CN108752095A - 一种农业面源污染调理剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种农业面源污染调理剂及其制备方法，属于农业肥料领域。该方法采用水稻秸秆生物质炭、干羊粪、聚丙烯酰胺为主料，以碳酸钙、沸石粉和EDTA‑鳌合铁为调节剂，混合发酵并干燥后，得到农业面源污染调理剂。本发明充分利用了生物炭、沸石粉对土壤氮、磷、重金属离子等的吸附作用，通过PAM的桥连作用制造出了生物炭和羊粪颗粒的粘结和大孔隙结构，增强了生物炭微孔结构的比表面积，通过螯合铁和碳酸钙丰富了生物炭的表面官能团，使其吸附效果进一步加强，同时本产品含有较高的营养物质，且其具有缓释作用，不会造成土壤营养物质流失。本产品可用于农田氮、磷等元素流失的防治调理，也可以用于重金属污染土壤修复，同时也可作为复合有机肥料。

Description

一种农业面源污染调理剂及其制备方法
技术领域
本发明属于农业肥料领域，具体涉及一种农业面源污染调理剂及其制备方法。
背景技术
中国的化肥使用量超过了世界上任何一个国家，过去几十年大量的磷肥、氮肥的施入极大地提高了作物产量。但是，很多研究表明过量的肥料施入，远远超出了作物本身的生长需求，导致大量过剩氮、磷在土壤中积累，一部分N、P受降雨、灌溉等因素的影响，随着地表和地下径流进入河流、湖泊、海湾，从而导致水体的富营养化。在我国南方地区，由于面源氮磷污染引起的污染问题尤其严重。另外，在我国南方稻田种植区，田间直接使用猪粪等有机肥作为基肥的现象十分普遍，由于有机肥中的重金属含量较高，容易在水稻中积累，产生所谓的“镉米”等重金属大米，对我国农业的可续发展和人民的健康安全造成了严重威胁。因此，寻找一种替代性肥料和土壤调理剂降低土壤氮磷污染极其重要。
如果替代现有的施肥方式，必须从降低化肥使用量、阻控氮磷流失和吸附重金属三个方面进行考虑，水稻秸秆生物质炭是水稻秸秆和稻壳在300-600℃下进行真空炭化的一种产品。由于生物质炭具有较大的表面积，较高的碳含量，且不易被土壤生物和化学过程分解的优点，在了很多领域有出现了大规模的应用。大量研究表明生物质炭具有增加土壤碳汇、提供养分、改良土壤、减少温室气体排放、吸附重金属等方面的积极作用。但是生物炭对氮磷的吸附和阻控效果并不理想，而且直接将其替代化肥又会造成作物营养不足而减产。
发明内容
本发明的目的在于现有技术中存在的问题，并提供一种农业面源污染调理剂。我们通过大量的实验发现PAM对生物炭的孔隙结构具有很好的改善作用，同时PAM本身具有良好的氮、磷阻控效果，并且是一种良好的保水剂。因此我们将PAM与生物炭结合联合制备一种氮、磷、重金属离子高效吸附材料，同时考虑到作为一种肥料替代品，加入了农业废弃物羊粪和其它调节剂，PAM能够有效地将羊粪颗粒粘附在生物炭表面，防止直接施入有机肥造成的营养物质快速流失。通过发酵，烘干，粉碎等一系列的工艺来生产一种既能够阻控氮磷、重金属污染，又能够为作物提供营养物质的调理剂具有重要的意义。
本发明所采用的具体技术方案如下：
一种农业面源污染调理剂的制备方法，该方法采用水稻秸秆生物质炭、干羊粪、聚丙烯酰胺为主料，以碳酸钙、沸石粉和EDTA-鳌合铁为调节剂，混合发酵并干燥后，得到农业面源污染调理剂。
本发明充分利用了生物炭、沸石粉对土壤氮、磷、重金属离子等的吸附作用，通过PAM的桥连作用制造出了生物炭和羊粪颗粒的粘结和大孔隙结构，增强了生物炭微孔结构的比表面积，通过螯合铁和碳酸钙丰富了生物炭的表面官能团，使其吸附效果进一步加强，同时本产品含有较高的营养物质，且其具有缓释作用，不会造成土壤营养物质流失。本产品可用于农田氮、磷等元素流失的防治调理，也可以用于重金属污染土壤修复，同时也可作为一种复合有机肥料。
作为优选，各物料的组成以质量份计为：
水稻秸秆生物质炭0.2～0.3份；
干羊粪0.5～0.6份；
聚丙烯酰胺0.02份；
碳酸钙0.1份；
沸石粉0.05～0.06份；
EDTA-螯合铁0.01～0.02份。
作为优选，所述的发酵为好氧发酵。
