本发明属于农业生产技术领域，尤其涉及利用生物发酵床退出废料制备具有增殖土壤微生物、钝化土壤重金属功能的土壤改良剂及其制备方法，具体属于土壤改良技术领域。
背景技术：
随着现代农业的发展，化学肥料得到了广泛的推广和利用。现代农业生产中不仅基肥的化肥施用量大，而且追肥也大量施用，这使得土壤中土壤团粒结构破坏严重，透气性降低，需氧性的微生物活性下降，土壤板结严重。过量依赖化肥导致土壤肥力下降，有机质含量显著降低，由此致使土壤结构劣化、土壤酸碱度失调，盐分离子累计等诸多问题。
我国传统养猪技术中，粪污多采用水冲粪或水泡粪工艺来清理。该种技术生产中不仅需要大量的冲洗水，也使得水粪混合，不仅增加了成本也增加了养殖粪污的总量和处理难度，致使猪场及其周围空气恶臭充盈，猪舍外堆积的粪污也对土壤、地下水、地表水等自然资源带来了严重危害。生物发酵床养猪技术，是当今国际上一种较新的环保型养殖模式，具体是指综合利用微生物学、生态学、发酵工程学原理,以活性功能微生物菌作为物质能量“转换中枢”的一种生态养殖模式。生物发酵床养猪技术的核心在于利用活性强大的有益功能微生物复合菌群长期和持续稳定地将动物粪尿废弃物转化为有用物质与能量，同时实现将猪等动物的粪尿有效贮存，并部分降解，通过对生物床垫料的还田利用而达到无污染、零排放的目的。
生物床发酵床垫料一般以稻壳、菌渣、秸秆粉等优质的生物质资源为主，不仅在发酵过程中能产生多种植物生长必须的营养元素，也富集了丰富的发酵微生物菌群，同时具备极强的吸附性、可生化性能，蕴含着较强的产业化潜力。目前，生物发酵床废料退出后通常是直接作为有机肥或农家肥应用到农田中，如申请号为201410352759.6，发明名称为家禽养殖用发酵床的发明专利，指出发酵床使用1年左右后，排放到农田中作为有机肥使用。这种方式不仅养殖业主难以受益，生物发酵床废料的微生物菌群丰富、养分持久、吸附功能显著的特点也没有得到发挥，因而资源的利用效率不高。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种利用生物发酵床退出废料所制得的土壤改良剂，以提高养猪过程中退出的生物发酵床废料的利用率，改善土壤的结构和肥力，且环保生态，价格低廉。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种利用生物发酵床废料所制得的土壤改良剂，由下列质量份数的各组分制备而成：生物发酵床退出的废料90～100份、麦秸20～30份、玉米芯粉20～30份、马尾藻10～15份、甲壳质液10～15份、草木灰3～4份、贝壳粉1～3份、蚕沙3～5份、膨润土5～10份、海藻土1～5份、腐殖酸3～5份、微量元素0～1份、酶制剂1～3份。
生物发酵床退出的废料中不仅含有猪粪尿、锯末等发酵的产物，也有大量的活菌，若直接排到农田中，利用率较低，活菌也大多因失活而失去了其利用价值。本发明的土壤改良剂直接利用废料中的活菌对本发明的各原料组分进行发酵，在制备过程中无需另外添加微生物发酵菌剂，因此不仅提高了发酵效率，还降低了生产成本。由于猪的粪尿以及生长过程中的其他代谢废物均已经被生物发酵床中的微生物复合菌群分解，因此从猪舍中退出的生物发酵床废料无异味，相比于现有技术中收集猪粪尿进行发酵制备土壤改良剂，本发明制备过程中工作环境良好，几乎无臭味、异味。
进一步地，所述生物发酵床退出的废料为普通的猪舍生物发酵床使用1年左右退出的废料。
进一步地，所述腐植酸可以为硝基腐殖酸、黄腐酸、黑腐酸、棕腐酸中的一种或多种。腐殖酸子量小、活性基因高、改良土壤、提高地温、促使根系发达，有效地调节土壤酸碱度、解决土壤板结等方面的独特功效。
