CN107056401A - 一种生物质材料复合缓效肥及其制备方法 - Google Patents

一种生物质材料复合缓效肥及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物质材料复合缓效肥及其制备方法。所述制备方法，包括如下步骤：(1)将生物质炭和含氮磷钾的化肥原料混合，得到第一混合料；(2)将所述第一混合料与有机活性液体混合，得到第二混合料，其中，所述有机活性液体为pH值为8～10、总可溶性有机物含量为400‑600mg/L的生物质提取液；(3)将所述第二混合料和粘结剂依次混合、造粒和干燥，得到所述炭基缓效肥。该炭基缓效肥既含有机质复合养分，又含活性有机物质，能有效改善炭基缓效肥的缓效性和生物亲和性，达到有机无机养分均衡、肥料稳定缓效、提高肥料养分利用率、作物促根增产的效果。

Description

一种生物质材料复合缓效肥及其制备方法
技术领域
本发明属于生物质资源循环利用技术领域，具体涉及一种生物质材料复合缓效肥及其制备方法，特别涉及一种促根壮茎、氮缓效且高效稳定的生物质材料复合缓效肥及其制备方法。
背景技术
田间施用化肥使我国粮食单产逐年上升，但是，大量施用化肥不但会增加投资成本，而且也会加剧土壤酸化和板结、导致水体富营养化。特别是氮肥施加过多会引起一系列恶果，如诱发农作物病虫害，引起温室效应等。2015年，农业部首次提出到2020年实现化肥使用量零增长目标，并制定发布《化肥使用量零增长行动方案》。如何在不提高化肥的施用量的情况下而达到保障或提高农作物的产量，提高肥料利用率、减少肥料施用量是我国农业可持续发展的长远战略。
为解决上述问题，现有技术主要从如何提高肥料养分的肥效和持续供应能力着手，如通过将有机和无机复合来得到有机无机复合肥，但是有机无机复合肥存在如下至少一个缺陷：(1)养分含量不高，达不到高浓度复合肥要求；(2)所用的有机质包括腐殖酸等，容易分解而不稳定，影响肥料的持续性；(3)常常需要包膜或者添加化学抑制剂，要么制备过程繁琐，要么对环境不友好，例如添加硝化抑制剂，来减少肥料氮素的硝化损失。
上述问题在中国专利文献CN102219604A仍存在，该专利文献公开了一种水稻炭基缓释肥及其制备方法。该水稻炭基缓释肥以氮磷钾颗粒复合肥作为肥芯，肥芯外包覆水稻秸秆生物质炭、膨润土和腐殖酸的颗粒，其组分按份数如下：氮磷钾颗粒复合肥40-45份，腐殖酸3-6份，膨润土2-5份，水稻秸秆生物质炭6-10份，氮磷钾颗粒复合肥中氮元素，五氧化二磷和氧化钾的质量比为15:15:15。该水稻基缓释肥成本低、环保、生产工艺简单、具有一定的缓释效果。
上述技术制得的水稻炭基缓释肥采用生物质炭进行包膜，摒弃了传统的包膜工艺，在制备过程中也并未添加化学抑制剂，但是，上述技术中的水稻炭基缓释肥以氮磷钾颗粒复合肥作为肥芯，并在肥芯外包覆水稻秸秆生物质炭、膨润土和腐殖酸，这样操作一方面生物质炭与氮、磷、钾肥料的接触非常少，并未充分相互作用，生物质炭无法充分发挥其吸附氮、磷、钾肥料的功能；另一方面肥芯外包覆的腐殖酸易分解，生物质炭遇水易分散，造成上述颗粒肥稳定性差；再者，上述水稻炭基缓释肥中添加了大量的氮磷钾颗粒复合肥，但是，对作物生长至关重要的微量金属元素确含量太少，难以满足作物各生产阶段的生长需要，导致作物增产不高。
发明内容
为此，本发明所要解决的是现有炭基缓释肥稳定性差、营养单一的缺陷，进而提供了一种稳定性好、营养丰富、作物增产明显的生物质材料复合缓效肥及其制备方法。该生物质材料复合缓效肥既含有机质复合养分，又含活性有机质，能有效改善生物质材料复合缓效肥的缓效性和生物亲和性，达到有机无机养分均衡、肥料稳定缓效、作物促根增产的效果。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
