CN108976016A - 一种绿色水稻专用改土增效肥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种绿色水稻专用改土增效肥及其制备方法，所述改土增效肥的原料组份按重量比例如下：生物有机炭材料15‑25，畜禽粪便改性炭材料20‑30，尿素15‑20，磷酸一铵5‑10，氯化钾10‑15，贝壳粉2‑4，硫酸锌0.4‑1，硫酸镁0.25‑0.5，钼酸铵0.25‑0.5，铁锰粉剂0.3‑0.6，微生物菌剂0.01‑0.1，风化煤5‑10，粘结剂10‑15。所述绿色水稻专用改土增效肥的制备过程为：制备生物有机炭材料、畜禽粪便改性炭材料、养分耦合、微生物负载、复合肥造粒。本发明的生物炭的制备工艺和特定微生物菌固化方法具有改良水稻土壤、减少水稻病害、增产提质，低碳、生态、环保，稳定、长效等特点，可实现生产资源、土壤质量和生态环境可持续。

Description

一种绿色水稻专用改土增效肥及其制备方法

技术领域

本发明涉及肥料，具体是涉及一种绿色水稻专用改土增效肥及其制备方法。

背景技术

水稻是我国主要粮食作物之一，分布广、面积大、产量高，为保障国家粮食安全作出了重要贡献。但是随着人类对自然资源和环境利用的加剧, 各种农药、化肥、激素大量使用, 使土壤可持续生产力严重下降、环境污染加剧、生态系统循环遭到破坏，各种资源利用、土壤负载已经濒临极限。而在生产消费端，随着人民生活水平的提高，人们已经不仅仅局限于吃饱，而更关注如何“吃好“。特别是，随着工业化发展，在许多地区工业化污染日趋严重，已经严重影响人们的身体健康和生活质量，绿色、健康已成为当代人民生活消费的主题。因此，“绿色水稻”便应运而生，种植优质、绿色、无污染的水稻产品，已成为农业生产现实和人民生活的迫切需要。我国也将生产优质、绿色、无污染的粮食作物产品，保障农产品质量安全提升到了国家战略层次，从政策、法制、监管等多种途径打造健康食品、安全食品，旨在给老百姓提供餐桌上的安全保障。但是，追根溯源，从根本上讲农业生产是第一源头，也是根本和关键。如何种植绿色水稻，生产绿色水稻产品，打造绿色、健康水稻产业，实现生产资源、土壤质量和生态环境的良性循环、可持续发展已成为水稻生产上的重要问题。

生产绿色水稻的核心是环保、可持续。但是，目前由于长期、大量的化学肥料施入，土壤耕地质量严重退化，富营养化、农药残留等面源污染加剧，农业生态系统平衡、系统循环遭到破坏，资源-土壤-环境越来越不可持续，生产绿色、优质、安全、无污染的水稻产品存在诸多困境。在农业生产上，人们主要通过调整水、肥、药等作物栽培管理措施，采用清洁、环保农用物资产品等措施来实现，但是仍然存在生产成本高、操作复杂、劳动力投入量大、不可控，产品质量和效益低等难题。为此，有关部门推出了一系列标准流程，但在实际应用过程中还存在诸多困难。从肥料角度，目前生产上主要以有机肥、微生物肥、生物有机肥等为主，在一定程度上起到了降低化肥使用量、提高肥力、增产等作用效果，但是农户在使用过程中反馈仍存在很多问题。如市场上的有机肥产品，质量往往良莠不齐。以次充好，达不到规定标准的现象在一些地方较为普遍。另外，未经严格处理的有机肥产品往往携带病原菌、药物激素等，导致施用后的土壤病虫害增加、存在药物毒副作用。而以城市污泥、生活垃圾、畜禽粪便厩肥等为来源的有机肥，因含有较高含量的重金属、盐分等复杂物质，则可能造成土壤重金属污染、盐分累积和作物重金属含量超标。此外，在生产中如果有机肥使用量过大，则易造成肥害，产生与作物争氮等现象。在实际使用中，肥力往往起效慢、不持久，用量与肥效不易掌控，有机质分解相对较快，不能从根本上起到改土培肥效果，对改良土壤物理结构及特性，提高土壤综合肥力的作用有限。微生物肥料，对调控土壤微生态具有一定积极作用，但是在实际生产中，往往受温度、湿度等环境因素影响较大，实际应用效果并不理想，为作物提供直接养分的能力有限，也起不到改土培肥、促进地力可持续发展的作用。而生物有机肥，对土壤酸碱度、环境温湿度等要求较高，且不能与含硫肥料、杀菌剂、除草剂等并用，应用对象范围小、普适性差。在生产上，也有人采用有机肥与化学肥料结合施用，但往往在实际使用数量、时间和方法等操作上不易掌握和控制，效果不理想，操作和处理不方便，成本、难度增加，往往达不到预期产量和品质，产投比下降、综合效益低。

目前，市场上没有针对绿色水稻生产的专用肥料，现有不同生产方式普遍存在生产成本高、操作复杂、不易控制、效果不理想、综合效益低，尤其是不能协调和实现农业生产资源、土壤肥力与生态环境的和谐、可持续发展，为此本发明针对绿色水稻生产的关键、核心问题和绿色水稻生产的现实需要，以可持续为根本出发点，遵循生态系统内部循环规律，采用资源可持续、再生的农业废弃生物质和畜禽粪便为原材料制备生物有机炭材料研制具有改土长效提质作用的肥料，并在作物生产中应用，目前还未见相关报道。