进一步地，甲壳质液的制备方法为：收集或购买虾壳、蟹壳等甲克素含量较高的物质，将其晾干后粉碎，而后用浓硝酸将其酸化，浓硝酸用量(ml)与粉状原料质量(g)的比例为1:1，酸化后的混合液用氢氧化钾中和至ph值为6.5—7.5之间，而后用体积为混合液体积的2倍的清水稀释。使用时将甲壳质液与其他物料混匀。
进一步地，所述微量元素是镁、铜、锌、铝、锰、铁、硼元素中的一种或多种混合；根据土壤状况添加适量的微量元素。
进一步地，所述酶制剂可以为纤维素酶、蛋白酶、葡萄氧化酶或果胶酶中的一种或多种。加入酶制剂的作用是有利于纤维素、半纤维素等成分的降解。
优选地，所述利用生物发酵床废料所制得的土壤改良剂，由下列质量份数的各组分制备而成：生物发酵床退出的废料100份、麦秸25份、玉米芯粉25份、马尾藻15份、甲壳质液10份、草木灰4份、贝壳粉2份、蚕沙5份、膨润土8份、海藻土5份、黄腐酸5份、镁0.2份、锌0.01份、锰0.01份、铁0.02份、纤维素酶1份、蛋白酶0.5份、葡萄氧化酶0.5份、果胶酶0.5份。
用法用量：本发明的土壤改良剂可以作为基肥使用，使用时，将本发明的土壤改良剂均匀撒施在土壤表层，根据土壤状况，每公顷农田施用1000～5000kg，翻土，翻土深度为10～20cm，使土壤改良剂与土壤充分混合。
本发明还公开了一种上述土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照配比称取本发明的各原料组分；
(2)将称量好的生物发酵床退出的废料晾晒至含水率为40～50％，然后粉碎；
(3)将称量好的麦秸、玉米芯粉、马尾藻分别粉碎，加入到步骤(2)所得的生物发酵床废料中，加入甲壳质液，充分搅拌混合，常温条件下发酵10～15天，发酵过程中每2～3天搅拌一次，每次搅拌10～15分钟；
(4)将称量好的草木灰、贝壳粉、蚕沙、膨润土、海藻土、腐殖酸、微量元素、酶制剂加入到步骤(3)所得的发酵产物中，充分搅拌混合，干燥至含水率20～30％，放入湿法混合制粒机中制粒；
(5)将步骤(4)所得的颗粒40℃烘干至含水率为10～15％，即得。
进一步地，步骤(4)中所制得的颗粒粒径为0.5～1.0mm。
进一步地，步骤(5)的具体操作为：将步骤(4)所得的颗粒进入流化床干燥，设置进风温度40℃；干燥5min后搅拌一次，干燥10min后暂停设备、拉出底部的锅手工搅匀物料、防止成团，直至含水率为10～15％。
本发明的利用生物床垫料开发出的土壤改良剂除了具备改良土壤结构、丰富土壤微生物菌群、提供持久肥力的功能外，还具有极强的成膜絮凝功能，对于絮凝大分子有机物，尤其钝化土壤重金属方面具有奇效，对于蔬果农产品质量的提升具有显著效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)生物发酵床退出的废料中不仅含有猪粪尿、锯末等发酵的产物，也有大量的活菌，若直接排到农田中，利用率较低，活菌也大多因失活而失去了其利用价值。本发明的土壤改良剂直接利用废料中的活菌对本发明的各原料组分进行发酵，在制备过程中无需另外添加微生物发酵菌剂，因此不仅提高了发酵效率，还降低了生产成本。本发明充分利用了生物发酵床退出的废料，提高了废料中的猪粪尿、锯末等发酵产物的利用率，以及废料中的活菌的利用率，实现了物尽其用，降低了土壤改良剂的成本，有效改善了土壤的结构和肥力。
(2)由于猪的粪尿以及生长过程中的其他代谢废物已经被生物发酵床中的微生物复合菌群分解，因此从猪舍中退出的生物发酵床废料无异味，相比于现有技术中收集猪粪尿进行发酵制备土壤改良剂，本发明制备过程中工作环境良好，几乎无臭味、异味。
