CN102219604B - 一种水稻炭基缓释肥及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的水稻炭基缓释肥是以氮磷钾颗粒复合肥作为肥芯，肥芯外包覆水稻秸秆生物质炭、膨润土和腐殖酸的颗粒，其组份按份数如下：氮磷钾复合肥40-45份，腐殖酸3-6份，膨润土2-5份，水稻秸秆生物质炭6-10份，氮磷钾颗粒复合肥中氮元素，五氧化二磷和氧化钾的质量比为15：15：15。其制备步骤如下：将水稻秸秆炭化成水稻秸秆生物质炭，破碎成炭粉；按份数称取组分送入搅拌机，搅拌物料的同时喷洒粘结剂；将混合均匀的湿物料送入滚筒造粒机造粒，得水稻炭基缓释肥。本发明的水稻炭基缓释肥成本低、环保，生产工艺简单，缓释效果好，肥料利用效率高且水稻增产明显，同时可以控制农业面源污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种炭基缓释肥及其制备方法，尤其涉及一种用于水稻的炭基缓释肥及其制备方法。
背景技术
水稻是中国主要粮食作物，而施肥是水稻栽培体系中重要的组成部分，对水稻产量的提高和稻米品质的改善起着重要的作用。传统施肥采用多次追施方式，不仅浪费劳动力，而且会因肥料流失造成环境污染和资源浪费等问题。
包膜缓释肥具有显著提高肥料利用率的作用。然而，目前市场上销售的绝大部分缓释肥其包膜材料均采用化学合成的不可降解高分子聚合物，这些难降解性高分子包膜材料极易残留在农用土壤中造成土壤退化和严重的污染。因此，高效、廉价和环境友好型包膜材料研发成为国内外包膜缓释肥料研制和生产应用的重点发展方向。
生物质炭是一类由植物生物质在300℃-700℃低温条件下热解炭化形成的
高度芳香化难熔性固态物质。生物质炭具有增加土壤碳库储量，改良土壤，提高土壤肥力，促进作物增产和维系土壤生态系统平衡的作用。不仅如此，高度稳定性、经济性、固碳减排和对N、P等养分的专性吸附与持留特性，使其成为一种理想的缓释肥包膜材料。
另一方面，我国稻田秸秆生物质资源丰富，但主要采用露天简易焚烧方式进行处理处置，资源浪费和环境污染极其严重。如能将价廉易得的水稻秸秆生物质原料经适当加工制备成适用于作缓释肥料的炭基包膜材料，制备环境友好型缓释肥料，不仅可以有效解决水稻秸秆处置难题，使水稻秸秆废弃物资源得到高效利用，而且可以在实现作物稳产高产的情况下，显著减少化肥施用量，降低农田土壤N、P养分流失，有效遏制农田面源污染对水环境的影响。
因此，如果将水稻秸秆生物质炭与缓释肥生产技术相结合，探索一种新型炭基缓释肥，在农业生产、废弃物资源利用和环境保护等方向将大有前景。但国内，缓释肥研究尚处于起步阶段，应用水稻秸秆生物质低温热解制备的生物质炭研制炭基缓释肥产品及其在水稻生产中的应用未见相关报道。
发明内容
针对传统肥料的不足及高分子包膜材料昂贵有残留污染的弊端，本发明的目的是提供一种成本低廉，无污染，有利于提高土壤肥力的水稻炭基缓释肥及其制备方法。
本发明的水稻炭基缓释肥，是以氮磷钾颗粒复合肥作为肥芯，肥芯外包覆水稻秸秆生物质炭、膨润土和腐殖酸的颗粒，其组份按份数如下：氮磷钾复合肥40-45份，腐殖酸3-6份，膨润土2-5份，水稻秸秆生物质炭6-10份，氮磷钾颗粒复合肥中氮元素，五氧化二磷和氧化钾的质量比为15：15：15。
上述腐殖酸可以为煤炭腐殖酸。
水稻炭基缓释肥的制备方法，步骤如下：
1）将水稻秸秆用炭化炉在300-700℃下炭化成水稻秸秆生物质炭；
2）将水稻秸秆生物质炭破碎成炭粉，过48目筛子；
3）按组分份数称取氮磷钾颗粒复合肥，水稻秸秆生物质炭粉，膨润土和腐殖酸，将上述物料送入上方具有喷头的搅拌机，搅拌物料的同时均匀喷洒浓度为0.1-0.6wt%的淀粉溶液作为粘结剂；
