CN103058725A - 一种利用烟秆快速生产生物有机肥的方法及生物有机肥 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用烟秆快速生产生物有机肥的方法及生物有机肥，该方法生产生物有机肥的原料包括以下重量百分数的物质：蒸汽爆破处理后的烟秆30%-70%、混配辅料20%-50%、调理剂5%-15%、微生物菌群1%-5%，通过好氧堆肥法制成，堆料C/N比调整为25-35/1、水分调节为50%-65%、pH控制在5.0-8.5，条跺高度为1.0-1.5m，达到腐熟指标后粉碎、分筛、包装。本发明方法具有处理快、效率高、腐熟快的特点，对充分利用废弃烟秆资源、改善烟草种植区域生态、减少环境污染具有重要的现实意义。本发明的产品有机质含量较高，具有改良土壤结构、培肥地力的功效，可广泛用于烟草、蔬菜等经济作物。

Description

一种利用烟秆快速生产生物有机肥的方法及生物有机肥

技术领域

本发明属于农业资源利用与生物有机肥生产技术领域，具体涉及一种利用烟秆快速生产生物有机肥的方法及生物有机肥。

背景技术

烟草是我国的主要经济作物，据统计2011年烟草种植面积达2118万亩，种植规模居世界首位，烟叶年收购量达5429.6万担。与此同时每年产生约300万吨的农业废弃物——烟秆。由于烟秆木质化程度比较高，不易腐烂，即使粉碎后自然降解转化成腐殖质也需要2-3年，这为烟秆资源化利用带来诸多技术难题。因而绝大部分都是作为废弃物被丢弃或焚烧，如此不仅污染当地的生态环境，也造成了巨大的资源浪费。如何开发利用烟秆，发挥其潜在的资源价值，成为烟草生产基地的当务之急。

烟秆中有机化合物约占90%-95%，矿物质元素为5%-10%，其中氮含量0.5%-1.2%，磷含量0.1%-0.25%，钾含量0.8%-1.8%。更值得一提的是，烟秆中烟碱含量较高，研究表明烟碱具有一定的抗病和生物防治作用（沈嘉,程新胜.植物抗虫性物质烟碱的研究进展[J].热带亚热带植物学报,2007,15(5):459-464.），也可以作为植物生长调节剂，具有减少肥料中铵态氮流失的作用（姚玉霞,菜建培，年淑清.烟杆综合利用[J],农业与技术，1995,1:26-27.）。因此，实现烟秆的资源化、肥料化利用，对于充分利用废弃烟秆资源、改善种烟区域生态、减少环境污染具有重要的意义。

传统的烟秆好氧堆肥技术主要存在两方面突出的问题：一是由于主发酵温度一般低于70℃，不能消除烟秆中的病原微生物，增加了次年烟草种植病虫害风险（张楠，刘东阳，杨兴明，等.分解纤维素的高温真菌筛选及其对烟杆的降解效果[J].环境科学学报，2010,30（3）：549-555.）；二是烟秆粉碎后制肥的发酵周期比较长，生物降解非常缓慢，通常达数月之久，甚至更长。这主要是由于烟秆致密复杂的空间结构制约其生物降解，也是阻碍其资源化利用的瓶颈因素。

蒸汽爆破技术是将渗进植物组织内部的高压蒸汽分子瞬时释放完毕，使蒸汽内能转化为机械能并作用于生物质组织细胞层间，从而利用较少的能量打破物料的生物结构组织，快速实现烟秆中木质纤维素的降解。中国专利CN201110147528.8公开了一种瞬时弹射式蒸汽爆破设备，玉米秸秆汽爆预处理后，分析表明，纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为17%、30%和15%。蒸汽爆破技术已经通过教育部鉴定（鉴定证号：360-12-2I050921），这项技术是国际上生物质预处理核心技术的新突破，使我国的生物质工程技术进入到一个新阶段，增强了我国在生物质利用领域的核心竞争力。该技术是生物质产业的基础性通用工程技术，将为快速实现生物质（烟秆）的资源化、肥料化提供了技术支撑。

