CN104557272A - 利用紫茎泽兰制备袋装控释肥的方法 - Google Patents

利用紫茎泽兰制备袋装控释肥的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用紫茎泽兰制备袋装控释肥的方法。该方法包括如下步骤：a、将紫茎泽兰地上植株分为紫色茎秆原料和非紫色茎秆原料两部分；b、将非紫色茎秆原料进行炭化，制得生物质炭；c、将紫色茎秆原料制成可透水的生物质袋面；d、将生物质袋面与透明、不透水的生物降解膜制作成控释袋；e、将生物质炭、通过有益微生物发酵腐熟的草炭、无机养分按一定比例混合，装入控释袋封装后即得产品。本发明控释肥可根据作物对养份的需求同步释放养份，可有效防止下雨或浇水作业后淋溶养份的流失，养分利用率比现有缓控释肥提高5-16％，更加节约环保。本发明将入侵植物紫茎泽兰变废为宝，发挥了巨大的生态效益和经济效益，值得推广应用。

Description

利用紫茎泽兰制备袋装控释肥的方法
技术领域
本发明属于林业生物技术领域，具体涉及一种利用紫茎泽兰制备袋装控释肥的方法以及紫茎泽兰的用途。
背景技术
传统的肥料施用后肥效较短，而作物吸收能力有限，因此施肥后短时间内养分难以被作物完全吸收，其后由于浇水、下雨冲淋、高温蒸发、土壤固定等原因，造成巨大的浪费，肥料养分利用率一般在30％左右。这种现象将不仅导致肥料的用量增大，农业生产成本提高，而且还会严重危害农业生态环境，危及食品安全。
近年来，科研人员已经对此问题展开了探索，并开发了多种缓释肥、控释肥。“缓释”是指养份释放速率远小于速溶性肥料施入土壤后转变为植物有效态养份的释放速率。而“控释”是指以各种调控机制使养份释放按照设定的释放模式(释放率和释放时间)与作物吸收养份的规律相一致。目前、市场上的缓控释肥类型较多，有机肥、无机肥都有涉及，主要有包膜型、包裹型、合成型缓溶性肥料、化学抑制型缓效肥料和基质改良型缓效肥料。这些肥料多为颗粒型缓释肥，其加工过程比较复杂，生产成本也比较高，普通老百姓目前暂且难以接受高价的颗粒型缓释肥。
可幸的是，新兴的袋装控释肥使上述难题得到了缓解，它与普通缓释肥最大的不同在于，普通缓释肥是通过肥料颗粒外包裹生物降解膜来达到控施作用，而袋装控释肥是利用肥料包装袋来控制养分的释放，其原理类似于“袋泡茶”，在控释袋上合理分布着大小适宜的小孔。在冬季和初春(或夜间)温度较低、雨水较少时，包装袋上的微孔会缩得很小，养分释放较少。而此时作物根系活动较少，需要养分也较少。在春夏(或白天)，随着温度的升高和雨水的增加，微孔会不断涨大，养分释放速度逐渐加快，此时作物根系活动也不断加快，所需养分也增加。这种肥料在作物的整个生长过程中会持续稳定地向外释放养分，养分的供给与作物的需要有很好的同步性，可使肥料的养分利用率达到70％左右。但目前，袋装控释肥主要是针对化肥而言，尚未见生物有机肥的袋装控释报道。
虽然袋控缓释肥的养分利用率可高达到70％左右，但在下雨或浇水后，仍然有30％左右的养分随水流失。如何进一步缓解下雨或浇水作业后的养分流失，成为了缓控释肥研发的瓶颈，也是未来研究缓控释肥的新课题。
为此，本发明将以紫茎泽兰为主要原料，制备一种可显著减缓下雨或浇水后养分流失的袋控缓释生物有机无机复混肥，以期在缓控释肥的养分利用率上有新的突破。
紫茎泽兰(Ageratina adenophora)为菊科多年生草本或亚灌木，原产中、南美洲的墨西哥至哥斯达黎加一带。在20世纪40年代由缅甸传入云南省临沧地区最南部的沧源、耿马等县，现已在西南地区的云南、贵州、四川、广西、重庆、湖北、西藏等省区广泛分布，并随西南风向东、北蔓延。到2012年，西南地区80％面积的土地都有紫茎泽兰分布，仅云南省的分布面积就达250多万公顷。由于紫茎泽兰的繁殖能力、对环境的适应能力极强，在干旱贫瘠的荒坡隙地、墙头、岩坎、石缝均能生长，扩散速度约为60千米/年。然而紫茎泽兰具有较强的毒性，所到之处寸草不生，牛羊中毒，严重破坏植被群落结构，影响生态环境、园林景观及农业生产，被称为植物界里的“杀手”、头号入侵植物。
