一种养殖废弃物的处理方法及其在种植农作物中的应用

摘要

本发明涉及一种利用养殖废弃物的处理方法及其用于种植农作物中的应用，具体工艺步骤：将养殖废弃物制备成肥料组合物；根据农作物所需营养成分和土壤消纳量核算确定肥料组合物的用量；向每1m2土壤中施加1‑10kg的固肥，向土壤中施加浓度为25‑75％的液肥水溶液，播种农作物，在农作物种植期内追加浓度为25‑75％的液肥水溶液；收获成熟的农作物。本发明提供一种养殖废弃物的新利用途径，有效将废弃物进行无害化资源化利用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用养殖废弃物的处理方法及其在种植农作物中的应用，属于环保技术领域。

背景技术

近年来，随着科学快速发展，畜牧业技术不断提高和完善，中国的畜禽养殖业由分散养殖转向规模化、集约化和产业化养殖。当前奶牛养殖业的规模化程度明显提高，区域生产格局已基本形成，但由此带来的环境污染加剧、农业污染减排压力增大等问题已严重制约畜牧业的持续发展。

2016年畜禽数量统计数据显示，内蒙古地区养殖粪污排放量占全国第4位，其中奶牛养殖粪污总产量为8650万吨，奶牛养殖废水占一半以上，约4660万吨，废水中主要污染物为COD(Chemical oxygen demand)、BOD(Biochemical oxygen demand)、TN(Totalnitrogen)、TP(Total phosphorus)，浓度均较高。内蒙古自治区的畜牧业在当地的经济社会中起着重要的支柱作用，伊利、蒙牛等乳品公司在呼和浩特市周边有许多规模化奶牛养殖场，因此控制呼和浩特周边地区规模化奶牛养殖污染对自治区污染减排意义重大。

当前养殖废弃物的主要处理方式为还田利用、自然处理、工业化处理，其最终消纳方式主要为还田利用，但现有技术中的还田技术对肥料氮素、磷素的利用率低，导致土壤营养浪费，此外还容易导致过营养化、地表水与地下水中硝酸盐和重金属等物质累积的一系列环境污染问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用养殖废弃物制备的肥料组合物，所述肥料组合物由固肥和液肥组成，其中，固肥中总氮含量为0.03-0.07％(w/w)，总磷含量为0.005-0.08％(w/w)，有机质含量5-15％(w/w)，氨氮含量为0.005-0.08％(w/w)，硝氮含量为0.001-0.05％(w/w)，液肥中的总氮含量为1000-3000mg/L，总磷含量为100-500mg/L，氨氮含量为300-1800mg/L，硝氮含量为20-120mg/L。

本发明优选的技术方案中，固肥中总氮含量为0.04-0.06％(w/w)，总磷含量为0.01-0.05％(w/w)，有机质含量8-10％(w/w)，氨氮含量为0.01-0.05％(w/w)，硝氮含量为0.005-0.03％(w/w)，液肥中的总氮含量为1500-2500mg/L，总磷含量为200-400mg/L，氨氮含量为500-1500mg/L，硝氮含量为40-100mg/L。

本发明优选的技术方案中，所述养殖废弃物为牛养殖废弃物，优选为奶牛养殖废弃物。

本发明优选的技术方案中，所述固肥的制备方法包括下述步骤：

(1)将养殖废弃物进行固液分离，得废水和含水率为70％-85％的废渣；

(2)在废渣中加入0～2.0L/t的微生物原液，均匀混合后，控制温度在50-70℃，堆肥发酵5-7天，每隔1-2天翻堆一次，制得固肥。

本发明优选的技术方案中，所述微生物选自芽孢杆菌、放线菌、酵母菌、木霉菌中的任一种或其组合。

本发明优选的技术方案中，废渣中加入的微生物原液的量为1-1.5L/t。

本发明优选的技术方案中，在废渣中还加入秸秆，均匀混合后，堆肥发酵，其中，废渣：秸秆为4:1～1:1(v/v)，优选为3:1-2:1。

本发明优选的技术方案中，所述液肥的制备方法包括下述步骤：

(1)将养殖废弃物进行固液分离，得废水和含水率为70％-85％的废渣；

(2)收集废水静置，除去上清液后，剩余废液进入稳定塘处理系统，其中，所述稳定塘处理系统中的稳定塘不少于2个，优选为厌氧塘、好氧塘、兼氧塘中的任一种及其组合，剩余废液在每个稳定塘停留3-10天，得液肥。

