CN109836280A - 一种生物质炭基肥料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及肥料生产技术领域，尤其涉及一种生物质炭基肥料及其制备方法。该生物质炭基肥料包括以下重量份数的组分：生物质炭40～60份、聚磷酸铵8～12份、铵态氮肥12～18份和硝化抑制剂0.1～0.2份。本发明所提供的生物质炭基肥料将生物质炭、聚磷酸铵、铵态氮肥以及硝化抑制剂进行组合，并优选了组合比例，能够达到减少氮素淋洗、提高磷利用率的效果。本发明还提供了该生物质炭基肥料的两种制备方法，通过真空浸渍或超声和普通吸附的方式相结合，能够达到调节磷元素的释放速度、降低土壤中磷浓度的作用。

Description

一种生物质炭基肥料及其制备方法

技术领域

本发明涉及肥料生产技术领域，尤其涉及一种生物质炭基肥料及其制备方法。

背景技术

氮元素和磷元素是对植物生长起着重要作用的营养元素。氮素淋洗，即氮素在土壤中随雨水或灌溉水下移淋滤至根系活动层之下，是氮肥损失的重要途径之一，也是地下水污染的主要来源。过量灌溉可导致氮素淋洗，也能导致土壤中Ca、Mg离子的淋洗，降低土壤缓冲性和土壤代换量，从而降低土壤可保持的养分数量。减少氮素淋的主要途径是控制水分，而控制水分的最有效方法是水肥一体化技术，但目前生产上水肥一体化技术普及率较低，因此，探索减少氮素损失的调控途径十分必要。

另一方面，磷是作物的重要养分，作物缺磷时，会出现生长缓慢、矮小瘦弱、根系发育不良、产量和品质降低等症状。但土壤对磷肥具有固定作用，该固定作用取决于土壤中碳酸钙、铁铝氧化物、土壤粘粒的含量以及土壤中磷的初始浓度。在施肥初期，可发生大量吸附固定，后期逐渐转化为化学反应固定，使有效态磷转化为无效态磷，使磷肥在当季的利用率只有10％～25％。同时，用于生产磷肥的磷矿已经被国土资源部列为2010年之后不能满足国民经济发展需求的重要矿种之一。因此，减少土壤对磷的固定、提供磷肥利用率具有重要意义。

发明内容

针对土壤易发生氮素淋洗、磷肥利用率低的问题，本发明提供一种生物质炭基肥料。

以及，本发明还提供一种生物质炭基肥料的制备方法。

以及，本发明还提供另一种生物质炭基肥料的制备方法。

为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下技术方案：

一种生物质炭基肥料，包括以下重量份数的组分：生物质炭40～60份、铵态氮肥20～30份和硝化抑制剂0.1～0.2份；所述铵态氮肥包括聚合度为3～20的聚磷酸铵，以及硫酸铵、氯化铵和碳酸氢铵中的至少一种；所述聚磷酸铵在所述铵态氮肥中的质量百分比为40～80％。

本发明所提供的生物质炭基肥料采用了生物质炭，其是指林木、果木和果壳有机废弃物经过不完全燃烧产生的一种多孔炭，含有丰富的有机大分子和孔隙结构，通常比表面积有140-200m²/g，施入土壤后较易形成大团聚体，可以吸附土壤中的NH⁴⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等阳离子，特别是NH⁴⁺，从而提高土壤CEC(土壤阳离子交换量)、对水分和养分的保持能力和缓冲能力、提高作物产量和对磷钾等养分的吸收。生物质炭的多孔结构还可为土壤微生物提供栖居场所，有利于有益微生物群落结构的保持。同时，生物质炭中含有如K、Ca和Mg等较为丰富的灰分元素，能够培肥地力。

聚磷酸铵含有正磷酸根以及二聚、三聚、四聚等磷酸根，正磷酸根可以被作物直接吸收利用，二聚等磷酸根通过在土壤中缓慢分解成正磷酸根后被植物吸收利用。聚合度小于20的聚磷酸铵具有水溶性，低聚合度水溶性聚磷酸铵具有缓慢释放养分和螯合金属离子作用，其缓慢释放作用能够降低土壤中水溶性磷的浓度，从而减弱土壤对磷的固定；其螯合金属离子作用能够减少金属离子的淋洗，提高土壤肥效。

