一種農(nóng)作物堆肥及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明農(nóng)作物資源領(lǐng)域，具體的說涉及一種農(nóng)作物堆肥及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國農(nóng)業(yè)廢棄物主要為畜禽糞便和農(nóng)作物秸桿兩大類。2010年我國規(guī)模化養(yǎng)殖場 畜禽糞便的排放量約22. 3億噸，2020年將達(dá)到42. 4億噸。我國農(nóng)作物秸桿年產(chǎn)量7. 0億 噸。其中以水稻、玉米和小麥稻桿為主，占稻桿總量的75. 6%。大量稻桿的燃燒及未被資源 化利用的畜禽糞便隨意地堆放造成環(huán)境污染和資源的浪費(fèi)。
[0003] 畜禽糞便質(zhì)地較細(xì)、含有豐富的氮、磷和有機(jī)質(zhì)，但是碳氮比較低，5~15。農(nóng)作 物秸桿的主要成分約為30%纖維素、50%半纖維素和15%木質(zhì)素，碳氮比高達(dá)100~150。 利用畜禽糞便和農(nóng)作物秸桿堆肥，是農(nóng)業(yè)廢棄物作為土壤肥料或調(diào)節(jié)劑的關(guān)鍵手段之一， 也是一種易于操作、價廉、容易推廣、適合我國農(nóng)業(yè)廢棄物資源化的方式。然而，在堆肥過程 中氮素?fù)p失達(dá)23. 3~77. 0%，降低了堆肥產(chǎn)品的養(yǎng)分含量，常用的抑制氨揮發(fā)的措施有添 加竹炭、竹醋液、米糠及硫磺粉等。比如，中國發(fā)明專利（申請?zhí)?00710006653)和中國發(fā) 明專利（申請?zhí)?00710006654)通過添加竹炭及竹醋液降低畜禽廢棄物堆肥過程中的氮損 失；中國發(fā)明專利（申請?zhí)?01210525624)利用蛋雞糞與米糠和稻草混合堆肥；中國發(fā)明 專利（申請?zhí)?00910091091)通過在堆肥中添加硫磺粉和硫酸亞鐵，抑制堆肥過程中氮損 失。即便如此，農(nóng)業(yè)廢棄物堆肥產(chǎn)品中仍存在堆肥產(chǎn)品肥效低等關(guān)鍵問題，還要配合施用其 它肥料，才能滿足作物生長發(fā)育的要求。因此有必要開發(fā)一種肥效高的堆肥，提高堆肥產(chǎn) 品的農(nóng)用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的之一在于提供一種農(nóng)作物堆肥的制備方法，該方法包括如下步驟：
[0005] (1)按質(zhì)量比1 :0. 2 :0. 1~0. 3將畜禽糞便、秸桿與秸桿生物炭混合；
[0006] (2)將上述混合物料進(jìn)行堆肥發(fā)酵，通風(fēng)速率為0. 01~0. 05m3 ? 1T1 ?kg濕基' 發(fā)酵14~20天后出料。
[0007] 其中所述的畜禽糞便含水率為70~85%，畜禽糞便中有機(jī)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以干基 計為30~80% ;
[0008] 所述的農(nóng)作物秸桿含水率為10~20%，農(nóng)作物秸桿中有機(jī)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以干基 計為50~80% ;
[0009] 所述的秸桿生物炭為各類秸桿來源的生物炭，包括小麥秸桿生物炭、水稻秸桿生 物炭、玉米秸桿生物炭和大麥秸桿生物炭等；
[0010] 秸桿生物炭是以秸桿為原料，將秸桿斷成18~20cm的節(jié)段，并捆扎裝入密閉炭化 爐中，在最終炭化溫度為500~6〇o°c、平均升溫速度為locrotr 1的條件下對其進(jìn)行炭化， 升至最終炭化溫度后保溫lh，得到秸桿生物炭。
