CN103833445A

CN103833445A - 一种有机农业生物炭复合肥的制备方法

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Publication number: CN103833445A
Application number: CN201410096749.0A
Authority: CN
Inventors: 蔺兴武
Original assignee: Institute of Soil Science of CAS
Current assignee: Institute of Soil Science of CAS
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2034-03-17
Also published as: CN103833445B

Abstract

本发明涉及一种有机农业生物炭复合肥的制备方法，包括如下步骤：1）将风干后的作物秸秆或家禽家畜粪在炭化炉中高温裂解，冷却后收集生物炭；2）将生物炭与家禽家畜粪、磷矿粉混合，然后加入EM菌液和水，控制水分含量40～50%，搅拌混匀后倒入发酵池进行密闭发酵；3）将腐熟后的发酵物进行烘干，使发酵物含水量为20～30%；4）烘干后的发酵物与钾矿粉、粘土进行混合，混合均匀后进行粉碎；5）将粉碎后的物料进行造粒，再进行干燥后得到生物炭复合肥。本发明涉及的生物炭复合肥所含组分均为中国有机产品国家标准允许使用的组分，经物理过程加工而成，可在有机农田中使用，填补了有机农业生物炭复合肥的空白。

Description

一种有机农业生物炭复合肥的制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合肥，具体涉及一种生物炭复合肥，更具体的涉及一种符合有机农业标准的有机农业生物炭复合肥的制备方法。

背景技术

有机农业在生产过程中不使用化学合成物质，降低了化肥和农药等化学产品施用造成的环境污染，可为人类提供更加安全的食品。据FiBL～IFOAM （2013）统计，1999～2011年全世界有机农业生产面积正以年均近20%的增速迅猛增长，2011年我国有机农业生产面积也达到了190万公顷。然而我国大部分地区土壤有机质含量低，土壤肥力较低，成为我国有机农业生产力提高的限制因素之一。因此，通过施用符合有机农业标准的有机肥增加土壤肥力，是提高我国有机农业生产力的关键技术之一。

在全球气候变暖背景下，农业有机废弃物（如作物秸秆和动物粪便等）还田，被认为是提升土壤碳库的重要措施之一。动物粪便与秸秆经腐熟以后，允许在有机农田中使用，然而有机废弃物一年内在农田土壤中碳截留率仅为2～21%，有机废弃物还田还可激发CH₄或N₂O温室气体的大量排放，这就大大降低了有机废弃物还田的固碳减排潜力。因此，如何提升施用有机肥维持地力的有机农田的固碳减排能力，对于减缓气候变暖具有重要意义。

将有机废弃物转化为生物炭并还田，其一年碳截留率高达90%以上。因此，生物炭还田可显著提高农田的固碳能力。生物炭是有机废弃物在低氧条件下经高温裂解（物理过程）制备而成，属于有机农业土壤培肥和土壤改良允许使用的物质。生物炭主要组分是高度芳香化难熔性的惰性物质，具有多孔性物理结构，近年来开始被用于提高土壤碳库、改善土壤肥力和降低土壤温室气体排放。生物炭在有机农田的使用，有望提升有机农田的固碳减排能力。

尽管生物炭含氮，但其有效性低，为满足作物生长需求，须配施氮、磷、钾肥。为防止施用时生物炭在空气中飞散，需将生物炭与肥料混合后制成炭基复合肥。尽管炭基缓释肥或炭基复合肥在中国专利查询系统中已有一些报道，但这些炭基肥均含中国有机产品国家标准（GB/T 19630.1～19630.4—2011）限制使用的化学合成物质，不能在有机农田中使用。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，在于提供一种成本低廉，符合有机农业标准，提升有机农田土壤肥力和固碳减排能力的有机农业生物炭复合肥的制备方法。

本发明的具体技术方案如下：

一种有机农业生物炭复合肥的制备方法，包括如下步骤：

1）将风干后的作物秸秆或家禽家畜粪在炭化炉中高温裂解，冷却后收集生物炭；

2）将10～20重量份生物炭与65～85重量份家禽家畜粪、3～5重量份磷矿粉混合，然后加入EM菌液，加水控制水分含量40～50%，搅拌均匀后倒入发酵池进行密闭发酵；