铵态氮肥配合硝化抑制剂，能够通过硝化抑制剂抑制亚硝化细菌来延迟土壤中铵态氮向亚硝态氮转化，减少氮素淋洗造成的氮素损失，并减少氮肥施用量过高时对土壤、地下水和环境的污染。硝化抑制剂还可降低农作物中亚硝酸盐含量，提高农作物品质。

本发明所提供的生物质炭基肥料将生物质炭、聚磷酸铵和其他铵态氮肥以及硝化抑制剂进行组合，并优选了组合比例，能够达到减少氮素淋洗、提高磷利用率的效果。

优选地，该生物质炭基肥料包括以下重量份数的组分：生物质炭45～55份、铵态氮肥23～27份和硝化抑制剂0.1～0.2份；所述聚磷酸铵聚合度为3～20；所述聚磷酸铵在所述铵态氮肥中的质量百分比为50～70％。

优选地，该生物质炭基肥料包括以下重量份数的组分：生物质炭50份、铵态氮肥25份和硝化抑制剂0.15份；所述聚磷酸铵聚合度为3～20；所述聚磷酸铵在所述铵态氮肥中的质量百分比为60％。

优选地，所述生物质炭为350～400℃热裂解得到的果木炭，径为0.02～0.5mm，pH为7.5～8.0。优选的煅烧温度能够排出残留在果木炭中的挥发性物质，并提高果木炭的固定碳含量。优选的pH范围使该肥料更有利于植物生长。

优选地，所述生物质炭粒径为0.05～0.2mm。粒径较小的生物质炭比表面积更大，具有更高的吸附性，但粒径过小则会使内部空间过小，不利于其在土壤中对微生物的包裹。

优选地，所述聚磷酸铵的聚合度为14～18。该聚合度的聚磷酸铵具有更优的缓释及螯合作用。

本发明实施例还提供一种生物质炭基肥料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤a、按上述生物质炭基肥料的组分配比称取各组分；

步骤b、取1/3～1/2配方量的所述聚磷酸铵溶于4～6份水中，加入所述生物质炭，于55～75℃真空浸渍1～2h；

步骤c、将其余组分溶于20～40份水中，加入步骤b所得产物中，于60～80℃搅拌30～60min，即得。

降低土壤中磷的浓度是减少土壤对磷的固定、提高磷肥利用率的有效方法。该制备方法将聚磷酸铵分成两部分，分别通过真空浸渍和普通吸附的方式吸附于生物质炭，以达到调节磷元素的释放速度、降低土壤中磷浓度的作用：步骤b中的真空浸渍使生物质炭多孔结构中的空气、水分被除去，使部分聚磷酸铵快速吸附于其中，吸附效果更佳，聚磷酸铵的缓释作用与生物质炭的包裹吸附作用相结合，进一步使聚磷酸铵释放速度减慢；步骤c中的聚磷酸铵比步骤b中的聚磷酸铵释放相对较快。初期施肥时，土壤中磷素含量较低，步骤c中的聚磷酸铵以相对较高的磷元素供应浓度来快速启动作物幼苗根际对磷的吸收，之后缓慢释放，并逐渐被植物吸收；步骤c中的聚磷酸铵释放基本完毕后，步骤b中的聚磷酸铵继续水解以更慢的速度释放，使土壤中的磷浓度始终保持较低水平，从而缓解土壤磷素积累的程度，提高磷肥利用率，减少磷肥用量。

优选地，该制备方法还包括将步骤c所得产物进行干燥。干燥后的产品不含水，更有利于保存和运输。

本发明实施例还提供另一种生物质炭基肥料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤a、按上述生物质炭基肥料的组分配比称取各组分；

步骤b、取1/3～1/2配方量的所述聚磷酸铵溶于5～8份水中，加入所述生物质炭，于70～90℃超声搅拌30～60min；

步骤c、将其余组分溶于20～40份水中，加入步骤b所得产物中，于60～80℃搅拌30～60min，即得。

该制备方法将聚磷酸铵分成两部分，分别通过超声和普通吸附的方式吸附于生物质炭，以达到调节磷元素的释放速度、降低土壤中磷浓度的作用：步骤b中通过超声使生物质炭多孔结构中的空气、水分被除去，使部分聚磷酸铵吸附于其中，将聚磷酸铵的缓释作用与生物质炭的包裹吸附作用相结合，进一步降低聚磷酸铵的释放速度；步骤c中的聚磷酸铵比步骤b中的聚磷酸铵释放相对较快。

