畜禽粪便生物处理及生物有机肥关键技术研究

畜禽粪便生物处理及生物有机肥关键技术研究 王伟东;徐凤花;王英;石铁;随文志;王宏燕;周东兴;吴浩琼;王彦杰;沙长青;黄雅羲;荆瑞勇;高亚梅;盛力伟;董宇 【第一完成单位】 黑龙江八一农垦大学 【关键词】 畜禽粪便;生物处理;生物有机肥;关键技术 简要技术说明: 本项目针对寒区畜禽粪便生物处理低温发酵周期长、效率低、成本高,畜禽粪便堆肥化设施设备和工艺落后,适应现代化农业的生物有机肥加工技术落后,生物有机肥土壤地力修复技术不完善等问,开展寒区畜禽粪便无害化资源化生物处理关键技术、畜禽粪便中木质纤维素快速分解机理和养分保全技术、畜禽粪便厌氧发酵废弃物综合利用技术、新型堆肥化设施设备、生物有机肥加工关键技术、土壤地力修复技术和评价指标的研究,集成组装形成畜禽粪便生物处理及生物有机肥生产综合配套技术体系,解决我省畜禽粪便污染问题,提升我省畜牧业生产力水平。 主要技术指标如下: 1、寒区畜禽粪便堆肥化利用技术体系的研究: 以木质纤维素为主要对象,通过限制性培养技术和分子生态学技术成功构建了“高效、快速、稳定的木质纤维素分解复合菌系”,以该复合菌系开发“秸秆和畜禽粪便快速分解菌剂”作为快速分解难分解有机废弃物的核心技术;设计了由“长槽式发酵槽”及“传送式自动翻堆机”等构成的长槽式快速发酵反应器系统;在该反应器系统内建立本技术所特有的兼性好氧快速分解及养分保护发酵体系,同步实现快速分解、无害化及养分保护;研究确定无机养分微生物固定技术、堆肥产品腐熟度判定技术;综合上述技术,并与项目组其他研究结果结合,形成了“寒区畜禽粪便堆肥化利用技术体系”。制定了寒区畜禽粪便周年生物处理技术。 2、寒区畜禽粪便快速分解微生物关键技术: 选育出低温高效淀粉和糖分解菌、纤维素分解菌、蛋白质氨化菌和高温除臭菌10余株,系统深入地研究了不同菌株功能及其菌株间的亲和性和互作效应,优化出2组适宜鸡粪和牛粪堆肥的低温发酵、高温除臭复合系;优化出适宜寒区不同季节畜禽粪便无害化处理多功能复合发酵剂,在室外环境温度-20?以下,48小时左右堆体温度达到55?以上,可以在-30?条件下高温发酵,高温期维持10,13天。实现了北方寒区环境最低气温-30?畜禽粪便和秸秆周年处理;采用生物除臭 ,以上,氮素损失减少20,以上,具有原位保全养分的功能和控技术氨和硫化氢的去除率达70,和60 制转化的功能;通过多功能菌株的应用,生产成本降低20,以上。 3、畜禽粪便厌氧发酵废弃物生产生物有机肥技术: 筛选畜禽粪便厌氧发酵废弃物专用肥菌种1个,畜禽粪便厌氧发酵废弃物专用肥配方5个,畜禽粪便厌氧发酵废弃物专用肥的生产30吨;畜禽粪便厌氧发酵废弃物专用肥改善大豆、玉米、水稻品质,提高农作物的产量10,以上;登记2个畜禽粪便厌氧发酵废弃物专用肥“根圈促生菌生态肥”、“生物型水稻专用肥”。 4、寒区堆肥设备、设施及工艺控制研究: 研究设计的阳光型堆肥堆体车间及配套设施,实现了北方寒区畜禽粪便连续堆肥发酵;阳光型堆肥堆体车间环境控制系统,包括通风曝气系统、生物除臭系统、监测及电控系统,能够实现室内温度和湿度等环境因素控制。 5、利用畜禽粪便生产多效促生复合肥: 对选育1株代号ASP-15的植物根圈促生细菌进行了系统研究,确立ASP-15工业化生产工艺及成本低廉的培养基配方,中试生产有效活菌数能达到100亿/ml以上;建立了2组复合菌组,增强了制剂的促生、营养等功效;ASP-15与大豆根瘤菌、细黄链霉菌(大豆用)及与硅酸盐细菌、细黄链霉菌(玉米用)等组成高活性的复合菌组,以腐熟禽畜粪便等有机物料为载体的形成多效促生复合肥,质量达到农业部生物有机肥料GB20287-2006、NY884-2004。