CN108329176A - 具有保水缓释功能的生物有机肥料 - Google Patents

Abstract

本发明属于肥料技术领域，具体涉及一种具有保水缓释功能的生物有机肥料，所述的生物有机肥料中包括以下重量份的物质：生物质原料30～55重量份、畜禽粪便15～26重量份、微生物菌剂0.2～0.7重量份、保水剂10～15重量份、磁化水20～35重量份；本发明通过对淀粉进行接枝丙烯酸的改性处理，然后在通过交联剂形成具有较多亲水基团的三维立体网状结构，依靠改性淀粉的网状载体上的多个羟基与水分子间的氢键作用实现吸水效果；同时，在该保水剂的外层包覆带有多孔结构的聚合物层，从而提高对肥料中养分元素的吸附，达到缓释的效果。

Description

具有保水缓释功能的生物有机肥料

技术领域

本发明属于肥料技术领域，具体涉及一种具有保水缓释功能的生物有机肥料。

背景技术

化学肥料利用率低造成的环境污染与资源浪费等问题是制约我国农业发展的两个主要的问题。自20世纪60年代以来，缓释肥料生产技术为解决化肥利用率低和化肥污染问题开辟了新的思路和更有效的途径。近年来，将保水剂与缓释肥料在材料与功能上复合一体化，研究和开发具有保水功能、养分可缓慢释放的保水缓释肥料，对于旱地面积占3/4的中国农业尤具重要意义。

现有技术中，保水缓释肥料按照保水剂与肥料结合方式的不同，一般分为吸附工艺型，掺混工艺型，包膜工艺型和化学工艺型四种。而目前，随着化肥用量的不断增加，如何提高肥料利用率，减少环境的污染，改善土壤的物理形状，是未来农业生产发展亟待解决的技术问题；在追求农产品产量与质量及环境友好等多重目标的要求下，肥料的改性显得尤为重要，开发吸水倍率高，缓释效果强，制作工艺简单、成本低，价格低廉的保水缓释肥料是农业发展的主要途径。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种具有保水缓释功能的生物有机肥料，提高肥料的吸水倍率和缓释效果。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种具有保水缓释功能的生物有机肥料，所述的生物有机肥料中包括以下重量份的物质：生物质原料30～55重量份、畜禽粪便15～26重量份、微生物菌剂0.2～0.7重量份、保水剂10～15重量份、磁化水20～35重量份；

所述保水剂采用以下步骤制备得到：

向淀粉溶液中加入丙烯酸，加热并超声处理，接着加入交联剂，继续微波处理3～5min，然后干燥处理后得到保水剂前驱体；

将上述保水剂前驱体和金属粉末加入到聚合物乳液中，在惰性气体氛围中加热到60～80℃，搅拌混合，接着冷却，并将其浸没到酸性溶液脱洗，然后用水脱洗2～3次，即得所述的保水剂。

优选的，所述的微生物菌剂中包括有乳酸菌、酵母菌和光合菌，活菌数大于1亿个/毫升。

优选的，所述微波处理的频率为800～1500MHz，微波源功率为30～100kW。

优选的，所述的交联剂为冠醚、β-环糊精、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺中的一种或其组合。

优选的，所述的金属粉末为铁粉、镁粉、铝粉或锌粉中的一种或其组合。

优选的，所述的聚合物乳液选自VAE乳液、纯丙乳液、苯丙乳液、丁苯乳液中的一种，所述聚合物乳液的固含量≥45％。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

本发明提供的保水缓释肥料，通过对淀粉进行接枝丙烯酸的改性处理，然后在通过交联剂形成具有较多亲水基团的三维立体网状结构，依靠改性淀粉的网状载体上的多个羟基与水分子间的氢键作用实现吸水效果；同时，在该保水剂的外层包覆带有多孔结构的聚合物层，从而提高对肥料中养分元素的吸附，达到缓释的效果；

本发明中，所述的肥料为生物质原料和畜禽粪便经微生物菌群发酵处理，生物质原料中的大分子物质被分解、发酵成为小分子、且易于被植物所吸收的物质，从而提高了植物对肥料的吸收效率，提高了肥料的利用效率。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。

