本发明涉及生物质有机肥
技术领域：
，具体涉及一种基于生物质的有机肥制备工艺及施用方法。
背景技术：
：生物质有机肥生产工艺中，原料的选择可以是各种畜禽粪便及各种废弃物，基本配方的含量因种类和设备的不同而有所差异。微生态理论认为，接种大量优势有益微生物与农作物根际可能起到调节生态平衡的综合作用；植物促生根际细菌理论认为，接种大量有益菌于作物根部，之所以能促进生长是综合作用的结果，并非是固氮、解磷、解钾、抑制病原菌或刺激生长的单一作用。生物质有机肥的配方和方法因原料来源、发酵方法、微生物种类和设备的不同而各有差异。配料的一般原则是：在总物料中的有机质含量应高于30％，最好在50％～70％；碳氮比为30～35:1，腐熟后达到15～20:1；ph为6～7.5之间；水分含量控制在30％～70％。生物有机肥生产工艺一般包括以下几方面：原料前处理、接种微生物、发酵、干燥、粉碎、筛分、包装、计量等。公布号cn108191572a的专利公开了一种废弃生物质制备炭基有机肥的方法，将废弃生物质通过水热炭化转化为水热炭，然后将水热炭与有机肥合理配伍，制备得到所述的炭基有机肥。该有机肥可有效改良土壤和提高作物产量，不但可以提高有机肥的肥效，而且实现了废弃生物质的高效循环利用。有机肥在制备、施用的过程中仍然存在以下问题：1、没有进行严格的尺寸粒径、碳氮比、温度、水分含量的控制，使得生物质有机肥的各项参数和成分含量波动范围大，质量不稳定；2、仅仅考虑到氮肥、磷肥、钾肥等主要营养物质的供给，未考虑到能够对土壤肥力和功能进行改进的其他营养物质和微量元素，且无法通过科学合理的工艺使成分之间发挥协同作用，对树木庄稼的生根、移栽、生长能力的改进还有待提高；3、施用过程中，通常需要与大量的腐熟肥再次混合后施用，会增加土壤中的重金属含量，施用方法对土壤、树木庄稼的危害大，需要研究一种危害小、施用范围广的有机肥施用方法。技术实现要素：为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种基于生物质的有机肥制备工艺及施用方法，通过混料、膨化活化、水热炭化、发酵、造粒的工艺步骤，严格控制水分、温度等工艺参数，使得泥炭苔和秸秆对核桃仁皮、葡萄皮内物质的包裹作用加强，分子中的大分子碳链也在高压氮气的冲击下断裂成小分子碳，部分氮气可以被孔隙吸附，炭化物料呈现较大的比表面积和良好的吸附性能微生物在分解该有机质时，可分泌出腐植酸、酶和生长素等各种生物物质，含有作物生长所需的氮、磷、钾，又含有ca、fe、zn、cu等微量元素，具有不偏肥、元素丰富、长效高效、与土壤协效作用好的特点；施用方法选取了树苗移栽、穴施底肥、喷施叶面、苗床施肥的四种施肥方法，应用到果树的施肥过程中，可以显著提前果树的果期、成熟期，大大提高产量。本发明的目的可以通过以下技术方案实现：本发明提供一种基于生物质的有机肥制备工艺，包括以下步骤：s1、混料：按照重量份计，取核桃仁皮12～18份、葡萄皮25～32份、泥炭苔4～10份、秸秆35～50份，混合搅拌均匀得混合料a；s2、膨化活化：混合料a投入真空反应炉内，在100～120℃、-20～-10kpa的真空条件下，充入水蒸汽进行膨化活化，分三次充入3m3的水蒸气，每次充入1m3；待炉压下降至-20kpa时，自然冷却降温得到活化料；s3、水热炭化：活化料加入高温高压反应釜中，充入氮气至釜内压力3～5mpa；程序升温至220～240℃，保温炭化30～50min，持续排出釜内气体保持压力3～5mpa；关闭加热搅拌，待釜内反应物温度降至室温后，排出气体，打开釜盖，取出炭化物料；s4、发酵：炭化物料在0.02～0.04mpa、120～125℃下高温灭菌20～30min；加入炭化物料质量1.2～1.5倍的干羊粪，搅拌均匀得到混合料；调整混合料的水分含量为55～65wt％，控制ph4.5～6.5，堆制发酵腐熟15～20天，得到发酵料；s5、造粒：向发酵料中加入有益菌剂和成型剂，600～800r/min高速搅拌1～2h，除臭脱色处理后造粒即可。