秸秆制备高腐植酸有机肥研究

• 花匠小妙招
• 2024-12-16 15:44

摘要：

本文以秸秆为主要发酵原料，分别以泥炭和牛粪作为发酵辅料，研究发酵过程中有机质、腐植酸、发酵温度的变化。结果表明：秸秆和泥炭组，在发酵第27天有机质含量为47.01%（大于45%），腐植酸含量最高（27.77%），发酵温度为51.3 ℃，满足高腐植酸有机肥的试验要求；秸秆和牛粪组，在发酵第24 天有机质含量为47.56%（大于45%），腐植酸含量最高（24.31%），发酵温度为51.4 ℃。说明秸秆和泥炭、秸秆和牛粪混料发酵制备高腐植酸有机肥是可行的。

有机肥主要用于蔬菜、水果等绿色食品生产，还用于城镇绿化和花卉培养，有巨大的市场增长空间[1]。目前生产的有机肥仅仅要求符合国家标准（有机质含量需达到45%），可它不能满足土壤板结、耕地污染亟待修复治理现状的需求，需要不断进行技术研究与创新，进而合理、高效利用有机肥。我国的腐植酸有机肥料中腐植酸含量通常在10%左右，过低的腐植酸含量不能满足日益增长的污染的农田土壤改良的需要[2]。针对我国国情和传统施肥状况，如何利用农业废弃物玉米秸秆与高腐植酸含量的泥炭混配，实现玉米秸秆等农业废弃物的环保、清洁、高值化利用，同时探索高腐植酸有机肥的制备新工艺是值得研究的问题。为此，笔者开展了秸秆制备高腐植酸有机肥的研究。

1.1 试验材料

该试验所用的牛粪取自贺兰县习岗镇和平养殖场，牛粪取回后于塑料自封袋密封；秸秆取自宁夏贺兰县金沙村。

1.2 试验试剂

试验所用试剂主要包括重铬酸钾（分析纯）、重铬酸钾（优级纯）、硫酸、无水乙醇、氯化钠、氢氧化钠、盐酸、硫酸亚铁、二氧化硅等。

1.3 主要试剂配制

（1）重铬酸钾标准溶液。取一定量的重铬酸钾，并将其置于烘箱内，温度调至120 ℃ 左右，待其干燥至恒重之后，称取4.903 1 g 重铬酸钾置于250 mL 烧杯中，缓慢加入600mL 蒸馏水，待其溶解之后，将此溶液尽快转移至1 000 mL容量瓶之中，用水稀释至刻度线，缓慢摇匀备用。

（2）硫酸亚铁标准溶液。称取纯硫酸亚铁（分析纯）55.60g 溶于900 mL 蒸馏水中，缓慢加入20 mL 硫酸并搅拌使其散热均匀，待其充分溶解且温度下降至室温后，将其稀释定容至1 L，摇匀备用。

（3）硫酸溶液。将50 mL 硫酸沿烧杯壁缓慢加入到450mL 蒸馏水中，搅拌均匀，冷却后备用。

（4）邻菲啰啉指示剂。准确称取1.5 g 邻菲啰啉和1 g 硫酸亚铁溶液溶于适量蒸馏水中，于100 mL 容量瓶定容，将其放在不透明的瓶中。

（5）2 M碱液。准确称取40 g 氢氧化钠，缓慢溶于300 mL蒸馏水之中，待其温度下降至室温后，将其全部移到500 mL容量瓶之中，用蒸馏水定容至500 mL刻度线。

（6）2 mol/L HCI。量取41.7 mL 的HCI 溶液加入100 mL蒸馏水中，定容到250 mL 刻度线，缓慢摇匀备用。

（7）0.8 mol/L 重铬酸钾溶液。准确称取39.23 g 重铬酸钾放置于500 mL 烧杯中缓慢加水至刻度线，待其溶解后，定容至1 000 mL，缓慢摇匀，储存在细口瓶中备用。

1.4 试验设备

该试验用到的设备有烘箱、移液枪、枪头、量筒、离心管、容量瓶、滴定管、细口瓶。

2.1 秸秆有机肥的发酵

分取适量秸秆和泥炭、秸秆和牛粪放入自制发酵容器中，发酵体系的组成：秸秆2.5 kg，泥炭和牛粪各2.0 kg，菌剂25.0 g，发酵糖12.5 g，玉米粉12.5 g，自来水适量。在室温下（28～36 ℃），堆肥发酵1 个月左右，每3～5 d 翻堆1次，直至发酵成熟。

2.2 发酵过程中有机质含量测定

①将已经在105 ℃下除去水分的2.1 中发酵成熟的有机肥样品准确地称重（精确至0.000 1 g），放置于已经烘干至恒重的带盖的坩锅中。②将马弗炉事先预热至600 ℃，称取上述烘干样品0.5 g（精确至0.000 1 g），放置于已经恒重的带盖的坩锅中，轻轻摇晃以便使试样铺平。③再将上述坩埚放入上述马弗炉中灼烧30 min，待其温度下降至100℃之后，取出坩埚缓慢移入干燥器中，待冷却后准确称取其重量。

