生物有机肥料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及肥料技术领域，具体涉及生物有机肥料及其制备方法和应用。
背景技术
生物有机肥料，主要指具有特定功能的微生物与主要以动物残体或植物残体(如农作物秸秆或畜禽粪便等)为来源并经无害化处理、腐熟的有机物料复合而成的一类兼具有机肥和微生物肥效应的肥料。相比化肥，生物有机肥料营养成分更为全面，且不会造成土壤板结。
生物有机肥料的生产方法有很多，通常采用的方法是将腐熟堆肥、发酵菌种以及秸秆和动物粪便等原料按比例混合、经发酵、粉碎、筛选和烘干制得生物有机肥产品。由上述原料生产的生物有机肥，产品比重较轻，易流失，从而增加农作物投入成本。而且生产过程中，需要进行发酵，存在发酵时间较长、产能低且易粉化等问题。
有鉴于此，特提出本发明以解决上述技术问题中的至少一个。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种生物有机肥料，包括氮源、有机原料、碳酸钙镁、芽孢杆菌和辅料等原料，该生物有机肥料不易流失，且能够全面提高土壤品质以及农作物抗病能力。
本发明的第二目的在于提供一种生物有机肥料的制备方法，该制备方法采用强力混合造粒机直接将芽孢杆菌与其他原料混合造粒，无需再对混合料进行发酵，改善了现有技术存在的发酵时间长、产量低及易粉化等问题。
本发明的第三目的在于提供一种生物有机肥料或采用上述生物有机肥料的制备方法制得的生物有机肥料的应用。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种生物有机肥料，包括以下重量份数的原料：
氮源16-22份，有机原料58-75份，碳酸钙镁1-24份，芽孢杆菌2-20份和辅料0-1份。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础上，所述生物有机肥料包括以下重量份数的原料：
氮源17-21份，有机原料60-72份，碳酸钙镁2-22份，芽孢杆菌3-18份和辅料0.2-1份。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础上，所述生物有机肥料包括以下重量份数的原料：
氮源18-20份，有机原料62-70份，碳酸钙镁5-20份，芽孢杆菌4-16份和辅料0.4-0.8份。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础上，所述有机原料包括褐煤、有机堆肥、沼气肥或糖醇渣中的任意一种或至少两种的组合。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础上，所述氮源包括硫酸铵、硝酸铵、碳酸氢铵或尿素中的任意一种或至少两种的组合。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础上，所述芽孢杆菌包括枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌或胶冻样芽孢杆菌中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述芽孢杆菌的有效活菌数为50-2000亿/g；
优选地，所述辅料包括高黏土、黄腐殖酸钾或腐殖酸中的任意一种或至少两种的组合。
本发明还提供了上述生物有机肥料的制备方法，包括以下步骤：
采用强力混合造粒机对配方量的各原料进行混合、造粒，得到生物有机肥料。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础上，所述生物有机肥料的制备方法包括以下步骤：
采用强力混合造粒机对配方量的各原料进行混合并调节各原料的含水量至14-20wt％，然后造粒，将得到的造粒物料进行干燥，得到生物有机肥料。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础上，所述干燥的温度为42-62℃，所述干燥的时间为12-15min。
本发明还提供了上述生物有机肥料或采用上述制备方法制得的生物有机肥料在植物种植中的应用。
与现有技术相比，本发明提供的生物有机肥料及其制备方法和应用具有以下优势：
