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煮沸后的秸稈經土壤生物腐解為有機肥料的方法.pdf

關 鍵 詞:
煮沸 秸稈 土壤 生物 有機肥料 方法
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摘要
申請專利號:

CN201310647365.9

申請日:

2013.12.06

公開號:

CN103664258A

公開日:

2014.03.26

當前法律狀態:

撤回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的視為撤回IPC(主分類):C05F 17/00申請公布日:20140326|||實質審查的生效IPC(主分類):C05F 17/00申請日:20131206|||公開
IPC分類號: C05F17/00; C05F11/08 主分類號: C05F17/00
申請人: 吳文國; 吳文業; 吳謙
發明人: 吳文國; 吳文業; 吳謙
地址: 116000 遼寧省大連市西崗區黃河路219號
優先權:
專利代理機構: 大連非凡專利事務所 21220 代理人: 曲寶威
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201310647365.9

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2015.08.26|||2014.04.23|||2014.03.26

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的視為撤回|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種煮沸后的秸稈經土壤生物腐解為有機肥料的方法,步驟如下:粉碎,將生物質材料粉碎,粉碎粒度為0.1~5cm;熟化,利用天然水將上步粉碎的生物質材料煮沸,煮沸時間為1~5分鐘;深埋,將熟化后的生物質材料埋于土壤中,埋入深度至少為10厘米。所述的生物質材料為秸稈、樹木枝葉、鋸末、草類;所述的天然水是經過調制PH值后的天然水。本方法操作步驟簡便,好控制,易掌握。有效的利用了土壤生物與生態菌群,大大減少了土壤中的病原菌,減少作物的病蟲害,提高出芽率,有利于土壤的保墑,長期應用可明顯改善土壤環境,漸漸趨于肥沃。

權利要求書

權利要求書
1.  一種煮沸后的秸稈經土壤生物腐解為有機肥料的方法,其特征在于:步驟如下:
粉碎,將生物質材料粉碎,粉碎粒度為0.1~5cm;
熟化,利用天然水將上步粉碎的生物質材料煮沸,煮沸時間為1~5分鐘;
深埋,將熟化后的生物質材料埋于土壤中,埋入深度至少為10厘米。

2.  根據權利要求1所述的煮沸后的秸稈經土壤生物腐解為有機肥料的方法,其特征在于:所述的生物質材料為秸稈、樹木枝葉、鋸末、草類;所述的粉碎可分為兩次進行;所述的天然水是經過調制PH值后的天然水。

