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玉米秸秆发酵剩余物制备木质基营养载体技术

发布时间: 2023-11-27

来源: 科技服务团

基本信息

合作方式： 技术服务
成果类型： 发明专利,新技术
行业领域：
农、林、牧、渔业,农业
成果介绍
连年规模化耕种和过量的化肥施入致使土壤有机质含量下降、微生物多样性减少、种群结构失衡等土壤退化问题日趋严重。秸秆还田可以提高土壤有机质含量，但黑龙江省冬季寒长，冬、春季节降水少、气温低，直接还田存在自然腐解速度慢，土壤播种层环境恶化等问题。亟需探索结合当地需求与生物质资源禀赋的绿色、低碳、高效的秸秆还田方式方法，实现产业转型升级。本成果以玉米秸秆发酵能肥联产为研究对象，采用厌氧发酵将玉米秸秆易降解物抽提后形成孔隙结构的秸秆沼渣，继而使将氮与钾以“接枝”的方式接入秸秆沼渣，随后将改性后的沼渣对磷酸盐进行吸附制备营养载体。利用1吨玉米秸秆可生产180~220m3沼气，发酵剩余物负载N、P、K后，1吨秸秆沼渣改性的营养载体的氮和钾含量均在10kg以上，磷可达到20kg以上。玉米田间盆栽试验结果表明，在替代50%化肥施用后可增产6.13%，土壤中有机碳含量提高27.14%，N含量提高31.96%，减少36.82%的碳排放。
成果亮点
探明了影响玉米秸秆厌氧转化效率和发酵残渣质量的梯级耦合发酵工艺参数，采用高效厌氧干发酵技术，将玉米秸秆易于厌氧微生物转化的部分碳源以CH4和CO2收集后，获得具有生物惰性的结晶纤维素和木质素为主的发酵残渣，在循环冻融条件下利用尿素和碱对其改性，尿素取代了原来的硝基并与点位形成氨基官能团，在碱性条件下苯环的打开与新产生的点位结合形成了氨基，破坏沼渣纤维素组分的氢键网络，碱性分子攻击纤维素组分中C6的OH，形成纤维素钾，灰分中主要成分Si在改性过程中被剔除，并由K取代形成N-K。此外制备的营养载体还可吸附生物功能菌剂，制备成木质基生物功能复合型营养载体，接枝后的营养载体田间应用效果表明，N、P、K元素（较对照组的混施）释放缓慢，具有一定的缓释肥效果，提高肥料利用率；在吸附功能菌剂后，菌种不仅可以利用木质纤维基材料中的有机物营养，也更利于其成为优势微生物种群，改善了土壤中的微生物活性，降低单一化学肥料施用造成面源污染风险。
团队介绍
农业废弃物高值化利用学科团队以开发可持续能源和绿色肥料为目标，以循环农业为核心，致力于我国黑土带覆盖区域农牧业废弃资源的高值化利用技术研发。团队拥有分析检测仪器设备30余台套，下设8个实验分室和1个药品室；拥有三个校外中试实验基地，分别为双城区分布式新农村资源站、阿城区养殖场1800平米有机肥生产车间和香坊区向阳农场20公顷种养结合模式黑土地保护观测站。 先后承担国家科技支撑计划、国家重点研发计划、863等国家级项目20余项；省部级科研项目30余项；发表研究论文100余篇；授权国家专利20余项；培养研究生120余名；主办各类学术会议、报告30余场；下乡开展科技服务累计100余次。主导、参与制定农业废弃物综合利用国家标准3项、行业技术标准与规范6项，发布地方标准10余项，涵盖农业废弃物资源化利用的氢烷联产、沼气工程、秸秆固化成型、炭热联产等多个领域。
成果资料
产业化落地方案
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