适用于青藏高原地区的羊粪有机肥制备方法
1.本发明涉及有机肥生产加工技术领域，具体地说，涉及一种适用于青藏高原地区的羊粪有机肥制备方法。
背景技术：
2.青藏高原作为重要的“水塔”、生态屏障和生物物种基因库，对中国乃至世界的生态系统，社会和经济发展具有极其重要的意义。与此同时，青藏地区畜牧业集约化发展的不断推进，规模化牧场数量快速增加，随之产生的大量的畜禽废弃物会严重威胁该地区脆弱的生态环境及人畜的身体健康。
3.堆肥化是处理畜禽粪便的最佳方式之一，可通过一系列微生物代谢活动将不稳定的有机废物转化为稳定的、卫生的腐殖质肥料。然而，青藏地区具有海拔高、空气稀薄、气温低、积温少、日夜温差较大以及空气干燥等特殊自然气候，而环境温度、湿度和氧气含量等外在条件是影响堆肥发酵和堆肥产品品质最关键的因素。
4.现有的堆肥技术适用于平原等绝大部分地方，若直接将其他地区堆肥生产工艺运用于青藏高原，会导致该地区堆肥发酵缓慢，成熟度低；也会导致该地区堆肥因缺水而造成中断，进而使得有机肥腐熟不彻底，生物降解不足而具有植物毒性；还会因为该地区堆肥生产过程中因为严重缺氧而造成堆体大范围厌氧反应，进而造成堆肥生产缓慢，并可产生大量温室气体和恶臭气体，形成二次污染。
技术实现要素：
5.本发明的目的是提供一种适用于青藏高原地区的羊粪有机肥制备方法。
6.为了实现本发明目的，第一方面，本发明提供一种适用于青藏高原地区的羊粪有机肥制备方法，包括以下步骤：
7.(1)静置堆肥发酵：将羊粪与调理剂按干重比4:1混匀，调节混合物料的初始含水率为40-50％，物料堆高1-2.5m(优选1.5m)，宽度及长度根据实际需要确定。发酵环境温度控制在0-30℃，进行3-5天(优选4天)静置堆肥发酵，堆肥进入高温阶段。然后，将20-25％该阶段发酵堆料保留在该区域，作为下一批新原料的腐熟剂(即高温堆料添加剂)，将剩余发酵堆料转移至发酵池进入下个阶段发酵。
8.其中，所述调理剂为粉碎的油菜秸秆和/或木屑等。
9.(2)第一次好氧发酵：该阶段为堆肥快速发酵时期，需定期补水和翻堆，发酵池中发酵堆料堆积高度为1-2.5m(优选1.5m)，发酵环境温度控制在0-30℃，若发酵堆料的初始含水率为40-45％，2-3天(优选2天)补水1次和4天翻堆1次，每次补水至40-45％；若发酵堆料的初始含水率为45-50％，3-4天(优选3天)补水1次和4天翻堆1次，每次补水至45-50％，翻堆需充分混匀。
10.每批堆料在该阶段发酵12-16天，得到有机肥半成品。
11.(3)第二次好氧发酵：将有机肥半成品转移至二次发酵池，该阶段堆肥降温至稳定
状态，堆积高度为1-2.5m(优选1.5m)，4-7天(优选4天)翻堆1次，每次翻堆可适当调节水分，宜控制水分含量在35-45％(优选40％左右)，直至堆体温度连续3天在环境温度上下5℃范围内。
12.每批堆料在该阶段发酵12-16天。
13.发酵结束后，进行风干，即得有机肥成品。
14.进一步地，步骤(1)初次发酵还包括向混合物料中添加商业菌剂的步骤。
15.进一步地，步骤(1)初次发酵还包括：将羊粪与调理剂按干重比4:1混匀，调节混合物料的初始含水率为40-50％，物料堆高1-2.5m(优选1.5m)。初次发酵也可以在堆肥原料混搭且添加水分后在温室内进行桶装发酵得高温期堆料。
16.步骤(1)中，夏季将混合物料的初始含水率控制在45-50％，其他季节将混合物料的初始含水率控制在40-45％。
17.步骤(2)中，夏季将发酵堆料的初始含水率控制在45-50％，其他季节将混合物料的初始含水率控制在40-45％，2-3天(优选2天)补水1次和4天翻堆1次。
