CN107759322A - 一种炭基微生物复合肥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于复合肥技术领域。本发明公开了一种炭基微生物复合肥，其由微生物复合肥、包覆剂、生物炭和沸石按比制得，微生物复合肥由氮肥、磷肥、钾肥和固氮微生物组成；包覆剂由凹凸棒土和聚乙烯醇水溶液组成；本发明还公开了一种炭基微生物复合肥的制备方法，将微生物复合肥投入到包衣机中，然后再加入包覆剂、生物炭和沸石搅拌，烘干后制得炭基微生物复合肥。本发明中的炭基微生物复合肥中的氮磷钾肥和固氮微生物的含量较高，在受盐碱化危害的及缺磷素的地区具有潜在的应用前景；含有丰富的碳氮等有机元素，总养分含量达到了复合肥国家标准中肥料中浓度的要求；对氮素具有一定的缓释作用；制备方法工艺步骤简单、易于采用现有设备生产的。

Description

一种炭基微生物复合肥及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合肥技术领域，尤其是涉及一种炭基微生物复合肥及其制备方法。

背景技术

随着我国经济发展、人口增长及耕地面积的逐年减少，施用化肥已经成为提高粮食产量，应对粮食安全问题的重要措施。2013年我国化肥施用量达到了5911.9万吨，超过世界用肥总量的1/3，单位播种面积化肥施用量达到了359.1kg/hm²，是世界平均水平的2.5倍。中国化肥总施用量和单位面积施用量已经处于世界高水平，但肥料利用率却较低。目前我国粮食作物氮肥利用率只有30％～35％，美国粮食作物氮肥利用率大约在50％，欧洲主要国家粮食作物氮肥利用率大体在65％，比我国高15％～35％。大量施肥已经成为各地用来提高作物产质量的普遍方法，而肥料的高投入除了带来一定的经济效益，也带来了诸多环境问题。施用化肥虽然能增加土壤中有效养分的含量，提高土壤肥力，但也会给环境带来诸多不良影响。长期施用化肥会造成土壤酸化和板结；过量施用化肥会使土壤易发生盐渍化和次生盐渍化；此外，不合理的施肥也会把有害物质带入土壤，造成土壤污染，进而影响农产品的品质。氮肥在农业生产中用量较大、增产效果明显，但也具有最大的环境风险。农田大量施用氮肥会对地下水造成污染，过量的肥料随径流流入水体也会造成水体的富营养化，破坏生态平衡。氮肥的过量施用会加剧氮氧化物等温室气体的排放，加剧温室效应，影响全球气候变化。因此，在保证农产品产量和效益的基础上，通过研制新型肥料、调整施肥结构来解决施肥过量、肥料利用率低、农产品品质和环境质量下降的现状是农业生产中亟需解决的关键问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种既能提高土壤肥力、提高作物产质量同时还能避免发生土壤酸化、板结、盐渍化和水体富营养化等问题的炭基微生物复合肥；

本发明还提供了一种工艺步骤简单、易于采用现有设备生产的炭基微生物复合肥的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种炭基微生物复合肥，其由微生物复合肥、包覆剂、生物炭和沸石按重量比100：(10～15)：(10～30)：(5～15)制得；微生物复合肥由氮肥、磷肥、钾肥和固氮微生物组成，微生物复合肥中各组分的重量百分比为氮肥45～50wt％、磷肥23.5～24wt％、钾肥23.5～24wt％，余量为固氮微生物；包覆剂由凹凸棒土和聚乙烯醇水溶液组成，包覆剂中聚乙烯醇水溶液的重量百分含量为50～75wt％，余量为凹凸棒土。