本发明优选的技术方案中，所述上清液用于输粪管冲洗。

本发明优选的技术方案中，所述稳定塘处理系统中的稳定塘为2-6个，优选为3-4个。

本发明的目的在于提供一种利用养殖废弃物制备的肥料组合物的制备方法，所述肥料组合物由固肥和液肥组成，其中，固肥中总氮含量为0.03-0.07％(w/w)，总磷含量为0.005-0.08％(w/w)，有机质含量5-15％(w/w)，氨氮含量为0.005-0.08％(w/w)，硝氮含量为0.001-0.05％(w/w)，液肥中的总氮含量为1000-3000mg/L，总磷含量为100-500mg/L，氨氮含量为300-1800mg/L，硝氮含量为20-120mg/L，所述固肥的制备方法包括下述步骤：

(1)将养殖废弃物进行固液分离，得废水和含水率为70％-85％的废渣；

(2)在废渣中加入0～2.0L/t的微生物原液，均匀混合后，控制温度在50-70℃，堆肥发酵5-7天，每隔1-2天翻堆一次，制得固肥。

本发明优选的技术方案中，所述液肥的制备方法包括下述步骤：

(1)将养殖废弃物进行固液分离，得废水和含水率为70％-85％的废渣；

(2)收集废水静置，除去上清液后，剩余废液进入稳定塘处理系统，其中，所述稳定塘处理系统中的稳定塘不少于2个，优选为厌氧塘、好氧塘、兼氧塘中的任一种及其组合，剩余废液在每个稳定塘停留3-10天，得液肥。

本发明优选的技术方案中，固肥中总氮含量为0.04-0.06％(w/w)，总磷含量为0.01-0.05％(w/w)，有机质含量8-10％(w/w)，氨氮含量为0.01-0.05％(w/w)，硝氮含量为0.005-0.03％(w/w)，液肥中的总氮含量为1500-2500mg/L，总磷含量为200-400mg/L，氨氮含量为500-1500mg/L，硝氮含量为40-100mg/L。

本发明优选的技术方案中，所述养殖废弃物为牛养殖废弃物，优选为奶牛养殖废弃物。

本发明优选的技术方案中，所述微生物选自芽孢杆菌、放线菌、酵母菌、木霉菌中的任一种或其组合。

本发明优选的技术方案中，废渣中加入的微生物原液的量为1-1.5L/t。

本发明优选的技术方案中，在废渣中还加入秸秆，均匀混合后，堆肥发酵，其中，废渣：秸秆为4:1～1:1(v/v)，优选为3:1-2:1。

本发明优选的技术方案中，所述上清液用于输粪管冲洗。

本发明优选的技术方案中，所述稳定塘处理系统中的稳定塘为2-6个，优选为3-4个。

本发明的另一目的在于本发明所述的肥料组合物用于改善土壤肥力中的应用。

本发明的另一目的在于提供一种改善土壤肥力的方法，具体步骤包括：

(1)根据土壤消纳量的测定值，确定土壤中固肥和液肥的施用量；

(2)向每1m

(3)向步骤(2)所得的土壤中施加浓度为25-75％的液肥水溶液。

所述固肥中总氮含量为0.03-0.07％(w/w)，总磷含量为0.005-0.08％(w/w)，有机质含量5-15％(w/w)，氨氮含量为0.005-0.08％(w/w)，硝氮含量为0.001-0.05％(w/w)，液肥中的总氮含量为1000-3000mg/L，总磷含量为100-500mg/L，氨氮含量为300-1800mg/L，硝氮含量为20-120mg/L。

