本发明属于农业肥料
技术领域：
，具体涉及一种从秸秆中提取腐殖酸的方法及应用。
背景技术：
：我国是农业大国，每年农田中的秸秆产量巨大，但是大部分秸秆都是随意丢弃或者直接焚烧，造成资源浪费和环境污染，秸秆并没有得到合理充分的利用。研究发现，秸秆中含有丰富的纤维素、粗蛋白，经过腐解后能够转化为富含腐殖酸的有机质，所谓“堆肥”即是由此而来，它是利用各种植物残体，如农作物秸杆、杂草、树叶、泥炭、垃圾等为主要原料，混合人畜粪尿经堆制腐解而成有机肥料，具有营养物质丰富，肥效长而稳定等优点。但是其缺点是腐熟时间长、堆肥质量差、秸秆利用率低，并且堆肥过程中蝇虫滋生严重污染环境。腐殖酸在农业、林业、工业、环保、养殖业、甚至医疗等领域都有比较重要的作用，其中在应用农、林业时，腐殖酸肥料作为有机肥，具有肥料增效、刺激作物生长、改善农产品质量等功能。目前腐殖酸主要从淤泥、褐煤、风化煤等中提取得到，但是，褐煤、风化煤为不可再生资源，过度开采会面临原料枯竭的问题，而淤泥中重金属和细菌含量较多，处理不当对于肥料的安全使用将是一大隐患。如果能将秸秆腐解和腐殖酸的提取有机结合，将有效解决上述技术问题。为此，中国专利文献cn106396762a，公开了一种高活性复合腐殖酸及其制作工艺，并具体公开了植物腐殖酸的制备方法为：先将小麦秸秆与烧碱混合，在高压下使秸秆腐解，腐解过程中还要分次加入蒽醌加强氧化催熟，再在爆破室中高压爆破，使得大的网状分子结构、大分子量的物质转化成小的网状分子结构、小分子量的物质，然后经过磷酸处理得到具有较好的溶解性的植物腐殖酸。该篇文献需要在高压、强氧化的条件下进行秸秆腐解，虽然缩短了腐解时间，但是对腐殖酸的生物活性影响较大。技术实现要素：因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中秸秆腐解方法得到的腐殖酸生物活性低的缺陷，从而提供一种从秸秆中提取生物活性高的腐殖酸的方法及应用，该方法腐解条件温和且腐解时间相对较短。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种从秸秆中提取腐殖酸的方法，包括如下步骤：秸秆腐解步骤：先将秸秆粉粹并调节含水量至60～70wt％，加入em菌剂混匀，用尿素调节c/n质量比至20～30，再加入促腐剂，混合均匀，将物料密闭培养40～50天，每隔20～30h通气一次，每次通气20～30min，所述促腐剂为海泡石粉；腐殖酸提取步骤：将秸秆腐解后的产物进行干燥处理，得固体腐解产物，然后利用多羟基酸的碱金属盐与碱金属的氢氧化物的混合溶液作为提取剂，提取得到腐殖酸。常规的，所述干燥处理可以为风干或烘干。所述提取剂为多羟基酸的碱金属盐与碱金属的氢氧化物的混合水溶液。进一步地，所述em菌剂的用量占秸秆质量的0.5～1.5％。进一步地，所述海泡石粉的用量占秸秆质量0.1～2.5％。进一步地，所述促腐剂中还包括骨粉，其用量占秸秆质量的0.1～0.5％。所述骨粉可以为市售商品，也可以为猪、牛、羊等动物骨粉中的一种或多种。进一步地，所述秸秆腐解步骤始终控制体系含水量为60～70wt％。进一步地，所述提取剂中多羟基酸的碱金属盐的浓度为0.03～0.08mol/l。进一步地，所述提取剂中碱金属的氢氧化物的浓度为0.1～0.2mol/l。进一步地，以固体腐解产物为计，所述提取剂的用量为3～8ml/g。进一步地，所述多羟基酸为柠檬酸，酒石酸，苹果酸，乳酸，马来酸，琥珀酸，草酸中的一种或多种。进一步地，腐殖酸的提取步骤具体为：将固体腐解产物与提取剂混合，振荡，静置16-20h，再加入饱和硫酸钠(室温)溶液，过滤，所得滤液即为腐殖酸。所述饱和硫酸钠溶液能够使所得腐殖酸滤液更澄清，杂质含量降低，活性更高。