(3)将生物发酵床废料、麦秸、玉米芯粉、马尾藻、甲壳质液按照本发明的比例混合发酵，不仅发酵效率高，而且所得的发酵物可以为土壤补充丰富的营养。
(4)本发明中，草木灰具有吸湿、吸热和保温的作用，还可调节土壤ph值，并能为土壤提供钾肥。贝壳粉成本低廉，且可以为土壤补充钙质。蚕沙富含营养成分，还富含叶绿素和维生素e、k果胶等。膨润土可以起到粘合剂的作用。加入海藻土可增强土壤保水性能、改良土壤结构、减少水的深层渗漏和土壤养分流失、提高水分利用率。腐殖酸子量小、活性基因高、改良土壤、提高地温、促使根系发达，有效地调节土壤酸碱度、解决土壤板结等方面的独特功效。加入微量元素的目的是可以为土壤提供更均衡充分的营养，添加酶制剂的作用是有利于纤维素、半纤维素等成分的降解和利用。本发明的土壤改良剂可提高土壤的透气性、保肥性和保水性，有利于为农作物的生长提供充足养分，促进农作物生长。
(5)果胶质、贝壳粉、壳聚糖、纤维素、草木灰、氨基酸等物质均具有较强的絮凝沉淀效果，可有效钝化重金属，分解抗生素及农药成分。
(6)甲壳质液是利用强酸强碱将虾皮、蟹壳等甲壳素含量高的物质处理后得到的一种溶液。含有较高成分的甲壳素及其衍生物，该物质对于降解农药、钝化重金属、提高果蔬口感具备优良的效果。
(7)制备方法中，将各组分充分搅拌均匀的目的是使营养分布均匀，避免未混匀的单一组分对植株根系的刺激。将湿法混合制粒机中所制得的颗粒烘干至含水率为10～15％的目的是有利于长期保存不变质。
(8)将湿法混合制粒机中所得的颗粒40℃烘干的目的是避免温度过高时容易杀灭本发明的土壤改良剂中的有益菌群，进而有利于这些活菌在土壤中繁衍，改善土壤结构。
(9)与现有的化学改良材料相比，本发明的土壤改良剂的各原料组分均为天然绿色原料，生物降解率高，无二次污染，成本较低，具有可观的经济、环境效益。
(10)本发明的制备方法简单，操作方便，易于大批量生产，通过将本发明的各组分以上述配比和制备方法所制得的土壤改良剂可以充分发挥各组分的优点和各组分之间的协同作用，尤其是在提高土壤微生物的多样性、改善土壤微生物生态环境以及钝化重金属方面具有显著的协同增效效果，在实现了物尽其用的同时，也降低了生产成本。
具体实施方式
以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
实施例1
一种利用生物发酵床废料所制得的土壤改良剂，由下列质量份数的各组分制备而成：生物发酵床退出的废料90份、麦秸25份、玉米芯粉20份、马尾藻15份、甲壳质液12份、草木灰3份、贝壳粉1份、蚕沙4份、膨润土5份、海藻土2份、黄腐酸3份、纤维素酶1份、蛋白酶1份。
所述生物发酵床退出的废料为普通的猪舍生物发酵床使用1年后退出的废料。
上述土壤改良剂的制备方法如下：
(1)按照配比称取上述各原料组分；
(2)将称量好的生物发酵床退出的废料晾晒至含水率为40～50％，然后粉碎；
(3)将称量好的麦秸、玉米芯粉、马尾藻分别粉碎，加入到步骤(2)所得的生物发酵床废料中，加入甲壳质液，加入的清水的量相当于步骤(1)中称量的生物发酵床退出废料的质量，充分搅拌混合，常温条件下发酵10～15天，发酵过程中每2～3天搅拌一次，每次搅拌10～15分钟；
(4)将称量好的草木灰、贝壳粉、蚕沙、膨润土、海藻土、腐殖酸、酶制剂加入到步骤(3)所得的发酵产物中，充分搅拌混合，干燥至含水率20～30％，放入湿法混合制粒机中制粒，筛取颗粒粒径为0.5～1.0mm的颗粒；
(5)将步骤(4)所得的颗粒进入流化床干燥，设置进风温度40℃；干燥5min后搅拌一次，干燥10min后暂停设备、拉出底部的锅手工搅匀物料、防止成团，直至含水率为10～15％。
