CN110156533A

CN110156533A - 一种高效含磷产品的制备方法及其应用

Info

Publication number: CN110156533A
Application number: CN201910405390.3A
Authority: CN
Inventors: 王旭东; 张育林; 谭艳茹; 刘娜
Original assignee: Northwest A&F University
Current assignee: Northwest A&F University
Priority date: 2019-05-16
Filing date: 2019-05-16
Publication date: 2019-08-23
Anticipated expiration: 2039-05-16
Also published as: CN110156533B

Abstract

本发明公开了一种高效含磷产品的制备方法及其应用，将农业废弃物在600‑700℃厌氧环境中裂解的产物作为生物炭；将磷肥与生物炭、硫磺粉按照质量比(90～70):(5～15):(5～15)进行充分混合，得到磷肥混合材料；然后向每1000公斤磷肥混合材料中喷洒1.0％～1.5％的聚丙烯酰胺溶液20～35L，充分搅拌晾晒后即得高效含磷产品。本发明基于生物质碳和硫磺粉为主要磷素吸附和活化材料，并通过聚丙烯酰胺把生物质炭和硫磺粉进一步与磷肥复合，从而提高磷肥在土壤中尤其是北方石灰性土壤和盐碱土中的有效性。

Description

一种高效含磷产品的制备方法及其应用

技术领域

本发明属于农业技术领域，涉及一种高效含磷产品的制备方法及其应用，具体地说，涉及一种利用生物炭复合材料的高效含磷产品的制备方法及其应用。

背景技术

我国土壤全磷含量在0.31～1.72g·kg^-1之间，平均为0.68g·kg^-1，土壤磷素含量相对较低。在上个世纪80年代调查发现，我国土壤有效磷含量为0.1～228.8mg·kg^-1，平均值仅为12.89mg·kg^-1，多数土壤有效磷含量在10mg·kg^-1以下，满足不了作物对磷素的需求。施用磷肥在我国普遍现象，每年都要施用大量磷肥，农田中施用磷(P₂O₅)多数达到10公斤以上，远远超过了国外施磷水平(每亩5公斤左右)，我国成为目前世界上施用磷肥最多的国家。磷肥在我国土壤中当季利用率仅为10％～20％，和国外相比较，磷肥利用率很低。究其原因是我国南方土壤酸性强，含有大量的无定型氧化铁和氧化铝，磷肥施用后其中的水溶性磷直接与铁铝等发生专性吸附或固定作用，变成难溶性磷残留于土壤中；而北方石灰性土壤中pH相对较高，存在碳酸钙对磷的固定。磷肥在土壤吸附固定，不仅造成施用磷肥的有效性下降，利用率降低，成本提高；而且也造成了环境风险。几十年的大量磷肥施肥，使土壤中累积了大量磷，在水土流失或者土壤侵蚀过程中，磷素随着土壤颗粒进入水环境，对水体造成富营养化。

目前我国施用的磷肥以磷酸二铵、普钙、重过磷酸钙等为主，这些肥料施用土壤后磷有效成份能快速溶解于土壤水分中，少部分(15-20％)被作物吸收外，大部分(80％左右)被土壤吸附固定，变成植物难以利用的矿物质磷，北方土壤中的钙镁等石灰性物质、南方土壤中的铁铝等物质都能吸附固定大量的磷，从而造成磷素有效性降低，利用率下降。目前提高磷素有效性的方法主要有两种类型，一种是改变磷肥的颗粒大小从而减少与土壤的充分接触，减少土壤对磷的固定，另一种向土壤中添加一些有机酸等材料，通过有机酸的溶解作用，使被固定磷重新被释放出来。这些方法虽然有一定的效果，但也存在不足，比如通过磷肥颗粒大小改变来提高磷肥效果并不显著；向土壤中添加柠檬酸等有机酸虽然可以提高土壤有效磷水平，但随着有机酸的矿化分解，对磷素的活化效果逐渐消失。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种高效含磷产品的制备方法及其应用。

其技术方案如下：

一种高效含磷产品的制备方法，包括以下步骤：将农业废弃物在600-700℃厌氧环境中裂解的产物作为生物炭；将磷肥与生物炭、硫磺粉按照质量比(90～70):(5～15):(5～15)进行充分混合，得到磷肥混合材料；然后向每1000公斤磷肥混合材料中喷洒1.0％～1.5％的聚丙烯酰胺溶液20～35L，充分搅拌晾晒后即得高效含磷产品。

进一步，所述磷肥为一般的商品磷肥，如普钙、重钙或者磷酸二铵均可。

进一步，所述生物炭为农业废弃物苹果枝条600度高温下厌氧裂解所生产，粒径为0.10～0.15mm。以0.10mm为宜。

进一步，所述硫磺粉为硫矿粉，粒径为0.1-0.25mm。以0.10mm为宜。

本发明所述方法制备的高效含磷产品在提高磷肥在土壤中有效性过程中的应用。

本发明的有益效果：

本发明基于生物质碳和硫磺粉为主要磷素吸附和活化材料，并通过聚丙烯酰胺把生物质炭和硫磺粉进一步与磷肥复合，从而提高磷肥在土壤中尤其是北方石灰性土壤和盐碱土中的有效性。

