CN105859477A - 一种沙柳秸秆生物质炭基肥及其制备方法 - Google Patents

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周丽萍
李革伟
刘颖
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Abstract

本发明公开了一种沙柳秸秆生物质炭基肥及其制备方法，该生物质炭基肥含有：10‑40重量份的沙柳秸秆生物质炭、20‑50重量份的氮磷钾复合肥、5‑20重量份的草炭、5‑20重量份的粪便和5‑20重量份的膨润土；其中，沙柳秸秆生物质炭通过在氮气保护将沙柳秸秆从常温加热到110‑130℃并在110‑130℃下恒温25‑35分钟，然后加热到250‑270℃并在250‑270℃下恒温25‑35分钟，然后加热到390‑410℃后在390‑410℃下恒温25‑35分钟，然后加热到440‑460℃后在440‑460℃下恒温25‑35分钟，然后冷却到250‑270℃并在250‑270℃下恒温25‑35分钟，然后冷却到室温。本发明的沙柳秸秆生物质炭基肥显著地提高了生物质炭基肥的肥效。

Description

一种沙柳秸秆生物质炭基肥及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物技术领域，具体涉及一种沙柳秸秆生物质炭基肥及其制备方法。
背景技术
化学单质肥料，如氮肥、磷肥、钾肥虽然养分含量高，效果快，但养分利用率低，损失严重，导致前期营养过剩，后期养分不足，难以控制养分平衡，不利于农作物的生长，炭基肥的出现正好解决了该问题，炭基肥的成分络合了铵、活化了磷、吸附了钾，具有营养均衡的性能。
沙柳是沙漠地区特有的大面积生长的沙生灌木，具有“平茬复壮”的生物习性，目前每年大量平茬后的沙柳、柠条秸秆绝大部分被焚烧简单处理后秸秆还田，这虽然可以补充土壤中碳元素的含量，但焚烧会造成很多营养成分流失，同时导致土壤有机质流失，造成一定空气污染，比较好的处理方法是用旋耕机将秸秆覆盖，将柠条做成饲料，但这些都不能从根本解决秸秆处理问题，利用生物质制油装置，将秸秆高温裂解提炼制油，将生成的生物质炭副产品充分利用制成生物质炭基肥是一种经济附加值较高的的综合利用发展方向。
但是，目前的沙柳生物质炭基肥的肥效仍然不高。
发明内容
为了提高沙柳生物质炭基肥的肥效，本发明提供了一种沙柳秸秆生物质炭基肥及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种沙柳秸秆生物质炭基肥，该沙柳秸秆生物质炭基肥含有：10-40重量份的沙柳秸秆生物质炭、20-50重量份的氮磷钾复合肥、5-20重量份的草炭、5-20重量份的粪便和5-20重量份的膨润土；其中，所述沙柳秸秆生物质炭是通过包括如下步骤的方法制备得到的：
在氮气保护下，将沙柳秸秆从常温以18-22℃/分钟的升温速率加热到110-130℃并在110-130℃下恒温25-35分钟，然后以18-22℃/分钟的升温速率加热到250-270℃并在250-270℃下恒温25-35分钟，然后以18-22℃/分钟的升温速率加热到390-410℃后在390-410℃下恒温25-35分钟，然后以10-16℃/分钟的升温速率加热到440-460℃后在440-460℃下恒温25-35分钟，然后以15-20℃/分钟的降温速率冷却到250-270℃并在250-270℃下恒温25-35分钟，然后以20-30℃/分钟的降温速率冷却到室温。
