(12)发明专利申请
(10)申请公布号(10)申请公布号 CN 103664258 A(43)申请公布日 2014.03.26
(21)申请号 201310647365.9(22)申请日 2013.12.06
(71)申请人吴文国
地址116000 辽宁省大连市西岗区黄河路
219号申请人吴文业
吴谦(72)发明人吴文国 吴文业 吴谦
(74)专利代理机构大连非凡专利事务所 21220
代理人曲宝威(51)Int.Cl.
C05F 17/00(2006.01)C05F 11/08(2006.01)
权利要求书1页 说明书6页 附图11页权利要求书1页 说明书6页 附图11页
(54)发明名称
煮沸后的秸秆经土壤生物腐解为有机肥料的方法(57)摘要
本发明公开了一种煮沸后的秸秆经土壤生物腐解为有机肥料的方法，步骤如下：粉碎，将生物质材料粉碎，粉碎粒度为0.1～5cm；熟化，利用天然水将上步粉碎的生物质材料煮沸，煮沸时间为1～5分钟；深埋，将熟化后的生物质材料埋于土壤中，埋入深度至少为10厘米。所述的生物质材料为秸秆、树木枝叶、锯末、草类；所述的天然水是经过调制PH值后的天然水。本方法操作步骤简便，好控制，易掌握。有效的利用了土壤生物与生态菌群，大大减少了土壤中的病原菌，减少作物的病虫害，提高出芽率，有利于土壤的保墒，长期应用可明显改善土壤环境，渐渐趋于肥沃。CN 103664258 ACN 103664258 A
权 利 要 求 书
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1.一种煮沸后的秸秆经土壤生物腐解为有机肥料的方法，其特征在于：步骤如下：粉碎，将生物质材料粉碎，粉碎粒度为0.1～5cm；熟化，利用天然水将上步粉碎的生物质材料煮沸，煮沸时间为1～5分钟；深埋，将熟化后的生物质材料埋于土壤中，埋入深度至少为10厘米。
2.根据权利要求1所述的煮沸后的秸秆经土壤生物腐解为有机肥料的方法，其特征在于：所述的生物质材料为秸秆、树木枝叶、锯末、草类；所述的粉碎可分为两次进行；所述的天然水是经过调制PH值后的天然水。
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说 明 书
煮沸后的秸秆经土壤生物腐解为有机肥料的方法
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技术领域
[0001]
本发明涉及一种煮沸后的秸秆经土壤生物腐解为有机肥料的方法。
背景技术
利用秸秆等生物质材料转换成肥料的主要方式是秸秆直接还田，秸秆直接还田有
两种操作方法，一种是使用离子束诱导遗传改变，使秸秆易粉碎；或用粉碎机直接将秸秆粉碎还田。“由于玉米秸秆是小麦赤霉病病原的寄主，长期大量的玉米秸秆还田及存留农田表层，为小麦赤霉病发生提供了良好的病原菌基”，“长期的秸秆还田和土壤不深翻，是杂草和病虫害严重发生的基础”。秸秆直接还田还同时带来土壤保墒、出芽率等诸多问题。2013年9月20日《科技日报》发表文章——《紧急刹住秸秆还田风》，文章指出：近年来，逐步推广秸秆还田，但带来的严重病虫害问题，让人们始料不及，增加了农药的使用量。由此而来的食品安全和农药残留问题愈发突出。
[0002]
发明内容
本发明的目的是提供一种操作简便、有效利用土壤生物与生态菌群、减少土壤中
病原菌、克服秸秆直接还田所产生的土壤保墒、出芽率等问题的煮沸后的秸秆经土壤生物腐解为有机肥料的方法。
[0004] 本发明的煮沸后的秸秆经土壤生物腐解为有机肥料的方法，步骤如下：
粉碎，将生物质材料粉碎，粉碎粒度为0.1～5cm；熟化，利用天然水将上步粉碎的生物质材料煮沸，煮沸时间为1～5分钟；深埋，将熟化后的生物质材料埋于土壤中，埋入深度至少为10厘米。[0005] 所述的生物质材料为秸秆、树木枝叶、锯末、草类；所述的粉碎可分为两次进行；所述的天然水是经过调制PH值后的天然水。