本发明优选的技术方案中，在步骤(3)所得的土壤中播种农作物，在农作物种植期内追加浓度为25-75％的液肥水溶液，

本发明优选的技术方案中，所述的农作物种植期为农作物果实生长期。

本发明优选的技术方案中，固肥中总氮含量为0.04-0.06％(w/w)，总磷含量为0.01-0.05％(w/w)，有机质含量8-10％(w/w)，氨氮含量为0.01-0.05％(w/w)，硝氮含量为0.005-0.03％(w/w)，液肥中的总氮含量为1500-2500mg/L，总磷含量为200-400mg/L，氨氮含量为500-1500mg/L，硝氮含量为40-100mg/L。

本发明优选的技术方案中，所述固肥的制备方法包括下述步骤：

(1)将养殖废弃物进行固液分离，得废水和含水率为70％-85％的废渣；

(2)在废渣中加入0～2.0L/t的微生物原液，均匀混合后，控制温度在50-70℃，堆肥发酵5-7天，每隔1-2天翻堆一次，制得固肥。

本发明优选的技术方案中，所述养殖废弃物为牛养殖废弃物，优选为奶牛养殖废弃物。

本发明优选的技术方案中，所述微生物选自芽孢杆菌、放线菌、酵母菌、木霉菌中的任一种或其组合。

本发明优选的技术方案中，废渣中加入的微生物原液的量为1-1.5L/t。

本发明优选的技术方案中，在废渣中还加入秸秆，均匀混合后，堆肥发酵，其中，废渣：秸秆为4:1～1:1(v/v)，优选为3:1-2:1。

本发明优选的技术方案中，所述液肥的制备方法包括下述步骤：

(1)将养殖废弃物进行固液分离，得废水和含水率为70％-85％的废渣；

(2)收集废水静置，除去上清液后，剩余废液进入稳定塘处理系统，其中，所述稳定塘处理系统中的稳定塘不少于2个，优选为厌氧塘、好氧塘、兼氧塘中的任一种及其组合，剩余废液在每个稳定塘停留3-10天，得液肥。

本发明优选的技术方案中，所述上清液用于输粪管冲洗。

本发明优选的技术方案中，所述稳定塘处理系统中的稳定塘为2-6个，优选为3-4个。

本发明的另一目的在于本发明所述的养殖废弃物制备的肥料组合物用于种植农作物中的应用。

本发明的另一目的在于一种种植农作物的方法，具体步骤包括：

(1)根据农作物所需营养成分和土壤消纳量核算确定肥料组合物的用量；

(2)向每1m

(3)向步骤(2)所得的土壤中施加浓度为25-75％的液肥水溶液；

(4)在步骤(3)所得的土壤中播种农作物，在农作物种植期内追加浓度为25-75％的液肥水溶液根据土壤消纳量的测定值，确定土壤中固肥和液肥的施用量；

(5)收获成熟的农作物。

所述肥料组合物为本发明制备的肥料组合物。

本发明优选的技术方案中，所述成熟的农作物中重金属含量符合食用要求。

本发明优选的技术方案中，所述成熟的农作物可以作为动物饲料。

本发明优选的技术方案中，所述农作物为玉米、高粱、水稻中的任意一种。

所述固肥中总氮含量为0.03-0.07％(w/w)，总磷含量为0.005-0.08％(w/w)，有机质含量5-15％(w/w)，氨氮含量为0.005-0.08％(w/w)，硝氮含量为0.001-0.05％(w/w)，液肥中的总氮含量为1000-3000mg/L，总磷含量为100-500mg/L，氨氮含量为300-1800mg/L，硝氮含量为20-120mg/L。

本发明优选的技术方案中，在步骤(3)所得的土壤中播种农作物，在农作物种植期内追加浓度为25-75％的液肥水溶液，

本发明优选的技术方案中，所述的农作物种植期为农作物果实生长期。

本发明优选的技术方案中，固肥中总氮含量为0.04-0.06％(w/w)，总磷含量为0.01-0.05％(w/w)，有机质含量8-10％(w/w)，氨氮含量为0.01-0.05％(w/w)，硝氮含量为0.005-0.03％(w/w)，液肥中的总氮含量为1500-2500mg/L，总磷含量为200-400mg/L，氨氮含量为500-1500mg/L，硝氮含量为40-100mg/L。

