CN103319265A

CN103319265A - 菜地专用炭基缓释氮肥及其制备方法

Info

Publication number: CN103319265A
Application number: CN2013102817614A
Authority: CN
Inventors: 张贵龙; 任天志; 杨殿林; 赵建宁; 刘红梅; 赖欣; 宋晓龙
Original assignee: Agro Environmental Protection Institute Ministry of Agriculture
Current assignee: Agro Environmental Protection Institute Ministry of Agriculture
Priority date: 2013-07-05
Filing date: 2013-07-05
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2033-07-05
Also published as: CN103319265B

Abstract

本发明涉及一种菜地专用炭基缓释氮肥。旨在解决现有氮肥养分释放过快的技术难题。该缓释氮肥是以载氮生物炭95～100份、凹凸棒土1～5份、木质素磺酸钙2～3份为原料，经搅拌、烘干、造粒等工艺而制成。本发明具有积极有益的效果：氮养分释放期延长、养分释放与作物需求耦合性高，使得氮素养分淋溶损失更低，肥料利用率提高，而且还具有改良菜地土壤的物化性状的作用，能增加土壤有机质、土壤阳离子交换量及团粒结构、防止土壤板结，改善土壤的水热条件；所用原料来源广泛，廉价易得，生产成本低，有利于实现农业废弃物生态高值化利用。

Description

菜地专用炭基缓释氮肥及其制备方法

技术领域

本发明涉及肥料领域，具体涉及一种菜地专用炭基缓释氮肥及其制备方法。

背景技术

蔬菜生产中，氮素肥料的施用对其产量和品质具有重要影响，其中化学氮肥具有肥效快、增产作用显著、施用便捷等特点受到菜农的普遍青睐。近年来，随着蔬菜集约化生产程度的提高，化学氮肥的投入比例逐渐增加，然而，化学氮肥在土壤转化迅速，养分释放快，损失率高，肥效持续期较短，为追求更高的收益，大量、频繁施用化学氮肥，成为蔬菜生产中的普遍现象。不合理施用氮肥,不仅导致蔬菜硝酸盐累积超标，给人体健康带来不利影响,同时残留在土壤中的无机氮随降雨或灌水继续淋失，引起地下水体污染，或通过径流进入江河和湖泊等地表水体,发生富营养化，给生态与环境带来严重威胁。

生物炭是生物质在低氧环境下，经高温热解产生的一类多孔隙结构、高比表面积、吸附能力强的富碳类物质。制备生物炭的生物质原料包括各种天然物质及其衍生物，如木屑、农业和工业活动产生的有机废弃物、城市固体垃圾、畜禽粪便、水生植物和藻类等，但大多数原料来源于农业废弃物。原料来源广泛，生产成本低廉。已有研究证明，生物炭的孔隙对其保持氮素养分离子的能力有重要作用，主要通过对水分的保持实现。生物炭孔隙结构能减小水分的渗滤速度，增强土壤对溶液中移动性很强和容易淋失养分元素的吸附能力，如高pH条件下的硝态氮的吸附和低pH值条件下的盐基阳离子的吸附。此外，生物炭对土壤的改良和肥力保持作用已被亚马逊河流域的某些黑土及其他地区的实践和研究所证实。

目前，国际上也开发出一系列具有缓释功能的氮素肥料,以提高氮素养分的利用效率,但这些肥料原料成本高、工艺复杂，不利于大面积推广应用，且多数含有高分子聚合物为主的包膜材料，其中大部分不能完全降解,容易在土壤中积累，形成“次生污染”。由于菜地灌水量大、且灌水频繁，包膜材料遇水易溶解，难易起到对氮素肥料的保护作用，对养分的释放速率控制效果不明显，因此，开发低成本、适宜于菜地的环保型缓释氮素肥料成为生产中的迫切需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种养分释放与作物需求耦合性高，氮素养分淋溶损失低的菜地专用炭基缓释氮肥。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

设计一种菜地专用炭基缓释氮肥，是由以载氮生物炭95～100份、凹凸棒土1～5份、木质素磺酸钙2～3份为原料，经搅拌、烘干、造粒而制成，所述载氮生物炭经由下述方法制得：

先取花生壳于250～350℃的缺氧环境下热解制取生物炭，经粉碎过1～2mm筛后用清水浸泡8～10小时，再用清水冲洗2～3次以去除灰分和杂质，烘干后将其按1:8～12的固液比加入到含氮量为10%～25%的肥料溶液中振荡或浸泡10～12小时（利用生物炭的吸附富集氮养分），滤去溶液晾干后即得载氮生物炭；

