本发明涉及肥料制作技术领域，特别地，涉及一种促腐熟保氮素的堆肥方法、该方法制备的有机肥料及其应用。
背景技术：
随着畜牧业的快速发展，畜禽粪便产生量与日俱增，通过堆肥化处理畜禽粪便，已经成为畜禽粪便无害化处置和资源化利用的一种有效途径，得到广泛应用。
为能够增加堆肥中有效微生物的数量，加速堆肥材料的腐熟，提高堆肥质量和运行效率，在堆肥中添加菌剂是较为常见的措施。但菌剂的添加方法一般为一次性加入，很难充分发挥各微生物菌剂的作用。
畜禽粪便被广泛用作堆肥原料，由于粪便有机质、养分、水分等含量不一，不考虑发酵过程，简单的堆肥往往不能取得较好效果，存在腐熟程度低、发酵周期长、渗漏等弊端，极大程度降低了堆肥效率。此外堆肥过程中由于高温和微生物的作用，常常伴随着大量氨气挥发，不仅造成了许多的氮素损失，降低堆肥的养分和品质，而且对环境造成严重污染。畜禽粪便中氮素的含量在2-3％，是很好的肥料资源，在肥料化利用中氮素的损失多少直接关系肥料质量好坏和环境安全。
因此，研发兼具提高堆肥效率、减少氮素流失的堆肥方法成为当前畜禽废弃物肥料化利用可持续发展的必要保证，业内急需一种促腐熟保氮素的堆肥方法的新型技术。
技术实现要素：
本发明目的在于提供一种促腐熟保氮素的堆肥方法，以解决上述现有技术中存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种促腐熟保氮素的堆肥方法，包括以下步骤：
步骤一、预处理：将粪便送入发酵仓并加入碳类配料，混合后物料的含水量为55-60％，搅拌均匀，对物料进行加热；
步骤二、第一次加入菌剂发酵：在预处理后的物料中加入微生物菌剂一，混合均匀后，自然通风或者通入空气发酵，2-3日后物料堆升温至45-55℃，之后第一次翻堆；
步骤三、第二次加入菌剂发酵：在完成第一次翻堆后的物料中加入微生物菌剂二，混合均匀后，通入空气发酵，2-3日后物料堆升温至55-65℃，之后第二次翻堆，堆放腐熟，即得有机肥料；
所述微生物菌剂一包括乳酸菌、酵母菌和芽孢菌。
进一步的，步骤二中所述微生物菌剂一中乳酸菌、酵母菌和芽孢菌的数量比为1.5-2.5:1:1-3。
进一步的，步骤三中所述微生物菌剂二包括放线菌、真菌和细菌；所述微生物菌剂二中放线菌、真菌和细菌的数量比为2-4:1.5-2.5:1。
进一步的，步骤一中所述碳类配料包括统糠、稻草粉、秸秆粉和芦苇屑的一种或多种；所述碳类配料的用量为粪便重量的25-35％；步骤一中对混合后的物料加热升温至60-65℃后保温2-3小时。
进一步的，在所述步骤二中，所述微生物菌剂一中的活菌含量不低于8亿/g，每吨物料中加入1.5-2.0kg微生物菌剂一；在所述步骤三中，所述微生物菌剂二中的活菌含量不低于10亿/g，每吨物料中加入1.5-2.0kg微生物菌剂二。
进一步的，所述微生物菌剂一和微生物菌剂二的加入均采用分步稀释加入。
进一步的，通入空气发酵的过程如下：在堆体中插入空心管道，管道上均匀布孔，通气量为0.01-0.2vvm。
进一步的，通入空气发酵的过程为间歇式通气，每间隔1-2小时通气15-25分钟。
作为同一个发明构思，本发明还提供了一种有机肥料，所述肥料按照上述的方法制备得到。
本发明还提供了上所述的方法制备得到的有机肥料的应用，应用于农作物。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的一种促腐熟保氮素的堆肥方法，采用分步加菌发酵的方式，堆肥前期第一次加入微生物菌剂一(分步稀释至100倍)，通入空气，快速启动堆肥的发酵过程，在微生物作用下分解易分解的有机物质(如简单糖类、淀粉、可溶性有机物等)，产生大量的热，不断提高堆体的温度，达到45-55℃；通过翻堆，第二次加入微生物菌剂二(分步稀释至100倍)，通入空气，它们在有氧的条件下对堆肥中复杂的有机物质(如纤维素、半纤维素、大分子有机物质等)进行强烈分解，通过热量积累，堆肥温度上升至55-65℃。其中，第一次加入微生物菌剂一中的乳酸菌主要产物为乳酸，环境呈酸性使植物性细胞、纤维、细胞内容物(蛋白、脂类、糖类)溶出或分解。第一次加入微生物菌剂一中的酵母菌利用糖类发酵，芽孢杆菌利用蛋白质、糖类发酵，合成多种酶，在酶的作用下分解难降解的有机物，形成具有香味的物质。第二次加入微生物菌剂二中的三种菌在高温时可生长，不仅可以形成大量白色菌丝，使物料蓬松，通气性好，有利于发酵，而且可以产生纤维素酶、蛋白酶、脂肪酶等酶，快速分解粪便中难分解的物质，形成小分子水溶性碳，氮化合物，提高肥效。这样分步加菌不仅符合堆肥各阶段微生物种类的需要，更符合微生物的代谢过程。