本发明优选的技术方案中，所述固肥的制备方法包括下述步骤：

(1)将养殖废弃物进行固液分离，得废水和含水率为70％-85％的废渣；

(2)在废渣中加入0～2.0L/t的微生物原液，均匀混合后，控制温度在50-70℃，堆肥发酵5-7天，每隔1-2天翻堆一次，制得固肥。

本发明优选的技术方案中，所述养殖废弃物为牛养殖废弃物，优选为奶牛养殖废弃物。

本发明优选的技术方案中，所述微生物选自芽孢杆菌、放线菌、酵母菌、木霉菌中的任一种或其组合。

本发明优选的技术方案中，废渣中加入的微生物原液的量为1-1.5L/t。

本发明优选的技术方案中，在废渣中还加入秸秆，均匀混合后，堆肥发酵，其中，废渣：秸秆为4:1～1:1(v/v)，优选为3:1-2:1。

本发明优选的技术方案中，所述液肥的制备方法包括下述步骤：

(1)将养殖废弃物进行固液分离，得废水和含水率为70％-85％的废渣；

(2)收集废水静置，除去上清液后，剩余废液进入稳定塘处理系统，其中，所述稳定塘处理系统中的稳定塘不少于2个，优选为厌氧塘、好氧塘、兼氧塘中的任一种及其组合，剩余废液在每个稳定塘停留3-10天，得液肥。

本发明优选的技术方案中，所述上清液用于输粪管冲洗。

本发明优选的技术方案中，所述稳定塘处理系统中的稳定塘为2-6个，优选为3-4个。

除非另有说明，本发明涉及液体与液体之间的百分比时，所述的百分比为体积/体积百分比；本发明涉及液体与固体之间的百分比时，所述百分比为体积/重量百分比；本发明涉及固体与液体之间的百分比时，所述百分比为重量/体积百分比；其余为重量/重量百分比。

除非另有说明，本发明中检测方法按如下方法进行：

1.土壤各指标按表1方法检测：

表1

2.农作物测试项目与方法

表2

3.土壤消纳量核算

参考《GBT25246-2010畜禽粪便还田技术规范》、《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》。以施加的肥料组合物中的营养成分作为计算基础，并以实际土壤承载量计算，估算土壤的肥料消纳量。

N——一定土壤肥力和单位面积作物预期产量下需要投入的肥料的量，单位为吨每公顷(t/hm

A——预期单位面积产量下作物需要吸收的营养元素的量，单位为吨每公顷(t/hm

S——预期单位面积产量下作物从土壤中吸收的营养元素量(或称土壤供肥量)，单位为吨每公顷(t/hm

d——肥料中某种营养元素的含量，％；

r——肥料的当季利用率，％；

f——当地农业生产中，施于农田中的肥料的养分含量占施肥总量的比例，％。

A＝y×a×10

y——预期单位面积产量，单位为吨每公顷(t/hm

a——作物形成100kg产量吸收的营养元素的量，单位为千克(kg)。

4.总氮、总磷、有机质土壤肥力等级

根据全国第二次土壤普查养分分级标准(表3)划分。

表3

本发明的有益效果在于：

(1)提供一种养殖废弃物的新利用途径，将废弃物进行无害化资源化利用，经过合理配比后用于还田，实现了农作物的有效增产。

(2)本发明方法操作简单，成本低廉，适用于生产。

附图说明

图1废弃物处理模式工艺流程

图2实验田小区布置

图3土壤pH值变化

图4土壤有机质含量动态变化

图5土壤总氮含量

图6土壤有效氮含量

图7土壤总磷含量

图8土壤有效磷含量

图9玉米植株叶面积变化

图10玉米植株地上生物量变化

图11玉米植株高度变化

图12玉米籽粒产量变化

图13玉米植株地上部分氮素变化

图14玉米植株地上部分氮素变化

图15玉米籽粒氮含量变化

图16玉米籽粒氮含量变化

具体实施方式

实施例1：肥料组合物的制备

养殖废弃物来源于内蒙古优然牧业二什家牧场，收集牛舍中产出的养殖废弃物，具体包括牛粪便、牛尿、冲洗水。使用固液分离机将养殖废弃物固液分离，得到废水(见表4)和含水率为75％的废渣。

