CN107935671A - 一种铁硅‑腐殖质复合的生物炭基肥及其制备方法和使用方法 - Google Patents

一种铁硅‑腐殖质复合的生物炭基肥及其制备方法和使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铁硅‑腐殖质复合的生物炭基肥及其制备方法和使用方法，利用生物炭的吸附性能，利用铁基和腐殖质的吸附和氧化还原性能，添加外源硅，得到的铁硅‑腐殖质复合生物炭基肥吸附量大、并具有氧化还原活性、能提高稻田土壤前期的磷素的吸附能力，提高土壤保肥供给磷素的能力，而且能提高水稻生育期土壤磷有效性，提高磷肥利用效率，降低磷素淋洗风险，解决了滨海盐碱地水稻生产中磷素淋洗风险大、利用率低的问题。

Description

一种铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥及其制备方法和使用 方法
技术领域：
本发明涉及农业废物资源化利用技术领域，具体涉及一种铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥及其制备方法和使用方法。
背景技术：
资源和环境问题是当代人类面临的重大问题。而生产力高度发达的现代工业产生数量巨大、种类繁多的固体废物，特别是农林业废弃物。中国是秸秆、木材等废弃物生产的大国，而且在今后相当长的时期内不会改变。利用农业、林业废弃物生产生物炭，降低所造成的环境污染，同时提高土壤肥力引起了人们的普遍关注。生物炭是指以自然界广泛存在的生物质资源(作物秸秆等)为基础，在缺氧条件下通过热裂解产生的炭质材料。生物炭的含碳量为40％-75％，而且还有少量的矿物质和挥发性有机化合物，生物炭呈碱性，且不易被环境微生物分解。另外，生物炭为多孔物质，具有极为丰富的空隙结构和巨大的比表面积，这些特性赋予了生物炭具有强大的吸附性能，故生物炭具有较强的阳离子交换性能(大的阳离子交换量)，因此，生物炭能够吸附土壤中的养分元素，可有效提高养分吸附量。
近年来，随着全球变暖和淡水资源缺乏的加剧，土壤盐渍化和次生盐渍化面积和程度呈上升趋势；同时，随着人口剧增、人类对粮食需求的增加，如何发挥盐碱土在粮食增产和环境保护中的作用显得也愈发重要。在黄河三角洲地区，由于盐渍化土壤剖面结构单一，土壤保肥能力较差，加之水稻种植过程中采用“深灌-大排”式的灌溉洗盐降渍，进而加剧了农田磷素养分流失，对水体环境造成威胁。在土壤肥力较低时，作物高产需要施用较高量肥料，大量施肥对环境胁迫并不突出，但是滨海盐渍化土壤水稻种植中施用大量化肥，特别是磷肥，加之该类土壤由于其特殊成土特性，对磷素固持能力较弱，导致磷淋洗，土壤肥力相对较低。
目前磷素资源已成为我国农业生产面临的重大问题；为了提高磷素资源利用效率，前人在应用技术方面开展了大量的研发，这些技术可以归纳为以下四种类型：其一、通过常规的育种或通过转基因的分子育种途径培育磷素高吸收的作物新品种或种质。目前，常规育种(包括筛选与驯化结合、杂交与化学或辐射诱变相结合等)获得了很多磷高效吸收的新品种。其二、通过研发土壤磷素活化剂，提高土壤有效磷含量方法。例如，中国科学院沈阳应用生态研究所(专利申请号：200610046170.9)研制了一种土壤磷素活化剂及应用方法，通过使用络合剂、腐殖酸、填充剂，可活化土壤磷，保持土壤磷肥长时期高水平，降低磷肥投入量，对环境安全。中国科学院新疆生物土壤沙漠研究所(专利申请号：94105175.7)研制了一种活化根际土壤磷的菌剂及其制备方法，通过根际土壤中分离出的假单孢菌属研制具有磷活化的菌剂。目前，可用于提高盐碱地稻田磷素利用效率技术不多，缺乏成本廉价的方法。
发明内容：
本发明的目的是针对滨海盐碱地土壤磷素含量低且磷肥利用效率低的特点，提供一种铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥及其制备方法和使用方法，利用生物炭的吸附性能，利用铁基和腐殖质的吸附和氧化还原性能，添加外源硅，得到的铁硅-腐殖质复合生物炭基肥吸附量大、并具有氧化还原活性、能提高稻田土壤前期的磷素的吸附能力，提高土壤保肥供给磷素的能力，而且能提高水稻生育期土壤磷有效性，提高磷肥利用效率，降低磷素淋洗风险，解决了滨海盐碱地水稻生产中磷素淋洗风险大、利用率低的问题。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥，包括生物炭与铁硅-腐殖质复合材料，生物炭与铁硅-腐殖质复合材料质量体积比为30～20g：1L，铁硅-腐殖质复合材料喷洒于所述生物炭上得到目标产物；所述生物炭是将农业废弃物晾干并粉碎，在隔绝空气条件下，升温至300℃～500℃，并保持此温度4～6小时制得；所述铁硅-腐殖质复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将硫酸亚铁与硅酸钠粉末按照质量比2:1～4:1混合并制备成质量百分数为1～4wt％的铁硅悬浮液，溶剂为水；