18.步骤(2)堆料的堆积区域面积与步骤(3)有机肥半成品的堆积区域面积相同，且至少为步骤(1)混合物料堆积面积的3倍。
19.步骤(1)羊粪经粉碎处理后再与调理剂混合，相应地步骤(2)和(3)的翻堆频率为2天翻堆1次，发酵时间减少三分之一。
20.步骤(1)中将保留的发酵堆料作为腐熟剂，按照20-25％的重量比添加至新的混合物料中。
21.本发明的堆肥工艺在青藏高原海拔2500-5000米内的地方比较合适。0-30℃的环境温度比较合适堆肥发酵，低于0℃发酵缓慢，过高的环境温度可造成堆体温度过高，进而造成氮素损失甚至造成堆肥系统崩溃。本发明堆体含水率在40-50％比较合适，处于较低含水率，这主要是由于青藏地区氧气稀薄，降低水分可增加堆体氧气。夏天温度高，堆体水分在45-50％既可以确保氧气含量，也可以避免堆体温度过高。其他季节温度低，40-45％的含水率更利于堆体升温。
22.第二方面，本发明提供按照所述方法制得的羊粪有机肥。
23.第三方面，本发明提供所述羊粪有机肥在农业生产中的应用。
24.借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点及有益效果：
25.(一)本发明首先添加堆肥高温期堆料作为腐熟剂，该腐熟剂环境适应能力和微生物活性极高，该腐熟剂耐高温及木质纤维素等有机成分降解能力强，能迅速启动堆肥发酵，并且能促进堆肥中木质纤维素等有机质快速降解；然后根据青藏高原气候干燥，水分蒸散快的特点，提供了不同季节下的堆肥初始含水率和补水频率策略，该套补水策略能有效维持堆肥发酵，促进堆肥腐熟。
26.(二)本发明还根据青藏地区氧气含量稀薄特点，通过降低堆体含水率，加强该地区堆肥翻堆频率，并结合水分工艺形成多种组合，该技术能补充堆体氧气含量，维持好氧堆肥发酵速度，并可有效减少堆肥过程温室气体和恶臭气体的产生。
27.(三)本发明提供了一种连续式堆肥发酵工艺，可提升堆肥效率，可减少购买人工驯化微生物腐熟剂的成本。
附图说明
28.图1为本发明较佳实施例中连续式羊粪堆肥生产线(直线型)示意图。
29.图2为本发明较佳实施例中连续式羊粪堆肥生产线(回转型)示意图。
30.图中：各个发酵区域中的框为条垛式堆肥，后处理区的框为摊开风干的肥料。
具体实施方式
31.本发明提供一种适用于青藏高原的连续式羊粪堆肥生产工艺。
32.本发明采用如下技术方案：
33.(1)原料准备(区)：将圈舍羊粪收集，根据条件准备秸秆(如玉米秸秆)或木屑等调理剂。去除羊粪和调理剂中石头、塑料等杂物。将羊粪、秸秆等原、辅料进行混合并经充分搅拌均匀。
34.(2)起爆(区)，静置堆肥发酵：将准备区的堆肥原料转移至起爆区，并调节混合原料初始含水率为40-50％。堆垛高度1m-2.5m，宽度及长度根据实际需要确定。酵环境温度控制在0-30℃，进行4天静置堆肥发酵，堆肥进入高温阶段。随后，将20-25％的该阶段发酵堆料保留在该区域，作为下一批新原料的腐熟剂(即高温堆料添加剂)，剩余大部分堆料进入下个阶段发酵。
35.(3)主发酵(区)，第一次好氧发酵：该阶段为堆肥快速发酵时期，需定期补水和翻堆，堆体高度为1m-2.5m，发酵环境温度控制在0-30℃，若初始水分为40-45％需2-3天补水1次和4天翻堆1次，初始水分为45-50％需3-4天补水1次和4天翻堆1次。每次补水至初始含水率，翻堆需充分混匀。每批堆料在该阶段发酵12-16天。
