一種利用農林廢棄物製備植物栽培基質的方法及製備的栽培基質與流程

2024-04-08 23:10:05

本發明涉及一種農林廢棄物的利用方法，特別涉及一種利用農林有機廢棄物進行堆肥的方法及由該方法製備的農林廢棄物堆肥。

背景技術：

堆肥是一種有機肥料，所含營養物質比較豐富，肥效長而穩定，同時有利於促進土壤固粒結構的形成，能增加土壤保水、保溫、透氣、保肥能力，與化肥混合使用可彌補化肥所含養分單一及長期單一使用化肥易使土壤板結，保水、保肥性能減退的缺陷。堆肥是利用各種植物殘體(作物秸杆、雜草、樹葉、泥炭、垃圾以及其它廢棄物等)為主要原料，混合人畜糞尿經堆制腐解而成的有機肥料。因其堆制材料、堆制原理及肥分組成和性質與廄肥相類似，所以又稱人工廄肥。

隨著產業化、工業化發展，大量農林有機廢棄物(如樹皮、木屑、樹枝、秸稈、落葉、菇渣等)以不當方式處置不僅佔用寶貴的土地資源，而且易汙染環境，破壞生態平衡。

農林有機廢棄物來源雖然複雜，但其組成成分主要為有機物質，可採用堆肥方式進行資源化處理。堆肥的本質是固體廢棄物分解為相對穩定的腐殖質的過程。研究表明，利用樹皮、秸稈、菇渣等進行堆置發酵的產物可以用作植物育苗、栽培基質，其具有養分含量豐富、氮磷養分緩釋、密度小、保水透氣性能好、運輸方便等顯著優點。但其通透性及吸水性差，pH值、EC值高等問題成為制約產品銷售的瓶頸。目前對於這些問題的解決方法主要是：簡單調整幾種物料的配比改善其通透性及吸水性；採用無機酸進行灌溉水的酸化處理降低pH值；通過淋洗改善EC值。這些方式從表面看都可以解決問題，但是通過簡單調整幾種物料的配比不能形成穩定長效的高端產品；用無機酸進行灌溉水的酸化處理易導致水汙染；通過淋洗改良EC值浪費水資源。這類解決方式相對投入大，成本高，易汙染環境，且效果持續時間短，易造成傷害，不是長久之計。由於現行堆肥技術不過關，產品質量參差不齊，成本高、銷售難，不能形成規模和產業化運營模式。

由膨潤土與腐殖酸形成的有機無機複合體，具備腐殖酸的酸性、親水性、離子交換性， 絡合性和較高的吸附能力、緩衝、催化等特點，同時膨潤土是以蒙脫石為主要成分的一類矽酸鹽粘土礦物，具有較強的吸附性和離子交換性。天然膨潤土經過簡單的改性，能顯著改善層間距、比表面積、吸附性能等。

技術實現要素：

本發明的首要目的是針對利用農林廢棄物堆肥發酵方法製備的植物栽培基質pH和EC值高，難以規模化、產業化的瓶頸問題，提出用腐殖酸-改性膨潤土作為堆肥發酵添加劑，提供一種利用農林廢棄物製備植物栽培基質的新方法及由該方法製備的植物栽培基質。本發明的植物栽培基質價格低廉，為農林廢棄物作為土壤改良或者無土栽培基質的資源化再利用提供技術支撐。本發明充分利用農林有機廢棄物進行資源化再利用，且製備的植物栽培基質化學性質穩定，酸鹼適度，通透性好，理化性能指標均達到土壤改良基質和無土栽培基質的要求，能夠為植物生長提供良好而穩定的肥料，肥效高，促進植物生長。

為實現上述目的，本發明一方面提供一種利用農林廢棄物製備植物栽培基質的方法，包括如下步驟：1)向農林廢棄物中噴灑水，調節農林廢棄物含水率；2)向農林廢棄物中加入發酵催化劑、微生物菌劑、紅糖，攪拌均勻後，進行發酵處理。

其中，步驟1)中所述農林廢棄物是農、林、牧、漁各業，生產、加工及日常生活過程中產生的廢棄物。

特別是，所述的農林廢棄物選擇樹枝、樹皮、落葉、麥秸、稻秸稈、玉米秸稈，菇渣中的一種或多種。

其中，步驟1)中所述向農林廢棄物中噴灑水，調節農林廢棄物含水率為50-65％。

特別是，還包括步驟1A)向農林廢棄物中添加畜禽糞便或/和氮肥、調節所述農林廢棄物的碳氮比為20-30:1之後，再進行所述的調節廢棄物含水率。

尤其是，所述畜禽糞便選擇雞糞、豬糞或牛糞；所述氮肥選擇尿素。

其中，步驟2)中所述微生物菌劑選擇VT-1000菌劑、或EM菌劑，優選為VT-1000菌劑。

特別是，所述VT-1000菌劑中有效活菌數≥2×108個/ml，主要由光合細菌、放線菌、乳酸菌、酵母菌等近10個菌株構成。

其中，步驟2)中所述發酵處理過程中每100kg農林廢棄物中加入的所述微生物菌劑的體積0.15-0.25L，優選為0.2L。

特別是，步驟2)中所述發酵處理過程中每100kg農林廢棄物中加入的紅糖的重量0.15-0.25kg，優選為0.2kg。

其中，步驟2)中所述農林廢棄物與所述發酵催化劑的重量份配比為70-95:5-30，優選為85-95:5-15。

特別是，所述發酵催化劑為腐殖酸和聚馬來酸改性處理的膨潤土。

其中，所述發酵催化劑按照如下步驟製備而成：

A)配製腐殖酸溶液

將腐殖酸加入到鹼性溶液中，攪拌，溶解，製得腐殖酸溶液；

B)配製聚馬來酸溶液

將聚馬來酸與水混合後，攪拌、溶解均勻，製成聚馬來酸溶液；

C)膨潤土改性處理

首先將聚馬來酸溶液與腐殖酸溶液混合均勻，製得聚馬來酸-腐殖酸混合溶液；然後將膨潤土加入到聚馬來酸-腐殖酸混合溶液中，攪拌3-4h後進行離心處理，取下層沉澱，進行烘乾處理，製得發酵催化劑--腐殖酸-聚馬來酸-改性膨潤土。