优选地，该制备方法还包括将步骤c所得产物进行干燥。干燥后的产品不含水，更有利于保存和运输。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例提供了一种生物质炭基肥料，包括以下重量份数的组分：生物质炭40份、聚合度为3的聚磷酸铵8份、硫酸铵12份和硝化抑制剂0.1份。其中，生物质炭为350～400℃热裂解得到的果木炭，pH为7.7，粒径为0.02～0.5mm。该肥料的制备方法包括以下步骤：

步骤a、按上述生物质炭基肥料的组分配比称取各组分；

步骤b、取4份聚磷酸铵溶于6份水中，加入生物质炭，于55℃真空浸渍2h；

步骤c、将其余组分溶于20份水中，加入步骤b所得产物中，于60℃搅拌60min，即得。

实施例2

本实施例提供了一种生物质炭基肥料，包括以下重量份数的组分：生物质炭45份、聚合度为14聚磷酸铵11.5份、氯化铵5份、硫酸铵6.5份和硝化抑制剂0.1份。其中，生物质炭为350～400℃热裂解得到的果木炭，pH为7.6，粒径为0.05～0.2mm。该肥料的制备方法包括以下步骤：

步骤a、按上述生物质炭基肥料的组分配比称取各组分；

步骤b、取3份聚磷酸铵溶于4份水中，加入生物质炭，于75℃真空浸渍1h；

步骤c、将其余组分溶于40份水中，加入步骤b所得产物中，于80℃搅拌30min，即得。

实施例3

本实施例提供了一种生物质炭基肥料，包括以下重量份数的组分：生物质炭50份、聚合度为16聚磷酸铵15份、氯化铵10份和硝化抑制剂0.15份。其中，生物质炭为350～400℃热裂解得到的果木炭，pH为7.9，粒径为0.05～0.2mm。该肥料的制备方法包括以下步骤：

步骤a、按上述生物质炭基肥料的组分配比称取各组分；

步骤b、取5份聚磷酸铵溶于5份水中，加入生物质炭，于65℃真空浸渍1h；

步骤c、将其余组分溶于30份水中，加入步骤b所得产物中，于70℃搅拌45min，干燥，即得。

实施例4

本实施例提供了一种生物质炭基肥料，包括以下重量份数的组分：生物质炭55份、聚合度为18聚磷酸铵18.9份、碳酸氢铵8.1份和硝化抑制剂0.15份。其中，生物质炭为350～400℃热裂解得到的果木炭，pH为8.0，粒径为0.05～0.2mm。该肥料的制备方法包括以下步骤：

步骤a、按上述生物质炭基肥料的组分配比称取各组分；

步骤b、取5.5份聚磷酸铵溶于8份水中，加入生物质炭，于70℃超声1h；

步骤c、将其余组分溶于20份水中，加入步骤b所得产物中，于60℃搅拌60min，即得。

实施例5

本实施例提供了一种生物质炭基肥料，包括以下重量份数的组分：生物质炭60份、聚合度为20的聚磷酸铵24份、碳酸氢铵3份、氯化铵3份和硝化抑制剂0.2份。其中，生物质炭为350～400℃热裂解得到的果木炭，pH为7.5，粒径为0.02～0.5mm。该肥料的制备方法包括以下步骤：

步骤a、按上述生物质炭基肥料的组分配比称取各组分；

步骤b、取4份聚磷酸铵溶于5份水中，加入生物质炭，于90℃超声30min；

步骤c、将其余组分溶于40份水中，加入步骤b所得产物中，于80℃搅拌30min，干燥，即得。

对比例1

本实施例提供了一种生物质炭基肥料，包括以下重量份数的组分：生物质炭50份、过磷酸钙15份、氯化铵10份和硝化抑制剂0.15份。制备方法同实施例3。

对比例2

本实施例提供了一种生物质炭基肥料，原料组成与实施例3相同。制备方法为：将组分粉碎至粒径为0.02～0.5mm，加入30份水，70℃搅拌45min，干燥，即得。

效果例

1、试验装置

该试验于2010年3月至7月在农业部鹿泉农业环境野外观测实验站的日光温室进行。采用微渗漏计测定装置(Micro-lysimeter)共35个，分为实施例组1～5以及对比例组1和2，每组5个，每个微渗漏计中种植1株番茄(品种为金棚1号)。该装置包括三个部分：内部PVC管直径20cm，长40cm，下部为可卸堵头，过滤层用粒径<2mm石英砂，用HCl溶液冲洗，石英砂上覆盖一层0.149mm的尼绒网，固定。外部PVC管直径34cm，长45cm，底部为斜面，管壁粘有通到底部的橡胶管，用真空抽气泵抽取滤液。