生物有机炭是生物质在完全或者部分缺氧条件下，经过高温热裂解产生的一类富碳产物。生物有机炭，对土壤物理和化学性质具有明显的改良作用，其含有极其丰富的多微孔结构、大比表面积、强吸附力，有利于提高土壤保水保肥能力，增加土壤孔隙度、降低土壤容重，促进微生物生长繁殖等，从而改善土壤微生态环境，为作物生长提供良好的环境。生物炭呈碱性，是一种理想的酸性土壤改良剂。其次，生物炭含有的养分元素可直接输入土壤，其表面电荷和官能团有利于土壤保肥，同时可吸附并降低土壤中的重金属离子活性，利于培育健康的土壤微生态环境。土壤益生菌类，有利于激活土壤生物活性，促进、提高作物产量。同时，由于益生菌的活动，会产生丰富的代谢产物，这些物质有利于促生根，增加根体积、根长，提高毛细根数量。其次，可形成保护膜，保水保肥，增强植物根系吸收能力，促进壮苗和作物生长。有利于从根本上提高作物产量，同时能够打破土壤板结、疏松土壤，起到提高土壤透气性、降低土壤容重，促进土壤微生物活性、增强土壤肥水渗透力等综合作用。

益生菌的种类和含量，对于不同作物品种、土壤和作物生长阶段的作用不同，目前公开的生物炭和土壤益生菌有效的结合的方式有直接喷入生物炭材料中（见专利号201510111933.2）、浸泡培养（见专利号201710820778.0）等，其分别具有炭-菌结合效果差、操作复杂等缺陷。

此外，关于生物炭和用于防治缓解土壤污染和病害的土壤益生菌有效结合的工艺方法尚未见报道，本文的目的是提出一种绿色水稻专用改土增效肥及其制备方法，采用创新改良生物炭的制备工艺和特定微生物菌的固化方法，起到改良土壤结构，减少污染，培肥地力，改善土壤微生态环境，增产增效，促进绿色水稻可持续生产的作用。

发明内容

针对上述问题，本发明目的是提供一种绿色水稻专用改土增效肥及其制备方法，其生物炭的制备工艺和特定微生物菌固化方法具有改良土壤、减少病害、增产提质，低碳、生态、环保，稳定、长效等特点，可实现生产资源、土壤质量和生态环境可持续的一种绿色水稻专用改土增效肥及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种绿色水稻专用改土增效肥，其技术要点是，所述改土增效肥的原料组份按重量比例如下：生物有机炭材料15-25，畜禽粪便改性炭材料20-30，尿素15-20，磷酸一铵5-10，氯化钾10-15，贝壳粉2-4，硫酸锌0.4-1，硫酸镁0.25-0.5，钼酸铵0.25-0.5，铁锰粉剂0.3-0.6，微生物菌剂0.01-0.1，风化煤5-10，粘结剂10-15；

所述的生物有机炭材料，其制备原材料为粗纤维类农林废弃物、壳类农林废弃物、玉米芯、果树枝条的一种或两种及以上；

所述粘结剂为：膨润土或硅酸钠，或二者混合，膨润土和硅酸钠混合时二者重量比例为8:1-1:8；

所述微生物菌剂：解磷菌（溶磷菌）、解钾菌、芽孢杆菌混合菌，三者比例为1:1:3，所述芽孢杆菌混合菌包括枯草芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌KJB4-11、甲基营养型芽孢杆菌，三种芽孢杆菌比例为1:1:4；

所述枯草芽孢杆菌保藏单位：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC No. 11233，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，保藏日期为： 2015年8月11日，分类命名为枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis；

所述枯草芽孢杆菌KJB04-11保藏单位：中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCCNO: M2010254，保藏地址为湖北省武汉市武昌区八一路299号武汉大学校内，中国典型培养物保藏中心，保藏日期为： 2010年9月28日，分类命名为枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis KJB04-11；

所述甲基营养型芽孢杆菌，保藏单位：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC No. 11231，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，保藏日期为： 2015年8月11日，分类命名为甲基营养型芽孢杆菌Bacillus methylotrophicus。

作为优选方案，所述绿色水稻专用改土增效肥其原材料按重量比：生物有机炭材料为15，畜禽粪便改性炭材料为25，风化煤为8，尿素为15，磷酸一铵为8，氯化钾为12，贝壳粉为2，硫酸锌、硫酸镁、钼酸铵、铁锰粉剂四种微量元素总含量为2，微生物菌剂0.05，粘结剂13。

作为优选方案，所述的生物有机炭材料原材料为玉米芯、果树枝条的一种或两种。

所述粘结剂为膨润土和硅酸钠，二者重量比例为5:3。

作为优选方案，所述绿色水稻专用改土增效肥，可根据作物品种类型、需肥规律和土壤肥力等条件，可与其它肥料配合使用，配合使用肥料包括硫酸铵、硫酸钾、过磷酸钙中的一种或几种，改土增效肥与配合使用肥料的比例为20:1。

所述绿色水稻专用改土增产肥及其制备方法，步骤如下：

（1）生物有机炭材料的制备：粗纤维类农林废弃物、壳类农林废弃物、玉米芯、果树枝条的一种或几种，通过自然晾晒或烘干使含水量降至16%以下，采用现有技术中的任何破碎方式将上述物料加工粉碎，长度在4cm以下，或可选择先破碎后风干或烘干；

生物有机炭材料的制备：采用阶梯变温炭化技术方法，按质量份数比取上述农业废弃物原料，放入炭化炉内，设定三个变温梯度，具体方法如下：

a. 温度150-300℃，停留时间为1.5-2小时，升温速率为20-30℃/min；

b. 温度300-500℃，停留时间为2-2.5小时，升温速率为30-50℃/min；

c. 温度500-700℃，停留时间为1-1.5小时，升温速率为50-70℃/min；

在上述炭化过程中，通过冷凝分离系统收集、净化生物质热裂解形成的植物基木醋液，并在制备过程中回喷至炭化材料中进行固化、改性，在达到最后炭化温度后，在1.5-2小时内将温度降至初始温度，冷却、出炉，粉碎、过筛，制得100目粒径改性生物有机炭材料，备用；经变温处理的改性生物有机炭材料，多微孔结构极其丰富、稳定，C含量高（60%以上），比面积大、吸附力强；