3）将腐熟后的发酵物进行烘干，使发酵物含水量为20～30%；

4）烘干后的发酵物与0～5重量份钾矿粉、2～5重量份粘土进行混合，混合均匀后进行粉碎；

5）将粉碎后的物料进行造粒，再进行干燥后得到生物炭复合肥；

步骤2）中所述EM菌液为EM原液加水稀释50倍得到，EM菌液的加入量为每吨物料中加入100～200 L EM菌液。

步骤1）中高温裂解时的温度为400～500℃，裂解时间为3～4小时，使有机物料充分裂解，形成性质稳定的生物炭材料。

步骤2）中密闭发酵的时间为10～15天，该发酵天数可保证堆肥充分腐熟，杀灭堆肥内的致病菌、虫卵和杂草种子。

步骤3）中的烘干温度为60～80℃，以保证堆肥内部益生菌的活性。

步骤1）中所述作物秸秆或家禽家畜粪选自玉米秸秆、水稻秸秆、鸡粪、猪粪中的一种。

本发明涉及的有机农业生物炭复合肥所含组分均为中国有机产品国家标准允许使用的组分，所使用的生物炭为作物秸秆或家禽家畜粪经高温裂解而成，添加的氮、磷和钾来自腐熟的家禽家畜粪及天然磷矿和钾矿。粘结剂为未经化学处理的粘土。以上原料均为《有机产品第1部分：生产》（GB/T 19630.1-2011）附录A.1和附录C1.1有机产品国家标准允许使用的物质，其制造过程均为物理过程，该有机农业生物炭复合肥可在有机农田中使用。填补了有机农业专用生物炭复合肥的空白。

申请人经研究发现，与不添加生物炭的堆肥相比，生物炭与家禽家畜粪混合堆肥，可减少56～64%由于氨挥发造成的氮损失；同时可降低堆肥过程及施肥后农田14～52%的N₂O温室气体排放。因此，该有机农业专用生物炭复合肥不仅可满足作物生长的养分需求；同时提高土壤碳库和降低温室气体排放，从而提升有机农田的固碳减排能力。该生物炭复合肥在有机农田中的应用可实现环境与食品安全、提升土壤肥力和减缓气候变暖的结合，为有机农业提供了一个新的生态功能—“负碳”功能，让有机农田成为了一种 “负碳有机农业”模式。此外，该生物炭复合肥主要组分来自于农业有机废弃物及天然磷矿粉和钾矿粉，成本低廉，其在“负碳有机”模式的有机农业中具有广泛应用前景。

具体实施方式

以下结合具体实施例进一步说明本发明。

本发明所述的多少重量份的家禽家畜粪均指干重。

EM菌液为EM原液加水稀释50倍得到，EM菌液的加入量为每吨物料中加入100～200 L EM菌液，此处的物料指的是由生物炭、家禽家畜粪、磷矿粉混合后得到的物料。

实施例中所述混合堆肥、堆肥中NH₃挥发量及N₂O排放量的测试方法参见《猪粪堆肥过程保氮固磷及温室气体（N₂O）减排研究》. 环境科学, 2011, 32(7) : 2047-2055。

实施例中所述施用有机农业生物炭复合肥的土壤N₂O排放量的测试方法参见《不同种类氮肥对土壤释放N₂O的影响》. 1998, 9(2) : 176-180。

实施例1

1）将风干后的玉米秸秆在炭化炉中于500℃高温裂解4小时，冷却后收集生物炭，生物炭粉碎后过60目筛子，经冲刷下的生物炭备用；

2）将15重量份生物炭与71重量份鸡粪（干重）、5重量份磷矿粉混合，然后加入EM菌液，加水控制水分含量40%，搅拌混匀后倒入发酵池，密闭发酵12天；所述EM菌液为“百益宝”EM原液加水稀释50倍得到，EM菌液的加入量为每吨物料中加入100 L EM菌液；

3）将腐熟后的发酵物送入滚筒风干机中进行烘干，烘干温度为60～80℃，烘干至含水量20%；

4）烘干后的发酵物与4重量份钾矿粉、5重量份粘土进行混合，混合均匀后进行粉碎；

5）将粉碎后的物料倒入挤压造粒机中进行造粒，造粒后的物料输送到烘干机进行干燥，冷却后的物料过30目筛即为有机农业生物炭复合肥。

应用方法：该实施例得到的有机农业生物炭复合肥氮磷钾总含量为9%，建议在有机农田亩施用量为200～300公斤。

本实施例中采用15重量份由玉米秸秆制成的生物炭与71重量份鸡粪（干重）混合堆肥12天，经测量NH₃挥发量为227 mg kg^-1干物质、N₂O排放量为20 mg kg^-1干物质，与采用鸡粪直接堆肥12天NH₃挥发量和N₂O排放量相比，可减少堆肥过程55%的NH₃挥发和35%的N₂O排放。本实施例制得的有机农业生物炭复合肥施人土壤后，30天观测期内N₂O的排放量为3.2 mg kg^-1土壤，与将鸡粪堆肥施人土壤后N₂O的排放量相比降低了28%。由此可见，与传统堆肥相比，该生物炭复合肥生产和使用过程中均具有良好的降低温室气体排放的效果。