本发明基于生物质的有机肥制备工艺，考虑到传统的制备工艺是将畜禽粪肥与秸秆进行干燥、灭菌处理后，加入微生物菌剂，腐熟发酵即可。该工艺一方面没有进行严格的尺寸粒径、碳氮比、温度、水分含量的控制，使得生物质有机肥的各项参数和成分含量波动范围大，质量不稳定；另一方面仅仅考虑到氮肥、磷肥、钾肥等主要营养物质的供给，未考虑到能够对土壤肥力和功能进行改进的其他营养物质和微量元素，且无法通过科学合理的工艺使成分之间发挥协同作用，对树木庄稼的生根、移栽、生长能力的改进还有待提高。本发明有机肥的制备工艺，主要工序为混料、膨化活化、水热炭化、发酵、造粒。混料工序中，将核桃仁皮、葡萄皮、泥炭苔、秸秆混合均匀得到。四种原料中，核桃仁皮中含有丰富的矿物质、维生素、碳水化合物，钙、磷、铁、核黄素、尼克酸，成本低且易得到，大大增加有机肥中的矿物质和微量元素含量。葡萄皮中除了含有基础的维生素、多糖，还含有丰富的多羟基酚类化合物白藜芦醇、花青素、鞣酸，这些物质含有大量的酚类、羟基、羧基等极性基团，能够与土壤中的重金属发生配位螯合反应，实现重金属的原位钝化。泥炭苔含有丰富的微生物、矿物质、微量元素，在干燥处理后与土壤混合，能够增加土壤的湿度、孔隙度、酸度，减少土壤的腐蚀率。膨化活化工序中，考虑到泥炭苔、秸秆中含有丰富的纤维素，如果能够在有机肥制备过程中使其润胀以提高比表面积，可以负载更多的有益菌，提高有机肥的肥效。采用在100～120℃、～20～-10kpa的真空条件下，充入水蒸汽进行三次膨化活化，可以使水蒸气渗透入混合料a中，使纤维素发生润胀，扩大内部孔隙，提高比表面积和吸附性能。水热炭化工序中，充入氮气至釜内压力3～5mpa，程序升温至220～240℃，保温炭化30～50min；程序升温保持1-1.5℃/min的升温速率，高温高压除去混合料内部孔隙中包裹的水分、挥发油，使得泥炭苔和秸秆对核桃仁皮、葡萄皮的包裹作用加强，分子中的大分子碳链也在高压氮气的冲击下断裂成小分子碳，部分氮气可以被孔隙吸附，炭化物料呈现较大的比表面积和良好的吸附性能。发酵工序中，0.02～0.04mpa、120～125℃下高温灭菌，加入干羊粪得到混合料，通过严格控制含水量、ph值，造粒得到有机肥。微生物在分解该有机质时，可分泌出腐植酸、酶和生长素等各种生物物质，含有作物生长所需的氮、磷、钾，又含有ca、fe、zn、cu等微量元素，具有不偏肥、元素丰富、长效高效、与土壤协效作用好的特点。作为本发明进一步的方案，所述秸秆选自玉米秸秆、小麦秸秆、高粱秸秆、花生秸秆、水稻秸秆中的一种或多种的组合。作为本发明进一步的方案，所述核桃仁皮需要进行预处理，具体过程为：将核桃仁皮浸润在清水中，风干后碾碎呈粉末状，投入真空干燥机中，在-10kpa的负压下，升温至100～120℃，干燥1～2小时；降温至40～50℃时出料，过筛得粒径60～80目的颗粒物。核桃仁皮预处理过程，通过浸润、风干碾碎、真空干燥、降温、过筛得到，浸润后可以释出水溶性大分子物质，真空干燥可以防止核桃仁皮中的还原性物质被氧化，高效去除孔隙内的水分。作为本发明进一步的方案，所述干羊粪的制备方法如下：将新鲜羊粪与秸秆炭按照质量比1:3～5混合搅拌，室温下加入腐熟剂与除臭剂进行翻推，控制水分含量50～60wt％，发酵12～15天，腐熟干燥时间10～13天得到。羊粪含有机质24～27wt％，氮0.7～0.8wt％，磷0.45～0.6wt％，钾0.4～0.5wt％。有机质含量比其它畜粪多，粪质较细，肥质浓厚。发热介于马粪与牛粪之间，亦属热性肥料，也被称为温性肥料，在砂质土和粘质土上施用，效果好。与秸秆炭发酵腐熟后，含氮磷钾物质被大量吸附，重金属元素含量大大降低，与炭化物料混合后再次进行发酵，可以促进泥炭苔、秸秆对含氮磷钾物质的吸附，提高有机肥的缓释效果。