进一步地，所述饱和硫酸钠的用量为提取剂用量的20～30％。一种上述方法提取得到的腐殖酸在叶面肥中的应用。本发明技术方案，具有如下优点：1.本发明提供的从秸秆中提取腐殖酸的方法，采用秸秆为原料，采用海泡石粉作为秸秆促腐剂，选用em菌剂进行接种培养，促腐剂与em菌剂结合能够显著缩短秸秆腐解时间，所用海泡石粉一方面能够加速秸秆的腐解，另一方面由于海泡石粉具有较大的比表面积，遇到水时会吸收水分而变得柔软，从而能够为em菌的生长和繁殖提供良好的场所和环境，提高了腐解产物中具有高生物活性腐殖酸的含量。采用海泡石粉与骨粉共同作为秸秆促腐剂时，骨粉中含有丰富的蛋白质和钙、磷等元素，可以在秸秆腐解过程中长期供应微生物所需营养，更利于微生物的生长繁殖，从而缩短秸秆的腐解时间。采用多羟基酸的碱金属盐和碱金属的氢氧化物作为腐殖酸的提取剂，提取剂中的羟基能够与腐殖酸络合，提取过程不需要高温加热，常温下即可进行，避免了高温提取对腐殖酸生物活性的影响，同时还提高了腐殖酸的提取率；提取得到的腐殖酸具有较高的胡富比，腐殖酸成分复杂程度较高、生物活性高。2.本发明提供的从秸秆中提取得到的腐殖酸的应用，将所得腐殖酸制成叶面肥，用在水稻种植中能够显著提高水稻有效穗数、每穗粒数和结实率，进而提高水稻产量。具体实施方式为了便于说明，本发明实施例和对比例选用的水稻秸秆取自江西省鹰潭市余江县的代表性稻田晚稻收获后植株样品，有机碳含量403.79g/kg、全氮6.37g/kg、全磷0.88g/kg、全钾21.21g/kg；花生秸秆取自江西省鹰潭市余江县的代表性红壤花生收获后植株样品，有机碳含量359.86g/kg、全氮10.95g/kg、全磷1.54g/kg、全钾16.58g/kg；小麦秸秆和玉米秸秆取自河南郑州，其中小麦秸秆：有机碳383.69g/kg、全氮9.00g/kg、全磷0.60g/kg、全钾17.58g/kg；玉米秸秆：有机碳318.2g/kg、全氮11.80g/kg、全磷1.08g/kg、全钾22.56g/kg。em菌剂为商业菌剂，购自南昌益生生物技术有限公司，主要成分为光合细菌、酵母菌、乳酸菌、放线菌和芽孢杆菌及蛋白质、氨基酸、生物酶、果糖核酸、多种微量元素等生长因子，总菌数≥1010cfu·ml-1。喷施宝腐殖酸叶面肥购自广西喷施宝股份有限公司，腐殖酸≥45g/l，氮(n)+磷(p2o5)+钾(k2o)≥200g/l(氮、磷、钾的单一含量≥20g/l)。本发明应用的其它试剂，没有特别说明的，均能够从商业途径购买得到。实施例1从水稻秸秆中提取腐殖酸的方法：先将100kg水稻秸秆粉粹并调节含水量至60wt％，加入0.5kgem菌剂混匀，用尿素调节c/n的质量比为20，再添加2.5kg的海泡石粉，充分混匀后将物料密闭培养40天，每隔30h通气一次并充分翻匀，每次通气20min，期间调节含水量保持在60wt％左右。将秸秆腐解后的产物进行风干并完全混匀，取固体腐解产物5g，加15ml提取剂，所述提取剂中柠檬酸钠的浓度为0.08mol/l，naoh的浓度为0.1mol/l，200r/min25℃下振荡12h，25℃静置16h，再加入4.5ml饱和硫酸钠溶液，过滤，所得滤液即为腐殖酸。腐殖酸中碳含量用toc仪测定。实施例2从水稻秸秆中提取腐殖酸的方法：先将100kg水稻秸秆粉粹并调节含水量至70wt％，加入1.5kg的em菌剂混匀，用尿素调节c/n的质量比为30，再添加0.1kg的海泡石粉，充分混匀后将物料密闭培养50天，每隔20h通气一次并充分翻匀，每次通气30min，期间调节含水量保持在70wt％左右。