我国西南地区具有丰富的紫茎泽兰资源，原料充足。开展紫茎泽兰的综合利用，可在一定程度上控制其野生资源的肆意蔓延，减轻紫茎泽兰对生态环境的破坏程度，而且还可以实现变恶为宝，发挥较大的经济效益和生态效益。目前，还未见利用紫茎泽兰制备缓释肥的报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用紫茎泽兰制备袋装控释肥的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：利用紫茎泽兰制备袋装控释肥的方法，包括如下步骤：
a、将紫茎泽兰地上植株分为紫色茎秆原料和非紫色茎秆原料两部分；
b、将非紫色茎秆原料进行炭化，制得生物质炭；
c、将紫色茎秆原料粉碎、磨浆，然后压制成可透水的生物质袋面；
d、将生物质袋面与透明、不透水的生物降解膜制作成控释袋；控释袋的一面为生物质袋面，控释袋的另一面为生物降解膜；
e、将生物质炭、通过有益微生物发酵腐熟的草炭、无机养分按一定比例混合，装入控释袋封装后即得产品。
其中，本领域技术人员可以理解的，一年生或以上紫茎泽兰的茎秆部分呈紫色，部分大致呈灰色，虽然没有明显的分界线，但是本发明只需要在两者分界的区域范围内截断即可，无需特别准确，因此可简单的将紫茎泽兰地上植株分为紫色茎秆原料和非紫色茎秆原料两部分，根据质地的不同合理使用。另外，本发明步骤c将紫色茎秆原料粉碎、磨浆，然后压制成可透水的生物质袋面，此处的生物质袋面其实就是生物降解膜，之所以命名为生物质袋面一是为了与步骤d的生物降解膜明显的区分，二是因为其用途是直接作为控释袋的袋面使用。
其中，上述方法步骤b是先将非紫色茎秆原料粉碎至3～5cm的茎段，然后置入炭化炉反应器，以升温速率5～10℃/min，升温至300～500℃炭化1～3小时，炭化后冷却、粉碎至100～200目，即得生物质炭。
其中，上述方法步骤c中，在磨浆过程中添加物料重量2～3％的生物磨浆助剂，并且在磨浆后的浆料中添加浆料15～30％壳聚糖混合均匀，然后再进行压制。
其中，上述方法步骤c压制成的生物质袋面具有若干孔，孔径0.1～0.3mm，孔间距3～10mm。本领域技术人员可以理解的是，压制过程中可通过调节送料的多少和压制的压力来控制生物质袋面的厚度以及孔的大小和间距，可无需专门进行打孔操作。
其中，上述方法步骤e中，物料重量配比为生物质炭10～20％、通过有益微生物发酵腐熟的草炭60～80％、无机养份10～20％。
其中，上述方法步骤e中，将生物质炭、通过有益微生物发酵腐熟的草炭、无机养分按一定比例混合后，氮磷钾总养分含量大于25％。
其中，上述方法步骤e中，草炭发酵采用的微生物菌种为Rw促腐剂。
进一步的，所述Rw促腐剂为固体粉末，主要成份为枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis 76亿/克和曲霉菌Aspergillus flavus 0.07亿/克，附加纤维素酶95U/g和蛋白酶52U/g，其含水量为15％，pH为6.7。
本发明还提供了紫茎泽兰用于制备控释袋的用途。
本发明还提供了紫茎泽兰用于制备袋装控释肥的用途。
本发明的有益效果是：本发明控释肥兼具生物肥、有机肥、无机肥的优势，养份全面、均衡，可根据作物对养份的需求同步释放养份。同时，将不透水的薄膜袋面朝下施用时，可有效防止下雨或浇水作业后淋溶养份的流失，养分利用率比现有缓控释肥提高5-16％，更加节约环保。此外，控释袋可大可小，能作为不同作物的基肥，施用便捷、准确、干净，还可减少追肥，降低劳动量。本发明的袋装控释肥尤其适用于各类果树、瓜菜、园林树木以及旱地作物的基肥应用，是现代农业的理想肥料。
