不同堆肥原材料及其腐熟度堆肥水分含量和粉碎难易有很

摘要不同堆肥原材料及其腐熟度堆肥水分含量和粉碎难易有很大关系，因此找出耗能最少、粉碎度最高的不同堆肥原材料及其腐熟度堆肥的最佳含水量是影响生产的关键。本论文通过将不同堆肥原料及堆肥进行烘干处理，控制含水量梯度，确定各种堆肥原料及堆肥含水量与粉碎比之间的关系，从节省能源的角度出发，找到粉碎时的最佳含水量。研究结果表明：堆肥原料中，玉米秸秆最易粉碎，小麦秸秆最难粉碎，污泥在含水量为15%左右粉碎最佳；两组堆肥（分别是未加VT菌剂、加2VT菌剂）在不同的腐熟度下，粉碎比随着含水量变化的趋势相似。不同腐熟阶段的堆肥进行粉碎时，只需将其烘干至含水量为20%30%左右即可获得较好的粉碎效果；两组堆肥（分别是未加VT菌剂、加2VT菌剂）腐熟后，只需将其烘干到含水量为25%左右即可获得较好的粉碎效果。关键词：有机物料 水分 烘干 粉碎 AbstractThe moisture content in different compost materials and the compost in different periods is closely related with the grinding. Therefore, it is very important to find the optimal moisture content in which the consumption of energy is the lowest and the degree of grinding is the highest. The experiment is carried out with drying the materials of the compost and the compost. The relation between degree of grinding and moisture content of the material and the compost can be fixed by controlling the gradient of moisture content. From the point of view of saving energy, the optimal moisture content can be discovered. The results of the experiment show that its the easiest to grind corn straw and the most difficult to grind wheat straw. And its the best time to grinding sludge when the moisture content of sludge is about 15%. As the moisture content of the compost changes ,the trend of variation of the degree of grinding of the first compost which isnt inoculated VT microbes and the second compost which is inoculated 2 VT microbes is almost the same. The moisture content only need to be dried to be 20%30% when the compost is grinded in different periods of composting. When the two piles of compost are well-rotted, the moisture content only need to be dried to be 25% when the compost is grinded.Key words: organic materials、moisture content、drying、grind 目录摘要1Abstract1一、文献综述31.1秸秆31.1.1秸秆资源分布及利用现状31.1.2秸秆粉碎41.2污泥51.2.1污泥资源现状51.2.2污泥利用工艺51.3堆肥61.3.1堆肥化的四个阶段61.3.2堆肥的腐熟度71.3.3微生物接种剂71.3.4有机复混肥的发展81.3.5堆肥造粒81.4能源利用9二、研究背景、研究意义和研究思路102.1研究背景和研究意义102.2研究思路10三、试验设计与结果123.1不同堆肥原料的烘干及粉碎性能123.1.1引言123.1.2试验器材与方法123.1.3结果与讨论123.2不同腐熟度堆肥含水量与粉碎比的关系143.2.1引言143.2.2试验材料与方法143.2.3试验结果与分析153.2.4小结183.3堆肥不同含水量与粉碎性能关系183.3.1引言183.3.2试验材料与方法183.3.3结果与讨论19四、结论21参考文献22致 谢2323中国农业大学毕业论文 一、文献综述一、文献综述有机固体废弃物的种类很多，包括木质废弃物、植物秸秆、落叶、厩肥、禽畜类粪、人粪尿、城市及工矿企业废弃物中的机质、动物尸体、食物下脚料、污水处理厂的污泥等。