CN102649655A

CN102649655A - 一种含益生菌生物炭基复混肥及其制备方法

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Publication number: CN102649655A
Application number: CN2012101274226A
Authority: CN
Inventors: 李玉梅; 孔芳芳; 王奕然; 潘文灏
Original assignee: SHANGHAI BOYI ORGANIC AGRICULTURAL TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd; SHANGHAI ZHONGKEGUOJIA TECHNOLOGY TRANSFER Co Ltd; Shanghai Advanced Research Institute of CAS
Current assignee: SHANGHAI BOYI ORGANIC AGRICULTURAL TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd; SHANGHAI ZHONGKEGUOJIA TECHNOLOGY TRANSFER Co Ltd; Shanghai Advanced Research Institute of CAS
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2032-04-27
Also published as: CN102649655B

Abstract

本发明公开了一种含益生菌生物炭基复混肥，包括生物质炭黑和益生菌剂；所述生物质炭黑采用如下方法制得：将农业废弃物作为生物质原料进行低温炭化形成多孔的生物质炭黑；所述益生菌剂采用如下方法制得：将有益微生物进行扩大培养，发酵成益生菌液，混合后经固液分离、闪蒸干燥成益生菌剂；所述有益微生物选自多粘类芽孢杆菌、木霉菌、固氮菌、根瘤菌、解磷菌、解钾菌、纤维素分解菌、抗生素产生菌、光合菌中的一种或多种。本发明的生物炭基复混肥，用的是多微孔的生物质炭，既有极强的吸附能力，又有很好的吸光增温效果，且其益生菌剂活菌存活率高，能在常温下长期保存，可与其它有机、无机肥料进行混合造粒烘干而不受影响，且肥料增效作用明显。

Description

一种含益生菌生物炭基复混肥及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种肥料，尤其涉及一种含益生菌生物炭基复混肥；此外，本发明还涉及该含益生菌生物炭基复混肥的制备方法。

背景技术

我国是一个人口大国、农业大国，用占世界7％的土地养活了占世界22％的人口，粮食问题永远是关系到国计民生的大事。我国现有耕地20亿亩，年需化肥1.5亿吨，是世界最大的化肥进口国和氮肥生产国。尽管如此，化肥量仍然满足不了农业发展的需要。究其原因，关键问题在于化肥的利用率太低。据调查，我国化肥的利用率只有35％-40％，其余部分被土壤固定，或淋溶造成水体污染、湖泊富营养化等环境问题。加之化肥是一种高耗能产品，原材料涨价和环境污染的影响，致使许多小型化肥厂濒临倒闭状态，而国家由于受经济和能源条件的限制，目前还无能力改造这些化肥厂，限制了我国肥料总量的增加。专家门迫切呼吁减少化肥使用量，多使用新型生物肥，多施有机肥。广大农民也迫切需要一种新型肥料来满足农业生产的需要。

土壤微生物直接参与土壤物质和能量的转化，腐殖质的形成和分解，养分释放，氮素固定等土壤肥力形成和发育过程。因此，向土壤中增加有益微生物数量，能够增强土壤微生物活性，从而提高了土壤的肥力。特别是农作物根际土壤微生态区系的微生物活性对植物根部营养更为重要。

在土壤环境条件下，复(混)合肥中氮、磷、钾三要素各自的分解转化运动规律大不相同，如氮素移动性比磷、钾移动大，而后效却不如磷、钾素长。在土壤中养分的平均利用率分别为：氮30％～35％、磷40％～45％、钾50％～60％；肥料有效期为：氮50～60天、磷累计达几年以上、钾60～70天。因此，普通复(混)合肥中氮素的释放速度很难与磷、钾素保持一定科学比例，来满足不同作物生育期对养分的特殊需要。尽管配方设计和生产专用复(混)合肥过程中，氮、磷、钾比例与农作物吸肥特性相一致，可是，当肥料进入土壤中，因各种因素影响使肥料效果产生很大的差距。

肥料缓释关键问题是氮素调控，因为氮素除了被作物吸收利用和被土壤胶体吸附之外，极易通过大气挥发、地表径流和淋溶流失等途径损失。分析氮素在土壤中转化过程，可看出提高氮素控释作用是保证食品安全和保护生态环境的重要内容。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一是提供一种含益生菌生物炭基复混肥，其活菌存活率高，缓释效果好，肥效时间长，能在常温下长期保存，可与其它有机、无机肥料进行混合造粒烘干而不受影响，且肥料增效作用明显，能有效改良土壤。