发明内容

本发明目的在于提供一种利用烟秆快速生产生物有机肥的方法及生物有机肥。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用烟秆快速生产生物有机肥的方法，包括以下步骤：

生产生物有机肥的原料包括以下重量百分数的物质：

蒸汽爆破处理后的烟秆     30%-70%；

混配辅料                      20%-50%；

调理剂                          5%-15%；

微生物菌群                   1%-5%；

通过好氧堆肥法制成堆肥，堆肥的堆料的C/N比调整为25-35/1、水分调节为50%-65%、pH控制在5.0-8.5，条跺高度为1.0-1.5m，达到腐熟指标后粉碎、分筛、包装；其中所述微生物菌群为枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、嗜热侧孢霉、米曲霉、里氏木霉中的一种或多种菌群。

上述生产方法中，将蒸汽爆破后的烟秆、混配辅料、调理剂混合均匀，调整堆料C/N比、水分、pH之后，再接种微生物菌群。

上述生产方法中，在烟秆在进行蒸汽爆破处理前，先粉碎成≤10cm的小段；蒸汽爆破处理的工艺条件为蒸汽压力1.5-2.5MPa（蒸汽温度198-226 ℃）、保压时间90-240s。

上述生产方法中，所述混配辅料为农林有机废弃物，较好的，选用畜禽粪便、腐植酸、草炭、菇渣中的一种或几种；在好氧发酵过程中调理剂起到调节物料C/N比、含水率、堆体自由空域、减少堆体臭气、改善堆肥养分的作用，所述调理剂为天然沸石粉、硅藻土、锯末、稻壳中的一种或多种，

上述生产方法中，选用的枯草芽孢秆菌有效活菌数≥0.5×10⁸个/g、巨大芽孢秆菌有效活菌数≥0.5×10⁸ 个/g、嗜热侧孢霉菌孢子悬液中孢子数≥10⁶个/ml、曲霉菌孢子悬液中孢子数≥1×10⁶个/ml、里氏木霉孢子悬浮液中孢子数≥0.5×10⁷个/ml。

上述生产方法中，在发酵过程中对发酵跺进行机械化翻抛，以疏松物料、增大氧气量，发酵跺内温度为40-75℃，10-15天发酵腐熟，发酵的腐熟指标为C/N≤20、种子发酵指数≥50%、发酵达到有效活菌数≥0.2×10⁸个/g、pH为6-8、有机质含量（干基）≥30%。

本发明采用蒸汽爆破技术，低成本快速实现了烟秆的木质纤维素的大量降解，打破了烟秆中由木质素构成的抗生物降解屏障，同时有效杀死烟秆中的各种病原菌、虫卵和寄生虫等生物，防止烟田生态环境的潜在污染，也为烟秆快速发酵提供了保证。在烟秆生物发酵过程中，具有升温快、腐熟时间短的特点，快速实现了烟秆资源的资源化、肥料化利用。由于汽爆处理打破了生物抗降解结构，促进了高温阶段的微生物种群生物活性，提高了纤维素分解酶活性，从而缩短烟秆生物转化的发酵周期。采用好氧深层发酵技术，接种枯草芽孢秆菌、嗜热侧孢霉、米曲霉、里氏木霉等多种高活性微生物菌群，提高了生物降解的协同作用，也显著提高了产品的有效活菌数。本发明能快速实现烟秆资源化、肥料化利用，对于充分利用废弃烟秆资源，改善烟草种植区域生态，减少环境污染具有重要的现实意义，更有利于我国烟草种植的可持续化发展。

本发明的产品有机质含量较高，具有改良土壤结构、培肥地力、增强作物抗逆性功效，可广泛用于烟草、蔬菜、粮食及其它经济作物。田间施用一年试验表明：在减少化肥用量的情况下，烟草产量可增产5%-8%，并且提升烟气香气物质含量3%-5%；蔬菜作物（如黄瓜、茄子）可增产6-10%。

具体实施方式

以下以通过优选实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的保护范围并不局限于此。

实施例中所用微生物购自鹤壁互邦农业科技有限公司，使用之前用常规方法进行活化，活化后枯草芽孢秆菌有效活菌数≥0.5×10⁸个/g、巨大芽孢秆菌有效活菌数≥0.5×10⁸个/g、嗜热侧孢霉菌孢子悬液中孢子数≥10⁶个/ml、曲霉菌孢子悬液中孢子数≥1×10⁶个/ml、里氏木霉孢子悬浮液中孢子数≥0.5×10⁷个/ml。