这些固体废弃物如不经过任何处理就直接排放、随意堆积，在自然条件下将变质腐烂，不仅造成了大气、土壤和地下水环境的污染，而且还占用土地，影响景观，进而危害人体。固体有机物废弃物中常含有相当量可利用的肥效元素，如N、P、 K、 Na、 Mg、Mn、Fe等，可通过微生物处理将这些元素制成优质复合肥料。至今，国内绝大多数畜禽粪便和农作物秸秆是作为肥料予以消纳的。如果我们将100亿t废弃物处理作肥料(张无敌等，1996)，可产优质有机肥10亿t相当于1万个年产10万t的化肥厂年产化肥的总量。我国环境、资源方面形势严峻，任务艰巨，如何处置这些固体废弃物以保护环境是我国科学家面临的重要课题。我国是一个传统的农业大国，对肥料、饲料、能源有着巨大的需求，因而处理农牧业废弃物的目标应该是使之成为农业的资源返回农业生态系统中，即农用资源化。有机固体废弃物中含有大量的能源和各种资源，所以有人称有机固体废弃物是第二资源（李恩斯，1994）。毫无疑问，实现废弃物资源化，是人类社会得以协调发展的必要措施，有利于人类社会的进步和生存环境的改善。1.1秸秆1.1.1秸秆资源分布及利用现状植物秸秆这类废物分布广、廉价易得，是进行堆肥和沼气发酵的理想材料，经过高温堆肥后再进一步制成有机无机复混肥产品和颗粒复混肥比废物直接施用有更好肥效和更高效益。秸秆中含有氮、磷、钾、镁、钙、硫等元素，这些元素是农作物生长必需的主要营养元素。因此，秸秆是丰富的肥料资源。秸秆中有机质含量平均为15%，因作物不同各种营养元素的含量也不同。表1 三种主要农作物秸秆的养分含量（毛知耘，1995）Table1 The nutrient contents of the straw of the three main farm crop秸秆种类几种营养元素含量（占干物重%）NP2O5K2OCaS水稻秸秆0.630.110.850.160.440.1120.189小麦秸秆0.500.670.20.340.530.600.160.380.123玉米秸秆0.480.500.380.41.670.390.800.203目前秸秆资源的计算方法有很多种，一般采用粮食总产量乘以系数1或1.2。联合国有关组织则提出一个秸秆量的计算公式：式中秸秆量；粮秸比系数；C粮食产量。根据我国作物情况，并通过计算，我国1989年秸秆产量为60449.3万t，1990年秸秆产量为68432.1万t（李国学等，2000表2 2003年秸秆产量Table2 The output of straw in 2003项目水稻小麦薯类玉米高梁谷子豆类粮秸比1：11：11：11：21：21：11：1.5农作物产量16065.58648.83513.111583.0286.5194.12127.5秆产量16065.58648.83513.123166573.0388.23191.25根据各个营养元素在秸秆中的百分含量，可算出2003年全国秸秆中含碳量为35148.2万t，含氮量493.6万t，含磷（P2O5）量197.9万t，含钾（K2O）量为1147.8万t。我国每年农作物秸秆的产量已过6亿t，其中1/5约1.2亿t用作饲料，另有1/5用作肥料、原料和其他等，还有3.6亿t大部分作燃料，少部分散失（杨世基，1994）。然而，随着农村社会经济的发展和农村能源建设的深人进行，以及农村节能技术的大规模推广应用，在经济较为发达地区和常规能源稳定供应地区，富裕起来的农家，炊事和取暖已不再烧柴火，致使秸秆大量剩余，但每年仍不断产生，以致成为负担，有的就地焚烧，烟气污染环境，有碍安全，有的无控制堆放，既占了土地，又成为火灾隐患，而且每t秸秆还会释放15m3的甲烷，影响生态。因此秸秆的处理已成为我国许多地区的头痛事情。秸秆是二类宝贵的资源。随着畜牧业的发展，秸秆将更多作为饲料，并过腹还田。同时随着持续农业发展，它也将更多作为有机肥施用。1.1.2秸秆粉碎在秸秆中，粗纤维、木质素是畜禽难以消化吸收的部分，多年来许多学者的研究都是为了一个目的，即如何能使粗纤维、木质素经过一定的处理，提高消化率和进食量，从而增加消化能的摄取量。研究表明:把秸秆加以粉碎或切碎，可以增加消耗量，大约能提高消化能摄取量的30%左右。将纤维素原料进行粉碎处理，木质素仍然保留，但木质素和半纤维素与纤维素的结合层被破坏，半纤维素、纤维素和木质素的聚合度降低，纤维素的结晶构造改变（陈育如等，1994）。粉碎处理提高反应性能和提高水解糖化率。有利于酶解过程中纤维素酶或木质素酶的进攻。经粉碎物料各成分的量没有变化，但粉碎的物料没有膨胀性，体积小，可以提高基质浓度，水解可得到较高浓度的糖液。从实践效果看，秸秆经切碎或粉碎后直接还田是提高有机质含量的一个有效途径。