本发明要解决的技术问题之二是提供该含益生菌生物炭基复混肥的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种含益生菌生物炭基复混肥，包括生物质炭黑和益生菌剂；所述生物质炭黑采用如下方法制得：将农业废弃物作为生物质原料进行低温炭化形成多孔的生物质炭黑；所述益生菌剂采用如下方法制得：将有益微生物进行扩大培养，发酵成益生菌液，混合后经固液分离、闪蒸干燥成益生菌剂；所述有益微生物选自多粘类芽孢杆菌、木霉菌、固氮菌、根瘤菌、解磷菌、解钾菌、纤维素分解菌、抗生素产生菌、光合菌中的一种或多种。

所述益生菌剂中的每一种有效菌的数量不得少于10亿/g，所述益生菌剂的有效活菌数≥2000亿/g。

所述农业废弃物可以是沙柳平茬、玉米、大豆、小麦、水稻、秸秆，可有效进行碳汇。

所述生物炭基复混肥中的总养分(N+P₂O₅+K₂O)≥20％，生物质炭≥30％，有机质含量≥20％，有效活菌数≥10亿/g，水分≤10％。

此外，本发明还提供一种上述含益生菌生物炭基复混肥的制备方法，包括如下步骤：

1)利用农业废弃物作为生物质原料，低温炭化成多孔的生物质炭黑；

2)对有益微生物菌群进行扩大培养，发酵成益生菌液，混合后经固液分离、闪蒸干燥成益生菌剂；

3)以生物质炭黑为核心，吸附益生菌剂，制备成生物炭基益生菌剂；

4)混合所需生物炭基益生菌剂和生物质炭黑及N、P、K三元复合肥，在有机无机肥料造粒机内造粒，包裹造粒后的物料进入烘干机干燥，经冷却筛分得到颗粒生物炭基复混肥。

步骤2)具体为：将选好的菌种接入液体培养基活化后，取活化菌种进行液体摇床培养，再将得到的菌种经过种子罐逐级扩大培养而获得发酵液，对其进行固液分离，再经过闪蒸干燥，即得益生菌剂。

步骤3)中，所述生物炭基益生菌剂的有效活菌数≥200亿/g。

步骤3)中，所述生物质炭黑与益生菌剂的重量比为9∶1。

步骤4)中，所述生物炭基益生菌剂，与N、P、K三元复合肥和生物质炭黑的重量比为(8.5～11.5)∶(48.5～51.5)∶(37～43)，优选为10∶50∶40。

所述生物质炭黑采用如下方法制得：将农业废弃物作为生物质原料，将农用废弃物干燥后破碎，并送入低温炭化炉进行低温炭化，进而得到多孔的生物质炭黑。对不同粒度的原料进行直接低温炭化，炭化颗粒完全保留原有的微孔，孔隙度高，因而生产的生物质炭具备良好的吸附性和增温保温性。

本发明的生物炭基复合肥的使用，可在作物生育期间，保证氮、磷、钾等营养元素素的长效释放，基本上保证了养分相对稳定供应比例。环保型生物炭基复混肥中的微生物在其发酵和土壤内的生命活动过程中会产生大量的赤霉素和细胞激动素类物质，这些物质在与植物根系接触后，会刺激作物生长，调节作物新陈代谢，从而产生增产效果。生物肥中的微生物在植物根部大量生长、繁殖，形成优势菌，抑制和减少了病原菌的繁殖机会，有的还具有拮抗病原菌的作用，起到了减轻作物病害的功效。从而减少农药的使用，降低生产成本。同时，环保型生物炭基复混肥含有丰富的有机质、一定量的有机速效氮、磷、钾和微量元素，养分比较全面。其中的有机质通过微生物活动后，可不断释放出植物生长所需的营养元素，因而肥效持久。丰富的有机质还可以改善土壤物理性状，增加土壤团粒结构，从而使土壤疏松，减少土壤板结，有利于保水、保肥、通气和促进根系发展，为农作物提供舒适的生长环境。环保型生物炭基复混肥研制发明过程中，设计方案首先考虑产品对所生产的氮肥、复(混)合肥、农业生产中的产品及生态环境没有任何危害，同时具有脲酶、硝化抑制和铵稳定三大功效，最终实现氮肥、复(混)合肥长效作用。同时，充分考虑产业化成本控制的必要性，采用了低温炭化技术来获取必要的生物质炭化物，来实现缓释技术。

本发明具有以下有益效果：

1、缓释效果好：由于生物质炭黑为深黑色有机产品，富含微孔，具有极强的吸肥、吸水的吸附能力、及吸光增温特性，施入土壤以后，不但可以持肥缓释，减少肥料淋失浪费，能在常温下长期保存，可与其它有机、无机肥料进行混合造粒烘干而不受影响，而且在每个炭素颗粒周围形成增温隔热区，对于解决早春地温偏低出苗和生长缓慢等问题具有重要作用。