本发明所提供的生物质材料复合缓效肥的制备方法，包括如下步骤：
(1)将生物质炭和含氮磷钾的化肥原料混合，得到第一混合料；
(2)将所述第一混合料与有机活性液体混合，得到第二混合料，其中，所述有机活性液体为pH值为8～10、总可溶性有机物含量为400-600mg/L的生物质提取液；
(3)将所述第二混合料和粘结剂依次混合、造粒和干燥，得到所述生物质材料复合缓效肥。
优选地，步骤(1)中，所述第一混合料中N、P2O5、K2O和生物质炭的质量比为(25～35)：(15～25)：(15～25)：(15～30)。
优选地，步骤(1)中，所述生物质炭的制备方法，包括如下步骤：将农作物秸秆破碎至3-6mm，得到破碎料；将所述破碎料于450-500℃下炭化至少1h，得到所述生物质炭。
优选地，所述第一混合料与所述有机活性液体的质量比(85-90)：(10-15)；
所述有机活性液体中腐植酸含量为150～400mg/L。
优选地，步骤(2)中，所述有机活性液体的制备方法，包括如下步骤：
(a)将生物质炭与农作物秸秆炭化所得热解醋液按质量比1：(8-10)混合，得到混合物；
(b)将所述混合物于温度为80～85℃、转速为150-210r/min的摇床中振荡21-27h，得到生物质炭提取液；
(c)对所述生物质炭提取液进行离心、过滤，得到所述有机活性液体。
优选地，步骤(3)中，所述第二混合料和所述粘结剂质量比为(80-90)：(10-20)；
所述造粒为80-100℃下蒸汽转轂造粒；
所述干燥的温度为120-200℃。
优选地，步骤(2)中，在所述混合之前，还包括对所述第一混合料进行粉碎，并收集≤1mm的粉碎料的步骤；
所述混合为将所述有机活性液体的体积浓缩至原来的(1-5)/10，再喷雾至所述第一混合料上并搅拌混匀，使所述第二混合料中含水量≤12wt％。
优选地，所述粘结剂为矿物质粘结剂，所述矿物质粘结剂为黏土；
所述含氮磷钾的化肥原料为碳铵、尿素、磷铵和红钾中的至少一种；
所述农作物秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆、花生壳、水稻秸秆、油菜秸秆中的至少一种。
本发明还提供了由上述制备方法制得的生物质材料复合缓效肥。
进一步地，所述生物质材料复合缓效肥中N-P2O5-K2O总养分≥38wt％、有机质含量≥20wt％；
所述生物质材料复合缓效肥的颗粒直径为2-4mm。
本发明中所述炭化是在无氧或限氧的条件下进行的。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明实施例所提供的生物质材料复合缓效肥的制备方法，以具有丰富稳定有机质、良好内部孔性结构的生物质炭为载体，先将其与含氮磷钾的化肥原料充分混合，得到第一混合料；再将第一混合料与有机活性液体混合，得到第二混合料，该有机活性液体中可溶性有机质含量为400～600mg/L，在混合过程中有机活性液体会进入第一混合料的表面和内部；接着，将第二混合料、粘结剂和稳定剂混合，使亲水性的含氮磷钾的化肥原料与有机活性液体中的有机质等亲水基团复合，进一步与疏水性的生物质炭有机质通过有机无机桥键(例如-OH羟基桥键)复合，使有机无机复合养分紧密结合于生物炭纳米颗粒上，实现了含氮磷钾的化肥原料与生物质炭的良好结合；最后通过造粒和干燥实现上述复合过程的充分反应和稳定化，制得颗粒状的生物质材料复合缓效肥，保证了其稳定性和持效性，将其在水中浸泡2h后，其形状并无变化，未出现消散和崩解现象，其良好的持效性能显著提高农作物产量。
(2)本发明实施例所提供的生物质材料复合缓效肥的制备方法，通过控制第一混合料中N、P2O5、K2O和生物质炭的质量比，以及第一混合料与有机活性液体中可溶性有机质的质量比，保证了第一混合料中各组分和有机活性液体充分作用，使养分与生物质炭充分复合，并进入生物质炭孔洞内，制得了颗粒状生物质材料复合缓效肥，强化了其稳定性；对第一混合料进行粉碎，收集≤1mm的粉碎料；以及将体积浓缩至原来的(1-5)/10的所述有机活性液体喷雾至第一混合料上并搅拌混匀，这些处理均有利于提高其稳定性，保证缓效性。
