一种有机肥配方及其制备方法以及控制方法与流程

本发明属于农业肥料技术领域，尤其涉一种有机肥配方及其制备方法以及控制方法。

背景技术：

有机肥：主要来源于植物和(或)动物，施于土壤以提供植物营养为其主要功能的含碳物料。经生物物质、动植物废弃物、植物残体加工而来，消除了其中的有毒有害物质，富含大量有益物质，包括:多种有机酸、肽类以及包括氮、磷、钾在内的丰富的营养元素。不仅能为农作物提供全面营养，而且肥效长，可增加和更新土壤有机质，促进微生物繁殖，改善土壤的理化性质和生物活性，是绿色食品生产的主要养分；

置信区间：置信区间是指由样本统计量所构造的总体参数的估计区间。在统计学中，一个概率样本的置信区间(confidenceinterval)是对这个样本的某个总体参数的区间估计。置信区间展现的是这个参数的真实值有一定概率落在测量结果的周围的程度。置信区间给出的是被测量参数的测量值的可信程度。

随着现代技术的发展，人们对于农业技术越来越重视，为了保障农产品在食用中的健康与卫生，现代农业减少了化学肥料的使用，转而逐渐使用有机肥料，且有机肥的营养全面，肥效长，能够有效增加土壤有机质，促进微生物繁殖，是绿色产品中不了缺少的培养基质。

1、在自然界，可以分解纤维素的菌类有细菌真菌和放线菌，其中细菌和真菌在室温状态下分解能力高于放线菌，但是此温度下病菌害虫亦是大量共存，而迅速升温在消灭病虫害后，在较高温状态下可存在的嗜热放线菌可合成β-葡萄糖苷酶，并促使纤维素水解成葡萄糖提供微生物能源和提供构成微生物碳架的碳源，达成循环。

2、在微生物对于有机物质进行发酵过程中，有阶段会破坏c/n导致氮元素的流失，此过程中挥发的氨气将造成空气氨污染(气味重、对人体损害)，造成氮肥力损失。

技术实现要素：

本发明为了克服上述现有技术的不足，提供了一种有机肥配方及其制备方法以及控制方法，它可以有效促使纤维素水解成葡萄糖提供微生物能源和提供构成微生物碳架的碳源，达成循环，利用糊化淀粉对尿素形成包裹层，缓释尿素，使在整个过程中氮素相对稳定，达到提高材料利用率。

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种有机肥配方，其各原料用量按重量比计：

1吨树枝杈叶，4-4.4kg尿素，75-100kg普通干面粉、淀粉，水，1:3/4尿素与淀粉配比混合糊化的糊化淀粉尿素。

进一步：一种有机肥配方的制备方法，依次按以下步骤制得

粉碎：将1吨树枝杈叶粉碎至最大物径在1cm以下；

混合：将75kg淀粉与若干水混合搅拌，淀粉在糊化后与1吨树枝杈叶充分混合搅拌，将搅拌后的混合物堆积形成堆体；

发酵：1)将混合搅拌的树枝杈叶堆体放置在自然环境中发酵，发酵周期为60天，在发酵过程中对放置的推体进行定期的翻堆；

2)在1-3天堆体内部温度达到60度以上，随后进行第一次翻堆通气，并加水调节湿度和温度，湿度控制在50-60％，此时的堆体将降温至接近55-60度,随后重复此过程；

3)在发酵时间为8-10天时，按4:1的比例将4.8kg的淀粉与1.2kg的尿素以及水进行充分混合搅拌，形成糊化淀粉尿素，将糊化淀粉尿素与堆体进行混合，并对堆体进行翻堆；

翻堆：在发酵过程中对在第三，第四，第五，第六，第八，第十，第十四，第十八，第二十二，第二十八，第三十二，第四十，第五十天的树枝杈叶堆体进行翻堆

进一步：一种有机肥的制备方法的控制方法，建立以下数学模型：

(1)取样：前三天每五小时记录一次(一天5组数据)；第三到六天每六小时记录一次；六到十天每8小时记录一次；十到十四天每12小时记录一次；十四到三十天每天记录一次温度；三十到六十天每两天记录一次温度；

(2)制图：通过记录的各时间段堆体内部的温度与天数，以温度与天数为坐标值通过excel画出其散点图；

(3)函数拟合：利用matlab软件进行函数拟合，分别输入所有采样点的时间和对应的温度值并进行整体拟合，得到时间与温度值的拟合函数表达式：f(x)＝a1*exp(-((x-b1)/c1)^2)+a2*exp(-((x-b2)/c2)^2)+a3*exp(-((x-b3)/c3)^2)

coefficients(with95％confidencebounds):系数(95％的置信区间)

a1＝28.76；b1＝2.956；c1＝2.063；a2＝30.62；b2＝6.897；c2＝4.809；a3＝26.63；b3＝32.93；c3＝70.42；其中a1，b1，c1，a2，b2，c2，a3，b3，c3为常量，f(x)为温度值；x为天数；