2、活菌存活率高：利用生物质炭黑的多孔性，可有效保持益生菌剂的活性，不但使制备过程中可能造成活菌死亡的环节杜绝了活菌体的死亡，而且在成型的产品中活菌体有生物质炭黑的保护，可使得肥料生物菌的存活率得到显著提高，在常温下保存两年的生物炭基复混肥料，其有益菌的存活率达80％。由于活菌存活率高，使得含生物菌的肥料增效作用明显。

3、经济环保：本发明生产基质的原料主要是农业废弃物，原料本身就是废物利用，且成本低廉，取之不尽；用半封闭低温炭化炉缺氧干馏分解新工艺生产生物质炭黑，不消耗外界能源，不产生任何“三废”，生产过程节能而且环保；生物质炭黑源自植物有机体，本身属有机复合物，主要成分是碳元素，在土壤中可以自然分解，完全无残留，因而在使用过程中对环境无任何污染，同时兼有改良土壤的长效特性。

4、产品应用范围广泛、增效作用明显：本发明生物炭基复混肥在2010-2011年已完成了初步配比实验并小批量生产，在小面积上进行了玉米口肥应用试验，取得了很好的实验效果。2011年在江苏、安徽、辽宁、山东、河南等地区对玉米、水稻、大豆、花生、蔬菜等作物进行中试，效果均较明显，已通过验收。截至目前，与对照田块相比，施用本发明生物炭基复混肥田块出苗速度快，苗齐、苗壮、产量高，能提高亩产量20％左右。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明作进一步的阐述：

实施例1

1、菌种选择：选择菌种包括：多粘类芽孢杆菌和木霉菌，其重量配比为1∶1。

2、扩大培养成益生菌剂：将已筛选好的菌种接入液体培养基活化后，取3ml的活化菌种接入装有250ml培养基的三角瓶中进行液体摇床培养，再将得到的菌种经过15L、1t种子罐逐级扩大培养而获得700kg的发酵液，利用碟式离心机对其进行固液分离，再经过闪蒸干燥机闪蒸干燥，即得2kg益生菌剂。

3、生物质炭黑的制备：利用当地的农业废弃物秸秆，低温炭化成多孔的生物质炭黑98kg；

4、生物炭基益生菌剂的制备：取生物质炭黑18kg和益生菌剂2kg，进行混合吸附成20kg生物炭基益生菌剂；

5、生物炭基复混肥的制备：以生物质炭黑为核心，将生物质炭黑80kg与生物炭基益生菌剂20kg、N、P、K三元复合肥(上海长征牌氮磷钾三元复合肥)100kg混合造粒，制成200kg生物炭基复混肥，其中总养分(N+P₂O₅+K₂O)为25％，生物质炭为33％，有机质含量为21％，有效活菌数为11亿/g。

实施例2

1、菌种选择：选择菌种包括：多粘类芽孢杆菌和钾细菌、枯草芽孢杆菌，其重量配比为1∶1∶2。

2、扩大培养成益生菌剂：将已筛选好的菌种接入液体培养基活化后，取5ml的活化菌种接入装有500ml培养基的三角瓶中进行液体摇床培养，再将得到的菌种经过20L、1t种子罐逐级扩大培养而获得800kg的发酵液，利用碟式离心机对其进行固液分离，再经过闪蒸干燥机闪蒸干燥，即得0.6kg益生菌剂。

3、生物质炭黑的制备：利用当地的沙柳平茬等生物质原料，低温炭化成多孔的生物质炭黑92.1kg；

4、生物炭基益生菌剂的制备：取生物质炭黑14.7kg和益生菌剂0.6kg，进行混合吸附成15.3kg生物炭基益生菌剂；

5、生物炭基复混肥的制备：以生物质炭黑为核心，将生物质炭黑77.4kg与生物炭基益生菌剂15.3kg、N、P、K三元复合肥(上海长征牌氮磷钾三元复合肥)87.3kg混合造粒成180kg生物炭基复混肥，其中总养分(N+P₂O₅+K₂O)为27％，生物质炭为34％，有机质含量为23％，有效活菌数为12亿/g。

实施例3

1、菌种选择：选择菌种包括：解磷菌、解钾菌和纤维素分解菌，其重量配比为1∶1∶1。

2、扩大培养成益生菌剂：将已筛选好的菌种接入液体培养基活化后，取3ml的活化菌种接入装有250ml培养基的三角瓶中进行液体摇床培养，再将得到的菌种经过15L、1t种子罐逐级扩大培养而获得780kg的发酵液，利用碟式离心机对其进行固液分离，再经过闪蒸干燥机闪蒸干燥，即得2.2kg益生菌剂。