本发明提供了一种具有保水缓释功能的生物有机肥料，所述的生物有机肥料中包括以下重量份的物质：生物质原料30～55重量份、畜禽粪便15～26重量份、微生物菌剂0.2～0.7重量份、保水剂10～15重量份、磁化水20～35重量份；

所述保水剂采用以下步骤制备得到：

向淀粉溶液中加入丙烯酸，加热并超声处理，接着加入交联剂，继续微波处理3～5min，然后干燥处理后得到保水剂前驱体；

将上述保水剂前驱体和金属粉末加入到聚合物乳液中，在惰性气体氛围中加热到60～80℃，搅拌混合，接着冷却，并将其浸没到酸性溶液脱洗，然后用水脱洗2～3次，即得所述的保水剂。

本发明中，所述的生物质原料属于生物质资源的一种，例如农作物的秸秆即属于一种生物质原料，具体的，该农作物秸秆可以举出如小麦秸秆，油菜秸秆、稻草秸秆。生物质原料在自然界中的种类繁多，分布广泛且数量巨大，因此，本申请中的生物质原料具有成本低廉的技术优势；所述的畜禽粪便可以选择养殖场所产生的大量的粪尿混合物，具体的，如羊粪、猪粪、牛粪。本发明对步骤(1)中生物质原料与畜禽粪便的加入比例不做特殊的限定，可以根据具体的需要配置形成的肥料进行适当的调整。

本发明中，微生物菌剂的作用在于对生物质原料和畜禽粪便进行发酵分解处理，具体的，所述的微生物菌剂中包括有乳酸菌、酵母菌和光合菌，活菌数大于1亿个/毫升。

本发明中，通过向淀粉溶液中加入丙烯酸溶液，然后进行加热并超声处理，使得淀粉上接枝丙烯酸，具体的，加热的温度为50～60℃，接着在交联剂的作用下形成以淀粉为主链骨架，在侧链上含有亲水性基团的三维空间网状结构；作为优选的，所述的步骤(2)中，所述微波处理的频率为800～1500MHz，微波源功率为30～100kW。

本发明中，所述的交联剂可以选用物理交联剂或化学交联剂，具体的，所述的物理交联剂可以选择冠醚、β-环糊精；所述的化学交联剂可以选择N,N’-亚甲基双丙烯酰胺。

本发明中，通过将制备得到的保水剂前驱体和金属粉末加入到聚合物乳液中，接着在惰性气体氛围中加热处理，然后再浸没到酸性溶液中，在保水剂前驱体的表面形成具有空隙结构的聚合物层。

所述的惰性气体可以选择氮气；

所述的金属粉末为铁粉、镁粉、铝粉或锌粉中的一种或其组合；

所述的聚合物乳液选自VAE乳液、纯丙乳液、苯丙乳液、丁苯乳液中的一种，所述聚合物乳液的固含量≥45％。

所述酸性溶液的目的在于使包覆在保水剂前驱体表面的聚合物乳液中的金属析出溶解，从而形成孔隙结构，本发明对所述酸性溶液的种类不做具体的限定，可以为本领域技术人员所熟悉的，所述的酸性溶液可以为无机酸或有机酸，所述的无机酸可以为盐酸、硝酸、硫酸、硼酸、高氯酸、次氯酸中的一种；所述的有机酸可以为甲酸、乙酸、苯甲酸中的一种。

进一步的，为了获得更好的吸附效果，以及确保保水剂的保水能力，所述保水剂前驱体、金属粉末和聚合物乳液的质量比为1：(0.02～0.08)：(0.2～0.5)。

本发明中，通过将保水剂、发酵混合物和磁化水进行混合即可得到具有保水缓释效果的肥料，方法简单方便，易于操作。作为优选的，保水剂、发酵混合物和磁化水的重量比为(3.5～5)：(10～15)：(5～8)。