所述凹凸棒土是经60～80KHz 超声波照射1～3分钟、粒度为200～300目的凹凸棒土；凹凸棒土具有特殊的纤维结构、较好的阳离子代换性、吸附性、保水性、粘结性等特点，可以改良土壤的物化性状，改善土壤的水热条件，而经超声波处理后，凹凸棒晶分散开来，比表面积提高（≥310m²/g），吸附性能大大增强；加入适量的凹凸棒土，还可改善肥料的物理性状，如提高肥料成粒率，提高造粒速度，增加颗粒强度，而且所得肥料不结块、不返潮、颗粒均匀、表面光滑、色泽度好。

生物炭的特点：黑色，多孔，表面发达（比表面积在300～400 m²/g），能富集土壤中的空气、水分、养分，适宜微生物栖息、繁衍；土壤团粒结构增加，作物根系发达，根部CO₂增多，有植物生长所必须的营养成分和微量元素，具有一定强度和较高的生物和化学稳定性。

设计一种菜地专用炭基缓释氮肥的制备方法，包括以下步骤：

（1）将花生壳于250～350℃的缺氧环境下热解制取生物炭，粉碎过1～2mm筛后，用清水浸泡8～10小时后，再用清水冲洗2～3次，经烘干后备用；

（2）将上步所得生物炭按1:8～12的固液比加入到含氮量为10～25%的肥料溶液中振荡或浸泡10～12小时，滤去溶液晾干后即得载氮生物炭；

（3）取凹凸棒土矿粉碎、研磨后过200～300目筛，再经60～80KHz超声波照射处理1～3分钟后备用；

（4）取所述载氮生物炭95～100份、凹凸棒土1～5份、木质素磺酸钙2～3份经搅拌、烘干、造粒，即得菜地专用炭基缓释氮肥。

所述肥料溶液由尿素、硝酸铵、硫酸铵、氯化铵中的一种或几种配制而成。

本发明具有积极有益的效果：

1.本发明炭基缓释氮肥中的生物炭与凹凸棒土配合使用比各自单独作为肥料载体使用，具有明显的增效作用，使得养分释放与作物养分需求的耦合性高，氮素养分淋溶损失更低，肥料利用率提高；

2.具有改善菜地土壤的理化性状、增加土壤固碳潜力的作用和潜力，能增加土壤有机质、土壤阳离子交换量及团粒结构、防止土壤板结，改善土壤的水热条件；

3.所用原料来源广泛，廉价易得，生产成本低，有利于实现农业废弃物生态高值化利用。

具体实施方式

以下结合具体实施例进一步阐述本发明。

实施例1 一种菜地专用炭基缓释氮肥的制备方法，包括如下步骤：

（1）花生壳风干后，粉碎装入干馏式炭化炉，炭化炉启动温度为40℃，以5℃/min幅度升温至170℃，保持30min，然后再按照5℃/min幅度升温至300℃，保持6小时，然后冷却至室温，用清水浸泡9小时后，再用清水冲洗2次后置于烘箱105℃下烘干后研磨过2mm筛，制得生物炭颗粒备用。

（2）将农业用尿素（氮量含为46%）溶于水中，制成氮含量为25%的肥料溶液。

（3）按固液比1:10的比例，将上述生物炭加入到氮含量为25%的肥料溶液，将体系置于恒温振荡器中（25℃，1.01×10⁵Pa）150次/min振荡24小时（充分的吸附富集氮成分，直至达到吸附平衡），滤去溶液即得载氮生物炭。

（4）取凹凸棒土矿粉碎、研磨后过250目筛，再经80KHz超声波照射处理2分钟后备用。

（5）取所述载氮生物炭95份、凹凸棒土5份、木质素磺酸钙3份均匀混合后送入到转鼓造粒系统，转鼓内温度维持在60～65℃，挤压造粒，造粒后经60℃烘干，计量包装即得成品的菜地专用炭基缓释氮肥，含氮量35%。

按照常规试验方法进行测试，上述菜地专用炭基缓释氮肥24小时初期养分释放率为6.73%；28天累计养分释放率为23.12%；第六周养分累计释放率32.23%，第16周养分累计释放率80.24%，养分释放持续112天，比普通氮肥养分释放速率低5%～10%，释放期延长20～30天；且其养分释放曲线与多种蔬菜作物的氮养分需求曲线吻合度达75%以上。

实施例2一种菜地专用炭基缓释氮肥的制备方法，包括如下步骤：

（1）花生壳风干后，粉碎装入干馏式炭化炉，炭化炉启动温度为40℃，以5℃/min幅度升温至170度，保持30min，然后再按照5℃/min幅度升温至350℃，保持6小时，然后冷却至室温，用清水浸泡10小时，再用清水冲洗2～3次以去除灰分和杂质，置于烘箱85℃烘干，研磨过2mm筛，制得生物炭颗粒。

