一种油菜秸秆还田方法与流程

1.本发明属于农业废弃物循环再利用技术领域，特别涉及一种油菜秸秆还田方法。


背景技术：

2.我国是油菜种植大国，油菜种植面积和油菜籽产量约占世界总量的百分之二十。油菜是我国最重要的油料作物，在保证我国食用油供给安全方面起到关键作用。近年来随着我国大力发展乡村旅游和农业观光旅游，油菜成为其中重要的旅游资源之一，每年的各式各样的“油菜花节”吸引了大量的游客。现在油菜不仅作为油料作物的重要来源，还能作为旅游资源，对促进农村经济的发展起到重要的推动作用。
3.种植油菜在获得油菜籽的同时产生大量的农业废弃物
‑
油菜秸秆，由于油菜秸秆“体积大、重量轻”，以及油菜收获后抢种水稻大田作物的原因，堆置和焚烧是处理油菜秸秆的常见方式，焚烧处理油菜秸秆会对大气环境造成污染，危害人体健康，而且还浪费资源，目前已经严禁焚烧秸秆。油菜秸秆作为一种宝贵的可再生资源，如果能够合理利用不仅可以增加经济效益还能保护环境，否则不但造成资源浪费，还给生态环境造成严重危害。
4.油菜秸秆中含有大量的有机质和氮、磷、钾等营养元素，将油菜秸秆作为肥料返还土壤既可以补充土壤养分又可以增加土壤的团粒结构，使土壤疏松通透、蓄水保肥。油菜秸秆的主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，在秸秆中木质素将纤维素、半纤维素牢固地缠裹在一起，其通过酯键与纤维素、半纤维素相结合，该结构使油菜秸秆坚硬，在自然条件下分解缓慢，使得油菜秸秆无法快速地被农田土壤利用，油菜秸秆的直接还田不仅不能及时增加土壤的肥力，反而会影响油稻两熟轮作系统中水稻的耕种和生长，因此采用合理的油菜秸秆还田方式，使油菜秸秆起到积极的还田效果，增加土壤肥力，是目前油菜秸秆循环再利用需要解决的重要问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种油菜秸秆还田方法，从而克服稻杆直接还田过程中存在的油菜秸秆分解慢、无法快速地被农田土壤利用等缺陷。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种油菜秸秆还田方法，包括以下步骤：
7.(1)将油菜秸秆粉碎成小于10cm的油菜短杆；将碳酸氢铵加水配制成质量分数为8～10％的碳酸氢铵水溶液，然后在碳酸氢铵水溶液中加入表面活性剂得到混合溶液，所述表面活性剂的加入量为碳酸氢铵水溶液重量的3～6.5％；在油菜短杆表面喷洒混合溶液，喷洒量为油菜短杆质量的0.8～1倍，将油菜短杆堆积压实，覆膜密封放置5～7天，得到预处理的油菜短杆；首先利用碳酸氢铵对秸秆进行氨化处理，破环联接秸秆木质素与纤维素和半纤维素之间的酯键，打断纤维素、半纤维素与木质素等的紧密结合，使油菜结构软化膨胀，提高渗透性，使各种酶更容易与之接触，有利于后续微生物的有效降解；
8.(2)在步骤(1)的预处理油菜短杆中添加发酵菌剂进行混合得到短杆混合料，将短杆混合料进行堆肥发酵处理；
9.(3)堆肥发酵处理5～7天后，将堆积的油菜短杆混合料进行翻堆处理，翻堆处理时加入高岭土混匀，高岭土添加量为油菜短杆重量的5～8％，堆垛压实继续发酵；发酵10～15天进行翻堆，然后继续发酵15～20天，得到腐熟油菜秸秆有机肥；秸秆在发酵腐熟的过程中会生成腐殖质，腐殖质胶结高岭土，形成高岭土
‑
腐殖质复合体，能够吸附钾离子、镁离子等元素，具有保肥作用；
