一种高有机碳土壤固持率的有机肥制备方法

1.本发明属于肥料领域，具体涉及一种高有机碳土壤固持率的有机肥制备方法。


背景技术：

2.土壤有机碳是表征土壤肥力的重要指标，有机碳在土壤中被保护和固存对提升农田土壤肥力、维持作物生产力尤为重要。影响农田土壤有机碳固定的因素主要有自然因素和人为因子。在自然因素中，土壤质地不同，土壤的含水量、透气性等水气热状况有差异，因此会影响土壤中好氧菌的活动和分解能力，进而影响土壤有机碳矿化。同时土壤质地会通过影响粘粒与土壤有机质的结合等方式，对有机质提供保护作用。不同质地土壤，其有机质损失速率和更新周期的差别很大，砂质土壤中作物残体的降解速率明显快于粘质土壤，相同数量有机物料添加的情况下，粘质土壤中有机碳的含量显著高于砂质土壤。这是因为土壤有机质吸附在粘土颗粒表面以有机－矿物复合体形式存在于土壤中,吸附作用可抑制它与可降解的土壤微生物及土壤酶接触，从而对土壤碳固起保护作用。另有研究认为土壤质地通过影响土壤团聚化作用，间接影响微生物的活性，最终影响土壤对碳素的固定。
3.在人为因子中，施肥是提高提高土壤有机碳的重要手段，且容易调控。张雅蓉等研究报道，黄壤累积碳投入量分界拐点为54.29 t/hm2，当小于此值时，土壤固碳效率为26.62%；当累积碳投入量大于此值时，固碳效率仅1.72%，相差31.56倍。不同有机物由于具有不同的蛋白质、纤维素和半纤维素、木质素等结构的组成比例，归还到土壤中有机物在土壤中的分解速率、分解产物及其转化途径会有明显差异，进而导致施用不同材料源有机肥的土壤具有不同的有机质状况。我们的近期研究结果表明，牛粪、鸡分、猪粪、菌渣、沼渣和城市污泥还田，在等碳量投入情况下，它们的有机碳土壤固持率在36.42%～71.61%之间。有机肥和有机物料中不能被土壤固存的那部分有机碳容易以矿化形式分解产生co2，不仅产生大量温室气体排放，而对土壤理化性状改善不显著。因此，提高有机肥有机碳土壤固持率不仅有利于提高土壤有机碳含量提升土壤肥力，也有利于降低温室气体排放。


