CN101768019A - 利用天然有机物快速降解生产水溶性腐植酸肥料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用天然有机物快速降解生产水溶性腐植酸肥料的方法，所生产的水溶性腐植酸肥料能提高作物产量、改善农产品品质、提高土壤肥力。本发明包括以下步骤：天然有机物—分拣去杂—粉碎—反应釜降解活化—减压爆破—浓缩—成品；其中温度80-175℃、压力3-12.5个大气压、光波364-468cm-1紫外光、水解剂KOH2.5-20％重量百分比、氧化剂TiO23-12.5％重量百分比、导向剂FeSO40.3-3％重量百分比。
Description
一、技术领域：
本发明涉及一种肥料的生产方法，尤其是涉及一种利用天然有机物人工快速降解生产水溶性腐植酸肥料的方法。
二、背景技术：
土壤腐殖酸来源于天然有机物。自然界中有大量的天然有机物，牲畜粪便、人粪尿、农田废弃物、泥炭、褐煤、风化煤等都是腐殖酸原料。土壤腐殖酸是天然有机物被土壤微生物缓慢分解的产物。由于各种有机物的生物学稳定性不同，被天然微生物分解的难易差别很大，据前苏联科学家研究表明，纤维素可以在土壤中存在500年以上；木质素可达1500-2000年。作为有机肥施入的天然有机物，只有被土壤微生物降解成腐殖酸时才具有肥效，所以，有机肥的肥效受制于微生物的分解速度和分解量，不会按植物需要量而供给，这就是有机肥料肥效长、肥效缓的原因。
在化肥大量、单一使用的今天，化肥效率递减、土壤环境恶化、环境污染、农产品品质下降等问题已引起人们的高度关注，有机肥全面性的优势显现出来，但有机肥料肥效缓、劳动强度大的缺点不能满足现代农业要求又制约有机肥广泛使用。要解决这一问题，需要速效的有机肥料，这种肥料就是腐殖酸。
除了牲畜粪便、人粪尿、农田废弃物作为有机肥在土壤中被微生物降解成腐殖酸外，自然界中有大量富含腐殖酸类物质的天然有机物，包括泥炭、褐煤、风化煤等。我国是天然腐殖酸类物质资源丰富的国家之一，探明储量2000亿吨以上。
多年来，人类在腐殖酸农用研究和应用方面倾注了大量的心血，形成了几种成熟的加工方法。(1.)研磨法：用物理方法使之细化以提高腐殖酸含量，活化程度很小；(2.)氧化降解包括空气氧化、硝酸氧化等，活化度因有机物来源而异，效果不稳定；(3.)抽提法：包括酸抽提和碱抽提，使腐植酸水溶性提高，活性没有影响；(4.)微生物法：用筛选的微生物菌剂在人工控制条件下降解有机物获得水溶性腐殖酸，生化黄腐酸技术是我国的专利技术。但生化腐殖酸产率低、限制条件多，因为一种微生物功能有专一性，不可能同时降解多种有机物，如纤维素分解菌只能分解纤维素，对木质素及其他有机物分解能力很小；其次，微生物为生命体，要求合适的温度、湿度和营养，自然条件下，很难满足微生物最适生活条件，微生物作用受到限制；再次，好痒微生物直接使有机物转化成二氧化碳和水，损失大量有机碳。
三、发明内容：
本发明的目的在于提供一种天然有机物人工无损失、快速降解生产水溶性腐植酸肥料的方法，所生产的水溶性腐植酸肥料能提高作物产量、改善农产品品质、提高土壤肥力。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种利用天然有机物快速降解生产水溶性腐植酸肥料的方法，其特征在于以下步骤：天然有机物----分拣去杂---粉碎----反应釜降解活化---减压爆破---浓缩----成品；其中温度80-175℃、压力3-12.5个大气压、光波364-468cm-1紫外光、水解剂KOH2.5-20％重量百分比、氧化剂TiO2 3-12.5％重量百分比、导向剂FeSO40.3-3％重量百分比。
