发明内容

针对有机肥料发酵程度不高、可溶性物质含量较低的问题，本发明提供一种设施栽培水肥一体化系统及施肥方法。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

一种设施栽培水肥一体化的施肥方法，具体是将水溶肥通过滴灌管网进行施肥，其中，所述水溶肥的制备方法包括以下步骤：

S1、将农林有机质废弃物粉碎至粒径不大于2mm，加水调节至固含量在10-20％，调节pH值在6-9，调节C/N在(20-30)：1，加入发酵调节剂，搅拌均匀并静置后得到发酵原料；

S2、在所述发酵原料中加入第一复合菌种并在供气条件下进行第一次好氧发酵，发酵温度60-70℃，发酵时间10-15天，得到第一发酵液；

其中，所述第一复合菌种是按组成比例为(4-5)：2：1：1的酵母菌、放线菌、根霉菌、光合细菌组合而成的组合菌或者为EM菌剂；

S3、在所述第一发酵液中加入第二复合菌种并在供气条件下进行第二次好氧发酵，发酵温度50-55℃，发酵时间5-8天，得到第二发酵液，固液分离后得到发酵液；

其中，所述第二复合菌种是按组成比例为2：1：1：(0.1-0.2)：(0.1-0.2)的芽孢杆菌、假单胞菌、霉菌、酵母菌、放线菌组合而成的组合菌；

S4、将所述发酵液进行曝气后加入第三复合菌种并培养3-5天，制得所述水溶肥；

所述发酵调节剂包括秸秆生物炭，所述秸秆生物炭的制备方法包括以下步骤：

将玉米、高粱、油菜或棉花秸秆剥去外皮并切为小段，将得到的秸秆段用去离子水和乙醇洗涤数次并干燥，经球磨粉碎后加入到饱和的吡啶二胺溶液中，搅拌过夜后滤出，干燥，入高温气氛管式炉，在100-110sccm氩气和10-20scm氢气的混合气氛下升温至1000-1200℃，保温碳化60-100min，保持混合气氛并撤去热源，待温度降至600-800℃时，将气氛切换为100-110氮气和10-20sccm水蒸气的混合气氛，待温度降至500℃以下时，气氛切换为氩气，冷却至室温后得到碳化产物，将所述碳产物浸入1-2mol/L的盐酸溶液中去除杂质，再以去离子水洗涤至中性，干燥制得所述秸秆生物碳。

优选的，所述农林有机质废弃物为秸秆、木屑、蔗渣或禽畜粪便，所述秸秆为玉米、高粱、小麦、水稻、油菜、棉花的茎叶部分。

优选的，所述发酵调节剂还包括糖蜜发酵液、磷酸二氢钾、硫酸镁、氯化钾、硫酸亚铁中的一种或多种。

优选的，所述第三复合菌种包括固氮菌、溶磷菌、乳酸菌、硅酸盐细菌、芽孢杆菌、放线菌中的一种或多种。

优选的，所述秸秆生物炭的添加量为所述农林有机质废弃物质量的0.1-2％。

本发明的另一目的在于提供一种应用上述施肥方法的设施栽培水肥一体化系统，包括供水装置、发酵装置和灌溉装置，所述供水装置、发酵装置和灌溉装置分别与文丘里吸入装置相连接；所述供水装置包括依次以管道相连接的水泵、调节罐、过滤装置和净化装置；所述发酵装置包括依次以管道相连接的发酵罐和施肥罐；所述灌溉装置包括依次以管道相连接的流量计、加压装置和滴灌管带。