技术实现要素：

4.基于上述现有技术，本发明提供一种高有机碳土壤固持率的有机肥制备方法。
5.本发明实现上述目的所采用的技术方案如下：一种高有机碳土壤固持率的有机肥制备方法，包括：（1）生物质原料发酵，直至发酵物的温度降至30℃以下，然后将发酵物粉碎；（2）按凹凸棒石的质量占比为30%~50%，将粉碎的发酵物与凹凸棒石混合，调整水分至28%~38%，用酸调整ph值至2~3，自然发酵，直至总有机碳中重组有机碳的含量≥70%，重组有机碳为密度≥1.85g/cm3的有机碳，即得到所述的有机肥。
6.进一步地，步骤（1）的发酵过程如下：（1.1）调整生物质原料的含水量至50%~55%，然后加入发酵菌剂，充分混合后密封发酵；
（1.2）在发酵过程中，定期补氧、测温，根据温度调整翻堆的频次，直至发酵物的温度降至30℃以下。
7.更进一步地，步骤（1.2）在发酵过程中，每隔24小时进行一次补氧，当温度超过55℃则要进行翻堆并补充水分，到后期，当温度低于55℃翻堆补水的间隔调整为10天。
8.进一步地，所述生物质原料为牛粪、羊粪、猪粪、鸡粪、城市污泥、秸秆和锯末中的至少一种。
9.更进一步地，所述生物质原料由主料和辅料组成，主料选自牛粪、羊粪、猪粪、鸡粪和城市污泥，辅料选自秸秆和锯末，主料和辅料的干重比为70%:30%~80%:20%。
10.进一步地，步骤（2）在自然发酵过程中，每隔6~8天翻堆一次，并补水，用酸调整ph值为2~3。
11.更进一步，所述酸为硝酸。
12.进一步地，发酵物的粒径≤60目，凹凸棒石的粒径≤400目。
13.一种依上述任一方法制备得到的有机肥。
14.上述有机肥的使用方法：在作物播种前地表均匀撒施有机肥，沙土施用量400kg~500kg/亩，壤土施用量250kg~500kg/亩，黏土施用量200kg~300kg/亩，然后深翻20cm-30cm。
15.与现有有机肥一般由生物质原料一次发酵得到相比，本发明的改进点主要在于在生物质原料经过一次发酵处理后，进一步在凹凸棒石的辅助下进行自然发酵，调控自然发酵的ph值以溶解释放凹凸棒自身mg
2
和ca
2
（这是本发明的关键），产生交联离子，促进有机无机复合体和重组有机碳的形成，形成稳定态土壤有机碳。
具体实施方式
16.以下结合实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
17.如无特别说明，本发明中的百分比均为质量百分比。
18.实施例1步骤（1）：以纯牛粪、羊粪、猪粪、鸡粪、城市污泥等有机物料为主要原材料，粉碎的作物秸秆（长度小于3cm）、锯末为辅料。本实例主料为牛粪，辅料为玉米秸秆。牛粪折合干重700kg、玉米秸秆干重300kg，主料和辅料干重质量百分比为70%:30%，充分混合。
19.步骤（2）：主料和辅料充分混合，通过风干或补水等途径调整含水量至50%，添加有机肥发酵促熟菌剂2kg（发酵促熟菌剂购自河南人元生物技术有限公司，有效活菌数（cfu）≥500.0亿/g、纤维素酶活≥60.0u/g、蛋白酶活≥70.060u/g）， 占发酵物料质量分比0.2%，再次充分混合，即得发酵混料。
20.步骤（3）：将发酵混料置于发酵槽中，发酵槽宽3m~5m，高1.3m~1.5m，密闭发酵，每隔24小时补氧30min，堆体温度超过55℃翻堆一次，补充水分至50%~55%，循环数次。堆体温度低于55℃，每隔10天翻堆一次，补充水分至50%~55%，再循环数次，堆体温度降至30℃，发酵结束。
21.发酵槽顶部通过回收管道与发酵尾气回收塔连接，在回收塔内分级回收发酵产生的co2和nh3，co2采用0.5%-1%koh溶液吸收（co2 koh
→
k2co3 h2o），nh3采用1%-2%硫酸溶液吸收(nh3 h2so4→
(nh4)2so4 h2o)，发酵过程中产生的co2和nh3通过吸收塔转化为肥料，实现发酵过程中有机物矿化产物co2和nh3循环利用。
22.步骤（4）：步骤（3）的发酵物料粉碎，过60目筛，与纯度≥80%、粒径≤400目的凹凸棒粉末混合，发酵物料和凹土棒的质量之比（干重）为70%:30%~50%:50%，调整水分含量28~38%，喷浓度为5%~8%的hno3溶液，调整ph值2~3，自然温度下继续发酵腐熟。
23.步骤（5）：每隔6~8天翻堆一次，同时补充水至28~38%，调整ph值为2~3。同时取样测定轻组有机碳含量(密度≤1.85g/cm3)和重组有机碳含量(密度≥1.85g/cm3)，重组有机碳含量占总有机碳含量≥70%，自然温度发酵结束。
24.步骤（6）：步骤（5）所获发酵物料在80℃~90℃干燥至含水量为20%~25%，即得高有机碳土壤固持率的有机肥。
25.轻组有机碳和重组有机碳测定方法见俄胜哲，时小娟，车宗贤等.有机物料对灌漠土结合态腐殖质及其组分的影响, 土壤学报，2019，56（6）:1436-1448。具体测定过程：首先取过 0.25 mm 孔径筛的发酵样品5.000 g 于 100 ml 离心管中，加入 25 ml 1.85 g/cm3溴化锌溶液超声分散 10 min，4 500 r/min离心10 min，离心过程重复两次，真空抽滤分离游离态有机碳。经溴化锌提取样品加入 15 ml 95%的酒精，2 500 r/min离心 5 min，重复清洗 2 次；再向其中加入 15 ml 蒸馏水，2 500 r/min，离心 5 min，再清洗 2 次；将其放入鼓风干燥箱（40℃）烘干，用于测定重组有机碳。有机碳测定方法见ny/t 525-2021有机肥料，有机碳含量为有机质含量除以1.724。
26.1、不同有机肥种类对土壤养分含量的影响选用普通有机肥（以相同的生物质原料按上述实施例1的步骤（1）~（3）直接发酵腐熟得到，t1）、生物有机肥（上述普通有机肥复配枯草芽孢杆菌数（cfu）2亿/g，t2）和本发明实施例1的有机肥作（t3）为试验验证材料，在等有机质投入量（2400kg/hm2）情况下，研究不同种类有机肥料对土壤理化性质的影响（表1，t0为空白样）。本发明应用结果表明，在灌漠土上不同有机肥料的效果差异显著，施用本发明高有机碳土壤固持率的有机肥，土壤有机质含量较普通有机肥料提高1.3g/kg，有机碳的土壤固持率为78.24%，而普通有机肥有机碳的土壤固持率为64.36%，较普通有机肥提高13.88%，同时土壤全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾含量较普通有机肥都显著增加。
27.表1不同有机肥对土壤理化性状的影响 2、有机肥施用量对土壤养分含量的影响在灌漠土沙壤土应用本发明实施例1的有机肥，确定适宜施用量。应用结果显示（表2），土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾含量都随施用量的增加而增加，但本发明实施例1的有机肥用量在3.75t/hm2~7.5t/hm2，土壤有机质含量全氮和碱解氮含量最高或应用效率最高。全磷、全钾、有效磷和速效钾含量虽随施用量有增加的趋势，但属于物理投入量增加而增加，因此在灌漠土沙壤土适宜施用量是250kg/亩~500kg/亩。
28.表2不同施肥量对土壤养分的影响最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。