利用农业有机废弃物发酵进行大棚二氧化碳施肥的方法 【技术领域】
本发明涉及利用农业有机废弃物发酵进行大棚二氧化碳施肥的方法。
背景技术
据报道，1998年底，全国以蔬菜栽培为主体的设施园艺面积已达86.7万公顷，居世界第一位，比1981年增长了120倍，并且最近几年的发展速度仍十分迅猛。众所周知，温室、大棚作物进行光合作用所需的最适CO2浓度通常约为空气中CO2浓度的3-5倍(空气中CO2含量约为350ul/L)。而大棚内的CO2浓度通常仅为250μl/L左右，根据我们最近对草莓大棚的CO2浓度测定结果表明：在晴天上午9-10点钟棚内的CO2浓度可低至100ul/L左右，处于严重的CO2饥饿状态。因而，大棚施CO2的增产效果非常明显，一般可达30％左右。由于经济效益十分显著，棚室作物增施CO2气肥这一技术已被广大农民所接受。目前在我国的CO2施肥方法主要有以下几种：
(1)通风换气法：采用此法只能将CO2浓度提高到350μl/L，并不能满足作物光合作用对CO2的需要。而且，经常换气会降低棚内温度，影响作物生长
(2)深施碳铵法：此法基本原理是利用碳铵在田间自然分解释放出的二氧化碳，。此法简便、成本低，兼有施氮肥的作用，但浓度不易控制，且易造成氨气毒害。
(3)化学反应法：此法基本原理是利用强酸与碳酸盐反应生成CO2。普遍采用的是NH4HCO3与稀H2SO4反应产生CO2。该法成本低，且反应产物硫铵经处理后可作为化肥再利用，是目前普遍推广的一种CO2施肥方法。然而，此法也存在许多不足之处：①其实费用并不低：若每个生长期施肥30～35天，费用超过2000元/hm2，按每亩大棚配1只CO2发生器计算，连管道需投资7500元/hm2，且农民每天要为施肥花上半小时至一小时的时间；②施用过程中因不慎易造成硫酸对人、畜及作物的伤害，反应残液常因硫酸用量过量而酸度增高，施入土壤后常发生作物死苗、土壤结构恶化等现象；③CO2分布不够均匀，持续时间短等缺点。
(4)瓶装液态CO2法：液态CO2是酒精工业的副产品，肥源较多，但成本高。
此外，由于棚室栽培投入大，农民为了追求较高的经济效益，往往重施化肥，很少施用有机肥料，加之棚室条件下无天然降水，土壤水通过蒸腾作用向地表运动，大量盐分随水分迁移至表土形成盐霜，致使表土盐碱化和土壤结构的日益恶化，常发生死苗现象，这是造成大棚连作障碍的主要原因之一。
另一方面，目前我国已是世界上有机废弃物产生量最大的国家之一，据报道，我国各类农作物秸杆的年总产量达7亿吨以上，其中稻草2.3亿吨，玉米秸杆2.2亿吨，豆类和秋杂粮秸杆1.0亿吨，花生和薯类藤蔓、甜菜叶等1.0亿吨；我国一年地家畜粪尿排放量约有20.4亿吨。然而，随着畜牧业的迅速发展和规模化以及劳动力价格的提高，当代农民很不愿施用有机肥。目前处理秸杆的最简便方法是在田里直接梵烧。在梵烧季节，曾多次发生因满天烟雾导致航班无法着陆和高速公路被迫关闭事件，既白白浪费了大量宝贵资源，又给环境带来了严重污染。因此，秸秆出路已成为政府部门急需解决的一大难题。许多养殖场畜禽粪便堆积如山，对周围的环境和水体造成了严重污染，对人畜健康带来了严重威胁。即便目前某些规模化养殖场已通过堆制有机复合肥的方式对畜、禽粪便进行了处理，但在堆制过程中，约有30％的有机质在发酵过程中被消耗，又因发酵过程pH升高，氮素损失可高达60％以上，并且每吨有机肥的处理加工费用需100元左右。这既浪费了大量C、N资源，又给农民增加了肥料成本。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种简便易行、既可解决大量农业有机废弃物对环境的污染、又能防止大棚土壤退化的利用农业有机废弃物发酵进行大棚二氧化碳施肥的方法。
