CN109721432A - 一种碱性有机肥及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种碱性有机肥及其制备方法与应用，制备方法为：将农作物秸秆进行预处理；将预处理后秸秆与鸡粪、猪粪、茶粕、黄腐酸钾混合后堆肥发酵，得到秸秆有机肥和预处理废液；向预处理废液中添加腐殖酸原粉后进行加热与固液分离，得到滤液A，向所得滤液A中加入氯化钙使其中的有机物沉淀，得混合物B；将石灰石、白云石、磷酸二氢铵、甲壳素混合，得混合物C；最后将秸秆有机肥与混合物B、C混合均匀，得到碱性有机肥。本发明得到的碱性有机肥既具有传统有机肥的功能，还具有抗酸化、抗重茬等功能性，应用在连作种植中可增加作物产量。
Description
技术领域
本发明涉及农用肥料技术领域，特别涉及一种碱性有机肥及其制备方法与应用。
背景技术
连作种植与轮作种植相反，是指在同一田地上一年内或连年种植相同作物的种植方式。作物连作种植会产生连作障碍，主要是因为作物自毒作用，土壤有益微生物减少、有害微生物增加导致的土传病害加重、土壤性质变坏、次生盐渍化及土壤酸化严重等问题造成的。作物根系分泌或植株分解产生的一些有机物质，如香草酸、丁香酸、阿魏酸、肉桂酸等，对作物生长产生抑制作用，造成作物长势不佳甚至减产。由于连作种植形成了特殊的土壤环境，使固氮菌、根瘤菌、光合菌、放线菌、硝化细菌、氨化细菌、菌根真菌等有益微生物的生长繁殖受到抑制，而有害微生物大量滋生，土壤的微生物区系发生变化。特别是保护地蔬菜和复种指数高，一年四季不歇地，病虫害源不断积累，导致土传病害发生较重。在片面地追求高产的诱惑下，大量施入高含量的化学肥料和未经腐熟的动物粪便、人粪尿等，导致土壤中盐分过量。因为这些盐分不能被充分淋溶，所以大量积聚在土壤耕层中，就产生了土壤次生盐渍化及酸化，从而降低了PH值，影响了土壤养分的有效性，引发生理性病害。
碱性有机肥主要的方法是向农业废弃物(如农作物秸秆)中引入致碱性微生物，通过发酵降解而成。碱性有机肥中有机质含量高，能够疏松土壤，提高土壤透气性，促进土壤微生物的活性，增强土壤肥水渗透力，改善农产品品质；能中和土壤酸性，降低土壤盐度，沉淀土壤化感物质，抑制土壤有害微生物，缓解连作障碍。相较于传统的施用生石灰，具有施用简单及对土壤环境影响小等优势。
中国农作物秸秆年产量约为7亿吨左右，剩余秸秆除了造纸、作饲料或饲料原料、造肥还田等，每年有大量秸秆被直接焚烧，污染又浪费。随着国家禁止露天焚烧秸秆政策的实施，大量秸秆亟待处理，急需发展新的技术手段，资源化利用秸秆。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种碱性有机肥及其制备方法与应用，其目的是利用废弃农作物秸秆制备出可以改良土壤、促进植物生长、适合于在连作种植中应用的碱性有机肥。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种碱性有机肥的制备方法，包括如下步骤：
(1)将农作物秸秆进行粉碎和过筛，将过筛后秸秆以1～20％的质量比加入到浓度为1～15％的碱溶液中，搅拌均匀后在80～121℃下加热10～60min，再进行冷却和固液分离，得到预处理秸秆与预处理废液；
(2)将步骤(1)所得预处理秸秆的pH值调至中性后与鸡粪、猪粪、茶粕、黄腐酸钾按质量比为70：5～20：5～20：1～15：1～15的比例进行堆肥发酵，发酵完成后进行粉碎和过筛，得到秸秆有机肥；
(3)向步骤(1)所得预处理废液中添加质量比为10～30％的腐殖酸原粉，搅拌均匀后加热至沸腾再进行固液分离，取滤液A待用；其中，加热时间为30～60min；
(4)向步骤(3)所得滤液加入氯化钙至沉淀完全，经过滤、烘干、粉碎和过筛，得到混合物B；
(5)将石灰石、白云石、磷酸二氢铵和甲壳素按质量比为30：10～40：10～40：5～15的比例混合均匀，得到混合物C；
(6)将步骤(2)所得秸秆有机肥、步骤(4)所得混合物B以及步骤(5)所得混合物C按质量比为50：10～40：10～40的比例混合均匀，得到碱性有机肥。
优选地，步骤(1)中所述碱溶液包括氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液。
