一种利用农作物秸秆与磷肥生物好氧共堆肥得到的活磷生物有机肥及其制备方法与流程

本发明属于有机肥生产技术领域，具体涉及一种利用农作物秸秆与磷肥生物好氧共堆肥得到的活磷生物有机肥及其制备方法。

背景技术：
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2017年我国农用化肥施用量5859万t(折纯)，单位耕地面积化肥用量约是世界平均水平的3倍，但当季作物磷肥利用率仅为10％～25％，远低于发达国家水平。当前华南红壤菜地磷素有效性偏低的问题日益成为蔬菜生长发育的限制因子(当季作物的利用率甚至低于10％)。农作物秸秆是农业生产中的主要副产物，其产量高、分布广、品种丰富。2010－2015年，我国秸秆年产量平均约9.01×10⁸t，其中谷类作物秸秆占比最大，约6.29×10⁸t。同时，秸秆也是很重要的有机肥来源，其富含有机质、氮、磷、钾、中微量元素等。秸秆还田作为最传统的秸秆回收利用手段之一，其对缓解我国长期过量施用磷肥导致的耕地土壤磷素累积以及农田面源污染发生等方面尤为重要。然而长期以来，我国不少地方重用地、轻养地，重化肥、轻有机肥，大量有机肥资源尚未得到充分利用。根据《关于印发<广东省开展果菜茶药有机肥替代化肥行动方案>的通知》(粤农函〔2017〕311号)，广东省年产秸秆4.70×10⁷t，养分还田率仅为45％。

秸秆还田一般分为直接还田、燃烧还田、过腹还田、堆沤还田等方式。直接还田腐解过程较慢，秸秆中的养分难以快速释放并匹配作物对养分的需求；燃烧还田不仅造成资源浪费，而且严重污染大气环境；过腹还田适合在畜牧业较发达的地区推广，要占用一定的空间且需较长的时间。相比较而言，将秸秆堆沤腐熟(如好氧堆肥)后还田既可以有效缓解以上诸多秸秆处置难题，还可以增加土壤有机质和养分含量、减少化肥施用量等。秸秆好氧堆肥是微生物主导下的生物化学过程，可分为自然好氧堆肥和生物好氧堆肥。与自然好氧堆肥相比，生物好氧堆肥(接种耐高温微生物菌剂——腐秆菌剂)有利于有机质的矿化和腐殖化，可促进秸秆腐熟和提高好氧堆肥质量。当前，支持农民利用秸秆生物好氧堆肥积造生物有机肥已成为广东省实施有机肥替代化肥行动的一项重要措施。

华南红壤菜地多呈酸性或强酸性，磷肥施入土壤后，铁铝氧化物对积累态磷的固定作用强烈，导致土壤无效态磷的活化潜力远未发挥。而研究表明，秸秆生物好氧堆肥与磷肥配合施用，可发挥有机质与磷肥的协同增效作用，既能减少磷肥施用量，又能提高磷肥利用率。但是，磷肥等化学肥料施入土壤后，因其溶解度较高，对秸秆生物好氧堆肥中的微生物活性肯定会起抑制或杀灭作用。另外，秸秆生物好氧堆肥经干燥、粉碎后，加入一定配比的磷肥等化学肥料，进行复混、造粒，可生产生物有机无机复混肥；施用生物有机无机复混肥后，其有机部分的肥效不会很高，而化肥部分被水溶解，一部分被作物吸收，一部分被有机物吸附，对化学肥料的供应强度起到一定缓冲作用。然而，生物有机无机复混肥加工过程中，化学肥料采用的是干物料，不含或少含水分，对微生物的活性起抑制作用；这种肥料施入土壤后，当水分充足时，高浓度的肥料溶液不可能复活加入的微生物，还有可能将加入的微生物杀死，所以生物有机无机复混肥中的微生物作用不大。考虑到以上化肥减量增效策略的不足和弊端，利用秸秆与磷肥生物好氧共堆肥技术得到活磷生物有机肥，可为秸秆堆沤还田提供科学依据，也为我国开展有机肥替代化肥行动奠定基础。

技术实现要素：
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本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种利用农作物秸秆与磷肥生物好氧共堆肥得到的活磷生物有机肥及其制备方法。

本发明的利用农作物秸秆与磷肥生物好氧共堆肥得到的活磷生物有机肥是通过以下方法制备的，将粉碎后的农作物秸秆、腐秆菌剂、磷肥、尿素和水混合均匀形成共堆肥原料，堆肥发酵，定期翻堆，补水，直至腐熟完成得到生物有机肥半成品，阴干后得到活磷生物有机肥。