(3)本发明实施例所提供的生物质材料复合缓效肥的制备方法，有机活性溶液中主要包括水溶性盐、胶体矿物、腐植质、腐植质氧化产物、小分子酸和小分子中性物质，小分子中性物质包括醇类、醛类、酮类、糖及氨基酸等，其中的腐植质等可刺激农作物根系发展而促进农作物的生长，尤其促进农作物侧根的生长，能促进壮根发苗，有利于植物生长及养分吸收利用。此外，这些有机化合物多数为含有羧基、酚、醇及烯醇官能团的配体，能够与多种价态的金属元素形成稳定的金属-有机复合物，从而提高土壤中铜、锌等作物有益金属元素的活性，促进作物平衡吸营养元素收，提高化肥养分的利用率。
(4)本发明实施例所提供的生物质材料复合缓效肥，既含有稳定的生物质炭有机质，又含有活性有机质，提高了土壤中有机质含量，改善土壤结构，增进土壤健康；同时促进根系生长，促进土壤微生物，特别是根际土壤微生物活性，增进氮素生物周转，有效抑制氮素的硝化反应和氧化亚氮温室气体排放，从而提高化肥氮素利用率。
(5)本发明实施例所提供的生物质材料复合缓效肥，施用其逐年增加土壤有机质；施用生物质材料复合缓效肥可提高氮素农学效率，可以改善土壤结构，降低土壤容重；大幅度减少N2O温室气体排放，土壤N2O排放可降低15-30％，提高作物品质。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中生物质材料复合缓效肥(b)和化肥磷铵(a)的核磁共振光谱图；
图2为本发明实施例中小麦秸秆(a)、生物质材料复合缓效肥(b)和尿素(c)的傅氏转换红外线光谱图。
图3为本发明实施例中由小麦秸秆所制得的生物质材料复合缓效肥的SEM图(左图)及其放大图(右图)。
图4为图3中的生物质材料复合缓效肥的XPS能谱图。
图5为图3中的生物质材料复合缓效肥中外观图。
具体实施方式
为了更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明做进一步描述。本发明可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本发明的构思充分传达给本领域技术人员，本发明将仅由权利要求来限定。
实施例1
本实施例提供了一种生物质材料复合缓效肥及其制备方法。所述制备方法，包括如下步骤：
(1)将干燥后的小麦秸秆破碎成3-6mm的破碎料，装入封闭式热解窑中，并于450℃下炭化2h，得到生物质炭颗粒；
(2)将生物质炭颗粒、尿素、磷铵和红钾混合，得到第一混合料，其中，第一混合料中N、P2O5、K2O和生物质炭的质量比为6：4：4：5；
(3)将干燥并粉碎后的小麦秸秆于450℃下炭化所得生物质炭与小麦秸秆炭化过程中产出的温度为85℃的热解醋液按质量比为1：8混合，得到混合物；将所述混合物于温度为85℃、转速为150r/min的摇床中振荡21h，得到生物质炭提取液；对所述生物质炭提取液进行抽滤，得到pH值为8、总可溶性有机物含量为600mg/L、腐植酸含量为200mg/L的有机活性液体；
对第一混合料进行粉碎，并收集≤1mm的粉碎料，将体积浓缩至原来的5/10的所述有机活性液体喷雾至所述第一混合料上并搅拌混匀，得到第二混合料，保证第一混合料与有机活性液体的质量比9：1，第二混合料中含水量≤12wt％；
(4)将所述第二混合料与黏土按质量比为17：3混合，再于90℃下蒸汽转轂造粒，再依次进行160℃下干燥、冷却、过筛，得到颗粒直径为2mm～3mm的生物质材料复合缓效肥。
经测试，该生物质材料复合缓效肥呈黑色圆粒，N-P2O5-K2O总养分40wt％、有机质含量30wt％。