将上述经过活化水溶性腐植酸50-70重量份分别与氮素肥料30-50重量份、磷素肥料30-50重量份或微量元素肥料30-50重量份混合，反应条件为pH5.5-9.5，2-6个大气压，温度80-120℃，时间4-6小时，制成含N或P205或微量元素的水溶性腐植酸肥料。
天然有机物包括作物秸秆、干基牲畜粪便或风化煤。
与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：
本发明分别在不同地域、不同作物、不同土壤上做了试验，均取得了显著的效果。山西运城芦笋化肥+腐殖酸+微肥处理比对照施等量化肥增产近100％；新疆农八师三团二连甜菜上试验，每亩加40公斤腐殖酸比单施等量化肥增产34-46％；西北农林科技大学甜瓜试验基地在新建日光温棚生土上栽培甜瓜，每亩使用腐殖酸160公斤(含水溶性腐殖酸35％)，比在熟土上栽培等量化肥+2立方纯鸡粪的大棚增产16％，甜瓜糖度提高18.3％；同撒可富肥料公司的″陕西省配方施肥″合作研究项目中，每亩加50公斤腐殖酸肥料比单施撒可富肥料旱地小麦增产11％，水地小麦增产20.3％玉米增产10.8％；近年同宁夏自治区马铃薯研究所的″马铃薯连作障碍与对应措施″合作有机项目中，每亩120公斤腐殖酸有机肥+配方肥+螯合复合微肥处理比配方肥处理增产48％，比习惯施肥增产116％。
四、具体实施方式：
本发明为一种利用天然有机物快速降解生产水溶性腐植酸肥料的方法，其从单一有机物入手，分别得到其降解的最佳降解条件，制成经过活化的腐植酸，物理条件包括温度、压力、光波等；化学条件包括水解剂、氧化剂、导向剂，将上述经过活化的氮素肥料分别与氮素肥料、磷素肥料或微量元素肥料混合，制成水溶性腐植酸肥料。
实施例：
将天然有机物----分拣去杂---粉碎----反应釜降解活化---减压爆破---浓缩----成品；其中温度100℃、压力8个大气压、光波400cm-1紫外光、水解剂KOH12％重量百分比、氧化剂TiO2 8％重量百分比、导向剂FeSO4 2％重量百分比。
将上述经过活化水溶性腐植酸60重量份分别与氮素肥料40重量份、磷素肥料40重量份或微量元素肥料40重量份混合，反应条件为pH8.5，2-6个大气压，温度100℃，时间5小时，制成含N或P2O5或微量元素的水溶性腐植酸肥料。
天然有机物包括作物秸秆、干基牲畜粪便或风化煤。
天然有机物的降解过程实质其生成过程的逆过程，即降解过程是用″外力″将高分子聚合物中小分子间的化学键″打开″的过程，降解产物越接近″糖″越好。在总结现有腐殖酸活化技术优缺点的基础上，我们沿着″逆过程″的思路设计出一套物理化学活化方案，从单一有机物入手，分别得到其降解的最佳降解条件，然后研究天然有机物的降解条件。物理条件包括温度、压力、光波等；化学条件包括水解剂、氧化剂、导向剂等。这里水解剂、氧化剂相当于植物有机物代谢过程中的各种酶，导向剂使反应向降解方向进行；温度、压力相当于植物有机物代谢过程的环境条件，一定波长的光波可引发自由基链式反应(有机反应多为自由基反应)。
活性腐殖酸与风化煤元素测定结果
| 物质 | C | H | O | N | 水溶性 |
| 风化煤 | 32.00 | 9.30 | 29.10 | 0.15 | 微量 |
| 活性腐殖酸 | 12.30 | 9.10 | 59.40 | 1.43 | 95 |
上表表明：风化煤经活化(腐殖化)后，主要元素含量和结构组成都有变化，碳含量降低氧含量增加，水溶性大幅度提高；显微结构从无序的非晶态转变成膜胶态，活化过程使风化煤产生了深度实质性改变成为活性腐殖酸。
