一种促进堆肥腐殖化的方法
阅读说明：本技术 一种促进堆肥腐殖化的方法 (Method for promoting humification of compost ) 是由 张继宁 周胜 孙会峰 张鲜鲜 王从 于 2020-11-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种促进堆肥腐殖化的方法,包括以下步骤：在堆肥原料中加入玻璃轻石和生物质炭得到混合物后进行堆肥处理。所述混合物中玻璃轻石质量分数5-15％,生物质炭质量分数5-15％；所述堆肥原料为秸秆和猪粪。该方法促进堆肥的腐殖化,提升最终堆肥产品腐殖质的质量,对于改良土壤和提升土壤地力具有重要价值。(The invention discloses a method for promoting humification of compost, which comprises the following steps: adding glass pumice and biomass charcoal into the composting raw material to obtain a mixture, and then carrying out composting treatment. In the mixture, the mass fraction of the pumice is 5-15%, and the mass fraction of the biomass carbon is 5-15%; the compost raw materials are straws and pig manure. The method promotes humification of the compost, improves the quality of humus of the final compost product, and has important values for improving soil and improving soil fertility.)
技术领域
本发明涉及堆肥腐殖化领域，具体涉及一种促进堆肥腐殖化的方法。
背景技术
农作物秸秆和畜禽粪便是我国主要的农业废弃物，它们也是优质的可再生生物资源。堆肥是农业废弃物资源化的重要产物。经堆肥处理后固体废弃物既可达到减量化、无害化和稳定化的目的，也可使其中的速效养分更利于作物吸收，改善作物品质，成为优质的有机肥。堆肥可改善土壤肥力，主要在于其施入土壤后增加了土壤有机质，而有机质经过矿化腐殖化形成腐殖酸，腐殖酸能促使土壤团粒结构增加、土壤容重减小、孔隙度增大。然而，目前的堆肥工艺并没有较好地解决堆肥腐殖化程度低、碳氮转化损失等问题。
堆肥中添加剂的添加可以改善堆肥工艺。堆肥中常用的矿物添加剂有沸石、海泡石和鸟粪石等。虽然它们具有多孔性、高比面积及吸附特性，其在堆肥过程中能够有效调节堆肥孔隙和改善通风，然而这类添加剂的缺陷在于，仅以快速促进堆肥物料降解为目的，而腐殖化作用是堆肥改良技术的关键步骤。因此，促进堆肥的腐殖化，提升最终堆肥产品腐殖质的质量，对于改良土壤和提升土壤地力具有重要价值。
发明内容
本发明提供一种促进堆肥腐殖化的方法，以提升最终堆肥产品腐殖质的质量，改良土壤以及提升土壤地力。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
一种促进堆肥腐殖化的方法，包括以下步骤：
在堆肥原料中加入玻璃轻石和生物质炭得到混合物后进行堆肥处理。
优选的，所述混合物中玻璃轻石质量分数5-15％，生物质炭质量分数5-15％。
优选的，所述混合物的初始含水率为50-65％。
优选的，所述生物质炭是原料秸秆在300-600℃条件下炭化所得。
优选的，所述生物质炭是原料秸秆在500℃条件下炭化所得。
优选的，所述玻璃轻石为片状，粒径为0.5-2cm。
优选的，所述堆肥原料为秸秆和猪粪。
优选的，所述秸秆和猪粪的质量比为1:(5-10)。
优选的，所述秸秆长度为3-5cm。
优选的，所述堆肥处理的过程中混合物含水率维持在50-65％。
优选的，所述堆肥处理的过程中，通风速率为0.01-0.05m3·(h·kg)-1，通风14-21d，每7d翻堆1次，周期为21-63d。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明堆肥过程中产生的腐殖质中主要含有胡敏酸和富里酸，而所使用的生物质炭本身还含有较多的类胡敏酸和类富里酸物质，其能够进一步增强腐殖质里的胡敏酸和富里酸含量；而且生物质炭表面含有的羧基、酚羟基等功能性基团可与腐殖质单体上的基团发生化学结合作用。因此，生物质炭具有明显的促进腐殖质生成的作用。同时，生物质炭由稳定态碳、易分解态碳及灰分组成，其自身含有的钾、钠、钙、镁等矿质元素可作为营养源释放到土壤中被作物吸收利用，也可以通过吸附-解析调控土壤中的营养元素循环。
