CN104119196A

CN104119196A - 一种适用于渤海粮仓示范区的生物活性复混肥料

Info

Publication number: CN104119196A
Application number: CN201410398878.5A
Authority: CN
Inventors: 张晓冬; 李湛; 隋学艳; 亓延凤; 丁汉凤; 李维生
Original assignee: SHANDONG YELLOW RIVER DELTA ECOLOGICAL AGRICULTURE Co Ltd
Current assignee: SHANDONG YELLOW RIVER DELTA ECOLOGICAL AGRICULTURE Co Ltd
Priority date: 2014-08-14
Filing date: 2014-08-14
Publication date: 2014-10-29
Anticipated expiration: 2034-08-14
Also published as: CN104119196B

Abstract

本发明公开了一种适用于渤海粮仓示范区的生物活性复混肥料。本发明以风化煤、糠醛渣、木糖渣为底物，采用微生物发酵法生产的活性基质，然后以活性基质、无机基质、氮肥、磷肥、钾肥为基本原料经圆盘造粒制得。其中，营养元素按N：P₂O₅：K₂O＝12-14：10-11：4-7的质量比例组合。本发明的肥料活性腐植酸含量高、营养元素配比合理、肥效持续时间长、加工与施用工艺简单、可满足机械化和一次性施肥要求，经济和生态效益显著，属环境友好型肥料。

Description

一种适用于渤海粮仓示范区的生物活性复混肥料

技术领域

本发明涉及一种肥料，具体涉及一种适用于渤海粮仓示范区的生物活性复混肥料。

背景技术

中低产田是制约当前粮食持续稳定增产、农业可持续发展的重要因子，也是增产粮食的重要突破口。环渤海地区是我国重要的农产品生产基地和经济快速发展区域，然而受淡水资源匮乏和土壤瘠薄、盐碱等因素制约，环渤海4省(市)中，有4000多万亩的中低产田和1000多万亩的盐碱荒地，粮食增产潜力巨大。2013年，中科院、科技部联合河北、山东、辽宁和天津，开始实施国家重大科技支撑计划项目“渤海粮仓科技示范工程”。该项目面向国家粮食安全重大需求，针对环渤海中低产区和盐碱荒地淡水资源匮乏、土壤瘠薄、盐碱制约粮食生产问题，加强粮食生产与中低产田治理工作，并在当地建立粮食增产示范区，促进改造盐碱地、推进中低产区增粮增效及科技创新水平的不断提高。

施肥是克服土壤瘠薄和促进作物生长的最有效的途径。腐植酸是一种高分子非均一的复杂的芳香族多羟基羧基物质，具有肥料增效、改良土壤、刺激作物生长、改善农产品质量等功能。其中：水溶性腐植酸由于可以被作物直接吸收，生物活性优于结合态腐植酸(与钙、镁等元素结合而生成的非水溶性腐植酸)。褐煤、泥炭和风化煤是目前农用腐植酸的主要来源，我国腐植酸虽然储量高，但多为结合态腐植酸，其亲水胶体性、阳离子交换性、生理活性、络合能力及较强的吸附和粘结能力等基本特性难以表现，品质较低。