实施例2

1）将风干后的鸡粪在炭化炉中于450℃高温裂解3小时，冷却后收集生物炭，生物炭粉碎后过60目筛子，经冲刷下的生物炭备用；

2）将20重量份生物炭与70重量份鸡粪（干重）、4重量份磷矿粉混合，然后加入EM菌液，加水控制水分含量45%，搅拌混匀后倒入发酵池，密闭发酵10天；所述EM菌液为“农富康”EM原液加水稀释50倍得到，EM菌液的加入量为每吨物料中加入150 L EM菌液；

3）将腐熟后的发酵物送入滚筒风干机中进行烘干，烘干温度为60～80℃，烘干至含水量30%；

4）烘干后的发酵物与2重量份钾矿粉、4重量份粘土进行混合，混合均匀后进行粉碎；

应用方法：该实施例得到的有机农业生物炭复合肥氮磷钾总含量为12%，建议在有机农田亩施用量为200～300公斤。

本实施例中采用20重量份由鸡粪制备的生物炭与70重量份鸡粪（干重）混合堆肥10天，经测量NH₃挥发量及N₂O排放量分别为162 mg kg^-1 干物质和13 mg kg^-1干物质，与采用鸡粪直接堆肥10天的NH₃挥发量和N₂O排放量相比，可减少堆肥过程64%的NH₃挥发和52%的N₂O排放。本实施例制得的有机农业生物炭复合肥施人土壤后，30天观测期内N₂O的排放量为2.8 mg kg^-1土壤，与将鸡粪堆肥施人土壤后N₂O的排放量相比降低了36%。由此可见，与传统堆肥相比，该生物炭复合肥生产和使用过程中均具有良好的降低温室气体排放的效果。

实施例3

1）将风干后的水稻秸秆在炭化炉中于400℃高温裂解4小时，冷却后收集生物炭，生物炭粉碎后过60目筛子，经冲刷下的生物炭备用；

2）将10重量份生物炭与83重量份猪粪（干重）、3重量份磷矿粉混合，然后加入EM菌液，加水控制水分含量50%，搅拌混匀后倒入发酵池，密闭发酵15天；所述EM菌液为“如金”EM菌液加水稀释50倍得到，EM菌液的加入量为每吨物料中加入200 L EM菌液；

3）将腐熟后的发酵物送入滚筒风干机中进行烘干，烘干温度为60～80℃，烘干至含水量25%；

4）烘干后的发酵物与5重量份钾矿粉、2重量份粘土进行混合，混合均匀后进行粉碎；

应用方法：该实施例得到的有机农业生物炭复合肥氮磷钾总含量为8%，建议在有机农田亩施用量为200～300公斤。

本实施例中采用10重量份由水稻秸秆制成的生物炭与83重量份猪粪（干重）混合堆肥15天，经测量NH₃挥发量及N₂O排放量分别为222 mg kg^-1干物质和14 mg kg^-1干物质，与采用猪粪直接堆肥15天的NH₃挥发量和N₂O排放量相比，可减少堆肥过程45%的NH₃挥发和26%的N₂O排放。本实施例制得的有机农业生物炭复合肥施人土壤后，30天观测期内N₂O的排放量为2.2 mg kg^-1土壤，与将猪粪堆肥施人土壤后N₂O的排放量相比降低了14%。由此可见，与传统堆肥相比，该生物炭复合肥生产和使用过程中均具有良好的降低温室气体排放的效果。

Claims

1.一种有机农业生物炭复合肥的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

3）将腐熟后的发酵物进行烘干，使发酵物含水量为20～30%；

2.根据权利要求1所述的有机农业生物炭复合肥的制备方法，其特征在于步骤1）中高温裂解时的温度为400～500℃，裂解时间为3～4小时。

3.根据权利要求1所述的有机农业生物炭复合肥的制备方法，其特征在于步骤2）中密闭发酵的时间为10~15天。

4.根据权利要求1所述的有机农业生物炭复合肥的制备方法，其特征在于步骤3）中的烘干温度为60～80℃。

5.根据权利要求1所述的有机农业生物炭复合肥的制备方法，其特征在于步骤1）中所述作物秸秆或家禽家畜粪选自玉米秸秆、水稻秸秆、鸡粪、猪粪中的一种。