优选地，步骤(2)中所述堆肥发酵在堆肥发酵装置中进行，所述发酵装置的转速为30-60转/分钟，所述堆肥发酵的发酵温度为55～65℃，发酵时间为7-30天。
优选地，步骤(3)中所述腐殖酸原粉中腐殖酸含量≥30％。
优选地，步骤(4)中所述烘干温度为80-120℃，烘干时间为6-10小时。
优选地，步骤(5)中所述磷酸二氢铵总养分含量≥60％。
优选地，步骤(5)中所述石灰石与所述白云石的纯度均大于90％。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种碱性有机肥，所述有机肥由上述方法制备而成。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述有机肥或由上述制备方法制得的有机肥在连作种植中的应用。
优选地，所述连作种植为大棚作物连作种植。
本发明提供的碱性有机肥的制备方法中，步骤(1)将农作物秸秆进行粉碎和过筛，将过筛后秸秆以1～20％的质量比加入碱液中，秸秆与碱液的质量比高于该比例可能导致秸秆不能被碱液充分浸润。碱液的浓度为1-15％，当碱液浓度低于1％时，效果变差；高于15％时会增加成本以及后续处理难度。然后将浸有秸秆的碱液搅拌均匀后在80～121℃下加热10～60min，再进行冷却和固液分离，得到预处理秸秆与预处理废液；加热处理可以加快反应，有利于进行快速处理秸秆。
步骤(3)中向步骤(1)所得预处理废液中添加质量比为10～30％的腐殖酸原粉，搅拌均匀后加热至沸腾再进行固液分离，取滤液A待用。预处理废液中有残留的碱，可与腐殖酸在加热条件下反应，形成水溶性腐殖酸。
步骤(4)中向步骤(3)所得滤液加入氯化钙至沉淀完全，经过滤、烘干、粉碎和过筛，得到混合物B。加入氯化钙后生产木质素钙、腐殖酸钙等沉淀。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
本发明提供的碱性有机肥的制备方法中将农作物秸秆进行粉碎和过筛，再进行预处理，预处理后的秸秆与鸡粪、猪粪、茶粕、黄腐酸钾按比例进行混合后再次粉碎、过筛。粉碎和过筛的步骤可保证堆肥发酵过程中具有良好的透气性，有利于微生物的增殖，提高发酵过程中有机肥的加工效率。
本发明的秸秆经过碱液加热处理，将大部分木质素从秸秆中分离出来，秸秆结构遭到破坏后，其中的纤维素更容易被环境中的微生物分解，堆肥中有机成分分解更为彻底，腐殖质含量高。
本发明中预处理废液中的残碱通过与腐殖酸原粉进行中和，得到水溶性的木质素盐与腐殖酸盐混合溶液，再通过添加氯化钙形成不溶性的木质素钙盐与腐殖酸钙盐，将无机碱性成分转变为有机碱性成分，能缓冲土壤pH，防止土壤酸化、板结。
本发明提供的碱性有机肥由多种天然有机质堆制而成，含有多种氨基酸、腐殖酸等成分，含有钙、镁等营养元素，可改良土壤，促进作物生长。茶粕中含有的茶皂素可作为生长调节剂，茶皂素与甲壳素还具有抑菌杀虫的作用。
本发明提供的碱性有机肥有机质含量高，含有多种弱碱性碳酸盐、磷酸盐，可有效缓冲土壤酸化，且释放出的钙、镁离子可沉淀化感物质，降低土壤盐度，缓解连作障碍，适合连作种植。碳酸盐与土壤中H+反应释放出的二氧化碳，特别适用于大棚连作种植，可提高棚内二氧化碳浓度，提高作物产量。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
实施例1
(1)将过2mm筛的水稻秸秆以10％的添加量加入到浓度为4％的氢氧化钾溶液中，100℃加热30min，待冷却至20℃后进行固液分离，得预处理秸秆与预处理废液。
(2)将预处理秸秆的pH调至中性后与鸡粪、猪粪、茶粕、黄腐酸钾以70：10：10：5：5的比例在发酵装置中进行堆肥发酵，发酵装置内转子的转速为30转/分钟，发酵完成后粉碎过2mm筛，得秸秆有机肥；其中，堆肥发酵的发酵温度为60℃，发酵时间为30天。
(3)向预处理废液中添加20％的腐殖酸原粉，搅拌均匀后加热至沸腾，加热时间为40min，而后进行固液分离，取滤液A待用。
(4)向滤液A中添加氯化钙至沉淀完全，过滤、烘干、粉碎后过2mm筛，得混合物B；其中烘干温度为100℃，烘干时间为8h；
(5)将石灰石、白云石、磷酸二氢铵、甲壳素按30：30：30：10的比例混合得混合物C。
