CN103396171A - 环保型生物炭基肥及其施用方法 - Google Patents

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本发明公开了一种环保型生物炭基肥及其施用方法。该生物炭基肥的制备包括如下步骤:将农林废弃物经干燥、粉碎后,在300℃~700℃限氧热解1~5小时,过筛,得到生物炭;将生物炭固定持久性有机污染物降解菌后,与肥料混合,充分搅拌,加入总量1~4wt%的粘结剂,即可。施用时,按照100~1000千克/公顷,将制得的环保型生物炭基肥施入土壤;对已施生物炭基肥的上壤表层0~20cm进行翻耕,使生物炭基肥与上壤充分混合,种植作物,即可。本发明克服了目前生物炭基肥本身含有多环芳烃等有机污染物的不足,降低了该肥料对土壤和环境的影响,减轻了农产品的安全风险,具有制备工艺简单易行、成本低等优点。

Description

环保型生物炭基肥及其施用方法
技术领域
本发明涉及肥料,具体涉及一种环保型生物炭基肥及其施用方法。
背景技术
生物炭是一种生物质低温限氧热解制备的高度芳香化含碳有机固体物。研究表明,生物炭施入上壤,可以延缓肥料在土壤中的养分释放,降低养分损失,提高肥料养分利用率,是一种新型肥料增效载体。
然而,由于生物炭制备过程的实质是对有机物进行高温热解的过程,因此在这一过程中不可避免会产生多环芳烃等有机污染物。Zhang等对水稻秸秆、小麦秸秆和玉米秸秆的燃烧试验表明,在燃烧残留物和气体中均含有多环芳烃,其多环芳烃排放参数分别为5.26、1.37和1.74mg/kg,表明秸秆燃烧中会产生大量的多环芳烃(Environmental Science and Technology,2011,45(13):5477-5482).仓龙(2012)报道,在高施用量的条件下,生物炭中含有的多环芳烃容易使上壤中多环芳烃含量达到中度或重度污染的程度(农业工程学报,2012年28卷第15期),除此之外,肥料中常常存在有抗生素、邻苯二甲酸酯等有机污染物(莫测辉,2005,环境科学,26卷第3期),这些污染物在环境中往往含量低、难降解,属持久性有机污染物,施入土壤后,会给农产品带来安全隐患。
经检索文献发现,中国专利“一种农林废弃物炭基缓释肥及其制备方法”(公开号:CN102775236A)、“一种生物炭基缓释氮肥的生产方法”(公开号:CN102424642A)、“一种利用秸秆、厨余废弃物生物质炭生产的多功能生物质炭肥”(公开号:CN102358714)和专利“一种生物炭基益生菌剂及其制备方法”(公开号:CN102701834A)均利用农林废弃物,进行炭化处理,生产生物炭,再直接与无机、有机或微生物菌剂混合制成炭基肥。这些技术主要不足是未考虑生物炭本身存在的多环芳烃等污染物的去除问题,将其直接施入上壤,必然会给上壤及其农产品带来安全风险,
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中生物炭基肥制备及其使用中存在的不足,提供一种环保型生物炭基肥及其施用方法。该环保型生物炭基肥利用农林废弃物炭化产物、多环芳烃降解菌及多种有益微生物制备而得的;实现了利用生物炭固定化持久性有机污染物降解菌制备炭基肥,具有安全、环保、高效等突出优点。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
第一方面,本发明涉及一种环保型生物炭基肥,是通过包括如下步骤的方法制得的:
步骤一、将农林废弃物风干、粉碎;
步骤二、将步骤一所得粉碎物在300℃~700℃限氧热解1~5小时,冷却至室温,研磨,过筛,得生物炭;
步骤三、将菌液浓度为106~108cfu/ml的持久性有机污染物降解复合菌剂与所述生物炭混合发酵10~24h,固液分离,得固定化后的生物炭,室温保存;
步骤四、将重量比为1∶(1~6)的肥料与所述固定化后的生物炭混合,得混合物,添加占所述混合物总重1~4wt%的粘合剂,充分搅拌,混匀,即得所述环保型生物炭基肥。所述固定化后的生物炭即固定有降解菌的生物炭。
优选的,所述农林废弃物为园林树枝、水稻秸秆、稻壳、棉花秸秆、沼渣中的一种或几种的混合物。
优选的,所述过筛为过20~100目筛。