作为优选，所述好氧发酵过程中，混合物初始含水率调节至60％～70％，采用静态强制通风的方式进行好氧发酵，通风采用间歇式通风，发酵期间发酵物含水率保持在30％，30天后发酵完成。
作为优选，所述的水稻秸秆生物质炭在发酵前，预先粉碎过60目筛。
作为优选，所述的干羊粪在发酵前，预先粉碎过60目筛。
作为优选，所述的发酵后的产物需在60℃环境下烘干至恒重，然后将其粉碎至40目。
本发明的另一目的在于提供一种如上述任一方案所述方法制备的农业面源污染调理剂。
本发明的另一目的在于提供一种农业面源污染效控制方法，其具体是将上述方法制备得到的调理剂作为基肥施入土壤。
作为优选，调理剂的施用量为300kg/亩。
本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
(1)水稻秸秆生物炭价格便宜，应用普遍，其重金属含量较低，不会对土壤造成二次污染。另外秸秆生物炭具有较好的污染物吸附作用。碳酸钙能有效调节土壤pH值，有利于控制生物炭的最佳吸附范围，沸石也能够阻控土壤污染物流失，与生物炭联合作用具有较强的吸附能力。
(2)PAM使用量很低就具有会产生良好的氮、磷阻控效果，并且是一种良好的保水剂。PAM添加能够有效的改善生物炭的孔隙结构，同时能够使养分等有机质黏附在生物炭表明。
(3)在30天的发酵过程中能够将生物炭和羊粪等进行有效结合，通过微生物的作用提高羊粪和生物炭中营养物质的可利用性。
(4)发酵完成后，面源调理剂的有机碳含量在67-75％之间，氮磷钾总养分含量为13.1-15.5％。其中总氮为62.4g/kg，硝态氮为7.8g/kg，铵态氮为9.8g/kg，速效磷为11.1g/kg，速效钾为12.6g/kg，有机质为712g/kg。通过对堆肥产品的营养分析表明，其中的营养物质丰富，氮磷素损失较少，通过与单纯的羊粪有机肥相对比发现各类营养物质损失较小，重金属含量可降低60％左右。是一种理想的农业面源污染调理剂。
附图说明
图1为制备方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步阐述和说明。
本发明的各实施例中，制备方法流程如图1所示。下述实施例中采用的材料、试剂来源如下：水稻秸秆生物质炭购自江苏镇江泽地农业生物科技公司，干羊粪取自于湖州市长兴县吕山乡养殖场，聚丙烯酰胺购自巩义市金辰水处理材料有限公司，接种菌剂购自山东绿影生物科技有限公司，品名为有机肥料发酵剂。其余试剂和材料，均采用市售分析纯以上产品，例如SIGMA试剂，其中聚丙烯酰胺采用阴离子型PAM，分子量1200万；EDTA-螯合铁即乙二胺四乙酸铁钠，EDTA-Fe-13，分子式：C10H12N2O8FeNa·3H2O。
但上述试剂来源并不是限定本发明只能够以这些来源的试剂、材料实现，实际上只要以相应的组分材料进行好氧发酵均可，不作为限定。
实施例1：
将水稻秸秆烧制成的生物质炭粉碎过60目筛，将羊粪晒干粉碎过60目筛，将水稻秸秆生物质炭0.3份、干羊粪0.5份、聚丙烯酰胺0.02份、碳酸钙0.1份、沸石粉0.06份、EDTA-螯合铁0.01份进行均匀混合。混合物放入好氧发酵装置，调节含水率至60％后，加入接种菌剂0.01份，采用静态强制通风的方式进行好氧发酵，通风采用自动间歇式通风，期间发酵物含水率保持在30％左右时，30天后发酵完成。得到的发酵产品，在60℃烘箱内烘干至恒重，然后将其彻底粉碎至40目，并进行养分和重金属测定，使其满足国家农田肥料使用标准。
产品生产完成后，对其中营养物质及重金属进行监测，表明本实施例制备得到的面源调理剂的有机碳含量在67-75％之间，氮磷钾总养分含量为13.1-15.5％。其中总氮为62.4g/kg，硝态氮为7.8g/kg，铵态氮为9.8g/kg，速效磷为11.1g/kg，速效钾为12.6g/kg，有机质为712g/kg。通过对堆肥产品的营养分析表明，其中的营养物质丰富，氮磷素损失较少，通过与单纯的羊粪有机肥相对比发现各类营养物质损失较小，重金属含量可降低60％左右，是一种理想的农业面源污染调理剂。
实施例2：