10.(4)将腐熟油菜秸秆有机肥撒在田地表面，然后旋耕入土壤中，完成油菜秸秆还田。
11.优选的，上述油菜秸秆还田方法中，所述表面活性剂为槐糖脂和木质素磺酸钠复配的混合物。
12.优选的，上述油菜秸秆还田方法中，所述表面活性剂中槐糖脂和木质素磺酸钠的质量比为1～2:3～5。槐糖脂和木质素磺酸钠复配添加到碳酸氢铵水溶液中能够降低碳酸氢铵水溶液的表面张力，促进碳酸氢铵溶液在短杆上润湿和渗入短杆内部，增强氨化处理效果。
13.优选的，上述油菜秸秆还田方法中，所述发酵合菌剂按重量份计由以下组成：枯草芽孢菌2～5份、绿色木霉5～8份、黑曲霉2～5份、黄孢原毛平革菌4～7份、简青霉3～6份。油菜秸秆主要含有纤维素、半纤维素、木质素、粗蛋白、粗脂肪等，纤维素的酶水解是由外切葡聚糖酶、内切葡聚糖酶和β
‑
葡萄糖苷酶共同作用的结果，β
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葡萄糖苷酶系统作用的结果，木质素的酶水解是木质素过氧化物酶、漆酶和木聚糖酶共同作用的结果，为了充分降解油菜秸秆，选择上述五种菌进行合理复配：绿色木霉具有较高的产生内切葡聚糖酶和外切葡聚糖酶的能力，但其β
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葡萄糖苷酶的产生能力较低，孢原毛平革菌能够产生β
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葡萄糖苷酶、木质素过氧化物酶、木聚糖酶，简青霉能够产生半纤维素酶、木质素过氧化物酶和漆酶，黑曲霉能同时产生纤维素酶、木质素酶和半纤维素酶，这四种这四者结合通过菌丝作用进入到油菜秸秆中，同时菌丝分泌出多种的胞外酶攻击秸秆细胞壁木质纤维素，促使纤维素、半纤维素和木质素的高效降解，释放粗蛋白和淀粉等，枯草芽孢杆菌和黑曲霉能够分泌蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等，降解粗蛋白、粗脂肪和淀粉。此外枯草芽孢杆菌能够能够抑制致病菌的生长繁殖，绿色木霉还具有植物病理生物防治作用，黑曲霉能够产生有机酸，如柠檬酸、葡糖酸等，具有一定的抗菌抗病毒功效。上述五种菌之间的协同作用高效地降解油菜秸秆，同时还能有效改良土壤的理化性质，促进作物生长发育。
14.优选的，上述油菜秸秆还田方法中，所述发酵菌剂的制备包括以下过程：将枯草芽孢菌、绿色木霉、黑曲霉、黄孢原毛平革菌、简青霉分别按照各菌种生长特性，进行放大培养，当菌种浓度分别达到4～8
×
109个/克，按照重量份混合即制得混合发酵菌剂。
15.优选的，上述油菜秸秆还田方法中，所述发酵菌剂的添加量为预处理油菜短杆重量的2～5％。
16.优选的，上述油菜秸秆还田方法中，所述步骤(2)中，控制混合料的水分含量为60～70％。
17.优选的，上述油菜秸秆还田方法中，所述步骤(4)中，旋耕入土壤中深度为20～30cm。
18.与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
19.1.本发明的油菜秸秆还田方法，能够加速油菜秸秆腐解，解决了秸秆腐解慢、影响
耕作和播种等问题，实现了油菜秸秆快腐还田目的。油菜秸秆腐熟变成有机肥施用在田间，能够提高田地土壤肥力，可作为农作物种植肥源，减少化肥的施用量，提高作物产量和品质；同时将油菜秸秆循环利用，减少农业资源浪费，有利于农业的可持续发展。
