一种猪粪源生物肥的制备方法与流程

本发明属于生物有机肥技术领域，具体地，涉及一种猪粪源生物肥的制备方 法。

背景技术：

集约化养殖业是世界上任何一个国家不能比拟的，上万头甚至几十万头的猪 场到处可见，确保了我国人民对肉类产品的需求。与此同时伴随着的是由高度 集约化养殖业年产约38亿t畜禽粪便(鲜重)类养殖废弃物，由于大量养殖场 周围缺少承载土体，该类资源化有效利用率尚不到20％，大多随地弃置或粗放 处理，不仅极大地浪费了大量养分资源，更严重的是污染了农村生态环境。

由于养殖业和种植业的客观分离，目前，我国农业现状是一方面耕地质量差， 土壤肥力低下，需要大量高质量的有机(类)肥料投入，另一方面大量的固体 有机废弃物没有进入农田而正在污染环境，因此，高温堆肥生产商品有机肥既 是禽畜粪便无害化和资源化的重要方法，也是提高我国土壤肥力的重要途径。但 目前大量的工厂仍存在堆肥工艺落后、堆肥配比缺乏理论指导、堆体腐熟效率低 下等现实问题，如何提高堆肥效率及堆肥产品效果则成为我国农业生产和环境保 护必须正视和解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种猪粪源生物肥的制备方法，以解决上述技术问题中 的至少一个。

根据本发明的一个方面，提供一种猪粪源生物肥的制备方法，包括以下步骤： (1)将猪粪70-90份、茶叶渣5-15份、香菇渣5-15份混合，制备发酵底物；(2) 加水调节发酵底物的水分含量至55-70％；(3)按照0.1-1％的接菌量向发酵底物 接种复合菌剂，复合菌剂的菌种组合为：芽孢杆菌+乳酸菌+酵母菌，其中各菌 种的有效菌数量比为芽孢杆菌：乳酸菌：酵母菌＝3:1:1；(4)自然条件下培养至 腐熟。

优选地，组成复合菌剂的芽孢杆菌选自环状芽孢杆菌、球形芽孢杆菌、坚强 芽孢杆菌、施氏芽孢杆菌、嗜热芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌中的一种或多种。

优选地，步骤(2)中将发酵底物的含水量调至65％。

优选地，在制备发酵底物前，猪粪经过淋洗预处理，淋洗预处理的具体过程 为：以pH＝3-5的淋洗剂淋洗所述猪粪，淋洗剂和猪粪的液料比为5-50:1，淋洗 时间为10-30小时。

优选地，淋洗剂为含有1-3％皂素的EDTA溶液，其中，EDTA的浓度为 0.05-0.15mol/L。

优选地，液料比为20:1。

优选地，淋洗时间为10小时。

优选地，发酵底物包括猪粪80份、茶叶渣12份、香菇渣8份。

优选地，发酵底物还包括稻壳，调节稻壳的重量份数，将发酵底物的碳氮比 控制在10-35％。

优选地，调节稻壳的重量份数，使发酵底物的碳氮比为20％。

本发明利用含有皂素的EDTA溶液对猪粪进行淋洗处理，有针对性地大幅度 降低了猪粪中的铅、铬和砷元素含量，有效地降低了猪粪中的重金属元素总含量。 采用茶叶渣和香菇渣作为辅料，与猪粪复配得到发酵底物具有丰富且均衡的营养 价值，能为其中添加的复合菌剂提供良好的生长增殖环境。在与其他菌株和增殖 环境的协同增效作用下，组成复合菌剂的菌株能够保持较高的生物活性，有效地 分解、转化发酵底物提供的营养物质，促进发酵底物达到腐熟状态。腐熟的生物 肥具有较高的全氮、全磷和全钾含量，各种营养物质的搭配符合营养互补原则， 能够为作物提供均衡、丰富的养分，并且具有较高的安全性，符合绿色环保的可 持续发展需要。

