一種利用互花米草和牛羊糞混合堆肥製備土壤改良劑的方法及其反應裝置的製作方法

2023-06-20 04:32:31

專利名稱：一種利用互花米草和牛羊糞混合堆肥製備土壤改良劑的方法及其反應裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及土壤改良領域，具體涉及一種利用互花米草和牛羊糞製備土壤改良劑的方法及其反應裝置。
背景技術：
互花米草(Spartina alterniflora)，是一種多年生耐鹽植物，原產於大西洋沿岸，具有很高的生產力，在相同環境條件下，互花米草的淨光合速率高，能夠迅速進行生物量的生產和積累，每年乾物質產率高達3154. 8 g/ m2。1979年引入我國沿海地區，在固灘、 護提等方面取得了良好的效果，具有明顯的工程效益。然而，由於互花米草缺乏資源化利用途徑，常年無人收割，任其蔓延，近幾年互花米草已在一些地區出現了迅速擴張的現象，對當地土著生物的生長造成嚴重威脅，導致生物多樣性下降。根據上海崇明東灘最新數據，互花米草灘面積已擴展到910. 17公頃，約佔植被總面積的33. 1 %。2003年初我國自然生態保護司在關於發布中國第一批外來入侵物種名單的通知中，已將其列入該名單。因此，對於互花米草，一方面應研究控制措施以遏制其迅速蔓延的局面，另一方面應為互花米草探求一條可資源化的途徑，實現「化害為利」的目的。植物秸稈是重要的肥料資源。秸稈還田是秸稈的主要利用方式也是土壤改良的重要手段。目前主要的還田措施有直接還田、堆慪還田、過腹還田三種形式。我國有秸稈還田培肥土壤的悠久歷史，目前國內外科技工作者也對秸稈還田做了諸多研究，包括秸稈還田對作物產量的影響、對土壤性質的影響]、秸稈腐解速度的影響因素等等。堆肥是農業廢棄物資源化利用的有效途徑之一，在堆肥過程中，堆料有機物向腐殖化和穩定化方向轉化。穩定後的秸稈作為土壤改良劑還田具有良好的改土增產效應。相關研究表明，秸稈堆肥還田具有改善土壤物理性狀、補充土壤養分、提高土壤有效養分含量、改善土壤微生態環境等作用。互花米草秸稈是一種潛在的生物質資源，互花米草秸稈還田用於貧瘠土壤改良是一個資源化的可能途徑。然而目前關於互花米草秸稈堆肥還田的研究鮮見報導。這可能是因為，互花米草理化性質與農作物秸稈有一定的差別，其生長於海灘、含鹽量高且不易洗脫，直接還田將導致土壤鹽分的聚集等等。為實現互花米草秸稈的還田，使其得到資源化利用，需要通過堆肥使互花米草初步腐殖化，並有利於鹽份的洗脫。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種利用互花米草和牛羊糞混合堆肥製備土壤改良劑的方法及其反應裝置。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是
一種利用互花米草和牛羊糞混合堆肥製備土壤改良劑的方法，具體步驟如下 (1)將牛羊糞加水調節至固含量5-15%後攪勻；(2)將粉碎後的互花米草與處理後的牛羊糞按乾物質重量1:1-3:1比例混合均勻，得混合物；
(3)將步驟(2)得到的混合物接種微生物菌劑進行好氧堆肥，菌劑液體質量為混合物乾物質質量的1. 5-2. 5 % ；