确定多效促生复合肥的应用方法及效果;确定生物有机肥生产工艺参数及配方及应用抑菌剂、保护剂延长产品保存期的可行性。 6、生物有机肥产业化加工关键技术研究: 确定了生物有机肥造粒技术和生物有机肥烘干技术: (1)圆盘造粒关键技术:以牛粪为主要原料,圆盘造粒的成粒率与有机质含量成反比,有机质含量为30,时,圆盘造粒加化学粘着剂,成粒率为83.5,,比目前应用的造粒技术提高了13个百分点;有机质含量为40,时,圆盘造粒加化学粘着剂,成粒率为75.7,。 (2)挤压造粒关键技术:有机质含量为30,时,挤压造粒成粒率为90,,有机质含量为40,时,挤压造粒成粒率为84.6,。 (3)采用顺流和逆流相结合的烘干工艺,烘干温度均衡,不产生局部高温,烘干温度比正常温度降低5?,延长烘干时间8min,有效 活菌数死亡率降低30,,节省生产成本5,。烘干时间短、烘干温度低,有效活菌数存活度高;含水量受造粒工艺(圆盘、挤压)的影响,烘干前颗粒剂含水量低,可降低烘干温度,在接种量一定时,有效活菌数存活率增加。 7、生物有机肥修复土壤地力效果的研究: 完成了土壤耕地质量指标体系1套,即最小数据集的建立;应用生物有机肥和其他培肥措施,测定相关指标,探索了土壤肥力调控机理,建立主要作物最佳施肥结构体系1个,建立棚室土壤生物有机肥培肥技术,完成了土壤肥力修复最佳施肥模式。 应用前景: 1、市场现状: 随着黑龙江省农业产业结构的调整,畜牧业快速发展,国内外知名畜产品相关企业纷纷在黑龙江省建立养殖基地和畜产品加工厂。2008年末,黑龙江省奶牛、猪、羊存栏分别为221.2万头、1788.0万头、1018.4万只,这些畜禽年产粪便1.5亿吨。由于黑龙江省特殊的地理气候条件和有机肥产业发展的局限性,畜禽粪便处理低温发酵周期长、成本高、效率低的问题,畜禽粪便无害化资源化处理工艺和关键设备落后,生物有机肥产业化加工与应用技术不完善等问题成为限制黑龙江省畜禽粪便资源化处理的重大障碍。另外,黑龙江省养殖业的特点是规模化、集约化养殖与农户分散养殖并存;由于受到资金投入的限制,加上相关法规和不完善以及意识上的差距,致使畜禽粪便污染问题相当严重。未经处理的畜禽粪便中含有各种病原菌和虫卵,不仅危害环境,传播疾病,即使施入土壤中,也会给农作物和地下水造成严重的污染,畜禽粪便的污染问题严重限制了我省畜牧业的良性发展。同时,现代农业对化肥的依赖性越来越大,过多施用化肥不仅大量浪费化肥,肥料利用率低下,多余的肥料成为农产品和地下水的污染源,农产品质量低下,还造成土壤养分失调,土壤理化性状和土壤微生物系统被破坏。 黑龙江省基本农田面积一直保持在1016万公顷以上,大部分存在不同程度的土壤板结和退化现象,尤其是宝贵的黑土资源退化严重,中低产田的面积已经达到耕地面积的63.8,。2009年末黑龙江省绿色食品认证个数1600个,绿色食品种植面积5760万亩,种植面积保持全国第一位。这些退化的耕地、自然存在的盐碱地、退化草原及绿色有机食品生产基地急需大量的优质有机肥。黑龙江省地处寒区,冬季气温低、低温时间长,畜禽粪便处理困难,急需成熟的技术来解决畜禽粪便浪费、污染环境的问题。如果把这些畜禽粪便和过剩的秸秆等农业固体废弃物资源制作成优质的有机肥,不仅可以直接保护环境,减少化肥施用量,解决环境污染问题,还可以创造良好的社会环境,保护人民的身 发展低碳循环经济。 2、推广措施: 在规模化奶牛养殖场(小区)或者其他畜禽养殖场(小区)体健康, 建立畜禽粪便周年生物处理堆肥化示范厂,进行示范带头作用。在政府的支持下,企业或者地方和个人投资,课题完成单位作为技术依托,共同推进成果的产业化。另外,我国经济发达地区已经开始对畜禽粪便处理厂和有机肥生产企业进行农业补贴,建议黑龙江省逐步试点,开展这方面的补贴工作,促进畜禽粪便生物处理和生物有机肥产业的发展。