优选的,所述生物炭的粒径为80~100目。
优选的,所述限氧热解的温度为300℃~500℃。
优选的,所述持久性有机污染物降解复合菌剂中降解菌为枯草芽孢杆菌、多粘类芽孢杆菌、假单胞菌、放线菌、氮单胞菌、克雷伯氏菌、曲霉中几种的混合。该持久性有机污染物降解菌即能够降解持久性有机污染物(如多环芳烃、抗生素、邻苯二甲酸酯)的菌株。所述持久性有机污染物降解复合菌剂优选多环芳烃降解复合菌剂;最佳菌液浓度为108cfu/ml。
优选的,所述肥料为有机肥、无机肥、复合肥或纳米肥;所述肥料与固定化后的生物炭的重量比为1∶1。
优选的,所述粘合剂为氧化淀粉、石蜡一松香、琼脂、五水偏硅酸钠和聚氨酯中的一种或几种。更优选,所述粘合剂的用量为占所述混合物总重1wt%。
第二方面,本发明涉及一种前述的环保型生物炭基肥的施用方法,包括如下步骤:
步骤一、将所述环保型生物炭基肥按照100~1000千克/公顷施于农田上壤中;
步骤二、对已经施肥的上壤表层0~20cm进行翻耕,使所述环保型生物炭基肥与农田土壤充分混合;
步骤三、在步骤二翻耕后的农田上壤中种植作物。
优选的,所述环保型生物炭基肥的最佳施用量为400~800千克/公顷。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
1、充分发挥了生物炭基肥环保经济,缓释效果好,活菌存活率高,肥效持久,提高作物产量等优点;
2、克服了目前市面上的生物炭基肥本身含有多环芳烃等有机污染物的不足,防止了多环芳烃等有机污染物随着肥料直接施入土壤,降低了土壤及其农产品的安全风险。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1是环保型生物炭基肥的制备流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例的环保型生物炭基肥的制备流程如图1所示,具体步骤如下:
1、生物炭的制备:500℃下,采用水稻秸秆粉碎物在限氧条件下,利用炭化炉热解4小时制备生物炭,研磨,过80目筛;
2、复合菌剂的制备:选择芽孢杆菌(CGMCC NO:1.4255),假单胞菌(CGMCC NO:1.3187),放线菌(ATCC NO:13684)混合配制,其重量配比为1∶1∶1。所用菌株均为常用菌株,购自中国普通微生物菌种保藏中心(CGMCC)和美国模式培养物集存库(ATCC)。
3、生物炭的固定化:将混合好的降解菌,接入液体培养基进行活化;取5ml接入装有500ml培养基的三角瓶中,摇瓶培养,制成种子培养基;生物炭质量和液体培养基体积的配比为1∶20,菌液浓度为108cfu/ml,添加生物炭进入发酵罐扩大培养。24小时后,利用碟式离心机对其进行固液分离,得到固定化后过的生物炭。
4、环保型生物炭基肥的制备:将固定化后过的生物炭和复合肥按照1∶1的比例进行混合,添加总量的1wt%的氧化淀粉作为粘合剂,制备得到环保型生物炭基肥。
本实施例的环保生物炭基肥的施用方法,该方法具体步骤如下:
1、将制得的环保生物炭基肥按照600千克/公顷施于土壤;
2、对施肥后的上壤表层0~15cm进行翻耕,使生物炭肥料与上壤充分混合;
3、种植青菜,40天后测量株高和干重;结果如表1所示:
表1
处理 株高cm 干重mg
空白对照 7.8 147
复合肥对照 4.2 50
秸秆生物炭 14.1 323
秸秆炭基肥 17.4 593
由表1可知,添加环保型生物炭基肥的青菜株高比空白对照增加了123.08%,比对照复合肥增加了314.29%,比秸秆生物炭增加了23.40%。
添加环保型生物炭基肥的青菜干重比空白对照增加了303.40%,比添加复合肥增加了1086%,比添加秸秆生物炭增加了83.59%。
实施例2
本实施例的环保生物炭基肥的制备流程如图1所示,具体步骤如下:
1、生物炭的制备:500℃(可为300℃~700℃中任意值,优选300℃~500℃间任意值)下,采用水稻秸秆粉碎物限氧条件下,利用炭化炉热解4小时(可为1~5小时中任意值)制备生物炭,研磨,过80目筛(可为20~100目筛,优选80~100目筛);