(1)本发明提供的生物有机肥料，包括氮源、有机原料、碳酸钙镁、芽孢杆菌和辅料等原料，其中，该生物有机肥料以有机原料和微生物芽孢杆菌为主，同时添加的碳酸钙镁可为作物提供充足的钙、镁等中量元素，通过氮源、有机原料、碳酸钙镁、芽孢杆菌和辅料等原料的配合，使得该生物有机肥料既能为作物提供全面合理的养分，又可改善已酸碱化或盐碱化等品质下降的土壤，增强土壤肥力，且不易流失，可全面提高土壤品质以及农作物抗病能力；另外，各原料简单易得，原料成本低。
(2)本发明提供了上述生物有机肥料的制备方法，通过采用强力混合造粒机将芽孢杆菌与其他原料混合得到混合料，无需再对混合料进行发酵，而是直接对混合料进行造粒，在保证芽孢杆菌存活的条件下制得生物有机肥料，该制备方法改善了现有技术存在的发酵时间长、产量低及易粉化等问题，同时该制备方法通过采用强力混合造粒机对各原料直接进行混合造粒，改善了现有技术中原料粘稠、不易造粒的难题。
另外，该制备方法工艺流程简单，操作方便，可有效缩短生物有机肥料的生产周期。
(3)本发明提供了上述生物有机肥料或采用上述制备方法制得的生物有机肥料在植物种植中的应用。鉴于上述生物有机肥料所具有的优势，使得其可提供植物生长所需营养，从而提高植物的品质。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的第一个方面，提供了一种生物有机肥料，包括以下重量份数的原料：
氮源16-22份，有机原料58-75份，碳酸钙镁1-24份，芽孢杆菌2-20份和辅料0-1份。
本发明提供的生物有机肥料，通过氮源、有机原料、碳酸钙镁、芽孢杆菌和辅料等原料的配合，使得该生物有机肥料既能为作物提供全面合理的养分，又可改善已酸碱化或盐碱化等品质下降的土壤，增强土壤肥力，且不易流失，肥效持久，可全面提高土壤品质以及农作物抗病能力；另外，各原料简单易得，原料成本低。
具体的，氮源可为植物提供氮素营养，对于提高植物的产量以及品质有重要作用。对于氮源的种类不作具体限定，可采用本领域常见的物质，包括但不限于硫酸铵、尿素或碳酸氢铵等。氮源典型但非限制性的重量份数为16份、17份、18份、19份、20份、21份或22份。
有机原料可提供有机质。有机原料可采用本领域常见的物质，包括但不限于褐煤、秸秆、菇渣、有机堆肥、沼气肥或糖醇渣等。有机原料典型但非限制性的重量份数为58份、59份、60份、61份、62份、64份、65份、66份、68份、70份、72份、74份或75份。
碳酸钙镁可赋予生物有机肥料充足的钙、镁元素，将该生物有机肥料施入土壤中，可为植物提供充足的钙、镁等中量元素，满足植物对于营养的需求。
碳酸钙镁的来源不作具体限定。碳酸钙镁典型但非限制性的重量份数为1份、2份、4份、5份、6份、8份、10份、12份、14份、15份、16份、18份、20份、21份、22份、23份或24份。
芽孢杆菌作为微生物菌剂，可提高该生物有机肥料的肥力和利用率，抑制植物对硝态氮、重金属、农药的吸收，净化和修复土壤，降低植物病害发生。
芽孢杆菌典型但非限制性的重量份数为2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、18份、19份或20份。
辅料为可选择性添加的物质，其主要作用是为农作物补充中微量元素。辅料可选择本领域常见的物质进行添加，例如高黏土、黄腐殖酸钾或腐殖酸。辅料典型但非限制性的重量份数为0份、0.2份、0.4份、0.5份、0.6份、0.8份或1.0份。
需要说明的是，该生物有机肥料中氮源以及有机原料可提供大量元素，碳酸钙镁可提供微量元素，辅料可提供微量元素，而芽孢杆菌作为微生物菌，通过上述各原料的配合，使得该生物有机肥料养分充足，同时还能增强土壤肥力，为植物的生长起到良好的促进作用。若生物有机肥料中元素用量不均衡，植物则会出现生长缓慢、易发病、果实叶片畸形等不良症状。
而且，各原料的用量也有一定的限定，例如，当氮源用量低于16重量份数时，会导致养分不足，农作物的产量降低，当氮源用量高于22重量份数时，会导致生产成本增加等问题；当有机原料用量低于58重量份数时，会导致有机质含量偏低，达不到微生物肥标准，不能满足农作物对生物有机肥有机质含量需求，当有机原料用量高于75重量份数时，会导致单位重量内其它组分偏少，部分微量元素不能满足农作物需求；当碳酸钙镁用量低于1重量份数时，会导致钙镁含量不足，严重影响农产品品质与作物寿命等问题，当碳酸钙镁用量高于24重量份数时，会导致钙镁含量较高，营养过剩，且原料成本增加等问题；当芽孢杆菌用量低于2重量份数时，会导致农作物的出芽率和保苗率以及成活率不高等问题，当芽孢杆菌用量高于20重量份数时，会导致菌类原料费用增加，即增加生产成本等问题。由此可见，各原料用量应保持在特定的数值范围内。
