QE制剂在农业废弃物堆肥过程中的应用的制作方法

本发明涉及堆肥处理方法领域，具体涉及一种QE制剂在农业废弃物堆肥过程中的应用。

背景技术：

近年来，我国畜禽养殖业发展迅速。在畜禽养殖业高速发展的大环境下，畜禽污染也随之增加。我国第一次全国污染源普查公报数据显示，畜禽养殖粪污已经代替工业污染成为第一大污染源，加快畜禽养殖粪污的治理已经成为我国环境治理的第一要务。高温好氧堆肥被认为是一种畜禽粪污资源化、无害化和减量化的有效手段。但是，好氧堆肥氮素损失量为16%-80%，大量氮素的环境释放不仅会污染环境，还会降低堆肥的品质。堆肥过程中氮素损失途径包括氨气挥发、反硝化以及淋溶损失，其中氨气挥发占氮素损失总量的90%以上。因此，减少堆肥过程中氨气挥发成为稳定有机肥品质的重要手段。因此，亟需筛选一种能够调理废弃物堆肥过程的调理剂，以有效控制堆肥过程的氮损失，从而解决堆肥腐熟慢、氮素损失大等关键问题。

量子能制剂（以下简称QE制剂）是以韩国特有的五色长石黏土矿物为原料，经特殊方式加工后制成的新型多功能复合材料，兼具黏土矿物的物理吸附性质和微生物制剂的生物功能，在很多领域都表现出很大的应用潜力。Bahng 等研究表明，在纺织纤维中加入QE粉末，可以使纤维的蓄热及保温功能优于其它普通纤维纺织品，目前已经被应用到纺织行业，作为新型纺织材料进行生产。Lee 等对 QE 粉末的电气性能的研究表明，QE 粉末在湿润和干燥条件下均具有优良的导电性能，其阻性电流在湿润和干燥条件下分别为 90μA 和 0.8μA，Zeta电位为-37.4mV，研究认为，QE 粉末的这些特性对于其作为电气设备制作的材料，具有潜在的应用价值。目前，QE 粉末已被应用于韩国当地的作物种植中，主要用于提高农作物的产量及品质，并在韩国的农业生产中得到认可。同时，QE 粉末也作为保健材料进行生产。目前国内外还未见到QE制剂应用于农业废弃物堆肥的相关文献报道。

技术实现要素：

基于以上技术现状，本发明的目的是提供QE制剂的一种新应用，即在农业废弃物堆肥过程中的应用。

本发明的技术方案：

QE制剂在农业废弃物堆肥过程中的应用，用于加快发酵速度、提高堆体养分含量及转化率，其中所述农业废弃物为畜禽粪、作物秸秆或农业加工副产品等，所述QE制剂在农业废弃物中的添加量为0.01-0.05wt%。

本发明在农业废弃物堆肥中添加QE制剂，该制剂在吸附性、放热效应、生物活性、调控堆体微生境及综合效应等五个方面协同作用，通过调控堆体微环境，使其变得更利于发酵的进行，显著加快发酵速度，提高堆体养分含量及转化率，使发酵效果变得更好。

附图说明

图1为不同腐熟添加剂对堆肥TOC的影响；

图2为不同腐熟添加剂对堆肥TN的影响；

图3为不同腐熟添加剂对堆肥C/N的影响；

图4为不同腐熟添加剂对堆肥TP的影响；

图5为不同腐熟添加剂对堆肥TK的影响。

具体实施方式

下面用具体实施例来对本发明的技术方案进行详细说明。其中所用QE制剂由韩国（株）量子能技术研究所提供，该制剂申请了国家发明专利（201480000985.6，QE制剂即该专利中的矿物性索玛瑅），常规菌剂由开创阳光环保（北京）有限公司提供。

用猪粪作为堆肥原料，其总有机碳（以下简称TOC）、总氮（以下简称TN）、总磷（以下简称TP）、总钾（以下简称TK）含量分别为：41.6%，1.9%，2.4%，1.7%；含水率为68%。共设置3个处理：其中处理1为不添加菌剂的空白对照处理（CK），处理2、3分别添加常规菌剂（BJ）和QE菌剂（QE），每个处理猪粪用量为5t，菌剂添加量皆为5kg，每个处理3次重复。堆肥反应装置是为密闭的大型发酵塔，高度为8.5m，外直径为4.8m。实验具体操作步骤如下：用铲车铲取5t猪粪投入发酵塔中，同时添加5kg的制剂（处理1不添加菌剂），设置通风频率为60Hz，搅拌频率为每0.5h一次，发酵周期为7d。发酵期间，每天15点通过温度传感器读数记录堆体温度。分别在发酵进行的第0、1、3、5、7d从出料口取样，在阴凉处自然风干后测定样品的TOC、TN、C/N、TP、TK值。

