一种生物质炭基有机肥堆肥及其制备方法和应用与流程

本发明涉及肥料
技术领域：
，尤其涉及在有机肥堆肥中添加生物质炭，并利用生物质炭-有机肥堆肥形成含有大量元素的生物质炭基有机肥产品，应用于土壤中。
背景技术：
：红壤是我国面积居第三位的土壤类型，主要分布于长江以南的低山丘陵区，南方红壤地区以占全国28%的耕地养活了占全国43%的人口。然而红壤地区高温高湿，土壤矿物风化淋溶强烈、发育完全，导致红壤养分缺乏，土壤肥力下降，不利于作物高产，且旱地红壤养分退化程度相对于水田土壤更严重。提高土壤肥力最直接的方式是相关的n投入，如动物粪便、人工合成肥料和作物残余等。当前我国畜禽养殖总量不断上升，全国每年产生38亿吨畜禽粪便，有效处理率却不到50%，已成为困扰养殖业健康发展的重大瓶颈和影响农村环境的突出问题。因此有机畜禽粪便在土壤上的应用能有效地解决两个问题：废弃物浪费和土壤肥力低。但土壤中添加的动物粪便直接造成大约10%的全球n2o排放；且一部分碳素会降解成co2、ch4等温室气体排放到大气中，从而加剧温室效应，且碳损失量可高达66.7%。动物粪便的施用到土壤以n2o形式的氮损失和co2、ch4形式的碳损失对空气质量和气候变化具有全球性和区域性的重要性。作为农田施用的一种替代措施，堆肥是一种被广泛接受的农业有机废弃物循环技术，它能减小直接施用废弃物原料的一些缺点，例如危害植物的毒性，淋失和矿化有机氮的反硝化作用等。虽然有机堆肥施入土壤后对土壤质量的改善起着重要作用，但在堆肥之后的有机肥能通过促进土壤硝化作用和反硝化作用而增加ch4和n2o排放。因此，本领域亟待发明一种新的方法以提高有机肥利用效率，快速提高土壤有机质含量，而且还对土壤的物理、化学、生物性质具有良好的调节功能；并可以指导南方旱地红壤的有机肥堆肥的合理施用和旱地红壤温室气体减排措施的制定，具有较明显的理论探索性和应用针对性。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是提供一种生物质炭基有机肥堆肥及其制备方法和应用，该生物质炭基有机肥堆肥可以快速提高土壤有机质含量，提高作物产量，减少ch4和n2o排放，而且还对土壤的物理、化学、生物性质具有良好的调节功能；并可以指导南方旱地红壤的有机肥堆肥的合理施用和旱地红壤温室气体减排措施的制定，具有较好的应用前景。为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种生物质炭基有机肥堆肥，按重量份数计，包括以下原料：水稻秸秆生物质炭1-3份，松木木屑0.5-1.5份，鲜猪粪6-8份。优选的，按重量份数计，包括以下原料：水稻秸秆生物质炭2份，松木木屑1份，鲜猪粪7份。优选的，水稻秸秆生物质炭，通过下述制备方法获得：以水稻秸秆为原料，粉碎后在厌氧裂解炭化炉中，在温度400-500℃下进行处理，即得。进一步优选的，水稻秸秆生物质炭制备中，将水稻秸秆粉碎至3-5cm的碎节。进一步优选的，水稻秸秆生物质炭制备中，在厌氧裂解炭化炉中，处理温度为500℃。进一步优选的，水稻秸秆生物质炭制备中，在厌氧裂解炭化炉中，处理时间为3-4小时。上述生物质炭基有机肥堆肥的制备方法，包括如下步骤：（1）将水稻秸秆生物质炭和松木木屑混合均匀，得到生物质炭木屑混合物；（2）将一部分生物质炭木屑混合物均匀铺在桶底，然后添加一层鲜猪粪，再铺一层生物质炭木屑混合物，依次进行，直到均匀地将所有原料铺入桶内；（3）层层铺好生物质炭木屑混合物和鲜猪粪，并将所有原料充分混合均匀，5kg原料中加入0.8-1.2升水，每天测定堆肥中部的温度，当堆肥的温度跟环境温度相等时，即停止堆肥，得到生物质炭基有机肥堆肥。上述生物质炭基有机肥堆肥的应用：生物质炭基有机肥堆肥用于提高土壤肥力和减少温室气体排放。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：（1）本发明生物质炭基有机肥堆肥可以快速提高土壤有机质含量，提高作物产量，减少ch4和n2o排放，而且还对土壤的物理、化学、生物性质具有良好的调节功能；并可以指导南方旱地红壤的有机肥堆肥的合理施用和旱地红壤温室气体减排措施的制定，具有较好的应用前景。