提高水溶性腐植酸含量的过程称为“活化”。目前常见的活化方法有以下4中：(1)酸化或碱化法，例如：“一种用褐煤制备水溶性腐植酸氮钾肥的方法”(申请号201210168603.3)公开了一种将褐煤粉碎达100目以上，加入纯度为99.9％的氢氧化钾1～3％，搅拌10～20分钟，混合均匀，水分控制在30～35％，密封堆放7～10天，得腐植酸钾，再按照氮：磷：钾＝10：0：15的比例向所述腐植酸钾中加入氮肥和钾肥，制备水溶性腐植酸氮钾肥的方法；“一种腐植酸农用精准活化技术及其应用”(申请号200710016896.2)公开了一种利用碳酸氢铵和氢氧化钠活化腐植酸的技术；“高含量有机无机复混肥”(申请号200610047478.5)提供一种高含量有机无机复混肥，由以下物质(按重量计)：腐植酸30-35份、磷酸一铵20-25份、尿素13-15份、硫酸铵5-8份、氯化钾13-15份、红土3-5份、膨润土5-10份和硫酸或食用碱调节剂0.5-1份混合组成。(2)超声波法，例如：钟世霞等人在《超声波活化风化煤腐植酸的影响研究》(山东农业大学学报，2014，45(1):006－009)一文中介绍了一种利用利用超声波活化风化煤腐植酸的方法，最佳活化条件为水煤比8:1、超声波功率200W、时间25min。(3)酶降解法，例如：“利用活化技术生产的腐植酸生物活性肥料及其制备与应用”(ZL201110149777.0)公开了一种利用50～70份风化褐煤、5～15份尿素、5～20份磷酸一铵、4～15份氯化钾、2～5份微量元素、3～5份引发剂(氨水与硫酸钾1：0.1～0.5质量比的组合)、1～5份生物活化剂(木质素过氧化物酶、铜/锌过氧化物酶、锰过氧化物酶之一或组合)、5～15份粘合剂(为凹凸棒粉、膨润土、氧化镁、轻质碳酸钙中的之一或组合)；经过降解活化和制粒整形，制备腐植酸生物活性肥料的方法。(4)微生物发酵法，例如：“生化活性腐植酸有机肥料”(申请号03116246.0)公开了一种利用风化煤、畜禽粪便、碳铵、尿素、氢氧化钾等，通过添加菌剂发酵，制备生化活性腐植酸有机肥料的发法。“一种高活性腐植酸生物肥料的制备方法”(申请号201310013346.0)中公开了一种利用矿源腐植酸20-30％、畜禽粪便40-60％、秸秆5-10％、废菌棒5-8％、玉米芯5-7％、无机养分1-5％、助剂0.1-2％和复合生物发酵剂0.5-2％，通过微生物发酵制备腐植酸生物有机肥的方法；“腐植酸有机生物复合肥”(申请号200710016897.7)公开了一种利用活化腐植酸、鸡粪、生物菌，通过发酵制备腐植酸有机生物复合肥的方法。

以上4种技术的不足之处在于：(1)酸化或碱化法的生产过程中强酸或强碱的用量较大，危险性和污染性较强，生产和设备成本也相对较高。(2)超声波法虽然流程简单，但是生产设备价格昂贵，前期投入较大。(3)酶降解法对反应条件的要求较高，在实际生产中，反应条件不宜控制导致活化效果受影响。此外，生物酶的价格昂贵，推广应用受限。(4)微生物发酵法对生产条件要求不高，且原料便宜易得，流程简单，是目前应用最多的一种活化方法。但是，目前微生物发酵多以畜禽粪便为重要的原料组分，畜禽粪便里的病原菌、激素、抗生素、重金属等有害物质会残留在生物肥料中，对环境造成二次污染。另一方面，生产工艺受“生物有机肥”标准(NY884)影响，多以有效活菌数和有机质含量为衡量指标，忽视了水溶性腐植酸和营养元素的含量，导致水溶性腐植酸的生物活性优势不能得到充分发挥和利用，失去了添加腐植酸原料的意义，并且营养元素含量低，施用生物有机肥的同时，还要再施用一定量的化学肥料，无法满足一次性施肥的要求。此外，忽视种植作物的生长需求和施用土壤的地域差别，没有针对土质特点和种植方式相似的某一地理区域研发专用生物活性复混肥料。

发明内容

渤海粮仓示范区以中低产田和盐碱地为主，土质多为石灰性潮土，耕层土壤有机质平均含量低于7.0g/kg，速效养分易固定或流失，种植作物为玉米、小麦等粮食作物，一年两熟或玉米一年一熟。本发明目的旨在弥补现有生物活性肥料研发技术的不足，根据渤海粮仓示范区的土质特点和小麦、玉米等粮食作物的生长特性，生产一种满足机械化和一次性施肥要求的生物活性复混肥料。