优选，所述的腐秆菌剂、磷肥、农作物秸秆的用量质量比为0.25～1：2～5：100，所述的尿素的用量比为农作物秸秆质量的1.5～2％，所述的共堆肥原料的含水量为50％～70％。

优选，所述的腐秆菌剂为如下三种菌剂中的任意一种：自制腐秆菌剂A、市售腐秆菌剂A或市售腐秆菌剂B。

所述的自制腐秆菌剂A是由细菌的变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、蓝细菌门(Cyanobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、真菌的担子菌门(Basidiomycota)和/或子囊菌门(Ascomycota)组成，含有效活菌数≥0.8×10⁸CFU·g^-1。优选，所述的腐秆菌剂是将EM菌液、白腐菌液、固氮菌液与解磷菌液按体积比30：25：20：25的配比接种到发酵培养基中发酵到对数生长期，对菌液进行冷冻干燥即为腐秆菌剂。

所述的市售腐秆菌剂A，名称为“金葵子”腐秆剂，主要由细菌的变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)及真菌的担子菌门(Basidiomycota)、子囊菌门(Ascomycota)等微生物菌群组成，含有效活菌数≥0.5×10⁸CFU·g^-1，购自佛山金葵子植物营养有限公司。

所述的市售腐秆菌剂B，名称为堆肥发酵菌，主要由细菌的厚壁菌门(Firmicutes)及真菌的子囊菌门(Ascomycota)等微生物菌群组成，含有效活菌数≥2×10¹⁰CFU·g^-1，购自广州市微元生物科技有限公司。

优选，将共堆肥原料堆成梯形条垛，盖上塑料薄膜后压实，定期翻堆，适当补水，直至腐熟完成，得到生物有机肥半成品。

优选，将农作物秸秆、腐秆菌剂、过磷酸钙、尿素和水按照质量比150：0.675：5.4：2.7：315的比例混合均匀后堆成梯形条垛，盖上塑料薄膜后将四周压实，每7天翻堆一次，补充水分至含水量为60％，堆肥发酵4周后得到生物有机肥半成品，将生物有机肥半成品粉碎、阴干后得到活磷生物有机肥。

优选，所述的农作物秸秆为秸秆粉碎机切碎后具有均匀长度的水稻秆、玉米杆、花生秆或丝瓜藤，所述的长度为1～10cm。

优选，所述的磷肥为过磷酸钙、钙镁磷肥或磷矿粉。

所述的梯形条垛为顶部长宽均为0.3m、下底长宽均为1.5m、高为1.0m、横截面为等腰梯形的梯形条垛。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明从秸秆及磷肥的资源化循环利用角度出发，利用秸秆与磷肥生物好氧共堆肥技术得到活磷生物有机肥，步骤简单、成本低廉，缓急相济、长短互补，是非常值得尝试的化肥减量增效策略，对于解决我国现有的生物有机肥大面积推广比较困难等问题具有重要意义。活磷生物有机肥的最大优点是可以将秸秆腐解与磷肥有机结合，同时使微生物、有机肥和磷肥三者互相促进，发挥生物有机肥对土壤无效态磷的活化作用，既能提高土壤磷素的持续供应能力，又能提高作物对磷素的吸收利用能力。

附图说明：

图1为堆肥过程中外观变化图。

具体实施方式：

以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

实施例1：腐秆菌剂A的制备

原料：EM菌液(市售)、白腐菌液(市售)、固氮菌(Azotobacterchroococcum)液与解磷菌液，所述的解磷菌含解有机磷菌(Bacillus megaterium)和解无机磷菌(Pseudomonas sp.)。

将EM菌液、白腐菌液、固氮菌(Azotobacterchroococcum)液、解有机磷菌(Bacillus megaterium)液、解无机磷菌(Pseudomonas sp.)液按照体积比30：25：20：12.5：12.5的比例混合均匀，得到混合菌种，将混合菌种按照体积分数5％的接种量接种到LB培养基中进行发酵培养，28℃，150r·min^-1培养至对数生长期(约48h)，然后再对菌液进行冷冻干燥，得到腐秆菌剂A(命名为“百绿佳”腐秆剂)，有效活菌数为≥0.8×10⁸CFU·g^-1。

实施例2：活磷生物有机肥A

(一)堆肥原料、堆肥添加剂及其配比

堆肥原料：水稻秆(3cm)

