CN104892070A

CN104892070A - 一种适用于低质淡灰钙土改良的生物炭基肥的制备方法

Info

Publication number: CN104892070A
Application number: CN201510283632.8A
Authority: CN
Inventors: 李冬; 张晓琴; 侍梅; 李剑蓓; 陈杭
Original assignee: Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences
Current assignee: Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2015-09-09

Abstract

本发明涉及一种适用于低质淡灰钙土改良的生物炭基肥的制备方法，该生物炭基肥主要利用废弃枸杞枝制备枸杞枝生物炭；将78～90%的枸杞枝生物炭，3～8%的尿素，2～5%的磷矿粉，4～10%的枸杞枝粉末，混合到一起并搅拌均匀，获得基肥混合物；添加自来水，使其含水率达到40%~60%，装入堆肥罐中堆制30~60天，对所获得的堆肥产物风干、过筛后，即获得生物炭基肥料。该基肥能够有效改善淡灰钙土肥力低、持水量小等问题，为淡灰钙土壤的农、林、牧业综合可持续发展和农业生态环境的改善提供保障。

Description

一种适用于低质淡灰钙土改良的生物炭基肥的制备方法

技术领域

本发明涉及土壤生态修复技术领域，具体涉及一种利用生物炭基肥改良低质淡灰钙土的方法。

背景技术

淡灰钙土，属干旱土土纲、灰钙土亚类。淡灰钙土质地粗糙，持水量小，腐殖质、氮素和磷素含量低，多呈盐碱性。我国淡灰钙土面积约为3521.5万亩，主要分布于内蒙古、陕西、甘肃、青海、宁夏和新疆。虽然淡灰钙土地区气温、热量及日照条件较好，但是干旱缺水，多为未开发的草场，仅有20.6%的面积为农用地。目前，草场退化严重，优质细草减少，劣质粗草增多，产草量下降；农用地表土疏松，常遭受风蚀或水蚀，作物产量低且不稳定。随着现代灌溉技术的发展，淡灰钙土已成为综合发展农、林、牧、果及经济作物的重要基地，但是其肥力低和保水能力差极大的限制了淡灰钙土生产力的提高。因此，针对淡灰钙土存在的肥力低和持水量小的问题，开发具有增肥、保肥和保水等多重效益的功能化肥料产品，是淡灰钙土地区的农、林、牧业综合可持续发展的关键，也可为农业生态环境的改善提供保障。

一直以来，施肥都是提高作物产量的最有效方法。通过控制肥料的养分释放和肥效周期可以有效提高肥料的利用率，例如：缓释肥料较传统化肥的利用率可提高50%以上。研发低生产成本、低施用量、高利用率、低环境污染的增产增效的新型环保肥料，已成为当前人类化肥工业发展的方向。

生物炭是指废弃生物质在限氧或厌氧环境下经高温热解形成的一类富碳的固体材料，主要用作固碳和土壤改良。施用生物炭可以改善土壤质地，增加土壤透气性和保水性；提高土壤pH和阳离子交换量，降低土壤养分淋失；影响土壤氮、磷循环，提高其利用率；促进作物生长，提高作物产量等。然而，并不是所有的生物炭都对作物的生长表现出促进作用，美国生物炭专家Spokas的统计中发现近30%的研究中生物炭对作物生长无影响，甚至有20%的研究表现出抑制效果。现有的相关生物炭基肥产品往往是生物炭与氮、磷、钾等大量元素肥料的混合，没有考虑到生物炭基肥料与施用地区的作物对养分的需求是否相吻合，也忽略了作物生长对微量元素以及有机肥料的需求。同时，生物炭对保水性能极差的淡灰钙土持水量的改良效果仍未可知。因此，针对不同作物对养分元素和水分的需求，开发特定的功能化生物炭基肥料是其成功应用于低质淡灰钙土改良、作物增产的关键。

发明内容

本发明是为了解决淡灰钙土肥力低、保水性差对土壤生产力提高的限制，提供了一种保水型生物炭基肥及制备方法。该肥料是以枸杞枝生物炭、农业残余物、含氮和含磷物质为基础物质，添加含微量元素的物质、腐殖质和环保型保水材料等添加剂制得。该环境友好型生物炭基肥实现了废弃生物质资源化利用、土壤改良和作物增产的多重目的，具有环保、安全和高效等突出优点。