本发明还提供一种沙柳秸秆生物质炭基肥的制备方法，该方法包括如下步骤：a、将沙柳秸秆从常温以18-22℃/分钟的升温速率加热到110-130℃并在110-130℃下恒温25-35分钟，然后以18-22℃/分钟的升温速率加热到250-270℃并在250-270℃下恒温25-35分钟，然后以18-22℃/分钟的升温速率加热到390-410℃后在390-410℃下恒温25-35分钟，然后以10-16℃/分钟的升温速率加热到440-460℃后在440-460℃下恒温25-35分钟，然后以15-20℃/分钟的降温速率冷却到250-270℃并在250-270℃下恒温25-35分钟，然后以20-30℃/分钟的降温速率冷却到室温，得到沙柳秸秆生物质炭；b、将10-40重量份的步骤a得到的沙柳秸秆生物质炭、20-50重量份的氮磷钾复合肥、5-20重量份的草炭、5-20重量份的粪便、5-20重量份的膨润土和2-10重量份的水混合均匀，得到混合后的物料；c、将步骤b得到的混合后的物料依次经过挤压造粒、抛圆和烘干，得到所述生物质炭基肥。
本发明的发明人发现，采用特定炭化工艺制备得到的沙柳秸秆生物质炭能够显著地提高沙柳生物质炭基肥的肥效，由此得到了本发明。
采用本发明的制备方法制备生物炭基肥，将沙柳秸秆炭化为生物质炭的过程能够有效保留沙柳秸秆中钾、磷、钙等养分，作物施用本发明制备的沙柳生物质炭基肥能提高作物抗盐碱、抗干旱生理特性，同时，增加土壤团粒，提高肥料的利用率，改善土壤通气性能，增加土壤有机质含量，提高土壤保水保肥能力，促进作物生长，并可显著提高作物产量，改善作物品质。例如，以玉米为例，本发明的沙柳秸秆生物质炭基肥能够将产量提高10％以上。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供一种沙柳秸秆生物质炭基肥，其中，所述沙柳秸秆生物质炭基肥含有：10-40重量份的沙柳秸秆生物质炭、20-50重量份的氮磷钾复合肥、5-20重量份的草炭、5-20重量份的粪便和5-20重量份的膨润土；其中，所述沙柳秸秆生物质炭是通过包括如下步骤的方法制备得到的：
为了有效利用沙柳秸秆中钾、磷、钙等养分，在氮气保护下，将沙柳秸秆从常温以18-22℃/分钟的升温速率加热到110-130℃并在110-130℃下恒温25-35分钟，然后以18-22℃/分钟的升温速率加热到250-270℃并在250-270℃下恒温25-35分钟，然后以18-22℃/分钟的升温速率加热到390-410℃后在390-410℃下恒温25-35分钟，然后以10-16℃/分钟的升温速率加热到440-460℃后在440-460℃下恒温25-35分钟，然后以15-20℃/分钟的降温速率冷却到250-270℃并在250-270℃下恒温25-35分钟，然后以20-30℃/分钟的降温速率冷却到室温。
根据本发明，所述沙柳秸秆生物质炭基肥可以含有：20-30重量份的沙柳秸秆生物质炭、30-40重量份的氮磷钾复合肥、10-15重量份的草炭、10-15重量份的粪便和10-15重量份的膨润土。
根据本发明，为了保证沙柳秸秆生物质炭基肥中总养分(N+P2O5+K2O)的质量含量在25％以上，所述氮磷钾复合肥中，N含量可以为15-25重量％，P2O5含量可以为6-15重量％，K2O含量可以为8-17重量％。
根据本发明，所述粪便可以为选自牛粪、羊粪、猪粪和鸡粪的至少一种，并且所述粪便为经过微生物发酵后的粪便。
根据本发明，为了使所述沙柳秸秆生物质炭基肥中有机质的质量含量在20％以上，所述草炭的有机质含量可以大于40重量％；所述膨润土的粒度可以大于150目的筛孔。