附图说明

图1为对比实施例1中经过不同方式预处理的猪粪样品中的重金属总含量；

图2为对比实施例2中各处理组腐熟发酵后的腐植酸含量统计图；

图3为对比实施例3的盆栽试验中不同碳氮比的猪粪源生物肥对应的黄瓜苗 的株高统计图；

图4为对比实施例3的盆栽试验中不同碳氮比的猪粪源生物肥对应的黄瓜苗 的茎粗统计图；

图5为对比实施例3的盆栽试验中不同碳氮比的猪粪源生物肥对应的黄瓜苗 的叶长统计图；

图6为对比实施例3的盆栽试验中不同碳氮比的猪粪源生物肥对应的黄瓜苗 的叶宽统计图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将对本发明实施例中 的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分 的实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

本实施例按照以下步骤制备猪粪源生物肥：

1.备料：

淋洗剂：使用乙二胺四乙酸二钠(由于EDTA难溶于水，因此，采用EDTA 二钠作为溶质配制)、皂素和去离子水配制含1.5％皂素的EDTA溶液，其中， EDTA的浓度为0.1mol/L，并将淋洗剂的酸碱度调节至pH＝4.2。

复合菌剂的配制：采用球形芽孢杆菌、坚强芽孢杆菌、施氏芽孢杆菌、乳酸 菌和酵母菌，按照球形芽孢杆菌：坚强芽孢杆菌：施氏芽孢杆菌：乳酸菌：酵母 菌＝1：1：1：1：1的有效活菌数比，配制复合菌剂，复合菌剂中的有效活菌数 不低于10⁸CFU/mL。

2.猪粪淋洗预处理

按照20:1的液料比，使用淋洗液淋洗猪粪，淋洗时间为10小时，淋洗结束 后混合液经11000r·min^-1离心15分钟，将滤渣至于无污染处自然风干备用。

3.发酵底物的配制

按照质量份数，称取经过淋洗预处理的猪粪滤渣80份、茶叶渣12份、香菇 渣8份，混合均匀，再加入稻壳，调节稻壳的重量份数，使发酵底物的碳氮比为 20％；加水调节发酵底物水分，使发酵底物含水量调至65％；采用酸碱度调节 剂调节发酵底物的酸碱度至pH＝6.5。

4.接种复合菌剂

按照0.6％的接菌量向发酵底物接种复合菌剂，在自然条件下培养至腐熟， 制得猪粪源生物肥。

对比实施例1

本实施例设置了若干制备猪粪源生物肥的处理组，将猪粪的淋洗预处理方式 作为变量，除此之外所有的配料方式及处理步骤都与实施例1保持一致，以阐明 实施例1中的猪粪预处理方式对所制备的猪粪源生物肥的重金属含量的影响。

1.淋洗液组分对淋洗效果的影响

1.1处理组设置方式

各处理组中的淋洗液组成如表1所示，调节淋洗液的酸碱度至pH＝4.2，淋 洗液与猪粪的液料比为20:1，淋洗时间为10小时，并将实施例1提供的淋洗液 组成设置为本实施例的对照处理组。

表1本实施例的处理组设置方式

1.2测试项目

采用浓硝酸+高氯酸+氢氟酸，消煮预处理前的猪粪样品和经过淋洗预处理 后的滤渣，利用原子吸收分光光度计测试样品中的重金属总含量，利用等离子发 射光谱仪(ICP)测定样品中的Pb、Cr和As的含量。

1.3测试结果

样品的Pb、Cr和As的含量测试结果已在表2中列出：使用去离子淋洗猪 粪样品对粪样中的Pb、Cr和As去除效果不佳；而利用EDTA溶液和皂素溶液 淋洗猪粪样品都能够显著地降低粪样中的Pb、Cr和As含量，两者相比，采用 EDTA溶液的淋洗效果更佳；通过比对所有处理组中的检测结果，采用含有皂素 的EDTA溶液淋洗猪粪，能够最大程度地降低粪样中的Pb、Cr和As含量。

表2粪样中的元素分析结果

2.EDTA和皂素的含量

2.1处理组设置方式

本节的处理组处理方式为在不同浓度的EDTA溶液内加入不同质量百分比 的皂素，EDTA溶液的浓度分别为0.05、0.1和0.15mol/L；调节淋洗液的酸碱度 至pH＝4.2，淋洗液与猪粪的液料比为20:1，淋洗时间为10小时。