[0011] 步驟（2)中將混合物料放入發(fā)酵設(shè)備內(nèi)通過靜態(tài)強(qiáng)制通風(fēng)方式及人工強(qiáng)制翻堆 相結(jié)合的方式進(jìn)行堆肥發(fā)酵處理；每5~7天翻堆一次；通風(fēng)速率優(yōu)選為0. 03m3 ? IT1 ? kg 濕基'
[0012] 本發(fā)明還提供了由上述方法制備得到的農(nóng)作物堆肥。
[0013] 本發(fā)明制備得到的農(nóng)作物堆肥水溶性鹽分、全氮及速效磷的含量明顯增高，肥效 優(yōu)，適宜農(nóng)田應(yīng)用。
[0014] 本發(fā)明提供的農(nóng)作物堆肥所用原料來源廣，且均為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廢棄物，成本低廉。
[0015] 由于秸桿生物炭質(zhì)量輕、孔隙率高、吸附性強(qiáng)，保證堆肥物料與空氣充分接觸，促 進(jìn)混合物料中有機(jī)質(zhì)的降解，減少堆肥過程中氮素的損失；并且由于秸桿生物炭富含表面 官能團(tuán)，促進(jìn)物料中水溶性有機(jī)碳的向堆肥腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化，從而提高堆肥的腐殖化程度，加快 堆肥提前完成腐熟過程；再者由于秸桿生物炭電導(dǎo)率高、水溶性氮磷豐富，所以適宜比例秸 桿生物炭的添加使獲得的農(nóng)作物堆肥營養(yǎng)成分高。
[0016] 秸桿生物炭添加后的堆肥14~20天，堆肥產(chǎn)品中電導(dǎo)率為1. 41~2. 35ms ?〇!!' 全氮含量為16. 4~21. 0g *kg'速效磷含量為554~801mg ?kg'可以明顯提高堆肥產(chǎn)品 中的電導(dǎo)率21. 2~45. 5%、全氮含量6. 1~19. 0%、速效磷含量12. 1~26. 2%，最終獲得 的生物炭基堆肥產(chǎn)品質(zhì)量高、肥效優(yōu)、適宜農(nóng)用。
[0017] 另外，由于秸桿生物炭具有吸附性能強(qiáng)、來源廣泛、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，在堆肥過程 中，促使物料松散易分離、堆肥周期縮短。
[0018] 本發(fā)明選用秸桿生物炭應(yīng)用于農(nóng)業(yè)廢棄物混合堆肥中，由于秸桿生物炭含有豐富 的官能團(tuán)基團(tuán)，可以加快水溶性有機(jī)物中的有機(jī)碳向腐殖質(zhì)碳轉(zhuǎn)移，最終實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物 的減量化、資源化和無害化。
[0019] 秸桿生物炭是將小麥、大麥、水稻或玉米等農(nóng)作物秸桿在無氧或限氧的條件下經(jīng) 高溫?zé)峤夂蟮玫降纳詈稚蚝谏嗫仔晕镔|(zhì)。生物炭具有較大比表面積、表面官能團(tuán)及豐 富的微孔結(jié)構(gòu)，對養(yǎng)分保持、水分利用、土壤結(jié)構(gòu)、重金屬和有機(jī)污染物生物有效性都將產(chǎn) 生重要影響。特別是秸桿生物炭來源于秸桿生物質(zhì)，其電導(dǎo)率范圍3. 5~10. 0ms ? cnT1、速 效磷含量范圍700~1200mg ? kg'硝態(tài)氮含量介于80~120mg ? kg'按態(tài)氮含量范圍 20~60mg ? kg4等，均高于木炭和竹炭。因此，秸桿生物炭不僅具備常規(guī)生物炭的促進(jìn)堆 肥腐殖化程度的特性，而且應(yīng)用于農(nóng)田土壤后可以供給土壤養(yǎng)分和促進(jìn)植物生長。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0021] 實(shí)施例1