将秸秆腐解后的产物进行烘干，取固体腐解产物5g，加40ml提取剂，所述提取剂中酒石酸钾的浓度为0.03mol/l，koh的浓度为0.2mol/l，300r/min25℃下振荡8h，25℃静置20h，再加入8ml饱和硫酸钠溶液，过滤，所得滤液即为腐殖酸。腐殖酸中碳含量用toc仪测定。实施例3从水稻秸秆中提取腐殖酸的方法：先将100kg水稻秸秆粉粹并调节含水量至65wt％，加入秸秆质量1kg的em菌剂混匀，用尿素调节c/n的质量比为25，再添加占秸秆质量1.5kg的海泡石粉，充分混匀后将物料密闭培养45天，每隔24h通气一次并充分翻匀，每次通气20min，期间调节含水量保持在65wt％左右。将秸秆腐解后的产物进行风干并完全混匀，取固体腐解产物5g，加25ml提取剂，所述提取剂中草酸钠的浓度为0.05mol/l，naoh的浓度为0.15mol/l，150r/min25℃下振荡14h，25℃静置18h，再加入5ml饱和硫酸钠溶液，过滤，所得滤液即为腐殖酸。腐殖酸中碳含量用toc仪测定。实施例4从花生秸秆中提取腐殖酸的方法：先将100kg花生秸秆粉粹并调节含水量至65wt％，加入0.8kg的em菌剂混匀，用尿素调节c/n的质量比为22，再添加0.8kg的海泡石粉，充分混匀后将物料密闭培养43天，每隔22h通气一次并充分翻匀，每次通气25min，期间调节含水量保持在65wt％左右。将秸秆腐解后的产物进行风干并完全混匀，取固体腐解产物5g，加20ml提取剂，所述提取剂中乳酸钾的浓度为0.04mol/l，koh的浓度为0.12mol/l，250r/min25℃下振荡10h，25℃静置17h，再加入5ml饱和硫酸钠溶液，过滤，所得滤液即为腐殖酸。腐殖酸中碳含量用toc仪测定。实施例5从花生秸秆中提取腐殖酸的方法：先将100kg花生秸秆粉粹并调节含水量至65wt％，加入1.2kg的em菌剂混匀，用尿素调节c/n的质量比为27，再添加2kg的海泡石粉，充分混匀后将物料密闭培养46天，每隔26h通气一次并充分翻匀，每次通气28min，期间调节含水量保持在65wt％左右。将秸秆腐解后的产物进行风干，取固体腐解产物5g，加20ml提取剂，所述提取剂中乳酸钾的浓度为0.04mol/l，琥珀酸钾的浓度为0.02mol/l，koh的浓度为0.12mol/l，200r/min25℃下振荡12h，25℃静置17h，再加入5ml饱和硫酸钠溶液，过滤，所得滤液即为腐殖酸。腐殖酸中碳含量用toc仪测定。实施例6从小麦秸秆中提取腐殖酸的方法：先将100kg小麦秸秆粉粹并调节含水量至65wt％，加入1.2kg的em菌剂混匀，用尿素调节c/n的质量比为25，再添加2kg的海泡石粉和0.5kg骨粉，充分混匀后将物料密闭培养46天，每隔26h通气一次并充分翻匀，每次通气25min，期间调节含水量保持在65wt％左右。将秸秆腐解后的产物进行烘干并完全混匀，取固体腐解产物5g，加20ml提取剂，所述提取剂中乳酸钾的浓度为0.04mol/l，琥珀酸钾的浓度为0.02mol/l，koh的浓度为0.12mol/l，220r/min25℃下振荡11h，25℃静置17h，再加入5ml饱和硫酸钠溶液，过滤，所得滤液即为腐殖酸。腐殖酸中碳含量用toc仪测定。实施例7从玉米秸秆中提取腐殖酸的方法：先将100kg玉米秸秆粉粹并调节含水量至65wt％，加入秸秆质量1kg的em菌剂混匀，用尿素调节c/n的质量比为25，再添加占秸秆质量1.5kg的海泡石粉，充分混匀后将物料密闭培养45天，每隔24h通气一次并充分翻匀，每次通气20min，期间调节含水量保持在65wt％左右。将秸秆腐解后的产物进行风干并完全混匀，取固体腐解产物5g，加25ml提取剂，所述提取剂中草酸钠的浓度为0.05mol/l，naoh的浓度为0.15mol/l，200r/min25℃下振荡9h，25℃静置18h，再加入5ml饱和硫酸钠溶液，过滤，所得滤液即为腐殖酸。