本发明所述的“包括”，意指其除所述原料外，还可以包括肥料领域可接受的其他原料，这些其他原料赋予肥料不同的特性。除此之外，本发明所述的“包括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……制成”。例如，生物有机肥料，由以下重量份数的原料制成：氮源16-22份，有机原料58-75份，碳酸钙镁1-24份，芽孢杆菌2-20份和辅料0-1份。
作为本发明的一种可选实施方式，该生物有机肥料包括以下重量份数的原料：
氮源17-21份，有机原料60-72份，碳酸钙镁2-22份，芽孢杆菌3-18份和辅料0.2-1份。
作为本发明的一种可选实施方式，生物有机肥料包括以下重量份数的原料：
氮源18-20份，有机原料62-70份，碳酸钙镁5-20份，芽孢杆菌4-16份和辅料0.4-0.8份。
通过对生物有机肥料各原料用量的进一步限定，使得该生物有机肥料的营养成分更全面合理。
作为本发明的一种可选实施方式，有机原料包括褐煤、有机堆肥、沼气肥或糖醇渣中的任意一种或至少两种的组合。
褐煤中富含大量的磷、钙，将其作为肥料可改良土壤，促进农作物的生长。
有机堆肥为一种有机肥料，所含营养物质比较丰富，且肥效长而稳定。
沼气肥，是指沼气发酵后的残留物。沼气肥中富含有机质和植物必需的多种营养元素，其对于改善土壤理化性质，提高植物品质有明显作用。
糖醇渣为一种多元醇，常见的糖醇渣例如为木糖醇渣、甘糖醇渣等。糖醇渣可通过调节细胞渗透性使植物适应逆境生长，主要用于提高作物的抗逆性。
通过对有机原料中物质种类的具体限定，使得该有机原料可为土壤或植物品质提供充足的有机质，可进一步改善土壤环境以及提高植物品质。
作为本发明的一种可选实施方式，氮源包括硫酸铵、硝酸铵、碳酸氢铵或尿素中的任意一种或至少两种的组合。
硫酸铵，又称硫铵，白色或淡褐色结晶体，易溶于水，吸湿性小，便于贮存和使用。硫酸铵不但作为氮源，还能为作物提供一定的硫元素。
硝酸铵、碳酸氢铵以及尿素均是较为常见的氮肥，可为该生物有机肥料提供充足的氮元素。
作为本发明的一种可选实施方式，芽孢杆菌包括枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌或胶冻样芽孢杆菌中的任意一种或至少两种的组合。
通过对芽孢杆菌具体种类的限定，使得该芽孢杆菌对于生物有机肥料品质的提升作用更明显。
作为本发明的一种可选实施方式，芽孢杆菌的有效活菌数为50-2000亿/g。
芽孢杆菌典型但非限制性的有效活菌数为50亿/g、100亿/g、200亿/g、300亿/g、500亿/g、600亿/g、800亿/g、1000亿/g、1200亿/g、1400亿/g、1500亿/g、1600亿/g、1800亿/g或2000亿/g。
通过对芽孢杆菌有效活菌数的限定，使得其具有较高的活性，更有利于该生物有机肥料中有机质等营养物质的释放。
作为本发明的一种可选实施方式，辅料包括高黏土、黄腐殖酸钾或腐殖酸中的任意一种或至少两种的组合。
高黏土的有机质含量高，保肥性能强，养分不易流失。
黄腐殖酸钾能够改良土壤，提高肥效，刺激植物生长，可提高植物的抗逆性能，提升作物品质。
腐殖酸主要是动植物遗骸经过微生物的分解和转化以及一系列地球化学反应过程形成和积累起来的一类有机物质。腐殖酸能与水中的金属离子离合，有利于营养元素向植物传送，并能改良土壤结构，有利于植物的生长。
通过对辅料种类的进一步限定，使得该生物有机肥料可为农作物补充中微量元素，同时该辅料还具有一定的黏度，有利于制备过程中的造粒成型。
作为本发明的一种可选实施方式，碳酸钙镁为化学选矿副产物。
通过化学选矿副产物碳酸钙镁为该生物有机肥料提供一定的钙、镁等中量元素，可提升化学选矿副产物的循环利用，提高化学选矿副产物的利用价值。
根据本发明的第二个方面，还提供了上述生物有机肥料的制备方法，包括以下步骤：
采用强力混合造粒机对配方量的各原料进行混合、造粒，得到生物有机肥料。
强力混合造粒机是应用紊流混合造粒原理，在同一台设备内完成混合、捏合、造球制粒过程，工序少，操作简单，可快速高效的在最短时间内制备出所需的肥料颗粒。该强力混合造粒机为现有设备，市售可得，对于其具体结构此处不再赘述。
