专利名称：一种利用互花米草和牛羊粪混合堆肥制备土壤改良剂的方法及其反应装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及土壤改良领域，具体涉及一种利用互花米草和牛羊粪制备土壤改良剂的方法及其反应装置。
背景技术：
互花米草(Spartina alterniflora)，是一种多年生耐盐植物，原产于大西洋沿岸，具有很高的生产力，在相同环境条件下，互花米草的净光合速率高，能够迅速进行生物量的生产和积累，每年干物质产率高达3154. 8 g/ m2。1979年引入我国沿海地区，在固滩、 护提等方面取得了良好的效果，具有明显的工程效益。然而，由于互花米草缺乏资源化利用途径，常年无人收割，任其蔓延，近几年互花米草已在一些地区出现了迅速扩张的现象，对当地土著生物的生长造成严重威胁，导致生物多样性下降。根据上海崇明东滩最新数据，互花米草滩面积已扩展到910. 17公顷，约占植被总面积的33. 1 %。2003年初我国自然生态保护司在关于发布中国第一批外来入侵物种名单的通知中，已将其列入该名单。因此，对于互花米草，一方面应研究控制措施以遏制其迅速蔓延的局面，另一方面应为互花米草探求一条可资源化的途径，实现“化害为利”的目的。植物秸秆是重要的肥料资源。秸秆还田是秸秆的主要利用方式也是土壤改良的重要手段。目前主要的还田措施有直接还田、堆怄还田、过腹还田三种形式。我国有秸秆还田培肥土壤的悠久历史，目前国内外科技工作者也对秸秆还田做了诸多研究，包括秸秆还田对作物产量的影响、对土壤性质的影响]、秸秆腐解速度的影响因素等等。堆肥是农业废弃物资源化利用的有效途径之一，在堆肥过程中，堆料有机物向腐殖化和稳定化方向转化。稳定后的秸秆作为土壤改良剂还田具有良好的改土增产效应。相关研究表明，秸秆堆肥还田具有改善土壤物理性状、补充土壤养分、提高土壤有效养分含量、改善土壤微生态环境等作用。互花米草秸秆是一种潜在的生物质资源，互花米草秸秆还田用于贫瘠土壤改良是一个资源化的可能途径。然而目前关于互花米草秸秆堆肥还田的研究鲜见报道。这可能是因为，互花米草理化性质与农作物秸秆有一定的差别，其生长于海滩、含盐量高且不易洗脱，直接还田将导致土壤盐分的聚集等等。为实现互花米草秸秆的还田，使其得到资源化利用，需要通过堆肥使互花米草初步腐殖化，并有利于盐份的洗脱。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用互花米草和牛羊粪混合堆肥制备土壤改良剂的方法及其反应装置。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
一种利用互花米草和牛羊粪混合堆肥制备土壤改良剂的方法，具体步骤如下 (1)将牛羊粪加水调节至固含量5-15%后搅勻；(2)将粉碎后的互花米草与处理后的牛羊粪按干物质重量1:1-3:1比例混合均勻，得混合物；
(3)将步骤(2)得到的混合物接种微生物菌剂进行好氧堆肥，菌剂液体质量为混合物干物质质量的1. 5-2. 5 % ；
(4)好氧堆肥反应鼓风量控制在4-6m3空气/m3物料/d，堆制过程中视腐熟程度，定期对混合物进行搅拌，后期鼓风量控制在2-3 m3空气/m3物料/d。本发明中，步骤(1)中所所述的牛羊粪为牛粪、羊粪或牛羊粪混合物中任一种。本发明中，步骤⑵中所述粉碎后的互花米草是指将互花米草粉碎至I-Scm之间。本发明中，步骤(3)中所述接种微生物是指接种筛选自盐碱土壤中的耐盐菌；或是所述微生物菌剂为VT菌剂与筛选自盐碱土壤中的耐盐菌的混合菌剂。本发明提出的一种利用互花米草和牛羊粪混合堆肥制备土壤改良剂的反应装置， 该反应装置包括具有保温作用的外壳6，所述外壳6内设有用于发生堆肥反应的反应容器 1，反应容器1内安装有温度计2，所述反应容器1底部安装通气孔板3，所述反应容器1底部还通过通气管道与气泵4连接，该通气管道上安装有气体流量计5。本发明中，所述反应容器1的数量视具体情况而定。本发明中，通气孔板3是钻有一定数量的布气孔的PVC板， 本发明的有益效果在于