20.2.本发明的油菜秸秆还田方法中，首先通过氨化处理破环联接秸秆木质素与纤维素和半纤维素之间的酯键，打断纤维素、半纤维素与木质素等的紧密结合，使秸秆软化膨胀，提高渗透性，使各种酶更容易与之接触；然后通过五种菌类合理搭配复配互补协同，促进秸秆分解，达到油菜秸杆快速降解腐熟的目的。
21.3.本发明的油菜秸秆还田方法，不仅具有提高土壤肥力的作用，还具有保肥作用。在秸秆腐熟过程中添加高岭土，能够与秸秆秸秆腐熟过程中生成腐殖质进行结合，形成高岭土
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腐殖质复合体，高岭土
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腐殖质复合体能够吸附钾离子、镁离子等元素，减少土壤养分流失，起到保肥效果。
具体实施方式
22.下面结合对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
23.实施例1
24.(1)将油菜秸秆粉碎成小于10cm的短杆；将碳酸氢铵加水配制成质量分数为8.5％的碳酸氢铵水溶液，然后在碳酸氢铵水溶液中加入碳酸氢铵水溶液重量的6％表面活性剂得到混合溶液，表面活性剂为槐糖脂和木质素磺酸钠质量比1.5:4复配得到；在油菜短杆表面喷洒混合溶液，喷洒量为油菜短杆质量的1倍，将油菜短杆堆积压实，覆膜密封放置5天，得到预处理油菜短杆；
25.(2)在步骤(1)的预处理油菜短杆中添加预处理油菜短杆重量的4％发酵菌剂进行混合得到短杆混合料，控制混合料的水分含量为65％，将短杆混合料堆肥发酵处理；发酵合菌剂按重量份计由枯草芽孢菌3份、绿色木霉7份、黑曲霉3份、黄孢原毛平革菌6份、简青霉4份组成；发酵菌剂的制备过程为：将枯草芽孢菌、绿色木霉、黑曲霉、黄孢原毛平革菌、简青霉分别按照各菌种生长特性，进行放大培养，当菌种浓度分别达到5
×
109个/克，按照比例混合即制得发酵菌剂；
26.(3)当堆肥发酵处理7天后，将堆积的油菜短杆混合料进行翻堆处理，翻堆处理时加入油菜短杆混合料重量的7％高岭土混匀，堆垛压实继续发酵；发酵10天进行翻堆，然后继续发酵15天，得到腐熟油菜秸秆有机肥；
27.(4)将腐熟油菜秸秆有机肥撒在田地表面，然后旋耕入土壤中，旋耕入土壤中深度为25～30cm，完成油菜秸秆还田。
28.实施例2
29.(1)将油菜秸秆粉碎成小于10cm的短杆；将碳酸氢铵加水配制成质量分数为10％的碳酸氢铵水溶液，然后在碳酸氢铵水溶液中加入碳酸氢铵水溶液重量的4％表面活性剂得到混合溶液，表面活性剂为槐糖脂和木质素磺酸钠质量比2:5复配得到；在油菜短杆表面喷洒混合溶液，喷洒量为油菜短杆质量的0.8倍，将油菜短杆堆积压实，覆膜密封放置5天，得到预处理的油菜短杆；
30.(2)在步骤(1)的预处理油菜短杆中添加预处理油菜短杆重量的2％发酵菌剂进行
混合得到短杆混合料，控制混合料的水分含量为65％，将短杆混合料堆肥发酵处理；发酵合菌剂按重量份计由枯草芽孢菌4份、绿色木霉5份、黑曲霉3份、黄孢原毛平革菌5份、简青霉4份组成；发酵菌剂的制备过程为：将枯草芽孢菌、绿色木霉、黑曲霉、黄孢原毛平革菌、简青霉分别按照各菌种生长特性，进行放大培养，当菌种浓度分别达到8
×
109个/克，按照比例混合即制得发酵菌剂；