(2)本发明所用的玻璃轻石为纯无机物质，经过高温焙烧无菌无虫、无毒无害、无放射性，此外具有不溶解、不降解，和产品使用寿命长、稳定性高的特点。其内部含有密集的气泡和微孔、质轻、表面积大，其能够明显地促进堆肥有机物料的矿化。
(3)本发明将生物质炭与玻璃轻石混合用于堆肥中，综合玻璃轻石主要提供的通风等促矿化作用，与生物质炭主要提供的促腐殖化作用，堆肥过程中有益微生物增多，最终提高堆肥产品的腐殖质质量。并且堆肥产物具有改良土壤和提升土壤地力的作用，从而使堆肥产品在改良后的土壤中发挥更有效的价值。
(4)由于猪粪紧密度高，氮素含量高，不易腐殖化，因此本发明采用秸秆作为填料，以3-5cm的秸秆作为支撑，既可以调节堆肥物料的碳氮比，又可以增大猪粪之间间隙，从而使生物质炭和玻璃轻石更好地发挥作用，而不至于出现猪粪不易降解的问题。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明以下实验所用原料选自：
1、猪粪和秸杆：取自上海市农业科学院庄行试验站的养猪场和农田；猪粪的含水率为70-85％，秸秆的用量是含水率为5-10％的猪粪用量的1/5。
2、密闭炭化炉：ECO-5000，浙江省悟能环保科技发展有限公司；
3、玻璃轻石：购自江苏晶瑞特有限公司，片状，粒径为0.5-2cm。
4、生物质炭是由秸秆断成18～20cm的节段，并捆扎装入庄行试验站内密闭炭化炉中，在炭化温度为300-600℃中炭化所得。
实施例1-8
取秸秆和猪粪作为堆肥原料，按表1重量比加入生物质炭和玻璃轻石，在由泡沫制成的隔热箱式反应器中进行堆肥实验，反应器有效体积12.0L，反应器底部安装有机玻璃通风管使气流通过堆体。采用带定时器控制的真空泵对堆体进行通风，通风速率由玻璃转子气体流量计控制，通风速率定为0.03m3·(h·kg)-1(物料湿基)，通风21d，整个试验周期为42d。
分别设定8个实验，编号分别为B5G5、B5G10、B7G10、B5G15、B10G10、B15G5、B15G10和B15G15，作为实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6、实施例7和实施例8，以不加入生物质炭和玻璃轻石的组作为对照组(编号CK)。
表1
编号
生物质炭
玻璃轻石
实施例1
B5G5
5％
5％
实施例2
B5G10
5％
10％
实施例3
B7G10
7％
10％
实施例4
B5G15
5％
15％
实施例5
B10G10
10％
10％
实施例6
B15G5
15％
5％
实施例7
B15G10
15％
10％
实施例8
B15G15
15％
15％
将堆肥原料充分混匀，加水调节混合物料的含水率为65％，以人工翻堆方式进行混合，每7d翻堆1次，加水使物料含水率为50％，42d后堆肥结束。
实验结果：
对实施例1-8及对照组得到的堆肥产品进行分析。
1、对纤维素含量(mg/g)进行测定的结果表明(如表2)，最初堆肥物料的纤维素含量为160mg/g，没有加入复合材料的对照组经过堆肥处理后的堆肥产品中纤维素含量下降了62.0％，而实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6、实施例7和实施例8中的纤维素含量分别下降了69.1％、69.4％、71.4％、74.1％、74.4％、75.3％、75.6％和76.6％。
表2
处理
7d
14d
21d
28d
35d
42d
CK
128.6
97.1
86.1
75.0
67.5
60.0
实施例1
118.6
77.2
62.1
54.3
51.9
49.5
实施例2
110.3
68.6
58.6
50.5
48.6
49.0
实施例3
108.5
63.2
53.5
49.7
46.7
45.7
实施例4
109.6
59.1
54.2
49.2
44.9
41.5
实施例5
110.3
60.5
55.3
50.7
46.0
41.0
实施例6
108.1
55.6
49.9
46.8
43.1
39.5
实施例7
104.2
48.1
45.6
42.3
41.6
39.0
实施例8
102.5
45.0
42.9
40.8
38.6
37.5
2、对半纤维素含量(mg/g)进行测定的结果表明(如表3)，最初堆肥物料的纤维素含量为205.0mg/g，没有加入复合材料的对照组经过堆肥处理后的堆肥产品中半纤维素含量下降了63.4％，而实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6、实施例7和实施例8中的纤维素含量分别下降了70.7％、72.3％、76.2％、77.1％、78.3％、78.9％、80.0％和81.2％。