生物炭是生物质在无氧或缺氧条件下，经过高温热裂解过程形成的一类难熔的、稳定的、高度芳香化的固态物质。生物炭作为一种新兴的环境功能材料，不仅可以充分利用作物秸秆、禽畜粪便等农业废弃物，提高资源的利用率，施入土壤还可以提高土壤肥力，改善土壤理化性质，促进养分循环，缓解温室效应。生物炭具有比表面积大、孔隙度高的特点，其表面有很多活跃的官能团，具有良好的吸附性能，且生物炭具有较强的离子交换性能，可改善土壤阴、阳离子交换量，因此生物炭可以作为肥料载体，吸持养分，降低肥料损失，提高肥料的利用率。生物炭的多孔结构也可以为微生物提供良好的栖息环境，并且当肥料养分释放完后，生物炭依然可以发挥土壤改良等功能。微生物是土壤活性和生态功能的核心，微生物对土壤中有机质分解、能量转化和养分循环具有不可替代的作用。在肥料中添加具有固氮、溶磷、解钾等功能的微生物，可以增加土壤氮素，活化土壤中的磷钾元素，促进养分的转化循环，提高耕地土壤的生物肥力和基础地力，对病虫害也有一定的抑制作用。生物炭的多孔结构与功能微生物之间具有较好的互补效应。

本发明在炭基肥料与微生物肥料研究的基础上进行创新，将生物炭与普通氮磷钾肥及具有固氮功能的微生物复合，使肥料兼具炭基肥料与微生物肥料的优势。

包覆剂中，凹凸棒土调节pH值的作用，聚乙烯醇起到包覆缓释的作用，同时也将所有原料聚合在一起。

沸石是一种同样具有多孔、良好吸附性的无机材料。由于生物炭的密度较小，往往小于1g/cm³单独作为复合肥载体添加后，制得的炭基复合肥在施用后往往会发生被水冲走等问题，炭基微生物复合肥的固定性较差，因此为了稍微增加炭基微生物复合肥的密度，在炭基微生物复合肥中添加少许同样具有良好吸附性能的沸石。

作为优选，氮肥为尿素、硝酸铵或碳酸氢铵中的一种，磷肥为过磷酸钙或重磷酸钙中的一种，钾肥为氯化钾、硫酸钾或硝酸钾中的一种。

作为优选，固氮微生物为枯草芽孢杆菌。

作为优选，聚乙烯醇水溶液为3～6wt％的聚乙烯醇水溶液。

作为优选，生物炭为稻壳炭，稻壳炭由以下方法制得，先将稻壳洗净烘干，然后将洗净烘干后的稻壳在200～300℃空气气氛下处理20～30分钟，接着在400～600℃下隔绝氧气加热70～110分钟，冷却并粉碎后过30～50目筛，之后在60～80℃下烘20～26小时，制得稻壳炭。

稻壳炭主要成分为元素为碳，其质量分数高达65.38％，其次还包括氧、氮、氢和灰分元素，其灰分含量较高，表明稻壳炭中含有较多的矿物质。稻壳炭pH值为8.22，为碱性，这是由于稻壳炭中含有较多的盐基离子(如钙、钠、镁、钾等)和碱性基团，能够降低氢离子和交换性铝离子的水平，并提高土壤的pH值，对于南方酸性土壤的改良具有重要意义；稻壳炭具有丰富的孔隙结构，使其具有较大的比表面积，因此具有良好的吸附性能。稻壳炭是非均质的块状物质，具有大量的孔隙结构，其大小不一，形态各异，排列紧密，其表面凹凸不平，具有较大的比表面积，为吸附物质提供了良好的场所。稻壳炭中的碳大多以双键、芳香环存在，结构很稳定，而其表面丰富的羟基、羧基和羰基等化学官能团赋予了稻壳炭强大的吸附性能。

作为优选，凹凸棒土为过100～120目筛的凹凸棒土，沸石为过50～60目筛的沸石。

一种炭基微生物复合肥的制备方法，包括以下步骤：

将微生物复合肥投入到包衣机中，然后再加入包覆剂、生物炭和沸石以60～70rpm的转速搅拌20～60分钟，之后在30～40℃烘干制得炭基微生物复合肥。

作为优选，沸石在添加前先经以下处理，将沸石用水清洗，然后将清洗后的沸石在盐酸溶液中浸泡20～40分钟，吸干沸石表面的盐酸溶液后将其在600～750℃下煅烧30～40分钟并冷却，之后将沸石在碳酸氢钠溶液中浸泡1～2小时，最后用水清洗、烘干、待用。