（2）畜禽粪便改性炭材料的制备：畜禽粪便通过晾晒或烘干，使含水量降至16%以下；

采用低变温炭化技术方法，按质量份数比称取畜禽粪便原料，放入炭化炉内，按如下方法进行：

a. 设定温度150-250℃，停留时间为2-2.5小时，升温速率为20-30℃/min；

b. 设定温度250-350℃，停留时间为1-1.5小时，升温速率为30-50℃/min；

在上述炭化过程中，通过冷凝分离系统收集、净化生物质热裂解形成的植物基木醋液，并在制备过程中回喷至炭化材料中进行固化、改性。在达到最后炭化温度后，在1-1.5小时内将温度降至初始温度，冷却、出炉，粉碎、过筛，制得100目粒径改性炭材料，备用；经低变温处理的畜禽粪便改性炭材料，多微孔丰富，有机碳含量高，养分含量高，比面积大、吸附力强。

（3）养分耦合：将步骤（1）所得的生物有机炭材料和相应质量份数的尿素混合均匀，加热至尿素熔化，处理条件为：加压力为0.2-0.3MPa，加压时间为20-30分钟，高温灭菌锅，高温高压炉；并加压使尿素熔融进入生物有机炭的多孔结构，熔融后的材料与磷酸一铵、氯化钾、硫酸锌、硫酸镁、钼酸铵、铁锰粉剂均匀混合，制得第一混合物。

（4）微生物负载：按质量份数比称取贝壳粉，步骤（2）所得的畜禽粪便改性炭材料与贝壳粉、微生物菌剂充分混合，水分保持在20-30%，发酵5-7天，固液分离后，将固化物在室温条件下保存，制得第二混合物。

所述微生物菌剂：解磷菌（溶磷菌）、解钾菌、芽孢杆菌混合菌，三者比例为1:1:3，所述芽孢杆菌混合菌包括枯草芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌KJB4-11、甲基营养型芽孢杆菌，三种芽孢杆菌比例为1:1:4；

所述微生物菌剂制备过程如下：枯草芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌KJB4-11、甲基营养型芽孢杆菌采用的培养基和培养条件为：培养基配方为氨基酸粉2.5%、蛋白胨2%、木糖醇8%，pH7.0，转速150-200r/min，发酵时间48小时；将培养液中菌数均配制为2.5×10⁹cfu/ml，并按照比例（枯草芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌KJB4-11、甲基营养型芽孢杆菌比例为1:1:4）配制得到芽孢杆菌混合物；将解磷菌（溶磷菌）、解钾菌的菌数均调整为2.5×10⁹cfu/ml，按比例与上述芽孢杆菌混合物混合得到微生物菌剂；

（5）复合肥造粒：将风化煤、第一混合物、第二混合物混合，然后以膨润土、硅酸钠或二者混合物作为粘合剂；用搅拌机和有造粒机进行压力造粒，制得粒径为3-5mm的圆柱体或球形复合肥，然后进行计量、包装。

所述绿色水稻专用改土增效肥的使用方法是：将所述肥料以底肥形式一次性施入农田中，施用量50-70公斤/亩。

作为优选方案，所述绿色水稻专用改土增效肥的使用方法，将肥料以底肥形式一次性施入农田中，用量为60公斤/亩。

本发明的有益效果：

（1）以生物有机材料为主，原材料来源广泛、可持续、可再生、成本低。主要原材料为农林废弃物和畜禽粪便，通过炭化返还农田，实现了“取之于田而用之于田”的良性循环、可持续发展，符合自然生态系统的内部循环规律，并在一定程度上解决了秸秆焚烧及秸秆、畜禽粪便等废弃物资源高效利用难题。

（2）采用阶梯变温炭化技术，制备具有多微孔、高碳、富养等突出优势的生物有机炭材料，改良、培育理想耕层，并通过负载特定功能性微生物和营养元素，释放、固持、分解、激发等多途径提高土壤肥力，同时分解土壤当中的有害物质，培肥、净化土壤，为作物生长提供绿色、健康的生长环境，并发挥持久改土增效作用。通过采用低变温炭化技术，最大程度锁住原料养分，实现了变废为宝、变碳为炭、固碳减排，形成的生物有机炭材料多微孔、高CEC，比表面积大、吸附力强。采用改性生物有机炭新材料，聚合、释放养分并激发土壤肥力，增强根系生理功能，促进返青、分蘖。

（3）速效与缓效协同，延长、调控供肥期，提供适时、适量养分。改性生物有机炭材料，可直接释放提供即时养分，并通过吸持、聚合、缓释养分，激发土壤生物活性，促进有机质分解和形成，提供稳定、持续养分，后劲足。在保障作物养分吸收利用的同时，延长并调节土壤供肥期，保持土壤供养与作物需养同步，提高作物养分利用效率，促进作物生长发育。

（4）针对绿色水稻生产对土壤微生态环境的要求，本肥料采用微生物固化方法，通过发酵将特定功能性微生物菌负载于生物有机炭材料中，并保持菌的活力，合理搭配、均衡营养，增强生理抗性，减少污染及病害，创建良好的土壤微生态环境，从而促进增产提质。养分多元构成，科学、合理添加中微量元素，满足水稻生理需求，增强水稻生理功能，有利于促进作物生长，提高产量和品质。区别于其他人工或化学调节剂，无污染、无残留、不伤害土壤，遵循生态系统内部规律，从物理空间、代谢调控、养分供给等多途径调控，生态、环保、安全。