2.2测试项目

采用浓硝酸+高氯酸+氢氟酸，消煮预处理前的猪粪样品和经过淋洗预处理 后的滤渣，利用原子吸收分光光度计测试样品中的重金属总含量。

2.3测试结果

如图1所示，在三种浓度的EDTA溶液中，重金属含量都是随着皂素重量比 的升高而呈现先降低后升高的变化趋势，其中，0.05mol/L EDTA溶液对应的酵 素最佳加料量为1.5％，0.1mol/L EDTA溶液对应的酵素最佳加料量为1.5％， 0.15mol/L EDTA溶液对应的酵素最佳加料量为1％，三者相比，采用含1.5％皂 素的0.1mol/L EDTA溶液(同实施例1的设置方式)预处理对应的重金属含量 最低。

对比实施例2

1.处理组设置方式

本实施例以复合菌剂作为变量，除此之外所有的配料组分及处理方式都与实 施例1保持一致，以阐明实施例1中的复合菌剂对猪粪源生物肥的腐熟效果和腐 植酸含量的影响。复合菌剂的菌种组成如表3所示，并将实施例1提供的复合菌 剂组成作为本实施例的对照处理组，发酵底物的腐熟发酵试验期为21天。

表3本实施例各处理组所采用的发酵菌剂组成

2.测试项目

发酵温度测定：试验期当天及以后每隔3天的上午10点左右，用热敏温度 计直接插入堆肥以下25cm处，测量堆肥温度。

堆肥腐熟度测定：每隔3天取堆肥物样品，用生理盐水，按堆肥物：生理盐 水＝1：5的比例，制得堆肥浸提液备用。在一培养皿上均匀放入20颗黄瓜种子， 同时加入堆肥浸提液5mL，在25℃黑暗的生活培养箱中培养48h后，计算出芽 率。

腐植酸含量的测定：试验期结束后采集腐熟混合物样品，采用50℃真空烘 箱烘干。生物腐植酸含量测量采用蒸馏水浸提-K2Cr2O7容量法，生物腐植酸检测 中的碳系数选择参考泥炭腐植酸，选择0.5。具体计算公式为：

生物腐植酸含量(％)＝(V0-V1)×C×0.003×100/(G×5/100×c)

生物腐植酸提高率(％)＝(p1-p0)×100/p0

式中：

V0，滴定空白消耗硫酸亚铁铵标准溶液的体积(mL)；

V1，滴定样品消耗硫酸亚铁铵标准溶液的体积(mL)；

C，硫酸亚铁铵标准溶液浓度(mol/L)；

G，样品的质量(g)；

“0.003”，1mL的(0.1mol/L)硫酸亚铁铵相当碳的质量(g)；

w，检测样品含水率(％)；

c，腐植酸含碳率，取0.05；P1，发酵后物料中生物黄腐植酸含量(％)；

P0，发酵前物料中生物黄腐植酸含量(％)。

3.测试结果

腐熟发酵过程中的温度反应了发酵体系中的微生物活性，达到的温度越高， 高温阶段持续时间越长，微生物活性越强。各处理组腐熟发酵过程中的温度变化 如表4所示，其中，对照处理组进入高温阶段(≥55℃)的时间最早，达到的最 高温度高达68℃，高温阶段的持续时间达到至少9天，而其他处理组所达到的 最高温度不超过62℃。

种子的发芽指数可作为评判堆肥发酵腐熟度的一项重要生物指标，当种子的 发芽指数超过了50％，则说明堆肥基本腐熟。在堆肥试验期内，各试验组对应的 种子发芽指数如表5所示：在试验期结束时，处理⑤组对应的种子发芽指数依然 不足50％，说明该组对应的发酵底物在试验期内并没有腐熟完全；除此之外，各 试验组在试验期内都能够达到腐熟状态，对照处理组的发酵底物在进入试验期的 15天时对应的种子发芽指数已经超过了50％，说明，此时发酵底物已经基本腐 熟，并在试验期结束时达到了各试验组中最高的种子发芽率。