附图说明
图1为本发明方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明利用紫茎泽兰制备袋装控释肥的方法，包括如下步骤：
a、将紫茎泽兰地上植株分为紫色茎秆原料和非紫色茎秆原料两部分；
b、将非紫色茎秆原料进行炭化，制得生物质炭；
c、将紫色茎秆原料粉碎、磨浆，然后压制成可透水的生物质袋面；
d、将生物质袋面与透明、不透水的生物降解膜制作成控释袋；控释袋的一面为生物质袋面，控释袋的另一面为生物降解膜；
e、将生物质炭、通过有益微生物发酵腐熟的草炭、无机养分按一定比例混合，装入控释袋封装后即得产品。
优选的，上述方法步骤b是先将非紫色茎秆原料粉碎至3～5cm的茎段，然后置入炭化炉反应器，以升温速率5～10℃/min，升温至300～500℃炭化1～3小时，炭化后冷却、粉碎至100～200目，即得生物质炭。本发明炭化过程产生的可燃性气体在炭化炉内燃烧，炭化过程中产生的木焦油送入冷却回收装置冷却净化，从而使炭化过程无污染产生。
优选的，上述方法步骤c中，在磨浆过程中添加物料重量2～3％的生物磨浆助剂，并且在磨浆后的浆料中添加浆料15～30％壳聚糖混合均匀，然后再进行压制。
优选的，上述方法步骤c压制成的生物质袋面具有若干孔，孔径0.1～0.3mm，孔间距3～10mm。该袋面朝上施用时，既可透气，有利于袋内的有益微生物活动，还可使袋内的养份缓慢释放，其释放规律与作物的养份所需基本一致。生物质袋面在土壤中于6个月后开始降解，一年之内可完全降解。不透水的生物降解膜施入土壤3-8个月开始降解，12个月内降解完毕；在降解之前，该袋面朝下施用可形成不透水的漏斗状结构，从而有效防止肥料中被土壤水分淋溶的养份流失，尤其是在雨天和浇水作业后。
优选的，上述方法步骤e中，物料重量配比为生物质炭10～20％、通过有益微生物发酵腐熟的草炭60～80％、无机养份10～20％。
优选的，上述方法步骤e中，将生物质炭、通过有益微生物发酵腐熟的草炭、无机养分按一定比例混合后，氮磷钾总养分含量大于25％。可由尿素、硫酸铵、钙镁磷肥、磷酸二氢钾、硼砂等，亦可添加4％的壳聚糖包膜尿素或6％壳聚糖包膜尿素，增加氮素的长效性。
优选的，上述方法步骤e中，草炭发酵采用的微生物菌种为Rw促腐剂。
进一步的，所述Rw促腐剂为固体粉末，主要成份为枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis 76亿/克和曲霉菌Aspergillus flavus 0.07亿/克，附加纤维素酶95U/g和蛋白酶52U/g，其含水量为15％，pH为6.7。
本发明发酵腐熟的草炭的可用以下方法制备：
将草炭与菌种混合，并加清水混匀，使其含水量在55-60％，然后将混物物料堆成宽1.5-2m、高1-1.5米的长条状堆体，进行好氧发酵。发酵场地的室温均须高于15℃，以确保加入的微生物菌种(Rw促腐剂)能发挥其活性。微生物菌种的用量是草炭质量的1/10000，使用时，将微生物菌种与玉米面按照1:10的比例混合均匀，并加入混合菌粉1/3-1/2倍20-35℃的温水，打破微生物菌种的休眠状态，激发菌种的活性。
发酵堆制期间，在堆体表面每隔1-1.5m戳一个直径1-2cm、深达堆体底部的小洞，使堆体内的废气散发，促进草炭的好氧发酵。堆制1-3天，通过以下方式监测温度：每天上午12点钟、下午2点钟测量堆体温度，在堆体高度的1/2位置水平插入三支温度计，深度为15cm，测定结果取三支温度计读数的平均数。待堆体的温度升至60℃以上后，每间隔4-5天翻堆一次，以改善堆体内的通气状况，并且可防止发酵温度超过70℃，从而分解发酵物料中的有机质。在翻堆的时候，将堆体表面的物料置于堆体中间部位，促其充分腐熟。维持堆体的温度处于60-70℃，从而有效分解物料中有害病菌和害虫。