（5）原料易得、生产工艺简单，施用简便、成本低，综合效益高。生产原料为农林业废弃物和畜禽粪便，原料易得易制，生产过程简单。添加植物基木醋液的固化、改性生物有机炭材料，可减少病虫害发生。施用方法简单，一次施肥，后期根据情况可不再施肥，大幅度减少人力成本。在改土培肥的同时，实现了化肥、农药双减和固碳减排，同时实现增产提质，综合效益高。

具体实施方式

以下结合实施例和试验数据，对本发明上述和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例1

1. 绿色水稻专用改土增效肥的制备

所述绿色水稻专用改土增效肥的组份按重量比例如下：生物有机炭材料15-25，畜禽粪便改性炭材料20-30，尿素15-20，磷酸一铵5-10，氯化钾10-15，贝壳粉2-4，硫酸锌0.4-1，硫酸镁0.25-0.5，钼酸铵0.25-0.5，铁锰粉剂0.3-0.6，微生物菌剂0.01-0.1，风化煤5-10，粘结剂10-15。

所述的生物有机炭材料，其制备原材料为粗纤维类农林废弃物、壳类农林废弃物、玉米芯、果树枝条的一种或两种以上。

所述粘结剂为：膨润土或硅酸钠，或二者混合，膨润土和硅酸钠混合时二者重量比例为8:1-1:8。

所述微生物菌剂：解磷菌（溶磷菌）、解钾菌、芽孢杆菌混合菌，三者比例为1:1:3，所述芽孢杆菌混合菌包括枯草芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌KJB4-11、甲基营养型芽孢杆菌，三种芽孢杆菌比例为1:1:4；

所述绿色水稻专用改土增产肥及其制备方法，步骤如下：

（1）生物有机炭材料的制备：粗纤维类农林废弃物、壳类农林废弃物、玉米芯、果树枝条的一种或几种，通过自然晾晒或烘干使含水量降至16%以下，采用现有技术中的任何破碎方式将上述物料加工粉碎，长度在4cm以下，或可选择先破碎后风干或烘干；

生物有机炭材料的制备：采用阶梯变温炭化技术方法，按质量份数比取上述农业废弃物原料，放入炭化炉内，设定三个变温梯度，具体方法如下：

a. 温度150-300℃，停留时间为1.5-2小时，升温速率为20-30℃/min；

b. 温度300-500℃，停留时间为2-2.5小时，升温速率为30-50℃/min；

c. 温度500-700℃，停留时间为1-1.5小时，升温速率为50-70℃/min；

在上述炭化过程中，通过冷凝分离系统收集、净化生物质热裂解形成的植物基木醋液，并在制备过程中回喷至炭化材料中进行固化、改性，在达到最后炭化温度后，在1.5-2小时内将温度降至初始温度，冷却、出炉，粉碎、过筛，制得100目粒径改性生物有机炭材料，备用；经变温处理的改性生物有机炭材料，多微孔结构极其丰富、稳定，C含量高（60%以上），比面积大、吸附力强。

（2）畜禽粪便改性炭材料的制备：畜禽粪便通过晾晒或烘干，使含水量降至16%以下；

采用低变温炭化技术方法，按质量份数比称取畜禽粪便原料，放入炭化炉内，按如下方法进行：

a. 设定温度150-250℃，停留时间为2-2.5小时，升温速率为20-30℃/min；

b. 设定温度250-350℃，停留时间为1-1.5小时，升温速率为30-50℃/min；

在上述炭化过程中，通过冷凝分离系统收集、净化生物质热裂解形成的植物基木醋液，并在制备过程中回喷至炭化材料中进行固化、改性。在达到最后炭化温度后，在1-1.5小时内将温度降至初始温度，冷却、出炉，粉碎、过筛，制得100目粒径改性炭材料，备用；经低变温处理的畜禽粪便改性炭材料，多微孔丰富，有机碳含量高，养分含量高，比面积大、吸附力强。

（3）养分耦合：将步骤（1）所得的生物有机炭材料和相应质量份数的尿素混合均匀，加热至尿素熔化，处理条件为：加压力为0.2-0.3MPa，加压时间为20-30分钟，高温灭菌锅，高温高压炉；并加压使尿素熔融进入生物有机炭的多孔结构，熔融后的材料与磷酸一铵、氯化钾、硫酸锌、硫酸镁、钼酸铵、铁锰粉剂均匀混合，制得第一混合物。

（4）微生物负载：按质量份数比称取贝壳粉，步骤（2）所得的畜禽粪便改性炭材料与贝壳粉、微生物菌剂充分混合，水分保持在20-30%，发酵5-7天，固液分离后，将固化物在室温条件下保存，制得第二混合物。

所述微生物菌剂：解磷菌（溶磷菌）、解钾菌、芽孢杆菌混合菌，三者比例为1:1:3，所述芽孢杆菌混合菌包括枯草芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌KJB4-11、甲基营养型芽孢杆菌，三种芽孢杆菌比例为1:1:4；

所述微生物菌剂制备过程如下：枯草芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌KJB4-11、甲基营养型芽孢杆菌采用的培养基和培养条件为：培养基配方为氨基酸粉2.5%、蛋白胨2%、木糖醇8%，pH7.0，转速150-200r/min，发酵时间48小时；将培养液中菌数均配制为2.5×10⁹cfu/ml，并按照比例（枯草芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌KJB4-11、甲基营养型芽孢杆菌比例为1:1:4）配制得到芽孢杆菌混合物；将解磷菌（溶磷菌）、解钾菌的菌数均调整为2.5×10⁹cfu/ml，按比例与上述芽孢杆菌混合物混合得到微生物菌剂；