本发明采用了如下技术方案：

本发明涉及一种保水型生物炭基肥，是通过包括如下步骤的方法制得的：

步骤1，利用废弃生物质枸杞枝制备枸杞枝生物炭；

步骤2，粉碎的枸杞枝生物炭、枸杞枝和磷矿粉并分别过筛；

步骤3，将重量百分比为78～90%的枸杞枝生物炭，3～8%的尿素，2～5%的磷矿粉，4～10%的枸杞枝粉末，混合到一起并搅拌均匀，获得生物炭基肥混合物；

步骤4，对步骤3所获得的肥料混合物中添加自来水，使其含水率达到40%~60%，装入堆肥罐中堆制30~60天，得到生物炭基肥料堆肥产物。

步骤5，对步骤4所获得的堆肥产物风干、过筛后，即获得生物炭基肥料。

进一步，步骤1，利用废弃生物质枸杞枝制备枸杞枝生物炭的具体步骤为：自然风干枸杞枝使其水分含量低于10%（重量质量分数），修剪至3~5厘米的长度后，利用规模化生物炭炭化炉，在通入氮气的条件下热解2~4小时，然后室温下在冷却罐中密闭厌氧冷却到室温，制成枸杞枝生物炭。

进一步，步骤2，枸杞枝生物炭过10~60目筛，枸杞枝粉和磷矿粉过40~120目筛。

进一步，步骤3，所采用的磷矿粉主要成分为Ca₃(PO₄)₂。

进一步，步骤5，步骤4制得的堆肥产物在遮阴的条件下风干，使其含水量保持在4%~10%，然后过10~60目筛；即获得生物炭基肥料。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、枸杞是淡灰钙土地区重要的经济作物之一，其栽培过程中必要的修剪会产生大量的枸杞枝，仅宁夏地区每年的枸杞枝采收量就高达10万吨。绝大部分枸杞枝的任意丢弃或不合理的使用，既是生物质资源的浪费，还可能带来环境污染风险。通过现代热解工艺，将枸杞枝制备成生物炭，不仅拓展了其资源化利用途径，减少了废弃物的堆积危害和风险，而且可将生物炭作为一种“碳封存”技术，把碳长期封存在土壤中，缓解温室效应。

2、本发明针对淡灰钙土持水量小，腐殖质、氮素和磷素含量低的缺点，研究制定了枸杞枝生物炭、无机和有机肥料等堆肥后与环保型保水材料混合的保水型生物炭基肥料配方。此配方一方面无机、有机肥料弥补了生物炭养分低的缺陷，另一方面生物炭可将肥料中的养分吸附并长期持留于生物炭中，从而使肥料具有了养分缓释的特性。

具体实施方式

以下结合具体实施例进一步阐述本发明，但不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例的保水型生物炭基肥为枸杞专用生物炭基肥，其制备方法如下：

枸杞枝生物炭的制备：自然风干枸杞枝使其水分含量低于10%（重量质量分数），修剪至约5厘米的长度，利用规模化生物炭炭化炉，在通入氮气的条件下热解2小时，然后在冷却罐中密闭厌氧冷却到室温，制成枸杞枝生物炭。

原料的粉碎和过筛：粉碎枸杞枝生物炭、枸杞枝和磷矿粉，粉碎的枸杞枝生物炭过35目筛，粉碎的枸杞枝和磷矿过60目筛。

肥料混合物的制备：每100 kg重量的生物炭基枸杞专用肥原料添加量如下：将76.3 kg枸杞枝生物炭，5.9 kg尿素，4.34 kg磷矿粉，1.1 kg氯化钾，0.1 kg硫酸锌，12.26 kg枸杞枝混合到一起并搅拌均匀，获得肥料混合物。

生物炭基肥料堆肥产物的制备：将所获得的肥料混合物装入堆肥罐中堆制60天。堆肥过程中，保持堆肥温度高于55 °C七天；定期补充水分，保持相对含水量在50%，同时维持5%的氧气水平，堆肥期间翻堆2次。60天后，得到生物炭基肥料堆肥产物。

