一种有机无机复合肥及其制备方法
技术领域
本发明涉及农业肥料技术领域,具体涉及一种有机无机复合肥及其制备方法。
背景技术
肥料是作物的粮食,在我国已走过了有机肥和化肥(即无机肥)两个主流时期。尽管化肥现阶段仍占据主流地位,但化肥在提高作物产量的同时所带来的品质下降、抗逆性变差、土壤退化、地力衰弱、投入产出比下降等问题,直接威胁国家粮食安全和食品安全,已引起全社会广泛关注。
目前将有机肥和无机肥结合在一起,取长补短,是肥料发展的趋势、农业可持续发展的需要,也是农业部和科教技术界多年来一直大力倡导的,本应深受广大农民的欢迎,迅速发展成为第三代主流肥料。可事实并非如此,其主要原因是现有技术生产的有机无机复合肥料,存在着严重缺陷,其表现是:无效成分(即辅料)所占比例大,对作物生长发育起作用的有效成分如氮磷钾、有机质、腐植酸含量太低;氮磷钾含量为20~30%,有机质15~20%,不含腐植酸或含量很低,而且有机质的有效性差,施用效果不理想,还需要搭配高含量的无机肥料;氮磷钾含量低,要获得高产量必须增加施肥量,人工、运输、生产能耗成本随之增加;有效成分含量低,效果不理想,成本高,费工费时。这就是现有的有机无机复合肥料的现状,也是该类肥料发展较慢的主要原因。
有机、无机属性相反的两种物料复合在一起结合成粒的难度远比单一属性的物料复合在一起结合成粒的难度要大,而且随着氮磷钾、有机质、腐植酸含量的增大其难度也增大,这是有机无机复混肥料有效成分含量长期处于较低状况的主要原因。
有机物的精华是有机质,有机质的精华是腐殖质,腐殖质的精华是腐植酸,腐植酸是最有效的有机质,是优质、高产、高效农业的珍贵资源,也是我国存量最大的有机质矿藏资源,更是生产有机无机复合肥的绝好原料。然而,由于腐植酸是一种散性物料,成粒困难,只有在与其它物料如尿素等发生络合反应时产生胶合粘性,利于成粒,而腐酸络合反应速度与温度成正相关,因此,腐植酸的络合反应通常都是在高温反应釜、熔融槽中进行。现有专利技术中的腐植酸络合肥料生产工艺中的络合过程都是在特殊设备中独立完成的,能耗高,设备造价高,生产工艺流程复杂,限制了腐植酸在有机无机复合肥料生产中的使用,这也是有机无机复合肥料中一般不含腐植酸或含量很低的主要原因。
现有技术中,更多关注的是有机无机复合肥料中的新型物料、稀有物料和粘合剂的选择、配制,而忽视了有效成分的含量,才造成到目前为止国内还没有氮磷钾含量、有机质含量、腐植酸含量、水溶活性小分子腐植酸含量都比较高的完全能担当起第三代主流肥料的有机无机复合肥料。
发明内容
本发明的目的是提供一种有机无机复合肥及其制备方法,该有机无机复合肥将有机质、无机肥、腐殖酸三大有效成分混合在一起,使其复合、络合成为一体,所述复合肥有效成分含量高,碳氮比配置合理,养分利用率高达65%以上,用量少,效果好,环保低碳效应突出。
为了实现以上目的,本发明采用如下技术方案:
一种有机无机复合肥,所述复合肥中有效成分含量为75~100%,氮磷钾总养分含量为35~47%,有机质含量为20~42%,总腐植酸含量为10~20%,氨基酸含量为1~2%,碳氮比为0.48~1.87。
优选的,水溶性小分子腐植酸含量为5~7%,锌含量为0.15~0.5%,硼含量为0.11~0.35%。
所述复合肥按重量百分比计原料组成如下:矿源腐植酸8~18%,生化腐植酸7~10%,重茬障碍防控剂3~10%,有机物料3~6%,磷酸一铵肥料10~45%,钾肥5~46%,尿素21~60%。