本发明中，生物炭/稻壳炭是一种现制备的材料，因此其表面的活性是很强的，无须进行使用前的处理，而沸石是一种采购的无机矿物，必然经过了长时间的存放，因此在使用前先需要将其表面及基团的活性激活，也就是除去附着在其表面的一些杂质并活化其表面基团，本发明中采用先盐酸溶液浸泡，然后在高温煅烧的方法进行活化，这样的活化方法简单、易行，同时也是较高效的。

作为优选，盐酸溶液的浓度为1.0～1.5mol/L，碳酸氢钠溶液的浓度为0.5～1.0mol/L。

因此，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明中的炭基微生物复合肥中的氮磷钾肥和固氮微生物的含量较高，其固氮微生物的活性较强；

(2)本发明中的炭基微生物复合肥呈酸性或接近中性，在受盐碱化危害的及缺磷素的地区具有潜在的应用前景；

(3)本发明中的炭基微生物复合肥中含有丰富的碳氮等有机元素，pH值均呈酸性或接近中性，总养分含量达到了复合肥国家标准中肥料中浓度的要求；

(4)本发明中的炭基微生物复合肥对氮素具有一定的缓释作用；

(5)本发明中的炭基微生物复合肥的制备方法工艺步骤简单、易于采用现有设备生产的。

附图说明

图1为CBS20炭基微生物复合肥2500倍的扫描电镜图；

图2为CBS20炭基微生物复合肥10000倍的扫描电镜图；

图3为XBS20炭基微生物复合肥2500倍的扫描电镜图；

图4为XBS20炭基微生物复合肥10000倍的扫描电镜图；

图5为HBS20炭基微生物复合肥2500倍的扫描电镜图；

图6为HBS20炭基微生物复合肥10000倍的扫描电镜图；

图7为不同工艺炭基微生物肥料的pH值柱状图；

图8为不同工艺炭基微生物肥料的总养分含量柱状图；

图9为不同工艺炭基微生物肥料的有效活菌数柱状图；

图10为CBS组炭基微生物肥料在炭添加量不同时的7天氮素累积释放率趋势图；

图11为XBS组炭基微生物肥料在炭添加量不同时的7天氮素累积释放率趋势图；

图12为HBS组炭基微生物肥料在炭添加量不同时的7天氮素累积释放率趋势图；

图13为生物炭含量10的炭基微生物肥料在不同炭添加量的7天氮素累积释放率趋势图；

图14为生物炭含量20的炭基微生物肥料在不同炭添加量的7天氮素累积释放率趋势图；

图15为生物炭含量30的炭基微生物肥料在不同炭添加量的7天氮素累积释放率趋势图；

其中，图7～9中不同字母表示不同工艺、不同炭添加量制备的炭基微生物肥料的差异达到5％显著水平。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。

显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，若非特指，所有的设备和原料均可从市场上购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。

实施例1

一种炭基微生物复合肥，其由微生物复合肥、包覆剂、生物炭和沸石按重量比100：10：10：5制得；微生物复合肥由氮肥、磷肥、钾肥和固氮微生物组成，微生物复合肥中各组分的重量百分比为氮肥45wt％、磷肥23.5wt％、钾肥23.5wt％，固氮微生物7％；包覆剂由凹凸棒土和聚乙烯醇水溶液组成，包覆剂中聚乙烯醇水溶液的重量百分含量为50wt％，凹凸棒土的重量百分含量为50wt％；

氮肥为硝酸铵，磷肥为过磷酸钙，钾肥为硫酸钾；固氮微生物为枯草芽孢杆菌，此处为枯草芽孢杆菌孢子粉；聚乙烯醇水溶液为3wt％的聚乙烯醇水溶液；凹凸棒土为过100目筛的凹凸棒土，沸石为过50目筛的沸石；

生物炭为稻壳炭，稻壳炭由以下方法制得，先将稻壳洗净烘干，然后将洗净烘干后的稻壳在200℃空气气氛下处理20分钟，接着在400℃下隔绝氧气加热70分钟，冷却并粉碎后过30目筛，之后在60℃下烘20小时，制得稻壳炭。

