堆肥原料与配方设计堆肥原料与配方设计 徐智 博士/副教授徐智 博士/副教授 云南农业大学植物营养系 2016年7月 需要明确的几个概念需要明确的几个概念 堆肥的基本原理和核心堆肥的基本原理和核心 堆肥的原料堆肥的原料 堆肥的配方设计堆肥的配方设计 堆肥发酵过程控制与功能性堆肥堆肥发酵过程控制与功能性堆肥 提提 纲纲 一、需要明确的几个概念一、需要明确的几个概念 有机固体废弃物（有机物料） 堆肥化与堆肥 有机肥、生物有机肥 有机物料、堆肥化、堆肥和有机类肥料的关系？有机物料、堆肥化、堆肥和有机类肥料的关系？ 有机固体废弃物（有机物料）有机固体废弃物（有机物料） 是指在植物和动物生产以及人类生活等 过程中产生的对原生产系统或原所有者 无原使用价值的生物质类残余物。 基本特点： 具有具有可生化降解性； 可生化降解性； 蕴含大量的蕴含大量的碳/有机质碳/有机质（C）； （C）； 含有大量的含有大量的养分资源养分资源（N、P、K等）。（N、P、K等）。 堆肥化与堆肥堆肥化与堆肥 水水 热热 原料原料 堆肥产品堆肥产品 有机质有机质 矿物质矿物质 水水 微生物微生物 有机质有机质 矿物质矿物质 水水 微生物微生物 堆肥化 ：人工控制下，在一定的水分、C/N比和通风条件下通过微生物的发酵作用，将有机物料转将有机物料转变为肥料的过程变为肥料的过程。 在一过程中，有机物由不稳定转化为稳定的腐殖质腐殖质。 堆肥：堆肥化的产品堆肥化的产品。 特点：重量上减少1/2左右，体积减少1/2左右 堆肥化与堆肥堆肥化与堆肥 有机肥、生物有机肥有机肥、生物有机肥 有机肥料是指主要来源于植物和（或）动物残植物和（或）动物残 体体，经过发酵腐熟发酵腐熟的含碳有机物料，其功能是 改善土壤肥力、提供植物营养、改善作物品质 （NY 525-2012）。 生物有机肥是指添加具有特定功能微生物特定功能微生物并经 过发酵腐熟而成的一类兼具微生物肥料和有机 肥效应的肥料兼具微生物肥料和有机 肥效应的肥料（NY 8842012 ）。 有机物料、堆肥化、堆肥和有机类肥料的关系有机物料、堆肥化、堆肥和有机类肥料的关系 有机物料有机肥 有机物料是生产有机肥料的原料，有机 类肥料是其产物 有机废物 有机肥 堆肥化 堆肥 生物有机肥 微生物菌剂微生物菌剂生物有机肥生物有机肥 二、堆肥化（发酵）的原理二、堆肥化（发酵）的原理 水水 热热 原料原料 堆肥产品堆肥产品 有机质有机质 矿物质矿物质 水水 微生物微生物 有机质有机质 矿物质矿物质 水水 微生物微生物 基本特点基本特点 堆肥化（发酵）的核心堆肥化（发酵）的核心 1、通过协调堆肥过程中矿质化和腐殖化过程，、通过协调堆肥过程中矿质化和腐殖化过程， 建立有机养分、无机养分之间的平衡；建立有机养分、无机养分之间的平衡； 2、通过微生物分解发热实现自身脱水；、通过微生物分解发热实现自身脱水； 3、实现无害化、减量化和资源化的过程；、实现无害化、减量化和资源化的过程； 4、协调环境、卫生的关系，建立工业与农业 间的桥梁。、协调环境、卫生的关系，建立工业与农业 间的桥梁。 （李季，（李季，2009） 堆肥原料，一般来源于农业及市政固体 废弃物 要选择合适的堆肥原料，首先要了解各 种原料的基本特性，特别是一些适合于 产业化、商品化生产的特性 原料的来源是否广泛、稳定广泛、稳定，原料的各 项养分指标能否满足制作肥料的要求各 项养分指标能否满足制作肥料的要求， 原料是否能够快速腐熟是否能够快速腐熟等 三、堆肥原料三、堆肥原料 堆肥原料种类堆肥原料种类 农业废弃物，如：畜禽粪便、作物秸秆 等 产业废弃物，如：糖泥、甘蔗渣、各种 果渣、酒糟、油枯等 其他原料 。 堆肥原料的类型堆肥原料的类型 按使用量：主料、辅料 按原料性质：碳素原料、氮素原料、调 理剂 主料：主要发酵原料。 