特別是，步驟A)中所述鹼性溶液選擇濃度為0.15-0.25mol/L的氫氧化鈉溶液，優選為0.2mol/L的氫氧化鈉溶液。

尤其是，所述腐殖酸重量與鹼性溶液的體積之比為0.5-1.5:1，優選為1:1，即將每1g腐殖酸溶於1L鹼性溶液或將每1kg腐殖酸溶液1000L鹼性溶液。

其中，步驟B)中聚馬來酸溶液的體積百分比濃度為0.5-2.0％，優選為1％。

特別是，所述聚馬來酸與水的體積之比為0.5:95.5-2:98，優選為1:99。

其中，步驟C)中所述攪拌時間為3.5h；烘乾處理溫度為80-90℃。

特別是，步驟C)中所述聚馬來酸溶液與所述腐殖酸溶液的體積之比為0.5-1.5:1，優選為1:1；所述膨潤土的重量與腐殖酸溶液的體積之比為30-50:1，優選為40:1，即每1L所述腐殖酸溶液中加入30-50g膨潤土，進行攪拌，改性處理，或每1000L所述腐殖酸溶液中加入30-50kg膨潤土，進行攪拌，改性處理；所述聚馬來酸溶液與所述腐殖酸溶液的體積之比為0.5-1.5:1，優選為1:1，即每0.5-1.5ml聚馬來酸溶液與1ml所述腐殖酸溶液混合，攪拌，改性處理膨潤土，或每0.5-1.5L聚馬來酸溶液與1L所述腐殖酸溶液混合，攪拌，改性處理膨潤土。

其中，步驟2)中所述發酵處理包括如下順序進行的步驟：

2-1)將攪拌均勻的發酵催化劑、微生物菌劑、紅糖、農林廢棄物堆成堆，進行堆置發酵，並在堆置發酵過程中監控堆體的溫度和含水率；

2-2)當堆體溫度升高至55℃時，進行翻堆處理；

2-3)當堆體溫度升高至60℃以上時，每2-5天進行一次翻堆處理，並調節堆體含水率；

2-4)當堆體溫度降低至55℃以下時，每7-12天進行一次翻堆處理；

2-5)當堆體溫度下降至35℃以下，且連續兩天溫度差不超過0.5℃時，停止翻堆；

2-6)將停止翻堆的發酵混合堆體繼續堆置30-60天，即得。

特別是，步驟2-1)中所述控制堆體的含水率為50-60％；步驟2-3)中堆體溫度在60-68℃時，每2-5天進行一次翻堆處理；步驟2-3)中調節堆體含水率為50-60％。

特別是，還包括將所述農林廢棄物粉碎至粒徑≤5cm的顆粒後，再調節農林廢棄物的含水率。

尤其是，所述粉碎後的農林廢棄物顆粒的粒徑為2-5cm。

本發明另一方面提供一種按照上述方法製備的植物栽培基質。

與現有技術相比，本發明具有如下的明顯優點：

1、本發明植物栽培基質的物理性質穩定，製備的栽培基質酸鹼適度，且基質營養均衡，養分離子濃度適宜花卉生長。

2、本發明栽培基質的製備過程中添加了腐殖酸-聚馬來酸改性膨潤土作為發酵添加劑，優化堆肥過程的環境條件，促進堆肥腐殖化進程，加快堆肥速度；同時對發酵過程的氨具有固定作用，減少了氮素損失，保持養分含量；另外還調節發酵過程中各種營養元素的含量，調節物料中營養平衡，提高堆肥質量；改善了堆肥基質的通透性和吸水性、起到調節孔隙，使堆肥蓬鬆並促進通風的作用；降低了堆肥基質的pH值和EC值；通過離子交換、吸附降低堆肥物料尤其是添加的畜禽糞便當中的重金屬活性，降低堆肥產品的pH值和EC值。同時，增加可供植物吸收利用的無機態養分。

3、本發明栽培基質製備過程中添加紅糖促進有益微生物繁殖，改善物料中微生物群落，提高和保持微生物活性，降低氮素損失，改善堆肥成品的理化特性，提高堆肥物料利用率和堆肥產品的品質。

4、本發明方法製備的栽培基質物理化學性質穩定，酸鹼度適中(pH 6.35-6.57)，電導率(EC值)為0.52-0.97mS/cm，栽培基質質地疏鬆，通透性好，通氣性能優良，基質的物理化性能指標符合園藝植物適宜生長的要求，使得發酵後的堆肥產品適於植物栽培。

5、本發明方法製備的栽培基質氮含量為1.9537-2.7983％，速效磷含量為0.195-0.296％，速效鉀含量為0.99-1.13％，腐殖酸含量為19.7-27.8％，總有機碳含量為18.53-38.26％，營養結構合理，便於植物吸收，滿足植物生長需要。

6、本發明的植物栽培基質疏鬆、肥沃、pH中性，適宜植物生長，顯著促進根系生長發 育，促進植物種子發芽，其發芽率和發芽指數高。

7、本發明製備方法工藝簡單，操作方便，產品得率高，產品質量可控，製備的植物栽培基質的理化性能優異，滿足植物無土栽培基質的要求。

具體實施方式

下面通過具體實施方式來進一步描述本發明所述配方的有益效果，這些實施例僅是範例性的，並不對本發明的範圍構成任何限制。本領域技術人員應該理解的是，在不偏離本發明的配方思路、用途範圍下可以對本發明技術方案的細節和形式進行修改或替換，但這些修改和替換均落入本發明的保護範圍內。

本發明實施例中所採用的腐殖酸購自河北保定萬國生化集團腐殖酸研發中心，結晶狀顆粒，含水量18％，全氮0.16％，有機碳40.60％；膨潤土購自北京大森林花卉市場，含水量0.1％，粒徑≤0.1mm，CEC＝115mmol·(100g)-1，pH值8.6；微生物菌劑為VT-1000菌劑，購自北京沃土天地生物科技有限公司，主要由光合細菌、放線菌、乳酸菌、酵母菌等近10個菌株構成，有效活菌不少於2×108個/ml；聚馬來酸，購自北京藍弋化工產品有限責任公司，為橘紅色透明液，相對密度1.20左右，易溶於水，pH值1.8。