优选的，所述调节罐用于调节水源中可溶性离子成分和pH值。

优选的，所述供水装置还包括控温装置。

优选的，所述净化装置内置有催化杀菌剂，所述催化杀菌剂的制备方法包括以下步骤：

A1、在氧化石墨烯分散液中按体积分数加入加入1％体积的聚乙二醇后进行超声分散处理，超声处理后以3000rpm转速离心10min，去沉淀取上层清液，加入终浓度为0.05-0.1mol/L的钼酸铵，充分搅拌混合后，加入硫代乙酰胺的醋酸溶液使硫代乙酰胺的终浓度为0.1-0.2mol/L，充分搅拌混合后将缓和溶液转入具有聚四氟乙烯内衬反应釜内，在180-200℃的自生压力下保温反应24h，滤出沉淀产物，依次以无水乙醇和去离子水洗涤，干燥得到产物A；

其中，所述氧化石墨烯分散液的浓度在5-10mg/mL；

A2、在聚氨酯预聚体中加入去离子水和所述产物A，搅拌混合均匀得到悬浮乳液，加入交联剂和引发剂，经聚合交联固化后制得凝胶产物，按需切割为适当大小，制得所述催化杀菌剂；

其中，所述聚氨酯预聚体与去离子水、所述产物A、所述交联剂和所述引发剂的质量比例为3：(4-5)：(1-2)：(1-1.2)：(0.1-0.2)。

本发明的有益效果为：

(1)基于现有技术中有机肥料发酵程度不高、水溶出较低的问题，本发明采用多菌种复合，并通过二次发酵提高了所述农林有机废弃物的发酵程度，提高其水溶出量，同时通过添加发酵调节剂，进一步促进发酵进程，具体的，以氧含量较高的玉米、高粱、油菜或棉花秸秆为原料，利用秸秆本身较好的吸附性，将吡啶二胺吸附固载在秸秆内部，得到具有高氮含的秸秆，再通过在高氮气含量的保护和还原气氛下高温碳化得到氮掺杂的多孔生物碳，再通过水蒸气处理得到氮氧掺杂的多孔生物碳，一方面，氮氧掺杂的生物炭增强了对氧气的吸附，可以促进好氧发酵的进行，另一方面，氮氧掺杂的生物炭可以对发酵菌进行局部富集，改善发酵环境，提高有机底物利用率，进而提高发酵液固含。

(2)本发明所述水肥一体化系统，通过增加发酵装置，可将农林有机废弃物原位发酵，发酵液通过文丘里吸入装置随施肥系统输入田间；通过增加流量控制装置，实现按需精准控制；通过增加加压装置，解决传统水肥一体化系统压力不平衡，一侧水压大、一侧水压小，解决施肥不均匀的问题；通过设置调节罐装置，可以去除或降低灌溉水中如钙镁离子、硫酸根离子、碳酸根离子、碳酸氢根离子等各种离子和杂质，同时也可调节灌溉水pH，避免灌溉水与肥料中的有关离子反应降低肥料有效性或产生沉淀堵塞过滤器；通过设置控温装置，可以保证灌溉水温基本符合一般农作物正常生长的适宜水温(16-30℃)，避免过高或过低的水温影响农作物的生长。

(3)国家灌溉水标准规定大肠菌群在每升水中的个数小于1万个，且对于微生物菌肥来说，水中的杂菌还可能抑制微生物肥料中的有益功能菌，因此，滴灌用水在进入滴灌系统前需要进行杀菌处理，但高温杀菌效率高，但耗费能源较大，加入杀菌剂则对有机菌肥中的有益微生物同样具有广谱的杀灭作用，基于此，本发明通过设置具有催化杀菌剂的净化装置，以异相光催化方法将水中的细菌杀灭，具体的，利用二硫化钼本身具有的可见光催化活性，本发明通过一步水热法，以分散良好的氧化石墨烯分散液为基础，以硫代乙酰胺为硫源，将二硫化钼原位生成在氧化石墨烯上，纳米复合结构可以提高电子空穴对的分离效率，该复合产物可在可见光下作为催化剂用于水体杀菌，在太阳光源的激发下，具有比二氧化钛更优的消毒杀菌效率，同时本发明利用不溶性的亲水水凝胶作为异相光催化载体，可简易地将催化杀菌剂与水分离，不会对有机菌肥中的有益微生物造成影响。