2、本发明提供的一种促腐熟保氮素的堆肥方法，物料在预处理过程中不停搅拌直接升温至60-65℃，维持时间为2-3小时，该步骤不仅不损害物料的营养成分，还能达到巴氏消毒的效果。预处理升温可以使大肠杆菌、结核杆菌、痢疾杆菌、伤寒杆菌等致病微生物死亡，细菌总数减少90-95％，蛔虫卵杀灭率80％以上。但粪便中的营养成分如蛋白、糖类等在60-65℃不会被损坏，且物料混合更加均匀，能有效促进添加细菌的生长。
3、本发明提供的一种促腐熟保氮素的堆肥方法，物料预处理升温的过程能快速启动微生物的发酵，消灭有害虫菌，缩短发酵的时间2-3天，堆肥过程中分步加入微生物有利于物料营养成分的充分利用，促进腐熟，减少氮素的损失，且减少了氨挥发产生的臭味、增加了堆肥成品的有效养分含量，有利于农作物的吸收。
4、本发明提供的一种促腐熟保氮素的堆肥方法，在发酵过程中通入空气，可以维持微生物细胞的代谢和好氧微生物菌体的生长、产物的形成，使发酵过程更顺利。
5、本发明提供的一种促腐熟保氮素的堆肥方法，微生物菌剂一和微生物菌剂二的加入均采用分步稀释加入。具体地，将1kg微生物菌剂一或微生物菌剂二用物料稀释至10kg，再进一步用物料稀释至100kg，最后加入1吨物料中。采用分步稀释加入有利于微生物与物料混合更均匀，有利于微生物的均衡生长。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将对本发明作进一步详细的说明。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1：
一种促腐熟保氮素的堆肥方法，具体包括以下步骤：
步骤一、预处理：首先将粪便用传送带放入发酵仓，每吨按粪便重量的25-30％加入统糠(或稻草粉或秸秆粉或芦苇屑)，混合后物料的含水量为55-60％，以30转/分钟搅拌均匀，升温至60-65℃，保持恒温2小时；
步骤二、第一次加入菌剂发酵：在预处理后的物料中加入微生物菌剂一，混合均匀后，堆放自然通风或通入高压空气，通气量为0.1vvm，采用每间隔1.5小时通气20分钟间歇式通气方式，发酵时间为夏季2-3天，冬季3-4天，发酵温度为45-55℃。其中，所述微生物菌剂一按照每吨料加入1.5-2.0kg微生物菌剂一(包括乳酸菌、酵母菌和芽孢菌，数量比为2:1:1)，每克菌剂活菌数不少于8亿，所述微生物菌剂一用配料分步稀释100倍。
步骤三、第二次加入菌剂发酵：在第一次翻堆时，按照每吨料加入1.5-2.0kg微生物菌剂二(包括细菌、放线菌和真菌，数量比为2:1:1)，每克菌剂活菌数不少于10亿，所述微生物菌剂二用配料分步稀释100倍；然后通入空气，通气量为0.1vvm，采用每间隔1.5小时通气20分钟间歇式通气方式，发酵时间夏季7-10天，冬季发酵10-15天，堆放发酵再翻堆2次，堆放腐熟，即可制得有机肥料。
实施例2：
实施例2与实施例1的主要区别在于：步骤二中加入微生物菌剂一中乳酸菌、酵母菌和芽孢菌的数量比为2:1:2。其他步骤同实施例1。
实施例3：
实施例2与实施例1的主要区别在于：步骤二中加入微生物菌剂一中乳酸菌、酵母菌和芽孢菌的数量比为2:1:3。其他步骤同实施例1。
对比例1：
对比例1与实施例1的主要区别在于：将微生物菌剂一和微生物菌剂二一次性加入预处理的物料中进行发酵。其他参数同实施例1。
对比例2：
对比例2与实施例1的主要区别在于：步骤二中第一次加入菌剂发酵时，加入的微生物菌剂一中只加入酵母菌、芽孢菌，未加入乳酸菌。其他步骤同实施例1。
对比例3：
对比例3与实施例1的主要区别在于：步骤二中第一次加入菌剂发酵时，加入的微生物菌剂一中只加入乳酸菌、芽孢菌，未加入酵母菌。其他步骤同实施例1。