[0006] 本发明的煮沸后的秸秆经土壤生物腐解为有机肥料的方法，操作步骤简便，好控制，易掌握。有效的利用了土壤生物与生态菌群，大大减少了土壤中的病原菌，减少作物的病虫害，提高出芽率，有利于土壤的保墒，长期应用可明显改善土壤环境，渐渐趋于肥沃。
[0003]
附图说明
[0007] 图1是秸秆肥早期小样实验观察小麦秸对照组的植物根须图；
图2是秸秆肥早期小样实验观察小麦肥区的蚯蚓图；图3是秸秆肥土埋深度实验组图；图4是秸秆肥土埋深度对照组图；
图5是五组秸秆肥区韭菜根须生长情况观察大豆秸韭菜根须实验组图；图6是五组秸秆肥区韭菜根须生长情况观察大豆秸韭菜根须对照组图；图7是五组秸秆肥区韭菜根须生长情况观察水稻秸韭菜根须实验组图；图8是五组秸秆肥区韭菜根须生长情况观察水稻秸韭菜根须对照组图；
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图9是五组秸秆肥区韭菜根须生长情况观察小麦秸韭菜根须实验组图；图10是五组秸秆肥区韭菜根须生长情况观察小麦秸韭菜根须对照组图；图11是五组秸秆肥区韭菜根须生长情况观察谷秸韭菜根须实验组图；图12是五组秸秆肥区韭菜根须生长情况观察谷秸韭菜根须对照组图；图13是五组秸秆肥区蚯蚓生长情况观察玉米秸实验组（8条）蚯蚓图；图14是五组秸秆肥区蚯蚓生长情况观察玉米秸对照组（3条）蚯蚓图；图15是五组秸秆肥区蚯蚓生长情况观察大豆秸实验组（2条）蚯蚓图；图16是五组秸秆肥区蚯蚓生长情况观察大豆秸对照组（1条）蚯蚓图；图17是五组秸秆肥区蚯蚓生长情况观察水稻秸实验组（9条）蚯蚓图；图18是五组秸秆肥区蚯蚓生长情况观察水稻秸对照组（2条）蚯蚓图；图19是五组秸秆肥区蚯蚓生长情况观察小麦秸实验组（2条）蚯蚓图（对照组无蚯蚓）；图20是五组秸秆肥区蚯蚓生长情况观察谷秸对照组（11条）蚯蚓图（对照组无蚯蚓）。具体实施方式
[0008] 本发明的煮沸后的秸秆经土壤生物腐解为有机肥料的方法，步骤如下：
粉碎，利用粉碎机将生物质材料进行粉碎，粉碎作业时可采取两步粉碎的方式，最终使其粉碎粒度在0.1～5cm之间；生物质材料为水稻秸、小麦秸、玉米秸、玉米蕊、大豆秸、向日葵秸、谷秸、油菜秸、荞麦秸、棉花秸、烟草秸、林区的树木枝叶及锯末、城市中的杂草、树木枝叶等。
[0009] 熟化，利用天然水将上步粉碎的生物质材料煮沸，煮沸时间为1～5分钟。根据土壤的酸碱性，在煮沸前对天然水进行PH值调制，以利于土壤生态菌群的代谢和种植物的生长。对于一些土壤偏酸、偏碱较重的种植地区,首先要对天然水进行酸、碱PH值调制,例如，对于土壤酸性偏重的种植地区，参照种植物对PH的需求，在天然水中适量添加碱性化学物，如：NaoH或NaCo3或NaHCo3等，将天然水PH值调至偏中性或偏弱碱性（也可根据种植物的生长需求在天然水中添加部分微肥等其它营养物）；对于土壤碱性偏重的种植地区，参照种植物对PH的需求，在天然水中适量添加酸性化学物，如：HcI等，将天然水PH值调至偏中性或偏弱酸性（也可根据种植物的生长需求在天然水中添加部分微肥等其它营养物），以利于土壤生态菌群的代谢和种植物的生长。由于土壤生态菌群在生物肥力中占据主导地位，它的正常代谢将有助于加速秸秆的腐解，并最终为改善耕地土壤结构作出贡献。 [0010] 深埋，将熟化后的生物质材料（含水约50%—80%）埋于土壤中，埋入深度至少为10厘米，可在当地常耕深度的基础上，再加深5—10cm为宜。最终依靠当地耕地土壤生物群（如蚯蚓、生态菌群等）对熟化的秸秆进行腐解。将熟化的秸秆深埋于生土层还有利于腐解后农作物根系的吸收，有利于增厚原耕地营养层，也避免了传统的秸秆还田和土壤不深翻造成的杂草和病虫害。
[0011] 为了提高工作效率，熟化过程可利用螺旋式煮沸搅拌推进机进行，该设备的主要部件如下：①具有容积不小于500公升的容水器，该容水器可将内盛物料加热至沸点；②螺旋式煮沸搅拌推进机，在物料被推入容器后，可边加热、边煮沸、边搅拌、边推进、边渣汁分离，渣料成块，其块料松紧度可根据块料要求的含水量调节。 [0012] 对于上述设备还有其它相关要求：①收割作物时地面不留茬；②能将作物根部挖