生物炭基肥的制备：将所获得的堆肥产物在遮阴条件下进行风干，使其含水量为5%；过10目筛，即获得生物炭基专用肥。

实施例2

本实施例的保水型生物炭基肥为玉米专用生物炭基肥，其制备方法如下：

枸杞枝生物炭的制备：自然风干枸杞枝使其水分含量低于10%（重量质量分数），修剪至约5厘米的长度，利用规模化生物炭炭化炉，在通入氮气的条件下热解3小时，然后在冷却罐中密闭厌氧冷却到室温，制成枸杞枝生物炭。

原料的粉碎和过筛：粉碎枸杞枝生物炭、枸杞枝和磷矿粉，枸杞枝生物炭过35目筛，枸杞枝和磷矿粉过60目筛。

肥料混合物的制备：每100 kg重量的玉米专用生物炭基肥中原料的添加量如下：将88.4 kg枸杞枝生物炭，3.54 kg尿素，2.3 kg磷矿粉，0.66 kg氯化钾，0.05 kg硫酸锌，4.05 kg枸杞枝，聚天门冬氨酸混合到一起并搅拌均匀，获得肥料混合物。

生物炭基肥料堆肥产物的制备：将所获得的肥料混合物装入堆肥罐中堆制40天。堆肥过程中，保持堆肥温度高于55 °C五天；定期补充水分，保持相对含水量为50%，同时维持5%的氧气水平，堆肥期间翻堆1次。40天后，得到生物炭基肥料堆肥产物。

生物炭基肥的制备：将所获得的堆肥产物在遮阴条件下进行风干，使其含水量为10%过10目筛，即获得生物炭基肥。

实施例3

本实施例的生物炭基肥其制备方法如下：

肥料混合物的制备：每100 kg重量的玉米专用生物炭基肥中原料的添加量如下：将83 kg枸杞枝生物炭，5.2 kg尿素，2.35 kg磷矿粉，0.8 kg氯化钾，0.17 kg硫酸锌，8.48 kg枸杞枝混合到一起并搅拌均匀，获得肥料混合物。

生物炭基肥料堆肥产物的制备：将所获得的肥料混合物装入堆肥罐中堆制60天。堆肥过程中，保持堆肥温度高于55 °C五天；定期补充水分，保持相对含水量为45%，同时维持5%的氧气水平，堆肥期间翻堆1次。60天后，得到生物炭基肥料堆肥产物。

生物炭基肥的制备：将所获得的堆肥产物在遮阴条件下进行风干，使其含水量为8%；过10目筛，即获得生物炭基肥。

下面结合田间育苗试验、盆栽试验和田间试验，说明本发明肥料的施用效果：

应用例1

于宁夏农林科学院综合实验基地内进行盆栽试验，供试土壤为宁夏淡灰钙土壤，过2 mm筛待用。土壤基本理化性质为：pH 8.18，有机质 8.81 g·kg^-1，TN 0.78 g·kg^-1，NH₄ ⁺-N 6.23 mg·kg^-1，TP 0.58 g·kg^-1，速效磷22 mg·kg^-1。试验采用30 cm×20 cm（直径×高）的塑料花盆，每个花盆装入3.0 kg土壤，实施例1中的生物炭基肥料与供试土壤按照0%、1.5%、3%和5%（重量比）的比例混合均匀后装盆。保持土壤含水量为土壤最大持水量的60%。每个处理设置3个重复。选取优良母株，采粗约0.3厘米的已木质化的一年生枝条，剪成15厘米长的插穗，扎成小捆竖在盆中用100×10-6α-萘乙酸浸泡2~3小时，然后扦插于试验用盆中。于控温湿的温室中种植，期间始终保持土壤含水量为土壤最大持水量的60%。种植90天后收获，收获时测定枸杞株高、茎粗和干生物量。结果表明：生物炭基肥的添加使枸杞的茎粗显著增加18.1%~24.5%，且在添加量为5%时尤为显著；使枸杞的干生物量显著增加了22~34%；生物炭基肥的添加对枸杞的株高无显著性提高。综合考虑枸杞的株高、茎粗和干生物量这三个因素，说明生物炭基肥料显著促进了枸杞的生长。