对比例4：
对比例4与实施例1的主要区别在于：步骤二中第一次加入菌剂发酵时，加入的微生物菌剂一中只加入乳酸菌、酵母菌，未加入芽孢菌。其他步骤同实施例1。
对比例5：
对比例5与实施例1的主要区别在于：步骤一预处理过程中物料未升温至60-65℃保持恒温2小时。其他步骤同实施例1。
对比例6：
对比例6与实施例1的主要区别在于：步骤二和步骤三中均不通入空气。其他步骤同实施例1。
采用实施例1-3以及对比例1-6所制得的有机肥料和市场上所售的普通的发酵肥料进行试验，详情如下：
1、试验项目：萝卜种子发芽力，总氮含量，氨气浓度，硫化氢浓度。
2、试验方法
实验分为7组，实施例1-3制备得到的有机肥料为试验组，对比例1-6制备得到的有机肥料以及市场上所售的普通的发酵肥料作为对照组。
表1不同肥料效果测试结果
由表1可知，第一次加入的微生物菌剂一中以乳酸菌：酵母：芽孢菌添加的数量比为2:1:2为最佳，总氮、种子发芽指数、氨气和硫化氢浓度指标都最佳。从对比例2-4可以看出，当只添加其中任何两种，发酵后种子发芽指数达不到有机肥的要求，总氮含量低，氨气逃逸多，产生较多的硫化氢等。原因是缺乏酵母菌，糖发酵比较少，有机肥的发酵比较缓慢，导致养分不足。缺乏乳酸菌，植物细胞中的有机物很难溶出，酵母芽孢利用糖迅速，但发酵持续时间短，氨气逃逸多。缺乏芽孢菌，粪便中的蛋白质分解较困难，温度上升慢，有机肥养分不够。
当将微生物菌剂一和微生物菌剂二一次性加入预处理的物料中进行发酵时，萝卜种子发芽指数、总氮含量显著低于实施例1-3。因为堆肥过程是有机物不断被分解转化的过程。堆肥初期受温度低和有机物种类的限制，适合酵母、乳酸、芽孢等菌的生长。堆肥中期，因为温度升高，适合放线菌、真菌等耐高温的细菌生长。微生物菌剂一和微生物菌剂二同时加入，微生物菌剂二会争夺微生物制剂一的部分营养，微生物制剂一生长受到影响，而微生物菌剂二也会因温度低生长慢。
当预处理过程中物料未升温至60-65℃，保持恒温2小时时，对比例5的堆肥时间是23天，而采用本发明方法所用的堆肥时间为17天，采用本发明方法的堆肥时间比对比例5缩短了6天，总氮、种子发芽指数、氨气和硫化氢浓度指标，差异显著。因为前期物料升温，不仅能杀死粪便中绝大部分有害的微生物，减少其争夺营养，而且能启动和加快微生物制剂一的发酵。按照堆肥时间和总氮含量算，更有利于处理粪便，经济效益更好。
当步骤二和步骤三中均不通入空气，不利于维持好氧微生物菌体的生长、产物的形成和维持细胞的代谢，在堆肥过程中，大部分微生物属于好氧菌，没有氧气很难生长，无法达到堆肥的效果。部分微生物能厌氧生长，但产生的代谢产物为有机酸、一氧化碳、甲烷、硫化氢等，这些物质不能作为肥料使用，还对环境有危害。
综上所述，本发明提供的一种促腐熟保氮素的堆肥方法，采用分步加菌发酵的方式，堆肥前期第一次加入微生物菌剂一，通入空气，快速启动堆肥的发酵过程，在微生物作用下分解易分解有机物质(如简单糖类、淀粉、可溶性有机物等)，产生大量的热，不断提高堆体的温度，达到45-55℃；通过翻堆并第二次加入微生物菌剂二，通入空气，它们在有氧的条件下对堆肥中复杂的有机物质(如纤维素、半纤维素、大分子有机物质等)进行强烈分解，通过热量积累，堆肥温度上升至55-65℃。其中，第一次加入微生物菌剂一中的乳酸菌主要产物为乳酸，环境呈酸性使植物性细胞、纤维分解、细胞内容物(蛋白、脂类、糖类)溶出或分解。第一次加入微生物菌剂一中的酵母菌利用糖类发酵，芽孢杆菌利用蛋白质、糖类发酵，并合成多种酶，在酶的作用下分解难降解的有机物，并形成具有香味的物质。第二次加入微生物菌剂二中的三种菌在高温时可生长，不仅可以形成大量白色菌丝，使物料蓬松，通气性好，有利于发酵；而且可以产生纤维素酶、蛋白酶、脂肪酶等酶，快速分解粪便中难分解的物质，形成小分子水溶性碳，氮化合物，提高肥效。这样分步加菌不仅符合堆肥各阶段微生物种类的需要，更符合微生物的代谢过程。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。