辅料：主要用于调节物料水分、C/N、 C/P、pH、通透性、养分等物料。 主料与辅料主料与辅料 搭配的基本原则：搭配的基本原则： 高水分、低水分搭配高水分、低水分搭配 高碳与高氮（或高高碳与高氮（或高C/N比与低比与低C/N比）搭配比）搭配 调节合适的调节合适的C/P、pH、通透性、养分等、通透性、养分等 碳素原料、氮素原料和调理剂碳素原料、氮素原料和调理剂 高碳原料：高碳原料：多作辅料，如秸杆粉、稻壳 粉、稻糠、草炭、蘑菇渣、粉煤灰等 氮素原料：氮素原料：多为C/N30以下，多作主料， 如畜禽粪便、市政污泥、甘蔗滤泥等 调理剂：调理剂：主要指调节pH值、 C/P等的原 料，如生石灰、石膏、稀酸、磷矿粉等 堆肥生产应该根据当地的资源状况以及堆肥化的堆肥生产应该根据当地的资源状况以及堆肥化的 目的首先确定主料，然后根据主料的性质选取辅 料。当主料为高碳素原料时，应选择合适的高氮 素原料进行调节；当主料为高氮素原料时，选择 合适的高碳素原料进行调节。无论何种原料，其 选用的一般原则为： 目的首先确定主料，然后根据主料的性质选取辅 料。当主料为高碳素原料时，应选择合适的高氮 素原料进行调节；当主料为高氮素原料时，选择 合适的高碳素原料进行调节。无论何种原料，其 选用的一般原则为： 1原料来源广泛、供应稳定； 2原料水分尽量偏低； 3氮磷钾及有机质养分适宜； 4易腐熟； 5成本或价格低。1原料来源广泛、供应稳定； 2原料水分尽量偏低； 3氮磷钾及有机质养分适宜； 4易腐熟； 5成本或价格低。 原料的选择原料的选择 1、最大限度的减少或消除原料造成 二次污染。、最大限度的减少或消除原料造成 二次污染。 2、最大限度的减少原料在储存过程、最大限度的减少原料在储存过程 中养分损失。中养分损失。 3、尽可能的在储存过程中降低原料 水分。、尽可能的在储存过程中降低原料 水分。 （5）原料的储存）原料的储存 堆肥配方设计就是对C/N和水分的平衡过 程，优化堆肥物料粒径、pH、养分含量 等参数，达到一个相对合理或最佳的范 围，已达到快速发酵的目的。 三、堆肥的配方设计三、堆肥的配方设计 其核心是（堆肥工程）：其核心是（堆肥工程）： C/N和水分的平衡和水分的平衡 条条 件件 合理范围合理范围a 最佳范围最佳范围 碳氮比碳氮比(C/N) 20:140:1 25:130:1 水分含量水分含量 4065% 5060% 颗粒直径颗粒直径(直径以直径以cm计计) 0.321.27 可变b pH值值 5.59.0 6.58.0 C/P - 1/751/150 总养分总养分（%） 4以上 4-6 快速堆肥的推荐条件快速堆肥的推荐条件 比较容易忽视的问题：比较容易忽视的问题： 1、注重、注重C/N的调节，忽视原料的总有机质的调节，忽视原料的总有机质 2、忽视堆肥过程中的养分调节、忽视堆肥过程中的养分调节 协调堆肥过程中养分协调堆肥过程中养分 0.60.70.80.91.01.11.21.30361116212631堆肥时间（d）T-N（%）CK 烟草废弃物+猪粪1 烟草废弃物+猪粪2 烟草废弃物+猪粪3处理 全氮/% 全磷/% 全钾/% CK 1.070.01c 1.180.03c 4.920.16c 烟草废弃物+猪粪1 1.220.02a 1.290.06c 5.000.02c 烟草废弃物+猪粪2 1.190.01ab 2.040.02b 5.150.01a 烟草废弃物+猪粪3 1.190.03b 2.830.10a 5.090.01b 堆肥过程中堆肥过程中 全磷和全钾肯定是上升的趋势全磷和全钾肯定是上升的趋势 无机养分的协调无机养分的协调 堆肥配方设计的核心堆肥配方设计的核心 堆肥工程的应用过程中，原料配方设计 的核心是：堆肥工程的应用过程中，原料配方设计 的核心是： C/N和水分的平衡和水分的平衡 堆肥配方设计的基本原则和步骤堆肥配方设计的基本原则和步骤 干物料干物料主要以调节C/N比为主，然后通过加水 来调节水分含量。 