对上述生物质材料复合缓效肥进行相应的性能测试，测试结果如下：
将上述生物质材料复合缓效肥在水中浸泡2h后，其形状并无变化，未出现消散和崩解现象，表明其稳定性好。
图1为本实施例中生物质材料复合缓效肥(b)和磷铵(a)的核磁共振光谱图，从图1可得知：与磷铵相比，生物质材料复合缓效肥中磷铵的波谱发生了改变，在其中形成了新的无定型磷化合物，该无定型磷化合物增加了生物质材料复合缓效肥的稳定性和缓效效果。
图2为本实施例中小麦秸秆(a)、生物质材料复合缓效肥(b)和尿素(c)的傅氏转换红外线光谱图，从图2可得知：生物质材料复合缓效肥中的尿素已转变成新的碳基态氮素和缓效态有机态胺，该结构也有利于增加了生物质材料复合缓效肥的稳定性和缓效效果。
图3为本实施例中由小麦秸秆所制得的生物质材料复合缓效肥的SEM图和图4为图3中的炭基复合肥的XPS能谱图，从图3和图4可得知：生物质材料复合缓效肥的孔隙能有效吸附和保蓄各种养分和矿物质元素，营养成分均衡；从图3可得知：生物质材料复合缓效肥中具有微纳米孔径。
图5为本实施例中由小麦秸秆所制得的生物质材料复合缓效肥的外观图，从图5可得知，其颗粒均匀。
实施例2
本实施例提供了一种生物质材料复合缓效肥及其制备方法。所述制备方法，包括如下步骤：
(1)将干燥后的花生壳秸秆破碎成3-6mm的破碎料，装入封闭式热解窑中，并于500℃下炭化1h，得到生物质炭颗粒；
(2)将生物质炭颗粒、尿素、磷铵和红钾混合，得到第一混合料，其中，第一混合料中N、P2O5、K2O和生物质炭的质量比为5：5：3：6；
(3)将干燥并粉碎后的花生壳秸秆于450℃下炭化所得生物质炭与花生壳秸秆炭化过程中产出的温度为60℃的热解醋液按质量比为1：9混合，得到混合物；将所述混合物于温度为80℃、转速为210r/min的摇床中振荡27h，得到生物质炭提取液；；对所述生物质炭提取液进行抽滤，得到pH值为10、总可溶性有机物含量为400mg/L、腐植酸含量为400mg/L的有机活性液体；
对第一混合料进行粉碎，并收集≤1mm的粉碎料，将体积浓缩至原来的1/10的所述有机活性液体喷雾至所述第一混合料上并搅拌混匀，得到第二混合料，保证第一混合料与有机活性液体的质量比17：3，第二混合料中含水量≤12wt％；
(4)将所述第二混合料与黏土按质量比为9：1混合，再于100℃下蒸汽转轂造粒，再依次进行120℃下干燥、冷却、过筛，得到颗粒直径为2mm～3mm的生物质材料复合缓效肥。
经测试，该生物质材料复合缓效肥呈黑色圆粒，N-P2O5-K2O总养分38wt％、有机质含量20wt％。
将上述生物质材料复合缓效肥在水中浸泡2h后，其形状并无变化，未出现消散和崩解现象，表明其稳定性好。
实施例3
本实施例提供了一种生物质材料复合缓效肥及其制备方法。所述制备方法，包括如下步骤：
(1)将干燥后的小麦秸秆破碎成3-6mm的破碎料，装入封闭式热解窑中，并于480℃下炭化1.5h，得到生物质炭颗粒；
(2)将生物质炭颗粒、尿素、磷铵和红钾混合，得到第一混合料，其中，第一混合料中N、P2O5、K2O和生物质炭的质量比为7：3：5：3；
(3)将干燥并粉碎后的小麦秸秆于450℃下炭化所得生物质炭与小麦秸秆炭化过程中产出的温度为60℃的热解醋液按质量比为1：10混合，得到混合物；将所述混合物于温度为83℃、转速为200r/min的摇床中振荡24h，得到生物质炭提取液；；对所述生物质炭提取液进行抽滤，得到pH值为9、总可溶性有机物含量为500mg/L、腐植酸含量为300mg/L的有机活性液体；
对第一混合料进行粉碎，并收集≤1mm的粉碎料，将体积浓缩至原来的3/10的所述有机活性液体喷雾至所述第一混合料上并搅拌混匀，得到第二混合料，保证第一混合料与有机活性液体的质量比17：3，第二混合料中含水量≤12wt％；