所述钾肥为氯化钾肥料或氯化钾肥料与硫酸钾肥料的混合物。按照在所述复合肥原料中的重量百分比计:氯化钾肥料5~18%,硫酸钾肥料0~28%。
所述矿源腐殖酸优选腐植酸钾,所述生化腐植酸优选黄腐酸钾。
所述重茬障碍防控剂优选郑州金正生物化工有限公司生产的金益生。
上述选择并不是必须的,任何具有相应作用的选择都是可行的。
本发明还提供了一种优选的有机无机复合肥的制备方法,包括以下步骤:
(1)称取原料,然后将所述原料混合、粉碎,再将粉碎后的原料于造粒机内加热加湿,进行络合反应制成松散粉粒;
(2)将上述松散粉粒传送至烘干机内,在烘干机内进行熔化、络合反应、胶合成粒及干燥,获得所述有机无机复合肥。
步骤(1)中加热的温度为50-55℃,所述松散粉粒含水量为13-18wt%。
步骤(1)中络合反应制成松散粉粒的时间为7-8分钟。
步骤(2)中烘干机进口温度230-270℃,出口温度为63-75℃,络合反应胶合成粒的时间为13-15min,后续进行干燥的时间为20-22min。
所述干燥后的颗粒经冷却、筛分后,合格颗粒进行包装,不合格颗粒继续进行粉碎重新造粒。
原料介绍:
矿源腐植酸为风化煤、褐煤、泥炭等含腐植酸的矿物,经粉筛去杂,用草木灰浸提液(主要含碳酸钾的饱和水溶液)活化,再经风干、粉碎至80~100目的腐植酸钾,其氧化钾含量≥8%,水分≤15%,总腐植酸含量≥60%(采用GB/T11957-2001标准检测),有机质含量≥85%(采用NY525-2002标准检测),易溶解于水,络合反应时胶合成粒性能好。
生化腐植酸为由蔗糖厂废弃物经高温快速发酵制成的水溶活性小分子腐植酸,可以被作物根系直接吸收,弥补作物体内碳源不足,调节C/N比,提高作物抗逆性,能大幅提高作物产量,改善品质,与大分子的矿源腐植酸相比,有更多的优势。然而,这种小分子的水溶活性腐植酸,吸湿性强,溶解粘性大,极易板结,在合适的原料配比中能发挥很好的成粒作用,尤其是与大分子矿源腐植酸合适的配比下,能使腐植酸肥料的优势发挥的更加淋漓尽致,创造更高的产量奇迹。本发明所述生化腐植酸为甘蔗渣等蔗糖厂的废弃物经高温好氧快速发酵制成的黄腐酸钾,含氧化钾≥11%,氮≥4%。黄腐酸钾属于水溶性小分子腐植酸,腐植酸含量≥60%(采用HG/T3278-1987标准检测),有机质含量≥65%(采用NY525-2002标准检测),水分≤1%,极易溶于水,溶解时具有很好的粘合性。
金益生是防控重茬障碍的有机生物制剂。重茬也叫连作,同种同科作物在同一块地连种3年或3季以上就叫重茬,重茬种植作物,病害多,品质差,产量低,这叫重茬障碍;重茬障碍的根源在于土壤营养失调,病菌积变、作物代谢毒素积累;重茬时间越长重茬障碍越严重。重茬障碍不仅使作物产量持续降低、恶化土壤生态环境,还使土壤退化加快加重。解决重茬障碍最简单的方法是轮作。中国人多地少的现实情况,利用轮作解决重茬障碍几乎不可能。金益生是将光合菌、乳酸菌、芽孢杆菌、酵母菌等有益菌复合培养的代谢产物与核酸、抗坏血酸、生物酶、胡敏酸、富里酸和土壤里最缺少的锌、硼微量元素有机结合在一起制成的具有分解作物代谢残毒,抑制病菌繁育,提高作物免疫力和超氧化物歧化酶的含量,减少丙二醛等有毒物质的产生,提高作物抗逆性,全方位防控重茬障碍,在本发明肥料中起到非常重要的作用。本发明所用金益生是富含有益微生物的代谢物与核酸、抗坏血酸、生物酶、胡敏酸、富里酸和微量元素锌和硼的防控重茬障碍的有机生物制剂。该制剂含有机质≥50%,腐植酸≥40%,氨基酸≥15%,氮≥1.5%,五氧化二磷≥3.5%,氧化钾≥3%,锌≥5%,硼≥3.5%,水分≤5%。金益生是由郑州金正生物化工有限公司生产。