实施例1

首先将收集好的烟草秸秆粉碎成7cm小段，再装入蒸汽爆破设备的气爆腔中，在蒸汽压力2.5MPa、保压时间120s条件下进行蒸汽爆破处理。按照蒸汽爆破秸秆55%、鸡粪30%、调理剂（天然沸石粉、硅藻土、锯末、稻壳，四种物质的质量比为1:2:1:2）12%的比例，将原料充分混合均匀，堆料C/N比为30/1、水分为60%、pH6.5，接种3%的微生物菌群（枯草芽孢秆菌、巨大芽孢秆菌、嗜热侧孢霉和米曲霉，四种菌种的质量比为1:2:1:2），制成发酵条跺，高度为1.2m，机械化翻抛，以疏松物料、增大氧气量，发酵跺内温度为40-70℃，15天发酵后，C/N≤20、种子发酵指数≥50%、发酵达到有效活菌数≥0.2×10⁸个/g、pH6-8、有机质含量（干基）≥30%的指标时，即为本发明所提供的产品。然后经粉碎、分筛、包装，即可成为商品进行销售。

实施例2

首先将收集好的烟草秸秆粉碎成5cm小段，再装入蒸汽爆破设备的气爆腔中，在蒸汽压力1.5MPa、保压时间240s条件下进行蒸汽爆破处理。按照蒸汽爆破秸秆60%、猪粪27%、调理剂（天然沸石）10%的比例，将原料充分混合均匀，堆料C/N比为28/1、水分为55%、pH5.5，接种3%的微生物菌群（枯草芽孢秆菌、巨大芽孢秆菌、嗜热侧孢霉和里氏木霉，四种菌种的质量比为1:1:1:1），制成发酵条跺，高度为1.0m，机械化翻抛，以疏松物料、增大氧气量，发酵跺内温度为40-75℃，12天发酵后，C/N≤20、种子发酵指数≥50%、发酵达到有效活菌数≥0.2×10⁸个/g、pH6-8、有机质含量（干基）≥30%的指标时，即为本发明所提供的产品。然后经粉碎、分筛、包装，即可成为商品进行销售。

实施例3

首先将收集好的烟草秸秆粉碎成10cm小段，再装入蒸汽爆破设备的气爆腔中，在蒸汽压力2.0MPa、保压时间120s条件下进行蒸汽爆破处理。按照蒸汽爆破秸秆30%、草炭50%、调理剂（锯末、稻壳，二者质量比为1:2）15%的比例，将原料充分混合均匀，堆料C/N比为25/1、水分为65%、pH5.5，接种5%的微生物菌群枯草芽孢秆菌，制成发酵条跺，高度为1.2m，机械化翻抛，以疏松物料、增大氧气量，发酵跺内温度为40-75℃，10天发酵后，C/N≤20、种子发酵指数≥50%、发酵达到有效活菌数≥0.2×10⁸个/g、pH6-8、有机质含量（干基）≥30%的指标时，即为本发明所提供的产品。然后经粉碎、分筛、包装，即可成为商品进行销售。

实施例4

首先将收集好的烟草秸秆粉碎成3cm小段，再装入蒸汽爆破设备的气爆腔中，在蒸汽压力1.5MPa、保压时间90s条件下进行蒸汽爆破处理。按照蒸汽爆破秸秆70%、猪粪和草炭（质量比为1:1）20%、调理剂（天然沸石粉、硅藻土、锯末，四者质量比为1:1:1）9%的比例，将原料充分混合均匀，堆料C/N比为35/1、水分为60%、pH8.0，接种1%的微生物菌群（枯草芽孢秆菌、巨大芽孢秆菌、嗜热侧孢霉、里氏木霉和米曲霉，五种菌种质量比为1:1:1:1:2），制成发酵条跺高度为1.5m，机械化翻抛，以疏松物料、增大氧气量，发酵跺内温度为40-75℃，15天发酵后，C/N≤20、种子发酵指数≥50%、发酵达到有效活菌数≥0.2×10⁸个/g、pH6-8、有机质含量（干基）≥30%的指标时，即为本发明所提供的产品。然后经粉碎、分筛、包装，即可成为商品进行销售。