（2）本发明生物质炭基有机肥堆肥利用率高，施用量小，降低了农作物的生产成本，具有较大的经济效益。（3）有机肥堆肥中添加水稻秸秆生物质炭可以减少c、n损失、增强腐殖化，能显著提高堆肥成品的利用价值。有机肥堆肥中添加水稻秸秆生物质炭达到一定比例后，由于水稻秸秆生物质炭具有巨大的比表面积和表面官能团，能够有效地持留动物粪便中的nh3、nh4+和no3-。（4）与小麦秸秆炭、玉米秸秆炭等相比，本发明采用水稻秸秆获得的生物质炭具有理想的各成分含量，具有如下理化参数：ph值在8.9，有机碳含量437.29g/kg，全氮含5.63g/kg。（5）在水稻秸秆生物质炭制备中，为了保证制备的效果和效率，将水稻秸秆粉碎至3-5cm的碎节。通过大量实验广泛研究了不同的裂解温度对水稻秸秆生物质炭中各成分含量、在土壤中的存留时间和对土壤有机碳组分的影响等多方面的影响，优选温度为400-500℃，更优选温度为500℃。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明；图1为本发明实施例1生物质炭基有机肥堆肥和对比例有机肥堆肥作用下土壤n2o排放量的变化曲线图；图2为本发明实施例1生物质炭基有机肥堆肥和对比例有机肥堆肥作用下土壤co2排放量的变化曲线图；图3为本发明实施例1生物质炭基有机肥堆肥和对比例有机肥堆肥作用下土壤淀粉酶活性的变化曲线图；图4为本发明实施例1生物质炭基有机肥堆肥和对比例有机肥堆肥作用下土壤蔗糖酶活性的变化曲线图；图5为本发明实施例1生物质炭基有机肥堆肥和对比例有机肥堆肥作用下土壤脲酶活性的变化曲线图；图6为本发明实施例1生物质炭基有机肥堆肥和对比例有机肥堆肥作用下土壤酶累计活性柱状图；图7为本发明实施例1生物质炭基有机肥堆肥和对比例有机肥堆肥作用下土壤微生物16s的变化曲线图；图8为本发明实施例1生物质炭基有机肥堆肥和对比例有机肥堆肥作用下土壤微生物its的变化曲线图；图9为本发明实施例1生物质炭基有机肥堆肥和对比例有机肥堆肥作用下土壤微生物aoa的变化曲线图；图10为本发明实施例1生物质炭基有机肥堆肥和对比例有机肥堆肥作用下土壤微生物aob的变化曲线图；图11为本发明实施例1生物质炭基有机肥堆肥和对比例有机肥堆肥作用下土壤微生物nirs的变化曲线图；图12为本发明实施例1生物质炭基有机肥堆肥和对比例有机肥堆肥作用下土壤微生物nirk的变化曲线图；图中，m代表有机肥堆肥，bm代表生物质炭基有机肥堆肥。具体实施方式堆肥过程中有机肥为猪粪，在当地养猪场收集。实施例1一种生物质炭基有机肥堆肥，按重量份数计，包括以下原料：水稻秸秆生物质炭2份，松木木屑1份，鲜猪粪7份。其中，水稻秸秆生物质炭，通过下述制备方法获得：以水稻秸秆为原料，将水稻秸秆粉碎至3-5cm的碎节，粉碎后在厌氧裂解炭化炉中，在温度500℃下处理3-4小时，得到水稻秸秆生物质炭。上述生物质炭基有机肥堆肥的制备方法，包括如下步骤：（1）将水稻秸秆生物质炭和松木木屑混合均匀，得到生物质炭木屑混合物；（2）将一部分生物质炭木屑混合物均匀铺在桶底，然后添加一层鲜猪粪，再铺一层生物质炭木屑混合物，依次进行，直到均匀地将所有原料铺入桶内；（3）层层铺好生物质炭木屑混合物和鲜猪粪，并将所有原料充分混合均匀，5kg原料中加入1升水，每天测定堆肥中部的温度，每两天要旋转桶体2周，使其充分混匀；当堆肥的温度跟环境温度相等时，即停止堆肥，得到生物质炭基有机肥堆肥。实施例2一种生物质炭基有机肥堆肥，按重量份数计，包括以下原料：水稻秸秆生物质炭1.5份，松木木屑1.5份，鲜猪粪7份。其中，水稻秸秆生物质炭，通过下述制备方法获得：以水稻秸秆为原料，将水稻秸秆粉碎至3-5cm的碎节，粉碎后在厌氧裂解炭化炉中，在温度400℃下处理3-4小时，得到水稻秸秆生物质炭。上述生物质炭基有机肥堆肥的制备方法，包括如下步骤：（1）将水稻秸秆生物质炭和松木木屑混合均匀，得到生物质炭木屑混合物；（2）将一部分生物质炭木屑混合物均匀铺在桶底，然后添加一层鲜猪粪，再铺一层生物质炭木屑混合物，依次进行，直到均匀地将所有原料铺入桶内；（3）层层铺好生物质炭木屑混合物和鲜猪粪，并将所有原料充分混合均匀，5kg原料中加入0.8升水，每天测定堆肥中部的温度，每两天要旋转桶体2周，使其充分混匀；当堆肥的温度跟环境温度相等时，即停止堆肥，得到生物质炭基有机肥堆肥。