實施例1

1、農林廢棄物原料的預處理

1-1)採用粉碎機對園林廢棄物枝幹(柳樹、槐樹、楊樹等修剪的枝幹)進行粉碎處理，過孔徑為2cm的篩，製成粒徑≤2cm的廢棄物顆粒；

1-2)向廢棄物顆粒中添加尿素，調節廢棄物顆粒的C/N比為30：1，製得堆肥發酵顆粒。

本發明中除了使用尿素調節廢棄物顆粒C/N比之外，還可以使用畜禽糞便(如牛糞、雞糞、馬糞等)來增加廢棄物的含氮量。

在發酵過程中，本發明選擇的發酵顆粒為20-50mm粒級的發酵基質，此粒級範圍內的發酵顆粒是最適宜農林廢棄物高效發酵的初始顆粒粒級範圍，可形成良好的好氧發酵環境，能夠有效促進堆肥過程中的氧氣和二氧化碳的交換，增加孔隙度，提高堆肥保水和持水能力，改善堆肥過程中物料的通氣透水性和容重，加快堆肥過程的升溫速度，為微生物的繁殖和分解活動提供一個良好的物理化學環境，優化堆肥過程的工藝控制條件，適宜的顆粒粒級可以使農林廢棄物中的木質素、纖維素等難以分解的物質快速被微生物分解，顯著縮短堆肥發酵處理時間。

2、製備發酵催化劑

2-1)配製腐殖酸溶液

將腐殖酸加入到鹼性溶液(濃度為0.20mol/L的氫氧化鈉溶液)中，攪拌，溶解均勻，製成腐殖酸溶液，其中腐殖酸溶液的濃度為1g/L，即將1g腐殖酸溶於0.2mol/L的氫氧化鈉溶液，並定容到1L，也就是說，腐殖酸溶液中腐殖酸的重量與鹼性溶液的體積之比為1:1，即每1g腐殖酸溶於1L鹼性溶液或每1kg腐殖酸溶於1000L鹼性溶液。

2-2)配製聚馬來酸溶液

將聚馬來酸加入到純淨水中，攪拌均勻，製成聚馬來酸溶液，其中聚馬來酸溶液的體積百分比濃度為1％，即將1L聚馬來酸用水定容到100L，也就是說，聚馬來酸溶液中聚馬來酸的體積與水的體積之比為1:99，即1L聚馬來酸溶於99L純淨水，1ml聚馬來酸溶於99ml純淨水。

2-3)膨潤土改性處理

將10L聚馬來酸溶液與10L腐殖酸溶液混合，加入膨潤土(400g)，攪拌，改性處理3.5h後，離心，取下層沉澱，於80-90℃下烘乾，製得發酵催化劑(即腐殖酸-聚馬來酸-改性膨潤土)，其中膨潤土的重量與腐殖酸溶液的體積之比為40:1，聚馬來酸溶液與腐殖酸溶液的體積之比為1:1，即每40g膨潤土、1L聚馬來酸溶液加入到1L腐殖酸溶液中或每40kg膨潤土、1000L聚馬來酸溶液加入到1000L腐殖酸溶液中，對膨潤土進行改性處理。

3、發酵處理

3-1)向堆肥發酵顆粒中噴灑水，製得含水率為60％的堆肥發酵顆粒；

3-2)將微生物菌劑、發酵催化劑、紅糖加入到含水率為60％的堆肥發酵顆粒中，攪拌混勻，製得發酵混合物，其中，堆肥發酵顆粒中的廢棄物的重量(乾重)與發酵催化劑的重量之比為85:15，即每85kg(乾重)廢棄物顆粒中加入的發酵催化劑質量的量為15kg；其中，每100kg(乾重)廢棄物顆粒中添加0.2L微生物菌劑，其中，VT菌劑中有效活菌≥2×108個/ml，有效活菌主要由光合細菌、放線菌、乳酸菌、酵母菌等近10個菌株構成；每100kg(乾重)廢棄物顆粒中添加0.2kg紅糖。

3-3)將發酵混合物堆置在發酵槽內，進行堆置發酵處理，並監控堆體的溫度和含水率，其中每個堆體寬度2m，堆體高度1.5m。

本發明中廢棄物發酵混合堆體的寬度應不小於1m，堆體高度根據發酵的具體類型確定，室內堆肥，不低於1m，室外堆肥，不低於2m。

3-4)從發酵混合物堆置在發酵槽內開始計算堆置發酵時間，並監控堆體溫度和含水率， 隨著發酵的進行，堆體溫度先升高然後下降，在堆置過程中當堆體溫度上升至55℃時，翻堆一次；隨著發酵的進行，堆肥進入高溫期，當堆體溫度升高至60℃以上，堆體溫度在60～68℃時，每2d翻堆一次，同時向堆體噴水使堆體含水率保持在60％；如果堆體溫度超過68℃時立即翻堆，降低堆體溫度，同時翻堆時控制堆體含水率使保持為60％；當堆體溫度降低，進入堆肥降溫期，當堆體溫度降低至45℃以下時，每12d翻堆一次；當堆體溫度下降至35℃以下，且連續兩天溫度差不超過0.5℃時，停止翻堆。

4、腐熟處理

將停止翻堆的發酵混合堆體移出堆肥場地繼續堆置45d，獲得農林廢棄物堆肥基質。

製備的農林廢棄物堆肥外觀呈茶褐色或黑色，堆體呈疏鬆的團粒結構，沒有惡臭，不再吸引蚊蠅，其性能指標按照如下方法進行檢測：

採用pH計和電導率計測定基質pH值，EC值，具體測定方法如下：

將本實施例製備的風乾的廢棄物堆肥與水採用固液比為1:10(W/V)的比例混合，振蕩30min後離心過濾，使用pH計、電導率計來測定濾液中的pH值和EC值。

氮採用凱氏定氮法測定；磷用H2SO4-H2O2法消煮，鉬銻抗比色法測定；鉀採用H2SO4-H2O2法消煮，火焰光度計法測定。

採用重鉻酸鉀容量法——外加熱法測定廢棄物堆肥中的有機碳含量，具體測定方法如下：向乾燥的硬質試管中加入風乾的廢棄物堆肥後，加入K2Cr2O7標準溶液和濃H2SO4，接著將試管在170-180℃下使試管內液體沸騰5min，然後倒出試管內容物，用硫酸亞鐵標準溶液進行滴定，根據硫酸亞鐵的消耗量，計算出有機質含量。