湿物料湿物料水分就成为最重要的指标，因为高水分 会引发厌氧条件、臭气和低分解率。通常最好 先根据水分来设计一个初始配方，然后再逐步 调整，获得一个可接受的C/N比。 两种情况：较干的物料；湿物料 堆肥配方计算的公式堆肥配方计算的公式 水重量=总重量水分含量 干重=总重量-水重量=总重量（1-水分 含量） 氮含量=干重含氮量（%） 碳含量=干重含碳（%） 堆肥配方模拟计算方法 堆肥培训班-物料配比计算方法.xls 混 合 一次 发酵 二次 发酵 （） 含水率（） （） 含水率（40%） （） 含水率（） 有机肥 （含 水 30%） （物料 2） （物料 1） 微生物菌 剂 （） （） 水分 有机物分解 （） （） 水分 有机物分解 （） （） 含水率（） （） 含水率（） （物料 3） （） 含水率（） 稳定的原料和工艺很重要！ 有机物料发酵物料平衡图有机物料发酵物料平衡图 四、堆肥发酵过程控制与功能性堆肥四、堆肥发酵过程控制与功能性堆肥 堆肥过程就是有机物的矿化和腐质化过 程的一种表现 堆肥作为一种有机肥的价值就在于有机 质含量 无害化和稳定化是堆肥腐熟的标志 理论上讲，有机物可以全部转化为水和 二氧化碳和矿物质 堆肥过程控制要素堆肥过程控制要素 堆肥化的过程应该是建立在无害化基础 上的一种相对稳定的状态 需要建立无害化和稳定化的平衡 需要建立有机养分和无机养分的平衡 怎样保证堆肥过程损失最小怎样保证堆肥过程损失最小/生产效率最高？生产效率最高？ 怎么根据堆肥产品来设计堆肥过程？（功能性堆 肥）怎么根据堆肥产品来设计堆肥过程？（功能性堆 肥） 堆肥的工艺过程堆肥的工艺过程 堆肥的工艺过程：堆肥的工艺过程： 1. 原料的收集与预处理 2. 主发酵（一次发酵） 3. 后发酵（二次发酵、陈化） 4. 后处理 有机物料有机物料 Volatile matter + O2 + Microbe New microb e + 腐殖质腐殖质 Humus 合成合成 氧化氧化 CO2、H2O、NH3、PO42-、 SO42-+能量能量显热（提高温度）显热（提高温度） 实现堆肥一次发酵的快速发酵（快速发 酵）过程 用好陈化（二次发酵）过程 实现一次发酵和二次发酵的完美配合 怎样保证堆肥过程损失最小，保证生产效率？怎样保证堆肥过程损失最小，保证生产效率？ 功能性堆肥的要求？功能性堆肥的要求？ 怎么实现？怎么实现？ 预 处 理 预 处 理 粒度 调节 粒度 调节 水分 调节 水分 调节 C/N、C/P、 pH等调节 C/N、C/P、 pH等调节 养分 调节 养分 调节 过程控制参数 过程控制参数 发酵进程 发酵进程 养分损失 养分损失 环境控制 环境控制 完成一次发酵的快速发酵过程 用好陈化（二次发酵）工艺过程用好陈化（二次发酵）工艺过程 堆肥的陈化，或者叫二次发酵，是指堆肥经过 高温好氧发酵后，堆肥有机物进一步稳定化的堆肥有机物进一步稳定化的 过程过程。 陈化可以作为堆肥生产的分配器和调节器陈化可以作为堆肥生产的分配器和调节器 协调肥料生产的关系 调节肥料产品产销的季节矛盾 0102030405060708090100123456789101112131415GI值 满足不同堆肥产品对满足不同堆肥产品对陈化的特异性需求陈化的特异性需求, ,满满足足功能性堆肥的需要功能性堆肥的需要。 纯有机肥陈化时间要长 有机无机复混肥（中的发酵料）陈化时间可 相应缩短 用作育苗或配制苗床营养土的有机肥陈化时 间要尽可能的长 生物有机肥，可以考虑在陈化阶段实现功能 性微生物的接种、发酵 用陈化来调节不同功能性堆肥的要求用陈化来调节不同功能性堆肥的要求