表3
处理
7d
14d
21d
28d
35d
42d
CK
160.5
116.0
97.6
79.2
77.1
75.0
实施例1
150.2
100.6
82.5
64.3
62.2
60.0
实施例2
145.7
98.7
79.4
61.2
59.8
56.7
实施例3
141.0
92.1
76.4
60.5
55.6
48.7
实施例4
138.9
90.8
74.1
58.8
52.8
46.9
实施例5
135.7
86.5
72.3
57.3
52.1
44.5
实施例6
130.4
79.8
68.5
55.2
49.8
43.2
实施例7
125.8
75.1
63.4
53.1
46.7
41.0
实施例8
120.3
70.0
60.2
50.3
44.4
38.5
3、对VS(％)进行测定的结果表明(如表4)，最初堆肥物料的VS为80.9％，没有加入复合材料的对照组经过堆肥处理后的堆肥产品中VS下降了19.9％，而实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6、实施例7和实施例8中的纤维素含量分别下降了28.8％、32.9％、38.2％、40.0％、41.4％、44.6％、47.5％和50.6％。
表4
处理
7d
14d
21d
28d
35d
42d
CK
75.8
71.7
68.9
66.3
65.5
64.8
实施例1
72.3
66.0
63.2
62.1
60.7
57.6
实施例2
69.9
63.1
59.0
59.7
55.7
54.3
实施例3
65.5
61.6
55.5
54.6
54.3
50.0
实施例4
61.2
58.6
53.3
50.3
50.8
48.5
实施例5
60.3
56.5
52.1
49.6
49.8
47.4
实施例6
59.6
55.3
50.0
48.4
47.6
44.8
实施例7
58.5
54.1
49.8
46.2
46.3
42.5
实施例8
57.0
52.1
48.1
45.0
44.4
40.0
4、对SUVA254/DOC进行测定的结果表明(如表5)，最初堆肥物料的SUVA254/DOC为0.007，没有加入复合材料的对照组经过堆肥处理后的堆肥产品中SUVA254/DOC增加了8.7倍，而实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6、实施例7和实施例8中的SUVA254/DOC分别增加了9.4倍、9.9倍、10.1倍、10.3倍、10.7倍、10.9倍、11.1倍和11.6倍。
表5
5、对堆肥产品中的EC、速效钾和速效磷含量的变化如表6所示。
表6
通过表6可以看出，与对照组相比，实施例1-8中的EC、速效钾和速效磷分别增加了0.1-25.0％、12.4-33.0％和2.8-20.7％，表明堆肥中的养分含量增加。
通过上述分析发现，在堆肥原料中加入生物质炭和玻璃轻石的复合材料处理后的堆肥产品中纤维素、半纤维素、VS下降较未添加复合材料的对照组多，并且SUVA254/DOC、EC、速效钾以及速效磷含量较对照组上升明显，说明在堆肥原料中加入生物质炭和玻璃轻石复合材料后确实促进了堆肥过程中腐殖质的生成，并提升了堆肥质量。
6、将堆肥产品混入设施蔬菜地土壤(0-20cm土层)中，种植散叶生菜，经过45d栽培后，对实施例1-8及对照组得到的蔬菜产量及土壤样品进行分析，如表7所示。
表7
对比例1
同实施例1，区别在于，不加玻璃轻石。
结果表明：玻璃轻石比表面积大，孔隙度高，没有了玻璃轻石的作用，削弱了堆肥前期的矿化作用，堆肥的纤维素含量、半纤维素含量及VS降低幅度分别减少了12.6-21.8％、14.8-23.％和9.8-15.6％。
对比例2
同实施例1，区别在于，不加生物质炭。
结果表明：生物质炭含有类胡敏酸和类富里酸物质，没有了生物质炭的加入，不仅削弱了堆肥后期的腐殖化作用，而且也影响了堆肥产品中的EC、速效磷和速效钾含量。堆肥过程中的SUVA254/DOC、EC、速效钾和速效磷含量分别减少6.6-10.4％、3.6-0.6％、9.8-27.6％和11.0-15.5％。
对比例3
同实施例1，区别在于，不加入秸秆。
结果表明：没有了秸秆的支撑，降低了堆肥中有机物料的孔隙，不利于猪粪降解，堆肥中的VS降解幅度减少7.8-15.8％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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