腐殖酸中碳含量用toc仪测定。实施例8从水稻秸秆中提取腐殖酸的方法：先将100kg水稻秸秆粉粹并调节含水量至65wt％，加入秸秆质量1kg的em菌剂混匀，用尿素调节c/n的质量比为25，再添加占秸秆质量1.5kg的海泡石粉和0.3kg骨粉，充分混匀后将物料密闭培养45天，每隔24h通气一次并充分翻匀，每次通气20min，期间调节含水量保持在65wt％左右。将秸秆腐解后的产物进行风干并完全混匀，取固体腐解产物5g，加25ml提取剂，所述提取剂中草酸钠的浓度为0.05mol/l，naoh的浓度为0.15mol/l，150r/min25℃下振荡14h，25℃静置18h，再加入5ml饱和硫酸钠溶液，过滤，所得滤液即为腐殖酸。腐殖酸中碳含量用toc仪测定。对比例1从水稻秸秆中提取腐殖酸的方法：先将100kg水稻秸秆粉粹并调节含水量至65wt％，加入1kg的em菌剂混匀，用尿素调节c/n的质量比为25，充分混匀后将物料密闭培养45天，每隔24h通气一次并充分翻匀，每次通气20min，期间调节含水量保持在65wt％左右。将秸秆腐解后的产物进行风干，取固体腐解产物5g，加25ml0.05mol/l草酸钠和0.15mol/lnaoh混合液，150r/min25℃下振荡14h，25℃静置18h，再加入5ml饱和硫酸钠溶液，过滤，所得滤液即为腐殖酸。腐殖酸中碳含量用toc仪测定。实验例1腐殖酸提取液性质变化将腐殖酸用超纯水1:10稀释，测定其中碳含量；采用酸沉降法将腐殖酸中的胡敏酸和富里酸分离，同样用超纯水1:10稀释后，测定各自碳含量并计算胡富比。各种物质的碳含量均采用耶拿multic/n3100总有机碳分析仪进行测定。具体结果见表1。表1不同处理的腐殖酸提取液性质腐殖酸碳，g/kg胡敏酸碳，g/kg富里酸碳，g/kg胡富比实施例1128.368.352.91.29实施例2129.468.749.81.38实施例3138.672.551.11.42实施例4132.569.751.31.36实施例5135.271.455.81.28实施例6135.770.251.31.37实施例7128.769.451.61.34实施例8145.174.350.41.47对比例197.833.549.20.68从上表中的数据可知，采用本发明提供的从秸秆中提取腐殖酸的方法，所得提取液中的腐殖酸碳含量、胡敏酸碳含量明显高于对比例，胡富比也显著高于对比例，表明本发明方案提取得到的腐殖酸成分复杂程度较高，说明促腐效果好；其次，复杂程度高，能螯合较多的阳离子，比如fe、ca和mg等，并且能够促进植物对阳离子的吸收，有利于植物生长。2不同腐殖酸提取液对水稻生长的影响将本发明实施例1-8和对比例1制备得到的腐殖酸提取液，按照与喷施宝腐殖酸叶面肥等碳量施用的原则，用蒸馏水1：1000倍稀释之后，分别在水稻分蘖期、抽穗期及灌浆期进行叶面喷施，选用蒸馏水作为无肥对照。检测不同腐殖酸提取液以及喷施宝腐殖酸叶面肥对水稻产量及产量构成要素的影响。具体结果见表2。表2不同处理对水稻产量及产量构成要素的影响从上表数据可知，本发明提供的腐殖酸提取液作为叶面肥喷施，其对水稻生长发育及增产的促进效果优于市售叶面肥和对比例的施用效果。具体表现为，相比于市售腐殖酸叶面肥和对比例，喷施本发明实施例1-8所提供的腐殖酸提取液，能够显著提高水稻有效穗数、每穗粒数和结实率，进而提高水稻产量。实施例1-8的水稻产量相对于对比例1平均增产24.4％，相对于市售叶面肥喷施宝平均增产19.8％，相对于蒸馏水处理平均增产44.5％。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。当前第1页12