需要说明的是，该生物有机肥料的制备方法是直接将芽孢杆菌与其他原料混合得到混合料，然后对混合料进行造粒，只要保证芽孢杆菌存活的条件下进行混合造粒即可。整个制备过程中不需要对混合料进行发酵，大大缩短制备周期，该制备方法改善了现有技术存在的发酵时间长、产量低及易粉化等问题，同时该制备方法通过采用强力混合造粒机对各原料直接进行混合造粒，改善了现有技术中原料粘稠、不易造粒的难题。
另外，该制备方法工艺流程简单，操作方便，大大缩短生物有机肥料的生产周期。
作为本发明的一种可选实施方式，生物有机肥料的制备方法包括以下步骤：
采用强力混合造粒机对配方量的各原料进行混合并调节各原料的含水量至14-20wt％，然后造粒，将得到的造粒物料进行干燥，得到生物有机肥料。
此混合造粒过程采用的是湿法造粒，调节各原料的含水量典型但非限制性的例如14wt％、15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、19wt％或20wt％。
作为本发明的一种可选实施方式，干燥的温度为42-62℃，干燥的时间为12-15min。
典型但非限制性的干燥的温度为42℃、44℃、45℃、46℃、48℃、50℃、52℃、54℃、55℃、56℃、58℃、60℃或62℃。
典型但非限制性的干燥的时间为12min、13min、14min或15min。
通过对干燥温度以及干燥时间的限定，使得该生物有机肥料中含有适量的水分。
作为本发明的一种优选实施方式，该生物有机肥料的制备方法包括以下步骤：
计量：将各原料投入料斗中，通过带式计量秤按原料配比计量后输送至造粒工序；
造粒：将计量工序输送的各种原料加入强力混合造粒机中，打开强力混合造粒机喷淋调节原料水分(原料水分含量控制在14-20％)，启动电源，设置逆转，将转子转速调至合适挡位，圆盘转速调至合适挡位，原料在强力混合造粒机中被圆盘高速运转和高速搅拌下混合均匀，调节圆盘至低速挡位，快速成粒，打开放料阀，造粒物料经皮带输送机输送到干燥工序，关闭出料阀，重复操作；
干燥、筛分：将来自造粒工序的产品送至干燥机，干燥后物料经皮带输送机、斗提机送至筛分机，筛分后的成品物料(粒径范围为1.0-3.6mm)送经皮带输送机送至成品包装车间进行包装，得到生物有机肥料。其中，生物有机肥料可按不同粒径1.0mm-2.0mm、2.0mm-2.8mm、2.8mm-3.6mm包装。
需要说明的是，筛分后除了成品物料，还会得到小颗粒物料(≤1.0mm)和大颗粒物料(≥3.6mm)，可将上述小颗粒物料和大颗粒物料经皮带输送机送至强力混合造粒机进行再次造粒处理。
另外，需要说明的是，本发明提供的生物有机肥料的制备方法不只是用于制备本发明提供的生物有机肥料，还可以制备以其他原料构成的生物有机肥料。
根据本发明的第三个方面，还提供了上述生物有机肥料或采用上述制备方法制得的生物有机肥料在植物种植中的应用。
鉴于上述生物有机肥料所具有的优势，使得其可提供植物生长所需营养，从而提高植物的品质。
下面结合具体实施例和对比例，对本发明作进一步说明。需要说明的是，褐煤购自厂家为广西南宁宜化贸易公司，有机质为75-90％；沼气、有机堆肥和糖醇渣均购自瓮安养殖户；枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌均购自北京世纪阿姆斯生物技术有限公司，有效活菌数为50亿/g。
实施例1
本实施例提供了一种生物有机肥料，包括以下重量的原料：
氮源22kg，有机原料73kg，碳酸钙镁2kg，解淀粉芽孢杆菌2kg和辅料1kg；
其中，氮源为硫酸铵，有机原料为褐煤和糖醇渣，褐煤和糖醇渣的质量比为1:1，辅料为黄腐殖酸钾。
本实施例提供的生物有机肥料的制备方法包括以下步骤：
将配方量的各原料加入强力混合造粒机中，启动电源，设置逆转，将转子转速调至合适挡，圆盘转速调至1800r/min，原料在强力混合造粒机中被圆盘高速运转和高速搅拌下混合均匀，并调节各原料的含水量至20wt％，然后调节圆盘转速至900r/min，造粒，将得到的造粒物料于50℃下干燥14min，筛分，得到1.0-3.6mm的生物有机肥料。
实施例2
本实施例提供了一种生物有机肥料，包括以下重量的原料：
氮源21kg，有机原料72kg，碳酸钙镁3kg，枯草芽孢杆菌3kg和辅料1kg；