机械切碎直接还田省工省时，能降低劳动强度，且省略了传统沤肥还田的多道工序。到1993年，全国已推广机械化秸秆切碎还田面积460多万hm2，主要分布在河北、山东、吉林、河南、黑龙江、北京等省市的旱作农业地区，取得了显著改善土壤的效果。预计到2000年，推广面积至少在660万hm2，以上，直接还田的秸秆量将占总量的5%以上（马学良等，1995）。此种方式对我国任何地区都适用。秸秆有丰富的有机质和氮、磷、钾、钙、镁、硫等养分。1hm2玉米鲜秆(约22.5t)铡碎后还田相当于硫酸按342375kg，过磷酸钙194227kg，可增收小麦750kg/hm2多，玉米675kg/hm2（王秋华，1994）。秸秆还田减少了化肥用量，节省了农业投资，优化了土壤理化性状，使土壤蓄水性能变好，抗旱能力增强，团粒结构增多。1.2污泥1.2.1污泥资源现状当前，随着人们对环境污染控制认识的加深，污水处理厂在各主要城市相继建成并投入运行，与此同时污水处理厂又产生大量的残渣即污泥。目前世界上生产污泥已达1亿t/年(干污泥)，我国已达900万t/年(合干污泥300350万t/年)（易红星等，2004）。国内外污泥处理处置的方法很多，一般采用浓缩、消化、脱水、干化等工艺处理后有效利用(主要为农用)、填埋及焚烧等方法处置，或用其中某几种方法组合处置。污泥的最终出路不外是资源化利用或以某种形式回到环境中去，随着海洋投弃被禁止，污泥弃置的比例正逐渐减小，同时土地填埋也受到越来越严格的限制。在今后数年内美国的大部分填埋场将关闭，欧盟也将规定填埋必须和焚烧相结合，只有焚烧后才可以被填埋。人们认识到污泥处理的优先顺序是减容、利用、废弃，污泥减量化、稳定化、无害化处理后作为资源回用已经成为主流。由于我国长期以来农业追求高产，大量使用化肥，已造成土壤沙化、板结、肥力下降，尤其在我国干旱地区，土壤中有机质含量较低。污泥中富含有机质和多种植物所需的养分，可以弥补长期使用无机化肥给土壤带来的缺陷。使用污泥对土壤的物理、化学及生物学性状有一定的改良作用。污泥中的有机质可明显改善土壤的结构特性，使土壤孔隙增多，土壤的通气透水性和田间持水量提高，从而促进植物生长和产量的提高。污泥原料制成的肥料，作林地用肥或花卉肥是安全的，经过严格检测控制，也可以用作食用作物用肥。实践证明污泥的农田利用是污泥资源化处置的最佳出路。随着工业和城市的发展，污水处理率的提高，城市污泥产量必然越来越大。污泥是一种很有利用价值的潜在资源，为了充分利用这种资源，减少环境公害，世界上许多国家都在大力发展污泥处置和利用的各种技术。相对于发达国家来讲，我国污泥处理利用技术还比较落后，同时考虑到我国是一个农业大国。因此，将经过稳定化、无害化处理后的污泥进行土地循环利用，应该是我国污泥资源化利用较有前景的一种途径。1.2.2污泥利用工艺从污水处理厂沉淀池排出的污泥叫生污泥，含有挥发性有机物质、病原菌、寄生虫、重金属以及某些难分解的有机毒物。如果施用不当，其中的有毒成分会在农田土壤中积累，当达到一定数量时，就会危害农作物或通过食物链危害人体健康。因此，污泥一般需经过稳定化（生物稳定法、化学稳定法）和无害化处理，以达到消除臭味和杀死虫卵病菌的目的。为减少污泥的水分以减少污泥体积，需采取压缩脱水工艺（李国学等，2000）。污泥经过烘干、粉碎后加人氮、磷、钾等植物生、长所需营养元素和菌粉，然后进行混合造粒（Sweeten J. M,1998）再经低温干燥冷却后，加入复合肥，能进一步提高污泥中有机废料的含量。此类肥料在我国主要依赖进口，试验和生产才刚刚起步。污泥造粒工艺指污泥在干燥后（李爱民等，2003），又进行破碎造粒处理。通过干燥造粒工艺，并向污泥中添加必要的氮、磷、钾等营养成分，将污泥加工成复合有机肥，大大提高了污泥的肥效和经济价值，是污泥处置的有效途径和发展方向。采用该方法生产的污泥肥中，所添加的营养元素进人土壤后可以迅速释放，而城市污泥中所含的大量有机质，具有改良土壤、培肥地力、抗旱和供肥平稳等特点，肥效比普通化肥时间长，而且对化肥中氮素具有一定的固定作用，使化肥带入的氮素缓慢释放，提高其养份利用效率。污泥的养分及重金属含量因地因时而异。表3 污泥的成分（李国学等，2000）Table3 The components of the sludge成分有机质(%)全N(%)全K2O(%)有效P2O5(%)CU（mg/kg）Zn(mg/kg)Ni(mg/kg)Pb(mg/kg)污泥31.42.91.8627(250)1000(500)5219(100)734(300)2591.3堆肥1.3.1堆肥化的四个阶段堆肥化的基本原理是将由多种不同组分构成的有机物料堆聚在一起，以保存发酵过程中产生的热量，在多种微生物共同作用下，在温暖湿润和好气条件下，对物料中有机物质进行的生物氧化过程。该过程的目的是使物料中可降解的有机物质转化为稳定的腐殖质类物质后，不再产生还原性的具有异味的物质。一般情况下，利用堆肥温度变化作为堆肥的评价指标，即可将整个进程按其温度的变化划分为4个阶段：升温阶段（堆肥初期，堆肥由常温上升到50左右，常见的是无芽孢细菌、芽孢细菌和霉菌。