(4)将所述第二混合料与黏土按质量比为87：13混合，再于80℃下蒸汽转轂造粒，再依次进行200℃下干燥、冷却、过筛，得到颗粒直径为2mm～3mm的生物质材料复合缓效肥。
经测试，该生物质材料复合缓效肥呈黑色圆粒，N-P2O5-K2O总养分39wt％、有机质含量25wt％。
将上述生物质材料复合缓效肥在水中浸泡2h后，其形状并无变化，未出现消散和崩解现象，表明其稳定性好。
实施例4
本实施例提供了一种生物质材料复合缓效肥及其制备方法。所述制备方法，包括如下步骤：
(1)将干燥后的水稻秸秆破碎成3-6mm的破碎料，装入封闭式热解窑中，并于500℃下炭化2h，得到生物质炭颗粒；
(2)将生物质炭颗粒、尿素、磷铵和红钾混合，得到第一混合料，其中，第一混合料中N、P2O5、K2O和生物质炭的质量比为6：5：5：6；
(3)将干燥并粉碎后的水稻秸秆于370℃下炭化所得生物质炭与水稻秸秆炭化过程中产出的温度为75℃的热解醋液按质量比为1：9混合，得到混合物；将所述混合物于温度为84℃、转速为180r/min的摇床中振荡25h，得到生物质炭提取液；；对所述生物质炭提取液进行抽滤，得到pH值为10、总可溶性有机物含量为550mg/L、腐植酸含量为150mg/L的有机活性液体；
对第一混合料进行粉碎，并收集≤1mm的粉碎料，将体积浓缩至原来的2/10的所述有机活性液体喷雾至所述第一混合料上并搅拌混匀，得到第二混合料，保证第一混合料与有机活性液体中的质量比17：3，第二混合料中含水量≤12wt％；
(4)将所述第二混合料与黏土按质量比为6：1混合，再于80℃下蒸汽转轂造粒，再依次进行150℃下干燥、冷却、过筛，得到颗粒直径为2mm～3mm的生物质材料复合缓效肥。
经测试，该生物质材料复合缓效肥呈黑色圆粒，N-P2O5-K2O总养分48wt％、有机质含量40wt％。
将上述生物质材料复合缓效肥在水中浸泡2h后，其形状并无变化，未出现消散和崩解现象，表明其稳定性好。
实施例5
本实施例提供了一种生物质材料复合缓效肥及其制备方法。所述制备方法，包括如下步骤：
(1)将干燥后的玉米秸秆破碎成3-6mm的破碎料，装入封闭式热解窑中，并于450℃下炭化3h，得到生物质炭颗粒；
(2)将生物质炭颗粒、尿素、磷铵和红钾混合，得到第一混合料，其中，第一混合料中N、P2O5、K2O和生物质炭的质量比为26：23：17：28；
(3)将干燥并粉碎后的玉米秸秆于450℃下炭化所得生物质炭与玉米秸秆炭化过程中产出的温度为85℃的热解醋液按质量比为1：8混合，得到混合物；将所述混合物于温度为85℃、转速为150r/min的摇床中振荡21h，得到生物质炭提取液；；对所述生物质炭提取液进行抽滤，得到pH值为8、总可溶性有机物含量为600mg/L、腐植酸含量为200mg/L的有机活性液体；
对第一混合料进行粉碎，并收集≤1mm的粉碎料，将体积浓缩至原来的4/10的所述有机活性液体喷雾至所述第一混合料上并搅拌混匀，得到第二混合料，保证第一混合料与有机活性液体的质量比9：1，第二混合料中含水量≤12wt％；
(4)将所述第二混合料与黏土按质量比为17：3混合，再于100℃下蒸汽转轂造粒，再依次进行170℃下干燥、冷却、过筛，得到颗粒直径为3mm～4mm的生物质材料复合缓效肥。
经测试，该生物质材料复合缓效肥呈黑色圆粒，N-P2O5-K2O总养分45wt％、有机质含量32wt％。
对上述生物质材料复合缓效肥进行相应的性能测试，测试结果如下：
将上述生物质材料复合缓效肥在水中浸泡2h后，其形状并无变化，未出现消散和崩解现象，表明其稳定性好。
对比例1
本对比例提供了一种复合肥及其制备方法。所述制备方法，包括如下步骤：
(1)将干燥后的小麦秸秆破碎成3-6mm的破碎料，装入封闭式热解窑中，并于450℃下炭化2h，得到生物质炭颗粒；