应用例2

于宁夏农林科学院综合实验基地内进行盆栽试验，供试土壤为宁夏淡灰钙土壤，过2 mm筛待用。土壤基本理化性质为：pH 8.18，有机质 8.81 g·kg^-1，TN 0.78 g·kg^-1，NH₄ ⁺-N 6.23 mg·kg^-1，TP 0.58 g·kg^-1，速效磷22 mg·kg^-1。供试作物为玉米，品种为先玉335。试验采用20 cm×20 cm（直径×高）的塑料花盆，每个花盆装入2.0 kg土壤，实施例2中的生物炭基肥料与供试土壤按照0%、1.5%、3%和5%（重量比）的比例混合均匀后装盆。保持土壤含水量为土壤最大持水量的60%。每个处理设置3个重复。2014年6月20日播种，每个花盆播种5粒，待全部出苗后，间苗，留2棵苗。玉米种植期间，始终保持土壤含水量为土壤最大持水量的60%。2014年9月5日收获，收获时，测定玉米株高、茎粗和干生物量。结果表明：生物炭基肥的添加使玉米的茎粗显著增加42.5%~55.6%，且在添加量为5%时尤为显著；使玉米的干生物量显著增加了63.3~112.5%；生物炭基肥的添加使玉米的株高增加了2.4~4.8%，但无显著性差异。综合考虑玉米株高、茎粗和生物量这三个因素，说明生物炭基肥料显著促进了玉米的生长。

应用例3

于宁夏农林科学院综合实验基地内进行田间试验，供试土壤为宁夏淡灰钙土壤。土壤基本理化性质为：pH 8.29，有机质12.01 g·kg^-1，TN 0.85 g·kg^-1，NH₄ ⁺-N 16.78 mg·kg^-1 ，TP 0.64 g·kg-1，速效氮87mg/kg，速效磷40.34 mg·kg^-1。供试植物选用小白菜（中白78）。将实施例3中的生物炭基肥料分别按照0%、1.5%、3%和5%（重量比）的比例平铺于土壤表面，然后翻混入10厘米土层。每个处理设置3个重复。2014年5月15日播种，株距8厘米，行距20厘米，每亩用种量为250克。小白菜播种与田间管理方式均按照田间标准种植方式进行。小白菜收获时间为2014年6月9日。收获时，测定小白菜的株高和生物量。结果显示：实施例3中的生物炭基肥料的施用使小白菜的株高显著增加了22.8~55.6%；使小白菜的鲜生物量显著增加了120~260%，且在添加量为1.5%时尤为显著。这表明实施例3中的生物炭基肥料使小白菜显著增产了1.2~2.6倍。

Claims

1.一种适用于低质淡灰钙土改良的生物炭基肥的制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤1，利用废弃生物质枸杞枝制备枸杞枝生物炭；

步骤2，粉碎的枸杞枝生物炭、枸杞枝和磷矿粉并分别过筛；

步骤4，对步骤3所获得的肥料混合物中添加自来水，使其含水率达到40%～60%，装入堆肥罐中堆制30～60天，得到生物炭基肥料堆肥产物；

步骤5，对步骤4所获得的堆肥产物风干、过筛后，即获得保水型生物炭基肥料。

2.根据权利要求1所述的一种适用于低质淡灰钙土改良的生物炭基肥的制备方法，其特征在于，利用废弃生物质枸杞枝制备枸杞枝生物炭的具体步骤为：自然风干枸杞枝使其水分含量低于10%（重量质量分数），修剪至3～5厘米的长度后，利用规模化生物炭炭化炉，在通入氮气的条件下热解2～4小时，然后室温下在冷却罐中密闭厌氧冷却到室温，制成枸杞枝生物炭。

3.根据权利要求1所述的一种适用于低质淡灰钙土改良的生物炭基肥的制备方法，其特征在于，粉碎的枸杞枝生物炭过10～60目筛，粉碎的枸杞枝和磷矿粉过40～120目筛。

4.根据权利要求1所述的一种适用于低质淡灰钙土改良的生物炭基肥的制备方法，其特征在于，所采用的磷矿粉主要成分为Ca₃(PO₄)₂。

5.根据权利要求1所述的一种适用于低质淡灰钙土改良的生物炭基肥的制备方法，其特征在于，制得的堆肥产物在遮阴的条件下风干，使其含水量保持在4%～10%，然后过10～60目筛。