(5)分段拟合：每段曲线可由一个二阶高斯函数表达出来，将各时间段内的数据拟合成各自的二阶高斯函数表达式；

1)：第0-3天；利用matlab软件进行分段函数拟合得到：f(x)＝a1*exp(-((x-b1)/c1)^2)+a2*exp(-((x-b2)/c2)^2)

coefficients(with95％confidencebounds):系数(95％的置信区间)；

a1＝6e+14；b1＝-67.1；c1＝11.765；a2＝66.66；b2＝3.072；c2＝2.789；其中a1，b1，c1，a2，b2，c2为常量，f(x)为温度值，x为天数；

2)：第3-4天；利用matlab软件进行分段函数拟合得到：f(x)＝a1*exp(-((x-b1)/c1)^2)

coefficients(with95％confidencebounds):系数(95％的置信区间)；

a1＝68.76；b1＝4.041；c1＝2.227；其中a1，b1，c1为常量，f(x)为温度值，x为天数；

3)：第4-5天；利用matlab软件进行分段函数拟合得到：f(x)＝a1*exp(-((x-b1)/c1)^2)

coefficients(with95％confidencebounds):系数(95％的置信区间)；

a1＝65.03；b1＝5.073；c1＝2.627；其中a1，b1，c1为常量，f(x)为温度值，x为天数；

4)：第5-6天；利用matlab软件进行分段函数拟合得到：f(x)＝a1*exp(-((x-b1)/c1)^2)

coefficients(with95％confidencebounds):系数(95％的置信区间)；

a1＝60.1；b1＝5.938；c1＝3.117；其中a1，b1，c1为常量，f(x)为温度值，x为天数；

5)：第6-8天；利用matlab软件进行分段函数拟合得到：f(x)＝a1*exp(-((x-b1)/c1)^2)

coefficients(with95％confidencebounds):系数(95％的置信区间)；

a1＝54.57；b1＝7.51；c1＝5.224；其中a1，b1，c1为常量，f(x)为温度值，x为天数；

6)：第8-10天；利用matlab软件进行分段函数拟合得到：f(x)＝a1*exp(-((x-b1)/c1)^2)

coefficients(with95％confidencebounds):系数(95％的置信区间)；

a1＝50.09；b1＝7.887；c1＝5.379；其中a1，b1，c1为常量，f(x)为温度值，x为天数；

7)：第10-14天；利用matlab软件进行分段函数拟合得到：f(x)＝a1*exp(-((x-b1)/c1)^2)

coefficients(with95％confidencebounds):系数(95％的置信区间)；

a1＝40.84；b1＝8.435；c1＝9,916；其中a1，b1，c1为常量，f(x)为温度值，x为天数；

8)：第14-18天；利用matlab软件进行分段函数拟合得到：f(x)＝a1*exp(-((x-b1)/c1)^2)

coefficients(with95％confidencebounds):系数(95％的置信区间)；

a1＝94.22；b1＝-154.9；c1＝157.4；其中a1，b1，c1为常量，f(x)为温度值，x为天数；

9)：第18-60天；利用matlab软件进行分段函数拟合得到：f(x)＝a1*exp(-((x-b1)/c1)^2)+a2*exp(-((x-b2)/c2)^2)

coefficients(with95％confidencebounds):系数(95％的置信区间)；

a1＝3.636；b1＝15.09；c1＝9.216；a2＝25.03；b2＝49.84；c2＝195.1；其中a1，b1，c1，a2，b2，c2为常量，f(x)为温度值，x为天数；

(5)观察分析：将各个分段函数表达式呈现在一个时间轴上确定糊化淀粉尿素的用法，(a：可溶性有机质(淀粉)、纤维素和半纤维素；b：水；c：氧气；d:微生物(菌落数)；e：全c/全n)

有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

1、利用含糖量高的淀粉、面粉提供微生物初始大规模繁殖所需的能源和部分碳源，使好氧堆肥堆体迅速升温，达到筛菌并消灭有害菌虫，提高了有益菌虫的基数，从而提高了纤维素的转化效率，提高了材料的利用率。

2、在树枝杈叶堆体发酵过程中加入糊化淀粉尿素，利用糊化淀粉尿素对尿素形成包裹层，缓释尿素，使得整个发酵过程中氮素相对稳定，提高了材料的利用率，缩短了堆肥时间，减少氮元素的流失，避免了挥发的氨气造成空气氨污染。