一种炭基微生物复合肥的制备方法，包括以下步骤：

将微生物复合肥投入到包衣机中，然后再加入包覆剂、生物炭和沸石以60rpm的转速搅拌20分钟，之后在30℃烘干制得炭基微生物复合肥；

其中，沸石在添加前先经以下处理，将沸石用水清洗，然后将清洗后的沸石在浓度为1.0mol/L的盐酸溶液中浸泡20分钟，吸干沸石表面的盐酸溶液后将其在600℃下煅烧30分钟并冷却，之后将沸石在浓度为0.5mol/L的碳酸氢钠溶液中浸泡1小时，最后用水清洗、烘干、待用。

实施例2

一种炭基微生物复合肥，其由微生物复合肥、包覆剂、生物炭和沸石按重量比100：12：20：15制得；微生物复合肥由氮肥、磷肥、钾肥和固氮微生物组成，微生物复合肥中各组分的重量百分比为氮肥50wt％、磷肥24wt％、钾肥24wt％，固氮微生物2wt％；包覆剂由凹凸棒土和聚乙烯醇水溶液组成，包覆剂中聚乙烯醇水溶液的重量百分含量为75wt％，凹凸棒土的重量百分含量为25wt％；

氮肥为碳酸氢铵，磷肥为重磷酸钙，钾肥为硝酸钾；固氮微生物为枯草芽孢杆菌，此处为枯草芽孢杆菌孢子粉；聚乙烯醇水溶液为6wt％的聚乙烯醇水溶液；凹凸棒土为过120目筛的凹凸棒土，沸石为过60目筛的沸石；

生物炭为稻壳炭，稻壳炭由以下方法制得，先将稻壳洗净烘干，然后将洗净烘干后的稻壳在300℃空气气氛下处理30分钟，接着在600℃下隔绝氧气加热110分钟，冷却并粉碎后过50目筛，之后在80℃下烘26小时，制得稻壳炭。

一种炭基微生物复合肥的制备方法，包括以下步骤：

将微生物复合肥投入到包衣机中，然后再加入包覆剂、生物炭和沸石以70rpm的转速搅拌60分钟，之后在40℃烘干制得炭基微生物复合肥；

其中，沸石在添加前先经以下处理，将沸石用水清洗，然后将清洗后的沸石在浓度为1.5mol/L的盐酸溶液中浸泡40分钟，吸干沸石表面的盐酸溶液后将其在750℃下煅烧40分钟并冷却，之后将沸石在浓度为1.0mol/L的碳酸氢钠溶液中浸泡2小时，最后用水清洗、烘干、待用。

实施例3

一种炭基微生物复合肥，其由微生物复合肥、包覆剂、生物炭和沸石按重量比100：15：30：10制得；微生物复合肥由氮肥、磷肥、钾肥和固氮微生物组成，微生物复合肥中各组分的重量百分比为氮肥47.5wt％、磷肥23.75wt％、钾肥23.75wt％，固氮微生物5wt％；包覆剂由凹凸棒土和聚乙烯醇水溶液组成，包覆剂中聚乙烯醇水溶液的重量百分含量为60wt％，凹凸棒土的重量百分含量为40wt％；

氮肥为尿素，磷肥为过磷酸钙，钾肥为氯化钾；固氮微生物为枯草芽孢杆菌，此处为枯草芽孢杆菌孢子粉；聚乙烯醇水溶液为4wt％的聚乙烯醇水溶液；凹凸棒土为过110目筛的凹凸棒土，沸石为过55目筛的沸石；

生物炭为稻壳炭，稻壳炭由以下方法制得，先将稻壳洗净烘干，然后将洗净烘干后的稻壳在250℃空气气氛下处理25分钟，接着在500℃下隔绝氧气加热90分钟，冷却并粉碎后过40目筛，之后在70℃下烘24小时，制得稻壳炭。

