一种酿酒葡萄皮渣制备的富含腐植酸猪粪堆肥及其方法和应用

1.本发明属于农业废弃生物质肥料化技术领域，具体涉及一种酿酒葡萄皮渣制备的富含腐植酸猪粪堆肥及其方法和应用。


背景技术：

2.堆肥是在有氧环境下堆料中可降解有机质被分解，产生的小分子物质经化学转化聚合为稳定大分子腐殖质的过程。传统自然堆肥存在堆料腐殖化不彻底，产物低腐植酸含量问题。猪粪好氧堆肥集农业废弃物处理和生产有机肥于一体，契合农业可持续发展的方向，得到较广泛的推广与应用。然而，当前猪粪好氧堆肥法存在堆肥品质不高与腐殖化程度过低等问题。目前，提高猪粪堆肥产品品质的关键就是要提高堆肥肥效。
3.就肥效而言，有机肥中的腐植酸具有增强土壤肥力与促进作物提质增产增效属性。研究表明，多酚化合物促导的腐殖化反应是自然界腐植酸类物质形成的主要途径，而富含多酚类的农业废弃物酿酒副葡萄皮渣以其独特的富含多酚组成备受关注。酿酒葡萄皮渣具有高值化利用率，营养价廉的酿酒葡萄皮渣已成为培肥葡萄种植土壤养分流失的关键和主要途径。含有葡萄多酚类物质的肥料有助于农作物的增产提质，较之其他农作物废弃物，酿酒葡萄皮渣具有独特的高含量多酚物质，尤其经过发酵后的酿酒葡萄皮渣，多酚含量得到进一步的提高与稳定。对酿酒葡萄皮渣组成特性的分析表明，酿酒葡萄皮渣中多酚含量约为5％～12％，且多酚类有助于促进腐殖化进程及提高堆肥产物质量。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于设计提供一种酿酒葡萄皮渣制备的富含腐植酸猪粪堆肥及其方法和应用。本发明通过猪粪堆料中添加促导腐殖化的酿酒葡萄皮渣可加快腐殖化过程，提高堆肥产物腐植酸质量。
5.一种酿酒葡萄皮渣制备的富含腐植酸猪粪堆肥，其特征在于所述富含腐植酸猪粪堆肥是通过在风干猪粪中加入酿酒葡萄皮渣作为堆料腐殖化促导剂，混合后发酵制备得到的。所述酿酒葡萄皮渣为葡萄酿酒副产物葡萄皮渣，如取自香格里拉葡萄酒厂的酿酒葡萄皮渣。
6.所述的一种酿酒葡萄皮渣制备的富含腐植酸猪粪堆肥，其特征在于所述风干猪粪与酿酒葡萄皮渣的质量比为1～4:1，所述富含腐植酸猪粪堆肥的含水率为23～30％，温度为25～72℃。堆料体积下降30～50％。
7.所述的一种酿酒葡萄皮渣制备的富含腐植酸猪粪堆肥的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
8.(3)取风干猪粪与风干酿酒葡萄皮渣分别进行粉碎过筛，混合均匀，加入玉米秸秆调节c/n，充分混匀，获得堆肥原料；
9.(4)将步骤(1)获得的堆肥原料置于发酵槽内进行发酵培养15～20d后，置于室温
下风干，4℃保存，得到富含腐植酸猪粪堆肥。
10.所述的制备方法，其特征在于所述步骤(1)中风干猪粪与风干酿酒葡萄皮渣的质量比为1～4:1，优选质量比为3:2，所述风干酿酒葡萄皮渣的水分质量分数为1.57～12.75％。
11.所述的制备方法，其特征在于所述步骤(1)中粉碎至粒径＜3cm，所述调节c/n至25～35，所述堆肥原料的含水率为60～65％。
12.所述的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中发酵槽的底部具有与曝气气泵相连的曝气管。
13.所述的制备方法，其特征在于所述曝气管具有直径＜0.2mm的曝气孔，曝气孔以20～30*20～30cm的等间距均匀分布在发酵槽的底部。
14.所述的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中发酵培养的条件为：初始温度为室温，发酵培养过程中第一次翻堆时间为第0～3d，曝气频率为2d/次，当温度变化升至55～65℃后，翻堆频率为1～2d/次，曝气频率为1d/次。促进有机物充分分解。