表4本实施例各处理组的堆肥发酵温度统计

表5本实施例各处理组的种子发芽指数统计

上述数据说明，说明实施例1采用的菌种组合复配后同时作用于发酵底物， 协同增效，促进发酵底物的腐熟。

如图2所示，堆肥结束后，与没有添加复合菌剂的处理⑤相比，对照处理以 及处理①-④对应的腐植酸含量显然更高。各处理组对应的腐植酸含量大小关系 为对照处理＞处理①＞处理④＞处理②＞处理③＞处理⑤，其中，与处理⑤相比， 对照处理的腐植酸含量增长了164.98％。说明实施例1采用特定的微生物种群组 合配制而成的复合菌剂可以促进发酵物料中大分子有机物质如纤维素、半纤维素、 木质素等分解，并将其转化为生物腐植酸类物质，加快堆肥发酵进程。

对比实施例3

本实施例设置了若干制备猪粪源生物肥的处理组，将发酵底物的原料种类和 碳氮比作为变量，除此之外所有的配料方式及处理步骤都与实施例1保持一致， 以阐明实施例1中的发酵底物组成对所制备的猪粪源生物肥的产品养分及促生 效果的影响。

1.原料种类

1.1处理组设置方式

本节设置的各处理组对应的发酵底物配制方式如表6所示，并将实施例1 提供的发酵底物组成设置为本实施例的对照处理组。

表6本实施例的发酵底物配制方式

1.2测试项目

测试对象：各处理组对应的发酵前的发酵底物和试验期结束后的猪粪源生物 肥。

全氮含量和碳氮比的测定：经风干、粉碎、细化、均一化的样品过0.15mm 筛后用锡箔纸包被，使用元素分析仪(Vario EL)，通过干烧法进行全碳和全氮含 量的测定。每个样品设置3次重复。

全磷和全钾的含量测定：将风干、粉碎、均一化后的样品过0.85mm筛，准 确称取样品0.5～1.0g(精确到0.001g)，用硫酸和过氧化氢进行消化、定容、静 置澄清、过滤。参照有机肥料农业行业标准，用钒钼酸铵比色法测定全磷含量；用 火焰光度计法测定全钾含量。每个样品进行3次重复。

1.3测试结果

堆肥达到腐熟后，本节设置的处理组对应的全碳、全氮、全磷和全钾质量分 数及对应的增长率如表7所示。即使三种处理方式的发酵底物的发酵起始碳氮比 相同，但是经过堆肥发酵后，各组间全氮、全磷和全钾质量分数的对应差异是显 著的：堆肥后，各处理组的全氮、全磷、全钾质量分数均增加，三组处理组中， 对照处理组的全氮、全磷、全钾质量分数的增幅最大，其三种营养元素的含量也 达到所有处理组中的最大值。

表7原料种类对产品养分的影响

2碳氮比

2.1处理组设置方式

按照质量份数，称取经过淋洗预处理的猪粪滤渣80份、茶叶渣12份、香菇 渣8份，混合均匀，再加入稻壳，调节稻壳的重量份数，使发酵底物的碳氮比为 10％、15％、20％、25％、30％、35％。

2.2测试项目

盆栽试验验证：为探究不同碳氮比的堆肥产品的促生效果，进行两季促生盆 栽试验，供试作物为黄瓜，每个处理设6个重复；待幼苗在育苗钵中长出3～5片 真叶时移栽至盆砵中，移栽后，供试堆肥产品作为基肥一次性施入，期间不施其 他肥料，浇水和除虫管理按照常规方式进行，两个月后测定农艺性状(株高、茎 粗、叶长、叶宽)。

2.3测试结果

施用不同碳氮比猪粪源生物肥的供试作物对应的植物生长指标如图3-6所示， 综合不同的植物生长指标评价，得出碳氮比为20％的猪粪源生物肥的栽培效果最 佳。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制， 尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当 理解，技术人员阅读本申请说明书后依然可以对本发明的具体实施方式进行修改 或者等同替换，但这些修改或变更均未脱离本发明申请待批权利要求保护范围之 内。