一种炭基微生物复合肥的制备方法，包括以下步骤：

将微生物复合肥投入到包衣机中，然后再加入包覆剂、生物炭和沸石以65rpm的转速搅拌30分钟，之后在35℃烘干制得炭基微生物复合肥；

其中，沸石在添加前先经以下处理，将沸石用水清洗，然后将清洗后的沸石在浓度为1.2mol/L的盐酸溶液中浸泡30分钟，吸干沸石表面的盐酸溶液后将其在700℃下煅烧35分钟并冷却，之后将沸石在浓度为0.75mol/L的碳酸氢钠溶液中浸泡1.5小时，最后用水清洗、烘干、待用。

对比例：设置对比例1～6；

对比例1～3的炭基微生物复合肥除原料中不添加包覆剂外原料依次与实施例1～3相同；

对比例1～3的炭基微生物复合肥的制备采用掺混法，即将原料中的组分混合后充分掺混均匀制得炭基微生物复合肥。

对比例4～6的炭基微生物复合肥除原料中不添加包覆剂外原料依次与实施例1～3相同；

对比例4～6的炭基微生物复合肥的制备采用吸附法，即将原料中的氮肥、磷肥、钾肥先溶于水中，待充分溶解后加入稻壳炭和枯草芽孢杆菌孢子粉，搅拌均匀后置于烘箱中烘干，制得炭基微生物复合肥。

根据各实施例和对比例的制备方法(混合造粒法HBS、掺混法CBS、吸附法XBS)和稻壳炭含量的不同，对各实施例和对比例按表1进行标记：

表1实施例及对比例标记

注：标记中的数值部分表示上述实施例和对比例中生物炭/稻壳炭的含量/添加量，10即表示生物炭含量与微生物复合肥的比值为10：100，20即表示生物炭含量与微生物复合肥的比值为20：100，30即表示生物炭含量与微生物复合肥的比值为30：100；上、下文中如涉及到生物炭/稻壳炭的含量/添加量时一律按上述方式进行表示。

一、产品性能测试

1.产品表面结构分析：

对炭基微生物肥料进行表面结构的分析，主要比较不同工艺制备的炭基微生物肥料中稻壳炭对氮磷钾肥与微生物孢子粉的吸附情况(选取HBS20、CBS20、XBS20三组进行比较)。采用HITACHI S-4800型扫描电子显微镜观察其表面结构，并记录图像。

2.元素分析：

称取0.005g干燥后过上述实施例及对比例制得的炭基微生物肥料，采用VarioISOTOPE CUBE型元素分析仪测定，运行条件为：高纯氧0.2MPa，氦气0.12MPa，炉温1150℃，测得炭基微生物肥料中C、H、N、S元素的含量，采用差减法计算O含量。

3.pH值测定：

pH的测定采用复合电极法，称取1g干燥后的由上述实施例和对比例制得的炭基微生物肥料，以肥水质量比为1:25用METTLER TOLEDO LE 438型pH计测定样品的pH值。

4.肥料总养分测定：

称取一定量的干燥后的由上述实施例和对比例制得的炭基微生物肥料适当处理，进行全氮、有效磷和速效钾的测定，利用Kjeltec 2300型全自动凯氏定氮仪测定全氮含量，UV-6100紫外分光光度计测定有效磷含量，FP6410型火焰光度计测定全钾含量，据此计算炭基微生物肥料的总养分含量。

5.有效活菌数检测：

按照文献(李亚兰,张建新,彭玉魁,等.微生物肥料中有效活菌数检测方法[J].西北农业学报,1999,8(4):94-96.)的方法，对上述实施例和对比例制得的炭基微生物肥料进行有效活菌数检测：

①菌悬液制备：称取过0.45mm筛的固体肥料10g，加入带玻璃珠的100mL的无菌水中，静置20min，在摇床上200r/min充分振荡30min，即成母液菌悬液，记为稀释倍数为10倍，用无菌吸管吸取5mL母液加入到45mL无菌水中，得到稀释倍数为102的菌悬液，依次类推到105倍，选择103、104、105 3个稀释水平作为一个梯度涂平板，每个稀释水平重复3次；

②培养基配制：配制枯草芽孢杆菌培养基，灭菌后装入广口瓶待用。枯草芽孢杆菌采用的培养基配方如下：20g葡萄糖+15g蛋白胨+5g氯化钠+0.5g牛肉膏+10g琼脂+1L水，pH调至7.0；