微生物菌剂：采用山东君德生物公司的微生物菌剂原液O.M(芽孢杆菌属，放线菌属，酵母菌属，木霉菌属等多种有益微生物及其各种分泌性孢外酶类，有效活菌数≧100亿/ML)

(1)称取废渣1t，按2:1的体积比加入秸秆，加入1.5L/t的微生物菌剂，混合均匀，混料堆成宽2.8m，高1.5m，长50m的条垛进行发酵，每隔2天翻堆一次。发酵升温阶段，发酵温度为0～50℃，持续12天。发酵高温阶段，发酵温度为50～55℃，持续7天。将发酵产物晾晒2天，制得含水率为45.6％的固肥，固肥组成包括总氮0.0533％(w/w),总磷0.0177％(w/w),氨氮0.0268％(w/w),硝氮0.0105％(w/w),有机质9.01％(w/w)。

(2)废水静置10h，分离的上清液用于冲洗输粪管，剩余废液依次进入厌氧塘、兼氧塘、好氧塘、好氧塘进行四级降解处理，每级氧化塘停留5天，制得液肥，液肥组成包括总氮2145mg/L，总磷340mg/L，氨氮1223mg/L，硝氮50.54mg/L。

表4

实施例2肥料组合物用于种植农作物

实验样地位于内蒙古自治区呼和浩特市土默特左旗白庙子镇哈沙图村优然牧业牧场附近的实验田，实验样地土壤指标如表5。

表5

供试玉米品种：青贮1381(内蒙古玉米品种)；

供试化肥：矿物元素增效剂I型(购买自上海概茂农业科技发展有限公司)，总养分(N+P

供试固肥：实施例1所得固肥；

供试液肥：实施例1所得液肥；

供试生物肥：粉状生物有机肥(购买内蒙古自大有生物肥业股份有限公司)。

1.实验设计

施肥模式按照当地土地漫灌方式，结合土壤肥水承载力设定施肥处理。2018年实验设计了13组施肥模式，每种施肥模式重复实验三次，如图1，A1、B1、C1小区为一组平行样，13组纵向排列，共39个小区，各小区独立，每个小区间铺有1米深的防渗膜，建20cm高田埂，每个小区长5.2米，宽5米，小区间间隔1米，每个小区内种植8行13列玉米，共104株玉米；2019年在C1小区旁边新加2块实验田编号为14、15。

根据调查，当地玉米的产量为600～800斤籽粒/亩，产生100kg籽粒需要吸收2.3kg纯氮，每块地面积为5×5.2m

A＝400×15/1000×2.3×10

230t/hm

表6

3.样品采集与处理

实验种植的作物为玉米，按照玉米(播种后计算天数)的生长过程分为幼苗期(27天)、拔节期(52天)、大喇叭口期(85天)与成熟期(130-140天)；2018年植物与土样的采样时间为玉米成熟期；2019年植物与土样的采样时间(具体时间如表7)为四个周期各采一次，前三个时期采样方式是取每个实验小区的第六、七、八行的第三株、第六株、第九株玉米，成熟去取前5行计算产量，并测量每个时期的植株株高、叶面积；植株按上述方式取样装袋后回实验室清洗，烘干、磨粉、过筛后待测；土样按照五点取样法取样，土样装塑封袋后回实验室去除植物残体与石块等浸入体，一半风干、过筛后检测，一半于-20℃冷冻保存待测。

表7

4.实验结果

检测土壤中相关指标，结果见表8-10、图3-8。检测农作物中的相关指标，结果见表11、图9-16。

表8 2019年成熟期土壤重金属含量

表9 2018年土壤肥性相关性分析

注：*相关显著，**相关极显著

表10 2019年土壤肥性相关性分析

注：*相关显著，**相关极显著

表11 2019年成熟期玉米植株及其籽粒重金属含量

以上对本发明具体实施方式的描述并不限制本发明，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变或变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明权利要求保护的范围。