(6)将步骤(2)所得秸秆有机肥、步骤(4)所得混合物B以及步骤(5)所得混合物C以50：10：30的比例混合，即得碱性有机肥。
实施例2
(1)将过2mm筛的水稻秸秆以1％的添加量加入到浓度为15％的氢氧化钠溶液中，121℃加热60min，待冷却至30℃后进行固液分离，得预处理秸秆与预处理废液。
(2)将预处理秸秆pH调至中性，将秸秆、鸡粪、猪粪、茶粕、黄腐酸钾以70：5：10：5：10的比例在发酵装置中进行堆肥发酵，发酵装置内转子的转速为45转/分钟，发酵完成后粉碎过2mm筛，得秸秆有机肥；其中，堆肥发酵的发酵温度为55℃，发酵时间为20天。
(3)向预处理废液中添加10％的腐殖酸原粉，搅拌均匀后加热至沸腾，加热时间为30min，而后进行固液分离，得滤液A。
(4)向滤液A中添加氯化钙至沉淀完全，烘干、粉碎后过2mm筛，得混合物B；其中烘干温度为120℃，烘干时间为10h。
(5)将石灰石、白云石、磷酸二氢铵、甲壳素按30：40：10：15的比例混合得混合物C。
(6)将秸秆有机肥、混合物B、C以50：40：20的比例混合即得碱性有机肥。
实施例3
(1)将过2mm筛的水稻秸秆以20％的添加量加入到浓度为1％的氢氧化钾溶液中，80℃加热10min，待冷却至30℃后进行固液分离，得预处理秸秆与预处理废液。
(2)将预处理秸秆pH调至中性，将秸秆、鸡粪、猪粪、茶粕、黄腐酸钾以70：20：20：15：15的比例在发酵装置中进行堆肥发酵，发酵装置内转子的转速为60转/分钟，发酵完成后粉碎过2mm筛，得秸秆有机肥；其中，堆肥发酵的发酵温度为65℃，发酵时间为7天。
(3)向预处理废液中添加30％的腐殖酸原粉，搅拌均匀后加热至沸腾，加热时间为60min，而后进行固液分离，得滤液A。
(4)向滤液A中添加氯化钙至沉淀完全，过滤烘干粉碎过2mm筛，得混合物B；其中烘干温度为120℃，烘干时间为10h。
(5)将石灰石、白云石、磷酸二氢铵、甲壳素按30：10：40：5的比例混合得混合物C。
(6)将秸秆有机肥、混合物B、C以50：20：40的比例混合即得碱性有机肥。
实施例4
(1)将过2mm筛的水稻秸秆以15％的添加量加入到浓度为10％的氢氧化钠溶液中，110℃加热45min，待冷却至25℃后进行固液分离，得预处理秸秆与预处理废液。
(2)将预处理秸秆pH调至中性，将秸秆、鸡粪、猪粪、茶粕、黄腐酸钾以70：10：10：1：1的比例在发酵装置中进行堆肥发酵，发酵装置内转子的转速为45转/分钟，发酵完成后粉碎过2mm筛，得秸秆有机肥；其中，堆肥发酵的发酵温度为50℃，发酵时间为15天。
(3)向预处理废液中添加20％的腐殖酸原粉，搅拌均匀后加热至沸腾，加热时间为45min，而后进行固液分离，得滤液A；
(4)向滤液A中添加氯化钙至沉淀完全，烘干、粉碎后过2mm筛，得混合物B；其中烘干温度为100℃，烘干时间为6h。
(5)将石灰石、白云石、磷酸二氢铵、甲壳素按30：15：15：10的比例混合得混合物C。
(6)将秸秆有机肥、混合物B、C以50：10：10的比例混合即得碱性有机肥。
对比例
(1)将过2mm筛的水稻秸秆以30％的添加量加入到浓度为0.1％的氢氧化钠溶液中，40℃加热5min，待冷却至25℃后进行固液分离，得预处理秸秆与预处理废液。
(2)将预处理秸秆pH调至中性，将秸秆、鸡粪、猪粪、茶粕、黄腐酸钾以70：10：10：1：1的比例在发酵装置中进行堆肥发酵，发酵装置内转子的转速为45转/分钟，发酵完成后粉碎过2mm筛，得秸秆有机肥；其中，堆肥发酵的发酵温度为50℃，发酵时间为15天。
(3)向预处理废液中添加20％的腐殖酸原粉，搅拌均匀后加热至沸腾，加热时间为45min，而后进行固液分离，得滤液A；
(4)向滤液A中添加氯化钙至沉淀完全，烘干、粉碎后过2mm筛，得混合物B；其中烘干温度为100℃，烘干时间为6h。
(5)将石灰石、白云石、磷酸二氢铵、甲壳素按30：15：15：10的比例混合得混合物C。
(6)将秸秆有机肥、混合物B、C以50：10：10的比例混合即得碱性有机肥。
在连续种植小白菜1年的大棚内，分别取实施例1-4所得碱性有机肥以300kg/亩作基肥施用，以撒施生石灰100kg/亩后施用猪粪有机肥300kg作为基肥为对照(CK1)，另以新开土常规施肥为对照(CK2)，在其它条件相同的环境下平行种植小白菜；小白菜生长期间不施追肥。
