加生物炭中羟基的数量，制得改性生物炭。改性后的生物炭表面酸性含氧官能团氧化作用增强，同时也加强与铵根等阳离子发生阳离子交换作用，进而对氨态氮的吸附固定作用增强，有效抑制堆肥过程中氮的流失；使用KOH溶液同时可引入钾元素，堆肥后可提高有机肥中速效钾的含量；
过磷酸钙：在以粪尿为底物的有机肥堆肥过程中加入过磷酸钙能使微生物繁殖力增强，加快发酵速度，还能使粪尿中易挥发的碳酸铵转化成磷酸铵，防止氮元素的损失，且过磷酸钙为一种磷肥，在有机肥底物中添加过磷酸钙能有效提升磷元素含量；
微生物菌剂：在有机肥堆肥时加入本发明所述微生物菌剂，可为堆肥过程提供初始的菌落环境，为发酵过程提供动力，加速发酵过程，提高腐熟度，同时能抑制有害病菌的繁殖，提升有机肥的质量。
第二方面，本发明提供一种提高牛粪堆肥腐熟度的添加剂在牛粪堆肥中的应用，包括以下步骤：
(1)将牛粪与碳源物质混合，制成堆肥底物；
(2)向堆肥底物中添加添加剂，拌料，使添加剂与堆肥底物充分混合；
(3)进行好氧堆肥，并在好氧堆肥过程中定期取样进行各项指标的测定。
进一步的，步骤(1)中碳源物质包括蘑菇渣、稻壳、番茄秸秆、糖渣、回头料的部分或全部，所述糖渣为工业化制糖的副产物，所述回头料为经过堆肥后腐熟物料，牛粪与碳源物质的混合比例为质量比4:1-4:6。
进一步的，步骤(2)中添加剂用量为堆肥底物总质量的3％-3.5％。
进一步的，步骤(3)中，好氧堆肥的时间为45天，于堆肥前30天内每5天翻堆一次，第31-45天中每7天翻堆一次。
进一步的，步骤(3)中，每天定时测量堆肥上、中、下层的温度各3次，记录其平均值，并于0d,10d,18d,26d,34d,45d采集样品，每次采集样品质量800-1000g，平均分为2份，其中一份保存于4℃冰箱中用于鲜样测定，另一份自然风干、粉碎后过60目筛，用于干样指标测定，样品测定的指标包括：酸碱度、腐殖质含量、种子平均发芽率及平均发芽指数、有机质含量、元素碳含量、铵态氮含量。
本发明的有益效果在于：
本发明确定添加剂中的三种成分及其配比，在三种成分发挥原有效果的基础上使其相互影响，其中，生物炭对过磷酸钙、微生物菌剂起吸附固定作用，有效防止堆肥过程中磷元素的流失，并为菌剂中的微生物提供了有利于快速繁殖的场所和条件，避免堆肥前期微生物不适应牛粪内环境而大量死亡，能在更短时间内形成有益菌落；同时，过磷酸钙能使菌剂中的微生物繁殖力增强，进一步加快发酵速度。在牛粪堆肥中使用本发明的添加剂可以有效缩短发酵周期、提高腐熟度，同时降低有机肥中游离有害物质的含量，减少温室气体的释放，并能在提高速效氮、速效磷、速效钾等含量的同时抑制营养物质的流失，生产出营养丰富、无毒害的有机肥。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是实施例2-11堆肥期间腐殖质含量对比图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种提高牛粪堆肥腐熟度的添加剂，为粉末状固体，原料包含40重量份的生物炭、45重量份的过磷酸钙、15重量份的微生物菌剂，生产方法包括以下步骤：
(1)将玉米秸秆在500℃条件下厌氧煅烧180min，得到炭化玉米秸秆，将炭化玉米秸秆研磨后得到玉米秸秆生物炭；
(2)将玉米秸秆生物炭与质量百分浓度为8％的KOH乙醇溶液混合，加热至40℃，搅,30min后过滤并烘干，制得改性生物炭；
(4)将改性生物炭与微生物菌剂充分混合后静置24h，得到混合物；
(5)向混合物中加入过磷酸钙，充分混合，得到提高牛粪堆肥腐熟度的添加剂。
其中过磷酸钙为市售过磷酸钙肥料，微生物菌剂为市售微生物菌剂(湖北中向生物工程有限公司，登记证号微生物肥(2019)准字(6905)号，活菌数≥20.0亿/g)，成分包括侧孢短芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、椭圆酵母菌、哈茨木霉等。
实施例2-5使用如表1所示的成分，使用实施例1的添加剂进行堆肥实验，包括如下步骤：
(1)将牛粪与碳源物质混合，制成堆肥底物；
(2)向堆肥底物中添加添加剂，拌料，使添加剂与堆肥底物充分混合；
(3)进行好氧堆肥，好氧堆肥的时间为45天，于堆肥前30天内每5天翻堆一次，第31-45天中每7天翻堆一次，每天定时测量堆肥上、中、下层的温度各3次，记录其平均值，并于0d,10d,18d,26d,34d,45d采集样品，每次采集样品质量800-1000g，平均分为2份，其中一份保存于4℃冰箱中用于鲜样测定，另一份自然风干、粉碎后过60目筛后用于其它指标的测定，样品测定的指标包括：酸碱度、腐殖质含量、种子平均发芽率及平均发芽指数、有机质含量、元素碳含量、铵态氮含量。
实施例6-10使用如表2所示的成分，使用与实施例1添加剂原料的相同生物炭、过磷酸钙、微生物菌剂材料中的一种或两种组合作为添加剂进行实验，包括如下步骤：
(1)将牛粪与碳源物质混合，制成堆肥底物；
(2)向堆肥底物中添加添加剂，拌料，使添加剂与堆肥底物充分混合；