将互花米草和牛羊粪混合堆肥制备土壤改良剂，不但可以同时处理两种有机固体废物，且经过堆肥后互花米草盐分易于洗脱，较未堆肥互花米草少；经过盆栽试验表明投加腐熟混合堆料的田菁生物量为对照的3. 74倍，表明其不但可改善土壤结构和土壤理化性质， 显著提高作物产量，而且同时还实现了互花米草和牛羊粪的资源化、减量化和无害化，本发明还具有工艺简单、可操作性强和具有一定经济效益的优点。
图1为本发明反应装置示意图。图中标号1为反应容器，2为温度计，3为通气孔板，4为气泵，5为气体流量计，6 为夕卜壳。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。为了更好的实现本发明的内容，我们设计了一种利用互花米草和牛羊粪混合堆肥制取土壤改良剂的反应装置。该反应装置外壳采用具有保温作用的材料制作。所述外壳6 内设有用于发生堆肥反应的反应容器1，反应容器1内安装有温度计2，所述反应容器1底部安装通气孔板3，该通气孔板3是钻有一定数量的布气孔的PVC板，每孔径为1 cm，在PVC 板上均勻分布。所述反应容器1底部还通过通气管道与气泵4连接，该通气管道上安装有气体流量计5。空气由鼓风机经通气管道送入装置底部布气仓，经布气孔均勻分布进入装置主体，通气量的测定采用转子流量计。实施例1
(1)收割上海崇明东滩湿地生长具有优势的互花米草群落，并将其切碎至1-4cm；
(2)将取自崇明岛陈家镇瀛东村山羊养殖厂的羊粪加水调节至固含量10%后搅勻；
(3)将步骤(1)所述的粉碎互花米草(30kg)与步骤(2)处理后的羊粪(20kg)按干物质重量1.5:1比例混合均勻，得混合物后投加到好氧堆肥反应装置中；
(4)将步骤3中混合物(50kg)接种微生物菌剂进行好氧堆肥，菌剂液体质量为混合物干物质质量的2%，并将混合物投加到好氧堆肥反应装置中，加水调节物料含水率为 5(Γ55%，其中微生物菌剂来自北京沃土天地生物科技有限公司生产的VT菌剂和筛选自崇明东滩盐碱土壤中的耐盐菌；
(5)好氧堆肥反应鼓风量控制在5m3空气/ m3物料/d，堆制过程中视腐熟程度，定期对混合物进行搅拌，后期鼓风量控制在2. 5 m3空气/ m3物料/d，所述的后期即堆肥基本腐熟后，一般在一个半月左右堆肥腐熟，堆制2个月后将混合堆料用水浸泡洗去盐分即可得适于土壤改良的腐熟混合堆料，之后可进行新一轮的投料。实施例2:
(1)收割上海崇明东滩湿地生长具有优势的互花米草群落，并将其切碎至1-4cm；
(2)将取自崇明岛现代农业园区奶牛养殖厂的牛粪加水调节至固含量5%后搅勻；
(3)将步骤(1)所述的粉碎互花米草(25kg)与步骤(2)处理后的牛粪(25kg)按干物质重量1:1比例混合均勻，得混合物后投加到好氧堆肥反应装置中；
(4)将步骤3中混合物(50kg)接种微生物菌剂进行好氧堆肥，菌剂液体质量为混合物干物质质量的1.5%，并将混合物投加到好氧堆肥反应装置中，加水调节物料含水率为 5(Γ55%，其中微生物菌剂是指筛选自盐碱土壤中的耐盐菌剂。(5)好氧堆肥反应鼓风量控制在4 m3空气/ m3物料/d，堆制过程中视腐熟程度， 定期对混合物进行搅拌，后期鼓风量控制在2 m3空气/ m3物料/d，堆制2个月后将混合堆料用水浸泡洗去盐分即可得适于土壤改良的腐熟混合堆料，之后可进行新一轮的投料。实施例3