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出并参与秸秆研磨最为理想；③不影响作物收割时的脱粒工作；④粉碎机可进行两次粉碎并能耐受部分土、砂石的磨损；⑤能单、双垅深耕并在秸秆还田后复盖；⑥成套设备可根据需要进行分解；⑦在耕地面积广大地带，可在耕地两端或中段配备机动的沸水供应设备。 [0013] （一）具体实例 1：秸秆肥早期小样实验观察
谷秸实验组：沸水中煮3分钟，含水量79%，于2012年6月9日埋入20cm土中，同年9月10日取样。手捻秸秆易碎，见到秸秆肥中有植物根须和蚯蚓（如图1、2）。[0014] （二）具体实例2：五种秸秆的腐解实验观察
选玉米秸、大豆秸、水稻秸、小麦秸、谷秸两次粉碎至0.1——5cm，分为实验组与对照组，实验组秸秆均煮沸5分钟，含水量为70%左右入土，而对照组以干秸秆入土。深埋至耕地生土层35—40cm，各实验与对照组前后间距20cm，两旁间距60cm，于2013年4月10日埋入土中，同年9月12日取样观察与检测。[0015] 注：由于实验土壤酸碱适度，所以煮沸液未调PH。 [0016] 先看秸秆土埋深度35—40cm，如图3、4。
[0017] 五组秸秆肥料实验观察内容依次为秸秆肥区的植物根须、蚯蚓生长、微生物培养、游离尿素与磷、钾等。 [0018] 1、五组秸秆植物根系对照
第一组玉米秸秆由于实验组韭菜根系在取样时被铲断，故该组无法进行对比观察。从第二组大豆秸秆开始，到第五组谷秸秆韭菜根系图，如图5、6、7、8、9、10、11、12。[0019] 2、五组秸秆肥区蚯蚓生长情况观察
在秸秆肥料取样过程中各组找到的蚯蚓数量统计如下表：
如图13、14、15、16、17、18、19、20。[0020] 3、五种秸秆肥料中的微生物培养
方法：取秸秆肥料1克，加生理盐水至9ml,振荡,稀释至10-5,36℃，24h培养，计算菌落形成单位。[0021] 试剂：美国3M公司，Petrifilm测试片。 [0022] 五种秸秆肥中的微生物培养
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。
4、五组秸秆肥部分游离无机物的检测结果对于秸秆中游离无机物的检测，主要取了三个检测指标，一是尿素氮（注：实验田中未使用化肥），二是钾，三是磷，检测结果如下表
五种秸秆肥部分游离无机物检测结果*“%±”系指实验组与对照组比较；实验组高为“+”号，低为“-”号。[0023] 分析与讨论
1、关于韭菜根须的实验观察本实验第一组玉米秸秆，由于取样时破坏了韭菜根须，因此无法对照，但从照片中可以看出，大豆秸实验组与对照组之间无法看出差别，但水稻组与小麦实验组的根须较对照组能略长一些，而谷秸实验组与对照组比较，可以明显看出根须更发达一些。总之，从秸秆肥对韭菜根须的影响来看，实验组与对照组之间是有一定差异的，也就是说，煮沸后的“熟化”秸秆在土壤中掩埋6个月期间，其中的营养成分更容易被作物的根须所利用，虽然表面上看差别并不大，但其内涵却极为深刻。[0024] 2、关于蚯蚓的实验观察
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五个秸秆肥实验组皆找到蚯蚓，总计有32条，而且以小蚯蚓为主，尤其是玉米秸和谷秸肥中全部为小蚯蚓，小到若不注意都很难看到，显然已经成为蚯蚓的“育儿巢”。而对照组蚯蚓总数仅为6条，其中两组甚至未找到蚯蚓。有学者在2013年10月24日中国科学报上发表文章称：“蚯蚓作为<生态系统的工程师>可通过对‘碳稳定’和‘碳矿化’的不对等促进而有利于碳的净固存”。熟化秸秆对蚯蚓在耕地土壤中的增殖与其生态功能上的发挥，将起到良好的作用。据资料介绍，蚯蚓是土壤中无脊椎动物的主要部分，是最重要的土壤动物。一般农田土壤每公顷蚯蚓的数量可达30万条，肥沃的菜园土壤中数量更多。每年通过蚯蚓体内的土壤每公顷约有37500kg干重。这些土壤不但其中的有机质可作为它们的食料，而且矿物质成分也受到蚯蚓体内的机械研磨和各种消化酶类的生物化学作用而发生变化。因此蚯蚓粪中含有的有机质、全氮、硝态氮、代换性钙和镁、有效态磷和钾、盐基饱和度以及阳离子代换量都明显高于土壤。因此土壤中蚯蚓的数量往往可以作为评定土壤肥力的因素之一。大量的蚯蚓是规定肥沃土壤的标志。