採用重鉻酸鉀容量法測定基質原料中的總腐殖酸，具體測定方法如下：用焦磷酸鈉鹼性溶液做提取劑，浸提出的基質原料的腐殖酸，在強酸性溶液中能被重鉻酸鉀氧化，根據重鉻酸鉀的消耗量，計算出腐殖酸的含量。

速效磷採用NaHCO3浸提鋁銻抗比色法；速效鉀採用NH4OAc浸提火焰光度法。

農林廢棄物堆肥的性能指標檢測結果如表1所示。

實施例2

1、農林廢棄物原料的預處理

1-1)採用粉碎機對園林廢棄物枝幹(柳樹、槐樹、楊樹等修剪的枝幹)進行粉碎處理，過孔徑為5cm的篩，製成粒徑≤5cm的廢棄物顆粒；

1-2)向廢棄物顆粒中添加尿素，調節廢棄物顆粒的C/N比為20：1，製得堆肥發酵顆粒。

2、製備發酵催化劑

2-1)配製腐殖酸溶液

將腐殖酸加入到鹼性溶液(濃度為0.15mol/L的氫氧化鈉溶液)中，攪拌，溶解均勻，製成腐殖酸溶液，其中腐殖酸溶液的濃度為1.5g/L，即將1.5g腐殖酸溶於0.15mol/L的氫氧化鈉溶液，並定容到1L，也就是說，腐殖酸溶液中腐殖酸的重量與鹼性溶液的體積之比為1.5:1，即1.5g腐殖酸溶於1L鹼性溶液，1.5kg腐殖酸溶液1000L鹼性溶液。

2-2)配製聚馬來酸溶液

將聚馬來酸加入到純淨水中，攪拌均勻，製成聚馬來酸溶液，其中聚馬來酸溶液的體積百分比濃度為2％，即將2L聚馬來酸用水定容到100L，也就是說，聚馬來酸溶液中聚馬來酸的體積與水的體積之比為2:98，即2L聚馬來酸溶於98L純淨水，2ml聚馬來酸溶於98ml純淨水。

2-3)膨潤土改性處理

將10L聚馬來酸溶液與10L腐殖酸溶液混合，加入膨潤土(300g)，攪拌，改性處理4h後，離心，取下層沉澱，於80-90℃下烘乾，製得發酵催化劑(即腐殖酸-聚馬來酸-改性膨潤土)，其中膨潤土的重量與腐殖酸溶液的體積之比為30:1，聚馬來酸溶液與腐殖酸溶液的體積之比為1:1，即每30g膨潤土、1L聚馬來酸溶液加入到1L腐殖酸溶液中或每30kg膨潤土、1000L聚馬來酸溶液加入到1000L腐殖酸溶液中，對膨潤土進行改性處理。

3、發酵處理

3-1)向堆肥發酵顆粒中噴灑水，製得含水率為65％的堆肥發酵顆粒；

3-2)將微生物菌劑、發酵催化劑、紅糖加入到含水率為65％的堆肥發酵顆粒中，攪拌混勻，製得發酵混合物，其中，堆肥發酵顆粒中的廢棄物顆粒的重量(乾重)與發酵催化劑的重量之比為90:10，即每90kg(乾重)廢棄物顆粒中加入的發酵催化劑質量的量為10kg；其中，每100kg(乾重)廢棄物顆粒中添加0.15L微生物菌劑，其中，VT菌劑中有效活菌≥2×108個/ml，有效活菌主要由光合細菌、放線菌、乳酸菌、酵母菌等近10個菌株構成；每100kg(乾重)廢棄物顆粒中添加0.25kg紅糖。

3-3)將發酵混合物堆置在發酵槽內，進行堆置發酵處理，並監控堆體的溫度和含水率，其中每個堆體寬度2m，堆體高度1.5m。

3-4)從發酵混合物堆置在發酵槽內開始計算堆置發酵時間，並監控堆體溫度和含水率，隨著發酵的進行，堆體溫度先升高然後下降，在堆置過程中當堆體溫度上升至55℃時，翻堆一次；隨著發酵的進行，堆肥進入高溫期，當堆體溫度升高至60℃以上，堆體溫度在60～ 68℃時，每5d翻堆一次，同時向堆體噴水使堆體含水率保持在60％；如果堆體溫度超過68℃時立即翻堆，降低堆體溫度，同時翻堆時控制堆體含水率使保持為60％；當堆體溫度降低，進入堆肥降溫期，當堆體溫度降低至45℃以下時，每12d翻堆一次；當堆體溫度下降至35℃以下，且連續兩天溫度差不超過0.5℃時，停止翻堆。

4、腐熟處理

將停止翻堆的發酵混合堆體移出堆肥場地繼續堆置60d，獲得農林廢棄物堆肥基質。

製備的農林廢棄物堆肥外觀呈茶褐色或黑色，堆體呈疏鬆的團粒結構，沒有惡臭，不再吸引蚊蠅，其性能製備檢測結果如表1所示。

實施例3

1、農林廢棄物原料的預處理

1-1)採用粉碎機對園林廢棄物枝幹(柳樹、槐樹、楊樹等修剪的枝幹)進行粉碎處理，過孔徑為2.5cm的篩，製成粒徑≤2.5cm的廢棄物顆粒；

1-2)向廢棄物顆粒中添加尿素，調節廢棄物顆粒的C/N比為25：1，製得堆肥發酵顆粒。

2、製備發酵催化劑

2-1)配製腐殖酸溶液

將腐殖酸加入到鹼性溶液(濃度為0.25mol/L的氫氧化鈉溶液)中，攪拌，溶解均勻，製成腐殖酸溶液，其中腐殖酸溶液的濃度為0.5g/L，即將0.5g腐殖酸溶於0.25mol/L的氫氧化鈉溶液，並定容到1L，也就是說，腐殖酸溶液中腐殖酸的重量與鹼性溶液的體積之比為0.5:1，即0.5g腐殖酸溶於1L鹼性溶液，0.5kg腐殖酸溶液1000L鹼性溶液。

2-2)配製聚馬來酸溶液

將聚馬來酸加入到純淨水中，攪拌均勻，製成聚馬來酸溶液，其中聚馬來酸溶液的體積百分比濃度為0.5％，即將0.5L聚馬來酸用水定容到100L，也就是說，聚馬來酸溶液中聚馬來酸的體積與水的體積之比為0.5:95.5，即0.5L聚馬來酸溶於95.5L純淨水，0.5ml聚馬來酸溶於95.5ml純淨水。