(4)好氧堆肥反應鼓風量控制在4-6m3空氣/m3物料/d，堆制過程中視腐熟程度，定期對混合物進行攪拌，後期鼓風量控制在2-3 m3空氣/m3物料/d。本發明中，步驟(1)中所所述的牛羊糞為牛糞、羊糞或牛羊糞混合物中任一種。本發明中，步驟⑵中所述粉碎後的互花米草是指將互花米草粉碎至I-Scm之間。本發明中，步驟(3)中所述接種微生物是指接種篩選自鹽鹼土壤中的耐鹽菌；或是所述微生物菌劑為VT菌劑與篩選自鹽鹼土壤中的耐鹽菌的混合菌劑。本發明提出的一種利用互花米草和牛羊糞混合堆肥製備土壤改良劑的反應裝置， 該反應裝置包括具有保溫作用的外殼6，所述外殼6內設有用於發生堆肥反應的反應容器 1，反應容器1內安裝有溫度計2，所述反應容器1底部安裝通氣孔板3，所述反應容器1底部還通過通氣管道與氣泵4連接，該通氣管道上安裝有氣體流量計5。本發明中，所述反應容器1的數量視具體情況而定。本發明中，通氣孔板3是鑽有一定數量的布氣孔的PVC板， 本發明的有益效果在於
將互花米草和牛羊糞混合堆肥製備土壤改良劑，不但可以同時處理兩種有機固體廢物，且經過堆肥後互花米草鹽分易於洗脫，較未堆肥互花米草少；經過盆栽試驗表明投加腐熟混合堆料的田菁生物量為對照的3. 74倍，表明其不但可改善土壤結構和土壤理化性質， 顯著提高作物產量，而且同時還實現了互花米草和牛羊糞的資源化、減量化和無害化，本發明還具有工藝簡單、可操作性強和具有一定經濟效益的優點。


圖1為本發明反應裝置示意圖。圖中標號1為反應容器，2為溫度計，3為通氣孔板，4為氣泵，5為氣體流量計，6 為夕卜殼。
具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。為了更好的實現本發明的內容，我們設計了一種利用互花米草和牛羊糞混合堆肥製取土壤改良劑的反應裝置。該反應裝置外殼採用具有保溫作用的材料製作。所述外殼6 內設有用於發生堆肥反應的反應容器1，反應容器1內安裝有溫度計2，所述反應容器1底部安裝通氣孔板3，該通氣孔板3是鑽有一定數量的布氣孔的PVC板，每孔徑為1 cm，在PVC 板上均勻分布。所述反應容器1底部還通過通氣管道與氣泵4連接，該通氣管道上安裝有氣體流量計5。空氣由鼓風機經通氣管道送入裝置底部布氣倉，經布氣孔均勻分布進入裝置主體，通氣量的測定採用轉子流量計。實施例1
(1)收割上海崇明東灘溼地生長具有優勢的互花米草群落，並將其切碎至1-4cm；
(2)將取自崇明島陳家鎮瀛東村山羊養殖廠的羊糞加水調節至固含量10%後攪勻；
(3)將步驟(1)所述的粉碎互花米草(30kg)與步驟(2)處理後的羊糞(20kg)按乾物質重量1.5:1比例混合均勻，得混合物後投加到好氧堆肥反應裝置中；
(4)將步驟3中混合物(50kg)接種微生物菌劑進行好氧堆肥，菌劑液體質量為混合物乾物質質量的2%，並將混合物投加到好氧堆肥反應裝置中，加水調節物料含水率為 5(Γ55%，其中微生物菌劑來自北京沃土天地生物科技有限公司生產的VT菌劑和篩選自崇明東灘鹽鹼土壤中的耐鹽菌；
(5)好氧堆肥反應鼓風量控制在5m3空氣/ m3物料/d，堆制過程中視腐熟程度，定期對混合物進行攪拌，後期鼓風量控制在2. 5 m3空氣/ m3物料/d，所述的後期即堆肥基本腐熟後，一般在一個半月左右堆肥腐熟，堆制2個月後將混合堆料用水浸泡洗去鹽分即可得適於土壤改良的腐熟混合堆料，之後可進行新一輪的投料。實施例2:
(1)收割上海崇明東灘溼地生長具有優勢的互花米草群落，並將其切碎至1-4cm；
(2)將取自崇明島現代農業園區奶牛養殖廠的牛糞加水調節至固含量5%後攪勻；
(3)將步驟(1)所述的粉碎互花米草(25kg)與步驟(2)處理後的牛糞(25kg)按乾物質重量1:1比例混合均勻，得混合物後投加到好氧堆肥反應裝置中；