所述有机物料为含氮磷钾、有机质、水溶性小分子腐植酸、氨基酸的有机原料。所述有机物料为豆粕、花生粕、菜籽粕等的饼粕蛋白质生产厂的废弃物,经草木灰浸提碳酸钾中和、高温发酵风干,然后粉碎制成。饼粕蛋白质生产厂的废弃物,是有效成分含量高的优质有机物料,经过碳酸钾中和,高温发酵后,具有较好的粘结性,是上好的有机质、氮磷钾、腐植酸的贡献体和成粒的积极参与者。该有机物料有效成分含量高,高温时粘合性好。含氮≥6%,P2O5≥3%,K2O≥9%,有机质≥75%(采用NY525-2002标准检测),腐植酸≥20%(采用HG/T3278-1987标准检测),氨基酸≥35%,水分≤15%。上述所用草木灰来源于生物电厂废弃物,K2O含量在8~11%(干基),草木灰浸提液为多次浸提而成的碳酸钾的饱和水溶液。碳酸钾饱和水溶液可以购买碳酸钾配置。
上述矿源腐植酸、生化腐植酸以及有机物料也可以购买市售其他产品替代。
所述磷酸一铵肥料为粉末状,P2O5≥48%,N≥12%,总养分≥60%。
所述氯化钾肥料为粉末状,K2O≥62%。
所述硫酸钾肥料为粉末状,K2O≥52%。
所述尿素为小颗粒型,N≥46%。
本发明提供的有机无机复合肥,将有机质、无机肥、腐殖酸三大有效成分混合在一起,使其复合、络合成为一体,其有效成分含量高,碳氮比配置合理,养分利用率高达65%以上,用量少,效果好,环保低碳效应突出。
本发明提供的有机无机复合肥还具有以下优点:
(1)本发明提供的有机无机复合肥高含量的氮磷钾和高含量的有效有机质以及水溶性小分子腐植酸等,携带巨大综合能量,既能满足作物高产的需要,还能同时满足提高品质、增强抗逆性对能量的需要,实现真正的优质、高产、高效益。一般的无机复合肥、有机肥、低含量的有机无机复合肥等所携带的综合能量比较低,而科学研究证明,提高作物品质和抗逆性所需能量远远大于提高产量所需要的能量。农业长期走不出“高产量、低品质、低抗性——高品质、高抗性、低产量”的怪圈,就是缺乏一种具有超高能量的肥料。
(2)本发明提供的有机无机复合肥,还具有很好的改良土壤、培肥地力、防控重茬障碍、修复防控土壤退化等多种功能。
本发明提供的有机无机复合肥的制备方法过程中,采用的造粒机为转鼓蒸汽造粒机,该造粒机为常规造粒机,主要功能是加湿、加热使物料溶解形成复盐,从而降低尿素等物料的熔点,促进腐植酸与尿素以及其它含氮磷钾、中微量元素的物料发生络合反应,并为下一步物料熔化、络合反应、胶合成粒做准备。本发明所采用的烘干机,其长度长于常规的烘干机,前端设置了一定长度的造粒区,所述的熔化物料、络合反应、胶合成粒的工作皆在前端的造粒区进行,后续的烘干物料在后面的烘干区进行。具体只要是带有造粒区的烘干设备都可用于此处。