(2)将生物质炭颗粒、尿素、磷铵和红钾混合，得到第一混合料，其中，第一混合料中N、P2O5、K2O和生物质炭的质量比为6：4：4：5；
(3)将所述第一混合料与黏土按质量比为17：3混合，再于90℃下蒸汽转轂造粒，再依次进行160℃下干燥、冷却、过筛，得到复合肥。
经测试，该复合肥中N-P2O5-K2O总养分20wt％、有机质含量15wt％。
将上述复合肥在水中浸泡0.5h后，其形状发生变化，分散于水中，表明其稳定性差。
对比例2
将中国专利文献CN102219604A中实施例1中制得的水稻炭基缓释肥在水中浸泡1h后，其形状发生变化，分散于水中，表明其稳定性差。
实验例1
本试验位于河南省新乡某地该地区传统农作制度为玉米-小麦轮作。田间试验共设6种试验处理：
(1)不施肥处理(NF)；
(2)常规缓效复合肥处理(CF)：其中N:P2O5:K2O＝15:15:15，当地常规施用，即玉米种植前一次性施入，玉米生育期内不追肥，用量为1500kg/hm2，总计施氮225kg/hm2；
(3)实施例1中的生物质材料复合缓效肥、配施化肥和减氮10％处理(BCFN1)：玉米种植前施生物质材料复合缓效肥500kg/hm2，玉米拔节期追施尿素112.5kgN/hm2，总计施氮202.5kg/hm2；
(4)实施例1中的生物质材料复合缓效肥、配施化肥和减氮20％处理(BCFN2)：玉米种植前施入生物质材料复合缓效肥500kg/hm2，玉米拔节期追施尿素90kgN/hm2，总计施氮180kg/hm2；
(5)实施例1中的生物质材料复合缓效肥、配施化肥和等氮处理(BCFN3)：玉米种植前施入生物质材料复合缓效肥500kg/hm2，玉米拔节期追施入尿素135kgN/hm2，总计施氮225kg/hm2；
(6)全量实施例1中的生物质材料复合缓效肥和等氮处理(BCF)：玉米种植前一次性施入炭基复合肥1250kg/hm2，不追肥，总计施氮225kg/hm2。
上述5种试验处理中，除全量生物质材料复合缓效肥和等氮处理(BCF)外，其余各处理均在玉米种植前补齐磷钾肥至225kg P2O5/hm2和225kg K2O/hm2。
试验过程中，上述每个处理均设三次重复，共18个小区，小区采用随机区组排列，小区面积20m2(4m×5m)，各小区间筑埂覆盖厚塑料膜，用以隔水隔肥，并设置保护行，玉米植株行距60cm，株距30cm，每个小区定植119株。
玉米于2014年6月21日播种，2014年9月24日收获，玉米产量计算采用实测的方法，即玉米籽粒全部收获，人工脱粒后称重，然后转化为每公顷的籽粒产量。整个玉米生育期仅在8月1日灌溉一次，其它种植方式及田间管理与当地一致。
表1不同处理对玉米产量构成要素及氮肥农学利用率的影响
注：同一列数据后标识不同字母表示差异显著(P<0.05)。
从表1可得知：施用生物质材料复合缓效肥能显著提高玉米的产量，与常规缓效复合肥相比，施加全量生物质材料复合缓效肥，玉米产量最高能提高10.2％；而使用与化肥等氮量的生物质材料复合缓效肥，玉米产量提高5.4％；在减少化肥用量10％和20％的情况下，使用生物质材料复合缓效肥可保持玉米不减产；使用生物质材料复合缓效肥可使玉米氮肥农学利用率从11.82kg/kg提高到16.69kg/kg，说明生物质材料复合缓效肥具有好的缓效效果。
实验例2
本试验位于安徽省某地水稻种植区(117°34′11.1″E，30°44′9.3″N)。该地区属于亚热带季风气候，年平均温度16.5℃，年平均降水量1800mm。年均日照率45％，年均无霜期220天，最长286天。该地区传统农作制度为水稻-小麦轮作，土壤类型属于潴育型水稻土，质地为重壤土。
试验共设3个炭基肥处理(实施例1中小麦秸秆生物质材料复合缓效肥(WSF)、实施例5中的玉米秸秆生物质材料复合缓效肥(HWF)、实施例2中的花生壳生物质材料复合缓效肥(PHF))，各种炭基肥的养分含量均为N:P2O5:K2O＝18：9：11，以及1个常规复混化肥对照(BBF，N:P2O5:K2O＝15：15：15)，各处理设置3个重复，每小区面积200m2。