附图说明

图1是添加不同比例硫磺粉有效磷含量；CK为磷肥对照，S5、S10、S15分别为磷肥中添加了5％、10％、15％的硫磺粉；

图2是添加不同比例生物炭有效磷含量；CK为磷肥对照，BC5、BC10、BC15分别为磷肥中添加了5％、10％、15％的生物炭；

图3是添加相同比例硫磺粉及不同比例生物炭有效磷含量；其中CK为磷肥对照，S10-BC5、S10-BC10、S10-BC15分别为向磷肥中添加了10％硫磺粉的基础上，又添加了5％、10％、15％的生物炭；

图4是添加相同比例生物炭及不同比例硫磺粉有效磷含量；其中CK为磷肥对照，S5-BC10、S10-BC10、S15-BC10分别为向磷肥中添加了10％生物炭的基础上，又添加了5％、10％、15％的硫磺粉；

图5是添加相同比例硫磺粉、不同比例生物炭及PAM有效磷含量；其中CK为磷肥对照，S10BC5-PAM、S10BC10-PAM、S10BC15-PAM分别为向磷肥中添加了10％硫磺粉的基础上，又复合添加了5％、10％、15％的生物炭和PAM；

图6是添加不同比例硫磺粉微生物磷含量；各处理符号含义同图1；

图7是添加不同比例生物炭壤微生物磷含量；各处理符号含义同图2；

图8是添加相同比例硫磺粉及不同比例生物炭微生物磷含量；各处理符号含义同图3；

图9是添加相同比例生物炭及不同比例硫磺粉微生物磷含量；各处理符号含义同图4；

图10是添加不同比例硫磺粉磷肥利用率；各处理符号含义同图1；

图11是添加不同比例生物炭磷肥利用率；各处理符号含义同图2；

图12是添加相同比例硫磺粉及不同比例生物炭磷肥利用率；各处理符号含义同图3；

图13是添加相同比例生物炭及不同比例硫磺粉磷肥利用率；各处理符号含义同图4；

图14是添加相同比例硫磺粉、不同比例生物炭及PAM磷肥利用率。各处理符号含义同图5。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

一种高效含磷产品的制备方法，包括以下步骤：将农业废弃物在600-700℃厌氧环境中裂解的产物作为生物炭；将磷肥与生物炭、硫磺粉按照质量比(90～70):(5～15):(5～15)进行充分混合，得到磷肥混合材料；然后向每1000公斤磷肥混合材料中喷洒1.0％～1.5％的聚丙烯酰胺溶液20～35L，充分搅拌晾晒后即可得到一种高效含磷产品，该产品可以提高磷的利用率。

所述磷肥为一般的商品磷肥，如普钙、重钙或者磷酸二铵均可。

所述生物炭为农业废弃物苹果枝条600度高温下厌氧裂解所生产，粒径为0.10～0.15mm，生物炭具有较大表面积和丰富的官能团，添加到磷肥肥料中可以吸附有效磷，避免被土壤所固定；生物炭的成本低，具有耐久性，半衰期为50年左右。

所述硫磺粉为硫矿粉，粒径为0.1-0.25mm，成本低，资源广，成本低。

配方中PAM为辅助材料，化学名为聚丙烯酰胺，其分子量500万左右，属于高分子材料，具有相对较高的稳定性。聚丙烯酰胺溶液一方面可以将磷肥、生物炭、硫磺粉有效粘结在一起，形成细微颗粒，另一方面聚丙烯酰胺本身具有很强的吸水保肥作用。

配制比例

磷肥、生物炭、硫磺粉的混合配制比例为(90～70):(5～15):(5～15)，在此基础上每1000公斤上述混合物加入浓度为1.0-1.5％的PAM溶液20-35升(其中以20升，浓度为1.5％的PAM溶液为宜)。

配制工艺

将常规磷肥普钙(或重钙、或磷酸二胺)与生物炭、硫磺粉按照90～70:5～15:5～15比例(质量比)进行混合，并充分混匀，在此基础上每吨(1000公斤)混合料喷洒浓度为1.0-1.5％的PAM溶液20-35升,并充分搅拌均匀，然后适当晾晒即可。

产品应用

以混合料作为磷肥，在土壤中进行施用，每亩施用磷(P₂O₅)水平为6-10公斤，如果以普钙作为基础磷源，则混合料在每亩的施用磷肥产品量为50-80公斤。

实施例1磷肥中添加硫磺粉及生物炭对有效磷的提升作用

(1)添加硫磺粉提高有效磷含量的作用

磷肥施入土壤后在土壤中发生转化，其有效性的高低可以用土壤有效磷表示。磷肥中单独添加硫磺粉施入土壤后(初始加入磷素水平统一为150mg/kg)，能够提高土壤有效磷含量(见图1)，并随硫磺粉添加量的增加，有效磷含量呈上升趋势。与对照相比(不添加硫磺粉)，施入土壤60d时有效磷平均增加7.95％，其中，添加比例为15％的处理增加了8.75％；施入150d时有效磷平均增加7.62％，其中添加比例为15％增加了9.05％。