15.所述的制备方法，其特征在于所述曝气的通量为0.2～0.5m3/d。
16.所述的一种酿酒葡萄皮渣制备的富含腐植酸猪粪堆肥在作为有机肥中的应用。
17.本发明堆肥原料的发酵周期历经升温阶段、高温阶段与降温阶段，具体如下：
18.升温阶段：堆肥原料在第3～4d内其温度不断升高，温度可达到65℃以上，微生物利用堆肥中可溶性有机物旺盛繁殖，温度不断上升。
19.高温阶段：当堆料温度升到45℃以上时，堆肥进入高温阶段，堆肥原料在第6～14d内其温度微小变化，温度保持在55～66℃。由于酿酒葡萄皮渣特有的酚类物质经转化可形成醌类物质，醌类物质作为腐殖化过程的中间产物，且可与多酚类物质聚合而成为含芳香环结构腐植酸，从而促进有机物质的腐殖化。
20.降温阶段：堆肥原料在第15～20d内其温度逐渐下降至室温，在降温过程中，堆料有机物进一步分解，腐植酸不断增多且产量趋于稳定化。
21.本发明过程中，堆料最高温可以达到66℃，达到杀灭有害微生物的要求。得到的堆肥理化性状良好，堆肥后酿酒葡萄皮渣重金属含量比原酿酒葡萄皮渣进一步降低，满足行业标准《有机肥料》(ny525-2021)的相关要求。
22.堆料腐殖化度的测定为测定发酵周期中堆料中的腐植酸与富里酸的含量及其比例。
23.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
24.1、本发明所采用的堆料促导剂酿酒葡萄皮渣来源于农业生物质废物，非化学试剂，纯天然无污染，且能够作为原料参与并加快猪粪堆肥腐熟进程，延长堆肥高温时间，并提高堆肥产品中腐植酸的质量。添加酿酒葡萄皮渣后堆肥产物腐植酸含量较原猪粪堆肥提高了50～70％。
25.2、本发明富含腐植酸猪粪堆肥，显著提高腐殖化率，降低堆肥运行成本，无需二次堆肥可以直接土地利用，减少二次污染，有效促进了猪粪堆肥效率。本发明方法操作简单，且可节省运行成本，对提高农产品附加值具有重要意义。
附图说明
26.图1为本发明方法的工艺流程图；
27.图2为实施例1中堆料腐植酸含量随时间变化图；
28.图3为实施例1中堆料富里酸含量随时间变化图；
29.图4为实施例2中堆料腐植酸含量随时间变化图；
30.图5为实施例2中堆料富里酸含量随时间变化图；
31.图6为实施例3中堆料中腐殖质的聚合度随堆肥时间的变化图；
32.图7为实施例3中堆料中腐殖化指数含量随堆肥时间的变化图。
具体实施方式
33.以下将通过附图和实施例对本发明作进一步说明。
34.实施例1：
35.下述实施例中所用的材料、试剂等，均可从商业途径购置。
36.堆肥的制备方法具体包括以下步骤，方法流程图如图1所示：
37.(1)堆肥原料的预处理
38.将猪粪与酿酒葡萄皮渣分别粉碎至粒径＜2cm的颗粒，然后按照重量比3:2进行配比，配比后加入玉米秸秆调整c/n比，投入筒式混料机搅拌15分钟，混拌均匀后得到堆料。
39.(2)堆料的堆放
40.将步骤(1)的堆料堆放于发酵箱内，发酵箱内堆肥原料堆高0.5m，堆长0.6m，宽0.5m，在发酵槽底部布置与气泵相连的曝气管，管孔直径6mm，曝气孔以20*20cm的间距布置在发酵槽的底部，堆肥原料在发酵过程人工翻堆，根据发酵的时间和温度控制堆料供气量。
41.(3)堆料发酵周期
42.以步骤(1)所得混合物为基质，充分混合后在25℃的恒温条件下进行好氧发酵，监测发酵过程中温度变化情况，进行第一次翻堆的时间为第1～2d，以后每次翻堆与前一次翻堆的时间间隔为2～3d；每隔3～5d采集一次堆料样品并检测样品中腐植酸与富里酸含量。发酵15～20d。
43.发酵周期分为升温阶段、高温阶段和降温阶段。