肥堆内简单的糖类、淀粉、蛋白质等在该阶段被大量分解，释放出NH3、CO2和热量）；高温阶段（这一阶段的温度大致在5070之间，占优势的微生物是好热性真菌、好热性放线菌、好热性芽孢杆菌和梭菌等。残留的和新形成可溶性有机物质分解，复杂的有机化合物如半纤维素、纤维素和蛋白质等也开始被强烈分解，同时释放出大量的热量，促使堆肥的温度上升。在这个阶段，除了矿质化过程外，还开始出现了腐殖化过程）；降温阶段（在高温阶段维持一段时间后，由于纤维素、半纤维素、木质素等残存量减少，或因水分散失和氧气供应不足等因素，只剩下部分较难分解及难分解的有机物和新形成的腐殖质，微生物生命活动的强度减弱，产热量减少，堆温降到50以下。此时，堆中微生物种类和数量较高温阶段为多，并以中温性微生物为优势种类。在此阶段，微生物的作用主要是合成腐殖质，所以腐殖化作用占绝对优势，堆肥质量的优劣也与这一过程的进行情况密切相关）；腐熟阶段（此阶段继续进行缓慢的矿质化和腐殖化过程，肥堆内的温度仍高于气温，堆内物质的C/N比已逐步减少，腐殖质累积明显增加。这一阶段微生物的作用利弊皆有，关键是调控水热条件，抑制放线菌、反硝化细菌等的不利作用，达到腐熟、保肥的目的）。1.3.2堆肥的腐熟度腐熟度就是堆肥腐熟的程度即堆肥中的有机质经过矿化、腐殖化过程最后达到稳定的程度。要使堆肥达到完全腐熟，这是一个堆肥腐熟程度即腐熟度问题。堆肥的腐熟度水平高低，通常意味着其使用时的正负效应，可以由植物生长的生物量表示。植物在未腐熟的堆肥中受到抑制，在腐熟的堆肥中生长得到促进（Hoitinik and Kuter,1986;Inbar et al.,1993;Chefetz et al.,1996）。如果堆肥没有完全腐熟，就施入土壤，会造成非常严重的后果。未完全腐熟的堆肥C/N比较高，施入土壤中会造成植物缺N；而C/N比过低，又会产生氨毒性。所有未腐熟堆肥在施入土壤后的一段时间，能引起微生物的剧烈活动导致氧的缺乏产生极端厌氧环境，影响根系生长。堆肥腐熟度评价的指标（Riffaldi等，1986）有很多种，分别有：物理评价指标、化学评价指标、光谱分析法和生物评价指标。用生物的方法测定堆肥的毒性，是检验正在堆肥的有机质腐熟度的最精确和最有效的方法。如采用植物毒性法测定堆肥的毒性，植物毒性用发芽指数（GI）来评价，GI由以下式确定：从理论上说，GI100%，就判断是有植物毒性。但在实际实验中，如果GI50%，则认为堆肥已腐熟并达到了可接受程度，即基本没有毒性。在所有状况下，当发芽指数GI达到80%85%时，这种堆肥就可以认为是没有植物毒性或者说堆肥已腐熟了。在堆肥过程中，根据堆肥的腐熟度可分为三个阶段：抑制发芽阶段，这个阶段一般发生在开始堆肥的第113d,这种堆肥对发芽几乎完全抑制；GI迅速上升阶段，这个阶段一般发生在2665d，34d后发芽种子的发芽指数GI=30%50%；GI缓慢上升至稳定阶段，继续堆肥超过65d，GI可上升到90%。1.3.3微生物接种剂好气性高温堆肥是由群落结构演替非常迅速的多个微生物群体共同作用而实现的动态过程，在该过程中每一个微生物群体都能有在相对较短时间内适合自身生长繁殖的环境条件，并且对某一种或某一类特定的有机物质的分解起作用。微生物的表面积体积比大，代谢强度高，数目巨大，繁殖迅速，在堆肥化过程中对有机物质降解起主导作用。研究表明：单一的细菌、真菌、放线菌群体，无论其活性多高，在加快堆肥化进程中作用都比不上多种微生物群体的作用。因此人们在人工条件下通过接种方法提高堆肥微生物数量加速堆肥反应进程。接种微生物促进堆肥腐熟的机理有：提高堆肥初期微生物的群体，增强微生物的降解活性；缩短达到高温期的时间；接种分解有机物质能力强的微生物。一些从堆肥中分离出来的高温菌、中温菌、放线菌和真菌常作为堆肥接种剂加速细胞壁和木质素、纤维素水解，促进腐殖化过程。目前应用的主要三种接种剂：微生物培养剂，营养添加剂，有效的自然材料。1.3.4有机复混肥的发展有机复混肥是指经过无害化处理的有机物（包括高温堆肥）和无机化肥（主要指氮、磷和钾肥）作为主要原料，根据土壤和作物的养分特性以及培肥土壤的目的配制的具有养分平衡的，经过机械加工成的固体肥料。有机复混肥与无机复混肥的根本区别在于前者有一定量的有机成分。有机无机的合理比例对肥效有重要的影响，这种影响主要表现在对养分供应强度和持久性的调节作用以及对养分的活化（鲍碧娟，2000）。目前，我国肥料的发展趋势向着高效、复合、缓释和液体方向发展，而且颗粒化的发展速度尤为快。颗粒化的复混肥因为能同时提供多种营养成分、养分均衡、施用方便、便于运输等优点而得以迅速发展而且复混肥有机、无机相结合的方式，不仅可以以无机促进有机、而且以有机保无机，减少了肥料中养分的流失，同时也可以利用有机物质改良土壤。生产有机复混肥的原料如不进行粉碎，颗粒较大，造粒不好，肥料混配不均匀，会直接影响到复混肥的质量和外观。因此造粒前必须分别进行粉碎，保证各种物质粒度小于1mm(吴明山，1999)。