本发明还提供一种沙柳秸秆生物质炭基肥的制备方法，该方法包括如下步骤：a、将沙柳秸秆从常温以18-22℃/分钟的升温速率加热到110-130℃并在110-130℃下恒温25-35分钟，然后以18-22℃/分钟的升温速率加热到250-270℃并在250-270℃下恒温25-35分钟，然后以18-22℃/分钟的升温速率加热到390-410℃后在390-410℃下恒温25-35分钟，然后以10-16℃/分钟的升温速率加热到440-460℃后在440-460℃下恒温25-35分钟，然后以15-20℃/分钟的降温速率冷却到250-270℃并在250-270℃下恒温25-35分钟，然后以20-30℃/分钟的降温速率冷却到室温，得到沙柳秸秆生物质炭；b、将10-40重量份的步骤a得到的沙柳秸秆生物质炭、20-50重量份的氮磷钾复合肥、5-20重量份的草炭、5-20重量份的粪便、5-20重量份的膨润土和2-10重量份的水混合均匀，得到混合后的物料；c、将步骤b得到的混合后的物料依次经过挤压造粒、抛圆和烘干，得到所述生物质炭基肥。
根据本发明，在进行上述沙柳秸秆的炭化裂解之前，需要将沙柳秸秆粉碎为长度小于3mm后进行60-70℃下烘干；在上述沙柳秸秆的炭化裂解过程中，通过以200-500mL/min的流量向炭化室通入纯度为99.99％的氮气使整个炭化裂解过程在氮气保护下进行。
根据本发明，在步骤b中，可以将20-30重量份的步骤a得到的沙柳秸秆生物质炭、30-40重量份的氮磷钾复合肥、10-15重量份的草炭、10-15重量份的粪便和10-15重量份的膨润土和3-5重量份的水混合均匀，得到混合后的物料。
根据本发明，所述氮磷钾复合肥中，N含量可以为15-25重量％，P2O5含量可以为6-15重量％，K2O含量可以为8-17重量％。
根据本发明，所述粪便可以为选自牛粪、羊粪、猪粪和鸡粪的至少一种，并且所述粪便为经过微生物发酵后的粪便；所述草炭的有机质含量可以大于40重量％；所述膨润土的粒度可以大于150目的筛孔。
根据本发明，步骤c中，挤压造粒的压缩比可以为(2.5-5):1；烘干温度可以为110-130℃。
本发明的所述沙柳秸秆生物质炭基肥在施用时，每公顷的用量可以为850-1100kg。
下面将通过实施例来进一步说明本发明，但是，本发明并不因此而受到任何限制。
种植玉米，选用玉米品种为郑单958，种植密度3000-3500株/亩,行距35cm，苗高70-80cm后施用沙柳生物质炭基肥，施肥方式为机播。
土壤有机碳测定采用浓硫酸-重铬酸钾外加热-硫酸亚铁滴定的方法测定。
测试实施例中玉米籽粒产量增幅和土壤有机碳增幅分别通过下式(1)和(2)计算：
(1)玉米籽粒产量增幅＝(测试例产量-对照组产量)/对照组产量×100％；
(2)土壤有机碳增幅＝(测试例土壤有机碳-对照组土壤有机碳)/对照组土壤有机碳×100％。
实施例1
a、在氮气保护下，将沙柳秸秆从常温以18℃/分钟的升温速率加热到110℃并在110℃下恒温25分钟，然后以18℃/分钟的升温速率加热到250℃并在250℃下恒温25分钟，然后以18℃/分钟的升温速率加热到390℃后在390℃下恒温25分钟，然后以10℃/分钟的升温速率加热到440℃后在440℃下恒温25分钟，然后以15℃/分钟的降温速率冷却到250℃并在250℃下恒温25分钟，然后以20℃/分钟的降温速率冷却到室温，得到沙柳秸秆生物质炭；
b、将10重量份的步骤a得到的沙柳秸秆生物质炭、20重量份N含量为15重量％，P2O5含量为6量％，K2O含量为8重量％的氮磷钾复合肥、5重量份有机质含量为45重量％的草炭、5重量份的牛粪、5重量份粒度为140目的筛孔的膨润土和2重量份的水混合均匀，得到混合后的物料；
c、将步骤b得到的混合后的物料依次经过压缩比为2.5:1下的挤压造粒、抛圆和110摄氏度烘干，得到所述生物质炭基肥产品1。
实施例2