(2)铁硅悬浮液与质量百分数为15～25％的腐殖质液体按照体积比1：5～1：10(v/v)充分混合，所述腐殖质液体通过常规农林废弃物堆肥沤制后过滤制得而成。
所述的铁硅-腐殖质复合的生物炭粒径为0.50～4.0mm，优选为1-2mm；理论磷素最大吸附能力为8.3mg/g；密度0.70～1.00g/cm3；最大含水量为452g/kg；具有极细的蜂窝状空心体。
所述农业废弃物优选为水稻秸秆、稻壳。
本发明还提供上述铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥的使用方法，将铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥在滨海盐碱地稻田第二次灌水洗盐后施入土壤中。
铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥的施用量优选为每亩1500～4500kg。
优选地，将铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥在滨海盐碱地稻田第二次灌水洗盐后施入土壤表层，然后施入氮肥、钾肥、磷肥，钾肥分两次施用，基肥和穗肥各50％；土壤深翻、耙匀，然后水稻插秧；所述深翻的深度为10-20cm。
本发明的有益效果如下：
1)本发明针对滨海盐碱地土壤有效铁、硅及有机质含量低，利用生物炭的吸附性能，利用铁基和腐殖质的吸附和氧化还原性能，把盐碱地的磷素累积量增加，然后利用铁-碳-微生物的还原过程，提高固定态磷向吸附态及微生物量磷转化；同时添加外源硅，得到的铁硅-腐殖质复合生物炭基肥吸附量大、并具有氧化还原活性、能提高稻田土壤前期的磷素的吸附能力，提高土壤保肥供给磷素的能力，而且能提高水稻生育期土壤磷有效性，提高磷肥利用效率，降低磷素淋洗风险，解决了滨海盐碱地水稻生产中磷素淋洗风险大、利用率低的问题。
2)本发明将农业废弃物变废为宝，具有重要的实际应用价值，可广泛用于滨海盐碱地土壤的农业生产。
具体实施方式：
以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1：施用铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥提高土壤磷素保肥性
所用土壤为在滨海盐碱地土壤，经测定0-20cm土壤其pH：85；含盐量0.364％；总磷含量547.0mg/kg；速效磷含量14.6mg/kg。
试验作物：水稻。
供试材料：铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥，包括粒径为1-2mm的生物炭与铁硅-腐殖质复合材料，生物炭与铁硅-腐殖质复合材料质量体积比为30：1(g/L)，铁硅-腐殖质复合材料喷洒于所述生物炭上得到目标产物；所述生物炭是将水稻秸秆晾干并粉碎，在隔绝空气条件下，升温至300℃，并保持此温度4小时制得；所述铁硅-腐殖质复合材料的制备方法包括以下步骤：(1)将硫酸亚铁与硅酸钠粉末按照质量比2:1混合并制备成质量百分数为1％的铁硅悬浮液，溶剂为水；(2)铁硅悬浮液与质量百分数为15％的腐殖质液体按照体积比1：5充分混合。
在滨海盐碱地稻田第二次灌水洗盐后将本实施例制备的铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥按照每亩1500kg施入土壤中，翻深深度为10cm，然后施用氮素(N)总施用量为255kg/hm2，钾素(K2O)总施用量为229kg/hm2，氮肥做基肥(插秧前施肥)、分蘖肥(分蘖初期面施)、穗肥(幼穗分化期面施)和粒肥(抽穗期面施)施用，施用量分别为20％、20％、40％和20％；磷肥全部作基肥；钾肥分两次施用，基肥和穗肥各50％；分蘖肥施用硫酸锌7.5kg·hm-2。对照处理参考上述处理，不同之处在于不施用上述铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥。