44.升温阶段：堆肥原料在3～4d内温度不断升高，在升温阶段微生物生长旺盛，堆肥4d后堆体30cm，深处温度为65～70℃。
45.高温阶段：从第4d起，堆肥原料在55～66℃的温度下维持8d，堆料40cm处温度可达66℃温度，在高温过程中，堆体中酿酒葡萄皮渣降解产生的酚类转化成的醌基物质可作为堆料腐殖化反应的中间物质，可以促进腐植酸的形成，此时堆料已发酵11d。
46.降温阶段：高温阶段完成后，堆体30cm深处温度为40～50℃，堆肥原料含水率为31％，堆体体积减少约30％。此阶段腐植酸不断增多且趋于稳定化。
47.(4)堆料腐熟
48.将堆肥产品进行造粒、包装工序，堆肥产品符合行业标准《有机肥料》(ny525-2021)，可作为有机肥料或土壤调理剂直接土地利用。本实施例1中，当猪粪：酿酒葡萄皮渣比例为3:2，混合物料堆肥20d后，堆料酿酒葡萄皮渣中腐植酸含量与猪粪相比，堆料有机质含量提高了20.12％，腐植酸含量提高了45.01％，如图2所示。富里酸的含量对比如图3所
示。
49.(5)测定方法
50.堆肥结束得到成品肥料，其中含水率为23～30％，堆料体积下降30～50％。
51.下述实施例中不同时间堆料含水率的测定方法如下：将堆料在105℃下烘干5h，烘干后损失质量占原堆料的质量百分比即为堆料含水率。堆料挥发性固体的质量百分数的测定方法如下：将上述烘干后的堆料在550℃下灼烧4h，损失量占烘干堆料的质量百分比即为堆料中挥发性固体的质量百分数。
52.堆料腐植酸提取操作方法如下。
53.(1)首先挑出风干堆肥样品中肉眼可见的碎木屑，石头等，堆料样品研磨后过120目筛。称取3.0g经风干堆肥样品于50ml离心管中。加入25ml浸提剂(0.1m na4p2o7与0.1mnaoh混合溶液，1：10(w：v))振荡24h，5000r/min离心5min，倒出上清液，重新加入25ml浸提剂。重复上述步骤，直至离心后上清液透明无色，浸提液定容至500ml容量瓶中，用0.45μm滤膜过滤浸提液。
54.(2)腐植酸和富里酸的分离方法如下：取上述浸提液(1)50ml放入离心管中，加入约3ml 6m浓盐酸沉淀腐植酸，静置过夜。用慢速定量滤纸过滤，用稀酸液(0.05m hcl)反复洗涤沉淀，直至洗至滤液无色，所得滤液含富里酸，滤液经xad-8树脂吸附，选择碱液(0.05mnaoh)洗脱树脂吸附的富里酸。采用氢型阳离子交换树脂纯化所得富里酸。腐植酸沉淀用稀碱液(0.05mnaoh)振荡溶解，直至无肉眼可见沉淀，所得溶液为腐植酸。
55.(3)用稀酸液(0.05mhcl)与稀碱液(0.05mnaoh)调整(2)中所得的腐植酸和富里酸提取液，使其ph调整为中性。
56.腐植酸和富里酸的含量的测定方法采用总有机碳测定法，总有机碳测定采用“toc”分析仪(toc～lsn，岛津，日本)。
57.腐殖质聚合度评价公式如下：
[0058][0059]
腐殖化指数的计算公式如下：
[0060][0061]
上述所用酿酒葡萄皮渣来源于某葡萄酿酒有限公司，猪粪来自某畜禽养殖基地。
[0062]
实施例2：
[0063]
与实施例1相比，仅改变步骤(1)堆肥原料的预处理中猪粪与酿酒葡萄皮渣按照4:1进行配比。结果堆肥20d时，本发明堆料与原猪粪堆料的相比，腐植酸含量提高了19.76％，如图4所示。富里酸的含量对比如图5所示。
[0064]
实施例3：
[0065]
本发明方法中增加酿酒葡萄皮渣的添加量，则会进一步增加发酵产物的腐植酸含量，加速酿酒葡萄皮渣腐殖化，如添加量达到200mg/g酿酒葡萄皮渣干基时，堆肥20d时，堆料中的腐植酸聚合度达到4.71，如图6所述。堆肥20d时，混料的腐殖化指数hi远大于原料的腐殖化指数，如图7所示。综上所述，酿酒葡萄皮渣的添加大大提高了堆料中腐植酸含量，从而提高堆肥产品品质。