（2）将农业用硝酸铵（氮量含35%）溶于水中，制成氮含量为20%的肥料溶液。

（3）按固液比1:8的比例，将生物炭加入到上述肥料溶液中，将体系置于恒温振荡器中（25℃，1.01×10⁵Pa）150次/min振荡15小时（充分的吸附富集氮成分，直至达到吸附平衡），滤去溶液即得载氮生物炭。

（4）取凹凸棒土矿粉碎、研磨后过200目筛，再经60KHz超声波照射处理1分钟后备用。

（5）取所述载氮生物炭98份、凹凸棒土2份、木质素磺酸钙2份均匀混合后送入到转鼓造粒系统，转鼓内温度维持在60～65℃，挤压造粒，造粒后经60℃烘干，计量包装即得成品的菜地专用炭基缓释氮肥，含氮量25%。

按照常规试验方法进行测试，上述菜地专用炭基缓释氮肥24小时初期养分释放率为6.91%；28天累计养分释放率为24.10%；第六周养分累计释放率33.12%，第16周养分累计释放率82.12%，养分释放持续107天，比普通氮肥养分释放速率低7%～11%，释放期延长20～30天；且其养分释放曲线与多数蔬菜作物的氮养分需求曲线吻合度达76%以上。

实施例3一种菜地专用炭基缓释氮肥的制备方法，包括如下步骤：

（1）花生壳风干后，粉碎装入干馏式炭化炉，炭化炉启动温度为40℃，以5℃/min幅度升温至170度，保持30min，然后再按照5℃/min幅度升温至300℃，保持6小时，然后冷却至室温，用清水浸泡10小时，再用清水冲洗3次，以去除灰分和杂质，置于烘箱85℃烘干，研磨过2mm筛，制得生物炭颗粒。

（2）农业用硫酸铵（含氮21%），溶于水中制成氮含量为15%的肥料溶液。

（3）按固液比1:8的比例，将生物炭加入上述肥料溶液中，将体系置于恒温振荡器中（25℃，1.01×10⁵Pa）150次/min振荡20小时，（充分的吸附富集氮成分，直至达到吸附平衡），滤去溶液即得载氮生物炭。

（4）取凹凸棒土矿粉碎、研磨后过250目筛，再经70KHz超声波照射处理1分钟后备用。

（5）取所述载氮生物炭100份、凹凸棒土2份、木质素磺酸钙1份均匀混合后送入到转鼓造粒系统，转鼓内温度维持在60～65℃，挤压造粒，造粒后经60℃烘干，计量包装即得成品的菜地专用炭基缓释氮肥，含氮量25%。

按照常规试验方法进行测试，上述菜地专用炭基缓释氮肥24小时初期养分释放率为7.31%；28天累计养分释放率为23.15%；第六周养分累计释放率34.02%，第16周养分累计释放率81.21%，养分释放持续112天，比普通氮肥养分释放速率低8%～10%，释放期延长20～30天；且其养分释放曲线与多种蔬菜作物的氮养分需求曲线吻合度达70%以上。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种菜地专用炭基缓释氮肥，其特征在于，以重量份计，其是由以载氮生物炭95～100份、凹凸棒土1～5份、木质素磺酸钙2～3份为原料，经搅拌、烘干、造粒而制成，所述载氮生物炭经由下述方法制得：

先取花生壳于250～350℃的缺氧环境下热解制取生物炭，经粉碎过1～2mm筛后用清水浸泡8～10小时，再用清水冲洗2～3次以去除灰分和杂质，烘干后将其按1:8～12的固液比加入到含氮量为10%～25%的肥料溶液中振荡或浸泡10～24小时，滤去溶液晾干后即得载氮生物炭；

所述凹凸棒土是经60～80KHz超声波照射1～3分钟、粒度为200～300目的凹凸棒土。

2.根据权利要求1所述的菜地专用炭基缓释氮肥，其特征在于，所述肥料溶液由尿素、硝酸铵、硫酸铵、磷酸氢二铵、氯化铵中的一种或几种配制而成。

3.一种菜地专用炭基缓释氮肥的制备方法，包括以下步骤：

（2）将上步所得生物炭按1:8～12的固液比加入到含氮量为10%～25%的肥料溶液中振荡或浸泡10～24小时，滤去溶液晾干后即得载氮生物炭；

4.根据权利要求3所述的菜地专用炭基缓释氮肥的制备方法，其特征在于，所述肥料溶液由尿素、硝酸铵、硫酸铵、磷酸氢二铵、氯化铵中的一种或几种配制而成。