所述甲壳质液的制备方法为：收集或购买虾壳、蟹壳等甲克素含量较高的物质，将其晾干后粉碎，而后用浓硝酸将其酸化，浓硝酸用量(ml)与粉状原料质量(g)的比例为1:1，酸化后的混合液用氢氧化钾中和至ph值为6.5—7.5之间，而后用体积为混合液体积的2倍的清水稀释。使用时将甲壳质液与其他物料混匀。
实施例2
一种利用生物发酵床废料所制得的土壤改良剂，由下列质量份数的各组分制备而成：生物发酵床退出的废料95份、麦秸30份、玉米芯粉25份、马尾藻10份、甲壳质液15份、草木灰3份、贝壳粉2份、蚕沙3份、膨润土8份、海藻土1份、黑腐酸4份、镁0.2份、锌0.01份、锰0.01份、铁0.05份、纤维素酶2份、蛋白酶1份。
所述生物发酵床退出的废料为普通的猪舍生物发酵床使用1年后退出的废料。
上述土壤改良剂的制备方法如下：
(1)按照配比称取上述各原料组分；
(2)将称量好的生物发酵床退出的废料晾晒至含水率为40～50％，然后粉碎；
(3)将称量好的麦秸、玉米芯粉、马尾藻分别粉碎，加入到步骤(2)所得的生物发酵床废料中，加入甲壳质液，加入的清水的量相当于步骤(1)中称量的生物发酵床退出废料的质量，充分搅拌混合，常温条件下发酵10～15天，发酵过程中每2～3天搅拌一次，每次搅拌10～15分钟；
(4)将称量好的草木灰、贝壳粉、蚕沙、膨润土、海藻土、腐殖酸、微量元素、酶制剂加入到步骤(3)所得的发酵产物中，充分搅拌混合，干燥至含水率20～30％，放入湿法混合制粒机中制粒，并筛取颗粒粒径为0.5～1.0mm的颗粒；
(5)将步骤(4)所得的颗粒进入流化床干燥，设置进风温度40℃；干燥5min后搅拌一次，干燥10min后暂停设备、拉出底部的锅手工搅匀物料、防止成团，直至含水率为10～15％。
所述甲壳质液的制备方法为：收集或购买虾壳、蟹壳等甲克素含量较高的物质，将其晾干后粉碎，而后用浓硝酸将其酸化，浓硝酸用量(ml)与粉状原料质量(g)的比例为1:1，酸化后的混合液用氢氧化钾中和至ph值为6.5—7.5之间，而后用体积为混合液体积的2倍的清水稀释。使用时将甲壳质液与其他物料混匀。
实施例3
一种利用生物发酵床废料所制得的土壤改良剂，由下列质量份数的各组分制备而成：生物发酵床退出的废料100份、麦秸20份、玉米芯粉30份、马尾藻15份、甲壳质液10份、草木灰4份、贝壳粉2份、蚕沙4份、膨润土10份、海藻土3份、棕腐酸5份、镁0.1份、锌0.01份、锰0.01份、铁0.02份、葡萄氧化酶0.5份。
所述生物发酵床退出的废料为普通的猪舍生物发酵床使用1年后退出的废料。
所述甲壳质液的制备方法为：收集或购买虾壳、蟹壳等甲克素含量较高的物质，将其晾干后粉碎，而后用浓硝酸将其酸化，浓硝酸用量(ml)与粉状原料质量(g)的比例为1:1，酸化后的混合液用氢氧化钾中和至ph值为6.5—7.5之间，而后用体积为混合液体积的2倍的清水稀释。使用时将甲壳质液与其他物料混匀。
本实施例的土壤改良剂的制备方法同实施例2。
实施例4
一种利用生物发酵床废料所制得的土壤改良剂，由下列质量份数的各组分制备而成：生物发酵床退出的废料90份、麦秸30份、玉米芯粉25份、马尾藻12份、甲壳质液12份、草木灰4份、贝壳粉3份、蚕沙4份、膨润土6份、海藻土4份、黄腐酸3份、镁0.1份、锌0.01份、锰0.01份、铁0.05份、纤维素酶0.5份、蛋白酶0.5份、葡萄氧化酶0.5份、果胶酶0.5份。
所述生物发酵床退出的废料为普通的猪舍生物发酵床使用1年后退出的废料。
所述甲壳质液的制备方法为：收集或购买虾壳、蟹壳等甲克素含量较高的物质，将其晾干后粉碎，而后用浓硝酸将其酸化，浓硝酸用量(ml)与粉状原料质量(g)的比例为1:1，酸化后的混合液用氢氧化钾中和至ph值为6.5—7.5之间，而后用体积为混合液体积的2倍的清水稀释。使用时将甲壳质液与其他物料混匀。