說明書

說明書煮沸后的秸稈經土壤生物腐解為有機肥料的方法
技術領域
本發明涉及一種煮沸后的秸稈經土壤生物腐解為有機肥料的方法。 
背景技術
利用秸稈等生物質材料轉換成肥料的主要方式是秸稈直接還田,秸稈直接還田有兩種操作方法,一種是使用離子束誘導遺傳改變,使秸稈易粉碎;或用粉碎機直接將秸稈粉碎還田。“由于玉米秸稈是小麥赤霉病病原的寄主,長期大量的玉米秸稈還田及存留農田表層,為小麥赤霉病發生提供了良好的病原菌基”,“長期的秸稈還田和土壤不深翻,是雜草和病蟲害嚴重發生的基礎”。秸稈直接還田還同時帶來土壤保墑、出芽率等諸多問題。2013年9月20日《科技日報》發表文章——《緊急剎住秸稈還田風》,文章指出:近年來,逐步推廣秸稈還田,但帶來的嚴重病蟲害問題,讓人們始料不及,增加了農藥的使用量。由此而來的食品安全和農藥殘留問題愈發突出。 
發明內容
本發明的目的是提供一種操作簡便、有效利用土壤生物與生態菌群、減少土壤中病原菌、克服秸稈直接還田所產生的土壤保墑、出芽率等問題的煮沸后的秸稈經土壤生物腐解為有機肥料的方法。 
本發明的煮沸后的秸稈經土壤生物腐解為有機肥料的方法,步驟如下: 
粉碎,將生物質材料粉碎,粉碎粒度為0.1~5cm;
熟化,利用天然水將上步粉碎的生物質材料煮沸,煮沸時間為1~5分鐘;
深埋,將熟化后的生物質材料埋于土壤中,埋入深度至少為10厘米。
所述的生物質材料為秸稈、樹木枝葉、鋸末、草類;所述的粉碎可分為兩次進行;所述的天然水是經過調制PH值后的天然水。 
本發明的煮沸后的秸稈經土壤生物腐解為有機肥料的方法,操作步驟簡便,好控制,易掌握。有效的利用了土壤生物與生態菌群,大大減少了土壤中的病原菌,減少作物的病蟲害,提高出芽率,有利于土壤的保墑,長期應用可明顯改善土壤環境,漸漸趨于肥沃。 
附圖說明
圖1是秸稈肥早期小樣實驗觀察小麥秸對照組的植物根須圖; 
圖2是秸稈肥早期小樣實驗觀察小麥肥區的蚯蚓圖;
圖3是秸稈肥土埋深度實驗組圖;
圖4是秸稈肥土埋深度對照組圖;
圖5是五組秸稈肥區韭菜根須生長情況觀察大豆秸韭菜根須實驗組圖;
圖6是五組秸稈肥區韭菜根須生長情況觀察大豆秸韭菜根須對照組圖;
圖7是五組秸稈肥區韭菜根須生長情況觀察水稻秸韭菜根須實驗組圖;
圖8是五組秸稈肥區韭菜根須生長情況觀察水稻秸韭菜根須對照組圖;
圖9是五組秸稈肥區韭菜根須生長情況觀察小麥秸韭菜根須實驗組圖;
圖10是五組秸稈肥區韭菜根須生長情況觀察小麥秸韭菜根須對照組圖;
圖11是五組秸稈肥區韭菜根須生長情況觀察谷秸韭菜根須實驗組圖;
圖12是五組秸稈肥區韭菜根須生長情況觀察谷秸韭菜根須對照組圖;
圖13是五組秸稈肥區蚯蚓生長情況觀察玉米秸實驗組(8條)蚯蚓圖;
圖14是五組秸稈肥區蚯蚓生長情況觀察玉米秸對照組(3條)蚯蚓圖;
圖15是五組秸稈肥區蚯蚓生長情況觀察大豆秸實驗組(2條)蚯蚓圖;
圖16是五組秸稈肥區蚯蚓生長情況觀察大豆秸對照組(1條)蚯蚓圖;
圖17是五組秸稈肥區蚯蚓生長情況觀察水稻秸實驗組(9條)蚯蚓圖;
圖18是五組秸稈肥區蚯蚓生長情況觀察水稻秸對照組(2條)蚯蚓圖;
圖19是五組秸稈肥區蚯蚓生長情況觀察小麥秸實驗組(2條)蚯蚓圖(對照組無蚯蚓);
圖20是五組秸稈肥區蚯蚓生長情況觀察谷秸對照組(11條)蚯蚓圖(對照組無蚯蚓)。
具體實施方式
本發明的煮沸后的秸稈經土壤生物腐解為有機肥料的方法,步驟如下: 