36.(4)后发酵(区)，第二次好氧发酵：将主发酵区末期堆料转移至后发酵区，堆体高度为1m-2.5m，该阶段堆肥降温至稳定状态，4-7天翻堆1次，每次翻堆可适当调节水分，宜控制水分含量在40％左右，直至堆体温度连续3天在环境温度上下5℃内。每批堆料在该阶段发酵12-16天。
37.(5)后处理(区)：将后发酵末期堆料转移至后处理区进行风干，装袋后得有机肥成品。
38.进一步地，所述步骤(1)中羊粪与调理剂的干重比为4：1，调理剂需粉碎。
39.进一步地，所述步骤(2)若为初次发酵(即没有上批次高温堆料进行添加)，则可添加商业菌剂或者在温室内进行桶装发酵，发酵3-5天后的堆料可做原始高温堆料添加剂，进而作为连续式堆肥的开端，后续该区域的发酵按所述方案进行。
40.进一步地，所述步骤(2)中静置堆肥发酵无需翻堆和补水。
41.进一步地，所述步骤(2)～(3)中堆体初始含水率可根据季节细化，夏季选用45-50％，其他季节选择40-45％。
42.进一步地，所述步骤(2)～(4)均为条垛式堆肥，并且每个区域按顺序连接，均在同一大区域内。步骤(3)～(4)区域内同时存在3-4种经过不同翻堆次数的堆体，并且按顺序堆置，相邻堆体间隔一个翻堆次数(也就是间隔4天)。所有堆体在同一天翻堆，每个堆体在每次翻堆的同时向后转移，为前一阶段堆肥翻堆后移腾出空间，达到连续式堆肥效果。
43.进一步地，所述步骤(2)～(5)各区域面积大小不同，需根据每个区域发酵时间而定，其中步骤(3)～(4)区域面积大致相当，并且至少是步骤(2)面积的3倍，并预留一定空
间，步骤(5)的面积根据堆料多少而定。
44.进一步地，步骤(1)中羊粪可粉碎处理，粉碎处理后的步骤(3)～(4)的翻堆频率为2天翻堆一次，每2次翻堆后移一次，补水频率与不粉碎处理一致，步骤(3)～(4)阶段的发酵时间可减少三分之一。
45.进一步地，堆肥设施和场地可根据堆肥规模和场地空间进行细化，有机肥生产厂和大型牧场可建大型堆肥发酵生产线，使用翻抛机或铲车进行翻堆和移位，可根据场地条件选择直线型或回转型生产线。小型牧场和个体牧民可根据条件就地堆肥，可以人工翻堆和移位。
46.以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。
47.实施例1适用于青藏高原地区的羊粪有机肥制备方法
48.本实施例提供一种适用于青藏高原地区的羊粪有机肥制备方法，包括以下步骤：
49.(1)原料准备(区)：将圈舍羊粪收集，将油菜秸秆进行粉碎作为调理剂。去除羊粪和调理剂中石头、塑料等杂物。将羊粪、秸秆等原、辅料进行混合并经充分搅拌均匀。
50.(2)起爆(区)，静置堆肥发酵：将准备区的堆肥原料转移至起爆区，并调节混合原料初始含水率为45％。堆垛高度1m，宽度2m，长度5m，进行4天静置堆肥发酵，堆肥进入高温阶段。随后，将25％的该阶段发酵堆料保留在该区域，作为下一批新原料的腐熟剂(即高温堆料添加剂)，剩余大部分堆料进入下个阶段发酵。
51.(3)主发酵(区)，第一次好氧发酵：该阶段为堆肥快速发酵时期，需定期补水和翻堆。该阶段的堆体长宽高分别为5m、2m和1m，2天补水1次和4天翻堆1次，每次补水至初始含水率，翻堆需充分混匀。每批堆料在该阶段发酵12天。
52.(4)后发酵(区)，第二次好氧发酵：将主发酵区末期堆料转移至后发酵区，堆体高度为长宽高分别为5m、2m和1m，，该阶段堆肥降温至稳定状态，4天翻堆1次，每次翻堆可适当调节水分，控制水分含量在40％。每批堆料在该阶段发酵12天。
53.(5)后处理(区)：将后发酵末期堆料转移至后处理区进行风干，装袋后得有机肥成品。