研究结果(参见表1)表明：施用铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥显著提高土壤磷素的保肥性，提高稻田灌浆期磷素有效性及减少磷素淋洗含量。
表1施用铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥提高土壤磷素保肥性
实施例2、施用铁硅-腐殖质复合生物炭基肥能够降低滨海盐碱地土壤磷素淋洗，提高土壤有效磷含量
所用土壤：在滨海盐碱地土壤，经测定0～20cm土壤pH：8.7；含盐量0.38％；总磷含量623.0mg/kg；速效磷含量16.9mg/kg。
试验作物：水稻。
供试材料：铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥，包括粒径为1-2mm的生物炭与铁硅-腐殖质复合材料，生物炭与铁硅-腐殖质复合材料质量体积比为20：1(g/L)，铁硅-腐殖质复合材料喷洒于所述生物炭上得到目标产物；所述生物炭是将水稻秸秆晾干并粉碎，在隔绝空气条件下，升温至500℃，并保持此温度6小时制得；所述铁硅-腐殖质复合材料的制备方法包括以下步骤：(1)将硫酸亚铁与硅酸钠粉末按照质量比4:1混合并制备成质量百分数为4％的铁硅悬浮液，溶剂为水；(2)铁硅悬浮液与质量百分数为25％的腐殖质液体按照体积比1：10充分混合。
在滨海盐碱地稻田第二次灌水洗盐后将本实施例制备的铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥按照每亩4500kg施入土壤中，翻深深度为20cm，然后施用氮素(N)总施用量为255kg/hm2，钾素(K2O)总施用量为229kg/hm2，氮肥做基肥(插秧前施肥)、分蘖肥(分蘖初期面施)、穗肥(幼穗分化期面施)和粒肥(抽穗期面施)施用，施用量分别为20％、20％、40％和20％；磷肥全部作基肥；钾肥分两次施用，基肥和穗肥各50％；分蘖肥施用硫酸锌7.5kg·hm-2。对照处理参考上述处理，不同之处在于不施用上述铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥。
研究结果(参见表2)表明：施用铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥显著提高土壤磷素的保肥性，提高稻田灌浆期磷素有效性及减少磷素淋洗含量。
表2施用铁硅-腐殖质复合生物炭基肥能够降低滨海盐碱地土壤磷素淋洗，提高土壤有效磷含量
实施例3、施用不同量铁硅-腐殖质复合生物炭基肥对滨海盐碱地稻田土壤磷素利用效率的影响
所用土壤：滨海盐碱地土壤，经测定0-20cm土壤pH：8.6；含盐量0.35％；总磷含量592.2mg/Kg；速效磷含量14.5mg/kg。
试验作物：水稻。
供试材料：铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥，包括粒径为1-2mm的生物炭与铁硅-腐殖质复合材料，生物炭与铁硅-腐殖质复合材料质量体积比为25：1(g/L)，铁硅-腐殖质复合材料喷洒于所述生物炭上得到目标产物；所述生物炭是将水稻秸秆晾干并粉碎，在隔绝空气条件下，升温至400℃，并保持此温度5小时制得；所述铁硅-腐殖质复合材料的制备方法包括以下步骤：(1)将硫酸亚铁与硅酸钠粉末按照质量比3:1混合并制备成质量百分数为3％的铁硅悬浮液，溶剂为水；(2)铁硅悬浮液与质量百分数为20％的腐殖质液体按照体积比1：10充分混合。
在滨海盐碱地稻田第二次灌水洗盐后将铁硅-腐殖质复合生物炭作基肥按照每亩2500、3000、4000kg施入土壤中，翻深深度为15cm，然后施用氮素(N)总施用量为255kg/hm2，钾素(K2O)总施用量为229kg/hm2，氮肥做基肥(插秧前施肥)、分蘖肥(分蘖初期面施)、穗肥(幼穗分化期面施)和粒肥(抽穗期面施)施用，施用量分别为20％、20％、40％和20％；磷肥全部作基肥；钾肥分两次施用，基肥和穗肥各50％；分蘖肥施用硫酸锌7.5kg·hm-2。对照处理参考上述处理，不同之处在于不施用上述铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥。