在生产有机复混肥时，高温堆肥不一定要达到完全腐熟，才和无机化肥按照一定比例混合。没有完全腐熟的有机肥部分和无机化肥混合后，施入土壤，不会对土壤和农作物产生负面影响。1.3.5堆肥造粒国内外最初生产的固体肥料均成粉状，在长期的生产实践中，人们深感粉状肥料在生产、贮运和施肥过程中容易扬尘，既不利于劳动保护、保护环境，又损失肥料，增加施肥成本。粉肥在贮存时常会结块，因而不便于直接施用，也难以机械施肥（郭广寨，2000）。为了克服粉肥的上述缺点，半个世纪以来各国竞相研究粉肥的各种造粒技术。实践表明粒状肥料（以下简称粒肥）较粉状肥料具有很多优点，主要如下：粒肥在生产、装卸、运输和施用时不会扬尘，有利于劳动保护和环境保护，又可避免无谓的损耗。粒肥的外观好，物理性好，不易结块。粒肥具有一定的机械强度和自由流动性能，便于机械施肥或用飞机施肥，从而节约劳动力和降低农业生成本。粒肥生产可针对当地土壤、作物种类和品种，在服从养分平衡规律的前提下，实行优化配方，科学施肥，还可根据需要适当配入中量元素和微量元素，使各营养元素相互促进，产生复合效应，以充分发挥肥效，使作物得到全面营养。粒肥成品的颗粒大小比较接近，当用它作为掺混肥料的原料时不致产生离析现象，故可避免因肥料离析不能均匀为农作物提供养分，以致田间作物长势不一而影响收获量。粒肥比等量粉状肥料的比表面积小，吸湿性低，遇水不易溶化，养分释放慢，土壤化学家认为粒肥中的磷酸盐被土壤固定的程度比粉状肥料少，所以施用含磷素的粒肥比施用等量含磷素的粉状肥料有较高的利用率和后效。在土壤中含氮素的粒肥较粉状肥料的氮素释放速度低，因而可以减少氮素的分解损失和流失，得到较高的氮素利用率。1.4能源利用能源是人类社会进步、经济发展和人们日常生活不可缺少的物质基础。随着经济的发展，人民生活水平的改善，人均能源消费量肯定要增加。但这种增加必然要受到资源和环境等多种因素的制约。现在地球人口约60亿，到21世纪中叶，预计将达到100亿人。光从人口增长的数字来看，能源消费的增加将是惊人的。另外，目前的能源消费结构上，仍存在着很大的南北差异，即工业发达国家使用量为总能源的3/4，人均消费量美国消费最高，为世界平均水平的5倍以上。我国的人均消费量还相当低，还不到1/10的国家还有很多（陈水源等，1994）。地球上的能源终将是有限的，如同只伐树而不植树，森林也会变成荒原一样，如此大量的消费，世界的能源资源也将会枯竭。现在世界能源消费以石油换算约为80亿吨/年，按40亿人计算，平均消费量为2吨/人年。以这种消费速度，到2040年，首先石油将出现枯竭；到2060年，核能及天然气也将终结。地球的能源已经无法提供近116亿人口的能源需求。而随着世界人口的不断增加，能源紧缺的时期将会提前来。因此，21世纪新能源的开发与利用，已不再是一个将来的话题，而是关系人类子孙后代命运，刻不容缓的一件大事。目前，世界能源消费量的增长要比人口增长快几倍。显然，为了提供这些能源就不可避免地会造成环境污染。能源利用与环境保护是密切相关的，许多国家由于大量无限度不合理地使用能源，造成了能源的短缺和严重的环境问题，并已成为世界性的问题，我国在能源利用上也出现了上述同样情况。近年来的工业发展，环境问题日趋严重。因此，在改善环境质量，保护环境的工作中，能源利用就成为重要的突破口，而在能源利用中，节能降耗就必然成为核心问题。在我国和一些发展中国家更是如此。因此，节能降耗成为改善环境质量的一项重要措施。中国农业大学毕业论文 二、研究背景、研究意义和研究思路二、研究背景、研究意义和研究思路2.1研究背景和研究意义由于过分依赖化学肥料、化学农药等现代商品投入物的常规农业（亦称“石油农业”）对环境、资源、食品以及人体健康产生的种种危害具有隐蔽性和长期性的特点，为了减缓常规农业给环境和资源造成的严重压力，1992年联合国在巴西召开了“环境与发展”世界首脑会议，将农业走可持续发展道路作为全球未来的共同发展战略。此后世界许多国家都加快了生态农业、有机农业、自然农业、生物农业等替代常规农业生产方式的步伐，国际市场对无污染安全食品的需求也与日俱增。农业的发展，粮食产量的逐年增加为人民生活提供了更多的物质保证，但同时也产生了大量的农作物秸秆。一方面，土壤有机质含量逐年减少，畜禽饲料供应不足，另一方面，过剩的农作物秸秆被弃之不用，放火焚烧，既造成浪费又污染环境。因此，随着持续农业发展，它也将更多作为有机肥施用。并且，目前节能降耗成为改善环境质量的一项重要措施。因此，研究秸秆的烘干及粉碎性能之间的关系，找到粉碎的最佳含水量，显得十分有意义。施用有机肥料自然成为了各国农业发展追求的目标。堆肥以其简单的工艺、丰富的养分和优良的土壤改良作用在肥料化过程中占据了重要的地位。目前，我国肥料的发展趋势向着高效、复合、缓效和液体方向发展，而且颗粒化的发展速度尤为快。在长期的生产实践中，人们深感粉状肥料再产、贮运和施肥过程中容易扬尘，既不利于劳动保护、保护环境，又损失肥料，增加施肥成本（沈道英，1995）。粉肥在贮存时常会结块，因而不便于直接施用，也难以机械施肥。