3、通过对有机肥的发酵过程实时监测，建立数学模型，实现对发酵过程的精确控制，确定何时能够加入糊化淀粉尿素的量以及糊化淀粉与尿素的比值，有效提高了有机肥的转化效率，提高了材料的利用率，通过数学模型控制，有效缩短了堆肥时间。

附图说明

图1为堆体内部温度取样散点图；

图2为利用matlab输入所有采样点的时间和对应的温度值并进行整体拟合的函数图像；

图3为第一阶段时间和对应的温度值图像；

图4为第二阶段时间和对应的温度值图像；

图5为第三阶段时间和对应的温度值图像；

图6为第四阶段时间和对应的温度值图像；

图7为第五阶段时间和对应的温度值图像；

图8为第六阶段时间和对应的温度值图像；

图9为第七阶段时间和对应的温度值图像；

图10为第八阶段时间和对应的温度值图像；

图11为第九阶段时间和对应的温度值图像；

图12为各时间段分段函数表达式呈现在一个时间轴上的函数图像。

图中：x轴为天数；y轴为温度值。

具体实施方式

下面结合具体发明对本发明进一步进行描述。

实施例

本实施例中，一种有机肥配方的制备方法：准备1吨树枝杈叶，4kg尿素，75kg普通干面粉、淀粉，水，1:3/4尿素与淀粉配比混合糊化的糊化淀粉尿素；

粉碎：将1吨树枝杈叶粉碎至最大物径在1cm以下；

混合：将75kg淀粉与若干水混合搅拌，淀粉在糊化后与1吨树枝杈叶充分混合搅拌，将搅拌后的混合物堆积形成堆体；

将混合搅拌的树枝杈叶堆体放置在自然环境中发酵，发酵周期为60天，在发酵过程中对放置的推体进行定期的翻堆；发酵过程中对在第三，第四，第五，第六，第八，第十，第十四，第十八，第二十二，第二十八，第三十二，第四十，第五十天的树枝杈叶堆体进行翻堆，并对堆体内部温度进行取样监测，前三天每五小时记录一次(一天5组数据)；第三到六天每六小时记录一次；六到十天每8小时记录一次；十到十四天每12小时记录一次；十四到三十天每天记录一次温度；三十到六十天每两天记录一次温度，建立发酵过程的数学模型

1)：第0-3天；利用matlab软件进行分段函数拟合得到：f(x)＝a1*exp(-((x-b1)/c1)^2)+a2*exp(-((x-b2)/c2)^2)

coefficients(with95％confidencebounds):系数(95％的置信区间)；

a1＝6e+14；b1＝-67.1；c1＝11.765；a2＝66.66；b2＝3.072；c2＝2.789；其中a1，b1，c1，a2，b2，c2为常量，f(x)为温度值，x为天数；

每个阶段都取其阶段始和阶段末状态，对以下五个参数进行分析：a：可溶性有机质(淀粉)、纤维素和半纤维素；b：水；c：氧气；d:微生物(菌落数)；e：全c/全n；

如图所示；第一阶段初始状态下a,b,c,e均处在充足状态，d微生物数量处在低位；

第一阶段末增速放缓和有第二阶段翻堆通气加水后快速上升至65°以上可知，第一阶段末a充足，b、c处于低位，d数量处在高位且能继续增加，e：c/n适宜微生物繁殖，且温度超过55°后，有害杂菌开始被杀灭，嗜热放线菌(55°-65°)成为主要菌种；

2)：第3-4天；利用matlab软件进行分段函数拟合得到：f(x)＝a1*exp(-((x-b1)/c1)^2)

coefficients(with95％confidencebounds):系数(95％的置信区间)；

a1＝68.76；b1＝4.041；c1＝2.227；其中a1，b1，c1为常量，f(x)为温度值，x为天数；

如图所示；第二阶段初始状态翻堆通气加水后迅速上升，由此初始状态，a,b,c充足，d数量处于较高位且能继续增加，ec/n适宜微生物繁殖；

第二阶段末增速放缓和有第三阶段翻堆通气加水后快速上升至最高70°以上可知，第二阶段末a充足，b、c处于低位，d数量处在极高位，ec/n适宜微生物繁殖，其主要的微生物为嗜热放线菌；

3)：第4-5天；利用matlab软件进行分段函数拟合得到：f(x)＝a1*exp(-((x-b1)/c1)^2)coefficients(with95％confidencebounds):系数(95％的置信区间)；

a1＝65.03；b1＝5.073；c1＝2.627；其中a1，b1，c1为常量，f(x)为温度值，x为天数；

如图所示；第三阶段初始状态翻堆通气加水后迅速上升至65°左右可知，a、b、c充足，d数量处于高位，ec/n适宜微生物繁殖；

第三阶段末增速放缓和有第四阶段翻堆通气加水后仍可上升至60°以上可知a仍为充状态b、c处于低位，d数量处于高位，ec/n适宜微生物繁殖。其主要的微生物为嗜热放线菌。