粉碎,利用粉碎機將生物質材料進行粉碎,粉碎作業時可采取兩步粉碎的方式,最終使其粉碎粒度在0.1~5cm之間;生物質材料為水稻秸、小麥秸、玉米秸、玉米蕊、大豆秸、向日葵秸、谷秸、油菜秸、蕎麥秸、棉花秸、煙草秸、林區的樹木枝葉及鋸末、城市中的雜草、樹木枝葉等。
熟化,利用天然水將上步粉碎的生物質材料煮沸,煮沸時間為1~5分鐘。根據土壤的酸堿性,在煮沸前對天然水進行PH值調制,以利于土壤生態菌群的代謝和種植物的生長。對于一些土壤偏酸、偏堿較重的種植地區,首先要對天然水進行酸、堿PH值調制,例如,對于土壤酸性偏重的種植地區,參照種植物對PH的需求,在天然水中適量添加堿性化學物,如:NaoH或NaCo3或NaHCo3等,將天然水PH值調至偏中性或偏弱堿性(也可根據種植物的生長需求在天然水中添加部分微肥等其它營養物);對于土壤堿性偏重的種植地區,參照種植物對PH的需求,在天然水中適量添加酸性化學物,如:HcI等,將天然水PH值調至偏中性或偏弱酸性(也可根據種植物的生長需求在天然水中添加部分微肥等其它營養物),以利于土壤生態菌群的代謝和種植物的生長。由于土壤生態菌群在生物肥力中占據主導地位,它的正常代謝將有助于加速秸稈的腐解,并最終為改善耕地土壤結構作出貢獻。 
深埋,將熟化后的生物質材料(含水約50%—80%)埋于土壤中,埋入深度至少為10厘米,可在當地常耕深度的基礎上,再加深5—10cm為宜。最終依靠當地耕地土壤生物群(如蚯蚓、生態菌群等)對熟化的秸稈進行腐解。將熟化的秸稈深埋于生土層還有利于腐解后農作物根系的吸收,有利于增厚原耕地營養層,也避免了傳統的秸稈還田和土壤不深翻造成的雜草和病蟲害。 
為了提高工作效率,熟化過程可利用螺旋式煮沸攪拌推進機進行,該設備的主要部件如下:①具有容積不小于500公升的容水器,該容水器可將內盛物料加熱至沸點;②螺旋式煮沸攪拌推進機,在物料被推入容器后,可邊加熱、邊煮沸、邊攪拌、邊推進、邊渣汁分離,渣料成塊,其塊料松緊度可根據塊料要求的含水量調節。 
對于上述設備還有其它相關要求:①收割作物時地面不留茬;②能將作物根部挖出并參與秸稈研磨最為理想;③不影響作物收割時的脫粒工作;④粉碎機可進行兩次粉碎并能耐受部分土、砂石的磨損;⑤能單、雙垅深耕并在秸稈還田后復蓋;⑥成套設備可根據需要進行分解;⑦在耕地面積廣大地帶,可在耕地兩端或中段配備機動的沸水供應設備。 
(一)具體實例 1:秸稈肥早期小樣實驗觀察
谷秸實驗組:沸水中煮3分鐘,含水量79%,于2012年6月9日埋入20cm土中,同年9月10日取樣。手捻秸稈易碎,見到秸稈肥中有植物根須和蚯蚓(如圖1、2)。
(二)具體實例2:五種秸稈的腐解實驗觀察
選玉米秸、大豆秸、水稻秸、小麥秸、谷秸兩次粉碎至0.1——5cm,分為實驗組與對照組,實驗組秸稈均煮沸5分鐘,含水量為70%左右入土,而對照組以干秸稈入土。深埋至耕地生土層35—40cm,各實驗與對照組前后間距20cm,兩旁間距60cm,于2013年4月10日埋入土中,同年9月12日取樣觀察與檢測。
注:由于實驗土壤酸堿適度,所以煮沸液未調PH。 
先看秸稈土埋深度35—40cm,如圖3、4。 
五組秸稈肥料實驗觀察內容依次為秸稈肥區的植物根須、蚯蚓生長、微生物培養、游離尿素與磷、鉀等。 
1、五組秸稈植物根系對照 
第一組玉米秸稈由于實驗組韭菜根系在取樣時被鏟斷,故該組無法進行對比觀察。從第二組大豆秸稈開始,到第五組谷秸稈韭菜根系圖,如圖5、6、7、8、9、10、11、12。
2、五組秸稈肥區蚯蚓生長情況觀察 
在秸稈肥料取樣過程中各組找到的蚯蚓數量統計如下表:

