[发明专利]一种无土植物栽培基质的制备方法及由该方法制备的基质

说明书

技术领域

本发明涉及一种农林有机废弃物的利用方法，特别涉及一种利用农林有机废弃物制备栽培基质的方法。

背景技术

随着城市绿化在中国各大城市中的快速发展，农林废弃物如枯枝落叶（植物凋落物）、树枝修剪物、草坪修剪物、杂草和残花、玉米芯、稻壳等的量也越来越大。长期以来，为了追求整洁美观，这种农林废弃物往往被视为城市固体废弃物，成为绿地养护管理的清除对象，枯枝落叶的清理程度甚至成为衡量养护精细水平的重要指标。但是，由于处理不当，大量的农林废弃物没有得到充分的再利用，造成了严重的环境污染。

堆肥处理是利用微生物活动，将农林废弃物中易腐有机质分解成易被植物吸收的腐殖质和氮、磷、钾等营养元素的生物化学处理过程，是城市绿色废弃物资源化利用的有效途径之一。用堆肥法处理城市农林废弃物不但可以变废为宝，还能节约垃圾填埋所占土地，并减轻垃圾焚烧对大气的污染，它在安全和经济方面明显优于其他方法而成为目前最有发展潜力的废弃物处理技术。

我国堆肥技术发展历史久远，但传统堆肥周期长、效率低，发酵过程中氨的挥发以及硫化氢等气体的释放会造成严重的环境污染和氮素养分损失，降低堆肥产品的养分和利用价值。所以，农林废弃物堆肥过程中亟待解决的问题主要有物料降解率低、发酵周期长和氮素损失多。其原因是多方面的，一方面，由于在好氧发酵的堆制过程中，会发生较高温度的生物化学反应，随着温度的升高和反应的进行，有机物的快速分解会产生大量的氨气，不仅导致堆肥氮素的损失，而且也会造成大气污染；另一方面，农林废弃物一般含有高达75%的纤维素和半纤维素，这是生产生物肥料的主要来源。由于农林废弃物纤维素和半纤维素含量高，加之目前我国对农林废弃物预处理的手段不成熟，那么有着复杂结构的农林废弃物需要很长的时间才能发酵完全；此外，微生物对物料中营养物质的缺乏十分敏感，所以，营养元素的缺乏会使微生物所处环境的营养失衡，微生物活动和繁殖受影响，导致堆肥物料降解率低，发酵时间延长，成品质量不高。所以，环境中的理化性质条件在很大程度上影响着微生物的生长、基质代谢速率及微生物对堆肥过程中积累的高浓度有机酸和氨氮等毒性物质的反应。一般，常常通过补充物料中固氮和营养物质，提高有机物的转化率，抑制堆肥过程的有机酸积累。同时，还可以通过有效地农林废弃物预处理，调节物料容重和孔隙度等物理环境，缩短发酵时间，减少物料体积，提高堆肥的效率和稳定性及堆肥过程的能量利用水平。

一般，堆肥过程是受很多因素决定的，如农林废弃物的可降解性、发酵系统的通风透气性，以及外界添加的各种有效加速堆肥过程的物质等。目前，大量研究表明，采用化学和生物手段可以加速堆肥进程，但是很少研究物理手段对堆肥过程的影响，尤其是对农林废弃物采取有效地物理方面的预处理研究。实际上，在发酵前，选择适宜的农林废弃物的颗粒粒级大小，可以有效改善堆肥过程中物料的通气透水性和容重，为微生物的繁殖和活动提供一个良好的物理环境，同时提高堆肥速度。在农林废弃物发酵前，如果发酵颗粒粒级偏小，会影响堆肥物料的氧气和二氧化碳的交换，通风透水性差，致使好氧发酵变成厌氧发酵，阻碍好氧微生物的繁殖和活动，延长发酵周期，降低堆肥品质；如果颗粒粒级偏大，物料会在堆肥过程中发生塌陷现象，同时物料含水率会逐渐降低，保水性变差，造成过低的容重和过多的通气孔隙，使得物料散热速度加快，无法自行升温，微生物繁殖与活动减慢，大大延长了发酵周期。

另一方面，在堆肥物料中加入的一些物质，可促进堆肥的生物化学反应进程，并对堆肥起到催化作用，提高堆肥产品的质量。堆肥催化剂是指为了加快堆肥进程，促进有机物分解和提高堆肥产品质量，常用的堆肥催化剂根据其作用可分为：（1）营养调节剂：调节堆肥物料中的养分，加速微生物活动，降低发酵周期，如牲畜粪便；（2）膨胀剂：加入一些质地疏松的物质来增加堆肥物料的通气性，如锯末、作物秸秆、粉碎的废橡胶轮胎等；（3）调理剂：用于平衡堆肥物料中的含水率，如污泥和碾碎的垃圾。虽然这些催化剂已经广泛用于堆肥过程，但存在着诸多问题有待解决：①某些营养调节剂，如牲畜粪便等。若在使用过程中操作不当，可能会污染周边环境，导致物料内细菌滋生，降低堆肥产品质量；②某些膨胀剂，如粉碎的废橡胶轮胎，在使用中遇到堆肥高温期极易分解出有毒物质；③某些调理剂，如污泥和碾碎的垃圾，其可能在运输过程中存在一定困难，若没有进行充分的消毒和杀菌措施，会导致环境污染，其中还有的重金属类物质也会降低堆肥产品质量。在堆肥制作过程中，人们盲目使用催化剂，可能会发生不良的化学反应，产生有毒物质，无法达到预期的催化作用，反而会适得其反，污染环境，增加成本，导致堆肥产品质量降低，甚至含有弱毒性的潜在危险。