2、复合菌剂的制备:选择芽孢杆菌(ATCC NO:65374),假单胞菌(CGMCC NO:1.3187),放线菌(ATCC NO:13684),克雷伯氏菌(CGMCC NO:1.3718),混合配制;其重量配比为1∶1∶1∶1;所用菌株均为常用菌株,购自中国普通微生物菌种保藏中心(CGMCC)和美国模式培养物集存库(ATCC)。
3、生物炭的固定化:将混合好的降解菌,接入液体培养基进行活化。取5ml接入装有500ml培养基的三角瓶中,摇床培养,制成种子培养基。生物炭质量和液体培养基体积的配比为1∶20,菌液浓度为108cfu/ml(可为106~108cfu/ml中任意值),添加生物炭进入发酵罐扩大培养。24小时后,利用碟式离心机对其进行固液分离,得到固定化后的生物炭。
4、环保型生物炭基肥的制备:将固定化后的生物炭和自然果微生物肥料按照1∶1(可为1∶1~6,优选1∶1)的比例进行混合,添加总量的4wt%的石蜡-松香、琼脂的混合物作为粘合剂,制备得到环保型生物炭基肥。
本实施例的环保型生物炭基肥的施用方法,该方法具体步骤如下:
1、将制得的环保生物炭基肥按照600千克/公顷施于土壤;
2、对施肥后的土壤表层0~15cm进行翻耕,使生物炭肥料与土壤充分混合;
3、种植青菜,40天后测量株高和干重;结果如表2所示:
表2
处理 株高cm 干重mg
空白对照 7.8 147
微生物肥料对照 7.8 170
秸秆生物炭 14.1 323
秸秆炭基肥 16.2 503
由表2可知,添加环保型生物炭基肥的青菜株高比无添加的增加了107.69%,比添加自然果微生物肥料增加了107.69%,比添加秸秆生物炭增加了14.89%。
添加环保型生物炭基肥的青菜干重比无添加的增加了242.18%,比添加自然果微生物肥料8增加了195.59%,比添加秸秆生物炭增加了55.73%。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种环保型生物炭基肥,其特征在于,所述环保型生物炭基肥是通过包括如下步骤的方法制得的:
步骤一、将农林废弃物风干、粉碎;
步骤二、将步骤一所得粉碎物在300℃~700℃限氧热解1~5小时,冷却至室温,研磨,过筛,得生物炭;
步骤三、将菌液浓度为106~108cfu/ml的持久性有机污染物降解复合菌剂与所述生物炭混合发酵10~24h,固液分离,得固定化后的生物炭,室温保存;
步骤四、将重量比为1∶(1~6)的肥料与所述固定化后的生物炭混合,得混合物,添加占所述混合物总重1~4wt%的粘合剂,充分搅拌,混匀,即得所述环保型生物炭基肥。
2.如权利要求1所述的环保型生物炭基肥,其特征在于,所述农林废弃物为园林树枝、水稻秸秆、稻壳、棉花秸秆、沼渣中的一种或几种的混合物。
3.如权利要求1所述的环保型生物炭基肥,其特征在于,所述过筛为过20~100目筛。
4.如权利要求3所述的环保型生物炭基肥,其特征在于,所述生物炭的粒径为80~100目。
5.如权利要求1所述的环保型生物炭基肥,其特征在于,所述限氧热解的温度为300℃~500℃。
6.如权利要求1所述的环保型生物炭基肥,其特征在于,所述持久性有机污染物降解复合菌剂中降解菌为枯草芽孢杆菌、多粘类芽孢杆菌、假单胞菌、放线菌、氮单胞菌、克雷伯氏菌、曲霉中几种的混合。
7.如权利要求1所述的环保型生物炭基肥,其特征在于,所述肥料为有机肥、无机肥、复合肥或纳米肥;所述肥料与固定化后的生物炭的重量比为1∶1。
8.如权利要求1所述的环保型生物炭基肥,其特征在于,所述粘合剂为氧化淀粉、石蜡-松香、琼脂、五水偏硅酸钠和聚氨酯中的一种或几种。
9.一种如权利要求1所述的环保型生物炭基肥的施用方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一、将所述环保型生物炭基肥按照100~1000千克/公顷施于农田土壤中;
步骤二、对已经施肥的土壤表层0~20cm进行翻耕,使所述环保型生物炭基肥与农田土壤充分混合;
步骤三、在步骤二翻耕后的农田上壤中种植作物。
10.如权利要求9所述的环保型生物炭基肥的施用方法,其特征在于,所述环保型生物炭基肥的最佳施用量为400~800千克/公顷。
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