本发明所采用的技术方案如下：一种适用于渤海粮仓示范区的生物活性复混肥料，以活性基质、无机基质、氮肥、磷肥、钾肥为基本原料，经圆盘造粒制得；其中，氮肥、磷肥和钾肥按N：P₂O₅：K₂O＝12-14：10-11：4-7的质量比例组合。

所述的氮肥选自尿素或碳酸氢铵；所述的磷肥选自磷酸一铵或磷酸二铵；所述的钾肥选自硫酸钾或氯化钾；氮肥、磷肥和钾肥的总量为生物活性复混肥料总量的55-60wt％。

所述的无机基质选自膨润土、凹凸棒粉或高岭土；其用量为生物活性复混肥料总量的4-5wt％。

所述的活性基质用量为生物活性复混肥料总量的36-41wt％。所述的活性基质的制备方法如下所示。

进一步，优选的生物活性复混肥料，原料配方如下列A-C之一：

A.一种生物活性复混肥料，其组分及其质量份为：活性基质40份、膨润土4份、尿素21份、磷酸一铵23份、氯化钾12份。

该生物活性复混肥料养分含量为N：P₂O₅：K₂O＝12：10：7；该配方适合中产田使用。

B.一种生物活性复混肥料，其组分及其质量份为：活性基质36份、膨润土5份、尿素24份、磷酸一铵25份、氯化钾10份。

该生物活性复混肥料养分含量为N：P₂O₅：K₂O＝14：11：6；该配方适合低产田使用。

C.一种生物活性复混肥料，其组分及其质量份为：活性基质40份、膨润土4份、尿素25份、磷酸一铵23份、硫酸钾8份。

该生物活性复混肥料养分含量为N：P₂O₅：K₂O＝14：10：4；该配方适合盐碱地使用。

本发明生物活性复混肥料的制备方法，包括以下步骤：

(1)活性基质的制备

将40-60质量份风化煤、20-30质量份糠醛渣和20-30质量份木糖渣粉碎至颗粒直径为0.1-0.3mm，并与3-4质量份碳酸氢铵和0.2-0.3质量份秸秆腐熟剂(光合菌群、乳酸菌群、酵母菌群等组成的复合菌种，有效活菌数在200亿/克以上)混合均匀，调整混合料的含水量为40-50wt％，pH值6.5-7；将混合料堆成高度1-1.5米、宽度不小于2米的梯形，自上而下按照5-9孔/m²的密度打孔通气(孔直径径0.2-0.5米，深度1-1.5米)，表面覆盖塑料布或塑料薄膜，进行发酵；待堆温升至60℃开始计时，每5-7d翻堆一次，发酵28-35d后，晾晒至含水量30-40wt％，得活性基质。

进一步，优选的活性基质的制备方法如下列D-F之一：

D.将60质量份风化煤、20质量份糠醛渣、20质量份木糖渣粉碎至颗粒直径为0.1-0.3mm，并与4质量份碳酸氢铵和0.2质量份秸秆腐熟剂混合均匀进行发酵，每7d翻堆一次，发酵28d后，晾晒至含水量30-40wt％，得活性基质。

E.将40质量份风化煤、30质量份糠醛渣、30质量份木糖渣粉碎至颗粒直径为0.1-0.3mm，并与3质量份碳酸氢铵和0.3质量份秸秆腐熟剂混合均匀进行发酵，每7d翻堆一次，发酵35d后，晾晒至含水量30-40wt％，得活性基质。

F.将50质量份风化煤、20质量份糠醛渣、30质量份木糖渣粉碎至颗粒直径为0.1-0.3mm，并与3质量份碳酸氢铵和0.3质量份秸秆腐熟剂混合均匀进行发酵，每7d翻堆一次，发酵35d后，晾晒至含水量30-40wt％，得活性基质。

