CN103011997A - 一种以生物质颗粒炭为基质的甘蔗专用缓释肥料及其制备方法 - Google Patents

一种以生物质颗粒炭为基质的甘蔗专用缓释肥料及其制备方法 Download PDF

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李辰淼
李应超
赵林丹
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Abstract

本发明公开了一种以生物质颗粒炭为基质的甘蔗专用缓释肥料及其制备方法。以玉米芯、花生壳、稻壳、食用菌基质等农业废弃生物质制备的颗粒炭为基质材料,利用其多微孔、强吸附能力,与甘蔗生长发育所必需的氮、磷、钾及其他营养元素复合,制成颗粒状生物质炭基甘蔗专用缓释肥料。本发明使用的生物质颗粒炭是农业废弃生物质在低氧条件下不完全燃烧后形成的黑色生物质颗粒炭颗粒,具有类似土壤腐殖质的多种特性,其吸附和保持养分和水分的能力很强,还能刺激作物生长,对氮磷钾的缓释性能好,由此制备的缓释肥一次施用,即可有效地供应甘蔗整个生长期对养分的需求,而且具有增加地力、改善土壤结构和高效环保等特点,有利于在甘蔗生产中大规模推广应用。

Description

一种以生物质颗粒炭为基质的甘蔗专用缓释肥料及其制备方法
 
技术领域
本发明属于农业肥料生产技术领域,特别涉及一种以生物质颗粒炭为基质的甘蔗专用缓释肥料及其制备方法。
背景技术
 甘蔗属热带和亚热带作物,具有根系发达、吸肥多、生长期长的特点。在甘蔗的生长过程中,总的吸肥规律大致是“两头少、中间多”,即在幼苗阶段,需肥急切而吸收量较少,对氮的需求稍多,磷、钾次之;在分蘖阶段,需肥量逐渐增大,对三要素的吸收量约占全期的10%~20%;进入伸长期,对三要素的吸收量大增,此时正值高温多雨和强光照季节,甘蔗对光能和养分的利用率最高,是重点施肥时期;转入成熟期后,甘蔗需肥量渐减,但仍吸收相当数量的肥,其中以吸收氮肥较多。目前甘蔗施肥主要以速效性化肥为主,它们在土壤中溶解快,如果在种植前一次将大量的肥料施入根区附近,会引起土壤溶液中养分浓度过高,出现“烧根”现象,同时还可加剧土壤对养分离子的固定作用,使养分失去对甘蔗的有效性,降低肥料利用率。如果采用少量多次的施肥方法,既增加了农户的劳动强度,也提高了用工成本,降低了栽培效益。
缓释肥料又称缓效肥料(slow available fertilizers)或控释肥料(control release fertilizers),其肥料中含有养分的化合物在土壤中释放速度缓慢或者养分释放速度可以得到一定程度的控制以供作物持续吸收利用。使用缓释肥料可以减少肥料养分特别是氮素在土壤中的损失,提高肥料利用率,减少施肥作业次数,节省劳力和费用,而且可以减轻过量施肥对于环境造成的污染。目前国内外的缓释肥料一般都是通过包膜、包裹、包囊、涂层等物理方法达到延长肥效的目的,如包硫尿素、聚合物包膜肥料、肥料包肥料的包裹型肥料、涂层肥料以及将速溶性肥料与橡胶乳液混炼所形成的包裹肥料等。也有采用物理和生物化学方法相结合的缓控释技术生产缓释肥料的。这些肥料一般造价较高,且很少具备孔隙及吸附能力,更无增加地力、改善土壤结构等特点。
