本發明涉及有機固體廢棄物資源化領域，尤其涉及通過生物聚磷制備的富磷高效堆肥產品及其方法。
背景技術：
磷是植物生長所必需的營養元素之一，在農業生產中主要通過施入無機磷肥來提升土壤磷含量以滿足作物需求；磷礦粉作為生產無機磷肥的主要原料，由于被過量開采，在地球上的儲量已不足20％，因此，磷礦粉不足即磷素危機可能會影響并威脅到未來全球的糧食安全，如何提高磷礦粉的利用效率并開發新型長效磷肥一直是農業生產中研究的重點。
堆肥法是一種可調控的生物降解過程，生活垃圾、農作物殘渣和畜禽糞便等有機固體廢棄物中含有豐富的磷元素，利用堆肥法處理有機固體廢棄物不僅可以產生潛在的磷肥，緩解磷礦資源危機，還可以有效處理有機固體廢棄物，減少不當處理帶來的環境污染。此外，在堆肥生產中，也常將低品味磷礦粉與有機廢棄物混合進行堆肥，以期提高堆肥產品的供磷能力、有機肥力和品質，但往往是堆肥產品中總磷含量得到提高而可利用磷含量并未得到改善。
解磷菌是土壤根際普遍存在的一類功能微生物，可以將難溶性即難利用無機磷和有機磷分解成可溶性磷酸鹽或吸收至細胞內，提高磷的利用效率。雖然堆肥過程中富含豐富的微生物，其中包含一部分解磷菌，但考慮到堆肥過程中復雜的環境，土著解磷菌等功能微生物難以長期高效發揮作用，因此，急需一種提高磷礦粉中磷素利用性，全面發揮解磷菌功能，制備真正的富磷高效堆肥產品的方法。
技術實現要素：
本發明提供了一種通過生物聚磷制備的富磷高效堆肥產品的方法，以解決現有技術中堆肥產品中可利用磷含量并未得到有效改善的問題。
為實現上述目的，本發明的技術方案實施如下：一種通過生物聚磷制備的富磷高效堆肥產品的方法，包括以下步驟：
步驟一、將有機固體廢棄物與解磷菌復合菌劑、磷礦粉和生物炭混合均勻后進行好氧堆肥處理，其中，所述磷礦粉、生物炭和聚磷菌復合菌劑占所述有機固體廢棄物的干重比分別為5-10％、5-15％和1-5％；
步驟二、在所述好氧堆肥進行至降溫期，即溫度降至45-50℃，再次添加解磷菌復合菌劑攪拌混合均勻，所述解磷菌復合菌劑的添加比例為所述好氧堆肥物料干重質量的0.5-3％；
步驟三、在所述好氧堆肥進行至接近腐熟期，即溫度降低并維持在40±2℃，接種聚磷菌復合菌劑，最后獲得富磷堆肥產品。
步驟一中，所述有機固體廢棄物為可降解有機固體廢棄物，包括畜禽糞便、生活垃圾、餐廚垃圾、園林垃圾、果蔬垃圾和秸稈。
進一步地，所述解磷菌復合菌劑中所含的各種微生物及重量配比如下:芽孢桿菌屬30-35％、假單胞菌屬15-20％、魏斯氏菌屬5-10％、枝芽孢桿菌屬5-10％、棒狀桿菌屬10-15％、腸球菌屬5-10％、克雷伯氏菌屬10-15％、鏈霉菌屬5-10％。
進一步地，步驟一中，所述好氧堆肥物料的含水率為60-70％、碳氮比為25-30；將步驟一好氧堆肥物料放置于室外通風條件下進行好氧堆肥。
進一步地，所述生物炭制備過程如下：將秸稈等生物質在缺氧或絕氧環境中，經高溫熱裂解后生成固態富碳產物。
本發明還包括一種通過上述方法制備的富磷堆肥。
本發明具有如下有益效果：本發明在適宜的條件進行分段多次接種解磷菌復合菌劑，并添加生物炭，改善解磷菌在堆肥中的適應性，促進其發揮溶磷、釋磷的效果，提高磷礦粉的生物可利用率和堆肥過程中活性磷含量，并于堆肥后期接種聚磷菌復合菌劑，利用其具有在好氧狀態下能超量地將游離的活性磷吸入體內的功能，促進磷酸鹽生物固定，提升堆肥產品中微生物量磷，最終形成一種制備富磷高效堆肥的方法，既實現了廢物資源的再利用，又提高了解磷菌的功能活性和磷礦粉、含磷有機廢棄物的磷素利用效率。