由前三个阶段可知无论是淀粉纤维素半纤维素和木质素都在分解，但是由第三阶段温度最高为60°可知最易分解的淀粉半纤维素已完全分解，其过程中且培养了大量菌落，这些菌落产生大量的脲酶，将尿素分解成产生氨气；

4)：第5-6天；利用matlab软件进行分段函数拟合得到：f(x)＝a1*exp(-((x-b1)/c1)^2)coefficients(with95％confidencebounds):系数(95％的置信区间)；

a1＝60.1；b1＝5.938；c1＝3.117；其中a1，b1，c1为常量，f(x)为温度值，x为天数；

如图所示；第四阶段初始状态翻堆通气加水后可以仍可以上升至60°，a、b、c充足，d数量处于高位，ec/n适宜嗜热菌生存；

第四阶段末增速放缓和有第五阶段翻堆通气加水后，温度仍可上升可知，a较充足，b、c处于低位，d数量处于高位，ec/n适宜微生物繁殖。其主要的微生物仍为嗜热放线菌；

5)：第6-8天；利用matlab软件进行分段函数拟合得到：f(x)＝a1*exp(-((x-b1)/c1)^2)coefficients(with95％confidencebounds):系数(95％的置信区间)；

a1＝54.57；b1＝7.51；c1＝5.224；其中a1，b1，c1为常量，f(x)为温度值，x为天数；

如图所示；第五阶段初始状态翻堆通气加水后可以上升至55°，说明在初始阶段内a仍为充足状态b、c补充至充足，d数量处于高位，ec/n适宜微生物繁殖。但是在此次阶段内温度达勉强到55°后立即下降，说明淀粉、易分解的纤维素和半纤维素处于不足以提供此阶段内的庞大微生物群；

第五阶段末，由第六阶段快速降温可知，a、b、c都不足，d仍处于高位，由于a不足剩余的碳处在为分解的木制质素和与木质素紧密结合的纤维素中，庞大的菌落仍能产生大量的脲酶，脲酶分解尿素产生氨气；由于氮素的流失，e：全c/全n将在下一阶段升高，同时抑制d，微生物数量开始迅速减少。而此时木质素下降了1/3，而整体木质素占总碳的20％-30％，及剩余总碳数量在15％-20％，由于在五阶段末之前未释放nh3，所以总氮同样剩余10％-20％；

6)：第8-10天；利用matlab软件进行分段函数拟合得到：f(x)＝a1*exp(-((x-b1)/c1)^2)

coefficients(with95％confidencebounds):系数(95％的置信区间)；

a1＝50.09；b1＝7.887；c1＝5.379；其中a1，b1，c1为常量，f(x)为温度值，x为天数；

如图所示；第六阶段初始状态翻堆通气加水后温度开始快速下降，a、b、c都不足，d仍处于高位且开始快速下降，若此过程持续到第六阶段末，则微生物数量将处于低位，此时脲酶水平也将处于低位，nh3过度释放停止,全c/n将升高至不适宜微生物生存的状态，因此，此阶段中需加入糊化淀粉尿素，将n含量升高，使c/n比重新达到微生物适宜生长的状态。

现需确定加入的尿素量：

由六阶段开始时d仍处于高位，而由六阶段结束时d处于低位，脲酶同理，则分解尿素的速度，利用拉格朗日中值定理

f(b)-f(a)＝f′(ξ)(b-a)

中值分解速度可以简化为在微生物处在高位状态下，尿素的分解速度的一半，前5个状态微生物处在均高位状态下，在8天时间内分解了80％-90％的尿素，相当于分解速度为一天8％-8.5％，而其一半为一天4％-5％，意味着第六阶段将损失8％-10％的尿素，因此第六阶段需要补充10％的尿素。通过糊化淀粉的缓释作用，可以避免尿素流失过快，维持此后三个阶段的c/n时间，可以减短木质素的完全分解时间。(参考糊化淀粉缓释尿素研究20％的尿素是较为适宜的，即尿素与淀粉糊化时的质量比例为1:4)；

第六阶段末，水和氧气处于半富集状态，第七阶段开始时稍稍补充氧气和水，此后由于微生物数量处在低位，耗氧量和耗水量都保持低水平，因此不需要再补充水，氧气也仅需较长时间补充一次(翻堆)；

后三阶段及和第六阶段一致；

结果与结论：机肥配方和其制备方法切实可行；且利用上述的数学分析模型可以有效控制整个制备过程。

以上内容是结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的保护范围。