4）将混合均匀的湿物料送入具有热风机的滚筒造粒机，设定转速为250-300 r/min，温度为70-120℃，造粒30-40分钟后，过30目筛，得水稻炭基缓释肥。
与现有的缓释肥相比，本发明有如下优点：
（1）肥料缓释效果好。
该缓释肥养分释放是一个缓慢过程，使得水稻养分供给均匀，满足其生长过程中的需求。该炭基缓释肥初期总氮释放率为7%-8.5%，28天时总氮释放率为39.1%-42%，释肥速度比较缓慢。
（2）肥料利用效率高且水稻增产明显。
该缓释肥根据水稻的养分吸收特点，采用一定的养分配比。肥料养分能有效地被水稻吸收，满足水稻生长的养分需求。同时腐殖酸能刺激水稻增长，促进磷素吸收，提高氮碳比。有研究表明，水稻的吸氮高峰均集中在幼穗分化至抽穗期。本发明缓释肥28天释放的氮素可以被水稻有效吸收。
在氮磷钾养分含量相同的情况下，施用缓释肥的稻田与施用一般复合肥的稻田相比，产量有明显增加，增产范围可达6.8-13.6%。
（3）膜材成本低且环保。
本发明以水稻秸秆废弃物制备的低温生物质炭作为包膜材料。低温水稻秸秆生物质炭孔隙丰富，吸附能力强，能有效吸收肥料养分，减少有效养分的流失。水稻秸秆来源丰富，膜材制造成本低。同时水稻秸秆生物质炭可以改良土壤理化性质，已有研究表明疏松的秸秆炭颗粒可以降低土壤密度，提高土壤通透性，改善水稻田通气情况，提供丰富土壤的氮、磷、钾、钙和镁等元素含量，保证作物生长，提高产量。此外，低温烧制的水稻秸秆生物质炭，相比于普通炭来说，性质更加稳定，可以将二氧化碳以稳定态碳的形式储存在土壤中，减少温室气体的排放，减缓温室效应。
（4）降低农业面源污染。
该缓释肥避免一般肥料由于不能被有效利用而淋滤流失，进而引起富营养化等相应环境问题的情况。对田面水和下渗水的测定表明，施加该炭基缓释肥的氮素流失低于施加一般复合肥的稻田，表明该炭基缓释肥能有效控制氮素流失，减少农业面源污染。
（5）生产工艺简单。
该缓释肥制备采用常规设备粉碎机、搅拌机、滚筒造粒机等，工艺流程简单，操作容易，易于产业化。
附图说明
图1分别施加水稻炭基缓释肥和复合肥稻田田面水中氨氮和硝态氮含量变化；
图2分别施加水稻炭基缓释肥和复合肥稻田下渗水中氨氮和硝态氮含量变化；
图3分别施加水稻炭基缓释肥和复合肥稻田土壤中氨氮和硝态氮含量变化。
具体实施方式
以下结合实施例进一步说明本发明。
实施例1：
1）将水稻秸秆用炭化炉在400℃下炭化成水稻秸秆生物质炭；
2）将水稻秸秆生物质炭破碎成炭粉，过48目筛子；
3）称取氮磷钾颗粒复合肥45份，水稻秸秆生物质炭粉10份，膨润土2份和腐殖酸3份，氮磷钾颗粒复合肥中氮元素，五氧化二磷和氧化钾的质量比为15：15：15。
将上述物料送入上方具有喷头的搅拌机，搅拌物料的同时均匀喷洒浓度为0.2wt%的淀粉溶液作为粘结剂。
4）将混合均匀的湿物料送入具有热风机的滚筒造粒机，设定转速为250 r/min，温度为90℃，造粒30分钟后，过30目筛，得水稻炭基缓释肥，淀粉溶液在制备过程中蒸发。
试验选用水稻为杂交梗稻秀优5号。
试验设2个处理，各处理供试材料添加水平如表1所示。每个处理设3个重复。共计6个试验小区，每个试验小区大小为3 m×4 m，试验采用完全随机区组设计方法设计。为保证小区单元的独立性，除小区间设置隔离带外，四面隔离田埂以薄膜包被防止串水。
表1
| 施加肥料 | 氮磷钾颗粒复合肥 | 水稻炭基缓释肥 |
| 施加量 | 1.5公斤/小区 | 1.92公斤/小区 |
| 施加方式 | 分两次平均施加 | 一次施加 |
水分和肥料采用常规管理方式。
每个小区在插秧前一个星期施加尿素，施加量为0.3kg/小区，作为基肥。