炭基肥处理：基肥施450kg·hm-2的生物质材料复合缓效肥和51kg·hm-2的尿素，分蘖期追施尿素60kg·hm-2，抽穗期追尿素75kg·hm-2。
常规处理：基肥施450kg·hm-2的复混化肥和70.5kg·hm-2的尿素，分蘖期追施尿素150kg·hm-2，抽穗期追尿素75kg·hm-2。
相应的测试结果如下表2和表3：
表2生物质炭基肥对水稻产量及氮肥利用率的影响
氮肥偏生产力(NPFP，kg·kg-1)＝施氮肥区稻谷产量/施氮量；
籽粒收获指数(HIG，无量纲)＝籽粒产量/地上部生物量；
氮素稻谷生产效率(NGPE，kg·kg-1)＝水稻籽粒产量/植株氮素总量。
从表2可知：与常规处理相比，施用花生壳生物质材料复合缓效肥、玉米秸秆生物质材料复合缓效肥和小麦秸秆生物质材料复合缓效肥分别显著提高水稻的产量、肥偏生产力、籽粒收获指数和氮素稻谷生产效率。
表3生物质炭基肥对温室气体排放的影响
*GWP：甲烷和氧化亚氮全球增温潜势；GHGI：温室气体排放强度
从表3可知：施加生物质炭基肥显著降低温室气体的排放，其中N2O-N排放降低31.0～39.4％，甲烷降低25.5～50.6％，GWP降低29.8～42.9％，GHGI降低36.4～56.5％。
实验例3
1、试验处理及施肥方案：
本示范试验包括2个处理(如表4所示)：
1)对照(CK)：只施用化学肥料，肥料种类和用量与当地农户用量相同；
2)生物质材料复合缓效肥(BCF)，生物质材料复合缓效肥作为基肥一次性施用。其它农事操作管理均相同。
表4试验示范处理及每亩实际施肥量(kg/亩)
附注：所用化学肥料总养分(N-P-K)量为25％，其中N:P2O5:K2O＝10:8:7。
表5不同肥料对水稻产量及构成的影响
从表5可得知：与常规化肥相比，施加炭基缓释肥的水稻亩穗数及粒数较多，穗长和穗重较大，结实率和产量高，且施肥量显著降低，施用生物质材料复合缓效肥是常规化肥效益的3倍以上，具有优异的减肥增效效果。
实验例4
本试验位于河南省新乡某地该地区传统农作制度为玉米-小麦轮作，分别施加上述各实施例和对比例中的肥料，玉米种植前一次性施入肥料1250kg/hm2，不追肥，总计施氮225kg/hm2。
试验过程中，设三次重复，小区面积20m2(4m×5m)，各小区间筑埂覆盖厚塑料膜，用以隔水隔肥，并设置保护行，玉米植株行距60cm，株距30cm，每个小区定植119株。
玉米于2014年6月21日播种，2014年9月24日收获，玉米产量计算采用实测的方法，即玉米籽粒全部收获，人工脱粒后称重，然后转化为每公顷的籽粒产量。整个玉米生育期仅在8月1日灌溉一次，其它种植方式及田间管理与当地一致。
表5不同肥料对玉米产量的影响
注：同一列数据后标识不同字母表示差异显著(P<0.05)。
从表5可得知：施加本发明的炭基缓效费，玉米增长明显，原因在于：该生物质材料复合缓效肥既含有机质复合养分，又含活性有机质，能有效改善生物质材料复合缓效肥的缓效性和生物亲和性，达到有机无机养分均衡、肥料稳定缓效。
实验例5
在江苏某地对玉米和水稻进行施肥试验，试验分为两组处理：
第一组处理：施加常规炭基复合肥，购自当地农资市场，N：P2O5：K2O＝15：15：10；
第二组处理：施加上述实施例4中生物质材料复合缓效肥；
上述两组处理的施肥量均相同，均用等量尿素追肥。
相应的测试结果如下表6所示：
表6不同肥料对作物根系、籽粒粗蛋白含量的影响
从表6可得知：施用生物质材料复合缓效肥的水稻根系比施加常规炭基复合肥的根系长提高10.2％，玉米根系长提高9.6％，表明本发明生物质材料复合缓效肥可显著促进作物根系的生长，原因在于：本发明生物质材料复合缓效肥中含有腐植质类物质、小分子中性物质如醇类、醛类及酮类等、小分子酸及生物聚合物分等。这些物质对根系的生长起到了刺激作用。