54.进一步地，所述步骤(1)中羊粪与调理剂的干重比为4：1，调理剂为粉碎后的干燥油菜秸秆。
55.进一步地，所述步骤(2)若为初次发酵(即没有上批次高温堆料进行添加)，则可添加商业菌剂或者在温室内进行桶装发酵，发酵4天后的堆料可做原始高温堆料添加剂，进而作为连续式堆肥的开端，后续该区域的发酵按所述方案进行。
56.进一步地，所述步骤(2)中静置堆肥发酵无需翻堆和补水。
57.进一步地，所述步骤(2)～(3)中堆体初始含水率可根据季节细化，夏季选用50％，3天补水一次和4天翻堆一次，其他季节选择45％的初始水分，2天补水1次和4天翻堆1次。
58.进一步地，所述步骤(2)～(4)均为条垛式堆肥，并且每个区域按顺序连接，均在同一大区域内。步骤(3)～(4)区域内同时存在3种经过不同翻堆次数的堆体，并且按顺序堆置，相邻堆体间隔一个翻堆次数(也就是间隔4天)。所有堆体在同一天翻堆，每个堆体在每次翻堆的同时向后转移，为前一阶段堆肥翻堆后移腾出空间，达到连续式堆肥效果。
59.进一步地，所述步骤(2)～(5)各区域面积大小不同，需根据每个区域发酵时间而
定，其中步骤(3)～(4)区域面积大致相当，并且是步骤(2)面积的3倍，并预留一定空间，步骤(5)的面积根据堆料多少而定。
60.进一步地，步骤(1)中羊粪可粉碎处理，粉碎处理后的步骤(3)～(4)的翻堆频率为2天翻堆一次，每2次翻堆后移一次，补水频率与不粉碎处理一致，步骤(3)～(4)阶段的发酵时间可减少三分之一。
61.进一步地，堆肥设施和场地可根据堆肥规模和场地空间进行细化，有机肥生产厂和大型牧场可建大型堆肥发酵生产线，使用翻抛机或铲车进行翻堆和移位，可根据场地条件选择直线型或回转型生产线。小型牧场和个体牧民可根据条件就地堆肥，可以人工翻堆和移位。
62.本发明中，羊粪与调理剂的添加比例(干重比)为4:1，现有工艺大多是以碳氮比来确定添加比例，而本发明通过大量实验摸索，最终将羊粪与调理剂的干重比确定为4:1。在青藏高原堆肥中添加调理剂主要作用是调节孔隙度来保持氧气进入堆体。
63.本发明将条垛连续式堆肥专门设立了起爆区，而该起爆区主要目的是将该区域的20-25％的堆料留下，作为下一批新原料的天然腐熟剂使用，这个天然腐熟剂能迅速促进堆体升温，这样可以保证所有的新原料都有堆肥腐熟剂添加使用，不用添加微生物菌剂。这个区域的堆体发酵无需翻堆补水，静置发酵4天即可。
64.本发明主发酵区内的堆肥工艺与其他地区不同，并且不同季节存在差异。发明人意外地发现40-45％的含水率在青藏地区可以很好地促进发酵，提升堆肥发酵品质，尤其是冬天，这主要是因为青藏高原氧气稀薄，高水分含量会造成堆体氧气含量低。本发明还提出补水工艺，这项工艺很少用于其他地区，主要是因为青藏地区很干燥，水分蒸发迅速，不补水会造成堆肥中断。
65.对羊粪进行粉碎前处理，粉碎前处理可以促进有机质，特别是木质纤维素的降解以及腐殖质的形成。
66.除了直线型生产线(图1)，还可以采用回转型生产线(图2)，也可以保证连续发酵。
67.本实施例中堆肥过程和最终堆肥产品均符合有机肥行业质量标准和卫生标准。堆肥过程中高温期(＞50℃)的时间均符合畜禽粪便卫生要求，其中夏季15天以上，其他季节9天以上；堆肥产品的有机质含量＞65％，总养分＞5％，ph均在7-8，电导率值低于3ms
·
cm-1
，水分含量＜20％，蛔虫卵死亡率为100％，大肠杆菌值＜100个/克，重金属含量均符合标准。
68.实施例2调理剂及其添加比例的优化