堆肥添加剂：腐秆菌剂A、过磷酸钙、尿素

表1堆肥原料的性质参数

表2实施例2各物料的添加量

堆肥原料的基本理化性质见表1。堆肥原料、堆肥添加剂及纯水的添加量见表2。水稻秆取自中山市沙溪镇聚龙围农场；腐秆菌剂A为实施例1自制的腐秆菌剂A；过磷酸钙为广西壮族自治区贵港市南风化肥厂生产，有效磷(P2O5)≥12.0％；尿素为阳煤丰喜肥业(集团)有限公司生产，总氮(N)≥46.0％。

(二)条垛式生物好氧共堆肥

将切成3cm的水稻秆、堆肥添加剂腐秆菌剂A、过磷酸钙、尿素和纯水按照表2的物料的添加量混合均匀形成共堆肥原料。将形成共堆肥原料堆成顶部长宽均为0.3m、下底长宽均为1.5m、高为1.0m、横截面为等腰梯形的梯形条垛，盖上塑料薄膜后用砖块将四周压实，7天翻堆一次，补水至含水量为60％(水稻秆手握出水但凝而不下)。堆肥发酵4周后得到生物有机肥半成品，生物有机肥半成品呈黑褐色、没有臭味，发酵完成。将生物有机肥半成品粉碎、阴干后得到活磷生物有机肥A。

(三)堆肥产品指标检测

在堆肥结束时(第28天)以五点取样法进行取样，将采集的样品(生物有机肥半成品)混合均匀后组成一个样品，约500g，用塑料袋密封后带回实验室粉碎并阴干，得到活磷生物有机肥A。

活磷生物有机肥A检测指标如下：

(1)外观及气味：活磷生物有机肥A外观为黑褐色，无有害及刺激性气味，呈现自然疏松、大小均匀的纤维状团粒结构。

(2)有机质：采用高温外热重铬酸钾氧化-容量法测定。

(3)总养分(N+P2O5+K2O)：全氮(N)采用H2SO4-H2O2消煮，扩散法测定；全磷(P2O5)采用H2SO4-H2O2消煮，钼锑抗比色法测定；全钾(K2O)采用H2SO4-H2O2消煮，火焰光度法测定。

(4)含水量：采用105℃烘箱中烘干，恒重法测定。

(5)pH：采用去离子水(w:V＝1:10)浸提，180r·min^-1振荡1h，4000r·min^-1离心5min，滤纸过滤后用Sartorius PB-10型酸度计和Sartorius pH/ATC复合电极测定。

堆肥过程中外观变化见图1，堆肥结束时各指标检测结果见表3。由图1可以看出，堆肥第0天时，水稻秆呈桔黄色；堆肥第14天时，水稻秆呈微褐色；堆肥第28天时，水稻秆已基本变为黑褐色，此时的秸秆已经较为松软，捏之易碎。表3结果表明，堆肥产品各指标均符合有机肥质量标准(NY 525-2012)。

表3堆肥产品的指标参数

实施例3：活磷生物有机肥B

(一)堆肥原料、堆肥添加剂及其配比

堆肥原料：水稻秆(3cm)

堆肥添加剂：市售腐秆菌剂A、过磷酸钙、尿素

表4实施例3各物料的添加量

堆肥原料的基本理化性质同实施例2，见表1。堆肥原料、堆肥添加剂及纯水的添加量见表4。水稻秆取自中山市沙溪镇聚龙围农场；市售腐秆菌剂A，名称为“金葵子”腐秆剂，主要由细菌的变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)及真菌的担子菌门(Basidiomycota)、子囊菌门(Ascomycota)等微生物菌群组成，含有效活菌数≥0.5×10⁸CFU·g^-1，购自佛山金葵子植物营养有限公司；过磷酸钙为广西壮族自治区贵港市南风化肥厂生产，有效磷(P2O5)≥12.0％；尿素为阳煤丰喜肥业(集团)有限公司生产，总氮(N)≥46.0％。

(二)条垛式生物好氧共堆肥

制备方法同实施例2。将生物有机肥半成品粉碎、阴干后得到活磷生物有机肥B。

(三)堆肥产品指标检测

各指标检测方法同实施例2。

堆肥过程中外观变化与实施例2较为相似，不再赘述。各指标检测结果见表5，均符合有机肥质量标准(NY 525-2012)。

表5堆肥产品的指标参数

实施例4：活磷生物有机肥C

(一)堆肥原料、添加剂及其配比

堆肥原料：水稻秆(3cm)