解磷菌（溶磷菌），购于市场来自广州市微元生物科技有限公司；

解钾菌，购于市场来自广州市微元生物科技有限公司；

（5）复合肥造粒：将风化煤、第一混合物、第二混合物混合，然后以膨润土、硅酸钠或二者混合物作为粘合剂；用搅拌机和有造粒机进行压力造粒，制得粒径为3-5mm的圆柱体或球形复合肥，然后进行计量、包装。

2. 水稻田间试验

试验地点：开原市下肥镇；水稻品种为铁粳11，购于农资种子市场；

试验处理：对照和改土增效专用肥处理。其中，对照为当地常规施肥处理，3次施肥（底肥、蘖肥、穗肥）。专用肥处理为每亩施用50kg，以底肥形式一次性施入，其后不再追施肥料。在水稻成熟期，取耕层土壤样品测定相关指标。水稻产量按常规标准方法测定。

试验结果：

表1 绿色水稻专用改土增效肥对水稻土壤性状和产量的影响

由表1可以看出，施用绿色水稻专用改土增效肥处理的土壤容重有效降低，土壤总孔隙度明显提高，比对照提高6.43%，土壤变得更加疏松多孔，表明专用肥起到了改土作用。同时，土壤有机碳、速效和全量N、P、K养分均有不同程度的提高，其中有机碳含量比对照提高了6.06%，速效N、P、K养分含量分别比对照提高了17.32%、9.50%、12.58%，全量N、P、K养分分别比对照提高了2.21%、3.57%、4.18%，表现一定持效作用。总体上看，施用专用肥对土壤起到了良好的改土培肥作用。与此同时，与对照相比，专用肥处理的水稻产量提高了7.26%，但肥料投入量明显减少（后期不追肥）。专用肥在实现增产基础上，减少了肥料投入，减肥增效作用明显。

实施例2

1. 绿色水稻专用改土增效肥制备

所述绿色水稻专用改土增效肥的组份按重量比例如下：生物有机炭材料含量为15，畜禽粪便改性炭材料含量为25，风化煤为8，尿素为15，磷酸一铵为8，氯化钾为12，贝壳粉为2，硫酸锌，硫酸镁，钼酸铵，铁锰粉剂四种微量元素总含量为2，微生物菌剂0.05，粘结剂13；

所述的生物有机炭材料原材料为玉米芯和果树枝条，二者重量比为1:1；

所述粘结剂为膨润土和硅酸钠，二者重量比例为5:3；

所述微生物菌剂：解磷菌（溶磷菌）、解钾菌、芽孢杆菌混合菌，三者比例为1:1:3，所述芽孢杆菌混合菌包括枯草芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌KJB4-11、甲基营养型芽孢杆菌，三种芽孢杆菌比例为1:1:4；

所述绿色水稻专用改土增效肥，根据作物品种类型、需肥规律和土壤肥力等条件，其它肥料配合使用，配合使用的肥料包括硫酸铵、硫酸钾、过磷酸钙，改土增效肥与配合使用肥料的比例为20:1。

所述绿色水稻专用改土增产肥及其制备方法，步骤如下：

（1）生物有机炭材料的制备：粗纤维类农林废弃物、壳类农林废弃物、玉米芯、果树枝条的一种或几种，通过自然晾晒或烘干使含水量降至16%以下，采用现有技术中的任何破碎方式将上述物料加工粉碎，长度在4cm以下，或可选择先破碎后风干或烘干；

采用阶梯变温炭化技术方法，按质量份数比取上述农业废弃物原料，放入炭化炉内，设定三个变温梯度，具体方法如下：

a. 温度150-300℃，停留时间为2小时，升温速率为20-30℃/min；

b. 温度300-500℃，停留时间为2.5小时，升温速率为30-50℃/min；

c. 温度500-700℃，停留时间为1.5小时，升温速率为50-70℃/min；

在上述炭化过程中，通过冷凝分离系统收集、净化生物质热裂解形成的植物基木醋液，并在制备过程中回喷至炭化材料中进行固化、改性，在达到最后炭化温度后，在1.5-2小时内将温度降至初始温度，冷却、出炉，粉碎、过筛，制得100目粒径改性生物有机炭材料，备用；经变温处理的改性生物有机炭材料，多微孔结构极其丰富、稳定，C含量高（60%以上），比面积大、吸附力强。

（2）畜禽粪便改性炭材料的制备：畜禽粪便通过晾晒或烘干，使含水量降至16%以下；

采用低变温炭化技术方法，按质量份数比称取畜禽粪便原料，放入炭化炉内，按如下方法进行：

a. 设定温度150-250℃，停留时间为2.5小时，升温速率为20-30℃/min；

b. 设定温度250-350℃，停留时间为1.5小时，升温速率为30-50℃/min；

在上述炭化过程中，通过冷凝分离系统收集、净化生物质热裂解形成的植物基木醋液，并在制备过程中回喷至炭化材料中进行固化、改性。在达到最后炭化温度后，在1-1.5小时内将温度降至初始温度，冷却、出炉，粉碎、过筛，制得100目粒径改性炭材料，备用；经低变温处理的畜禽粪便改性炭材料，多微孔丰富，有机碳含量高，养分含量高，比面积大、吸附力强。

（3）养分耦合：将步骤（1）所得的生物有机炭材料和相应质量份数的尿素混合均匀，加热至尿素熔化，处理条件为：加压力为0.2-0.3MPa，加压时间为20-30分钟，高温灭菌锅，高温高压炉；并加压使尿素熔融进入生物有机炭的多孔结构，熔融后的材料与磷酸一铵、氯化钾、硫酸锌、硫酸镁、钼酸铵、铁锰粉剂均匀混合，制得第一混合物。

（4）微生物负载：按质量份数比称取贝壳粉，步骤（2）所得的畜禽粪便改性炭材料与贝壳粉、微生物菌剂充分混合，水分保持在20-30%，发酵5-7天，固液分离后，将固化物在室温条件下保存，制得第二混合物。