本发明方法是利用农业有机废弃物在大棚内发酵，直接获释二氧化碳的气肥，具体包括以下步骤：
1)将农作物秸秆和畜禽粪便混合作为基质，其用量按每立方米大棚农作物秸秆0.2～0.4kg，畜禽粪便0.3～0.6kg，使基质的C/N比为40/1，调节基质的pH值至6.0～7，含水量至60％～80％；
2)将上述混合物装入发酵装置中，直接在大棚中发酵，发酵过程保持发酵温度在45℃～55℃，基质pH值6.0～7，在大棚内获释二氧化碳气肥；
3)发酵1～2周后，每周从发酵装置底部取出部分发酵废渣，从装置顶部加入部分新基质，维持大棚内的二氧化碳气肥浓度至少在800μLL-1。
上述的农作物秸杆包括稻草、麦杆、玉米秸杆、豆类和秋杂粮秸杆、花生和薯类藤蔓以及甜菜叶和无害可降解垃圾等。一般将农作物秸秆切成10cm左右长度，经多次反复洒水和塑料薄膜覆盖使其含水。
本发明中发酵的最佳温度为50℃，直接在大棚中发酵，第二天发酵温度就可达到50℃以上，并开始往大棚释放大量CO2，发酵温度可通过调节发酵装置的通气量来控制。基质的最佳含水量为70％，最佳pH值为6.5。
发酵后的废渣是很好的腐熟有机肥，可直接施入大棚土壤，对提高大棚土壤肥力和解决大棚连作障碍效果很好。此外，发酵废渣也是大棚作物育苗的理想基质。
试验结果表明，采用本发明方法可使大棚CO2浓度保持在500μl/L以上，仅处理15天，菠菜、青菜和油麦菜的产量比对照高出80％以上，不但品质明显提高，而且至少可提前7天上市，经济效益十分可观。
本发明将目前对生态环境造成严重污染的有机废弃物通过合理的碳素循环，使之既能解决有机废弃物对生态环境的污染，又可解决棚室栽培中CO2严重亏缺和土壤恶化等生产实际问题，既解决了污染，又充分利用了C、N资源，使污染源变成了宝贵的资源，可谓一举几得。此外，发酵全过程pH控制在7以下，故可有效防止常规堆放中的NH3挥发N素损失；因经高温发酵，原畜禽粪便中的有害病菌被杀灭，某些有害物质如抗生素、激素等可被有效降解。
【具体实施方式】
按大棚体积计算，每立方米大棚用干稻草0.3kg，鲜猪粪0.5kg(禽粪便因含水量较低、含氮量较高，用量可降至0.3kg)，使两者混合后的初始C/N比在40/1左右。将稻草切成10cm左右长度，经多次反复洒水和塑料薄膜覆盖使稻草吸水。然后将稻草和猪粪混合均匀；用pH试纸检测，用米醋或稀硫酸调节基质的pH至6左右；调节基质含水量至70％左右。将基质装入发酵装置中，直接在大棚中发酵，第二天发酵温度就可达到50℃以上，增大发酵装置通气量可适当降低温度，使发酵温度保持在50℃左右。自发酵两天后每隔2天，从发酵装置中心取少量基质检测pH，每当pH超过7，需从发酵装置顶部喷洒稀米醋或稀硫酸调节pH至6左右。这很重要，因发酵过程基质pH会升高，当pH升至7以上时，不但会明显减少CO2的释放，还会挥发出大量NH3对大棚作物产生毒害。直至二周以后，每周从发酵装置底部取出部分发酵废渣，从装置顶部加入部分新基质，即可始终维持大棚CO2浓度在800μLL-1以上。
发酵可始于大棚作物开始旺盛生长初期(因苗期生长量小，CO2亏缺不严重)，一般处理15-20天，即可使大多叶菜类蔬菜增产80％以上，并可比对照大棚提取1周上市。
发酵后的废渣可直接施入大棚土壤，每亩用量可控制在3000kg左右，对提高大棚土壤肥力和解决大棚连作障碍效果较好。