本发明涉及有机固体废弃物资源化领域，尤其涉及通过生物聚磷制备的富磷高效堆肥产品及其方法。
背景技术：
磷是植物生长所必需的营养元素之一，在农业生产中主要通过施入无机磷肥来提升土壤磷含量以满足作物需求；磷矿粉作为生产无机磷肥的主要原料，由于被过量开采，在地球上的储量已不足20％，因此，磷矿粉不足即磷素危机可能会影响并威胁到未来全球的粮食安全，如何提高磷矿粉的利用效率并开发新型长效磷肥一直是农业生产中研究的重点。
堆肥法是一种可调控的生物降解过程，生活垃圾、农作物残渣和畜禽粪便等有机固体废弃物中含有丰富的磷元素，利用堆肥法处理有机固体废弃物不仅可以产生潜在的磷肥，缓解磷矿资源危机，还可以有效处理有机固体废弃物，减少不当处理带来的环境污染。此外，在堆肥生产中，也常将低品味磷矿粉与有机废弃物混合进行堆肥，以期提高堆肥产品的供磷能力、有机肥力和品质，但往往是堆肥产品中总磷含量得到提高而可利用磷含量并未得到改善。
解磷菌是土壤根际普遍存在的一类功能微生物，可以将难溶性即难利用无机磷和有机磷分解成可溶性磷酸盐或吸收至细胞内，提高磷的利用效率。虽然堆肥过程中富含丰富的微生物，其中包含一部分解磷菌，但考虑到堆肥过程中复杂的环境，土著解磷菌等功能微生物难以长期高效发挥作用，因此，急需一种提高磷矿粉中磷素利用性，全面发挥解磷菌功能，制备真正的富磷高效堆肥产品的方法。
技术实现要素：
本发明提供了一种通过生物聚磷制备的富磷高效堆肥产品的方法，以解决现有技术中堆肥产品中可利用磷含量并未得到有效改善的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案实施如下：一种通过生物聚磷制备的富磷高效堆肥产品的方法，包括以下步骤：
步骤一、将有机固体废弃物与解磷菌复合菌剂、磷矿粉和生物炭混合均匀后进行好氧堆肥处理，其中，所述磷矿粉、生物炭和聚磷菌复合菌剂占所述有机固体废弃物的干重比分别为5-10％、5-15％和1-5％；
步骤二、在所述好氧堆肥进行至降温期，即温度降至45-50℃，再次添加解磷菌复合菌剂搅拌混合均匀，所述解磷菌复合菌剂的添加比例为所述好氧堆肥物料干重质量的0.5-3％；
步骤三、在所述好氧堆肥进行至接近腐熟期，即温度降低并维持在40±2℃，接种聚磷菌复合菌剂，最后获得富磷堆肥产品。
步骤一中，所述有机固体废弃物为可降解有机固体废弃物，包括畜禽粪便、生活垃圾、餐厨垃圾、园林垃圾、果蔬垃圾和秸秆。
进一步地，所述解磷菌复合菌剂中所含的各种微生物及重量配比如下:芽孢杆菌属30-35％、假单胞菌属15-20％、魏斯氏菌属5-10％、枝芽孢杆菌属5-10％、棒状杆菌属10-15％、肠球菌属5-10％、克雷伯氏菌属10-15％、链霉菌属5-10％。
进一步地，步骤一中，所述好氧堆肥物料的含水率为60-70％、碳氮比为25-30；将步骤一好氧堆肥物料放置于室外通风条件下进行好氧堆肥。
进一步地，所述生物炭制备过程如下：将秸秆等生物质在缺氧或绝氧环境中，经高温热裂解后生成固态富碳产物。
本发明还包括一种通过上述方法制备的富磷堆肥。
本发明具有如下有益效果：本发明在适宜的条件进行分段多次接种解磷菌复合菌剂，并添加生物炭，改善解磷菌在堆肥中的适应性，促进其发挥溶磷、释磷的效果，提高磷矿粉的生物可利用率和堆肥过程中活性磷含量，并于堆肥后期接种聚磷菌复合菌剂，利用其具有在好氧状态下能超量地将游离的活性磷吸入体内的功能，促进磷酸盐生物固定，提升堆肥产品中微生物量磷，最终形成一种制备富磷高效堆肥的方法，既实现了废物资源的再利用，又提高了解磷菌的功能活性和磷矿粉、含磷有机废弃物的磷素利用效率。