将水稻秸秆烧制成的生物质炭粉碎过60目筛，将水稻秸秆生物炭粉碎过60目筛，将羊粪晒干粉碎过60目筛，将水稻秸秆生物质炭0.2份、干羊粪0.6份、聚丙烯酰胺0.02份、碳酸钙0.1份、沸石粉0.05份、EDTA-螯合铁0.02份进行均匀混合。混合物放入好氧发酵装置，调节含水率至70％后，加入接种菌剂0.01份，采用静态强制通风的方式进行好氧发酵，通风采用自动间歇式通风，期间发酵物含水率保持在30％左右时，30天后发酵完成。得到的发酵产品，在60℃烘箱内烘干至恒重，然后将其彻底粉碎至40目，并进行养分和重金属测定，使其满足国家农田肥料使用标准。
产品生产完成后，对其中营养物质及重金属进行监测，表明本实施例制备得到的面源调理剂的有机碳含量在67-75％之间，氮磷钾总养分含量为12.6-15.2％。其中总氮为60.1g/kg，硝态氮为6.2g/kg，铵态氮为8.3g/kg，速效磷为10.2g/kg，速效钾为9.6g/kg，有机质为672g/kg。通过对堆肥产品的营养分析表明，其中的营养物质丰富，氮磷素损失较少，通过与单纯的羊粪有机肥相对比发现各类营养物质损失较小，重金属含量可降低63％左右，是一种理想的农业面源污染调理剂。
实施例3：
选择若干个典型的农作物种植区域，开展面源污染调理剂监测实验。本实施例中，在浙江地区嵊州市(蔬菜)、诸暨市(蔬菜)、台州市路桥区(蔬菜)、温州市苍南县(蔬菜)、杭州市萧山区(蔬菜)、兰溪市(茭白)、湖州市吴兴区(稻油轮作)、龙泉市(稻油轮作)、桐乡市(稻油轮作)、丽水市莲都区(稻麦轮作)、台州市天台县(稻麦轮作)、杭州市桐庐县(稻麦轮作)、温州市苍南县(稻肥轮作)、金华市经济开发区(稻肥轮作)、舟山市普陀区(稻肥轮作)、杭州市淳安县(茶园)、衢州市开化县(茶园)、湖州市安吉县(茶园)、衢州市柯城区(柑桔)、衢州市常山县(柑桔)、金华市武义县(马铃薯－玉米)、金华市磐安县(马铃薯－玉米)、衢州市衢江区(马铃薯－玉米)、丽水市松阳县(大豆-番薯)、乐清市(大豆-番薯)等25个农业面源污染监测点开展面源污染调理剂监测实验，每个试验的农田小区面积30m2，将实施例1中制备得到调理剂按300kg/亩作为基肥施入土壤。监测结果显示，与常规施肥(等量化肥)方式相比，其降低氮磷流失率平均降低约60％，农业面源径流中的重金属污染平均降低约70％，成功实现了这些地区农业面源污染的有效控制。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种农业面源污染调理剂的制备方法，其特征在于，采用水稻秸秆生物质炭、干羊粪、聚丙烯酰胺为主料，以碳酸钙、沸石粉和EDTA-鳌合铁为调节剂，混合发酵并干燥后，得到农业面源污染调理剂。
2.如权利要求1所述的农业面源污染调理剂的制备方法，其特征在于，各物料的组成以质量份计为：
水稻秸秆生物质炭0.2～0.3份；
干羊粪0.5～0.6份；
聚丙烯酰胺0.02份；
碳酸钙0.1份；
沸石粉0.05～0.06份；
EDTA-螯合铁0.01～0.02份。
3.如权利要求1所述的农业面源污染调理剂的制备方法，其特征在于，所述的发酵为好氧发酵。
4.如权利要求3所述的农业面源污染调理剂的制备方法，其特征在于，所述好氧发酵过程中，混合物初始含水率调节至60％～70％，采用静态强制通风的方式进行好氧发酵，通风采用间歇式通风，发酵期间发酵物含水率保持在30％，30天后发酵完成。
5.如权利要求1所述的农业面源污染调理剂的制备方法，其特征在于，所述的水稻秸秆生物质炭在发酵前，预先粉碎过60目筛。
6.如权利要求1所述的农业面源污染调理剂的制备方法，其特征在于，所述的干羊粪在发酵前，预先粉碎过60目筛。
7.如权利要求1所述的农业面源污染调理剂的制备方法，其特征在于，所述的发酵后的产物需在60℃环境下烘干至恒重，然后将其粉碎至40目。
8.一种如权利要求1～7所述方法制备的农业面源污染调理剂。
9.一种农业面源污染效控制方法，其特征在于，将权利要求8所述的调理剂作为基肥施入土壤。
10.如权利要求9所述的农业面源污染效控制方法，其特征在于，调理剂的施用量为300kg/亩。
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