本发明提供的有机无机复合肥的制备方法,矿源腐植酸、生化腐植酸与氮磷钾、中微量元素发生的络合反应是在造粒机和烘干机内持续完成,避免形成缩二脲,腐植酸含量可超过20%。其造粒是在各组分物料特定配比下,充分利用易溶解、易熔化物料、高温粘合物料和络合等化学反应产生的能量在滚动碰撞中逐渐成球而完成的,该造粒过程无需添加任何粘合剂等辅料,物料成粒均匀,产率高,无粉尘,制得的成品无需扑、喷防结剂,颗粒强度大,产品有效成分含量高,运输、存储不结块。本发明的制备方法过程中,腐植酸的络合反应和造粒同时进行,减少腐植酸单独络合反应环节,整个生产过程热能高效利用,无粉尘,只需一级烘干、二级冷却、二级除尘,减少了一级烘干(传统需要两级烘干)和旋风除尘。生产设备简单,造价低,工艺流程简便,能耗低,适合于规模化生产。
具体实施方式
实施例1
一种有机无机复合肥,其原料重量百分组成如下:矿源腐植酸18%,生化腐植酸10%,金益生10%,有机物料6%,磷酸一铵肥料20%,氯化钾肥料14.5%,尿素21.5%。
上述有机无机复合肥的制备方法,包括以下步骤:
(1)按上述配方称取各原料,在混合机内混合均匀,然后输送至粉碎机进行粉碎,粉碎后将其输送到转鼓蒸汽造粒机内进行加湿至物料含水量为13%,加热至52℃使其部分溶解,进行络合反应,形成细小松散;
(2)将细小松散粉粒输送至烘干机内进行熔化、络合反应、胶合成粒、烘干,络合反应搅合成粒时间为15分钟,烘干时间为21分钟,烘干机入口温度270℃,出口温度69℃。
烘干后的物料经冷却、筛分,成品进入包装工序,筛余物经粉碎机后返回造粒机重新造粒。
本实施例得到的有机无机复合肥,氮磷钾总养分含量为35%(N、P2O5、K2O分别为13、10、12),有机质含量为42%,总腐植酸含量为20%,水溶性小分子腐植酸含量为7%,碳氮比1.87,锌含量为0.5%,硼含量为0.35%。
实施例2
一种有机无机复合肥,其原料重量百分组成如下:矿源腐植酸17%,生化腐植酸10%,金益生10%,有机物料5%,磷酸一铵肥料20%,氯化钾肥料6%,硫酸钾肥料10.5%,尿素21.5%。
上述有机无机复合肥的制备方法,其步骤(1)中所述加湿为加湿至物料湿度为15%,所述加热为加热至温度为53℃,所述络合反应造粒时间为8分钟,步骤(2)中烘干机入口温度为265℃,出口温度为65℃,络合反应造粒时间13分钟,烘干时间20分钟,其余同实施例1。
本实施例得到的有机无机复合肥,氮磷钾总养分含量为35%(N、P2O5、K2O分别为13、10、12),有机质含量为40%,总腐植酸含量为20%,水溶性小分子腐植酸含量为7%,碳氮比含量为1.78,锌含量为0.5%,硼酸含量为0.35%。
实施例3
一种有机无机复合肥,其原料重量百分组成如下:矿源腐植酸13%,生化腐植酸7%,金益生3.5%,有机物料3%,磷酸一铵肥料10%,氯化钾肥料6%,硫酸钾肥料27.5%,尿素30%。
上述有机无机复合肥的制备方法中,其步骤(1)中所述加湿为加湿至物料湿度为18%,所述加热为加热至温度为55℃,络合反应时间7分钟;步骤(2)中烘干机入口温度为270℃,出口温度为75℃,络合反应造粒时间14分钟,烘干时间22分钟,其余同实施例1。
本实施例得到的有机无机复合肥,氮磷钾总养分含量为40%(N、P2O5、K2O分别为15、5、20),有机质含量为25%,总腐植酸含量为13%,水溶性小分子腐植酸含量为5%,碳氮比含量为0.97,锌含量为0.18%,硼含量为0.12%。
实施例4
一种有机无机复合肥,其原料重量百分组成如下:矿源腐植酸11%,生化腐植酸7%,金益生3%,有机物料3%,磷酸一铵肥料12%,氯化钾肥料5%,尿素59%。