从表6可得知：施用生物质材料复合缓效肥的水稻籽粒比常规炭基复合肥的水稻籽粒中粗蛋白含量提高10.8％，玉米籽粒中粗蛋白含量提高9.9％，说明生物质材料复合缓效肥还可显著提高作物的品质。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种生物质材料复合缓效肥的制备方法，包括如下步骤：
(1)将生物质炭和含氮磷钾的化肥原料混合，得到第一混合料；
(2)将所述第一混合料与有机活性液体混合，得到第二混合料，其中，所述有机活性液体为pH值为8～10、总可溶性有机物含量为400-600mg/L的生物质提取液；
(3)将所述第二混合料和粘结剂依次混合、造粒和干燥，得到所述生物质材料复合缓效肥。
2.根据要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述第一混合料中N、P2O5、K2O和生物质炭的质量比为(25～35)：(15～25)：(15～25)：(15～30)。
3.根据要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述生物质炭的制备方法，包括如下步骤：将农作物秸秆破碎至3-6mm，得到破碎料；将所述破碎料于450-500℃下炭化至少1h，得到所述生物质炭。
4.根据要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一混合料与所述有机活性液体的质量比(85-90)：(10-15)；
所述有机活性液体中腐植酸含量为150～400mg/L。
5.根据要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述有机活性液体的制备方法，包括如下步骤：
(a)将生物质炭与农作物秸秆炭化所得热解醋液按质量比1：(8-10)混合，得到混合物；
(b)将所述混合物于温度为80～85℃、转速为150-210r/min的摇床中振荡21-27h，得到生物质炭提取液；
(c)对所述生物质炭提取液进行离心、过滤，得到所述有机活性液体。
6.根据要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述第二混合料和所述粘结剂质量比为(80-90)：(10-20)；
所述造粒为80-100℃下蒸汽转轂造粒；
所述干燥的温度为120-200℃。
7.根据要求1-6中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，在所述混合之前，还包括对所述第一混合料进行粉碎，并收集≤1mm的粉碎料的步骤；
所述混合为将所述有机活性液体的体积浓缩至原来的(1-5)/10，再喷雾至所述第一混合料上并搅拌混匀，使所述第二混合料中含水量≤12wt％。
8.根据要求1-7中任一项所述的制备方法，其特征在于，
所述粘结剂为矿物质粘结剂，所述矿物质粘结剂为黏土；
所述含氮磷钾的化肥原料为碳铵、尿素、磷铵和红钾中的至少一种；
所述农作物秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆、花生壳、水稻秸秆、油菜秸秆中的至少一种。
9.权利要求1-8中任一项所述的制备方法制得的生物质材料复合缓效肥。
10.根据权利要求9所述的生物质材料复合缓效肥，其特征在于，所述生物质材料复合缓效肥中N-P2O5-K2O总养分≥38wt％、有机质含量≥20wt％；
所述生物质材料复合缓效肥的颗粒直径为2-4mm。
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