如圖13、14、15、16、17、18、19、20。
3、五種秸稈肥料中的微生物培養 
方法:取秸稈肥料1克,加生理鹽水至9ml,振蕩,稀釋至10-5,36℃,24h培養,計算菌落形成單位。
試劑:美國3M公司,Petrifilm測試片。 
五種秸稈肥中的微生物培養
。 
4、五組秸稈肥部分游離無機物的檢測結果
對于秸稈中游離無機物的檢測,主要取了三個檢測指標,一是尿素氮(注:實驗田中未使用化肥),二是鉀,三是磷,檢測結果如下表
五種秸稈肥部分游離無機物檢測結果

*“%±”系指實驗組與對照組比較;實驗組高為“+”號,低為“-”號。
分析與討論 
1、關于韭菜根須的實驗觀察
本實驗第一組玉米秸稈,由于取樣時破壞了韭菜根須,因此無法對照,但從照片中可以看出,大豆秸實驗組與對照組之間無法看出差別,但水稻組與小麥實驗組的根須較對照組能略長一些,而谷秸實驗組與對照組比較,可以明顯看出根須更發達一些。總之,從秸稈肥對韭菜根須的影響來看,實驗組與對照組之間是有一定差異的,也就是說,煮沸后的“熟化”秸稈在土壤中掩埋6個月期間,其中的營養成分更容易被作物的根須所利用,雖然表面上看差別并不大,但其內涵卻極為深刻。
 2、關于蚯蚓的實驗觀察 
五個秸稈肥實驗組皆找到蚯蚓,總計有32條,而且以小蚯蚓為主,尤其是玉米秸和谷秸肥中全部為小蚯蚓,小到若不注意都很難看到,顯然已經成為蚯蚓的“育兒巢”。而對照組蚯蚓總數僅為6條,其中兩組甚至未找到蚯蚓。有學者在2013年10月24日中國科學報上發表文章稱:“蚯蚓作為<生態系統的工程師>可通過對‘碳穩定’和‘碳礦化’的不對等促進而有利于碳的凈固存”。熟化秸稈對蚯蚓在耕地土壤中的增殖與其生態功能上的發揮,將起到良好的作用。據資料介紹,蚯蚓是土壤中無脊椎動物的主要部分,是最重要的土壤動物。一般農田土壤每公頃蚯蚓的數量可達30萬條,肥沃的菜園土壤中數量更多。每年通過蚯蚓體內的土壤每公頃約有37500kg干重。這些土壤不但其中的有機質可作為它們的食料,而且礦物質成分也受到蚯蚓體內的機械研磨和各種消化酶類的生物化學作用而發生變化。因此蚯蚓糞中含有的有機質、全氮、硝態氮、代換性鈣和鎂、有效態磷和鉀、鹽基飽和度以及陽離子代換量都明顯高于土壤。因此土壤中蚯蚓的數量往往可以作為評定土壤肥力的因素之一。大量的蚯蚓是規定肥沃土壤的標志。
3、關于秸稈肥中微生物的觀察
從微生物培養來看,五個秸稈肥實驗組每克以10-5稀釋,總計培養菌落形成單位為392個,平均每組(克)秸稈肥中有微生物784萬個,對照組菌落總數為315個,平均每組(克)秸稈肥中有微生物630萬個,實驗組比對照組高出24%,這個有差別的結果明確的告訴我們,“熟化秸稈”有利于土壤生態菌群的繁衍,同時還告訴我們,對照組雖為干秸入土,但由于深埋在35—40cm的深土層,有利于保持土壤水分和溫度,因而有利于實驗組與對照組秸稈肥中微生態菌群的繁衍。而土壤有機質是土壤微生物生命活動所需養分和能量的主要來源,微生物在土壤生物肥力中占主導地位,其種群多樣性及其分解物質的能力是實現土壤物質循環和養分轉化的基礎,在恢復與維持土壤肥力中發揮著重要作用。這既是可持續生態農業發展的戰略要求,也是無公害綠色食品生產的現實需要。
4、關于秸稈中部分游離無機物的觀察
從上述秸稈游離物檢測表中可以看出,除了3組水稻秸中的尿素氮與磷,4組谷秸中的尿素氮、鉀、磷以及5組谷秸中鉀的檢測結果,對照組的數值均高于實驗組之外,其余實驗組的檢測結果均高于對照組。對五組秸稈肥游離無機物的綜合平均統計結果是:尿素氮實驗組平均每組0.2mg(kg秸稈),而對照組平均每組為0.1786mg,實驗組較對照組高出11.98%;鉀的含量,五個實驗組平均每組為0.3198mg,而對照組則為0.2886mg,實驗組比對照組高出10.81%;磷的含量,五個實驗組平均每組為0.2844mg,而對照組則為0.2196mg,實驗組比對照組高出29.5%。從投入的有機物到轉換為無機物,在隨時被植物根系吸收利用和微生物利用的前提下,實驗組的數據依然高于對照組,說明“熟化”有利于秸稈的腐解。
、秸稈肥中含水量的觀察 
實驗組秸稈埋入土壤時,含水量約為68—70%,6個月出土后,含水量平均為43.5%;對照組秸稈埋入土中時為干秸稈,出土后平均每組秸稈含水量為36.6%,實驗組秸稈含水量比對照組高18.8%。
微生物分解有機質需要一定的水分和溫度,土壤水、熱狀況直接影響生物學過程的強弱。一般規律是溫度在30℃,土壤水分含量接近于最大持水量60%—80%,有機質分解強度大。溫度和含水量低于或高于最適點時,都會減弱有機質的分解程度,它同時又是植物吸水的主要來源。 
為了使對實驗結果有一個全面理解,現將上述內容綜合列表如下:
五組秸稈肥對照觀察內容一覽表 
。 
綜上所述,煮沸后的秸稈實驗組有利于“高度肥沃土壤標志”的蚯蚓繁衍生長。有利于“在土壤生物肥力中占據主導地位”的土壤微生物的生長繁衍,雖然面臨著植物根系對營養的爭奪,但是實驗組的微生物還是高于對照組24%。科學家們都知道,秸稈——是一種難以分解的有機物,但是在土壤生物群的作用下,還是有一部分在6個月的時間內分解為無機物,在邊分解邊被植物根系和微生物利用的前提下,實驗組的數值還是比對照組高出了17.43%。
上述實驗說明,將秸稈兩次粉碎、經煮沸、帶水深埋生土層中,有利于土壤生物種群——特別是蚯蚓和微生物群的生長繁衍,從而加速對秸稈的腐解,使其轉化為土壤有機肥。 
需要說明的是,由于實驗地區土壤酸堿度適中,所以煮沸水中未調PH值。由于土壤PH涉及微生態菌的生長,涉及土壤物質轉化,對于土壤酸堿失衡地區尤當注意。 

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