为了克服粉肥的上述缺点，半个世纪以来各国竞相研究粉肥的各种造粒技术。颗粒化的复混肥因为能同时提供多种营养成分、养分均衡、施用方便、便于运输等优点而得以迅速发展而且复混肥有机、无机相结合的方式，不仅可以以无机促进有机、而且以有机保无机，减少了肥料中养分的流失，同时也可以利用有机物质改良土壤。生产有机复混肥的原料如不进行粉碎，颗粒较大，造粒不好，肥料混配不均匀，会直接影响到复混肥的质量和外观。因此造粒前必须分别进行粉碎。从节省能源的角度出发，我们需要确定腐熟的堆肥在不同的含水量下的粉碎比，找到粉碎的最佳含水量。在生产有机复混肥时，高温堆肥不一定要达到完全腐熟，才和无机化肥按照一定比例混合。没有完全腐熟的有机肥部分和无机化肥混合后，施入土壤，不会对土壤和农作物产生负面影响。因此，在目前，我们需要确定在堆肥的不同阶段，即在堆肥的不同腐熟度下，堆肥不同的含水量与粉碎比之间的关系，因而找到不同腐熟度下，粉碎的最佳含水量。2.2研究思路通过本实验的实施，烘干堆肥原料，控制含水量梯度，测定不同含水量时三种秸秆和污泥的粉碎比，找到各种堆肥原料粉碎时的最佳含水量，并分析各种秸秆产生粉碎性能差异的原因；烘干腐熟的堆肥，分别是未加VT菌剂和加2VT菌剂的两组堆肥，控制含水量梯度，测定不同含水量时堆肥的粉碎比，分别找到堆肥腐熟后粉碎的最佳含水量，并进行比较；两组堆肥，分别是未加VT菌剂和加2VT菌剂的堆肥，分别在堆肥化过程的不同阶段取样，进行烘干，测定不同时期，不同含水量下的堆肥粉碎比，找到堆肥不同腐熟度下进行粉碎的最佳含水量，并进行比较。而达到确定可供粉碎实践应用的含水量参数的目的，具体研究思路如下：堆肥不同原料烘干及粉碎性能玉米秸秆污 泥水稻秸秆小麦秸秆粉碎时最佳含水量生产实践中的应用堆肥烘干及粉碎性能未加菌剂堆肥加菌剂堆肥不同腐熟度下含水量与粉碎比腐熟后含水量与粉碎比之间的关系腐熟后含水量与粉碎比之间的关系粉碎时最佳含水量生产实践中的应用中国农业大学毕业论文 三、试验设计与结果三、试验设计与结果3.1不同堆肥原料的烘干及粉碎性能3.1.1引言堆肥原料的颗粒大小与堆肥通气、水分和挥发性物质有直接关系，进而影响堆肥的反应速度、堆肥时间的长短和堆肥腐熟度。不同堆肥原料的颗粒大小不同，外形和性质以及原料的混杂程度也有很大差异（李国学，1999）。在此组实验中，要了解堆肥原料，如玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆、污泥等由于自身不同的结构性能导致在不同的含水量下的粉碎性能。3.1.2试验器材与方法（1）试验材料 水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、污泥；电热恒温干燥箱、铝盒、粉碎机、电子天平、剪刀（2）试验设计测定含水量梯度。将玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆切碎，使秸秆长度大约在1cm左右，再将秸秆和污泥各用天平称取一定量，并记录。将装有秸秆的铝盒放置在烘干机中，在105下进行烘干，为了能具有不同的含水量，间隔一定的时间取样，测定样品含水量，含水量梯度自行控制，并将各批样品中的一个样烘至恒重，并规定此时秸秆内的含水量为0%。秸秆、污泥出烘箱时水分不能过高，否则使下料器卡死和粉碎机筛片堵死。一般通过控制烘干时间便可控制干物料的含水量。测定烘干到不同含水量的秸秆的粉碎比。为了保证粉碎时所消耗的能源相等，规定秸秆的粉碎时间为1min。通过含水量换算，使秸秆各个样品的干物质重恒重，最后粉碎机对秸秆样品进行粉碎，利用粉碎前后样品的质量差计算样品的粉碎比。3.1.3结果与讨论不同堆肥原料含水量与粉碎比关系见图1，随着含水量的降低，玉米、小麦、水稻秸秆的粉碎比均升高。小麦、水稻秸秆的粉碎比随含水量变化的趋势相似，并且将小麦、水稻秸秆烘至恒重时，其粉碎比也才分别为26.0%和33.5%，即粉碎小麦、水稻秸秆较困难；并且，小麦、水稻秸秆相比较，小麦秸秆比水稻秸秆更难粉碎。而玉米秸秆其粉碎比随含水量的降低，迅速上升。将玉米秸秆烘干至恒重时，其粉碎比为62.5%，远高于将小麦、水稻秸秆烘至恒重时的粉碎比。图1 不同堆肥原料含水量与粉碎比关系Fig.1 The relation between degree of grinding and moisture content of the materials各种农作物秸秆的化学组成如表4所示。有机物质80%90%基本是由粗纤维和无氮浸出物构成。而无氮浸出物中仅含有微量可溶性碳水化合物，不含淀粉。粗纤维主要成分是纤维素、半纤维素和聚糖醛酸，其次是少量的木质素，含氮物和灰分。粗纤维是植物细胞壁的构成物。由化学分析可知，它是一种多聚糖，是由大量单糖分子构成的复杂化合物。在一般条件下，不易溶于水和有机溶剂。半纤维素是秸秆中的一类碳水化合物，具有很大强度的相互连接的网状结构。网状结构中有高度定向排列而结晶化的区域；以及分子间结合不甚紧密，排列不整齐的无定型区域，还含有部分聚糖醛酸。