③倒平板：在无菌工作台将配好的培养基倒入无菌培养皿，每个培养皿倒约15mL，开盖在紫外灯下照射10至15分钟，待培养基凝固后准备加菌悬液；

④涂板与培养：用0.5mL无菌移液管分别吸取不同稀释度菌悬液0.1mL，加至预先制备好的固体培养基平板上，分别用无菌涂布棒将不同稀释度的菌悬液均匀地涂于琼脂表面；每一稀释度重复3次，同时以无菌水作空白对照，在37℃条件下培养24h；

⑤数菌计算：以黑色笔点涂平板数菌落数，3个重复取平均值，计算有效活菌数：有效活菌数＝平板菌落平均数(个)×稀释倍数×1/涂板量(mL)。

6.缓释效果分析：

通过进行氮素累积水溶出率实验来说明炭基微生物肥料的缓释效果，具体方法如下：①称取过2mm筛的干燥后的由上述实施例和对比例制得的炭基微生物肥料样品2.0g放入孔径为150μm的尼龙网袋中，封口；②将网袋缓慢放入加有200mL蒸馏水的锥形瓶中，用小型自封袋封口后置于25℃的恒温培养箱中；③每隔24h取样一次，每次取样10mL，取样后再补进等量的蒸馏水，如此反复7次；④试验重复3次，并设置对照；⑤水样采用multi C/N 3100型TOC分析仪测定氮的含量。

二、产品性能测试分析

1.产品表面结构分析：

图1、图2为CBS20不同倍数的扫描电镜图，图3、图4为XBS不同倍数的扫描电镜图，图5、图6为HBS不同倍数的扫描电镜图；

由图1、图2可知，掺混型炭基微生物肥料的结构以稻壳炭为依托，其上成条带状或颗粒状的物质可能是吸附的氮磷钾肥料与微生物孢子粉，但吸附总量不多，在稻壳炭添加量为20％时，仍能清晰的看到稻壳炭的表面；

由图3、图4可知，吸附型炭基微生物肥料的稻壳炭表面出现了大量片状物质，图4与图2相比，生物炭表面被覆盖的面积增大，表明吸附型炭基微生物肥料中的稻壳炭比掺混型炭基微生物肥料负载了更多的物质；

由图5、图6可知，混合造粒型炭基微生物肥料的稻壳炭的表面与孔隙结构中密集覆盖着一层块状物质，其吸附量之大已经完全覆盖了稻壳炭的微孔结构；

图1～6反映了不同工艺制备的炭基微生物肥料中稻壳炭吸附氮磷钾肥料与枯草芽孢杆菌孢子粉的量存在很大差异，混合造粒法制备的炭基微生物肥料中稻壳炭负载的物质最多，吸附法次之，掺混法最少。

2.元素分析：

由于3种工艺制备的炭基微生物肥料原料添加量不同，无法进行各元素含量的直接比较，本文主要选择相同工艺制备的炭基微生物肥料，在稻壳炭添加量不同时，分析各元素含量的变化(表2)；

表2炭基微生物肥料元素分析

由表2可以看出，9个肥料样品的碳、氮元素含量都比较高，稻壳炭与尿素的加入使得肥料所含有机物质较丰富；相同制备工艺下，随着稻壳炭添加量由10增加到30，炭基微生物肥料碳元素含量呈现递增的规律，氮元素也符合这个规律，这是由于随着稻壳炭的增加，用以吸附氮磷钾肥和微生物孢子粉的吸附位点和场所随之增加；但氢元素的变化却呈现相反的规律，随着稻壳炭的增加，氢元素的含量反而降低，原因可能是稻壳炭中H⁺的吸附位点被氮磷钾肥和枯草芽孢杆菌占据了，也可能是尿素中的H元素在造粒过程中以其他形式损失掉了；炭基微生物肥料的元素分析表也反映出不同工艺制备的炭基微生物肥料，其元素含量的波动性情况略有差异，混合造粒型肥料的碳氮元素变化波动最小，其次是吸附型，最后是掺混型，说明不同造肥工艺在物料均匀程度上依次是混合造粒法＞吸附法＞掺混法。