另一方面,目前我国已成为世界上农业废弃生物质产生量最大的国家之一,据报道,我国各类农作物秸秆的年总产生量达7亿吨以上,其中稻草2.3亿吨,玉米秸秆2.7亿吨,花生、豆类和秋杂粮秸秆1亿吨。目前处理秸秆的最简便办法是在田里直接焚烧。在焚烧季节,曾多次发生因满天烟雾导致航班无法着陆和高速公路被迫关闭事件,既白白浪费了大量宝贵资源,又给环境带来了严重污染。因此农业废弃生物质出路已成为政府部门急需解决的一大难题。特别是随着农业生产水平不断发展和农民生活水平的提高,对原来用作燃料和肥料的农业废弃生物质的利用越来越少,农业废弃物越来越多。
发明内容
本发明的目的是提供一种以玉米芯、花生壳、稻壳、秸秆、食用菌基质等农业废弃生物质制备的颗粒炭为基质材料,利用其多微孔、强吸附能力,与甘蔗生长发育所必需的氮、磷、钾及其他营养元素复合,制备颗粒状生物质炭基甘蔗专用缓释肥料的方法及应用,可以更好地满足甘蔗生产的需要。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种以生物质颗粒炭为基质的甘蔗专用缓释肥料,含有
  1.生物质颗粒炭;和
  2.粘结剂;和
3.氮肥、磷肥、钾肥及微量元素肥料中的一种或几种。
按重量百分比含量:
  生物质颗粒炭的含量为10-50%;
  所述的以生物质颗粒炭为基质的甘蔗专用缓释肥料的总养分含量为28-34%;所述总养分是指氮(N)或/和有效磷(P2O5) 或/和有效钾(K2O),其中含氮(N)量为10-12%;含有效磷(P2O5)量为5-7%;含有效钾(K2O) 量为13-15%。
所述的生物质颗粒炭为玉米芯颗粒炭、稻壳颗粒炭、花生壳颗粒炭、秸秆颗粒炭、蘑菇盘颗粒炭中的一种或几种。
所述的氮肥为尿素、硝酸铵、硫酸铵、氯化铵以及任何其它含氮肥料中的一种或几种。
所述的磷肥为磷酸一铵、磷酸二铵、过磷酸钙、钙镁磷肥、硝酸磷肥以及任何含磷肥料中的一种或几种。
所述的钾肥为硫酸钾、氯化钾、磷酸二氢钾以及任何其它含钾肥料中的一种或几种。
所述的微量元素肥料为硼、锌、锰、铁、铜或钼等微量元素肥料中的一种或几种。
本发明中的生物质颗粒炭优选为采用亚高温条件下缺氧干馏分解工艺生产农业废弃生物质颗粒炭。所述的农业废弃生物质可以是玉米芯、稻壳、花生壳、秸秆、食用菌基质等,但不限于此。
所述粘结剂为膨润土或/和粘土。
为了起到更好的缓释效果,根据甘蔗需肥特点,所述以生物质颗粒炭为基质的甘蔗专用缓释肥料同时含有下述各种成分最有效:
1)生物质颗粒炭;和
  2)粘结剂;和
  3)尿素、磷酸二铵、钙镁磷肥、硫酸钾、硫酸锌和硼砂。
各成份含量以生产1吨炭基甘蔗专用缓释肥料计:
    生物质颗粒炭微粒     200-300公斤/吨
尿素                 180-220公斤/吨
磷酸二铵              90-110公斤/吨
    钙镁磷肥              60-130公斤/吨
硫酸钾               260-300公斤/吨
硫酸锌                  8-12公斤/吨
    硼砂                    8-12公斤/吨
所述的生物质颗粒炭微粒粒度80 -100目,所述的尿素含N:46%,所述的磷酸二铵含N 18%、P2O5  46%,所述的钙镁磷肥含P2O5:15%、所述的硫酸钾含 K2O 50%,所述的硫酸锌含锌20%~23%,所述的硼砂含硼11%。
还可进一步含有其它微肥,所述其它微肥选自硫酸锰、钼酸铵、硫酸亚铁、硫酸铜中的一种或多种。其它微肥总含量优选为0.5-1%。各种微肥的纯度优选在90%以上。
  本发明还进一步提供了以生物质颗粒炭为基质的甘蔗专用缓释肥料的制备工艺,包括将各种组份混合造粒,粒径3. 35-5.0mm。