a、在氮气保护下，将沙柳秸秆从常温以22℃/分钟的升温速率加热到130℃并在130℃下恒温35分钟，然后以22℃/分钟的升温速率加热到270℃并在270℃下恒温35分钟，然后以22℃/分钟的升温速率加热到410℃后在410℃下恒温35分钟，然后以16℃/分钟的升温速率加热到460℃后在460℃下恒温35分钟，然后以20℃/分钟的降温速率冷却到270℃并在270℃下恒温35分钟，然后以30℃/分钟的降温速率冷却到室温，得到沙柳秸秆生物质炭；
b、将40重量份的步骤a得到的沙柳秸秆生物质炭、50重量份N含量为25含量％，P2O5含量为15含量％，K2O含量为17重量％的氮磷钾复合肥、20重量份有机质含量为50重量％的草炭、20重量份的羊粪和猪粪的混合粪便、20重量份粒度为100目筛孔的膨润土和10重量份的水混合均匀，得到混合后的物料；
c、将步骤b得到的混合后的物料依次经过压缩比为5:1的挤压造粒、抛圆和130摄氏度烘干，得到所述生物质炭基肥产品2。
实施例3
a、在氮气保护下，将沙柳秸秆从常温以20℃/分钟的升温速率加热到120℃并在120℃下恒温30分钟，然后以20℃/分钟的升温速率加热到260℃并在260℃下恒温30分钟，然后以20℃/分钟的升温速率加热到400℃后在400℃下恒温30分钟，然后以13℃/分钟的升温速率加热到450℃后在450℃下恒温30分钟，然后以17℃/分钟的降温速率冷却到260℃并在260℃下恒温30分钟，然后以25℃/分钟的降温速率冷却到室温，得到沙柳秸秆生物质炭；
b、将25重量份的步骤a得到的沙柳秸秆生物质炭、35重量份N含量为20重量％，P2O5含量为9重量％，K2O含量为12重量％的氮磷钾复合肥、12重量份有机质含量为55重量％的草炭、12重量份的鸡粪、13重量份粒度为80目筛孔的膨润土和6重量份的水混合均匀，得到混合后的物料；
c、将步骤b得到的混合后的物料依次经过压缩比为4:1的挤压造粒、抛圆和120摄氏度烘干，得到所述生物质炭基肥产品3。
对比例1
按照与实施例1的生物质炭基肥的制备方法制备生物质炭基肥，但对沙柳秸秆生物质炭的制备过程改动如下：在无氮气的保护下，将粉碎后的沙柳秸秆以15℃/分钟的升温速率加热到600℃；以15℃/分钟的升温速率加热到1000℃，并在1000℃下恒温5小时，然后冷却至室温得沙柳秸秆生物质炭。
对比例2
按照与实施例1的生物质炭基肥的制备方法制备生物质炭基肥，但对沙柳秸秆生物质炭的制备过程改动如下：在氮气的保护下，将沙柳秸秆以10℃/分钟的升温速率加热到200℃并在200℃下恒温30分钟，然后以10℃/分钟的升温速率加热到230℃并在230℃下恒温1小时，然后以10℃/分钟的升温速率加热到250℃并在250℃下恒温1小时，然后以10℃/分钟的升温速率加热到280℃并在280℃下恒温1小时，然后冷却至室温得沙柳秸秆生物质炭。
对照组
玉米田不施用生物质炭基肥，施用等养分含量的有机无机复混肥，统计玉米籽粒产量，测试土壤有机碳含量。
测试实施例1-3
按照每公顷850kg的用量，分别将实施例1-3的生物质炭基肥产品施入玉米田中，统计玉米籽粒产量，并以对照组为基准，计算玉米籽粒产量增幅和土壤有机碳增幅，数据见表1。
测试对比例1-2
按照每公顷850kg的用量，分别将对比例1-2的生物质炭基肥产品施入玉米田中，统计玉米籽粒产量，并以对照组为基准，计算玉米籽粒产量增幅和土壤有机碳增幅，数据见表1。
表1
由表1可以看出，本发明的沙柳生物质炭基肥能够有非常好的肥效，能够显著提高农作物的产量，同时显著提高土壤的功效类物质含量。
以上描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种沙柳秸秆生物质炭基肥，其特征在于，所述沙柳秸秆生物质炭基肥含有：10-40重量份的沙柳秸秆生物质炭、20-50重量份的氮磷钾复合肥、5-20重量份的草炭、5-20重量份的粪便和5-20重量份的膨润土；其中，所述沙柳秸秆生物质炭是通过包括如下步骤的方法制备得到的：