所述微生物菌剂：解磷菌（溶磷菌）、解钾菌、芽孢杆菌混合菌，三者比例为1:1:3，所述芽孢杆菌混合菌包括枯草芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌KJB4-11、甲基营养型芽孢杆菌，三种芽孢杆菌比例为1:1:4；解磷菌（溶磷菌）购于市场来自广州市微元生物科技有限公司；解钾菌购于市场来自广州市微元生物科技有限公司；

所述微生物菌剂制备过程：见实施例1。

（5）复合肥造粒：将风化煤、第一混合物、第二混合物混合，然后以膨润土、硅酸钠或二者混合物作为粘合剂，用ZLC-300型搅拌机和KP-300型有机肥造粒机进行压力造粒，也可选用其他型号的搅拌机和造粒机进行造粒，制得粒径为3-5mm的圆柱体或球形复合肥，然后进行计量、包装。

2.水稻田间试验

试验地点：辽宁岫岩雅河村；水稻品种为松粳22，购自农资种子市场；

试验处理：以当地常规施肥处理作为对照；绿色水稻专用改土增效肥处理为每亩施用60kg，以基肥形式一次施入，其后不再追施肥料。经过一个水稻种植生长季，对土壤和水稻样品进行测定。主要测定性状指标如下：

表2 绿色水稻专用改土增效肥对水稻土壤养分及产量的影响

表3绿色水稻专用改土增效肥对水稻碾磨品质的影响

由表2可以看出，经过一个生长季后，专用肥处理的土壤氮、磷、钾均有不同程度的提高，分别比对照提高了5.26%、5.98%、6.48%，表明专用肥在满足水稻生长的基础上，有效提高了土壤基础养分水平。同时，土壤有机碳亦有提升，表明专用肥起到了一定培肥效果。产量测定结果表明，专用肥处理比对照提高了7.6%，增产作用明显。

而从测定的水稻碾磨品质来看（表3），专用肥处理的整精米率明显提高，比对照提高了8.71%。此外，糙米率和精米率略有提高。施用专用肥对提高稻米的商品价值具有一定促进作用。

实施例3

1. 绿色水稻专用改土增效肥制备

所述绿色水稻专用改土增效肥的组份按重量比例如下：生物有机炭材料含量为15，畜禽粪便改性炭材料含量为25，风化煤为8，尿素为15，磷酸一铵为8，氯化钾为12，贝壳粉为2，硫酸锌，硫酸镁，钼酸铵，铁锰粉剂四种微量元素总含量为2，微生物菌剂0.05，粘结剂13；

所述的生物有机炭材料原材料为玉米芯和果树枝条二者比例为2:1。

所述粘结剂为膨润土和硅酸钠，二者重量比例为5:3。

所述微生物菌剂：解磷菌（溶磷菌）、解钾菌、芽孢杆菌混合菌，三者比例为1:1:3，所述芽孢杆菌混合菌包括枯草芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌KJB4-11、甲基营养型芽孢杆菌，三种芽孢杆菌比例为1:1:4；

所述绿色水稻专用改土增产肥及其制备方法，步骤如下：

（1）生物有机炭材料的制备：粗纤维类农林废弃物、壳类农林废弃物、玉米芯、果树枝条的一种或几种，通过自然晾晒或烘干使含水量降至16%以下，采用现有技术中的任何破碎方式将上述物料加工粉碎，长度在4cm以下，或可选择先破碎后风干或烘干；

生物有机炭材料的制备：采用阶梯变温炭化技术方法，按质量份数比取上述农业废弃物原料，放入炭化炉内，设定三个变温梯度，具体方法如下：

a. 温度150-300℃，停留时间为1.5-2小时，升温速率为20-30℃/min；

b. 温度300-500℃，停留时间为2-2.5小时，升温速率为30-50℃/min；

c. 温度500-700℃，停留时间为1-1.5小时，升温速率为50-70℃/min；

在上述炭化过程中，通过冷凝分离系统收集、净化生物质热裂解形成的植物基木醋液，并在制备过程中回喷至炭化材料中进行固化、改性，在达到最后炭化温度后，在1.5-2小时内将温度降至初始温度，冷却、出炉，粉碎、过筛，制得100目粒径改性生物有机炭材料，备用；经变温处理的改性生物有机炭材料，多微孔结构极其丰富、稳定，C含量高（60%以上），比面积大、吸附力强。

（2）畜禽粪便改性炭材料的制备：畜禽粪便通过晾晒或烘干，使含水量降至16%以下；

采用低变温炭化技术方法，按质量份数比称取畜禽粪便原料，放入炭化炉内，按如下方法进行：

a. 设定温度150-250℃，停留时间为2-2.5小时，升温速率为20-30℃/min；

b. 设定温度250-350℃，停留时间为1-1.5小时，升温速率为30-50℃/min；

在上述炭化过程中，通过冷凝分离系统收集、净化生物质热裂解形成的植物基木醋液，并在制备过程中回喷至炭化材料中进行固化、改性。在达到最后炭化温度后，在1-1.5小时内将温度降至初始温度，冷却、出炉，粉碎、过筛，制得100目粒径改性炭材料，备用；经低变温处理的畜禽粪便改性炭材料，多微孔丰富，有机碳含量高，养分含量高，比面积大、吸附力强。

（3）养分耦合：将步骤（1）所得的生物有机炭材料和相应质量份数的尿素混合均匀，加热至尿素熔化，处理条件为：加压力为0.2-0.3MPa，加压时间为20-30分钟，高温灭菌锅，高温高压炉；并加压使尿素熔融进入生物有机炭的多孔结构，熔融后的材料与磷酸一铵、氯化钾、硫酸锌、硫酸镁、钼酸铵、铁锰粉剂均匀混合，制得第一混合物。