作为本发明进一步的方案，所述有益菌剂由固氮菌与解磷菌按照质量比1：1配制而成，所述成型剂由凹凸棒土、膨润土、腐殖酸粉按照质量比1:1:2配制而成。本发明还提供了一种基于生物质的有机肥的施用方法，适用于上述基于生物质的有机肥制备工艺制备得到的有机肥，具体如下：1)穴施底肥时，将有机肥与清水按质量比1:160-180混合后施入穴内，每亩施4-6kg，浇水盖土即可；2)苗床施肥时，将有机肥与腐熟的粪水按照质量比1:150-180混合后，均匀施加到苗床内；3)树苗移栽时，将有机肥与细土按质量比1:3混合后，加入少许清水搅拌成浆料，树苗根部浸没在浆料中，浸没5-8min后进行移栽；4)喷施叶面时，将有机肥与清水按质量比1:100-120混合搅拌均匀，细纱布过滤，装入喷雾器具，喷施于叶片背面。本发明的基于生物质的有机肥的施用方法，考虑到生物质有机肥施入土壤后，适宜温湿度条件下，可以很快与土壤中微生物共同繁殖，形成大量的固氮菌、解磷菌、解钾菌，些固氮菌将空气中分子态氮通过自身作用转化成离子态氮；解磷菌、解钾菌在自身的繁殖过程中，产生有机酸和碳酸，溶解土壤中难溶性磷、钾，使之转化成可溶性磷、钾供作物和树木各部位吸收。同时，这些菌类在繁殖过程中与土壤中有益微生物共同作用，逐渐改变土壤的理化性状，提高有机质含量。综上，发明人对施用量、配比、施用部位进行了大量的研究，选取了树苗移栽、穴施底肥、喷施叶面、苗床施肥的四种施肥方法，特别是应用到果树的施肥过程中，可以显著提前果树的果期、成熟期，大大提高产量。本发明的有益效果：1、本发明本发明基于生物质的有机肥制备工艺，主要工序为混料、膨化活化、水热炭化、发酵、造粒。混料工序中，将核桃仁皮、葡萄皮、泥炭苔、秸秆混合均匀得到；膨化活化工序中，充入水蒸汽进行三次膨化活化，可以使水蒸气渗透入混合料中，使纤维素发生润胀，扩大内部孔隙，提高比表面积和吸附性能；水热炭化工序中，程序升温保持1-1.5℃/min的升温速率，高温高压除去混合料内部孔隙中包裹的水分、挥发油，使得泥炭苔和秸秆对核桃仁皮、葡萄皮的包裹作用加强，分子中的大分子碳链也在高压氮气的冲击下断裂成小分子碳，部分氮气可以被孔隙吸附，炭化物料呈现较大的比表面积和良好的吸附性能；发酵工序中，加入干羊粪得到混合料，通过严格控制含水量、ph值，造粒得到有机肥。微生物在分解该有机质时，可分泌出腐植酸、酶和生长素等各种生物物质，含有作物生长所需的氮、磷、钾，又含有ca、fe、zn、cu等微量元素，具有不偏肥、元素丰富、长效高效、与土壤协效作用好的特点。该有机肥包含的有机质含量达到46.2％、总养分含量达到5.7％，粪大肠菌群数为18个/g，蛔虫卵死亡率为98.7％；应用到果树的施肥中，果期提前天数达到15天，成熟期提前天数达到17天，产量增长率达到8.4％。2、本发明的有机肥原料中，核桃仁皮中含有丰富的矿物质、维生素、碳水化合物，钙、磷、铁、核黄素、尼克酸，成本低且易得到，大大增加有机肥中的矿物质和微量元素含量；葡萄皮中除了含有基础的维生素、多糖，还含有丰富的多羟基酚类化合物白藜芦醇、花青素、鞣酸，这些物质含有大量的酚类、羟基、羧基等极性基团，能够与土壤中的重金属发生配位螯合反应，实现重金属的原位钝化；泥炭苔含有丰富的微生物、矿物质、微量元素，在干燥处理后与土壤混合，能够增加土壤的湿度、孔隙度、酸度，减少土壤的腐蚀率。3、本发明基于生物质的有机肥施用方法，考虑到生物质有机肥施入土壤后，适宜温湿度条件下，可以很快与土壤中微生物共同繁殖，形成大量的固氮菌、解磷菌、解钾菌，些固氮菌将空气中分子态氮通过自身作用转化成离子态氮；解磷菌、解钾菌在自身的繁殖过程中，产生有机酸和碳酸，溶解土壤中难溶性磷、钾，使之转化成可溶性磷、钾供作物和树木各部位吸收；对施用量、配比、施用部位进行了大量的研究，选取了树苗移栽、穴施底肥、喷施叶面、苗床施肥的四种施肥方法，应用到果树的施肥过程中，可以显著提前果树的果期、成熟期，大大提高产量。