(2)圆盘造粒

将活性基质、无机基质、氮肥、磷肥和钾肥粉碎至颗粒直径为0.1mm-0.3mm。按比例称取各原料组分，搅拌混合均匀，得混合料，送至圆盘造粒机内造粒，造粒后经40℃-50℃干燥至含水量≤12wt％，即得生物活性复混肥料。

进一步优选的，将干燥后含水量≤12wt％的生物活性复混肥料进一步筛取直径为3.35mm-5mm的颗粒，作为生物活性复混肥料的成品。

本发明的生物活性复混肥料的施用方法如下：

本发明的生物活性复混肥料可作为基肥一次性施入，施用量750-1125kg/hm²，施肥深度为8-10cm。

施肥方式优选用圆盘式精播机，进行播种作业的同时一次性施入小麦或玉米种子的下方，覆土后按本领域常规技术进行田间管理。

本发明的效果如下：

1、活性腐植酸含量大幅度提高

本发明在综合对比几种常见活化方法的基础上，以风化煤、糠醛渣、木糖渣为底物，采用微生物发酵法生产的活性基质中的水溶性腐植酸含量可由最初的0.7wt％提高至16.1wt％。施用后，养分的吸收率、利用率、土壤理化性状都得到明显提高和改善。

2、营养元素配比合理，肥效持续时间长

本发明根据渤海粮仓示范区的土质特点和小麦、玉米等粮食作物的生长特性配置而成，营养元素配比合理，针对性强。氮磷钾等大量元素经活性基质和无机基质包裹后形成外形相对固定的圆形颗粒，减少了与土壤颗粒的接触面积，降低了营养元素的分解、转化和吸收速率，肥料养分释放期可延长10d-15d，肥料当季利用率可提高5％-10％。

3、加工与施用工艺简单，施肥成本低

本发明使用风化煤、糠醛渣、木糖渣等工业废弃物生产活性基质和生物活性复混肥料，大大降低了原料成本。与此同时，也为工业废弃物的再利用开辟了新的途径。通过优化原料组分和配比，可使混合原料的pH值和含水量达到发酵和造粒的最佳状态，并通过常规堆肥和圆盘造粒即可实现活性基质和生物活性复混肥料的生产，工艺简单，且无需添加特殊设备，生产成本低。此外，球形肥料可满足机械化和一次性施肥的要求，施肥成本低，便于推广。

4、经济和生态效益更加明显

本发明根据渤海粮仓示范区的土质特点和小麦、玉米等粮食作物的生长特性加工而成，产品偏酸性，可活化土壤中的固定态磷，增加土壤供给的速效磷的含量，加之活性腐植酸含量高、营养元素配比合理肥、效持续时间长等原因，小麦、玉米等粮食作物可增产16.9-23.7％。此外，本发明的生产过程无粉尘、废水、二氧化碳等废气排放，无病原菌、激素、抗生素、重金属等有害物质残留，不对环境产生二次污染，属环境友好型肥料。

具体实施方式

实施例中所用的风化煤由内蒙大地腐植酸有限公司生产，有机质含量52.4wt％，水溶性腐植酸含量0.7wt％；膨润土由潍坊华潍膨润土集团股份有限公司生产；糠醛渣来自山东康达糠醛厂，纤维素类物质含量79.1wt％；木糖渣来自山东龙力生物科技有限公司，木质素类物质含量36.2wt％；尿素(46-0-0)由山东鲁南化肥厂生产，磷酸一铵(11-44-0)由湖北湘云化工股份公司生产，硫酸钾(0-0-51)由国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司生产，氯化钾(0-0-60)由山东海化集团生产，秸秆腐熟剂由山东金利丰生物科技股份有限公司生产。