（4）微生物负载：按质量份数比称取贝壳粉，步骤（2）所得的畜禽粪便改性炭材料与贝壳粉、微生物菌剂充分混合，水分保持在20-30%，发酵5-7天，固液分离后，将固化物在室温条件下保存，制得第二混合物。

所述微生物菌剂：解磷菌（溶磷菌）、解钾菌、芽孢杆菌混合菌，三者比例为1:1:3，所述芽孢杆菌混合菌包括枯草芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌KJB4-11、甲基营养型芽孢杆菌，三种芽孢杆菌比例为1:1:4；解磷菌（溶磷菌）、解钾菌购于市场来自广州市微元生物科技有限公司；

所述微生物菌剂制备过程如下：见实施例1。

（5）复合肥造粒：将风化煤、第一混合物、第二混合物混合，然后以膨润土、硅酸钠或二者混合物作为粘合剂，用ZLC-300型搅拌机和KP-300型有机肥造粒机进行压力造粒，也可选用其他型号的搅拌机和造粒机进行造粒，制得粒径为3-5mm的圆柱体或球形复合肥，然后进行计量、包装。

2.水稻田间试验

试验地点：沈阳市东陵郊区；水稻品种：五优稻4号，购于种子销售市场；

试验处理：常规施肥，设为对照；绿色水稻专用改土增效肥处理，绿色水稻专用改土增效肥与其它肥料配合使用，配合使用肥料包括硫酸铵、硫酸钾、过磷酸钙，其重量比1:1:1，改土增效肥与配合使用肥的比例为20:1，每亩施用60kg，以基肥形式一次施入，其后不再增施肥料。

试验结果：经过一个生长种植季后，采集0-20cm耕层土壤样品，同时采集地上部水稻植株样品，对土壤和植株中的大量及微量养分元素，以及水稻产量、病害发病率等指标进行了测定，主要结果如下：

表4绿色水稻专用改土增效肥对水稻土壤养分性状的影响

土壤样品	Ca (g·kg-1)	Mg (mg·kg-1)	Zn (mg·kg-1)	Fe (g·kg-1)	速效氮( mg·kg－1 )	速效磷( mg·kg－1 )	速效钾( mg·kg－1 )
								对照	6.01	57.2	0.41	0.30	35.2	10.28	62.75
专用肥	6.09	57.7	0.44	0.32	44.8	12.96	77.23

从表4可以看出，施用专用肥提高了土壤中、微量元素（钙、镁、铁、锌）的含量，分别比对照提高了1.33%、0.87%、7.32%、6.67%。同时，大量元素（N、P、K）的速效养分含量亦有明显提高，分别比对照提高了27.27%、26.07%、23.08%，平均提高25.47%。以上数据表明，施用专用肥可以提高土壤大量及中微量元素，有效提高土壤养分水平，表现较为明显的培肥作用效果。

表5 绿色水稻专用改土增效肥对水稻植株养分积累的影响

从表5可以看出，施用专用肥促进了水稻植株对大量元素（N、P、K）和中微量元素（Ca、Mg、Zn、Fe）的吸收利用。其中，N、P、K分别比对照提高了2.86%、4.99%、3.16%。由此表明，专用肥可以在提高土壤养分的同时，促进植株对土壤养分的吸收利用，从而有利于为产量和品质的提高奠定基础。

表6 绿色水稻专用改土增效肥对水稻产量及病害发生率的影响

从表6可知，施用专用肥的水稻产量比对照提高了8.61%，病害发生率则降低了63.63%。由此表明，专用肥可在增产的同时，有效减少病害发生，实现增效减害。

以上进行的生产试验结果表明，施用绿色水稻专用改土增效肥，有利于降低土壤容重，改良土壤结构、增加孔隙度，有效提高土壤大量及中微量元素养分水平，提升土壤基础肥力，增加水稻产量，并减少病害发生率，实现了改土、增产、增效、减肥、减害，有利于促进绿色水稻产业健康、可持续发展。

Claims (7)

1.一种绿色水稻专用改土增效肥及其制备方法，其特征是：所述绿色水稻专用改土增效肥的原料组份按重量比例如下：生物有机炭材料15-25，畜禽粪便改性炭材料20-30，尿素15-20，磷酸一铵5-10，氯化钾10-15，贝壳粉2-4，硫酸锌0.4-1，硫酸镁0.25-0.5，钼酸铵0.25-0.5，铁锰粉剂0.3-0.6，微生物菌剂0.01-0.1，风化煤5-10，粘结剂10-15；

所述的生物有机炭材料，其制备原材料为粗纤维类农林废弃物、壳类农林废弃物、玉米芯、果树枝条的一种或两种及以上；

所述粘结剂为：膨润土或硅酸钠，或二者混合，膨润土和硅酸钠混合时二者重量比例为8:1-1:8；

所述微生物菌剂：解磷菌（溶磷菌）、解钾菌、芽孢杆菌混合菌，三者比例为1:1:3，所述芽孢杆菌混合菌包括枯草芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌KJB4-11、甲基营养型芽孢杆菌，三种芽孢杆菌比例为1:1:4；

所述枯草芽孢杆菌保藏单位：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC No. 11233，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，保藏日期为： 2015年8月11日，分类命名为枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis；

所述枯草芽孢杆菌KJB04-11保藏单位：中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCCNO: M2010254，保藏地址为湖北省武汉市武昌区八一路299号武汉大学校内，中国典型培养物保藏中心，保藏日期为： 2010年9月28日，分类命名为枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis KJB04-11；

所述甲基营养型芽孢杆菌，保藏单位：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC No. 11231，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，保藏日期为： 2015年8月11日，分类命名为甲基营养型芽孢杆菌Bacillus methylotrophicus。