具体实施方式下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1本实施例提供一种基于生物质的有机肥制备工艺，包括以下步骤：s1、混料：按照重量份计，取核桃仁皮16份、葡萄皮29份、泥炭苔7份、秸秆46份，混合搅拌均匀得混合料a；秸秆由玉米秸秆和小麦秸秆按照质量比1:2混合而成。核桃仁皮需要进行预处理，具体过程为：将核桃仁皮浸润在清水中，风干后碾碎呈粉末状，投入真空干燥机中，在-10kpa的负压下，升温至115℃，干燥1.2小时；降温至46℃时出料，过筛得粒径60～80目的颗粒物。s2、膨化活化：混合料a投入真空反应炉内，在110℃、-15kpa的真空条件下，充入水蒸汽进行膨化活化，分三次充入3m3的水蒸气，每次充入1m3；待炉压下降至-20kpa时，自然冷却降温得到活化料；s3、水热炭化：活化料加入高温高压反应釜中，充入氮气至釜内压力3.7mpa；程序升温至235℃，保温炭化45min，持续排出釜内气体保持压力3.7mpa；关闭加热搅拌，待釜内反应物温度降至室温后，排出气体，打开釜盖，取出炭化物料；s4、发酵：炭化物料在0.032mpa、122℃下高温灭菌25min；加入炭化物料质量1.4倍的干羊粪，搅拌均匀得到混合料；调整混合料的水分含量为60wt％，控制ph5.8，堆制发酵腐熟18天，得到发酵料；干羊粪的制备方法如下：将新鲜羊粪与秸秆炭按照质量比1:4.5混合搅拌，室温下加入腐熟剂与除臭剂进行翻推，控制水分含量56wt％，发酵14天，腐熟干燥时间12天得到。s5、造粒：向发酵料中加入有益菌剂和成型剂，700r/min高速搅拌1.5h，除臭脱色处理后造粒即可。有益菌剂由固氮菌与解磷菌按照质量比1：1配制而成，成型剂由凹凸棒土、膨润土、腐殖酸粉按照质量比1:1:2配制而成。实施例2本实施例提供一种基于生物质的有机肥制备工艺，包括以下步骤：s1、混料：按照重量份计，取核桃仁皮15份、葡萄皮30份、泥炭苔8份、秸秆45份，混合搅拌均匀得混合料a；秸秆由玉米秸秆、高粱秸秆、水稻秸秆按照质量比1:1:1混合而成。核桃仁皮需要进行预处理，具体过程为：将核桃仁皮浸润在清水中，风干后碾碎呈粉末状，投入真空干燥机中，在-10kpa的负压下，升温至108℃，干燥1.8小时；降温至48℃时出料，过筛得粒径60～80目的颗粒物。s2、膨化活化：混合料a投入真空反应炉内，在115℃、-16kpa的真空条件下，充入水蒸汽进行膨化活化，分三次充入3m3的水蒸气，每次充入1m3；待炉压下降至-20kpa时，自然冷却降温得到活化料；s3、水热炭化：活化料加入高温高压反应釜中，充入氮气至釜内压力4.5mpa；程序升温至235℃，保温炭化42min，持续排出釜内气体保持压力4.5mpa；关闭加热搅拌，待釜内反应物温度降至室温后，排出气体，打开釜盖，取出炭化物料；s4、发酵：炭化物料在0.026mpa、123℃下高温灭菌25min；加入炭化物料质量1.3倍的干羊粪，搅拌均匀得到混合料；调整混合料的水分含量为62wt％，控制ph6，堆制发酵腐熟18天，得到发酵料；干羊粪的制备方法如下：将新鲜羊粪与秸秆炭按照质量比1:4.6混合搅拌，室温下加入腐熟剂与除臭剂进行翻推，控制水分含量58wt％，发酵14天，腐熟干燥时间12天得到。s5、造粒：向发酵料中加入有益菌剂和成型剂，780r/min高速搅拌1.5h，除臭脱色处理后造粒即可。有益菌剂由固氮菌与解磷菌按照质量比1：1配制而成，成型剂由凹凸棒土、膨润土、腐殖酸粉按照质量比1:1:2配制而成。实施例3本实施例提供一种基于生物质的有机肥制备工艺，包括以下步骤：s1、混料：按照重量份计，取核桃仁皮18份、葡萄皮31份、泥炭苔9份、秸秆48份，混合搅拌均匀得混合料a；秸秆由小麦秸秆、高粱秸秆、花生秸秆、水稻秸秆按照质量比1:1:1:1混合而成。