 本发明还进一步提供了以生物质颗粒炭为基质的甘蔗专用缓释肥料的用途,将其用做一次性底肥,优选施用量为180-200公斤/亩,在甘蔗播种前施入定植垄底部。
本发明提供的高效炭基甘蔗专用缓释肥料,是以有机的生物质颗粒炭为基质材料的长效复合肥。本发明使用的生物质颗粒炭是农业废弃生物质在低氧条件下不完全燃烧后形成的黑色生物质颗粒炭颗粒(炭黑),具有类似土壤腐殖质(酸)的多种特性,其吸附和保持养分和水分的能力很强,还能刺激作物生长,对氮磷钾的缓释性能好,由此制备的缓释肥一次施用,即可有效地供应甘蔗整个生长期对养分的需求,肥料利用率高,而且具有增加地力,改善土壤结构和高效环保等特点,有利于在甘蔗生产中大规模推广应用。
 与现有复合肥料相比,本发明具有以下优点:
1、缓释效果好,肥料利用率高。本发明生产的炭基甘蔗专用缓释肥料具有极强的吸附性、保水性和吸光增温性,缓释效果好,肥料养分利用率高。施入土壤以后,不但可以持肥缓释,减少肥料淋失,而且由于在每个炭粒周围都可形成一个小的吸光增温保水区,既有利于增加地温,又可在一定程度上缓释干旱缺水对甘蔗生长发育产生的影响。
2、生产工艺简单,原料易得。本发明所用基质材料为玉米芯、花生壳、稻壳、秸秆、食用菌基质等生物质颗粒炭,原料来自于农业生产的废弃生物质,成本低廉,取之不尽;所用设备为常用的粉碎机、简易炭化炉、搅拌器、圆盘造粒机等,生产设备简单,工艺成熟,易于产业化。只要略加改进,现有的肥料厂均可直接投入生产。
3、对环境友好,安全环保。本发明所用基质材料本身就是废物利用,不消耗外界能源,不产生“三废”污染,生产过程节能而且环保;生物质颗粒炭源自植物有机体,其主要成分90%以上是炭素,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,同时兼有改良土壤结构的长效特性,有利于农业的可持续发展。
4、开发潜力巨大。甘蔗是喜肥作物,我国90%左右的耕地缺氮,30%左右的耕地缺磷,25%左右的耕地缺钾,而土壤板结恶化和普遍存在的肥料流失严重、利用率低下问题,成为困扰该产业发展的重要因素。本发明通过应用生物质颗粒炭素作基质达到疏松、缓释、经济、环保、增加地力、提高肥效等效果,是肥料行业的一种革命性的变革。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的具体描述。
一种以生物质颗粒炭为基质的甘蔗专用缓释肥料,包含:
1.生物质颗粒炭;和
  2.粘结剂;和
3.氮肥、磷肥、钾肥及微量元素肥料中的一种或几种。
按重量比或重量百分比含量:
生物质颗粒炭的含量为10-50%。
  所述的以生物质颗粒炭为基质的甘蔗专用缓释肥料的总养分含量为28-34%,符合有机—无机复混肥料国家标准。所述总养分是指氮(N)或/和有效磷(P2O5) 或/和有效钾(K2O),其中含氮(N)量为10-12%;含有效磷(P2O5)量为5-7%;含有效钾(K2O) 量为13-15%。
所述的生物质颗粒炭为玉米芯颗粒炭、稻壳颗粒炭、花生壳颗粒炭、秸秆颗粒炭或蘑菇盘颗粒炭一种或几种的混合物。
所述的氮肥为尿素、硝酸铵、硫酸铵、氯化铵以及任何其它含氮肥料中的一种或几种。
所述的磷肥为磷酸一铵、磷酸二铵、过磷酸钙、钙镁磷肥、硝酸磷肥以及任何含磷肥料中的一种或几种。
所述的钾肥为硫酸钾、氯化钾、磷酸二氢钾以及任何其它含钾肥料中的一种或几种。
所述的微量元素肥料为硼、锌、锰、铁、铜或钼等微量元素肥料中的一种或几种。