69.将羊粪分别与粉碎后的油菜秸秆、燕麦秸秆、玉米秸秆和木屑以干重比分别为1:1、2:1、3:1、4:1和5:1进行堆肥实验，并以纯羊粪堆肥作为对照，每种搭配进行3次平行重复。采用条垛式堆肥方式，长宽高分别为5m，2m和1m，堆体含水率为50％。堆肥周期为28天，4天翻堆和补水一次，每次补水至50％，共补水3次。结果表明，油菜秸秆和木屑作为调理剂效果显著优于其他调理剂，添加比为4:1均为最佳添加比例。它们相较于其他调理剂或者不添加调理剂处理组，可以提升堆体最高温度达2.8-9.3℃，延长高温期1-6天，提升种子发芽指数达5.4-21.7％。
70.实施例3物料含水率、翻堆频率的优化
71.将羊粪和油菜秸秆按4:1混合，分别添加30％、35％、40％、45％、50％、55％和60％水分进行堆肥实验，每种含水率进行3次平行重复。采用条垛式堆肥方式，长宽高分别为5m、
2m和1m。堆肥周期为5天。结果表明，45％的水分添加比例能迅速促进堆体升温，堆肥1天后的堆体温度超过65℃，高于其他处理组4-21℃，并且持续高温，5天后的有机质降解率高达24.1％，高于其他处理组3.2-7.4％。然后再将45％、50％、60％三个水分添加比例重新进行28天堆肥实验，翻堆频率分别为2天、4天和6天一次。结果表明，45％的水分添加比例和4天翻堆一次的堆肥效果最佳，可以提升堆体最高温度达4.3-10.7℃，延长高温期3-7天，降低c/n为1.2-2.7，提升堆肥产品种植发芽指数达7.8-21.4％。45％的水分添加比率还可降低ch4，n2o和含硫气体(h2s等)的累积排放量均超过10％，进而减少氮素和硫素的损失。
72.实施例4腐熟剂(即高温堆料添加剂)添加比例的优化
73.将发酵第4天的堆料(此时堆体温度为61℃)分别以0％、5％、15％、25％和35％的比例添加至羊粪和油菜秸秆混合物中进行堆肥实验，每个处理设置3个平行重复。结果表明，25％和35％的高温期堆料添加比例效果最佳，并且两种添加比例的堆肥效果相当，相较于不添加高温堆料，25％的高温堆料添加可促进堆体升温，提升堆体最高温度5.1℃，并延长堆体高温期6天，可提升堆肥种子发芽指数14.0％，可提高半纤维素、纤维素和木质素降解率均超过10％。
74.实施例5羊粪粉碎实验
75.将粉碎后的羊粪与粉碎后油菜秸秆以4:1进行混合，调节堆体含水率为45％。采用条垛式堆肥方式，长宽高分别为5m，2m和1m，堆肥周期为20天。共设置3个处理组，分别如下：粉碎和2天翻堆一次，粉碎和4天翻堆一次，以及不粉碎和4天翻堆一次，每个处理组设置3个平行重复，共9个独立堆体。结果表明，粉碎预处理可迅速促进堆体升温，第二天的堆体温度超过65℃，而未粉碎处理的堆体温度低于45℃。粉碎和2天翻堆一次处理超过50℃的天数为12天，而其他处理组为9天。粉碎和2天翻堆一次处理可促进堆肥有机质和木质纤维素降解，提升堆肥腐殖质含量，其中增加纤维素和半纤维素降解率均＞12％，增加木质素降解率＞8％，提升堆肥产品腐殖质含量＞9％。粉碎和2天翻堆一次处理的堆肥种子发芽指数＞95％，其他处理均＜85％。
76.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之做一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
技术特征：