3、关于秸秆肥中微生物的观察从微生物培养来看，五个秸秆肥实验组每克以10-5稀释，总计培养菌落形成单位为392个，平均每组（克）秸秆肥中有微生物784万个，对照组菌落总数为315个，平均每组（克）秸秆肥中有微生物630万个，实验组比对照组高出24%，这个有差别的结果明确的告诉我们，“熟化秸秆”有利于土壤生态菌群的繁衍，同时还告诉我们，对照组虽为干秸入土，但由于深埋在35—40cm的深土层，有利于保持土壤水分和温度，因而有利于实验组与对照组秸秆肥中微生态菌群的繁衍。而土壤有机质是土壤微生物生命活动所需养分和能量的主要来源，微生物在土壤生物肥力中占主导地位，其种群多样性及其分解物质的能力是实现土壤物质循环和养分转化的基础，在恢复与维持土壤肥力中发挥着重要作用。这既是可持续生态农业发展的战略要求，也是无公害绿色食品生产的现实需要。
4、关于秸秆中部分游离无机物的观察从上述秸秆游离物检测表中可以看出，除了3组水稻秸中的尿素氮与磷，4组谷秸中的尿素氮、钾、磷以及5组谷秸中钾的检测结果，对照组的数值均高于实验组之外，其余实验组的检测结果均高于对照组。对五组秸秆肥游离无机物的综合平均统计结果是：尿素氮实验组平均每组0.2mg（kg秸秆），而对照组平均每组为0.1786mg，实验组较对照组高出11.98%；钾的含量，五个实验组平均每组为0.3198mg，而对照组则为0.2886mg，实验组比对照组高出10.81%；磷的含量，五个实验组平均每组为0.2844mg，而对照组则为0.2196mg，实验组比对照组高出29.5%。从投入的有机物到转换为无机物，在随时被植物根系吸收利用和微生物利用的前提下，实验组的数据依然高于对照组，说明“熟化”有利于秸秆的腐解。[0025] 、秸秆肥中含水量的观察
实验组秸秆埋入土壤时，含水量约为68—70%，6个月出土后，含水量平均为43.5%；对照组秸秆埋入土中时为干秸秆，出土后平均每组秸秆含水量为36.6%，实验组秸秆含水量比对照组高18.8%。
[0026] 微生物分解有机质需要一定的水分和温度，土壤水、热状况直接影响生物学过程的强弱。一般规律是温度在30℃，土壤水分含量接近于最大持水量60%—80%，有机质分解强度大。温度和含水量低于或高于最适点时，都会减弱有机质的分解程度，它同时又是植物吸水的主要来源。
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为了使对实验结果有一个全面理解，现将上述内容综合列表如下：五组秸秆肥对照观察内容一览表 。
综上所述，煮沸后的秸秆实验组有利于“高度肥沃土壤标志”的蚯蚓繁衍生长。有利于“在土壤生物肥力中占据主导地位”的土壤微生物的生长繁衍，虽然面临着植物根系对营养的争夺，但是实验组的微生物还是高于对照组24%。科学家们都知道，秸秆——是一种难以分解的有机物，但是在土壤生物群的作用下，还是有一部分在6个月的时间内分解为无机物，在边分解边被植物根系和微生物利用的前提下，实验组的数值还是比对照组高出了17.43%。
[0027] 上述实验说明，将秸秆两次粉碎、经煮沸、带水深埋生土层中，有利于土壤生物种群——特别是蚯蚓和微生物群的生长繁衍，从而加速对秸秆的腐解，使其转化为土壤有机肥。
[0028] 需要说明的是，由于实验地区土壤酸碱度适中，所以煮沸水中未调PH值。由于土壤PH涉及微生态菌的生长，涉及土壤物质转化，对于土壤酸碱失衡地区尤当注意。
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