(4)將步驟3中混合物(50kg)接種微生物菌劑進行好氧堆肥，菌劑液體質量為混合物乾物質質量的1.5%，並將混合物投加到好氧堆肥反應裝置中，加水調節物料含水率為 5(Γ55%，其中微生物菌劑是指篩選自鹽鹼土壤中的耐鹽菌劑。(5)好氧堆肥反應鼓風量控制在4 m3空氣/ m3物料/d，堆制過程中視腐熟程度， 定期對混合物進行攪拌，後期鼓風量控制在2 m3空氣/ m3物料/d，堆制2個月後將混合堆料用水浸泡洗去鹽分即可得適於土壤改良的腐熟混合堆料，之後可進行新一輪的投料。實施例3
(1)收割上海崇明東灘溼地生長具有優勢的互花米草群落，並將其切碎至4-8cm；
(2)將取自崇明島陳家鎮瀛東村山羊養殖廠的羊糞與現代農業園區奶牛養殖廠的牛糞的混合物加水調節至固含量15%後攪勻；
(3)將步驟⑴所述的粉碎互花米草(36kg)與步驟⑵處理後的牛糞(6kg)羊糞 (6kg)按乾物質重量3:1比例混合均勻，得混合物；
(4)將步驟3中混合物(48kg)接種微生物菌劑進行好氧堆肥，菌劑液體質量為混合物乾物質質量的2. 5%，並將混合物投加到好氧堆肥反應裝置中，加水調節物料含水率為 5(Γ55%，其中微生物菌劑來自北京沃土天地生物科技有限公司生產的VT菌劑和篩選自崇明東灘鹽鹼土壤中的耐鹽菌；
(5)好氧堆肥反應鼓風量控制在6m3空氣/ m3物料/d，堆制過程中視腐熟程度，定期對混合物進行攪拌，後期鼓風量控制在3 m3空氣/ m3物料/d，堆制2個月後將混合堆料用水浸泡洗去鹽分即可得適於土壤改良的腐熟混合堆料，之後可進行新一輪的投料。實施例中，耐鹽菌馴化培養採用貧營養的M9培養基培養，培養時逐步提高含鹽量0. 1%，0. 5%，1%，2%對土壤中的耐鹽菌加以馴化。過程如下用天平稱取5g崇明鹽鹼土樣加入盛有50mL含鹽量0. 1%的M9培養基的三角瓶中。將該三角瓶放在搖床上於28°C振蕩培養24h，使細菌充分生長後，再取其中ImL含菌培養液繼續轉接到含鹽量0. 5%的培養基中， 直到其含鹽量達到2%，之後採用大桶充氧富集培養，待大桶內的菌量生長至一定程度時，於冷凍離心機4°C下10000 rpm/min,離心5min，收集菌液濃縮液於4°C下保存。為研究堆肥腐化後互花米草的脫鹽效率，取堆肥結束時幹樣5. 00 g，加入50 ml蒸餾水分別浸提IOmin和2h (假設用水浸提物料2h後鹽分可全部洗脫)。以未堆肥互花米草為對 照，分別測定其浸提液的電導率，並換算成含鹽量。經過試驗表明，將未經過本發明所述方法處理的互花米草直接進行水洗脫鹽處理，IOmin水洗脫鹽率僅為21 %，但是經過本發明所述的方法處理的腐熟混合堆肥進行水洗脫鹽處理，實施例1中的堆肥料IOmin水洗脫鹽率達到81. 83 %。試驗表明，經過本發明的方法處理互花米草易於脫鹽。互花米草和牛羊糞混合堆肥製取土壤改良劑盆栽驗證試驗
盆栽試驗花盆採用PVC材質，盆高30cm，長、寬各40cm，容量為0. 048m3，盆底部有直徑 2-4cm左右小孔若干，利於土壤通氣滲水。花盆底部鋪有IOcm厚的碎石墊層以防止土壤流失及增加土壤的通氣透水性。設置1個不投加腐熟堆料的對照和6個添加互花米草腐熟堆料的平行處理盆，其中2個對應實施例1中的腐熟堆肥，2個對應實施例2中的腐熟堆肥，另外兩個對應實施例3中的腐熟堆肥。試驗作物為崇明東灘本土植物田菁，試驗土壤為崇明東灘圍墾鹽鹼土壤。將每個盆中放入50kg鹽鹼土壤，取實施例1生成的腐熟堆肥放入兩個試驗花盆中各10kg，取實施例2生成的腐熟堆肥放入另外兩個試驗花盆中各10kg，取實施例3生成的腐熟堆肥放入另外兩個試驗花盆中各10kg，對照盆只放入50kg混合均勻的土。 於2009年5月均勻播種田菁種子(每盆50粒)，放置在自然環境中生長，期間配合以傳統的種養措施(對照同步)。待11月份結籽收割，投加腐熟混合堆料的田菁生物量分別為對照的3. 74、3. 25和2. 84倍。3個實施例經過腐熟堆肥改良土壤與對照土壤，理化性質變化進行詳細的分析。