活性腐殖酸与植物营养：
(1)腐殖酸与氮素肥料
处理：A碳酸氢铵
B尿素
C碳酸氢铵与活性腐殖酸反应物
D尿素与腐殖酸反应物
实验方法 土壤培养试验
取样时间和测定项目从施肥起每隔两天取一批样，湿样用1摩尔的氯化钾溶液浸提，测定硝态氮和氨态氮含量。
实验结果碳酸氢铵第7天时、尿素11天是全部转化为硝态氮；碳酸氢铵与活性腐殖酸反应物和尿素与腐殖酸反应物第46天时只有36％的氨态氮转化为硝态氮，说明腐殖酸可以大幅度延长氨态氮的硝化时间，从而提高氮肥利用率。
红外光谱显示，碳酸氢铵与活性腐殖酸反应物和尿素与腐殖酸反应物酰胺键振动峰大于腐殖酸原物，提示大分子酰胺氮能够抑制硝化细菌和亚硝化细菌的攻击，生物学性质稳定。
(2)腐殖酸与磷素肥料
腐殖酸与磷肥反应物和无机磷肥等有效磷田间施肥对照试验表明，腐殖酸与磷肥反应物不但作物生物量增加，而且土壤中有效磷含量高于使用无机磷对照，说明腐殖酸既能减少磷肥固定，又能促进作物对磷肥吸收。
(3)腐殖酸与微量元素肥料
从事植物营养者都清楚植物小叶病是缺锌；黄叶病缺铁；水心病缺钙；烂心病、花而不实缺硼，一般采用拌种或叶面喷施无机微量元素补充，因为无机微量元素肥料根施效果很差。
用腐殖酸螯合微量元素离子，不管叶面喷施还是根施都取得良好效果。初步测定作物对腐殖酸螯合微肥的吸收速度和吸收量都有所提高。
(1)腐殖酸研究应该从基础和整体两个方面入手，基础是土壤有机物的形成、其各物质之间的相互关系及各物质物理化学性质的相似点和不同点；整体是指有机反应是一个过程(有机物合成代谢和降解均如此)，伴随着许多副反应和中间产物，这些中间产物在反应条件不变情况下，仍然向生成物方向发展，也就是说，中间产物不具有随意性和无序性。因此，制定腐殖酸活化研究方案和对腐殖酸生物效应评价度应该从整体考虑。例如，黄腐酸是一种复杂的混合复合体，其中含有水溶性糖类、醇类、醛类、酮类、脂类等有机物，每一类又有不同分子量和化学构象之分；更重要的是：这些物质主要是不饱和烃类，自身和相互之间都可以发生缩合反应，形成新的物质。因此，黄腐酸的物质组成、平均分子量会随温度、浓度、Ph、电解质的变化而改变，我们不可能，也没有必要企图将其分离，即使分离出某种有机物，也仅说明在某一条件下、采用某种分离方法这种物质是存在的，它的生物活性也不能代表黄腐酸的生物活性。由此可以推断，没有两种完全相同的腐殖酸存在。
(2)从大量的、极为显著的，甚至近乎神奇的腐殖酸生物效应看，腐殖酸的作用用传统的腐殖酸通过改良土壤结构、活化土壤养分、提高土壤微生物活性等理论来解释腐殖酸的生物效应恐怕不够，应该说腐殖酸中的某些成分可以被植物直接吸收，参与植物的代谢。基于这种判断，我们提出植物″有机营养″概念(已设计好有机方案，正在实施)，如果试验证明如此，则在解释肥料效率递减，农产品品质下降，制定更科学的施肥方法方面具有积极意义。
(3)通过对比无机态矿物质和螯合态矿物质植物吸收、运输和储藏方面的差异，发现植物对矿物质和螯合态矿物质植物吸收、运输和储藏与矿物质的化学形态有关，即A如果矿物质的离子半径越大，植物越难吸收和运输；B如果矿物质离子(或酸根离子)的化合价绝对值越大，植物越难吸收和运输。我们用腐殖酸铁治疗猕猴桃和桃树黄花病；用腐殖酸硒生产富硒农产品就已经证明。
(4)总结以上研究结果和推理，提出了″全营养施肥″技术，即活性腐殖酸+配方化肥+螯合复合微肥，两年的多点示范结果表明：全营养施肥在提高作物产量、改善农产品品质、提高土壤肥力、解决连作障碍方面效果极显著，第三条应用效果中大部分是用全营养施肥法取得的。腐殖酸是连接土壤、土壤微生物、植物矿物质营养的纽带并直接参与植物的代谢过程，是植物营养的中心因子，她在农业生产上的作用还没有深刻被我们认知，对其研究的重要性不言而喻。2008年度铜川市