上述有机无机复合肥的制备方法,其步骤(2)中烘干机进口温度为235℃,出口温度为64℃,其余同实施例2。
本实施例得到的有机无机复合肥,氮磷钾总养分含量为40%(N、P2O5、K2O分别为28、6、6),有机质含量为23%,总腐植酸含量为11%,水溶性小分子腐植酸含量为5%,碳氮比0.48,锌含量为0.15%,硼含量为0.11%。
实施例5
一种有机无机复合肥,其原料重量百分组成如下:矿源腐植酸8%,生化腐植酸7%,金益生3%,有机物料3%,磷酸一铵肥料30.5%,氯化钾肥料6%,硫酸钾肥料18.5%,尿素24%。
上述有机无机复合肥的制备方法同实施例1。
本实施例得到的有机无机复合肥,氮磷钾总养分含量为45%(N、P2O5、K2O分别为15、15、15),有机质含量为20%,总腐植酸含量为10%,水溶性小分子腐植酸含量为5%,碳氮比含量为0.77,锌含量为0.15%,硼含量为0.11%。
实施例6
一种有机无机复合肥,其原料重量百分组成如下:矿源腐植酸8.5%,生化腐植酸7%,金益生3%,有机物料3.5%,磷酸一铵肥料31%,氯化钾肥料13%,尿素34%。
上述有机无机复合肥的制备方法同实施例3。
本实施例得到的有机无机复合肥,氮磷钾总养分含量为45%(N、P2O5、K2O分别为20、15、10),有机质含量为20%,总腐植酸含量为10%,水溶性小分子腐植酸含量为5%,碳氮比含量为0.58,锌含量为0.15%,硼含量为0.11%。
实施例7
一种有机无机复合肥,其原料重量百分组成如下:矿源腐植酸8%,生化腐植酸7%,金益生3%,有机物料3%,磷酸一铵肥料41.5%,氯化钾肥料16.5%,尿素21%。
上述有机无机复合肥的制备方法同实施例1。
本实施例得到的有机无机复合肥,氮磷钾总养分含量为47%(N、P2O5、K2O分别为15、20、12),有机质含量为20%,总腐植酸含量为10%,水溶性小分子腐植酸含量为5%,碳氮比为0.77,锌含量为0.15%,硼含量为0.11%。
下面是对本发明所得到的有机无机复合肥的肥效进行的试验及结果,试验选用的农作物对象分别为花生、小麦、西瓜、西红柿。
1、花生田间肥效试验
本试验设在河南省正阳县花生研究所试验基地,由郑州金正生物化工有限公司和正阳县花生研究所共同完成。试验田和对照田各一亩地,为同一地块,已连续种花生十几年,土质为黄褐土,前茬为小麦,花生品种为运杂9102,麦收后耕地播种,同时播种,同时收获,连种三年不变(2012-2014年)。试验肥料为本发明实施例1所得有机无机复合肥,将其作底肥,对照组肥料为史丹利公司生产的氮磷钾各15%的无机复合肥作底肥,追肥用尿素,一次10Kg。试验结果见表1。
表1 花生田间肥效试验结果
从表1可看出,本发明实施例1提供的有机无机复合肥可使花生增产73%以上,同时明显提高地力和肥料利用率,减少肥料用量和用肥次数,明显增强花生抗旱、抗涝、抗病、抗早衰等抗逆性,防控重茬障碍效果突出。本发明其他实施例效果与实施例1相似。
花生是忌重茬的能自身固氮的高产作物,我国花生产量普遍比较低的根本原因是连作重茬种植,长期单一施用化肥造成碳氮比失调土壤退化。本发明提供的有机无机复合肥之所以增产幅度很大,就是有效防控重茬障碍修复土壤退化,提高碳氮比等综合作用的结果。
2、小麦田间肥效试验