2-3)膨潤土改性處理

將10L聚馬來酸溶液與10L腐殖酸溶液混合，加入膨潤土(500g)，攪拌，改性處理4h後，離心，取下層沉澱，於80-90℃下烘乾，製得發酵催化劑(即腐殖酸-聚馬來酸-改性膨潤土)，其中膨潤土的重量與腐殖酸溶液的體積之比為50:1，聚馬來酸溶液與腐殖酸溶液的體積之比為1:1，即每50g膨潤土、1L聚馬來酸溶液加入到1L腐殖酸溶液中或每50kg膨潤土、 1000L聚馬來酸溶液加入到1000L腐殖酸溶液中，對膨潤土進行改性處理。

3、發酵處理

3-1)向堆肥發酵顆粒中噴灑水，製得含水率為50％的堆肥發酵顆粒；

3-2)將微生物菌劑、發酵催化劑、紅糖加入到含水率為65％的堆肥發酵顆粒中，攪拌混勻，製得發酵混合物，其中，堆肥發酵顆粒中的廢棄物顆粒的重量(乾重)與發酵催化劑的重量之比為95:5，即每95kg(乾重)廢棄物顆粒中加入的發酵催化劑質量的量為5kg；其中，每100kg(乾重)廢棄物顆粒中添加0.25L微生物菌劑，其中，VT菌劑中有效活菌≥2×108個/ml，有效活菌主要由光合細菌、放線菌、乳酸菌、酵母菌等近10個菌株構成；每100kg(乾重)廢棄物顆粒中添加0.15kg紅糖。

3-3)將發酵混合物堆置在發酵槽內，進行堆置發酵處理，並監控堆體的溫度和含水率，其中每個堆體寬度2m，堆體高度1.5m。

3-4)從發酵混合物堆置在發酵槽內開始計算堆置發酵時間，並監控堆體溫度和含水率，隨著發酵的進行，堆體溫度先升高然後下降，在堆置過程中當堆體溫度上升至55℃時，翻堆一次；隨著發酵的進行，堆肥進入高溫期，當堆體溫度升高至60℃以上，堆體溫度在60～68℃時，每3d翻堆一次，同時向堆體噴水使堆體含水率保持在50％；當堆體溫度降低，進入堆肥降溫期，當堆體溫度降低至45℃以下時，每9d翻堆一次；當堆體溫度下降至35℃以下，且連續兩天溫度差不超過0.5℃時，停止翻堆。

4、腐熟處理

將停止翻堆的發酵混合堆體移出堆肥場地繼續堆置30d，獲得農林廢棄物堆肥基質。

製備的農林廢棄物堆肥外觀呈茶褐色或黑色，堆體呈疏鬆的團粒結構，沒有惡臭，不再吸引蚊蠅，其性能製備檢測結果如表1所示。

實施例4

1、農林廢棄物原料的預處理

1-1)採用粉碎機對農業廢棄物秸稈(麥秸、稻秸等)進行粉碎處理，過孔徑為2cm的篩，製成粒徑≤2cm的廢棄物顆粒；

1-2)向廢棄物顆粒中添加尿素，調節廢棄物顆粒的C/N比為25：1，製得堆肥發酵顆粒。

2、製備發酵催化劑

2-1)配製腐殖酸溶液

將腐殖酸加入到鹼性溶液(濃度為0.2mol/L的氫氧化鈉溶液)中，攪拌，溶解均勻，制 成腐殖酸溶液，其中腐殖酸溶液的濃度為1g/L，即將1g腐殖酸溶於0.2mol/L的氫氧化鈉溶液，並定容到1L，也就是說，腐殖酸溶液中腐殖酸的重量與鹼性溶液的體積之比為1:1，即1g腐殖酸溶於1L鹼性溶液，1kg腐殖酸溶液1000L鹼性溶液。

2-2)配製聚馬來酸溶液

將聚馬來酸加入到純淨水中，攪拌均勻，製成聚馬來酸溶液，其中聚馬來酸溶液的體積百分比濃度為1％，即將1L聚馬來酸用水定容到100L，也就是說，聚馬來酸溶液中聚馬來酸的體積與水的體積之比為1:99，即1L聚馬來酸溶於99L純淨水，1ml聚馬來酸溶於99ml純淨水。

2-3)膨潤土改性處理

將10L聚馬來酸溶液與10L腐殖酸溶液混合，加入膨潤土(400g)，攪拌，改性處理3.5h後，離心，取下層沉澱，於80-90℃下烘乾，製得發酵催化劑(即腐殖酸-聚馬來酸-改性膨潤土)，其中膨潤土的重量與腐殖酸溶液的體積之比為40:1，聚馬來酸溶液與腐殖酸溶液的體積之比為1:1，即每40g膨潤土、1L聚馬來酸溶液加入到1L腐殖酸溶液中或每40kg膨潤土、1000L聚馬來酸溶液加入到1000L腐殖酸溶液中，對膨潤土進行改性處理。

3、發酵處理

3-1)向堆肥發酵顆粒中噴灑水，製得含水率為60％的堆肥發酵顆粒；

3-2)將微生物菌劑、發酵催化劑、紅糖加入到含水率為60％的堆肥發酵顆粒中，攪拌混勻，製得發酵混合物，其中，堆肥發酵顆粒中的廢棄物的重量(乾重)與發酵催化劑的重量之比為80:20，即每80kg(乾重)廢棄物顆粒中加入的發酵催化劑質量的量為20kg；其中，每100kg(乾重)廢棄物顆粒中添加0.2L VT菌劑，其中，VT菌劑中有效活菌≥2×108個/ml，有效活菌主要由光合細菌、放線菌、乳酸菌、酵母菌等近10個菌株構成；每100kg(乾重)廢棄物顆粒中添加0.2kg紅糖。