本发明还提供了一种上述具有保水缓释功能的生物有机肥料的制备方法，包括：

(1)将生物质原料进行破碎处理，然后加入微生物菌剂和水拌和，堆置发酵处理；接着加入畜禽粪便，拌和均匀后，继续堆置发酵处理，得发酵混合物；

(2)制备保水剂；

(3)将上述保水剂加入到步骤(1)中的发酵混合物中，加磁化水搅拌混合，即得具有保水缓释效果的肥料。

本发明中，通过微生物菌剂对生物质原料和畜禽粪便进行分解、发酵处理，使得其中的大分子物质得以分解，形成小分子的、易于植物吸收利用的小分子物质，从而提高了植物对生物质原料和畜禽粪便中有效物质的利用效率；所述的保水剂为淀粉经丙烯酸改性处理，在通过交联剂形成具有较多亲水基团的三维立体网状结构，依靠改性淀粉的网状载体上的多个羟基与水分子间的氢键作用实现吸水效果；同时，在该保水剂的外层包覆带有多孔结构的聚合物层，从而提高对肥料中养分元素的吸附，达到缓释的效果。

本发明中，为了提高生物质原料和畜禽粪便堆置发酵处理的效率以及避免在堆置发酵过程中因堆料中心温度过高而造成原料腐熟过重，在堆置发酵处理过程中，对料堆进行翻堆处理，具体的，以料堆中心温度不超过65℃为宜。

以下通过具体的实施例进一步的说明本发明的技术优点。

实施例1

一种保水缓释肥料的制备方法，包括以下步骤：

(1)利用锤式粉碎机将42kg稻草秸秆破碎处理，然后加入0.5kg微生物菌剂和15kg水拌和，堆置发酵处理；接着加入20kg猪粪，拌和均匀后，继续堆置发酵处理，得发酵混合物；在堆置发酵处理过程中对料堆进行翻堆处理，以料堆中心温度不超过65℃为宜；

(2)制备保水剂，

向淀粉溶液中加入丙烯酸，加热并超声处理，接着加入冠醚，继续微波处理4min，所述微波处理的频率为1000MHz，微波源功率为50kW；然后干燥处理后得到保水剂前驱体；

将上述保水剂前驱体和金属粉末加入到聚合物乳液中，所述保水剂前驱体、金属粉末和聚合物乳液的质量比为1：0.05：0.3；在N2中加热到70℃，搅拌混合，接着冷却，并将其浸没到5％盐酸溶液脱洗，然后用水脱洗2次，即得所述的保水剂；

(3)将上述保水剂加入到步骤(1)中的发酵混合物中，加磁化水搅拌混合，所述的保水剂、发酵混合物和磁化水的重量比为4：12：7；即得具有保水缓释效果的肥料。

实施例2

一种保水缓释肥料的制备方法，包括以下步骤：

(1)利用锤式粉碎机将30kg稻草秸秆破碎处理，然后加入0.2kg微生物菌剂和10kg水拌和，堆置发酵处理；接着加入15kg猪粪，拌和均匀后，继续堆置发酵处理，得发酵混合物；在堆置发酵处理过程中对料堆进行翻堆处理，以料堆中心温度不超过65℃为宜；

(2)制备保水剂，

向淀粉溶液中加入丙烯酸，加热并超声处理，接着加入冠醚，继续微波处理3min，所述微波处理的频率为800MHz，微波源功率为30kW；然后干燥处理后得到保水剂前驱体；

将上述保水剂前驱体和金属粉末加入到聚合物乳液中，所述保水剂前驱体、金属粉末和聚合物乳液的质量比为1：0.02：0.2；在N2中加热到60℃，搅拌混合，接着冷却，并将其浸没到5％盐酸溶液脱洗，然后用水脱洗2次，即得所述的保水剂；