实施例1：

一种生物活性复混肥料，以活性基质、无机基质、氮肥、磷肥、钾肥为基本原料，各组分的质量份为：活性基质40份、膨润土4份、尿素21份、磷酸一铵23份、氯化钾12份。

制备方法如下：

(1)活性基质的制备：将60质量份风化煤、20质量份糠醛渣、20质量份木糖渣粉碎至颗粒直径为0.1-0.3mm，并与4质量份碳酸氢铵和0.2质量份秸秆腐熟剂混合均匀进行发酵，每7d翻堆一次，发酵28d后，晾晒至含水量30-40wt％，得活性基质。

(2)将活性基质、无机基质、氮肥、磷肥、钾肥并粉碎至颗粒直径为0.1mm-0.3mm。按比例称取各原料组分，搅拌混合均匀，得混合料，送至圆盘造粒机内造粒，造粒后经40℃-50℃干燥至含水量≤12wt％，筛取直径为3.35mm-5mm的颗粒，即得生物活性复混肥料。

该生物活性复混肥料养分含量为N：P₂O₅：K₂O＝12：10：7；该配方适合中产田使用。本发明的肥料使用圆盘式精播机进行小麦播种作业的同时一次性施入种子的下方，后覆土。施用量1125kg/hm²，施肥深度为8-10cm。

实施例2：

一种生物活性复混肥料，以活性基质、无机基质、氮肥、磷肥、钾肥为基本原料，各组分的质量份为：活性基质36份、膨润土5份、尿素24份、磷酸一铵25份、氯化钾10份。

制备方法如下：

(1)活性基质的制备：将40份风化煤、30份糠醛渣、30份木糖渣粉碎至颗粒直径为0.1-0.3mm，并与3份碳酸氢铵和0.3份秸秆腐熟剂混合均匀进行发酵，每7d翻堆一次，发酵35d后，晾晒至含水量30-40wt％，得活性基质。

该生物活性复混肥料养分含量为N：P₂O₅：K₂O＝14：11：6；该配方适合低产田使用。本发明的肥料使用圆盘式精播机进行玉米播种作业的同时一次性施入种子的下方，后覆土。施用量1125kg/hm²，施肥深度为8-10cm。

实施例3：

一种生物活性复混肥料，以活性基质、无机基质、氮肥、磷肥、钾肥为基本原料，各组分的质量份为：活性基质40份、膨润土4份、尿素25份、磷酸一铵23份、硫酸钾8份。

制备方法如下：

(1)活性基质的制备：将50份风化煤、20份糠醛渣、30份木糖渣粉碎至颗粒直径为0.1-0.3mm，并与3份碳酸氢铵和0.3份秸秆腐熟剂混合均匀进行发酵，每7d翻堆一次，发酵35d后，晾晒至含水量30-40wt％，得活性基质。

该生物活性复混肥料养分含量为N：P₂O₅：K₂O＝14：10：4；该配方适合盐碱地使用。本发明的肥料使用圆盘式精播机进行玉米播种作业的同时一次性施入种子的下方，后覆土。施用量1125kg/hm²，施肥深度为8-10cm。

大田试验结果：

对比例：农民传统施肥方式，小麦和玉米基肥均为复合肥(15-15-15，山东史丹利化肥股份有限公司生产)750kg/hm²，其他管理措施相同。

以上实施例1～3和对比例的应用效果如下：

试验时间：2012年-2014年。

试验地点：山东垦利县、河北黄骅县

试验设置和供试品种：山东垦利县和河北黄骅县分别安排实施例1-3及对比试验，试验区分别为3.3亩和2.7亩，供试小麦品种为鲁原502，供试玉米品种为鲁单818。

应用效果平均结果见表1。分别于对比例相比，实施例1、实施例2和实施例3分别增产了16.94％、22.72％和23.67％，纯收益分别增幅18.76％、27.43％和28.52％。由此可见，施用本发明的土壤改良剂可以显著提高小麦、玉米等粮食作物的产量，增加农民纯收益。