木质素分子大，溶解性差，结构复杂，化学键联相互交结，一般是随着植物的老化，会发生植物细胞壁的木质化；即指木质素浸渍和覆盖植物细胞壁的过程，是一种伴随产物。表4 三种常用秸秆的化学组成（中国农业科学院土壤肥料研究所，1994）Table4 The chemical compositions of the three common straw种类C(%)N(%)C/N组成成分(占无灰干物质 %)苯醇溶性物质水溶性物质半纤维素木质素纤维素粗蛋白水稻秸秆42.70.6961.86.5311.424.512.531.93.63小麦秸秆52.10.50104.23.014.3826.619.934.92.63玉米秸秆47.40.9351.02.397.9128.613.234.34.82秸秆细胞壁基本上是由纤维素微束包被在木质素、果胶和纤维素的基质中形成类似钢筋混凝土的结构。细胞壁中多糖构成的相互缠绕、互相包被的结构以及起保护作用的物质（角质、木栓质）对粉碎起着物理阻碍作用。由三种秸秆的化学组成可知，小麦秸秆中木质素含量和纤维素含量是三种秸秆中最高的，并且在小麦秸秆中木质素和半纤维素与纤维素的结合层较厚，因而导致小麦秸秆是最难粉碎的物料。切碎秸秆鼓风通气和通气沟通气堆制有利于有机残体物料的迅速分解, 转化成腐熟的有机肥（李国学，1999），因此对秸秆进行粉碎，具有重要的生产实践意义。由图1可知，随着含水量的降低，污泥的粉碎比不断升高。当污泥含水量达到15%左右，污泥的粉碎比达到最大。但之后，随着污泥含水量的降低，污泥的粉碎比也呈下降趋势。造成上述现象的原因主要有：污泥的颗粒很细，富含有机质，含水量为20%左右时有明显的弹性，其黏结性很好，在干燥过程中，污泥变硬，在5%左右水分时，污泥颗粒极硬，很难粉碎。干燥过程中由软至极硬的过渡阶段的含水量阶段很窄，这给应用污泥原料制肥带来了困难。 一般采用掺入其他合适原料的方法解决。3.2不同腐熟度堆肥含水量与粉碎比的关系3.2.1引言 在本实验中，在堆肥不同的阶段采样，测定不同时期，即在不同腐熟度下堆肥的含水量与粉碎比之间的关系，找到获得最佳粉碎比的含水量，达到节省能源的目的。3.2.2试验材料与方法（1）试验材料堆肥样品；电热恒温干燥箱（最高温度300）、粉碎机、电子天平、铝盒（2）试验设计2004年9月堆肥，原料为鸡粪和锯末，分别设计两个堆体；两个堆体均高1m，堆体直径约为1.2m，呈锥形；均调节C/N为28，水分60%，其中一个加2VT菌，另一个堆体作为空白不加菌；模拟传统堆肥，堆肥时间控制在1个月左右。表5 原料的配比情况Table5 The composting materials and compositions原料干重比湿重比锯末+鸡粪鸡粪：锯末=1.5：1鸡粪：锯末：水=2.6：1：2.18堆肥36d，分别按第1天、第9天（高温期）、第18天（降温期）、第27天（腐熟期）和第36天（后熟期）在两堆中分别取样，测定所取样品的腐熟度，本实验采用发芽指数GI（Germination Index）作为堆肥腐熟度的评价指标。发芽率测定方法：过滤振荡样，取滤液10ml于已经铺好滤纸，并放上10粒饱满的小麦种子于培养皿内，置于30恒温箱中，24h后检查发芽情况，测定发芽率和根长，计算发芽指数（GI）。将装有堆肥样品的铝盒放置在电热恒温干燥箱中，在105下进行烘干，为了能具有不同的含水量，间隔一定的时间取样，测定样品含水量，含水量梯度自行控制，并将各批样品中的一个样烘至恒重，并规定此时样品内的含水量为0%。为了保证粉碎时所消耗的能源相等，规定堆肥样品的粉碎时间为1min。通过含水量换算，使所粉碎的一批堆肥样品的干物质重恒重，最后粉碎机对堆肥样品进行粉碎，利用粉碎前后样品的质量差计算样品的粉碎比。测定在不同含水量和不同腐熟度下堆肥的粉碎性能。3.2.3试验结果与分析两组堆肥不同时期所取样品的发芽指数GI（%）见表6。表6 两组堆肥不同时期的GI值Table6 The cress seed germination index in different periods of the two piles of compost取样时间（d）19182736鸡粪+锯末不加VT菌GI（%）5.466.4524.7946.7864.38鸡粪+锯末加VT菌GI（%）5.467.4337.6454.8374.97图2和图3为不同时期取样的两组样品的含水量及粉碎比 图2未加VT菌剂 图3加VT菌剂在对未加VT菌剂的堆肥在不同时期取样后，测定其含水量与粉碎比之间的关系。由图2可知：堆肥第一天时，GI=5.46%，在含水量较高时，随着含水量的变化，粉碎比变化较大，但当继续烘干至20%以后，随着含水量的变化，堆肥的粉碎比变化的差异不是很大，由此可知将样品烘干时，使其含水量达到20%左右时，进行粉碎即可得到较好的粉碎效果，而且可以节省能源，可以称为在此腐熟度下获得高粉碎比的最佳含水量；堆肥至第9天，GI=6.45%，在含水量较高时，随着含水量的不同，粉碎比变化较大。