3.pH值测定：

如图7所示，不同工艺制备的炭基微生物肥料pH值在3.8～6.1之间，呈酸性或接近中性，呈酸性的原因可能是炭基微生物肥料中添加了呈酸性的无机盐，从而影响肥料的pH值，这使得炭基微生物肥料在受盐碱化危害的及缺磷素的地区具有潜在的应用前景；不同工艺制备的肥料的pH值存在显著差异；总体来说，稻壳炭添加量相同时制备的炭基微生物肥料中，pH值最接近中性的是混合造粒型肥料，其次是吸附型肥料，最后是掺混型肥料，即就造粒工艺而言，混合造粒法制备的肥料具有更广泛的应用性；这可能是由于混合造粒法制备炭基微生物肥料时物料混合更为均匀，使肥料中呈酸性碱性的物料可以更好的中和，也可能因为该工艺中添加的凹凸棒粉在发挥调节剂功能的同时也影响着肥料的pH值；相同工艺、不同稻壳炭添加量的炭基微生物肥料的pH值随稻壳炭的增加而增加，这是因为稻壳炭呈碱性，添加量越多，对肥料的pH值影响越大。

4.肥料总养分测定：

如图8所示，不同工艺制备的炭基微生物肥料的总养分含量均在34％～37％之间，达到了复合肥料国家标准的要求(低浓度≥25％，中浓度≥30％，高浓度≥40％)；由于混合造粒法制备的炭基微生物肥料原料较多，压缩了其基本肥料的比例，使该法制备的炭基微生物肥料总养分含量较吸附法和掺混法制得的肥料少，也就使3种不同工艺制备的炭基微生物肥料的总养分含量在5％的置信水平下达到显著性差异；另外，混合造粒法制备的肥料总养分含量之间没有显著差异，而吸附法与掺混法制备的肥料略有差异，考虑到养分测定时取样的随机性，可以判断混合造粒法制备的炭基微生物肥料混合的更为均匀，其次是吸附法制备的肥料，最后是掺混法制备的肥料；这与元素分析的结果相一致。

5.有效活菌数检测：

如图9所示，肥料制备工艺与稻壳炭添加量的不同使炭基微生物肥料的有效活菌数差异较大。总体看来，添加枯草芽孢杆菌的炭基微生物肥料的有效活菌数均在3.4×10⁵～7.0×10⁵个/g之间，其中混合造粒型肥料的有效活菌数最多，其次是吸附型肥料，而掺混型肥料最少，说明不同的工艺制备的炭基微生物肥料对枯草芽孢杆菌的吸附量是混合造粒法＞吸附法＞掺混法，这与3种肥料的扫描电镜图的结果相一致；且随着稻壳炭添加量的增加，3种工艺制备的炭基微生物肥料的有效活菌数均呈现递增的趋势；原因是稻壳炭的增加，为微生物提供了更广阔充足的栖居场所，使有效活菌数增多，另一个原因是枯草芽孢杆菌适宜生存的pH值为7.0，稻壳炭的添加比例越高，肥料的pH值越接近7.0，枯草芽孢杆菌的存活率就越高。

6.缓释效果分析：

由图10、图11、图12可知，3种炭基微生物肥料在25℃环境下的氮素累积释放率均符合“S”形释放规律；随着稻壳炭添加量的增加，同种工艺制备的炭基微生物肥料的氮素累积释放率降低，稻壳炭添加量为30的肥料氮素累积释放率远低于稻壳炭添加量为10的肥料；这是因为肥料中添加的稻壳炭越多，对氮素的吸持性越强，肥料的氮素释放就越缓慢；当稻壳炭添加量为30时，掺混型、吸附型和混合造粒型炭基微生物肥料静置24h的氮素累积水溶出率分别为47.86％、47.35％和45.25％，均超过了缓释肥料标准所规定的15％的标准，7天累积释放率均超过了67％，养分释放虽然有一定的延缓，但距缓释肥料标准的要求尚有较大差距；原因是，稻壳炭对氮素的吸持仅是较弱的静电引力或化学键的物理吸附，甚至有些肥料晶体只是附着在稻壳炭的表面，所以炭基微生物肥料的缓释效果是有限的；