表1.与对比例相比实施例1-3的增产效果

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种适用于渤海粮仓示范区的生物活性复混肥料，其特征是，以活性基质、无机基质、氮肥、磷肥、钾肥为基本原料，经圆盘造粒制得；其中，氮肥、磷肥和钾肥按N：P₂O₅：K₂O＝12-14：10-11：4-7的质量比例组合，氮肥、磷肥和钾肥的总量为生物活性复混肥料总量的55-60wt％；所述无机基质为生物活性复混肥料总量的4-5wt％；所述的活性基质为生物活性复混肥料总量的36-41wt％；

所述活性基质由下述方法制备得到：将40-60质量份风化煤、20-30质量份糠醛渣和20-30质量份木糖渣粉碎至颗粒直径为0.1-0.3mm，并与3-4质量份碳酸氢铵和0.2-0.3质量份秸秆腐熟剂混合均匀进行发酵，待堆温升至60℃开始计时，每5-7d翻堆一次，发酵28-35d后，晾晒至含水量30-40wt％，得活性基质。

2.如权利要求1所述的生物活性复混肥料，其特征是，所述的氮肥选自尿素或碳酸氢铵；所述的磷肥选自磷酸一铵或磷酸二铵；所述的钾肥选自硫酸钾或氯化钾；所述的无机基质选自膨润土、凹凸棒粉或高岭土。

3.如权利要求2所述的生物活性复混肥料，其特征是，所述活性基质进行发酵时，调整混合料的含水量为40-50wt％，pH值6.5-7；将混合料堆成高度1-1.5米、宽度不小于2米的梯形，自上而下按照5-9孔/m²的密度打孔通气，表面覆盖塑料布或塑料薄膜。

4.如权利要求2所述的生物活性复混肥料，其特征是，所述生物活性复混肥料的组分及其质量份为：活性基质40份、膨润土4份、尿素21份、磷酸一铵23份、氯化钾12份。

5.如权利要求2所述的生物活性复混肥料，其特征是，所述生物活性复混肥料的组分及其质量份为：活性基质36份、膨润土5份、尿素24份、磷酸一铵25份、氯化钾10份。

6.如权利要求2所述的生物活性复混肥料，其特征是，所述生物活性复混肥料的组分及其质量份为：活性基质40份、膨润土4份、尿素25份、磷酸一铵23份、硫酸钾8份。

7.如权利要求1-6中任意一项所述的生物活性复混肥料，其特征是，所述活性基质由下述方法制备得到：将60质量份风化煤、20质量份糠醛渣、20质量份木糖渣粉碎至颗粒直径为0.1-0.3mm，并与4质量份碳酸氢铵和0.2质量份秸秆腐熟剂混合均匀进行发酵，每7d翻堆一次，发酵28d后，晾晒至含水量30-40wt％，得活性基质。

8.如权利要求1-6中任意一项所述的生物活性复混肥料，其特征是，所述活性基质由下述方法制备得到：将40质量份风化煤、30质量份糠醛渣、30质量份木糖渣粉碎至颗粒直径为0.1-0.3mm，并与3质量份碳酸氢铵和0.3质量份秸秆腐熟剂混合均匀进行发酵，每7d翻堆一次，发酵35d后，晾晒至含水量30-40wt％，得活性基质。

9.如权利要求1-6中任意一项所述的生物活性复混肥料，其特征是，所述活性基质由下述方法制备得到：将50质量份风化煤、20质量份糠醛渣、30质量份木糖渣粉碎至颗粒直径为0.1-0.3mm，并与3质量份碳酸氢铵和0.3质量份秸秆腐熟剂混合均匀进行发酵，每7d翻堆一次，发酵35d后，晾晒至含水量30-40wt％，得活性基质。

10.一种制备权利要求1-6中任意一项所述的生物活性复混肥料的方法，其特征是，将活性基质、无机基质、氮肥、磷肥和钾肥粉碎至颗粒直径为0.1mm-0.3mm；按比例称取各原料组分，搅拌混合均匀，得混合料，送至圆盘造粒机内造粒，造粒后经40℃-50℃干燥至含水量≤12wt％，即得生物活性复混肥料。