本试验在河南省淮阳县四通镇某承包田进行。试验田和对照田各2.5亩,为同一地块,土质为沙壤潮土,上茬种植玉米,收后秸秆还田,小麦品种为矮抗58,试验田和对照田同时播种同时收获,连种3年。试验肥料为本发明实施例6提供的有机无机复合肥,对照组肥料为史丹利公司生产的氮、磷、钾分别为22%、16%、7%的无机复合肥。实施例6和史丹利的无机复合肥分别为实验组和对照组的底肥,追肥用尿素,每亩一次15Kg。试验结果见表2。
表2 小麦田间肥效试验结果
从表2可看出,本发明实施例6提供的有机无机复合肥,可使小麦增产27%以上,同时明显提高肥料利用率,培肥地力,提高抗旱、抗病等抗逆能力。
本发明其他实施例效果与实施例6类似。
3、西瓜田间施用肥效试验
本试验设在河南省中牟县韩寺镇某承包田进行,由郑州金正生物化工有限公司和中牟农业局植保站共同完成。试验田和对照田各0.5亩,为同一块地,同一个大棚种植,该大棚种植西瓜5年。试验田种植不嫁接西瓜,对照田种植南瓜根嫁接西瓜,西瓜品种同为黑密五号无籽西瓜,各移栽种植400棵,试验肥料为本发明实施例2和实施例3所得到的有机无机复合肥,其中实施例2作底肥,实施例3作追肥。对照肥料为撒可富公司生产的氮磷钾分别为15-15-15和氮磷钾分别为15-10-20的无机复合肥,前者作底肥,后者作追肥,同时对照田需加0.5方腐熟鸡粪作底肥。据监测每方鸡粪含氮、磷、钾分别为16.3Kg、15.4Kg和8.5Kg,相当于氮磷钾含量各位15%的复合肥90Kg,每方鸡粪售价110-120元。同时移栽、同时或不同时收获,即成熟就收,连种3年。实验结果见表3。
表3 西瓜田间肥效试验结果
从表3中可看出,本发明提供的有机无机复合肥可同时取代高浓度无机肥和有机肥如畜禽粪便等,可同时提高西瓜品质和产量,防控重茬障碍,使西瓜重茬种植不嫁接成为现实,培肥地力,提高西瓜抗病等抗逆性,减少投入成本,保护食品安全。本发明其他实施例效果与实施例2、3类似。
4、西红柿田间肥效试验
本实验设在河南省中牟县韩寺镇某承包田进行,由郑州金正生物化工有限公司和中牟县农业局植保站共同完成。试验田和对照田各0.6亩,为同一块地,同一座日光温室,该日光温室为已建成12年的老棚,多年来一直种植西红柿,土质为粘质潮土,土壤板结、酸化、盐渍化、营养失调,微生态平衡失调,碳氮比失调,病菌大量积累,作物代谢毒素难以稀释分解等土壤退化现象严重。试验肥料为本发明实施例5提供的有机无机复合肥作底肥,实施例3作追肥。对照组肥料为撒可富公司生产的氮、磷、钾均为15%的无机复合肥配鸡粪作底肥和氮、磷、钾分别为15%、10%、20%的无机复合肥作追肥,同时追肥中有其它水溶肥料。试验同时移栽,同时或不同时收获,即成熟就收,连种3年不变。试验结果见表4。
表4 西红柿田间肥效试验结果
从上表可看出,本发明提供的有机无机复合肥,在增加底肥量的同时,完全可取代农家肥和高浓度无机复合肥,同时具有增强西红柿的抗病、抗盐等抗逆性。降低土壤盐分,缓冲土壤酸碱度,防控重茬障碍,修复土壤退化,使退化老棚逐渐恢复生机,提高果品质量,降低生产成本,提高产量和效益。本发明其他实施例使用效果与本实验例相似。
综上所述,本发明提供的有效成分含量高的有机无机复合肥,其可取代农家肥和高浓度无机复合肥,同时具有增强作物抗病、抗自然灾害的抗逆性,防控重茬障碍,修复土壤退化,降低土壤盐分,缓冲土壤PH值,使退化的棚室土壤逐渐恢复生机,提高果蔬品质降低生产成本,提高产量和经济效益。