3、生物质炭黑的制备：利用当地的农业废弃物秸秆，低温炭化成多孔的生物质炭黑91kg；

4、生物炭基益生菌剂的制备：取生物质炭黑19.9kg和益生菌剂2.2kg，进行混合吸附成22.1kg生物炭基益生菌剂；

5、生物炭基复混肥的制备：以生物质炭黑为核心，将生物质炭黑71.1kg与生物炭基益生菌剂22.1kg、N、P、K三元复合肥(上海长征牌氮磷钾三元复合肥)98.8kg混合造粒，制成192kg生物炭基复混肥，其中总养分(N+P₂O₅+K₂O)为26％，生物质炭为32％，有机质含量为22％，有效活菌数为11亿/g。

以下通过试验例对本发明的有益效果作进一步的阐述：

试验例1

1)本试验共设两个处理：

(1)设对照组和处理组，于播种前底施粉状博翼有机肥(该有机肥为上海博翼有机农业技术发展有限公司市售产品)2t/亩作为基肥。对照组(习惯施肥)：每小区底施5Kg三元复合肥(N、P、K均为15％)；(2)处理组：每小区底施10kg本发明的含益生菌生物炭基复混肥。重复三次，田间随机排列，小区面积0.3亩，马铃薯地块土壤肥力中上，田块地势平坦，属井水灌溉，马铃薯品种“乌拉盖新”，田间管理同大田。

2)试验结果与分析：

促进马铃薯生长发育，提高产量，且品质提高。马铃薯施用本发明生物炭基复混肥，发芽早、齐，植株生长健壮，叶片宽厚，色浓绿，单果重、亩产量增加。施用本发明的含益生菌生物炭基复混肥的马铃薯(处理组)，单果重、亩产量分别为0.48kg、1835.3kg，较习惯施肥(对照组)的0.35kg、1628.7kg分别增加0.13kg和206.6kg。

试验例2

1)本试验共设两个处理：

(1)设对照组和处理组，于黄瓜苗移栽前底施粉状博翼有机肥(该有机肥为上海博翼有机农业技术发展有限公司市售产品)2t/亩作为基肥。对照组(习惯施肥)：每小区底施10Kg三元复合肥(N、P、K均为15％)；(2)处理组：每小区底施15kg本发明的含益生菌生物炭基复混肥。重复三次，田间随机排列，小区面积0.3亩，黄瓜地块土壤肥力中上，田块地势平坦，属井水灌溉，黄瓜品种“碧玉”，田间管理同大田。

2)试验结果与分析：

促进黄瓜生长发育，提高产量，且品质提高。黄瓜施用本发明生物炭基复混肥，植株生长健壮，叶片宽厚，色浓绿，不易感病，霜霉病的发病率为15.3％，而对照组为29.8％；其单株瓜条数、单瓜质量增加、亩产量提高。施用本发明含益生菌生物炭基复混肥的黄瓜(处理组)，单株瓜条数、单瓜质量分别为6.8条、175.3g，较习惯施肥(对照组)的5.4条、158.6g分别增加1.4条和16.7g。

Claims

1.一种含益生菌生物炭基复混肥，其特征在于，包括生物质炭黑和益生菌剂；所述生物质炭黑采用如下方法制得：将农业废弃物作为生物质原料进行低温炭化形成多孔的生物质炭黑；所述益生菌剂采用如下方法制得：将有益微生物进行扩大培养，发酵成益生菌液，混合后经固液分离、闪蒸干燥成益生菌剂；所述有益微生物选自多粘类芽孢杆菌、木霉菌、固氮菌、根瘤菌、解磷菌、解钾菌、纤维素分解菌、抗生素产生菌、光合菌中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的含益生菌生物炭基复混肥，其特征在于，所述益生菌剂中的每一种有效菌的数量不得少于10亿/g，所述益生菌剂的有效活菌数≥2000亿/g。

3.根据权利要求1所述的含益生菌生物炭基复混肥，其特征在于，所述农业废弃物包括沙柳平茬、玉米、大豆、小麦、水稻、秸秆。

4.根据权利要求1所述的含益生菌生物炭基复混肥，其特征在于，所述生物炭基复混肥中的总养分(N+P₂O₅+K₂O)≥20％，生物质炭≥30％，有机质含量≥20％，有效活菌数≥10亿/g，水分≤10％。

5.一种根据权利要求1-4任一项所述的含益生菌生物炭基复混肥的制备方法，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤2)具体为：将选好的菌种接入液体培养基活化后，取活化菌种进行液体摇床培养，再将得到的菌种经过种子罐逐级扩大培养而获得发酵液，对其进行固液分离，再经过闪蒸干燥，即得益生菌剂。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤3)中，所述生物炭基益生菌剂的有效活菌数≥200亿/g。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤3)中，所述生物质炭黑与益生菌剂的重量比为9∶1。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤4)中，所述生物炭基益生菌剂，与N、P、K三元复合肥和生物质炭黑的重量比为(8.5～11.5)∶(48.5～51.5)∶(37～43)。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤4)中，所述生物炭基益生菌剂，与N、P、K三元复合肥和生物质炭黑的重量比为10∶50∶40。