本方法既有利于实现有机固体废弃物堆肥的资源化利用，同时大大改善了堆肥解磷菌解磷功能、磷矿粉的生物可利用性，并利用聚磷菌复合菌剂提高堆肥产品中微生物量磷含量，有利于制备富磷高效堆肥产品。
具体实施方式
一种通过生物聚磷制备的富磷高效堆肥产品的方法，包括以下步骤：
步骤一、将有机固体废弃物与解磷菌复合菌剂、磷矿粉和生物炭混合均匀后进行好氧堆肥处理，其中，所述磷矿粉、生物炭和聚磷菌复合菌剂占所述有机固体废弃物的干重比分别为5-10％、5-15％和1-5％；
步骤二、在所述好氧堆肥进行至降温期，即温度降至45-50℃，再次添加解磷菌复合菌剂搅拌混合均匀，所述解磷菌复合菌剂的添加比例为所述好氧堆肥物料干重质量的0.5-3％；
步骤三、在所述好氧堆肥进行至接近腐熟期，即温度降低并维持在40±2℃，接种聚磷菌复合菌剂，最后获得富磷堆肥产品。
步骤一中，所述有机固体废弃物为可降解有机固体废弃物，包括畜禽粪便、生活垃圾、餐厨垃圾、园林垃圾、果蔬垃圾和秸秆。所述好氧堆肥物料的含水率为60-70％、碳氮比为25-30，且在通风条件下将其放置于室外，以便于好氧堆肥的稳定化和腐殖化进程。
解磷菌复合菌剂中所含的各种微生物及重量配比如下:芽孢杆菌属30-35％、假单胞菌属15-20％、魏斯氏菌属5-10％、枝芽孢杆菌属5-10％、棒状杆菌属10-15％、肠球菌属5-10％、克雷伯氏菌属10-15％、链霉菌属5-10％；解磷菌复合菌剂中的微生均为有机固体废弃物堆肥中常见土著菌。聚磷菌复合菌剂为直接购买的商品化菌剂。
所述生物炭制备过程如下：将秸秆等生物质在缺氧或绝氧环境中，经高温热裂解后生成的固态富碳产物即生物炭。
本发明分2次添加解磷菌复合菌剂，是为了减少发酵初始阶段对解磷菌复合菌的负面影响，同时增加解磷作用时间和效果，增加微生物对磷矿粉的分解效果。
下面结合具体实施例对本发明的在生产实践中的效果做进一步说明：
实施例1
将生活垃圾和木屑等固体废弃物作为堆肥物料，调节碳氮比(C/N)至25左右，含水率约为60％，添加质量比为10％的磷矿粉，并加入芽孢杆菌属30-35％、假单胞菌属15-20％、魏斯氏菌属5-10％、枝芽孢杆菌属5-10％、棒状杆菌属10-15％、肠球菌属5-10％、克雷伯氏菌属10-15％和链霉菌属5-10％组成的解磷菌复合菌剂。
选取三组不同成分分别进行处理：
第一组(A1)在堆肥初期接种3％解磷菌复合菌剂，将物料混合均匀进行好氧堆肥；
第二组(A2)与A1相比，在接种解磷菌复合菌剂的基础上，在堆肥初期再添加10％生物炭，其他处理方法与A1一致；
第三组(A3)与A1相比，在堆肥初期添加10％生物炭，同时接种1.5％解磷菌复合菌剂，将物料混合均匀进行好氧堆肥堆肥，进行至降温期，温度约45摄氏度，再接种1.5％解磷菌复合菌剂，混合均匀，在堆肥至近腐熟期，再接种2％聚磷菌复合菌剂，混合均匀，直至堆肥完全腐熟。
效果分析：堆肥前总磷含量为1.46％，即14.6g/kg，可利用活性磷所占比例为12.1％，微生物量磷含量仅为110.2μg/g，而堆肥产品中，由于三种处理添加磷矿粉量及堆肥物料一致，故总磷含量相近，总磷含量约为1.91％，即19.1g/kg，但三种处理磷组分存在显著差异，堆肥产品中可利用活性磷所占比例如下：16.0％(A1)、28.7％(A2)、23.0％(A3)；而微生物量磷含量如下：193.9μg/g(A1)、269.1μg/g(A2)、556.6μg/g(A3)，说明采用本发明提出的方法(A3)和既添加解磷菌复合菌剂又添加生物炭(A2)所获得堆肥产品与仅接种解磷菌复合菌剂的对照组(A1)堆肥产品相比，均显著改善堆肥磷矿粉磷组分转化，显著提高磷矿粉及堆肥中磷素有效性，而且本发明方法(A3)进一步促进可利用活性磷向微生物量磷转化，与A1和A2相比，微生物量磷含量达到A1的2.87倍、A2的2.07倍。