1.适用于青藏高原地区的羊粪有机肥制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)静置堆肥发酵：将羊粪与调理剂按干重比4:1混匀，调节混合物料的初始含水率为40-60％，物料堆高0.5-2m，发酵环境温度控制在0-30℃，进行3-5天静置堆肥发酵，然后，将20-25％该阶段发酵堆料保留在该区域，作为下一批新原料的腐熟剂，将剩余发酵堆料转移至发酵池进入下个阶段发酵；其中，所述调理剂为粉碎的油菜秸秆和/或木屑；(2)第一次好氧发酵：发酵池中发酵堆料堆积高度为1-2.5m，发酵环境温度控制在0-30℃，若发酵堆料的初始含水率为40-45％，2-3天补水1次和4天翻堆1次，每次补水至40-45％；若发酵堆料的初始含水率为45-50％，3-4天补水1次和4天翻堆1次，每次补水至50-60％；每批堆料在该阶段发酵12-16天，得到有机肥半成品；(3)第二次好氧发酵：将有机肥半成品转移至二次发酵池，堆积高度为1-2.5m，4-7天翻堆1次，每次翻堆调节水分，控制水分含量在35-45％，直至堆体温度连续3天在环境温度上下5℃范围内；每批堆料在该阶段发酵12-16天；发酵结束后，进行风干，即得有机肥成品。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)初次发酵还包括向混合物料中添加商业菌剂的步骤。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)初次发酵还包括：将羊粪与调理剂按干重比4:1混匀，调节混合物料的初始含水率为40-50％，物料堆高1-2.5m；初次发酵在堆肥原料混搭且添加水分后在温室内进行桶装发酵得高温期堆料。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，夏季将混合物料的初始含水率控制在45-50％，其他季节将混合物料的初始含水率控制在40-45％。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，夏季将发酵堆料的初始含水率控制在45-50％，其他季节将混合物料的初始含水率控制在40-45％，2-3天补水1次和4天翻堆1次。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)堆料的堆积区域面积与步骤(3)有机肥半成品的堆积区域面积相同，且至少为步骤(1)混合物料堆积区域面积的3倍。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)羊粪经粉碎处理后再与调理剂混合，相应地步骤(2)和(3)的翻堆频率为2天翻堆1次，发酵时间减少三分之一。8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中将保留的发酵堆料作为腐熟剂，按照20-25％的重量比添加至新的混合物料中。9.按照权利要求1-8任一项所述方法制得的羊粪有机肥。10.权利要求9所述羊粪有机肥在农业生产中的应用。
技术总结
本发明提供一种适用于青藏高原地区的羊粪有机肥制备方法，首先添加堆肥高温期堆料作为腐熟剂，该腐熟剂环境适应能力和微生物活性极高，该腐熟剂耐高温及木质纤维素等有机成分降解能力强，能迅速启动堆肥发酵，并且能促进堆肥中木质纤维素等有机质快速降解；然后根据青藏高原气候干燥，水分蒸散快的特点，提供了不同季节下的堆肥初始含水率和补水频率策略，该套补水策略能有效维持堆肥发酵，促进堆肥腐熟。本发明还根据青藏地区氧气含量稀薄特点，加强该地区堆肥翻堆频率，并结合水分工艺形成多种组合，该技术能补充堆体氧气含量，维持好氧堆肥发酵速度，并可有效减少堆肥过程温室气体和恶臭气体的产生。体和恶臭气体的产生。