(3)进行好氧堆肥，好氧堆肥的时间为45天，于堆肥前30天内每5天翻堆一次，第31-45天中每7天翻堆一次，每天定时测量堆肥上、中、下层的温度各3次，记录其平均值，并于0d,10d,18d,26d,34d,45d采集样品，每次采集样品质量800-1000g，平均分为2份，其中一份保存于4℃冰箱中用于鲜样测定，另一份自然风干、粉碎后过60目筛后用于其它指标的测定，样品测定的指标包括：酸碱度、腐殖质含量、种子平均发芽率及平均发芽指数、有机质含量、元素碳含量、铵态氮含量。
实施例11使用如表3所示的成分，不加入添加剂进行堆肥实验，包括如下步骤：
(1)将牛粪与碳源物质混合，制成堆肥底物；
(2)进行好氧堆肥，好氧堆肥的时间为45天，于堆肥前30天内每5天翻堆一次，第31-45天中每7天翻堆一次，每天定时测量堆肥上、中、下层的温度各3次，记录其平均值，并于0d,10d,18d,26d,34d,45d采集样品，每次采集样品质量800-1000g，平均分为2份，其中一份保存于4℃冰箱中用于鲜样测定，另一份自然风干、粉碎后过60目筛后用于其它指标的测定，样品测定的指标包括：酸碱度、腐殖质含量、种子平均发芽率及平均发芽指数、有机质含量、元素碳含量、铵态氮含量。
表1实施例2-5的堆肥底物及添加剂成分(质量，kg)
表2实施例6-10的堆肥底物及添加剂成分(质量，kg)
表3实施例11的堆肥底物(质量，kg)
实施例2-11各样品腐殖质含量如图1所示。可见，在以牛粪为底物进行堆肥发酵的过程中加入实施例1的添加剂的组别与不加入添加剂或仅加入添加剂中一种或两种成分的组别相比，加入实施例1的添加剂的组别腐殖质含量的提升速度明显加快，最高腐殖质含量明显升高，且腐殖质含量达到峰值后下降程度较低。
实验例2-11堆肥结束后的种子发芽实验结果如表4所示，可见实验例6、实验例10、实验例11中，种子平均发芽率(GI)低于80％，低于判定堆肥植物毒性的标准(GI>80％)，其余各组发芽率均≥80％。
表4实验例2-11堆肥结束后的种子发芽实验结果
因此，在以牛粪为底物进行堆肥发酵的过程中加入本发明的添加剂，可有效缩短发酵时间、提高腐质化程度，减少腐殖质的流失、同时减少有害物质的产生。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种提高牛粪堆肥腐熟度的添加剂，其特征在于，所述添加剂为粉末状固体，原料包含40-45重量份的生物炭、45-50重量份的过磷酸钙、10-15重量份的微生物菌剂，生产方法包括以下步骤：
(1)制备生物炭；
(2)使用KOH修饰：将步骤(1)所述生物炭与KOH乙醇溶液混合，加热搅拌后过滤并烘干，制得改性生物炭；
(3)将步骤(2)所述改性生物炭与微生物菌剂充分混合后静置24-48h，得到混合物；
(4)向步骤(3)所述混合物中加入过磷酸钙，充分混合，得到提高牛粪堆肥腐熟度的添加剂。
2.如权利要求1所述的一种提高牛粪堆肥腐熟度的添加剂，其特征在于，步骤(1)所述生物炭为玉米秸秆生物炭，制备方法为：将玉米秸秆在500-550℃条件下厌氧煅烧180-200min，得到炭化玉米秸秆，将炭化玉米秸秆研磨后得到生物炭。
3.如权利要求1所述的一种提高牛粪堆肥腐熟度的添加剂，其特征在于，步骤(2)中，KOH乙醇溶液的质量百分浓度为8％-10％，加热温度为40-80℃，搅拌时间为30-40min。
4.如权利要求1所述的一种提高牛粪堆肥腐熟度的添加剂，其特征在于，步骤(3)所述微生物菌剂为复合微生物菌剂，包含枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、施氏假单胞菌、椭圆酵母菌、米曲霉的部分或全部。
5.一种如权利要求1所述的添加剂在牛粪堆肥中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将牛粪与碳源物质混合，制成堆肥底物；
(2)向堆肥底物中添加添加剂，拌料，使添加剂与堆肥底物充分混合；
(3)进行好氧堆肥，并在好氧堆肥过程中定期取样进行各项指标的测定。
6.如权利要求5所述的应用，其特征在于，步骤(1)中碳源物质包括蘑菇渣、稻壳、番茄秸秆、糖渣、回头料的部分或全部，所述糖渣为工业化制糖的副产物，所述回头料为经过堆肥后腐熟物料，牛粪与碳源物质的混合比例为质量比4:1-4:6。
7.如权利要求5所述的应用，其特征在于，步骤(2)中添加剂用量为堆肥底物总质量的3％-3.5％。
8.如权利要求5所述的应用，其特征在于，步骤(3)中，好氧堆肥的时间为45天，于堆肥前30天内每5天翻堆一次，第31-45天中每7天翻堆一次。
9.如权利要求5所述的应用，其特征在于，步骤(3)中，每天定时测量堆肥上、中、下层的温度各3次，记录其平均值，并于0d,10d,18d,26d,34d,45d采集样品，每次采集样品800-1000g，平均分为2份，其中一份保存于4℃冰箱中用于鲜样测定，另一份自然风干、粉碎后过60目筛，用于干样指标测定，样品测定的指标包括：酸碱度、腐殖质含量、种子平均发芽率及平均发芽指数、有机质含量、元素碳含量、铵态氮含量。
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