[0022] 本實(shí)施例中使用的畜禽糞便為豬糞，農(nóng)作物秸桿為小麥秸桿，分別取自上海市奉 賢區(qū)莊行試驗(yàn)站的養(yǎng)豬場和試驗(yàn)田。其中，豬糞的含水率為85.0%，有機(jī)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以干 基計為34. 4% ;秸桿的含水率為9. 1%，有機(jī)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以干基計為62. 6%。
[0023] 將小麥秸桿斷成18~20cm的節(jié)段，并捆扎裝入莊行試驗(yàn)站內(nèi)密閉炭化爐（浙江 省悟能環(huán)?？萍及l(fā)展有限公司，型號EC0-5000)中，在最終炭化溫度為500°C、平均升溫速 度為ioo°c ?tr1的條件下對其進(jìn)行炭化，升至最終炭化溫度500°c后保溫lh，得到秸桿生物 炭為小麥秸桿炭，制備成的小麥秸桿生物炭電導(dǎo)率7. 9ms ? cnT1、pH值5. 5、水溶性有機(jī)碳含 量2. 7g ? kg'速效磷含量llOOmg ? kg'硝態(tài)氮含量22. 6mg ? kg'全氮含量15. 2g ? kg'
[0024] (1)按質(zhì)量比1 :0. 2 :0. 2將豬糞、小麥秸桿與小麥秸桿生物炭混合，得混合物料， 該混合物料含水率為70% ;
[0025] (2)將上述混合物料進(jìn)行堆肥發(fā)酵，通風(fēng)速率為0. 03m3 ? 1T1 ? kg濕基 '每7天翻 堆一次；發(fā)酵20天后出料。
[0026] 在堆肥過程中的第14及20天取堆肥樣品分析其養(yǎng)分組成及含量，結(jié)果見表1。
[0027] 對比例：
[0028] (1)按質(zhì)量比1 :0. 2將豬糞與小麥秸桿混合，得混合物料，該混合物料含水率為 70% ；
[0029] (2)將上述混合物料進(jìn)行堆肥發(fā)酵，通風(fēng)速率為0. 03m3 ? 1T1 ? kg濕基 '每7天翻 堆一次；發(fā)酵20天后出料。
[0030]其中原料同實(shí)施例1，在堆肥過程中的第14及20天取堆肥樣品分析其養(yǎng)分組成及 含量，結(jié)果見表1。
[0031] 實(shí)施例2
[0032] 本實(shí)施例中使用的畜禽糞便為豬糞，農(nóng)作物秸桿為小麥秸桿，分別取自上海市奉 賢區(qū)莊行試驗(yàn)站的養(yǎng)豬場和試驗(yàn)田。其中，豬糞的含水率為85%，有機(jī)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以干基 計為34. 4% ;秸桿的含水率為9. 1%，有機(jī)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以干基計為62. 6%。
[0033] 將小麥秸桿斷成18~20cm的節(jié)段，并捆扎裝入莊行試驗(yàn)站內(nèi)密閉炭化爐（型號 EC0-5000)中，在最終炭化溫度為500°C、平均升溫速度為100°C ?tr1的條件下對其進(jìn)行炭 化，升至最終炭化溫度后保溫lh，得到秸桿生物炭為小麥秸桿炭，制備成的小麥秸桿生物炭 電導(dǎo)率7. 9ms ? cm'pH值5. 5、水溶性有機(jī)碳含量2. 7g ? kg_\速效磷含量llOOmg ? kg_i、硝 態(tài)氮含量22. 6mg ? kg'全氮含量15. 2g ? kg'
[0034] (1)按質(zhì)量比1 :0. 2 :0. 3將豬糞、小麥秸桿與小麥秸桿生物炭混合，得混合物料， 該混合物料含水率為70% ;
[0035] (2)將上述混合物料進(jìn)行堆肥發(fā)酵，通風(fēng)速率為0. 03m3 ? 1T1 ? kg濕基 '每7天翻 堆一次；發(fā)酵20天后出料。
[0036] 在堆肥過程中的第14及20天取堆肥樣品分析其養(yǎng)分組成及含量，結(jié)果見表1。
[0037] 實(shí)施例3