旱地小麦专用肥肥效试验示范总结报告
一、试验目的
为了摸清撒可富专用肥在我市小麦上的增产增收效果，指导农户科学合理的使用撒可富专用肥，使其发挥最佳效果，受省土肥所刘博士委托，在铜川旱塬安排了撒可富小麦专用肥的试验及示范。
二、试验示范基本情况
1、试验设在耀州区演池乡演池村王永民的承包地，试验地土壤为黄土质石灰性褐土，土层深厚，PH值为8.7，有机质1.5％，全氮0.88mg/kg，速效氮76mg/kg，速效磷16mg/kg，速效钾108mg/kg。当地农户习惯施肥：纯氮6-7千克/亩，纯磷6-8千克/亩，不施钾。
2、试验示范肥料品种选用撒可富小麦专用肥(25-15-6)，小麦品种选用普冰143。
3、试验设四个处理，三次重复，小区面积30M2，处理1为空白对照；处理2为当地习惯施肥；处理3为撒可富25千克/亩，在小麦返青-拔节期追纯氮3千克/亩；处理四为撒可富25千克/亩，加50千克活性腐殖酸做底肥一次施入。示范设4个处理，分别为亩施40千克、50千克、60千克、70千克撒可富小麦专用肥，示范面积80亩。
三、试验示范过程
于10月2日划区施肥，采用撒施法，施后旋耕机覆盖，10月3日播种，亩播种9千克，10月9日出苗，出苗后恢复小区，其它管理同大田。来年3月18日追施氮肥，4月22日对小麦亩穗数调查，6月30日采样对小麦各项性状测定，结果见表一、表二，并烤种测产。
表一 试验调查结果表
| 处理 | 株高(cm) | 穗长(cmm) | 亩穗数(万株) | 穗粒数(粒) | 千粒重(克) |
| 1 | 83.3 | 5.2 | 28.5 | 33.7 | 36.3 |
| 2 | 82.7 | 5.6 | 28.3 | 37.4 | 37.3 |
| 3 | 84 | 5.8 | 34 | 38 | 36 |
| 4 | 84 | 5.9 | 35 | 38.3 | 36.3 |
表二 示范调查结果表
| 处理 | 亩穗数(万株) | 穗粒数(粒) | 千粒重(克) |
| 1 | 35.6 | 38.5 | 37.5 |
| 2 | 36.3 | 38.4 | 38 |
| 3 | 36.8 | 39.2 | 38 |
| 4 | 36.2 | 39.6 | 35 |
四、结果分析
1、试验结果经方差分析，(见附件)各处理较对照都达到显著的增产性，处理四最好亩产508.7千克较对照亩产329.0千克亩增产179.7千克，增幅54.6％。
2、通过试验结果(表三和表四)可以看出，处理三效果最好，新增投入产出比为1∶2.67，但是产量不是最高，建议将处理四的腐殖酸调低用量，可以降低投入成本，产生良好的增效效果。
3、从调查数据看，撒可富对提高小麦茎高、增加穗长有一定作用，特别能增强小麦的分蘖能力，增多穗粒数。
4、从示范结果看，亩施60千克最好，亩产530.7千克，较大田亩产421千克亩增产109.7千克，增幅26.1％，但再增加用量，产量下降，说明撒可富在我市的最佳用量应控制在亩施40千克以内。
表三 试验结果表
| 处理 | 亩产(kg) | 亩增产(kg) | 增幅(％) | 投入(元) | 新增产出(元) | 新增投入产出比 |
| 1 | 329.0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 2 | 421.0 | 92 | 28.0 | 74.2 | 156.4 | 1∶2.11 |