由图13、图14、图15可知，掺混型炭基微生物肥料的氮素初始水溶出率和累积水溶出率依次高于吸附型和混合造粒型，即混合造粒型炭基微生物肥料的缓释效果最优，吸附型和掺混型略差；说明肥料的制备工艺影响了稻壳炭对氮素的吸持强度，使肥料养分的释放特征出现差异；联系3种不同工艺炭基微生物肥料的扫描电镜图来分析，掺混型炭基微生物肥料除了部分氮素被稻壳炭吸附外，其余大量肥料颗粒分散掺杂在稻壳炭中，遇水易溶解，缓释作用降低；不同工艺制备的炭基微生物肥料的缓释性能混合造粒型＞吸附型＞掺混型，这是由于混合造粒法造肥的过程比较缓慢，造肥过程中稻壳炭与其他物料得到了充分混合，使稻壳炭对氮磷钾肥及枯草芽孢杆菌的物理吸附及附着作用更为彻底，其吸持强度也更大。

应当理解的是，对于本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种炭基微生物复合肥，其特征在于：

其由微生物复合肥、包覆剂、生物炭和沸石按重量比100：(10～15)：(10～30)：(5～15)制得；

所述的微生物复合肥由氮肥、磷肥、钾肥和固氮微生物组成，所述微生物复合肥中各组分的重量百分比为氮肥45～50wt％、磷肥23.5～24wt％、钾肥23.5～24wt％，余量为固氮微生物；

所述的包覆剂由凹凸棒土和聚乙烯醇水溶液组成，所述的包覆剂中聚乙烯醇水溶液的重量百分含量为50～75wt％，余量为凹凸棒土。

2.根据权利要求1所述的一种炭基微生物复合肥，其特征在于：

所述的氮肥为尿素、硝酸铵或碳酸氢铵中的一种，所述的磷肥为过磷酸钙或重磷酸钙中的一种，所述的钾肥为氯化钾、硫酸钾或硝酸钾中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种炭基微生物复合肥，其特征在于：

所述的固氮微生物为枯草芽孢杆菌。

4.根据权利要求1所述的一种炭基微生物复合肥，其特征在于：

所述的聚乙烯醇水溶液为3～6wt％的聚乙烯醇水溶液。

5.根据权利要求1所述的一种炭基微生物复合肥，其特征在于：

所述的生物炭为稻壳炭，

所述的稻壳炭由以下方法制得，先将稻壳洗净烘干，然后将洗净烘干后的稻壳在200～300℃空气气氛下处理20～30分钟，接着在400～600℃下隔绝氧气加热70～110分钟，冷却并粉碎后过30～50目筛，之后在60～80℃下烘20～26小时，制得稻壳炭。

6.根据权利要求1所述的一种炭基微生物复合肥，其特征在于：

所述的凹凸棒土为过100～120目筛的凹凸棒土，所述的沸石为过50～60目筛的沸石。

7.一种根据权利要求1所述的炭基微生物复合肥的制备方法，其特征在于包括以下步骤：将微生物复合肥投入到包衣机中，然后再加入包覆剂、生物炭和沸石以60～70rpm的转速搅拌20～60分钟，之后在30～40℃烘干制得炭基微生物复合肥。

8.根据权利要求7所述的一种炭基微生物复合肥的制备方法，其特征在于：

所述的沸石在添加前先经以下处理，将沸石用水清洗，然后将清洗后的沸石在盐酸溶液中浸泡20～40分钟，吸干沸石表面的盐酸溶液后将其在600～750℃下煅烧30～40分钟并冷却，之后将沸石在碳酸氢钠溶液中浸泡1～2小时，最后用水清洗、烘干、待用。

9.根据权利要求8所述的一种炭基微生物复合肥的制备方法，其特征在于：

所述盐酸溶液的浓度为1.0～1.5mol/L，所述碳酸氢钠溶液的浓度为0.5～1.0mol/L。