3-3)將發酵混合物堆置在發酵槽內，進行堆置發酵處理，並監控堆體的溫度和含水率，其中每個堆體寬度2m，堆體高度1.5m。

3-4)從發酵混合物堆置在發酵槽內開始計算堆置發酵時間，並監控堆體溫度和含水率，隨著發酵的進行，堆體溫度先升高然後下降，在堆置過程中當堆體溫度上升至55℃時，翻堆一次；隨著發酵的進行，堆肥進入高溫期，當堆體溫度升高至60℃以上，堆體溫度在60～68℃時，每2d翻堆一次，同時向堆體噴水使堆體含水率保持在60％；如果堆體溫度超過68℃時立即翻堆，降低堆體溫度，同時翻堆時控制堆體含水率使保持為60％；當堆體溫度降低，進入堆肥降溫期，當堆體溫度降低至45℃以下時，每8d翻堆一次；當堆體溫度下降至35℃ 以下，且連續兩天溫度差不超過0.5℃時，停止翻堆。

4、腐熟處理

將停止翻堆的發酵混合堆體移出堆肥場地繼續堆置45d，獲得農林廢棄物堆肥基質。

製備的農林廢棄物堆肥基質外觀呈茶褐色或黑色，堆體呈疏鬆的團粒結構，沒有惡臭，不再吸引蚊蠅，其性能製備檢測結果如表1所示。

實施例5

1、農林廢棄物原料的預處理

1-1)採用粉碎機對農業廢棄物(菇渣等)進行粉碎處理，過孔徑為2cm的篩，製成粒徑≤2cm的廢棄物顆粒；

1-2)向廢棄物顆粒中添加尿素，調節廢棄物顆粒的C/N比為25：1，製得堆肥發酵顆粒。

2、製備發酵催化劑

2-1)配製腐殖酸溶液

將腐殖酸加入到鹼性溶液(濃度為0.20mol/L的氫氧化鈉溶液)中，攪拌，溶解均勻，製成腐殖酸溶液，其中腐殖酸溶液的濃度為1g/L，即將1g腐殖酸溶於0.2mol/L的氫氧化鈉溶液，並定容到1L，也就是說，腐殖酸溶液中腐殖酸的重量與鹼性溶液的體積之比為1:1，即每1g腐殖酸溶於1L鹼性溶液或每1kg腐殖酸溶於1000L鹼性溶液。

2-2)配製聚馬來酸溶液

將聚馬來酸加入到純淨水中，攪拌均勻，製成聚馬來酸溶液，其中聚馬來酸溶液的體積百分比濃度為1％，即將1L聚馬來酸用水定容到100L，也就是說，聚馬來酸溶液中聚馬來酸的體積與水的體積之比為1:99，即1L聚馬來酸溶於99L純淨水，1ml聚馬來酸溶於99ml純淨水。

2-3)膨潤土改性處理

將10L聚馬來酸溶液與10L腐殖酸溶液混合，加入膨潤土(400g)，攪拌，改性處理3.5h後，離心，取下層沉澱，於80-90℃下烘乾，製得發酵催化劑(即腐殖酸-聚馬來酸-改性膨潤土)，其中膨潤土的重量與腐殖酸溶液的體積之比為40:1，聚馬來酸溶液與腐殖酸溶液的體積之比為1:1，即每40g膨潤土、1L聚馬來酸溶液加入到1L腐殖酸溶液中或每40kg膨潤土、1000L聚馬來酸溶液加入到1000L腐殖酸溶液中，對膨潤土進行改性處理。

3、發酵處理

3-1)向堆肥發酵顆粒中噴灑水，製得含水率為60％的堆肥發酵顆粒；

3-2)將微生物菌劑、發酵催化劑、紅糖加入到含水率為60％的堆肥發酵顆粒中，攪拌混勻，製得發酵混合物，其中，堆肥發酵顆粒中的廢棄物的重量(乾重)與發酵催化劑的重量之比為70:30，即每70kg(乾重)廢棄物顆粒中加入的發酵催化劑質量的量為30kg；其中，每100kg(乾重)廢棄物顆粒中添加0.2L VT菌劑，其中，VT菌劑中有效活菌≥2×108個/ml，有效活菌主要由光合細菌、放線菌、乳酸菌、酵母菌等近10個菌株構成；每100kg(乾重)廢棄物顆粒中添加0.2kg紅糖。

3-3)將發酵混合物堆置在發酵槽內，進行堆置發酵處理，並監控堆體的溫度和含水率，其中每個堆體寬度2m，堆體高度1.5m。

3-4)從發酵混合物堆置在發酵槽內開始計算堆置發酵時間，並監控堆體溫度和含水率，隨著發酵的進行，堆體溫度先升高然後下降，在堆置過程中當堆體溫度上升至55℃時，翻堆一次；隨著發酵的進行，堆肥進入高溫期，當堆體溫度升高至60℃以上，堆體溫度在60～68℃時，每3d翻堆一次，同時向堆體噴水使堆體含水率保持在60％；如果堆體溫度超過68℃時立即翻堆，降低堆體溫度，同時翻堆時控制堆體含水率使保持為60％；當堆體溫度降低，進入堆肥降溫期，當堆體溫度降低至45℃以下時，每9d翻堆一次；當堆體溫度下降至35℃以下，且連續兩天溫度差不超過0.5℃時，停止翻堆。

4、腐熟處理

將停止翻堆的發酵混合堆體移出堆肥場地繼續堆置45d，獲得農林廢棄物堆肥基質。

製備的農林廢棄物堆肥基質外觀呈茶褐色或黑色，堆體呈疏鬆的團粒結構，沒有惡臭，不再吸引蚊蠅，其性能製備檢測結果如表1所示。

對照例1

除了在堆置發酵處理過程中不添加發酵催化劑之外，其餘與實施例1相同，製備的廢棄物堆肥基質性能測定結果如表1所示。

對照例2

1、農林廢棄物原料的預處理

與實施例1相同。

2、發酵處理

2-1)向堆肥發酵顆粒中噴灑水，製得含水率為60％的堆肥發酵顆粒；

2-2)將微生物菌劑、腐殖酸、紅糖直接加入到含水率為60％的堆肥發酵顆粒中，攪拌混 勻，製得發酵混合物，其中，堆肥發酵顆粒中的廢棄物的重量(乾重)與腐殖酸的重量之比為99:1，即每99kg(乾重)廢棄物顆粒中加入的腐殖酸的量為1kg；其中，每100kg(乾重)廢棄物顆粒中添加0.2L微生物菌劑，其中，VT菌劑中有效活菌≥2×108個/ml，有效活菌主要由光合細菌、放線菌、乳酸菌、酵母菌等近10個菌株構成；每100kg(乾重)廢棄物顆粒中添加0.2kg紅糖。