实施例3一种生物质炭基有机肥堆肥，按重量份数计，包括以下原料：水稻秸秆生物质炭3份，松木木屑1份，鲜猪粪6份。其中，水稻秸秆生物质炭，通过下述制备方法获得：以水稻秸秆为原料，将水稻秸秆粉碎至3-5cm的碎节，粉碎后在厌氧裂解炭化炉中，在温度450℃下处理3-4小时，得到水稻秸秆生物质炭。上述生物质炭基有机肥堆肥的制备方法，包括如下步骤：（1）将水稻秸秆生物质炭和松木木屑混合均匀，得到生物质炭木屑混合物；（2）将一部分生物质炭木屑混合物均匀铺在桶底，然后添加一层鲜猪粪，再铺一层生物质炭木屑混合物，依次进行，直到均匀地将所有原料铺入桶内；（3）层层铺好生物质炭木屑混合物和鲜猪粪，并将所有原料充分混合均匀，5kg原料中加入1.2升水，每天测定堆肥中部的温度，每两天要旋转桶体2周，使其充分混匀；当堆肥的温度跟环境温度相等时，即停止堆肥，得到生物质炭基有机肥堆肥。实施例4一种生物质炭基有机肥堆肥，按重量份数计，包括以下原料：水稻秸秆生物质炭2.5份，松木木屑0.5份，鲜猪粪7份。其中，水稻秸秆生物质炭的制备方法，以及生物质炭基有机肥堆肥的制备方法同实施例1。实施例5一种生物质炭基有机肥堆肥，按重量份数计，包括以下原料：水稻秸秆生物质炭1.3份，松木木屑0.7份，鲜猪粪8份。其中，水稻秸秆生物质炭的制备方法，以及生物质炭基有机肥堆肥的制备方法同实施例1。对比例一种有机肥堆肥，按重量份数计，包括以下原料：松木木屑3份，鲜猪粪7份。有机肥堆肥的制备方法，包括如下步骤：首先将松木木屑均匀铺在桶底，然后添加一层鲜猪粪，再铺一层松木木屑，依次进行，直到均匀地将原料铺入桶内，并将所有原料充分混合均匀，5kg原料中加入1升水。每天测定堆体中部的温度，每两天要旋转桶体2周，使其充分混匀。当堆肥的温度跟环境温度相等时，即停止堆肥，得到有机肥堆肥。应用过程土壤（相当于50克干土）装入可封闭的培养瓶中，每个处理3个重复，按照每盆土壤干土质量的4%、5%分别加入对比例-有机肥堆肥、实施例1-生物质炭基有机肥堆肥于各处理土壤中，混合均匀，保持瓶内土壤含水量为田间持水量的60%，并保持瓶内外自由通气，25℃条件下培养120天，在0、3、7、14、21、35、49、63、77、91和120天采集气体，气象色谱测定co2和n2o排放量；并进行破坏性采样，分析土壤中土壤碳氮、土壤酶活性、土壤微生物数量和群落结构。应用结果如下：图1为实施例1生物质炭基有机肥堆肥和对比例有机肥堆肥作用下土壤n2o排放量的变化曲线图，图2为实施例1生物质炭基有机肥堆肥和对比例有机肥堆肥作用下土壤co2排放量的变化曲线图，从图1和2中可以看出：与有机肥堆肥相比，在120天的测定时间内，生物质炭基有机肥堆肥土壤n2o累计排放量减少了17.80%，土壤co2的累计排放量减少了48.61%。图3-6表示实施例1生物质炭基有机肥堆肥和对比例有机肥堆肥作用下土壤酶活性的变化。从图3-6中可以看出：生物质炭基有机肥抑制土壤淀粉酶、蔗糖酶和脲酶活性。实施例1生物质炭基有机肥堆肥和对比例有机肥堆肥作用下土壤理化性状的变化见表1所示（表中，m代表对比例有机肥堆肥，bm代表本发明生物质炭基有机肥堆肥）：表1有机肥堆肥和生物质炭基有机肥堆肥作用下土壤理化性状的变化ph有机质（g/kg)全氮（g/kg)c/nbm6.03+0.12a32.27+1.21a1.45+0.02a22.28+1.03am5.03+0.06b23.62+1.17b1.37+0.03b17.22+0.47b从表1中可以看出：生物质炭基有机肥显著提高土壤ph，有机质、全氮含量和c/n比。图7-12表示实施例1生物质炭基有机肥堆肥和对比例有机肥堆肥作用下土壤微生物的变化。从图7-12中可以看出：生物质炭基有机肥促进16srrna、its、aoa、aob、nirk和nirs基因拷贝数降低。本发明生物质炭基有机肥堆肥可以快速提高土壤有机质含量，提高作物产量，减少ch4和n2o排放，而且还对土壤的物理、化学、生物性质具有良好的调节功能；并可以指导南方旱地红壤的有机肥堆肥的合理施用和旱地红壤温室气体减排措施的制定，具有较好的应用前景。当前第1页12