本发明中的生物质颗粒炭优选为采用亚高温条件下缺氧干馏分解工艺生产农业废弃生物质颗粒炭。所述的农业废弃生物质可以是玉米芯、稻壳、花生壳、秸秆、食用菌基质等,但不限于此。
所述粘结剂为膨润土或/和粘土。
为了起到更好的缓释效果,根据甘蔗需肥特点,以生物质颗粒炭为基质的甘蔗专用缓释肥料同时含有下述各种成分最有效:
1)生物质颗粒炭;和
  2)粘结剂;和
  3)尿素、磷酸二铵、钙镁磷肥、硫酸钾、硫酸锌和硼砂。
各成份含量以生产1吨炭基甘蔗专用缓释肥料计:
    生物质颗粒炭微粒     200-300公斤/吨
尿素                 180-220公斤/吨
磷酸二铵              90-110公斤/吨
    钙镁磷肥              60-130公斤/吨
硫酸钾               260-300公斤/吨
硫酸锌                  8-12公斤/吨
    硼砂                    8-12公斤/吨
所述的生物质颗粒炭微粒粒度80 -100目,所述的尿素含N:46%,所述的磷酸二铵含N 18%、P2O5  46%,所述的钙镁磷肥含P2O5:15%、所述的硫酸钾含 K2O 50%,所述的硫酸锌含锌20%~23%,所述的硼砂含硼11%。
针对缺少微量元素的地区或田块,可在本配方中有目的地添加其它微肥,所述其它微肥选自硫酸锰、钼酸铵、硫酸亚铁、硫酸铜的一种或多种。甘蔗专用一次性底肥中其它微肥(硫酸锰、钼酸铵、硫酸亚铁、硫酸铜等)总含量优选为0. 5-1%。各种微肥的纯度优选在90%以上。
所述的尿素、磷酸二铵、钙镁磷肥、硫酸钾、硫酸锌、硼砂在市场上均可买到,在农资商店均有售。
 所述的其它微肥如硫酸锰、钼酸铵、硫酸亚铁、硫酸铜等在市场上均可买到,在农资商店均有售。
 所述的尿素优选大颗粒尿素(也称之为尿素粉)。
 所述以生物质颗粒炭为基质的甘蔗专用缓释肥料的制备工艺包括将各种组份混合造粒,粒径3. 35-5.0mm。
本发明提供的以生物质颗粒炭为基质的甘蔗专用缓释肥料,使用简单,将其用做一次性底肥,优选施用量为180-200公斤/亩,在甘蔗播种前施入定植垄底部,免追肥。
  实施例1:以生物质颗粒炭为基质的甘蔗专用缓释肥料的制备工艺
按照下述步骤以重量比或重量百分比混合:
  (1) 取含氮(N)量为46%的大颗粒尿素,80目的生物质颗粒炭微粒,按63.3%、36.7%的比例混合,利用带有加热功能的圆盘式造粒机(肥料制备过程中的常用机械)进行包衣,制成含氮(N)量29.12%的单质缓释氮肥。
 (2) 取含氮(N)量为18%,含有效磷(P2O5)量为46%的磷酸二铵粉、80目的生物质颗粒炭微粒和粘结剂,按71.9%、21. 7%和6.4%的比例混合,用KP-300型有机肥造粒机进行压力造粒,制成含氮(N)量12.94%,含有效磷(P2O5)量为33.07%的氮磷复合肥。
(3)取含有效磷(P2O5)量为15%的钙镁磷肥、80目的生物质颗粒炭微粒和粘结剂,按71.9%、22. 0%和6.1%的比例混合,用KP-300型有机肥造粒机进行压力造粒,制成含有效磷(P2O5)量为10.79%的缓释磷肥。
 (4) 取含有效钾(K2O)量为50%的硫酸钾、80目的生物质颗粒炭微粒、粘结剂、含锌量为23%的硫酸锌和硼肥(农资商店均可买到),按67.8%、21.4%、6.0%、2.4%、2.4%的比例混合,用KP-300型有机肥造粒机进行压力造粒,制成含钾量33. 90%的钾、锌、硼复合肥。