其中，氮源为硫酸铵，有机原料为褐煤，辅料为高粘土。
本实施例提供的生物有机肥料的制备方法与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供了一种生物有机肥料，包括以下重量的原料：
氮源21kg，有机原料71kg，碳酸钙镁4kg，解淀粉芽孢杆菌3.5kg和辅料0.5kg；
其中，氮源为硫酸铵，有机原料为褐煤，辅料为腐殖酸。
本实施例提供的生物有机肥料的制备方法包括以下步骤：
将配方量的各原料加入强力混合造粒机中，启动电源，设置逆转，将转子转速调至合适挡，圆盘转速调至1800r/min，原料在强力混合造粒机中被圆盘高速运转和高速搅拌下混合均匀，并调节各原料的含水量至20wt％，然后调节圆盘转速至900r/min，造粒，将得到的造粒物料于60℃下干燥12min，筛分，得到1.0-3.6mm的生物有机肥料。
实施例4
本实施例提供了一种生物有机肥料，包括以下重量的原料：
氮源20kg，有机原料70kg，碳酸钙镁5.5kg，枯草芽孢杆菌4kg和辅料0.5kg；
其中，氮源为硫酸铵，有机原料为褐煤，辅料为高粘土。
该生物有机肥料的制备方法，包括以下步骤：
将配方量的各原料加入强力混合造粒机中，启动电源，设置逆转，将转子转速调至合适挡，圆盘转速调至1800r/min，原料在强力混合造粒机中被圆盘高速运转和高速搅拌下混合均匀，并调节各原料的含水量至14wt％，然后调节圆盘转速至900r/min，造粒，将得到的造粒物料于45℃下干燥15min，筛分，得到1.0-3.6mm的生物有机肥料。
实施例5
本实施例提供了一种生物有机肥料，其中将有机原料替换为沼气肥，其他原料和用量以及制备方法与实施例4相同。
实施例6
本实施例提供了一种生物有机肥料，包括以下重量的原料：
氮源20kg，有机原料62kg，碳酸钙镁13.5kg，枯草芽孢杆菌4kg和辅料0.5kg；
本实施例提供的生物有机肥料的制备方法与实施例4相同。
实施例7
本实施例提供了一种生物有机肥料，包括以下重量的原料：
氮源20kg，有机原料62kg，碳酸钙镁5.5kg，枯草芽孢杆菌12kg和辅料0.5kg；
本实施例提供的生物有机肥料的制备方法与实施例4相同。
对比例1
本对比例提供了一种生物有机肥料，包括以下重量的原料：
氮源15kg，有机原料78kg，碳酸钙镁5.5kg，枯草芽孢杆菌1kg和辅料0.5kg；
其中，氮源为硫酸铵，有机原料为褐煤，辅料为高粘土。
本对比例提供的生物有机肥料的制备方法与实施例4相同。
对比例2
本对比例提供了一种生物有机肥料，除了原料中未添加碳酸钙镁，其余原料和用量以及制备方法与实施例4相同。
对比例3
本对比例提供了一种生物有机肥料，除了原料中枯草芽孢杆菌的重量为1kg，其余原料和用量以及制备方法与实施例4相同。
对比例4
本对比例提供了一种生物有机肥料，各原料和用量与实施例4相同。
本对比例提供的生物有机肥料的制备方法包括以下步骤：
将配方量的各原料混合后，进行发酵，发酵的时间7d，发酵的温度初始温度为23℃，经过2d后温度逐渐升高至64℃，发酵的湿度为58％，发酵结束后进行粉碎、筛分至2.8目，并45℃下干燥15min，得到生物有机肥产品。
为了进一步验证上述实施例和对比例的技术效果，特进行以下实验。
实验例1
对上述各实施例和对比例得到的生物有机肥料进行检测，具体结果如表1所示。其中，总养分是指N+P2O5+K2O含量且以干基进行计算，表1中的“％”是指质量百分数。
表1
由表1中数据可以看出，本发明各实施例提供的生物有机肥料的整体性能要优于对比例提供的生物有机肥料的整体性能。
从表1中数据可以看出，由于对比例1-3各原料组成或用量不在本发明原料组成或用量范围之内，使得所得到的生物有机肥料养分不够，对农作物生长发育、产量以及土壤有效养分含量都有产生不利影响。其中，对比例2中未添加碳酸钙镁，钙镁含量不足严重影响农产品品质与作物寿命。对比例3中枯草芽孢杆菌的用量过低，可导致农作物的出芽率和保苗率以及成活率不高。对比例4中的生物有机肥料的制备方法与实施例4中的生物有机肥料的制备方法不同，虽然对比例4得到的生物有机肥料的品质与实施例4相当，但是对比例4生物有机肥料的生产周期长，产量低，无形中增加了生产成本。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