实施例1：QE制剂对堆体TOC含量的影响

三组处理中，QE组TOC含量下降最快，其次是BJ组，CK组最慢。QE组TOC快速降解，第3天达到最大，降解速率为6.21%/d；BJ组的降解速率在第5d达到最大值，降解速率为6.12%/d；CK组在发酵前期（0-5d）TOC降解速率几乎相同，第5d以后速率才开始增长，最降解速率为3.97%/d。发酵结束时，CK、BJ、QE三组TOC含量分别从初始的41.81%、41.21%、41.68%下降至35.18%，32.56%，33.65%，且各组处理间差异显著（AVONA，P＜0.05）（图1）。以上结果表明，QE处理组由于添加剂中含有特殊的活性矿物质-微生物耦合结构，在降低反应活化能的同时，能改变局部微环境，并使反应环境变得利于微生物的生存繁衍，因而加快了TOC的分解速度，从而使堆体发酵进程提前。

实施例2：QE制剂对堆体TN含量的影响

由图2可见，整个发酵期间QE处理组的TN含量最高，其次是BJ处理组，CK处理组最低。QE处理组TN上升最快时期是1-3d，达到13.41%/d，此后TN含量变化不大；BJ处理组TN上升最快的时间为3-5d，达到4.60%/d ；CK处理组则为5-7d，上升速率为4.23%/d。表明QE制剂不仅能快速促进堆肥腐熟、缩短堆肥时间，还能吸附并转化固定部分堆肥中产生的NH₃，从而提高了堆体TN的相对含量。发酵7d后，CK、BJ、QE三组处理的TN含量差异极显著（AVONA，P＜0.01），分别从1.96%、1.93%、1.98%上升到2.03%、2.25%、2.62%。

实施例3：QE制剂对堆体C/N的影响

由图3可见，各处理组的C/N值总体呈下降趋势。其中QE处理组中C/N在发酵初期就快速下降，最大下降速率达15.47%/d；BJ处理组中C/N在3-5d达到最大下降速率，为9.82%/d；CK对照组C/N下降速率相对较小，在5-7d时达到最大，为7.57%/d；堆肥结束时，CK、BJ、QE三组处理的C/N值依次从21.33、21.35、21.07降低为17.32、14.44、12.82，各处理组之间差异显著（AVONA，P＜0.05）。C/N值的下降，表明堆肥向着稳定化、腐熟化、无害化方向演变。有研究表明当C/N下降至16以下时，能更好的保证堆肥的腐熟程度。本研究中，在同样发酵7d的条件下，QE组C/N值显著小于其他两组处理。表明，与对照和BJ处理相比，QE处理组的发酵进程更快。

实施例4：QE制剂对堆体TP、TK的影响

如图4和图5所示，三组处理的TP、TK含量皆随发酵时间的推移而不断增加。然而，这只是TP、TK在堆体各组分中相对含量的上升，因为堆肥中的P、K是两种相对稳定的元素，它们的绝对含量不会随着发酵而变化，只会在各个形态间相互转化。随着发酵的不断进行，堆体的总干物质不断减少，因而TP、TK在堆体中的相对含量会上升。发酵完成后，CK、BJ、QE三组处理TP含量，分别从2.45%、2.42%、2.38%上升到2.65%、2.97%、3.04%，各处理组间差异极显著（ANOVA，P＜0.01）。CK、BJ、QE三组处理TK含量分别从1.78%、1.74%、1.71%增加至1.96%、2.20%、2.29%。这表明，在相同的发酵时间内，添加QE制剂的堆体发酵进程更快，腐熟的更彻底，因此TP、TK含量会显著高于其他两组处理。

实施例5：QE制剂对堆肥品质的影响

实施例1中的三组处理堆肥结束后，以《有机肥料》（2012）中对于堆肥产品品质的要求为依据，并选取标准中所列的含水率、有机质等全部12项指标为比较项目，分别比较各处理组堆肥产品的差异性，结果见表1。

如表1所示，CK处理组堆肥产品外观为黑色、块状、有恶臭，含水率为34.3%，pH为9.0，蛔虫卵死亡率为91%，粪大肠杆菌数为204个，不符合《有机肥料》标准；而BJ和QE处理组堆肥产品各项指标则完全符合标准，QE处理组的有机质含量及总养分含量均高于BJ处理组。表明，在农业废弃物堆肥过程中添加QE制剂具有提高堆肥产品品质的作用。

表1 不同处理7天后堆肥品质比较

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实施例6：QE制剂对堆肥氮损失的影响

用猪粪作为堆肥原料，添加玉米秸秆调节含水量，其中以无添加剂的为对照组，比较添加常规菌剂（BJ）、粘土矿物、常规菌剂（BJ）+粘土矿物、QE菌剂（QE）对堆肥过程中氮损失的影响，每个处理猪粪用量为5t，添加量皆为5kg，每个处理3次重复，混匀后进行腐熟发酵。发酵前和发酵后测定堆肥的总氮量及堆体总重量，计算氮素损失率。其中QE制剂的氮素损失率最低为23.4%，其次为常规菌剂+粘土矿物处理，氮素损失率为30.9%，以对照组最高为52.3%。

表2 不同堆肥添加剂处理对氮素损失率的影响

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QE制剂对其他畜禽粪、作物秸秆和农业加工副产品堆肥的影响与猪粪堆肥的效果相当，在此不再赘述。

以上仅为本发明的较佳实施方式，而不是其可实施方式的穷举，也不应认为是对其保护范围的限制，本领域技术人员在本发明的精神和原则下所作出的任何不具有创造性的改进，均应认为在本发明的保护范围内。