可进一步复混:将(1)、(2)、(3)和(4)的制成品按31.6%、13.9%、13.2%和41.3%的比例复混,并用ZLC-300型搅拌机(肥料制备过程中的常用机械)搅拌均匀。
 也可进一步添加0.5%的硫酸锰和0.5%的硫酸铜,或添加1%的硫酸亚铁,用ZLC-300型搅拌机(肥料制备过程中的常用机械)搅拌均匀。
  所述的粘结剂为PH 5.5-6.5的酸性膨润土。

Claims (7)

1.一种以生物质颗粒碳为基质的甘蔗专用缓释肥料,其特征在于含有:
1).生物质颗粒炭;和
  2).粘结剂;和
3).氮肥、磷肥、钾肥及微量元素肥料中的一种或几种;
按重量百分比含量:
生物质颗粒炭的含量为10-50%;
  所述的以生物质颗粒炭为基质的甘蔗专用缓释肥料的总养分含量为28-34%;所述总养分是指氮(N)或/和有效磷(P2O5) 或/和有效钾(K2O),其中含氮(N)量为10-12%;含有效磷(P2O5)量为5-7%;含有效钾(K2O) 量为13-15%;
所述的生物质颗粒炭为玉米芯颗粒炭、稻壳颗粒炭、花生壳颗粒炭、秸秆颗粒炭、蘑菇盘颗粒炭中的一种或几种;
所述的氮肥为尿素、硝酸铵、硫酸铵、氯化铵以及任何其它含氮肥料中的一种或几种;
所述的磷肥为磷酸一铵、磷酸二铵、过磷酸钙、钙镁磷肥、硝酸磷肥以及任何含磷肥料中的一种或几种;
所述的钾肥为硫酸钾、氯化钾、磷酸二氢钾以及任何其它含钾肥料中的一种或几种;
所述的微量元素肥料为硼、锌、锰、铁、铜或钼等微量元素肥料中的一种或几种;
所述粘结剂为膨润土或/和粘土。
2.如权利要求1所述的一种以生物质颗粒碳为基质的甘蔗专用缓释肥料,其特征在于含有:
1)生物质颗粒炭;和
  2)粘结剂;和
  3)尿素、磷酸二铵、钙镁磷肥、硫酸钾、硫酸锌和硼砂;
各成份含量以生产1吨炭基甘蔗专用缓释肥料计:
    生物质颗粒炭微粒     200-300公斤/吨
尿素                 180-220公斤/吨
磷酸二铵              90-110公斤/吨
    钙镁磷肥              60-130公斤/吨
硫酸钾               260-300公斤/吨
硫酸锌                  8-12公斤/吨
硼砂                    8-12公斤/吨。
3.如权利要求1或2所述的一种以生物质颗粒碳为基质的甘蔗专用缓释肥料,其特征在于所述的生物质颗粒炭微粒粒度80 -100目,所述的尿素含N:46%,所述的磷酸二铵含N 18%、P2O5  46%,所述的钙镁磷肥含P2O5:15%,所述的硫酸钾含 K2O 50%,所述的硫酸锌含锌20%~23%,所述的硼砂含硼11%。
4.如权利要求1或2所述的一种以生物质颗粒碳为基质的甘蔗专用缓释肥料,其特征在于还进一步含有其它微肥,所述其它微肥选自硫酸锰、钼酸铵、硫酸亚铁、硫酸铜中的一种或多种。
5.如权利要求4所述的一种以生物质颗粒碳为基质的甘蔗专用缓释肥料,其特征在于其它微肥总重量百分比含量为0. 5-1%。
6.如权利要求1 - 5任一所述的一种以生物质颗粒碳为基质的甘蔗专用缓释肥料的制备工艺,其特征在于将所述的各种组份混合造粒,粒径3. 35-5.0mm。
7.如权利要求1 - 6任一所述的一种以生物质颗粒碳为基质的甘蔗专用缓释肥料的用途,其特征在于将其用做一次性底肥,优选施用量为180-200公斤/亩,在甘蔗播种前施入定植垄底部。
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