本方法既有利于實現有機固體廢棄物堆肥的資源化利用，同時大大改善了堆肥解磷菌解磷功能、磷礦粉的生物可利用性，并利用聚磷菌復合菌劑提高堆肥產品中微生物量磷含量，有利于制備富磷高效堆肥產品。
具體實施方式
一種通過生物聚磷制備的富磷高效堆肥產品的方法，包括以下步驟：
步驟一、將有機固體廢棄物與解磷菌復合菌劑、磷礦粉和生物炭混合均勻后進行好氧堆肥處理，其中，所述磷礦粉、生物炭和聚磷菌復合菌劑占所述有機固體廢棄物的干重比分別為5-10％、5-15％和1-5％；
步驟二、在所述好氧堆肥進行至降溫期，即溫度降至45-50℃，再次添加解磷菌復合菌劑攪拌混合均勻，所述解磷菌復合菌劑的添加比例為所述好氧堆肥物料干重質量的0.5-3％；
步驟三、在所述好氧堆肥進行至接近腐熟期，即溫度降低并維持在40±2℃，接種聚磷菌復合菌劑，最后獲得富磷堆肥產品。
步驟一中，所述有機固體廢棄物為可降解有機固體廢棄物，包括畜禽糞便、生活垃圾、餐廚垃圾、園林垃圾、果蔬垃圾和秸稈。所述好氧堆肥物料的含水率為60-70％、碳氮比為25-30，且在通風條件下將其放置于室外，以便于好氧堆肥的穩定化和腐殖化進程。
解磷菌復合菌劑中所含的各種微生物及重量配比如下:芽孢桿菌屬30-35％、假單胞菌屬15-20％、魏斯氏菌屬5-10％、枝芽孢桿菌屬5-10％、棒狀桿菌屬10-15％、腸球菌屬5-10％、克雷伯氏菌屬10-15％、鏈霉菌屬5-10％；解磷菌復合菌劑中的微生均為有機固體廢棄物堆肥中常見土著菌。聚磷菌復合菌劑為直接購買的商品化菌劑。
所述生物炭制備過程如下：將秸稈等生物質在缺氧或絕氧環境中，經高溫熱裂解后生成的固態富碳產物即生物炭。
本發明分2次添加解磷菌復合菌劑，是為了減少發酵初始階段對解磷菌復合菌的負面影響，同時增加解磷作用時間和效果，增加微生物對磷礦粉的分解效果。
下面結合具體實施例對本發明的在生產實踐中的效果做進一步說明：
實施例1
將生活垃圾和木屑等固體廢棄物作為堆肥物料，調節碳氮比(C/N)至25左右，含水率約為60％，添加質量比為10％的磷礦粉，并加入芽孢桿菌屬30-35％、假單胞菌屬15-20％、魏斯氏菌屬5-10％、枝芽孢桿菌屬5-10％、棒狀桿菌屬10-15％、腸球菌屬5-10％、克雷伯氏菌屬10-15％和鏈霉菌屬5-10％組成的解磷菌復合菌劑。
選取三組不同成分分別進行處理：
第一組(A1)在堆肥初期接種3％解磷菌復合菌劑，將物料混合均勻進行好氧堆肥；
第二組(A2)與A1相比，在接種解磷菌復合菌劑的基礎上，在堆肥初期再添加10％生物炭，其他處理方法與A1一致；
第三組(A3)與A1相比，在堆肥初期添加10％生物炭，同時接種1.5％解磷菌復合菌劑，將物料混合均勻進行好氧堆肥堆肥，進行至降溫期，溫度約45攝氏度，再接種1.5％解磷菌復合菌劑，混合均勻，在堆肥至近腐熟期，再接種2％聚磷菌復合菌劑，混合均勻，直至堆肥完全腐熟。
效果分析：堆肥前總磷含量為1.46％，即14.6g/kg，可利用活性磷所占比例為12.1％，微生物量磷含量僅為110.2μg/g，而堆肥產品中，由于三種處理添加磷礦粉量及堆肥物料一致，故總磷含量相近，總磷含量約為1.91％，即19.1g/kg，但三種處理磷組分存在顯著差異，堆肥產品中可利用活性磷所占比例如下：16.0％(A1)、28.7％(A2)、23.0％(A3)；而微生物量磷含量如下：193.9μg/g(A1)、269.1μg/g(A2)、556.6μg/g(A3)，說明采用本發明提出的方法(A3)和既添加解磷菌復合菌劑又添加生物炭(A2)所獲得堆肥產品與僅接種解磷菌復合菌劑的對照組(A1)堆肥產品相比，均顯著改善堆肥磷礦粉磷組分轉化，顯著提高磷礦粉及堆肥中磷素有效性，而且本發明方法(A3)進一步促進可利用活性磷向微生物量磷轉化，與A1和A2相比，微生物量磷含量達到A1的2.87倍、A2的2.07倍。