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！IO*.. 2MV 2 .+'J. * ·； 51.2 1*1 Uif If-*!)*.B 5& . 1 ,表中土壤容重指單位體積自然狀態下土壤(包括土壤空隙的體積)的乾重，是土壤緊實度的一個指標；土壤有機碳指土壤中有機物的含碳量；土壤全氮、全磷、全鉀指土壤中營養元素含量；土壤含鹽量指土壤中所含鹽分(主要是氯鹽、硫酸鹽、碳酸鹽)的質量佔幹土質量的百分數。綜上可見，該方法工藝簡單，可操作性強，採用混合好氧堆肥，不但同時處理了兩種有機固體廢物，而且混合堆料養分豐富可作為土壤改良劑，從而實現了互花米草和牛羊糞的資源化、減量化和無害化的利用。
權利要求
1.一種利用互花米草和牛羊糞混合堆肥製備土壤改良劑的方法，其特徵在於具體步驟如下(1)將牛羊糞加水調節至固含量5-15%後攪勻；(2)將粉碎後的互花米草與處理後的牛羊糞按乾物質重量1:1-3:1比例混合均勻，得混合物；(3)將步驟(2)得到的混合物接種微生物菌劑進行好氧堆肥，菌劑液體質量為混合物乾物質質量的1. 5-2. 5 % ；(4)好氧堆肥反應鼓風量控制在4-6m3空氣/m3物料/d，堆制過程中視腐熟程度，定期對混合物進行攪拌，後期鼓風量控制在2-3 m3空氣/m3物料/d。
2.根據權利要求1中所述的一種利用互花米草和牛羊糞混合堆肥製備土壤改良劑的方法，其特徵在於步驟(1)中所所述的牛羊糞為牛糞、羊糞或牛羊糞混合物中任一種。
3.根據權利要求1中所述的一種利用互花米草和牛羊糞混合堆肥製備土壤改良劑的方法，其特徵在於步驟(2)中所述粉碎後的互花米草是指將互花米草粉碎至I-Scm之間。
4.根據權利要求1中所述的一種利用互花米草和牛羊糞混合堆肥製備土壤改良劑的方法，其特徵在於步驟(3)中所述接種微生物是指接種篩選自鹽鹼土壤中的耐鹽菌；或是所述微生物菌劑為VT菌劑與篩選自鹽鹼土壤中的耐鹽菌的混合菌劑。
5.一種如權利要求1所述的利用互花米草和牛羊糞混合堆肥製備土壤改良劑的反應裝置，其特徵在於，該反應裝置包括具有保溫作用的外殼(6)，所述外殼(6)內設有用於發生堆肥反應的反應容器(1)，反應容器(1)內安裝有溫度計(2)，所述反應容器(1)底部安裝通氣孔板(3)，所述反應容器(1)底部還通過通氣管道與氣泵(4)連接，該通氣管道上安裝有氣體流量計(5)。
6.根據權利要求5所述的利用互花米草和牛羊糞混合堆肥製備土壤改良劑的反應裝置，其特徵在於，通氣孔板(3)採用均勻分布有布氣孔的PVC板。
全文摘要
本發明涉及一種利用互花米草和牛羊糞混合堆肥製備土壤改良劑的方法及其反應裝置，具體步驟為(1)將牛羊糞加水調節至固含量約5-15%後攪勻；(2)將粉碎後的互花米草與處理後的牛羊糞按乾物質重量1:1-3:1比例混合均勻得混合物；(3)將混合物接種微生物菌劑進行好氧堆肥。(4)好氧堆肥反應鼓風量控制在2-6m3空氣/m3物料/d，定期對混合物進行攪拌；所述牛羊糞為牛糞或羊糞或牛羊糞混合物。本發明不但可以同時處理兩種有機固體廢物，且經過堆肥後互花米草鹽分易於洗脫，較未堆肥互花米草少；堆料還田後鹽分不會在土壤中聚集，可改善土壤結構和土壤理化性質，顯著提高作物產量。
文檔編號C05F17/02GK102219578SQ20111009278
公開日2011年10月19日 申請日期2011年4月14日 優先權日2011年4月14日
發明者唐玉姝, 張豔楠, 李豔麗, 王磊, 王紅麗, 胡煜, 陳金海 申請人:同濟大學