研究结果(参见表3)表明：施用不同量的铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥对水稻吸收磷素吸收影响较大，在生物炭施用量在4000kg/666.7m2时能够显著提高水稻对磷素的吸收。
表3施用不同量铁硅-腐殖质复合生物炭基肥对滨海盐碱地稻田土壤磷素利用效率的影响

Claims (9)

1.一种铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥，其特征在于，包括生物炭与铁硅-腐殖质复合材料，生物炭与铁硅-腐殖质复合材料质量体积比为30～20g：1L，铁硅-腐殖质复合材料喷洒于所述生物炭上得到目标产物；所述生物炭是将农业废弃物晾干并粉碎，在隔绝空气条件下，升温至300℃～500℃，并保持此温度4～6小时制得；所述铁硅-腐殖质复合材料的制备方法包括以下步骤：(1)将硫酸亚铁与硅酸钠粉末按照质量比2:1～4:1混合并制备成质量百分数为1～4％的铁硅悬浮液，溶剂为水；(2)铁硅悬浮液体与质量百分数为15～25％的腐殖质液体按照体积比1：5～1：10充分混合，所述腐殖质液体通过常规农林废弃物堆肥沤制后过滤制得而成。
2.根据权利要求1所述铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥，其特征在于，所述的铁硅-腐殖质复合的生物炭粒径为0.50～4.0mm；理论磷素最大吸附能力为8.3mg/g；密度0.70～1.00g/cm3；最大含水量为452g/kg；具有极细的蜂窝状空心体。
3.根据权利要求1所述铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥，其特征在于，所述的铁硅-腐殖质复合的生物炭粒径为1-2mm。
4.根据权利要求1或2所述铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥，其特征在于，所述农业废弃物为水稻秸秆、稻壳。
5.一种铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将硫酸亚铁与硅酸钠粉末按照质量比2:1～4:1混合并制备成质量百分数为1～4％的铁硅悬浮液，溶剂为水；
(2)铁硅悬浮液与质量百分比为15～25％的腐殖质液体按照体积比1：5～1：10充分混合得到铁硅-腐殖质复合材料；
(3)铁硅-腐殖质复合材料喷洒于生物炭上得到目标产物；生物炭与铁硅-腐殖质复合材料质量体积比为30～20g：1L；所述生物炭是将农业废弃物晾干并粉碎，在隔绝空气条件下，升温至300℃～500℃，并保持此温度4～6小时制得。
6.一种权利要求1所述的铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥的使用方法，其特征在于，将铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥在滨海盐碱地稻田第二次灌水洗盐后施入土壤中。
7.根据权利要求6所述的铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥的使用方法，其特征在于，铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥施用量为每亩1500～4500kg。
8.根据权利要求6或7所述的铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥的使用方法，其特征在于，将铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥在滨海盐碱地稻田第二次灌水洗盐后施入土壤表层，然后施入氮肥、钾肥、磷肥，钾肥分两次施用，基肥和穗肥各50％；土壤深翻、耙匀，然后水稻插秧。
9.根据权利要求8所述的铁硅-腐殖质复合的生物炭基肥的使用方法，其特征在于，所述深翻的深度为10-20cm。
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