维持堆体发酵温度在60-70℃堆制10-15天后，堆体的温度开始下降，待其下降至50℃以下时，将堆体平摊，促其自然干燥，平铺的厚度为15-30cm，每天翻堆一次，1-3天后，发酵物料降至室温，得腐熟物料。
本发明还提供了紫茎泽兰用于制备控释袋的用途。
本发明还提供了紫茎泽兰用于制备袋装控释肥的用途。
下面通过实施例对本发明的具体实施方式做进一步的说明，但并不因此将本发明的保护范围限制在实施例之中。
实施例1
本实施例以通过紫茎泽兰制备芒果专用袋控缓释肥为例。
紫茎泽兰地上植株于2013年6月12日采集于攀枝花市米易县公路边，根据紫茎泽兰地上植株的茎干颜色进行切割分类，共获得紫色茎秆原料10吨，非紫色茎秆原料40吨。
将10吨紫色茎秆原料粉碎至3-5cm的小段，然后置于磨浆机，添加重量比为2-3％的生物磨浆助剂磨成将糊状。然后添加重量比为15-30％壳聚糖与糊状液体中，置于模具中压制成生物质袋面。将生物质袋面与透明、可降解的生物降解膜袋面两侧粘贴，缝合成宽度为10cm的控释袋。根据芒果施肥的特点，要求施肥时，可降解的生物降解膜朝下。
将40吨非紫色茎秆原料粉碎至3-5cm的茎段，置入炭化炉进行炭化，炭化炉反应器的升温速率为9℃/min，炭化温度为400℃，时间为2小时，炭化过程产生的可燃性气体在炭化炉内燃烧，炭化过程中产生的木焦油送入冷却回收装置冷却净化。炭化物料冷却后粉碎至100-200目，得粉状炭化物料。
将10吨草炭置于有机肥生产车间的宽2m、高1.5m的长条状发酵槽，并与高温微生物菌种Rw促腐剂混合(作业时为下午3点，室温为25.6℃，Rw促腐剂河南鹤壁人元生物公司生产)，加入清水，使其含水量为58％，然后利用有机肥发酵翻抛机将配料搅拌均匀，进行好氧发酵，发酵期间，在草质原料堆体表面每隔1m戳一个直径1-2cm、深达堆体底部的小洞，促使堆体内的废气散发。微生物菌种的用量为1kg，使用时，将微生物菌种与10kg玉米面混合均匀，并加入5kg 22℃的自来水，打破微生物固态菌种的休眠状态，激发菌种的活性。堆制1-3天，每天上午12点钟、下午2点钟测量堆体温度，在草质原料堆体高度的1/2位置水平插入三支温度计，深度为15cm，测定结果取三支温度计读数的平均数。堆制第三天12点的温度上升至62℃，此后每间隔4天利用有机肥翻抛机翻抛一次，以改善堆体内的通气状况，并且可防止发酵温度超过70℃，从而分解发酵物料中的有机质。堆体发酵温度在60-70℃维持12天后开始下降，4天后，下降至48.9℃，此时将堆体平摊，厚度为25cm，每天翻堆一次，促其自然干燥，2天后，发酵物料降至室温，得腐熟草炭。
根据芒果所需养分以及上述发酵草炭和生物质炭的养分情况，混配总重量为1吨的控释肥，需添加尿素124kg、硫酸锌5.36kg、硼砂41.2kg、硫酸锰14.72kg、硫酸镁70kg、硫酸钾57kg、磷酸二氢钾112kg的无机养分。使缓释肥的总养分比例全氮：P2O5：K2O为18:15:16。
将上述无机养分、60kg生物质炭、515kg发酵草炭与装袋机中装入控释袋，控释袋的长度设为16.2cm，然后装入40公斤的肥料专用袋，入库保存。
实施例2
为检验实施例1中袋装控释肥的肥效，本实施例进行了‘海顿’芒成年树的施肥实验，具体方法为：2013年秋季采果后，给芒果园的芒果树施肥，每株施入实施例1中的袋装缓释肥10袋，使施肥量达到全氮180kg/hm2、P2O5150kg/hm2、K2O160kg/hm2。同时，以实施例1中的相等养分直接施用、装入上下均为具微孔的薄膜袋面制备的控释袋内施用，并以不施肥作为空白对照。