(3)将上述保水剂加入到步骤(1)中的发酵混合物中，加磁化水搅拌混合，所述的保水剂、发酵混合物和磁化水的重量比为3.5：10：5；即得具有保水缓释效果的肥料。

实施例3

一种保水缓释肥料的制备方法，包括以下步骤：

(1)利用锤式粉碎机将55kg稻草秸秆破碎处理，然后加入0.7kg微生物菌剂和20kg水拌和，堆置发酵处理；接着加入26kg猪粪，拌和均匀后，继续堆置发酵处理，得发酵混合物；在堆置发酵处理过程中对料堆进行翻堆处理，以料堆中心温度不超过65℃为宜；

(2)制备保水剂，

向淀粉溶液中加入丙烯酸，加热并超声处理，接着加入冠醚，继续微波处理5min，所述微波处理的频率为1500MHz，微波源功率为100kW；然后干燥处理后得到保水剂前驱体；

将上述保水剂前驱体和金属粉末加入到聚合物乳液中，所述保水剂前驱体、金属粉末和聚合物乳液的质量比为1：0.08：0.5；在N2中加热到80℃，搅拌混合，接着冷却，并将其浸没到5％盐酸溶液脱洗，然后用水脱洗3次，即得所述的保水剂；

(3)将上述保水剂加入到步骤(1)中的发酵混合物中，加磁化水搅拌混合，所述的保水剂、发酵混合物和磁化水的重量比为5：15：8)；即得具有保水缓释效果的肥料。

对比例1

本实施例与实施例1中的肥料的制备方法相同，不同的是，该肥料中不含有保水剂，具体的，该肥料的制备方法包括：

利用锤式粉碎机将42kg稻草秸秆破碎处理，然后加入0.5kg微生物菌剂和水拌和，堆置发酵处理；接着加入20kg猪粪，拌和均匀后，继续堆置发酵处理，得发酵混合物；在堆置发酵处理过程中对料堆进行翻堆处理，以料堆中心温度不超过65℃为宜，即得到肥料。

1、将上述实施例1～3、对比例1制备得到的肥料用于玉米种植，分别检测其48h、240h、480h的氮肥、钾肥、磷肥的释肥率，得出表1：

表1：

结合上述试验数据可以看出，本发明提供的肥料具有缓释的效果，而对比例1中的肥料的初始释放率较高，而逐渐降低，这样并不利于植物的生长，容易因植物的驱肥生长造成植物扎根不深。

2、分别检测实施例1～3、对比例1的保水强度，将肥料吸附的相对于其自身质量的水量记录到表2中。

表2：

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种具有保水缓释功能的生物有机肥料，其特征在于：所述的生物有机肥料中包括以下重量份的物质：生物质原料30～55重量份、畜禽粪便15～26重量份、微生物菌剂0.2～0.7重量份、保水剂10～15重量份、磁化水20～35重量份；

所述保水剂采用以下步骤制备得到：

向淀粉溶液中加入丙烯酸，加热并超声处理，接着加入交联剂，继续微波处理3～5min，然后干燥处理后得到保水剂前驱体；

将上述保水剂前驱体和金属粉末加入到聚合物乳液中，在惰性气体氛围中加热到60～80℃，搅拌混合，接着冷却，并将其浸没到酸性溶液脱洗，然后用水脱洗2～3次，即得所述的保水剂。

2.根据权利要求1所述的具有保水缓释功能的生物有机肥料，其中，所述的微生物菌剂中包括有乳酸菌、酵母菌和光合菌，活菌数大于1亿个/毫升。

3.根据权利要求1所述的具有保水缓释功能的生物有机肥料，其中，所述微波处理的频率为800～1500MHz，微波源功率为30～100kW。

4.根据权利要求1所述的具有保水缓释功能的生物有机肥料，其中，所述的交联剂为冠醚、β-环糊精、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺中的一种或其组合。

5.根据权利要求1所述的具有保水缓释功能的生物有机肥料，其中，所述的金属粉末为铁粉、镁粉、铝粉或锌粉中的一种或其组合。

6.根据权利要求1所述的具有保水缓释功能的生物有机肥料，其中，所述的聚合物乳液选自VAE乳液、纯丙乳液、苯丙乳液、丁苯乳液中的一种，所述聚合物乳液的固含量≥45％。