[0038] 本實(shí)施例中使用的畜禽糞便為豬糞，農(nóng)作物秸桿為水稻秸桿，分別取自上海市奉 賢區(qū)莊行試驗(yàn)站的養(yǎng)豬場和試驗(yàn)田。其中，豬糞的含水率為85%，有機(jī)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以干基 計為34. 4% ;秸桿的含水率為10. 1%，有機(jī)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以干基計為41. 0%。
[0039] 將水稻秸桿斷成18~20cm的節(jié)段，并捆扎裝入莊行試驗(yàn)站內(nèi)密閉炭化爐（型號 EC0-5000)中，在最終炭化溫度為500°C、平均升溫速度為100°C ?tr1的條件下對其進(jìn)行炭 化，升至最終炭化溫度后保溫lh，得到秸桿生物炭為稻秸桿炭，該水稻秸桿生物炭電導(dǎo)率 5. 4ms ? cnT1、pH值7. 2、水溶性有機(jī)碳含量2. 3g ? kg'速效磷含量800mg ? kg_\硝態(tài)氮含 量 43. Omg ? kg'
[0040] (1)按質(zhì)量比1 :〇. 2 :0. 1將豬糞、水稻秸桿與水稻秸桿生物炭混合，得混合物料， 該混合物料含水率為70% ;
[0041] (2)將上述混合物料進(jìn)行堆肥發(fā)酵，通風(fēng)速率為0. 03m3 ? 1T1 ? kg濕基 '每7天翻 堆一次；發(fā)酵20天后出料。
[0042] 在堆肥過程中的第14及20天取堆肥樣品分析其養(yǎng)分組成及含量，結(jié)果見表1。
[0043] 表1實(shí)施例和對比例的農(nóng)作物堆肥養(yǎng)分組成及含量
[0044]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種農(nóng)作物堆肥的制備方法，該方法包括如下步驟： (1) 按質(zhì)量比1 :〇. 2 :0. 1~0. 3將畜禽糞便、秸桿與秸桿生物炭混合； (2) 將上述混合物料進(jìn)行堆肥發(fā)酵，通風(fēng)速率為0. 01~0. 05m3 ?IT1 ?kg濕基 '發(fā)酵 14~20天后出料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)作物堆肥的制備方法，其中所述的秸桿生物炭是以秸桿為 原料，將秸桿斷成18~20cm的節(jié)段，并捆扎裝入密閉炭化爐中，在最終炭化溫度為500~ 600°C、平均升溫速度為100°C?IT1的條件下對其進(jìn)行炭化，升至最終炭化溫度后保溫lh， 得到的秸桿生物炭。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)作物堆肥的制備方法，其中通風(fēng)速率為0. 03m3 ?kg濕 基―1。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述方法制備成的農(nóng)作物堆肥。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種農(nóng)作物堆肥及其制備方法，該農(nóng)作物堆肥是通過如下方法制備得到的：(1)按質(zhì)量比1：0.2：0.1～0.3將畜禽糞便、秸稈與秸稈生物炭混合；(2)將上述混合物料進(jìn)行堆肥發(fā)酵，通風(fēng)速率為0.01～0.05m3·h-1·kg濕基-1，發(fā)酵14～20天后出料。本發(fā)明制備得到的農(nóng)作物中因?yàn)樘砑恿宿r(nóng)作物秸稈生物炭，堆肥水溶性鹽分、全氮及速效磷的含量明顯增高，肥效優(yōu)，適宜農(nóng)田應(yīng)用。
【IPC分類】C05F17-00, C05G3-00
【公開號】CN104844317
【申請?zhí)枴緾N201510163931
【發(fā)明人】張繼寧, 周勝, 陳桂發(fā), 孫會峰, 付子軾, 宋祥甫
【申請人】上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年4月8日