2、材料

微渗漏计中装入原状土柱，供试土壤为壤质褐土，每个微渗漏计中土柱总重量(干重)为20±0.01kg。土壤基础性状见表1。

试验品为实施例1～5以及对比例1、2所得产品。

施用量：使每公斤干土施用的肥料含生物质炭100mg。

表1供试土壤基础性状

3、试验管理

将试验品用蒸馏水稀释成生物质炭含量为0.4g/L的混悬液，底施到0-15cm层次土壤，15cm至40cm的土壤保持原状土。2010年3月10日番茄播种、育苗，4月15日移栽，5月4日整枝打杈1次，番茄果实坐住三穗果后打顶。番茄收获期共采摘5次果实，8月6日拉秧。模拟传统灌溉量，在番茄移栽定植水、第一、二、三、四果实膨大期的五次灌溉量分别为6.0、3.6、4.5、4.5、4.5L/个。

4、数据收集

每次灌溉后收集微渗漏计溶液。番茄采摘期采摘记录果实个数和单株果实鲜重。番茄收获后采集0-15cm、15-30cm、30-40cm的土壤样品。

5、结果分析

将植株根、茎叶和果实分别用蒸馏水冲洗后，于105℃杀青30min，在烘箱65℃烘干、称干物重。将植株样品用不锈钢粉碎机粉碎，过0.5mm筛，测定全氮含量和磷含量，计算氮素吸收量和磷利用率。

氮素吸收量＝植株全氮含量(％)×干物重；

磷肥利用率＝(土壤中磷含量+聚磷酸铵中磷含量-植株含磷量)/聚磷酸铵中磷含量。

各组试验结果的平均值见表2。

表2

由表2试验结果可见，实施例1～5与对比例1、2相比，在提高磷利用率、减少铵态氮淋洗方面具有显著的改善。可见，采用聚磷酸铵以及采用两部吸附的方法能够使磷肥利用率提高、铵态氮淋洗减少。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生物质炭基肥料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：生物质炭40～60份、铵态氮肥20～30份和硝化抑制剂0.1～0.2份；所述铵态氮肥包括聚合度为3～20的聚磷酸铵，以及硫酸铵、氯化铵和碳酸氢铵中的至少一种；所述聚磷酸铵在所述铵态氮肥中的质量百分比为40～80％。

2.根据权利要求1所述的生物质炭基肥料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：生物质炭45～55份、铵态氮肥23～27份和硝化抑制剂0.1～0.2份；所述聚磷酸铵聚合度为3～20；所述聚磷酸铵在所述铵态氮肥中的质量百分比为50～70％。

3.根据权利要求2所述的生物质炭基肥料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：生物质炭50份、铵态氮肥25份和硝化抑制剂0.15份；所述聚磷酸铵聚合度为3～20；所述聚磷酸铵在所述铵态氮肥中的质量百分比为60％。

4.根据权利要求1所述的生物质炭基肥料，其特征在于，所述生物质炭为350～400℃热裂解得到的果木炭，径为0.02～0.5mm，pH为7.5～8.0。

5.根据权利要求4所述的生物质炭基肥料，其特征在于，所述生物质炭粒径为0.05～0.2mm。

6.根据权利要求1所述的生物质炭基肥料，其特征在于，所述聚磷酸铵的聚合度为14～18。

7.一种生物质炭基肥料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤a、按权利要求1～6任一项所述生物质炭基肥料的组分配比称取各组分；

步骤b、取1/3～1/2配方量的所述聚磷酸铵溶于4～6份水中，加入所述生物质炭，于55～75℃真空浸渍1～2h；

步骤c、将其余组分溶于20～40份水中，加入步骤b所得产物中，于60～80℃搅拌30～60min，即得。

8.根据权利要求7所述的生物质炭基肥料的制备方法，其特征在于，还包括将步骤c所得产物进行干燥。

9.一种生物质炭基肥料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤a、按权利要求1～6任一项所述生物质炭基肥料的组分配比称取各组分；

步骤b、取1/3～1/2配方量的所述聚磷酸铵溶于5～8份水中，加入所述生物质炭，于70～90℃超声搅拌30～60min；

步骤c、将其余组分溶于20～40份水中，加入步骤b所得产物中，于60～80℃搅拌30～60min，即得。

10.根据权利要求9所述的生物质炭基肥料的制备方法，其特征在于，还包括将步骤c所得产物进行干燥。