施加复合肥的小区水稻产量平均为21kg，施加水稻炭基缓释肥的小区水稻平均产量为23.8kg，平均增产可达13.3%。
该实验中氮磷钾颗粒复合肥和水稻炭基缓释肥所含氮磷钾量相同，在同样施加量的情况下，可以使得水稻有较大的增产，明显优于一般复合肥。此外，炭基缓释肥采用一次施加方式，比复合肥节省劳动力，利于减轻农民劳动负担，提高劳动力利用率。
为体现该发明低温炭基缓释肥对养分的持留作用，采集水稻分蘖期稻田田面水、下渗水和土样，测定水样和土样中的氨态氮和硝态氮含量，结果如附图1-3所示。
图1表明，施加水稻炭基缓释肥与施加复合肥的稻田相比，田面水氨氮和硝态氮含量明显降低，说明该低温炭基缓释肥能有效控制氨氮和硝态氮冲刷流失。氨氮是水稻氮素的有效吸收态，增加氨氮的持留时间可以保证水稻充分吸收养分。
图2表明，施加水稻炭基缓释肥与施加复合肥的稻田相比，下渗水氨氮含量显著降低，硝态氮含量没有显著性差异。说明该低温炭基缓释肥能有效控制稻田下渗水氨氮淋滤流失。
图3表明，施加水稻炭基缓释肥与施加复合肥的稻田相比，土壤中氨氮含量显著增加，硝态氮含量略有增加。说明炭基缓释肥可以持留氮素，增加土壤中有效态氮的含量，提高水稻对养分的吸收利用效率。
根据中华人民共和国2009年3月26日发布的缓释肥料标准（GB/T23348-2009）测定本例水稻炭基缓释肥的肥料释放效果，可得到初期缓释肥的总氮释放率都小于15%，28天时缓释肥的总氮释放率都小于80%，符合缓释肥标准。
实施例2：
1）将水稻秸秆用炭化炉在700℃下炭化成水稻秸秆生物质炭；
2）将水稻秸秆生物质炭破碎成炭粉，过48目筛子；
3）称取氮磷钾颗粒复合肥42份，水稻秸秆生物质炭粉6份，膨润土4份和腐殖酸4份，氮磷钾颗粒复合肥中氮元素，五氧化二磷和氧化钾的质量比为15：15：15。
将上述物料送入上方具有喷头的搅拌机，搅拌物料的同时均匀喷洒浓度为0.6wt%的淀粉溶液作为粘结剂。
4）将混合均匀的湿物料送入具有热风机的滚筒造粒机，设定转速为300 r/min，温度为110℃，造粒40分钟后，过30目筛，得水稻炭基缓释肥，淀粉溶液在制备过程中蒸发。
试验选用水稻为杂交梗稻秀优5号。测定本例水稻炭基缓释肥的肥料释放效果，可得到初期缓释肥的总氮释放率都小于15%，28天时缓释肥的总氮释放率都小于80%，符合缓释肥标准。试验表明，施加水稻炭基缓释肥与施加复合肥的稻田相比，能有效控制氨氮和硝态氮冲刷流失和稻田下渗水氨氮淋滤流失，同时炭基缓释肥可以持留氮素，增加土壤中有效态氮的含量，提高水稻对养分的吸收利用效率。
Claims (3)
1.水稻炭基缓释肥，其特征是以氮磷钾颗粒复合肥作为肥芯，肥芯外包覆水稻秸秆生物质炭、膨润土和腐殖酸的颗粒，其组份按份数如下：氮磷钾复合肥40-45份，腐殖酸3-6份，膨润土2-5份，水稻秸秆生物质炭6-10份，氮磷钾颗粒复合肥中氮元素，五氧化二磷和氧化钾的质量比为15：15：15。
2.根据权利要求1所述的水稻炭基缓释肥，其特征是腐殖酸为煤炭腐殖酸。
3.制备权利要求1所述的水稻炭基缓释肥的方法，其特征是步骤如下：
1）将水稻秸秆用炭化炉在300-700℃下炭化成水稻秸秆生物质炭；
2）将水稻秸秆生物质炭破碎成炭粉，过48目筛子；
3）按组分份数称取氮磷钾颗粒复合肥，水稻秸秆生物质炭粉，膨润土和腐殖酸，将上述物料送入上方具有喷头的搅拌机，搅拌物料的同时均匀喷洒浓度为0.1-0.6wt%的淀粉溶液作为粘结剂；
4）将混合均匀的湿物料送入具有热风机的滚筒造粒机，设定转速为250-300 r/min，温度为70-120℃，造粒30-40分钟后，过30目筛，得水稻炭基缓释肥。
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