2-3)將發酵混合物堆置在發酵槽內，進行堆置發酵處理，並監控堆體的溫度和含水率，其中每個堆體寬度2m，堆體高度1.5m。

2-4)從發酵混合物堆置在發酵槽內開始計算堆置發酵時間，並監控堆體溫度和含水率，隨著發酵的進行，堆體溫度先升高然後下降，在堆置過程中當堆體溫度上升至55℃時，翻堆一次；隨著發酵的進行，堆肥進入高溫期，當堆體溫度升高至60℃以上，堆體溫度在60～68℃時，每2d翻堆一次，同時向堆體噴水使堆體含水率保持在60％；如果堆體溫度超過68℃時立即翻堆，降低堆體溫度，同時翻堆時控制堆體含水率使保持為60％；當堆體溫度降低，進入堆肥降溫期，當堆體溫度降低至45℃以下時，每12d翻堆一次；當堆體溫度下降至35℃以下，且連續兩天溫度差不超過0.5℃時，停止翻堆。

3、腐熟處理

將停止翻堆的發酵混合堆體移出堆肥場地繼續堆置60d，獲得農林廢棄物堆肥基質，其性能製備檢測結果如表1所示。

對照例3

除了處理堆肥發酵處理過程中的步驟2-2)中微生物菌劑、聚馬來酸、紅糖直接加入到含水率為60％的堆肥發酵顆粒中，攪拌混勻，製得發酵混合物，其中，堆肥發酵顆粒中的廢棄物的重量(乾重)與聚馬來酸的重量之比為95：5，即每95kg(乾重)廢棄物顆粒中加入的聚馬來酸的量為5L之外，其餘與對照例2相同，獲得農林廢棄物堆肥基質的性能製備檢測結果如表1所示。

對照例4

除了處理堆肥發酵處理過程中的步驟2-2)中微生物菌劑、膨潤土、紅糖加入到含水率為60％的堆肥發酵顆粒中，攪拌混勻，製得發酵混合物，其中，堆肥發酵顆粒中的廢棄物的重量(乾重)與膨潤土的重量之比為85:15，即每85kg(乾重)廢棄物顆粒中加入的膨潤土的量為15kg之外，其餘與對照例2相同，獲得農林廢棄物堆肥基質的性能製備檢測結果如表1所 示。

對照例5

除了處理堆肥發酵處理過程中的步驟2-2)中微生物菌劑、腐殖酸、聚馬來酸、膨潤土、紅糖直接加入到含水率為60％的堆肥發酵顆粒中，攪拌混勻，製得發酵混合物，其中，堆肥發酵顆粒中的廢棄物的重量(乾重)與膨潤土的重量之比為85:15，即每85kg(乾重)廢棄物顆粒中加入的膨潤土的量為15kg之外，其餘與對照例2相同，獲得農林廢棄物堆肥基質的性能製備檢測結果如表1所示。

對照例6

除了在堆置發酵處理過程中不添加發酵催化劑之外，其餘與實施例4相同，製備的廢棄物堆肥基質性能測定結果如表1所示。

對照例7

除了在堆置發酵處理過程中不添加發酵催化劑之外，其餘與實施例5相同，製備的廢棄物堆肥基質性能測定結果如表1所示。

表1堆肥基質基本化學性質

表1的檢測結果表明:

1、本發明的堆肥基質產品pH可比對照降低1-1.5個單位，EC降低0.3-0.5ms·cm-1，TOC、全氮、速效磷、速效鉀和腐殖酸含量明顯提高。

2、pH值不僅會影響基質中養分的形態及其有效含量，同時不同植物對pH值的要求不同，本發明方法製備的廢棄物堆肥基質的pH值在植物、花卉生長的正常範圍4.50-8.50之間，適於植物生長。喜酸花卉如杜鵑花科、山茶科的大多數植物，還有梔子花、蘭科植物、白蘭花、杜英、桂花以及多數棕櫚科植物等在5.00～6.50生長良好，喜鹼植物如沙棗、白蠟、側柏等在7.50～8.50生長良好，中性植物在6.50～7.50生長良好。除極少數喜酸花卉外，大多數花卉在中性條件下生長良好。

基質溶液鹽分含量最直接的影響是使溶液滲透壓提高，致使園藝植物根系無法吸收到水分，從而造成植物的生理乾旱。正常的EC值範圍應該在0.12～1.20mS/cm之間。

本發明製備的栽培基質的酸鹼度呈弱酸至中性，pH為6.35-6.57；EC值為0.52-0.97mS/cm，說明本發明的栽培固體基質能夠為植物提供穩定的基質生長環境，對植物無毒害作用，對施加於植物的營養液無不良影響，不影響營養液的平衡。

3、本發明的無土栽培基質中全氮含量為1.9537-2.7983％，速效磷含量為0.195-0.296％，速效鉀含量為0.99-1.13％，腐殖酸含量為19.7-27.8％，總有機碳含量為18.53-38.26％，營養結構合理，利於植物吸收，滿足植物生長需要。

4、與實施例相比，對照例的pH高出1-2個單位，尤其是不添加發酵催化劑的對照例1及單獨添加膨潤土的對照例4，達到8.50以上，堆肥基質的pH超出理想範圍；各對照例的EC在1.8以上，超出植物正常生長的忍耐值；通過對比還發現，雖然單獨添加腐殖酸的對照例2全氮含量和腐殖酸含量略高，但依然低於3個實施例；單獨添加聚馬來酸的對照例3使堆肥基質的pH略微降低，但其他指標均不理想；從對照例4可以看出，可能由於膨潤土材料本身導致堆肥基質速效磷和速效鉀含量略高，但其單獨添加顯著增加了pH和EC；從對照例5可以看出，未經過改性，只是向堆肥中添加腐殖酸、聚馬來酸和膨潤土的混合物，不但沒有增加堆肥基質的有機質、養分和腐殖酸含量，而且還使pH和EC較高。

從實施例4與對照例6可以看出，雖然秸稈自身養分含量較低，pH和EC也不高，但添加發酵催化劑的實施例4有機質、養分和腐殖酸含量明顯高於對照例6。

同樣，從實施例5與對照例7可以看出，菇渣由於經過了食用菌的生產過程，部分原材料已腐殖化，所以其養分和腐殖酸含量都較高，但原材料在生產食用菌時添加了部分鹼性物質，導致pH和EC較高，但實施例中發酵催化劑的添加，將這兩個植物敏感指標降低到理想範圍。