31.(3)当堆肥发酵处理5天后，将堆积的油菜短杆混合料进行翻堆处理，翻堆处理时加入油菜短杆混合料重量的5％高岭土混匀，堆垛压实继续发酵；发酵10天进行翻堆，然后继续发酵15天，得到腐熟油菜秸秆有机肥；
32.(4)将腐熟油菜秸秆有机肥撒在田地表面，然后旋耕入土壤中，旋耕入土壤中深度为25～30cm，完成油菜秸秆还田。
33.实施例3
34.(1)将油菜秸秆粉碎成小于10cm的短杆；将碳酸氢铵加水配制成质量分数为9％的碳酸氢铵水溶液，然后在碳酸氢铵水溶液中加入碳酸氢铵水溶液重量的3.5％表面活性剂得到混合溶液，表面活性剂为槐糖脂和木质素磺酸钠质量比1:3复配得到；在油菜短杆表面喷洒混合溶液，喷洒量为油菜短杆质量的0.9倍，将油菜短杆堆积压实，覆膜密封放置7天，得到预处理的油菜短杆；
35.(2)在步骤(1)的预处理油菜短杆中添加预处理油菜短杆重量的3.5％发酵菌剂进行混合得到短杆混合料，控制混合料的水分含量为65％，将短杆混合料堆肥发酵处理；发酵合菌剂按重量份计由枯草芽孢菌2份、绿色木霉6份、黑曲霉4份、黄孢原毛平革菌7份、简青霉3份组成；发酵菌剂的制备过程为：将枯草芽孢菌、绿色木霉、黑曲霉、黄孢原毛平革菌、简青霉分别按照各菌种生长特性，进行放大培养，当菌种浓度分别达到7
×
109个/克，按照比例混合即制得发酵菌剂；
36.(3)当堆肥发酵处理7天后，将堆积的油菜短杆混合料进行翻堆处理，翻堆处理时加入油菜短杆混合料重量的6％高岭土混匀，堆垛压实继续发酵；发酵15天进行翻堆，然后继续发酵15天，得到腐熟油菜秸秆有机肥；
37.(4)将腐熟油菜秸秆有机肥撒在田地表面，然后旋耕入土壤中，旋耕入土壤中深度为25～30cm，完成油菜秸秆还田。
38.对比例1
39.本对比例的油菜秸秆还田方法与实施例1不同之处在于：步骤(1)将油菜秸秆粉碎成小于10cm的短杆在油菜短杆表面喷洒水分，喷洒量为油菜短杆质量的1倍，将油菜短杆堆积压实，覆膜密封放置5天，得到预处理的油菜短杆。其他步骤和实施例1相同。
40.对比例2
41.本对比例的油菜秸秆还田方法与实施例1不同之处在于：步骤(1)将油菜秸秆粉碎成小于10cm的短杆；将碳酸氢铵加水配制成质量分数为8.5％的碳酸氢铵水溶液，在油菜短杆表面喷洒碳酸氢铵水溶液，喷洒量为油菜短杆质量的1倍，将油菜短杆堆积压实，覆膜密封放置5天，得到预处理的油菜短杆。其他步骤和实施例1相同。
42.对比例3
43.本对比例的油菜秸秆还田方法与实施例1不同之处在于：步骤(3)不加入高岭土，在步骤(4)将高岭土与腐熟油菜秸秆有机肥混合撒在田地表面，然后旋耕入土壤中。其他步
骤和实施例1相同。
44.对比例4
45.本对比例的油菜秸秆还田方法与实施例1不同之处在于：步骤(3)发酵合菌剂按重量份计由枯草芽孢菌3份、绿色木霉20份组成。其他步骤和实施例1相同。
46.对比例5
47.本对比例的油菜秸秆还田方法与实施例1不同之处在于：步骤(2)发酵合菌剂按重量份计由枯草芽孢菌3份、黑曲霉20份组成。其他步骤和实施例1相同。
48.对比例6
49.本对比例的油菜秸秆还田方法与实施例1不同之处在于：步骤(2)发酵合菌剂按重量份计由枯草芽孢菌3份、黄孢原毛平革菌20份组成。其他步骤和实施例1相同。
50.对比例7
51.本对比例的油菜秸秆还田方法与实施例1不同之处在于：步骤(2)发酵合菌剂按重量份计由枯草芽孢菌3份、简青霉20份组成。其他步骤和实施例1相同。
52.对比例8
53.本对比例的油菜秸秆还田方法与实施例1不同之处在于：步骤(3)发酵合菌剂按重量份计由枯草芽孢菌3份、绿色木霉14份、黑曲霉6份组成。其他步骤和实施例1相同。