實施例2
將實施例1中的A2和A3堆肥產品以40kg/ha堆肥磷量等量施入小麥種植溫室大棚進行實驗，并每周進行模擬雨水淋溶，至小麥收獲時，檢測當季小麥平均產量和土壤中水溶性磷等可利用活性磷含量變化，結果(表1)表明A2磷肥處理雖然初期較A3磷肥處理可利用活性磷含量略高，但兩種磷肥產品對小麥平均產量影響差異不大，說明A3處理與A2處理對于小麥生長供磷肥力接近，但從最終土壤可利用活性磷含量比較可以看出A3堆肥產品施土壤顯著高于A2堆肥施用土壤，說明A3堆肥產品在保證磷肥供應的同時，有效減少磷流失即磷肥損失率，提高磷肥效率。
效果分析：本發明在確保有機固體廢棄物堆肥正常腐熟的基礎上，著重于改善磷礦粉中可利用活性磷組分，這樣就可以充分提高低品位磷礦粉的利用性，同時，顯著提高堆肥產品微生物量磷含量即過量活性磷的生物固定，增加含磷有機廢棄物的磷素生物利用效率，成功制備富磷高效堆肥產品。
表1
本發明所用的生物炭既是堆肥的調理劑又是解磷菌生存條件的改良劑，接種所用解磷菌復合菌劑源于不同有機廢棄物堆肥過程，在保證堆肥生物安全性的同時，通過分段接種，延長解磷菌復合菌劑在堆肥過程的作用周期，并利用生物炭形成的改良堆肥環境，改善解磷菌劑在堆肥過程中的活性，更好的存活于堆肥過程中并發揮解磷、釋磷作用，有效促進了有機廢棄物和低品味磷礦粉中磷組分的轉換，提高磷素生物可利用性，并在堆肥后期解磷菌發揮功效之后，通過聚磷菌復合菌劑促進由解磷菌轉化產生的過量活性磷轉變成微生物量磷，提升了堆肥過程中過量活性磷的生物固定效率。
實施例3
本發明的一種通過生物聚磷制備的富磷高效堆肥產品的方法，包括以下步驟：
步驟一、將有機固體廢棄物與解磷菌復合菌劑、磷礦粉和生物炭混合均勻后進行好氧堆肥處理，其中，所述磷礦粉、生物炭和聚磷菌復合菌劑占所述有機固體廢棄物的干重比分別為5％、5％和1％；
步驟二、在所述好氧堆肥進行至降溫期，即溫度降至45℃，再次添加解磷菌復合菌劑攪拌混合均勻，所述解磷菌復合菌劑的添加比例為所述好氧堆肥物料干重質量的3％；
步驟三、在所述好氧堆肥進行至接近腐熟期，即溫度降低并維持在42℃，接種聚磷菌復合菌劑，最后獲得富磷堆肥產品。
實施例4
本發明的一種通過生物聚磷制備的富磷高效堆肥產品的方法，包括以下步驟：
步驟一、將有機固體廢棄物與解磷菌復合菌劑、磷礦粉和生物炭混合均勻后進行好氧堆肥處理，其中，所述磷礦粉、生物炭和聚磷菌復合菌劑占所述有機固體廢棄物的干重比分別為10％、15％和5％；
步驟二、在所述好氧堆肥進行至降溫期，即溫度降至50℃，再次添加解磷菌復合菌劑攪拌混合均勻，所述解磷菌復合菌劑的添加比例為所述好氧堆肥物料干重質量的3％；
步驟三、在所述好氧堆肥進行至接近腐熟期，即溫度降低并維持在40℃，接種聚磷菌復合菌劑，最后獲得富磷堆肥產品。
本發明有效改善磷礦粉利用性低的問題，避免了磷礦粉的過量施入，制備富磷堆肥的方法既有利于實現有機固體廢棄物堆肥的資源化利用，又提高了解磷菌的功能活性和磷礦粉中磷的有效性，同時通過提高堆肥產品微生物量磷促進磷的生物固定，增加含磷有機廢棄物的磷素生物利用效率。
上述內容僅為本發明的較佳實施例，并非用于限制本發明的實施方案，本領域普通技術人員根據本發明的主要構思和精神，可以十分方便地進行相應的變通或修改，故本發明的保護范圍應以權利要求書所要求的保護范圍為準。