| 3 | 468.8 | 139.8 | 42.5 | 88.8 | 237.7 | 1∶2.67 |
| 4 | 508.7 | 179.7 | 54.6 | 140 | 305.5 | 1∶2.18 |
注：撒可富3元/千克，腐殖酸1.3元/千克，纯氮4.6元/千克，纯磷6元/千克，小麦1.7元/千克.
表四 示范结果表
| 处理 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| 亩产(kg) | 503.6 | 510.0 | 530.7 | 508.6 |
附件
试验结果方差分析
1、试验结果表
2 结果分析
2.1 方差分析(x-不显著，*-显著，**-极显著)
| 变异来源 | 自由度 | 平方和 | 均方 | F值 | F0.05 | F0.01 |
| 处理间 | 3 | 53871.077 | 17957.026 | 11.447** | 4.757 | 9.780 |
| 重复间 | 2 | 2675.167 | 1337.583 | 0.853x | 5.143 | 10.925 |
| 误差 | 6 | 9412.213 | 1568.702 |
| 变异来源 | 自由度 | 平方和 | 均方 | F值 | F0.05 | F0.01 |
| 总变异 | 11 | 65958.457 |
2.2多重比较
2.2.1比较标准(LSD法)
| 项目名称 | SE | DFe | T5％ | T1％ | LSD5％ | LSD1％ |
| 项目值 | 32.339 | 6 | 2.447 | 3.707 | 79.130 | 119.894 |
2.2.2比较结果(字母标注法：凡具有一个相同字母的表示无差异)
2.2.2比较结果(字母标注法：凡具有一个相同字母的表示无差异)
| 行号 | 处理名称 | 平均值 | 显著水准 | / | / | |
| 5％ | 1％ | / | / | |||
| 1 | 4 | 508.700 | a | A | / | / |
| 2 | 3 | 468.767 | ab | A | / | / |
| 3 | 2 | 421.033 | b | AB | / | / |
| 4 | 1 | 329.033 | c | B | / | / |
Claims (3)
1.一种利用天然有机物快速降解生产水溶性腐植酸肥料的方法，其特征在于包括以下步骤：天然有机物----分拣去杂---粉碎----反应釜降解活化---减压爆破---浓缩----成品；其中温度80-175℃、压力3-12.5个大气压、光波364-468cm-1紫外光、水解剂KOH2.5-20％重量百分比、氧化剂TiO23-12.5％重量百分比、导向剂FeSO40.3-3％重量百分比。
2.根据权利要求1所述的利用天然有机物快速降解生产水溶性腐植酸肥料的方法，其特征在于：将上述经过活化水溶性腐植酸50-70重量份分别与氮素肥料30-50重量份、磷素肥料30-50重量份或微量元素肥料30-50重量份混合，反应条件为pH5.5-9.5，2-6个大气压，温度80-120℃，时间4-6小时，制成含N或P205或微量元素的水溶性腐植酸肥料。
3.根据权利要求1所述的一种有机全营养施肥方法，其特征在于：天然有机物包括作物秸秆、干基牲畜粪便或风化煤。
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