2.3 发酵过程中腐植酸含量测定

①取一定量发酵成熟的有机肥，将其粉碎，研磨成粉状后过65 目筛，然后放入105 ℃烘箱中烘3～4 h 至干。密封保存备用。

②取2.1 中处理过的秸秆10 g 加入250 mL 烧杯中，以50 mL 2 M碱液为抽提液，在超声波中处理40 min。

③收集清液，用2 mol/L HCl 调节清液pH 至1～2，将此样本放入105 ℃烘箱中烘干至恒重，所得固体即为腐植酸，记录质量。

2.4 发酵过程中温度的测定

每3 d 上午、下午和晚上各用温度计测定发酵容器中有机肥的温度，求平均值（即为有机肥发酵过程中的温度），并记录。

3.1 有机肥发酵过程中有机质含量变化

以玉米秸秆为主要发酵原料，通过添加泥炭和牛粪作为发酵辅料，研究发酵有机肥过程中，有机质含量的变化

（图1）。由图1 可以看出，秸秆 泥炭发酵有机肥和对照组秸秆 牛粪发酵有机肥，有机质整体变化趋势均为先下降后上升，最后趋于稳定。秸秆 泥炭试验组，有机质含量由最初的56.75%下降到52.36%，最后稳定在44.90%；秸秆 牛粪对照组，有机质含量由最初的49.12%下降到47.56%，最后稳定在45.21%。发酵前期，在细菌、真菌、放线菌的相互作用下，发酵腐熟的过程中微生物降解其中的有机质，进行繁殖代谢，导致有机质含量逐渐下降，其后由于分解与合成作用的交替，有机质含量处于波动中，在波动中逐渐上升，此后随着发酵的动态平衡，有机质含量趋于稳定，达到45%，满足国家标准（NY 525—2012）中有机肥含量的限定。此外，在翻堆过程中为了调节发酵过程中物料的含水量，会补充少量的发酵原料，可能会对发酵过程中有机质含量的变化造成轻微的影响。

3.2 有机肥发酵过程中腐植酸变化

在有机肥发酵腐熟过程中，物料中的有机质经微生物的作用被降解的同时，伴随着腐植化过程，导致腐植酸含量出现明显的变化。由图2 可见，有机肥发酵过程中，秸秆 泥炭试验组，腐植酸总量由初始的17.19%上升到27.77%（发酵第27天），最终稳定在26.12%；秸秆 牛粪对照组，腐植酸总量由初始的16.21%上升到24.31%（发酵第24 天），最终稳定在23.83%。结果表明：有机肥发酵过程中，腐植酸在微生物作用下处于合成与分解的不断变化中，原料中的木质素等成分能够多聚化，实现发酵原料的腐殖化，最终使秸秆与泥炭、秸秆与牛粪转化生成最终产物高腐植酸有机肥。

3.3 有机肥发酵过程中温度变化

在有机肥发酵腐熟过程中，微生物繁殖、代谢，不断分解有机物，导致在堆肥发酵过程中，温度出现显著变化。其原因在于有机质分解，热量积累，使温度上升，随着高温的持续，堆肥中的有机质逐渐被分解完全，剩下的都是难以分解或不能分解的物质，微生物的活动逐渐减弱，温度也逐渐下降。总体表现出发酵温度随发酵时间的延长呈现先上升后下降的趋势（图3）。

由图3 可知，随着发酵时间的延长，有机肥的温度也在逐步升高。秸秆 泥炭试验组在发酵第21 天左右，温度上升至50.9 ℃，并且有9 天维持在50 ℃，使有机肥充分发酵；在发酵第30 天时，温度最高，为53.2 ℃。而秸秆 牛粪对照组在第21 天左右，温度上升至52.1 ℃，并且有9 天维持在50 ℃以上，使有机肥充分发酵；在发酵第27 天时，温度最高，为55.6 ℃。这是因为有机肥中大量的有机质与腐植酸不断地分解与合成，从而使得有机肥温度上升，完成发酵。此后随着发酵原料中有机质消耗殆尽，发酵逐渐停止，发酵温度开始下降，在发酵第36 天温度分别为42.8 ℃、41.3 ℃。

该研究以秸秆为主要原料制备高腐植酸有机肥。结果表明：秸秆和泥炭组，在发酵第27 天有机质含量为47.01%（大于45%），腐植酸含量最高（27.77%），发酵温度为51.3℃，满足高腐植酸有机肥的实验要求；秸秆和牛粪组，在发酵第24 天有机质含量为47.56%（大于45%），腐植酸含量最高（24.31%），发酵温度为51.4 ℃。说明秸秆和泥炭、秸秆和牛粪混料发酵制备高腐植酸有机肥是可行的。

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