但当继续烘干至30%左右以后，随着样品含水量的变化，堆肥的粉碎比变化的差异不是很大，即可知当样品烘干时，使其含水量达以30%左右时，进行粉碎即可得到较好的粉碎效果，而且在30%左右进行粉碎，节省了继续烘干样品所需要的电能，此可称为在此腐熟度下获得高粉碎比的最佳含水量；堆肥至第18天，GI=24.79%，在含水量较高时，随着含水量的不同，粉碎比变化较大。但当继续烘干至25%左右以后，随着样品含水量的变化，堆肥的粉碎比变化的差异不是很大，即可知当样品烘干时，使其含水量达到25%左右时，进行粉碎即可得到较好的粉碎效果，而且在25%左右进行粉碎，节省了继续烘干样品所需要的电能，此可称为在此腐熟度下获得高粉碎比的最佳含水量；堆肥至第27天，GI=46.78%，在含水量较高时，随着含水量的不同，粉碎比变化较大。但当继续烘干至25%左右以后，随着样品含水量的变化，堆肥的粉碎比变化的差异不是很大，可知当样品烘干时，使其含水量达以25%左右时，进行粉碎即可得到较好的粉碎效果，而且在25%左右进行粉碎，节省了继续烘干样品所需要的电能，此可为在此腐熟度下获得高粉碎比的最佳含水量；堆肥至第36天，GI=64.38%，在含水量较高时，随着含水量的不同，粉碎比变化较大。但当继续烘干至25%左右以后，随着样品含水量的变化，堆肥的粉碎比变化的差异不是很大，即可知当将样品烘干时，使其含水量达以25%左右时，进行粉碎即可得到较好的粉碎效果，而且在25%左右进行粉碎，节省了继续烘干样品所需要的电能，此可为在此腐熟度下获得高粉碎比的最佳含水量。在对加VT菌剂的堆肥在不同时期取样后，测定其含水量与粉碎比之间的关系。由图3可知：堆肥第一天时，GI=5.46%，在含水量较高时，随着含水量的变化，粉碎比变化较大，但当继续烘干至20%以后，随着含水量的变化，堆肥的粉碎比变化的差异不是很大，由此可知当样品烘干时，使其含水量达到20%左右时，进行粉碎即可得到较好的粉碎效果，而且节省能源，可以称为在此腐熟度下获得高粉碎比的最佳含水量；堆肥至第9天，GI=7.43%，在含水量较高时，随着含水量的不同，粉碎比变化较大。但当继续烘干至25%左右以后，随着样品含水量的变化，堆肥的粉碎比变化的差异不是很大，即可知当样品烘干时，使其含水量达以25%左右时，进行粉碎即可得到较好的粉碎效果，而且在25%左右进行粉碎，节省了继续烘干样品所需要的电能，此可称为在此腐熟度下获得高粉碎比的最佳含水量；堆肥至第18天，GI=37.64%，在含水量较高时，随着含水量的不同，粉碎比变化较大。但当继续烘干至25%左右以后，随着样品含水量的变化，堆肥的粉碎比变化的差异不是很大，即可知当样品烘干时，使其含水量达以25%左右时，进行粉碎即可得到较好的粉碎效果，而且在25%左右进行粉碎，节省了继续烘干样品所需要的电能，此可称为在此腐熟度下获得高粉碎比的最佳含水量；堆肥至第27天，GI=54.83%，在含水量较高时，随着含水量的不同，粉碎比变化较大。但当继续烘干至25%左右以后，随着样品含水量的变化，堆肥的粉碎比变化的差异不是很大，即可知当样品烘干时，使其含水量达以25%左右时，进行粉碎即可得到较好的粉碎效果，而且在25%左右进行粉碎，节省了继续烘干样品所需要的电能，此可称为在此腐熟度下获得高粉碎比的最佳含水量；堆肥至第36天，GI=74.97%，在含水量较高时，随着含水量的不同，粉碎比变化较大。但当继续烘干至25%左右以后，随着样品含水量的变化，堆肥的粉碎比变化的差异不是很大，即可知当样品烘干时，使其含水量达以25%左右时，进行粉碎即可得到较好的粉碎效果，而且在25%左右进行粉碎，节省了继续烘干样品所需要的电能，此可为在此腐熟度下获得高粉碎比的最佳含水量。两组堆肥不同阶段粉碎的最佳含水量情况见图4。图4 两组堆肥不同阶段粉碎的最佳含水量 Fig.4 The optimal moisture content of grinding in different periods of the two piles of the compost在堆肥过程中，微生物首先利用易降解的有机物和简单的有机物进行新陈代谢和矿化。这些易被降解的有机物主要是可溶糖、有机酸和淀粉。其次开始分泌特殊的水解酶，降解纤维素、半纤维素和木质素。这些物质在堆肥过程中生物可降解性是不同的。一般情况下，纤维素和半纤维素相对较难降解，木质素是最难降解的。对这些中等和较难降解的有机组分的降解主要是发生在碳水化合物的表面并且受其溶解速度的影响。因此微生物只能缓慢地、部分地利用这些长链物质。由于有机材料中主要以纤维素和半纤维素为主，因此通常堆肥中有机碳的减少主要是纤维素和半纤维素。木质素在堆肥中一般很少变化，而在堆肥施入土壤中后才发生少量的降解。一般情况下，纤维素的降解速度在中温期较高，在高温期有所下降至降温期又有所回升，到稳定期纤维素的降解基本停止，说明纤维素的降解主要靠中温微生物完成。在高温期，高温杀死真菌将抑制纤维素分解，半纤维素和蛋白质的降解则从中温到降温期都保持相对较稳定，有较高的速率（可能由于分解半纤维素的放线菌抵抗高温能力较强）。木质素