堆肥添加剂：市售腐秆菌剂B、过磷酸钙、尿素

表6实施例4各物料的添加量

堆肥原料的基本理化性质同实施例2，见表1。堆肥原料、堆肥添加剂及纯水的添加量见表6。水稻秆取自中山市沙溪镇聚龙围农场；市售腐秆菌剂B，名称为堆肥发酵菌，主要由细菌的厚壁菌门(Firmicutes)及真菌的子囊菌门(Ascomycota)等微生物菌群组成，含有效活菌数≥2×10¹⁰CFU·g^-1，购自广州市微元生物科技有限公司；过磷酸钙为广西壮族自治区贵港市南风化肥厂生产，有效磷(P2O5)≥12.0％；尿素为阳煤丰喜肥业(集团)有限公司生产，总氮(N)≥46.0％。

(二)条垛式生物好氧共堆肥

制备方法同实施例2。将生物有机肥半成品粉碎、阴干后得到活磷生物有机肥C。

(三)堆肥产品指标检测

各指标检测方法同实施例2。

堆肥过程中外观变化与实施例2较为相似，不再赘述。各指标检测结果见表7，均符合有机肥质量标准(NY 525-2012)。

表7堆肥产品的指标参数

实施例5：活磷生物有机肥的活磷效果评价

将实施例2－4中的三种堆肥产品(活磷生物有机肥)进行比较，接种腐秆菌剂A、市售腐秆菌剂A和市售腐秆菌剂B均可以得到符合有机肥质量标准(NY 525-2012)的堆肥产品，但实施例2和实施例3所得堆肥产品pH值较高，且有机质和总养分含量也较高。该结果至少说明接种腐秆菌剂A和市售腐秆菌剂A能够较好地促进水稻秆的腐解，得到的对应堆肥产品活磷生物有机肥A和活磷生物有机肥B可能更具有活化土壤无效态磷的潜力，因此将这两种活磷生物有机肥用于大田试验，进一步评价其活磷效果。

表8化肥、有机肥种类及其施用量

试验地点为中山市沙溪镇聚龙围农场。供试有机肥种类为实施例2中的活磷生物有机肥A、实施例3中的活磷生物有机肥B、中山市沙溪镇白鹤咀种鸡养殖场提供的商品有机肥。试验共设置8个处理，每个处理3次重复。种植两季蔬菜，第一季为航花菜心，第二季为四季生菜，每个小区面积15m²，完全随机排列。根据当地的施肥种类和用量，基肥为无肥、常规15％化肥或不同用量有机肥，追肥均为常规85％化肥，具体的化肥、有机肥种类及其施用量如表8所示。

表9菜心和生菜收获后不同处理土壤有效磷含量及蔬菜磷肥利用率

注：同一指标不同小写字母表示不同处理差异显著(P<0.05)

第一季菜心、第二季生菜收获后，施用活磷生物有机肥和商品有机肥对土壤有效磷含量及蔬菜磷肥利用率的影响如表9所示。第一季菜心收获后的土壤有效磷测定结果表明，与商品有机肥处理(RF6)相比，除等量的活磷生物有机肥A处理(RF2)土壤有效磷含量显著增加(P<0.05)外，等量的活磷生物有机肥B处理(RF5)和较高量的活磷生物有机肥A各处理(RF3和RF4)并无显著差异。菜心磷肥利用率方面，与商品有机肥处理(RF6)相比，等量的活磷生物有机肥A处理(RF2)和活磷生物有机肥B处理(RF5)菜心磷肥利用率分别增加了27.0％和6.68％，较高量的活磷生物有机肥A各处理(RF3和RF4)分别下降了11.2％和33.6％。

第二季生菜收获后的土壤有效磷测定结果表明，与商品有机肥处理(RF6)相比，活磷生物有机肥各处理(RF2、RF3、RF4和RF5)土壤有效磷含量均显著减少(P<0.05)。生菜磷肥利用率方面，与商品有机肥处理(RF6)相比，等量的活磷生物有机肥A处理(RF2)、活磷生物有机肥B处理(RF5)及较高量的活磷生物有机肥A处理(RF3)生菜磷肥利用率分别增加了87.3％、23.8％和2.71％，较高量的活磷生物有机肥A处理(RF4)下降了4.82％。

综上所述，利用本发明所述方法，即农作物秸秆与磷肥生物好氧共堆肥技术得到活磷生物有机肥，可以将秸秆腐解与磷肥有机结合，既保证了秸秆及磷肥的资源化循环利用，又保证了其腐解产物中微生物的活性，实现了微生物、有机肥和磷肥三者互相促进，可为生物有机肥对土壤无效态磷的活化提供技术支撑。本发明实施例对活磷生物有机肥的活磷效果评价中，活磷生物有机肥A在施用量为2000kg·hm^-2时，对土壤无效态磷的活化效果最好，它既能提高土壤磷素的持续供应能力，又能提高作物对磷素的吸收利用能力。因此，本发明具有广阔的应用及推广前景。