在氮气保护下，将沙柳秸秆从常温以18-22℃/分钟的升温速率加热到110-130℃并在110-130℃下恒温25-35分钟，然后以18-22℃/分钟的升温速率加热到250-270℃并在250-270℃下恒温25-35分钟，然后以18-22℃/分钟的升温速率加热到390-410℃后在390-410℃下恒温25-35分钟，然后以10-16℃/分钟的升温速率加热到440-460℃后在440-460℃下恒温25-35分钟，然后以15-20℃/分钟的降温速率冷却到250-270℃并在250-270℃下恒温25-35分钟，然后以20-30℃/分钟的降温速率冷却到室温。
2.根据权利要求1所述的沙柳秸秆生物质炭基肥，其中，所述沙柳秸秆生物质炭基肥含有：15-30重量份的沙柳秸秆生物质炭、30-40重量份的氮磷钾复合肥、10-15重量份的草炭、10-15重量份的粪便和10-15重量份的膨润土。
3.根据权利要求1或2所述的沙柳秸秆生物质炭基肥，其中，所述氮磷钾复合肥中，N含量为15-25重量％，P2O5含量为6-15重量％，K2O含量为8-17量％。
4.根据权利要求1或2所述的沙柳秸秆生物质炭基肥，其中，所述粪便选自牛粪、羊粪、猪粪和鸡粪的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的沙柳秸秆生物质炭基肥，其中，所述草炭的有机质含量大于40重量％；所述膨润土的粒度大于150目的筛孔。
6.一种沙柳秸秆生物质炭基肥的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
a、将沙柳秸秆从常温以18-22℃/分钟的升温速率加热到110-130℃并在110-130℃下恒温25-35分钟，然后以18-22℃/分钟的升温速率加热到250-270℃并在250-270℃下恒温25-35分钟，然后以18-22℃/分钟的升温速率加热到390-410℃后在390-410℃下恒温25-35分钟，然后以10-16℃/分钟的升温速率加热到440-460℃后在440-460℃下恒温25-35分钟，然后以15-20℃/分钟的降温速率冷却到250-270℃并在250-270℃下恒温25-35分钟，然后以20-30℃/分钟的降温速率冷却到室温，得到沙柳秸秆生物质炭；
b、将10-40重量份的步骤a得到的沙柳秸秆生物质炭、20-50重量份的氮磷钾复合肥、5-20重量份的草炭、5-20重量份的粪便、5-20重量份的膨润土和2-10重量份的水混合均匀，得到混合后的物料；
c、将步骤b得到的混合后的物料依次经过挤压造粒、抛圆和烘干，得到所述生物质炭基肥。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，在步骤b中，将20-30重量份的步骤a得到的沙柳秸秆生物质炭、30-40重量份的氮磷钾复合肥、10-15重量份的草炭、10-15重量份的粪便和10-15重量份的膨润土和3-5重量份的水混合均匀，得到混合后的物料。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其中，所述氮磷钾复合肥中，N含量为15-25重量％，P2O5含量为6-15重量％，K2O含量为8-17重量％。
9.根据权利要求6或7所述的制备方法，其中，所述粪便选自牛粪、羊粪、猪粪和鸡粪的至少一种；所述草炭的有机质含量大于40重量％；所述膨润土的粒度大于150目的筛孔。
10.根据权利要求6或7所述的制备方法，其中，步骤c中，挤压造粒的压缩比为(2.5-5):1；烘干温度为110-130℃。
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