实施例5

利用实施例1所得的生物有机肥在许昌烟草科技园内进行了烟草栽培试验，试验方案如下：

烟田试验以小区作为试验单元，试验小区的尺寸为3m×6m，平行测量三次。对照小区施用总养分45%的烟用复合肥120g/m²，试验小区施总养分45%烟用复合肥100g/ m²和20 g/ m²的实施例1所得烟秆生物有机肥，烟叶成熟后试验结果见表1所示：

表1 烟秆生物有机肥对烟叶产量和品质的影响

从表1可以看出：采用实施例1的烟秆生物有机肥和常规施肥相比，烟叶产量增加8.33%，总糖增加6.72%，还原糖增加6.54%，表明烟草产量增加明显，品质提高显著。

实施例6

利用实施例1所得生物有机肥在鹤壁市淇滨区蔬菜基地进行黄瓜试验，试验方案如下：

黄瓜试验小区的尺寸为5m×12m，对照小区施用总养分45%的蔬菜复合肥150kg/亩，试验小区施用总养分45%的蔬菜复合肥120kg/ 亩和30k g/亩的实施例1所得烟秆生物有机肥，黄瓜成熟后试验结果见表2所示：

表2 烟秆生物有机肥对黄瓜产量和品质的影响

从表2可以看出：采用实施例1的烟秆生物有机肥和常规施肥相比，黄瓜产量提高12.9%，维生素C含量提高7.48%，总糖提高8.87%，品质改善显著。

Claims (8)

1.一种利用烟秆快速生产生物有机肥的方法，其特征在于，生产生物有机肥的原料包括以下重量百分数的物质：

蒸汽爆破处理后的烟秆     30%-70%；

混配辅料     20%-50%；

调理剂  5%-15%；

微生物菌群 1%-5%；

通过好氧堆肥法制成堆肥，堆肥的堆料C/N比调整为25-35/1、水分调节为50%-65%、pH控制在5.0-8.5，条跺高度为1.0-1.5m，达到腐熟指标后粉碎、分筛、包装；其中所述微生物菌群为枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、嗜热侧孢霉、米曲霉、里氏木霉中的一种或多种菌群。

2.如权利要求1所述生产生物有机肥的方法，其特征在于，将蒸汽爆破后的烟秆、混配辅料、调理剂混合均匀，调整堆料C/N比、水分、pH之后，再接种微生物菌群。

3.如权利要求1所述生产生物有机肥的方法，其特征在于，烟秆在进行蒸汽爆破处理前，先粉碎成≤10cm的小段；蒸汽爆破处理的工艺条件为蒸汽压力1.5-2.5MPa、保压时间90-240s。

4.如权利要求1所述生产生物有机肥的方法，其特征在于，所述混配辅料为农林有机废弃物；所述调理剂为天然沸石粉、硅藻土、锯末、稻壳中的一种或多种。

5.如权利要求4所述生产生物有机肥的方法，其特征在于，所述农林有机废弃物为畜禽粪便、腐植酸、草炭、菇渣。

6.如权利要求1所述生产生物有机肥的方法，其特征在于，所述枯草芽孢秆菌有效活菌数≥0.5×10⁸个/g、巨大芽孢秆菌有效活菌数≥0.5×10⁸个/g、嗜热侧孢霉菌孢子悬液中孢子数≥10⁶个/ml、曲霉菌孢子悬液中孢子数≥1×10⁶个/ml、里氏木霉孢子悬浮液中孢子数≥0.5×10⁷个/ml。

7.如权利要求1所述生产生物有机肥的方法，其特征在于，发酵时间为10-15天；发酵的工艺指标为C/N≤20、种子发酵指数≥50%、发酵达到有效活菌数≥0.2×10⁸个/g、pH为6-8、有机质含量≥30%。

8.根据权利要求1-7任一所述方法生产的生物有机肥。