2.根据权利要求1所述的一种绿色水稻专用改土增效肥及其制备方法，其特征是：所述绿色水稻专用改土增效肥的原材料组分按重量比包括：生物有机炭材料15，畜禽粪便改性炭材料25，风化煤8，尿素15，磷酸一铵8，氯化钾12，贝壳粉2，硫酸锌、硫酸镁、钼酸铵、铁锰粉剂四种微量元素总含量2，微生物菌剂0.05，粘结剂13。

3.根据权利要求1所述的一种绿色水稻专用改土增效肥及其制备方法，其特征是：所述的生物有机炭材料原材料为玉米芯、果树枝条的一种或两种。

4.根据权利要求1所述的一种绿色水稻专用改土增效肥及其制备方法，其特征是：所述粘结剂为膨润土和硅酸钠，二者重量比例为5:3。

5.根据权利要求1所述的一种绿色水稻专用改土增效肥及其制备方法，其特征是：所述绿色水稻专用改土增效肥，可根据作物品种类型、需肥规律和土壤肥力等条件，可与其它常规肥料配合使用，配合使用的常规肥料包括硫酸铵、硫酸钾、过磷酸钙中的一种或几种，改土增效肥与配合使用的常规肥料的比例为20:1。

6.根据权利要求1所述的一种绿色水稻专用改土增效肥及其制备方法，其特征是：所述绿色水稻专用改土增效肥的使用方法是：将所述肥料以底肥形式一次性施入农田中，施用量50-70公斤/亩。

7.一种绿色水稻专用改土增效肥及其制备方法，其特征是：所述绿色水稻专用改土增效肥的制备方法包括以下步骤：

（1）生物有机炭材料的制备：粗纤维类农林废弃物、壳类农林废弃物、玉米芯、果树枝条的一种或几种，通过自然晾晒或烘干使含水量降至16%以下，采用现有技术中的任何破碎方式将上述物料加工粉碎，长度在4cm以下，或可选择先破碎后风干或烘干；

生物有机炭材料的制备：采用阶梯变温炭化技术方法，按质量份数比取上述农业废弃物原料，放入炭化炉内，设定三个变温梯度，具体方法如下：

a. 温度150-300℃，停留时间为1.5-2小时，升温速率为20-30℃/min；

b. 温度300-500℃，停留时间为2-2.5小时，升温速率为30-50℃/min；

c. 温度500-700℃，停留时间为1-1.5小时，升温速率为50-70℃/min；

在上述炭化过程中，通过冷凝分离系统收集、净化生物质热裂解形成的植物基木醋液，并在制备过程中回喷至炭化材料中进行固化、改性，在达到最后炭化温度后，在1.5-2小时内将温度降至初始温度，冷却、出炉，粉碎、过筛，制得100目粒径改性生物有机炭材料，备用；经变温处理的改性生物有机炭材料，多微孔结构极其丰富、稳定，C含量高（60%以上），比面积大、吸附力强；

（2）畜禽粪便改性炭材料的制备：畜禽粪便通过晾晒或烘干，使含水量降至16%以下；

采用低变温炭化技术方法，按质量份数比称取畜禽粪便原料，放入炭化炉内，按如下方法进行：

a. 设定温度150-250℃，停留时间为2-2.5小时，升温速率为20-30℃/min；

b. 设定温度250-350℃，停留时间为1-1.5小时，升温速率为30-50℃/min；

在上述炭化过程中，通过冷凝分离系统收集、净化生物质热裂解形成的植物基木醋液，并在制备过程中回喷至炭化材料中进行固化、改性；

在达到最后炭化温度后，在1-1.5小时内将温度降至初始温度，冷却、出炉，粉碎、过筛，制得100目粒径改性炭材料，备用；

（3）养分耦合：将步骤（1）所得的生物有机炭材料和相应质量份数的尿素混合均匀，加热至尿素熔化，处理条件为：加压力为0.2-0.3MPa，加压时间为20-30分钟，高温灭菌锅，高温高压炉；并加压使尿素熔融进入生物有机炭的多孔结构，熔融后的材料与磷酸一铵、氯化钾、硫酸锌、硫酸镁、钼酸铵、铁锰粉剂均匀混合，制得第一混合物；

（4）微生物负载：按质量份数比称取贝壳粉，步骤（2）所得的畜禽粪便改性炭材料与贝壳粉、微生物菌剂充分混合，水分保持在20-30%，发酵5-7天，固液分离后，将固化物在室温条件下保存，制得第二混合物；

所述微生物菌剂：解磷菌（溶磷菌）、解钾菌、芽孢杆菌混合菌，三者比例为1:1:3，所述芽孢杆菌混合菌包括枯草芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌KJB4-11、甲基营养型芽孢杆菌，三种芽孢杆菌比例为1:1:4；

所述微生物菌剂制备过程如下：枯草芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌KJB4-11、甲基营养型芽孢杆菌采用的培养基和培养条件为：培养基配方为氨基酸粉2.5%、蛋白胨2%、木糖醇8%，pH7.0，转速150-200r/min，发酵时间48小时；将培养液中菌数均配制为2.5×10⁹cfu/ml，并按照比例（枯草芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌KJB4-11、甲基营养型芽孢杆菌比例为1:1:4）配制得到芽孢杆菌混合物；将解磷菌（溶磷菌）、解钾菌的菌数均调整为2.5×10⁹cfu/ml，按比例与上述芽孢杆菌混合物混合得到微生物菌剂；

（5）复合肥造粒：将风化煤、第一混合物、第二混合物混合，然后以膨润土、硅酸钠或二者混合物作为粘合剂；用搅拌机和有造粒机进行压力造粒，制得粒径为3-5mm的圆柱体或球形复合肥，然后进行计量、包装。