实施例2
将实施例1中的A2和A3堆肥产品以40kg/ha堆肥磷量等量施入小麦种植温室大棚进行实验，并每周进行模拟雨水淋溶，至小麦收获时，检测当季小麦平均产量和土壤中水溶性磷等可利用活性磷含量变化，结果(表1)表明A2磷肥处理虽然初期较A3磷肥处理可利用活性磷含量略高，但两种磷肥产品对小麦平均产量影响差异不大，说明A3处理与A2处理对于小麦生长供磷肥力接近，但从最终土壤可利用活性磷含量比较可以看出A3堆肥产品施土壤显著高于A2堆肥施用土壤，说明A3堆肥产品在保证磷肥供应的同时，有效减少磷流失即磷肥损失率，提高磷肥效率。
效果分析：本发明在确保有机固体废弃物堆肥正常腐熟的基础上，着重于改善磷矿粉中可利用活性磷组分，这样就可以充分提高低品位磷矿粉的利用性，同时，显著提高堆肥产品微生物量磷含量即过量活性磷的生物固定，增加含磷有机废弃物的磷素生物利用效率，成功制备富磷高效堆肥产品。
表1
本发明所用的生物炭既是堆肥的调理剂又是解磷菌生存条件的改良剂，接种所用解磷菌复合菌剂源于不同有机废弃物堆肥过程，在保证堆肥生物安全性的同时，通过分段接种，延长解磷菌复合菌剂在堆肥过程的作用周期，并利用生物炭形成的改良堆肥环境，改善解磷菌剂在堆肥过程中的活性，更好的存活于堆肥过程中并发挥解磷、释磷作用，有效促进了有机废弃物和低品味磷矿粉中磷组分的转换，提高磷素生物可利用性，并在堆肥后期解磷菌发挥功效之后，通过聚磷菌复合菌剂促进由解磷菌转化产生的过量活性磷转变成微生物量磷，提升了堆肥过程中过量活性磷的生物固定效率。
实施例3
本发明的一种通过生物聚磷制备的富磷高效堆肥产品的方法，包括以下步骤：
步骤一、将有机固体废弃物与解磷菌复合菌剂、磷矿粉和生物炭混合均匀后进行好氧堆肥处理，其中，所述磷矿粉、生物炭和聚磷菌复合菌剂占所述有机固体废弃物的干重比分别为5％、5％和1％；
步骤二、在所述好氧堆肥进行至降温期，即温度降至45℃，再次添加解磷菌复合菌剂搅拌混合均匀，所述解磷菌复合菌剂的添加比例为所述好氧堆肥物料干重质量的3％；
步骤三、在所述好氧堆肥进行至接近腐熟期，即温度降低并维持在42℃，接种聚磷菌复合菌剂，最后获得富磷堆肥产品。
实施例4
本发明的一种通过生物聚磷制备的富磷高效堆肥产品的方法，包括以下步骤：
步骤一、将有机固体废弃物与解磷菌复合菌剂、磷矿粉和生物炭混合均匀后进行好氧堆肥处理，其中，所述磷矿粉、生物炭和聚磷菌复合菌剂占所述有机固体废弃物的干重比分别为10％、15％和5％；
步骤二、在所述好氧堆肥进行至降温期，即温度降至50℃，再次添加解磷菌复合菌剂搅拌混合均匀，所述解磷菌复合菌剂的添加比例为所述好氧堆肥物料干重质量的3％；
步骤三、在所述好氧堆肥进行至接近腐熟期，即温度降低并维持在40℃，接种聚磷菌复合菌剂，最后获得富磷堆肥产品。
本发明有效改善磷矿粉利用性低的问题，避免了磷矿粉的过量施入，制备富磷堆肥的方法既有利于实现有机固体废弃物堆肥的资源化利用，又提高了解磷菌的功能活性和磷矿粉中磷的有效性，同时通过提高堆肥产品微生物量磷促进磷的生物固定，增加含磷有机废弃物的磷素生物利用效率。
上述内容仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。