至2014年，实验结果如表1，从表中可以看出，采用本发明的控释肥养分配方，不装袋时，亩产量是不施肥的1.14倍，采用本发明中利用紫茎泽兰制备的上为生物质袋面、下为不透水袋面制备的控释袋施用时，亩产量是不施肥的1.50倍，而采用目前市场所用的上下均为具微孔的薄膜控释袋施用时，亩产量仅为不施肥的1.30倍。由此可见，本发明的袋装控释肥的养分利用率较高，因而产量也较高。
表1芒果施肥试验结果
施肥方案 产量(千克/亩)
不施肥 5826
不装袋 6640
上为生物质袋面、下为不透水袋面装袋 8765
上下均为具微孔的薄膜袋面装袋 7592
实施例3
为检验实施例1中袋装控释肥的控释效果，本实施例进行了袋装控释肥的浇水实验。实验中，控释袋类型设为2种，分别为：a上下均采用本发明具有微孔可透水的生物质袋面；b上为具有微孔可透水的生物质袋面，下为不透水的生物降解膜。两种袋面装袋的肥料分别置于浇清水300ml处理后，分别收集肥料袋下袋面处流失的水分体积，以及流失水分中氮素含量。
本实施例的实验结果如表2，从表中可以看出，控释袋下袋面为不透水的薄膜时，浇水处理后，可形成漏斗形防水结构，从而使流水的水分仅为上下均采用可透水的生物质袋面控释袋的37.21％。而且，控释袋下袋面为不透水的薄膜时，流失水分中的氮素含量仅为0.6克，为上下均采用可透水的生物质袋面控释袋的40.00％。由此可见，采用本发明的控释袋，在下雨、浇水作业后，可显著降低淋溶养分的流失。
表2养分控释结果

Claims (10)

1.利用紫茎泽兰制备袋装控释肥的方法，其特征在于包括如下步骤：
a、将紫茎泽兰地上植株分为紫色茎秆原料和非紫色茎秆原料两部分；
b、将非紫色茎秆原料进行炭化，制得生物质炭；
c、将紫色茎秆原料粉碎、磨浆，然后压制成可透水的生物质袋面；
d、将生物质袋面与透明、不透水的生物降解膜制作成控释袋；控释袋的一面为生物质袋面，控释袋的另一面为生物降解膜；
e、将生物质炭、通过有益微生物发酵腐熟的草炭、无机养分按一定比例混合，装入控释袋封装后即得产品。
2.根据权利要求1所述的利用紫茎泽兰制备袋装控释肥的方法，其特征在于：步骤b是先将非紫色茎秆原料粉碎至3～5cm的茎段，然后置入炭化炉反应器，以升温速率5～10℃/min，升温至300～500℃炭化1～3小时，炭化后冷却、粉碎至100～200目，即得生物质炭。
3.根据权利要求1所述的利用紫茎泽兰制备袋装控释肥的方法，其特征在于：步骤c中，在磨浆过程中添加物料重量2～3％的生物磨浆助剂，并且在磨浆后的浆料中添加浆料15～30％壳聚糖混合均匀，然后再进行压制。
4.根据权利要求1所述的利用紫茎泽兰制备袋装控释肥的方法，其特征在于：步骤c压制成的生物质袋面具有若干孔，孔径0.1～0.3mm，孔间距3～10mm。
5.根据权利要求1所述的利用紫茎泽兰制备袋装控释肥的方法，其特征在于：步骤e中，物料重量配比为生物质炭10～20％、通过有益微生物发酵腐熟的草炭60～80％、无机养份10～20％。
6.根据权利要求1所述的利用紫茎泽兰制备袋装控释肥的方法，其特征在于：步骤e中，将生物质炭、通过有益微生物发酵腐熟的草炭、无机养分按一定比例混合后，氮磷钾总养分含量大于25％。
7.根据权利要求1所述的利用紫茎泽兰制备袋装控释肥的方法，其特征在于：步骤e中，草炭发酵采用的微生物菌种为Rw促腐剂。
8.根据权利要求7所述的利用紫茎泽兰制备袋装控释肥的方法，其特征在于：所述Rw促腐剂为固体粉末，主要成份为枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis 76亿/克和曲霉菌Aspergillusflavus 0.07亿/克，附加纤维素酶95U/g和蛋白酶52U/g，其含水量为15％，pH为6.7。
9.紫茎泽兰用于制备控释袋的的用途。
10.紫茎泽兰用于制备袋装控释肥的用途。
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