(1)收割上海崇明东滩湿地生长具有优势的互花米草群落，并将其切碎至4-8cm；
(2)将取自崇明岛陈家镇瀛东村山羊养殖厂的羊粪与现代农业园区奶牛养殖厂的牛粪的混合物加水调节至固含量15%后搅勻；
(3)将步骤⑴所述的粉碎互花米草(36kg)与步骤⑵处理后的牛粪(6kg)羊粪 (6kg)按干物质重量3:1比例混合均勻，得混合物；
(4)将步骤3中混合物(48kg)接种微生物菌剂进行好氧堆肥，菌剂液体质量为混合物干物质质量的2. 5%，并将混合物投加到好氧堆肥反应装置中，加水调节物料含水率为 5(Γ55%，其中微生物菌剂来自北京沃土天地生物科技有限公司生产的VT菌剂和筛选自崇明东滩盐碱土壤中的耐盐菌；
(5)好氧堆肥反应鼓风量控制在6m3空气/ m3物料/d，堆制过程中视腐熟程度，定期对混合物进行搅拌，后期鼓风量控制在3 m3空气/ m3物料/d，堆制2个月后将混合堆料用水浸泡洗去盐分即可得适于土壤改良的腐熟混合堆料，之后可进行新一轮的投料。实施例中，耐盐菌驯化培养采用贫营养的M9培养基培养，培养时逐步提高含盐量0. 1%，0. 5%，1%，2%对土壤中的耐盐菌加以驯化。过程如下用天平称取5g崇明盐碱土样加入盛有50mL含盐量0. 1%的M9培养基的三角瓶中。将该三角瓶放在摇床上于28°C振荡培养24h，使细菌充分生长后，再取其中ImL含菌培养液继续转接到含盐量0. 5%的培养基中， 直到其含盐量达到2%，之后采用大桶充氧富集培养，待大桶内的菌量生长至一定程度时，于冷冻离心机4°C下10000 rpm/min,离心5min，收集菌液浓缩液于4°C下保存。为研究堆肥腐化后互花米草的脱盐效率，取堆肥结束时干样5. 00 g，加入50 ml蒸馏水分别浸提IOmin和2h (假设用水浸提物料2h后盐分可全部洗脱)。以未堆肥互花米草为对 照，分别测定其浸提液的电导率，并换算成含盐量。经过试验表明，将未经过本发明所述方法处理的互花米草直接进行水洗脱盐处理，IOmin水洗脱盐率仅为21 %，但是经过本发明所述的方法处理的腐熟混合堆肥进行水洗脱盐处理，实施例1中的堆肥料IOmin水洗脱盐率达到81. 83 %。试验表明，经过本发明的方法处理互花米草易于脱盐。互花米草和牛羊粪混合堆肥制取土壤改良剂盆栽验证试验
盆栽试验花盆采用PVC材质，盆高30cm，长、宽各40cm，容量为0. 048m3，盆底部有直径 2-4cm左右小孔若干，利于土壤通气渗水。花盆底部铺有IOcm厚的碎石垫层以防止土壤流失及增加土壤的通气透水性。设置1个不投加腐熟堆料的对照和6个添加互花米草腐熟堆料的平行处理盆，其中2个对应实施例1中的腐熟堆肥，2个对应实施例2中的腐熟堆肥，另外两个对应实施例3中的腐熟堆肥。试验作物为崇明东滩本土植物田菁，试验土壤为崇明东滩围垦盐碱土壤。将每个盆中放入50kg盐碱土壤，取实施例1生成的腐熟堆肥放入两个试验花盆中各10kg，取实施例2生成的腐熟堆肥放入另外两个试验花盆中各10kg，取实施例3生成的腐熟堆肥放入另外两个试验花盆中各10kg，对照盆只放入50kg混合均勻的土。 于2009年5月均勻播种田菁种子(每盆50粒)，放置在自然环境中生长，期间配合以传统的种养措施(对照同步)。待11月份结籽收割，投加腐熟混合堆料的田菁生物量分别为对照的3. 74、3. 25和2. 84倍。3个实施例经过腐熟堆肥改良土壤与对照土壤，理化性质变化进行详细的分析。
dlW'iCT at*￡ a:Pλ11 嚷聘麗
irisy1 mg-fcc1 K'ft ; τ1 WkiTi · #. ‘ /
IS 2I . O I ii. “ Wi.:) ι,i！ α ； S；' i·. & Ii 45. JS· J