54.对比例9
55.本对比例的油菜秸秆还田方法与实施例1不同之处在于：步骤(3)发酵合菌剂按重量份计由枯草芽孢菌3份、黑曲霉6.7份、黄孢原毛平革菌13.3份组成。其他步骤和实施例1相同。
56.测试实施例1～3和对比例1～9中腐熟油菜秸秆纤维素、半纤维素和木质素降解率，其中纤维素含量测定采用硫酸亚铁铵滴定法，纤维素含量测定采用硫酸亚铁铵滴定法，半纤维素测定采用硫代硫酸钠滴定法，以干物质为基础，纤维素降解率的计算公式如下：
57.纤维素降解率％＝发酵前秸秆中纤维素含量
‑
腐熟秸秆中纤维素含量*100/发酵前秸秆中纤维素含量；
58.半纤维素和木质素的降解率计算公式与纤维素降解率的计算公式类似，降解率结果如表1所示。
59.表1秸秆中纤维素、半纤维素和木质素降解率
[0060][0061]
从表1中可以看出本发明采用采用多种菌类进行互补和协同，能够在短时间内使油菜秸秆得到充分降解。
[0062]
试验例
[0063]
试验地点为在广西桂林市农业科学研究中心油菜种植试验基地，将2019年4月收获油菜籽后的秸秆作为原料，每亩收获后的油菜秸秆为300kg。在田间进行油菜秸秆还田和水稻种植试验，共分为ck、a1、a2、a3、a4、a5共6个处理组，每个处理组种植面积为50m2，6个处理组的田间土壤相同，试验地四周设置保护行。ck组为对照组，不进行油菜秸秆还田，按照常规方法施用化肥，氮肥用量为n 150kg/hm2，磷肥用量为p2o575 kg/hm2，钾肥用量为k2o 165kg/hm2，磷肥作一次性基肥施入，氮肥和钾肥按照50％基肥 30％分蘖肥 20％穗肥施用；a1、a2、a3按照实施例1～3进行油菜秸秆全量还田，并且配施化肥；a4组按照对比例3进行油菜秸秆全量还田，并且配施化肥；a5组将油菜秸秆粉碎成小于10cm的短杆直接全量还田，并且配施化肥。a1～a5处理组，化肥用量减少，其中氮肥、磷肥和钾肥用量减少10％。于2019年5月底进行水稻移栽种植，水稻品种为中浙优8号，每个处理组种植密度相同，移栽行距20cm、株距15cm，。水稻种植后，6个处理组的管理措施相同，按照一般高产栽培田进行管理。统计各组水稻的每穗粒数、结实率、千粒重和产量。
[0064]
各处理组水稻的农艺性状和产量见表2，由表2可以知，采用本发明的方法进行油菜秸秆还田后种植水稻，水稻的产量提高10％以上，单株有效穗数、千粒重、结实率都得到了提升。说明本发明的油菜秸秆还田方法，能够减少化肥施用，促进作物生长和提高作物产量和品质。
[0065]
试验前(未施肥和秸秆没有进行秸秆还田)和水稻收获后，采用多点采样法采集0～30cm耕层土壤，风干磨细，测定有机质、全氮有效磷、速效钾，各项目均按照实验室常规方法测定。测试结果见表3。从表3可以知，相比全施化肥，采用本发明的油菜秸秆还田，可促进土壤有机质氮磷钾等含量的增加，其中有机质含量提高了12.9％～25.7％，全氮含量提高5.6％～10.8％，土壤有效磷提高17.9％～20.4％，速效钾24.0％～27.5％，说明本发明的油菜秸秆还田方法具有提高土壤肥力，减少土壤养分流失，还具有保肥作用。
[0066]
表2各处理组水稻的农艺性状和产量
[0067][0068]
表3各处理组前后的土壤养分含量
[0069][0070]
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。