本实施例的土壤改良剂的制备方法同实施例2。
实施例5
一种利用生物发酵床废料所制得的土壤改良剂，由下列质量份数的各组分制备而成：生物发酵床退出的废料100份、麦秸25份、玉米芯粉25份、马尾藻15份、甲壳质液10份、草木灰4份、贝壳粉2份、蚕沙5份、膨润土8份、海藻土5份、黄腐酸5份、镁0.2份、锌0.01份、锰0.01份、铁0.02份、纤维素酶1份、蛋白酶0.5份、葡萄氧化酶0.5份、果胶酶0.5份。
所述生物发酵床退出的废料为普通的猪舍生物发酵床使用1年后退出的废料。
所述甲壳质液的制备方法为：收集或购买虾壳、蟹壳等甲克素含量较高的物质，将其晾干后粉碎，而后用浓硝酸将其酸化，浓硝酸用量(ml)与粉状原料质量(g)的比例为1:1，酸化后的混合液用氢氧化钾中和至ph值为6.5—7.5之间，而后用体积为混合液体积的2倍的清水稀释。使用时将甲壳质液与其他物料混匀。
本实施例的土壤改良剂的制备方法同实施例2。
实验结果
本发明实施例5制得的土壤改良剂的应用效果
2016年9-11月对本发明实施例5的土壤改良剂进行了效果试验，试验于山东省肥城市桃园镇的蔬菜示范园内进行，实验作物为小白菜(品种为上海青)。试验设四个处理，每个处理3个平行重复。
空白对照组：不施用任何土壤改良剂或有机、无机肥料。
对照组：猪舍生物发酵床使用1年后退出的废料干燥至含水率20～30％，放入湿法混合制粒机中制粒，筛取颗粒粒径为0.5～1.0mm的颗粒；然后将制得的颗粒进入流化床干燥，设置进风温度40℃；干燥5min后搅拌一次，干燥10min后暂停设备、拉出底部的锅手工搅匀物料、防止成团，直至含水率为10～15％。将所得的烘干颗粒施用到实验农田，施用量为4000kg/hm2。
常规改良剂组：施用市售土壤改良剂，市售改良剂用量为4000kg/hm2；实验组：施用本发明实施例5所制得的土壤改良剂，施用量为4000kg/hm2。
于9月中旬播种小白菜，10月上旬移栽，11月中旬收获。其试验结果见表1-2。
表1小白菜生长状况
表2土壤改良状况
于试验开始前，即未施用任何土壤改良剂前，对各处理组的试验农田的铅锌重金属污染状况进行检测，结果见表3：
表3土壤改良状况
试验结束时，对同批次收获的小白菜样品进行重金属检测分析，试验结果见表4：
表4小白菜中重金属含量
采用稀释涂布平板法统计收获小白菜时土壤中的细菌、真菌、放线菌的菌落数，试验结果见表5：
表5各处理组每克土壤中的菌落数
从表1-5可以看出：本发明提高了养猪过程中退出的生物发酵床废料的利用率，改善了土壤的结构和肥力，环保生态，降低了生产成本的同时提高了土壤改良效果。本发明的土壤改良剂与空白对照组和直接施用退出的生物发酵床废料组相比，小白菜的产量有了显著的提高，小白菜的可溶性糖含量和vc含量均有所提高，可见本发明的土壤改良剂不仅可以提高小白菜的产量还提高了小白菜的品质。与空白对照组和直接施用退出的生物发酵床废料组相比，施用了本发明的土壤改良剂后，土壤的容重率有了显著降低，孔隙度、ph值均有所提高，土壤含盐量有所降低。施用改良剂后收获小白菜中重金属镉、铅含量与一般改良剂相比均具有显著下降，可见本发明的土壤改良剂对土壤重金属能够起到较强的钝化效果；施用改良剂后，土壤中细菌、真菌增殖明显，而放线菌总量显著降低，说明本发明的土壤改良剂可以有效改善土壤微生物群落结构。综上，实验结果表明，本发明的土壤改良剂在钝化重金属、增殖土壤微生物方面具有突出的效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进应视为本发明的保护范围。