核桃仁皮需要进行预处理，具体过程为：将核桃仁皮浸润在清水中，风干后碾碎呈粉末状，投入真空干燥机中，在-10kpa的负压下，升温至115℃，干燥1.8小时；降温至48℃时出料，过筛得粒径60～80目的颗粒物。s2、膨化活化：混合料a投入真空反应炉内，在120℃、-16kpa的真空条件下，充入水蒸汽进行膨化活化，分三次充入3m3的水蒸气，每次充入1m3；待炉压下降至-20kpa时，自然冷却降温得到活化料；s3、水热炭化：活化料加入高温高压反应釜中，充入氮气至釜内压力4.2mpa；程序升温至235℃，保温炭化46min，持续排出釜内气体保持压力4.2mpa；关闭加热搅拌，待釜内反应物温度降至室温后，排出气体，打开釜盖，取出炭化物料；s4、发酵：炭化物料在0.035mpa、125℃下高温灭菌28min；加入炭化物料质量1.5倍的干羊粪，搅拌均匀得到混合料；调整混合料的水分含量为62wt％，控制ph6.5，堆制发酵腐熟18天，得到发酵料；干羊粪的制备方法如下：将新鲜羊粪与秸秆炭按照质量比1:4.5混合搅拌，室温下加入腐熟剂与除臭剂进行翻推，控制水分含量60wt％，发酵15天，腐熟干燥时间13天得到。s5、造粒：向发酵料中加入有益菌剂和成型剂，800r/min高速搅拌1.8h，除臭脱色处理后造粒即可。有益菌剂由固氮菌与解磷菌按照质量比1：1配制而成，成型剂由凹凸棒土、膨润土、腐殖酸粉按照质量比1:1:2配制而成。对比例1本对比例与实施例1相比，步骤s1未添加核桃仁皮。对比例2本对比例与实施例1相比，步骤s1未添加葡萄皮。对比例3本对比例与实施例1相比，步骤s2膨化活化没有充入水蒸气。对比例4本对比例与实施例1相比，步骤s3充入釜内压力至2.5mpa，并持续排出釜内气体保持压力2.5mpa。有机肥指标检测按照行业标准ny525-2012中的试验方法，检测干基有机质含量、总养分含量，按照行业标准ny525-2012检测as、cd、pb、cr、hg重金属含量是否符合规定，并进行了粪大肠菌群数和蛔虫卵死亡率的检测，具体测试结果见表1：表1.有机肥指标检测从上表可以看出，本发明实施例中的有机质含量、总养分含量、蛔虫卵死亡率高于对比例，重金属含量符合规定，粪大肠菌群数均小于100个，有机质含量达到46.2％、总养分含量达到5.7％，粪大肠菌群数为18个/g，蛔虫卵死亡率为98.7％。说明本发明的有机肥肥效好，长效高效，有利于农作物和树木的生长。对比例3没有充入水蒸气，秸秆和泥炭苔内的纤维素没有发生充分润胀，内部孔隙扩大不够显著，对核桃仁皮、葡萄皮的包裹作用降低，有机质含量和总养分含量降低显著。肥效实验设置7个区域，每个区域土壤表面积约8m2，进行相同数量品种为红富士的苹果树的施肥，分别施用实施例1-3、对比例1-4制备的生物质有机肥。树苗移栽时，将有机肥与细土按质量比1:3混合后，加入少许清水搅拌成浆料，树苗根部浸没在浆料中，浸没5-8min后进行移栽；喷施叶面时，将有机肥与清水按质量比1:100-120混合搅拌均匀，细纱布过滤，装入喷雾器具，喷施于叶片背面。统计相对于传统的红富士生产数据，果期提前天数、成熟期提前天数、产量增长率的平均值，具体实验结果见表2：表2.施用肥效实验项目果期提前天数成熟期提前天数产量增长率/％实施例115天17天8.4实施例215天16天8.1实施例316天16天8.2对比例112天13天5.8对比例211天12天5.2对比例310天10天4.9对比例413天15天6.4从上表可以看出，本发明实施例的有机肥，在施用到苹果树的移栽和叶面施肥后，显著提前了果期和成熟期，同时产量也保持稳定的增长率，适合应用到果树的施肥中。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本
技术领域：
的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。当前第1页12