待小白菜成熟后，检测小白菜产量以及土壤pH，检测结果见表1。
表1：小白菜产量及土壤pH
| 处理 | 产量(kg/亩) | 土壤pH |
| 实施例1 | 1503 | 5.42 |
| 实施例2 | 1425 | 5.67 |
| 实施例3 | 1128 | 5.29 |
| 实施例4 | 1579 | 5.54 |
| 对比例 | 1087 | 5.25 |
| CK1 | 1066 | 5.36 |
| CK2 | 1328 | 5.78 |
由检测结果可知，各实施例提供的碱性有机肥均可显著有效改善连作障碍，提高小白菜产量，同时提高土壤pH，实施例4综合效果最佳；实施例1、2、4的产量还优于新开土常规种植处理，说明其增产效果好。
对比例中步骤(1)预处理阶段与实施例4不同，其他步骤均相同，由结果可知，实施例4的效果明显优于对比例。这是因为预处理中秸秆与碱液的质量比、碱液的浓度和加热处理条件对预处理的效果有明显影响，而对比例中步骤(1)达不到充分预处理的条件。实施例1-4中充分的预处理能将大部分木质素从秸秆中分离出来，秸秆结构遭到破坏后，其中的纤维素更容易被环境中的微生物分解，堆肥中有机成分分解更为彻底，碱性有机肥的质量得到提高。
由此可见，本发明提供的碱性有机肥可以显著缓解连作障碍，提高农作物的产量，改善土壤的微环境，利于土壤的长期可持续利用。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种碱性有机肥的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将农作物秸秆进行粉碎和过筛，将过筛后秸秆以1～20％的质量比加入到浓度为1～15％的碱溶液中，搅拌均匀后在80～121℃下加热10～60min，再进行冷却和固液分离，得到预处理秸秆与预处理废液；
(2)将步骤(1)所得预处理秸秆的pH值调至中性后与鸡粪、猪粪、茶粕、黄腐酸钾按质量比为70：5～20：5～20：1～15：1～15的比例进行堆肥发酵，发酵完成后进行粉碎和过筛，得到秸秆有机肥；
(3)向步骤(1)所得预处理废液中添加质量比为10～30％的腐殖酸原粉，搅拌均匀后加热至沸腾再进行固液分离，取滤液A待用；其中，加热时间为30～60min；
(4)向步骤(3)所得滤液加入氯化钙至沉淀完全，经过滤、烘干、粉碎和过筛，得到混合物B；
(5)将石灰石、白云石、磷酸二氢铵和甲壳素按质量比为30：10～40：10～40：5～15的比例混合均匀，得到混合物C；
(6)将步骤(2)所得秸秆有机肥、步骤(4)所得混合物B以及步骤(5)所得混合物C按质量比为50：10～40：10～40的比例混合均匀，得到碱性有机肥。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述碱溶液包括氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述堆肥发酵在堆肥发酵装置中进行，所述发酵装置的转速为30-60转/分钟，所述堆肥发酵的发酵温度为55～65℃，发酵时间为7-30天。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述腐殖酸原粉中腐殖酸含量≥30％。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述烘干温度为80-120℃，烘干时间为6-10小时。
6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述磷酸二氢铵总养分含量≥60％。
7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述石灰石与所述白云石的纯度均大于90％。
8.一种碱性有机肥，其特征在于，所述有机肥由权利要求1-5任意一项所述方法制备而成。
9.一种根据权利要求8所述有机肥或由权利要求1-7任意一项所述制备方法制得的有机肥在连作种植中的应用。
10.根据权利要求9所述应用，其特征在于，所述连作种植为大棚作物连作种植。
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