2 1JO‘ 4·0 *> ；4·^ / 24.0 M efi-IJ^ ! ；^ il-ift ^
t^SW J IiDSii! ie-A*0 i >2#i Vi SmG ；g·y ； 2 |1 s 49. .S Λ
！IO*.. 2MV 2 .+'J. * ·； 51.2 1*1 Uif If-*!)*.B 5& . 1 ,表中土壤容重指单位体积自然状态下土壤(包括土壤空隙的体积)的干重，是土壤紧实度的一个指标；土壤有机碳指土壤中有机物的含碳量；土壤全氮、全磷、全钾指土壤中营养元素含量；土壤含盐量指土壤中所含盐分(主要是氯盐、硫酸盐、碳酸盐)的质量占干土质量的百分数。综上可见，该方法工艺简单，可操作性强，采用混合好氧堆肥，不但同时处理了两种有机固体废物，而且混合堆料养分丰富可作为土壤改良剂，从而实现了互花米草和牛羊粪的资源化、减量化和无害化的利用。
权利要求
1.一种利用互花米草和牛羊粪混合堆肥制备土壤改良剂的方法，其特征在于具体步骤如下(1)将牛羊粪加水调节至固含量5-15%后搅勻；(2)将粉碎后的互花米草与处理后的牛羊粪按干物质重量1:1-3:1比例混合均勻，得混合物；(3)将步骤(2)得到的混合物接种微生物菌剂进行好氧堆肥，菌剂液体质量为混合物干物质质量的1. 5-2. 5 % ；(4)好氧堆肥反应鼓风量控制在4-6m3空气/m3物料/d，堆制过程中视腐熟程度，定期对混合物进行搅拌，后期鼓风量控制在2-3 m3空气/m3物料/d。
2.根据权利要求1中所述的一种利用互花米草和牛羊粪混合堆肥制备土壤改良剂的方法，其特征在于步骤(1)中所所述的牛羊粪为牛粪、羊粪或牛羊粪混合物中任一种。
3.根据权利要求1中所述的一种利用互花米草和牛羊粪混合堆肥制备土壤改良剂的方法，其特征在于步骤(2)中所述粉碎后的互花米草是指将互花米草粉碎至I-Scm之间。
4.根据权利要求1中所述的一种利用互花米草和牛羊粪混合堆肥制备土壤改良剂的方法，其特征在于步骤(3)中所述接种微生物是指接种筛选自盐碱土壤中的耐盐菌；或是所述微生物菌剂为VT菌剂与筛选自盐碱土壤中的耐盐菌的混合菌剂。
5.一种如权利要求1所述的利用互花米草和牛羊粪混合堆肥制备土壤改良剂的反应装置，其特征在于，该反应装置包括具有保温作用的外壳(6)，所述外壳(6)内设有用于发生堆肥反应的反应容器(1)，反应容器(1)内安装有温度计(2)，所述反应容器(1)底部安装通气孔板(3)，所述反应容器(1)底部还通过通气管道与气泵(4)连接，该通气管道上安装有气体流量计(5)。
6.根据权利要求5所述的利用互花米草和牛羊粪混合堆肥制备土壤改良剂的反应装置，其特征在于，通气孔板(3)采用均勻分布有布气孔的PVC板。
全文摘要
本发明涉及一种利用互花米草和牛羊粪混合堆肥制备土壤改良剂的方法及其反应装置，具体步骤为(1)将牛羊粪加水调节至固含量约5-15%后搅匀；(2)将粉碎后的互花米草与处理后的牛羊粪按干物质重量1:1-3:1比例混合均匀得混合物；(3)将混合物接种微生物菌剂进行好氧堆肥。(4)好氧堆肥反应鼓风量控制在2-6m3空气/m3物料/d，定期对混合物进行搅拌；所述牛羊粪为牛粪或羊粪或牛羊粪混合物。本发明不但可以同时处理两种有机固体废物，且经过堆肥后互花米草盐分易于洗脱，较未堆肥互花米草少；堆料还田后盐分不会在土壤中聚集，可改善土壤结构和土壤理化性质，显著提高作物产量。
文档编号C05F17/02GK102219578SQ20111009278
公开日2011年10月19日 申请日期2011年4月14日 优先权日2011年4月14日
发明者唐玉姝, 张艳楠, 李艳丽, 王磊, 王红丽, 胡煜, 陈金海 申请人:同济大学