5、本發明研發的發酵催化劑打破了傳統堆肥添加無機材料的混配型模式，通過添加天然環保材料改善基質的理化指標障礙因子。結合腐殖酸和聚馬來酸改性膨潤土，通過離子置換與化學吸附，解決了傳統堆肥pH和EC值高的瓶頸問題，產品穩定、無毒性，為花卉栽培提供理想的有機生態型泥炭替代基質，也為基質改良提供了新方法。

試驗例1栽培基質發芽率的測定

將實施例1-5和對照例1-6的風乾的廢棄物堆肥基質與蒸餾水按1:5(V/V)的比例浸提24h後，定性濾紙過濾。取堆肥浸提液5ml，加到鋪有2層濾紙的9cm培養皿中，在每個培養皿中放入水芹菜種子20粒(購於北京市大森林花卉市場)，以蒸餾水為空白對照。放入25℃恆溫培養箱內中進行發芽試驗，培養48h後取出觀察，記錄種子發芽數，計算發芽率。並使用電子遊標卡尺測定發芽種子的根長度，根據公式計算發芽率和發芽指數：測定結果見表2。

發芽率(％)＝種子平均發芽數/種子總數×100％

發芽指數(GI)＝(胚根長度平均值×發芽種子數)/(對照胚根長度平均值×發芽種子數)

表2堆肥基質發芽率和發芽指數

表2的檢測結果表明:

1、據研究表明：發芽率大於80％，說明堆肥是無毒和發酵成熟的，適宜用做無土栽培基質。本發明製備的栽培基質的發芽率達到92-100％，發芽指數達到1.26-1.58。與進口泥炭的理化性質比較，本發明製備的堆肥產品理化性質得到明顯改善，更適於植物生長，發芽率和發芽指數提高顯著。

2、本發明製備的栽培基質可有效增強植物營養吸收和根系發育，促進植物種子發芽。發芽率和發芽指數高還說明本發明基質無毒、無害，適宜植物正常生長發育。而且，本發明製備的栽培基質品質達到了進口泥炭基質的品質，可以應用於植物的無土栽培。

3、未腐熟的堆肥含有植物毒性物質，對植物的生長產生抑制作用，毒性與堆肥物質降解過程有關，需要腐熟以消除這種植物毒性。考慮到堆肥腐熟度的實用意義，種子發芽試驗是評價堆肥最具說服力的方法。據報導，許多植物種子在未腐熟堆肥萃取液中生長受到抑制，而在腐熟的堆肥中生長得到促進，本發明選取水芹菜種子檢驗堆肥毒性大小，以判定堆體是否完全腐熟。試驗結果反映本發明製備的栽培基質堆肥完全腐熟，說明發酵催化劑加速了堆肥的速度，同時改善了產品的品質。

試驗例2扦插試驗

在北京市北林科技股份有限公司溫室中分別採用本發明實施例1-5和對照例1-6的栽培基質進行紐幾內亞鳳仙『蜜月』的扦插試驗。溫室內全自動控溫、換氣設施，能夠保證在試驗期間，為供試材料提供一個相對穩定的適宜生長環境。

選取株高約8cm，葉片生長健壯一致、根系完整、無病蟲害的紐幾內亞鳳仙(佳娃系列)插穗，每處理100個插穗，在50孔穴盤中扦插，每處理使用2個穴盤，15d後統計各處理的插穗生根率，並將各處理的穴盤苗移栽至同一規格的塑料花盆中，上盆65d後在各處理中分別隨機調查5株植物，並將根坨從花盆中取出，分別置於水桶中洗淨，進行葉片葉綠素含量、根系鮮重、總根長、根尖數、根系表面積等指標的測定。

葉片葉綠素含量用SPAD-502Plus可攜式葉綠素測定儀測定，總根長、根尖數、根系表面積等指標用WinRHIZO根系掃描儀測定，測定結果分別如表3-4所示。

表3扦插生根情況

註：所述生長前期指的是扦插以前(插穗買回來的時候，測得的本底值)；所述生長後期指的是上盆後植物(紐幾內亞鳳仙(佳娃系列))扦插65d時測定的結果。

表4扦插生根情況

註：所述生長前期指的是扦插以前(插穗買回來的時候，測得的本底值)；所述生長後期指的是上盆後植物(紐幾內亞鳳仙(佳娃系列))扦插65d時測定的結果。

由表3、4的測定結果可知：

1、據研究表明：本發明製備的堆肥產品扦插生根率達到96-100％，說明本發明堆肥產品無毒、無害。

2、本發明製備的堆肥產品使紐幾內亞鳳仙生根情況得到明顯改善，說明本發明製備的堆肥產品理化性質得到改善明顯，更適於植物生根。

3、採用本發明製備的廢棄物堆肥扦插的紐幾內亞鳳仙『蜜月』根系生長粗壯，根尖數多，總根長度長，根系表面積大，植株葉片的葉綠素含量高，外觀品質好。

4、使用本發明方法製備的廢棄物堆肥進行紐幾內亞鳳仙『蜜月』的扦插，生根率、根系鮮重、總根長、根尖數、根系表面積、葉片的葉綠素含量與相應的對照例相比，顯著增加，表明採用本發明方法在農林廢棄物發酵堆肥製備過程中添加腐殖酸改性膨潤土作為發酵催化劑對農林廢棄物的降解具有增效的作用，使得廢棄物發酵降解充分，生成利於植物根系吸收的有效成分，製備的廢棄物堆肥品質高。

5、因基質與土壤都發揮栽培介質的作用，作為植物生長載體使用。花卉對基質理化性質要求較高，有研究提出，紐幾內亞鳳仙扦插可作為驗證栽培基質生長適應性的指示性植物。採用本發明的栽培基質進行紐幾內亞鳳仙扦插生根狀況良好，說明本發明方法製備的植物栽培基質能顯著促進植物紐幾內亞鳳仙『蜜月』的生長，表面本發明方法中發酵催化劑腐殖酸-聚馬來酸-改性膨潤土對農林廢棄物的堆肥發酵降解具有顯著促進作用。從原料易得性、經濟性等角度考慮，本發明的栽培基質應用前景廣闊。