(2)添加生物炭提高有效磷含量的作用

磷肥中单独添加生物炭施用于土壤后，能够提高土壤有效磷含量(见图2)，并随生物炭添加量的增加，有效磷含量呈上升趋势。施入土壤60d时，有效磷平均增加7.17％，在生物炭添加比例为15％时，土壤有效磷含量最高，比CK(不添加生物炭)提高了10.55％；施入土壤150d时，平均增加5.46％，其中添加比例为15％时，增加了7.95％。

(3)磷肥中添加硫磺粉和不同比例生物炭提高有效磷含量的作用

磷肥中添加相同比例硫磺粉及不同比例生物炭能够增加土壤有效磷含量(见图3)，并随生物炭的增加，有效磷含量呈现上升趋势。施入土壤60d时，有效磷平均增加13.92％，150d时，平均增加14.13％。与单独添加相同比例硫磺粉相比，硫磺粉与生物炭混合配比施用更能提高土壤有效磷含量，其中以S10-BC15处理增加的幅度最大，与对照相比，在60d和150d时有效磷增加了17.2％左右。

(4)磷肥中添加生物炭及不同比例硫磺粉提高有效磷含量的作用

在添加相同比例生物炭和不同比例硫磺粉条件下增加了土壤有效磷含量(见图4)，并且随着硫磺粉添加比例的增加，有效磷含量呈现上升趋势。施入土壤60d时，平均增加11.55％，150d时，平均增加11.14％。与单独添加相同比例生物炭相比，硫磺粉与生物炭混合配比施用更能提高土壤有效磷含量，其中以S15-BC10处理增加的幅度最大。与对照相比，在60d和150d时分别增加了12.76％、12.91％。

(5)磷肥添加硫磺粉、生物炭及PAM提高有效磷含量的作用

相同比例硫磺粉、不同比例生物炭及PAM混合添加能够增加土壤有效磷含量(见图5)，并随生物炭添加比例的增加，有效磷含量呈现上升趋势。施入土壤60d时，平均增加16.74％，150d时，平均增加17.02％。其中，以S10BC15-PAM处理的效果相对最大，在60和150天时，分别比对照提高19.87％和20.10％。

综合分析，向磷肥中添加硫磺粉和生物质炭，并采用PAM包裹，具有提高磷肥施用于土壤后的效果。其中以S10BC15-PAM处理的效果最大。

实施例2磷肥中添加硫磺粉及生物炭对微生物磷的影响

(1)磷肥中添加硫磺粉提高微生物磷含量的作用

硫磺粉的添加是通过增加土壤硫细菌等进一步增加土壤微生物磷的含量。单独添加不同比例硫磺粉能够提高土壤微生物磷的含量(见图6)，并随硫磺粉添加比例的增加，微生物磷含量呈现上升趋势。施入土壤60d时，平均增加8.06％，150d时，平均增加7.62％，并且硫磺粉添加比例为15％时增加幅度最大，在60d和150d分别增加了8.87％、9.05％。

(2)磷肥中添加生物炭提高微生物磷含量的作用

单独添加不同比例生物炭能够提高土壤微生物磷的含量，并随生物炭添加比例的增加，微生物磷含量呈现上升趋势(见图7)。施入土壤60d时，平均增加7.48％，150d时，平均增加5.97％，在生物炭添加比例为15％时，土壤微生物磷含量最高，60d时比CK(不添加生物炭)提高了11.26％，150d时提高了9.49％。整体而言，单独添加生物炭与单独添加硫磺粉相比，生物炭更能提高微生物磷的含量。

(3)添加硫磺粉及不同比例生物炭提高微生物磷含量的作用

磷肥中添加相同比例硫磺粉及不同比例生物炭，能够增加土壤微生物磷含量，并随生物炭添加量的增加，微生物磷含量呈现上升趋势(见图8)。磷肥施入土壤60d时，微生物磷平均增加32.14％，150d时，平均增加34.49％。与单独添加相同比例硫磺粉相比，硫磺粉与生物炭混合配比施用进一步提高土壤微生物磷含量其中以S10-BC15处理增加比例最大；与对照相比，在60d和150d分别提高了43.56％、45.78％。

(4)添加相同比例生物炭及不同比例硫磺粉提高微生物磷的作用

磷肥中添加相同比例生物炭及不同比例硫磺粉，能够增加土壤微生物磷含量，并且随着硫磺粉添加比例的增加，微生物磷含量呈现上升趋势(见图9)。施入土壤60d时，平均增加29.16％，150d时，平均增加30.59％。与单独添加相同比例生物炭相比，硫磺粉与生物炭混合配比施用更能提高土壤微生物磷含量，其中以S10-BC10处理增加比例最大，与对照相比，在60d和150d分别提高了41.63％、43.60％。

通过比较，对于提高土壤微生物磷含量，相同比例硫磺粉、不同比例生物炭的配合施用效果更佳，其中比例为S10-BC15效果最佳。

实施例3添加硫磺粉及生物炭对磷肥利用率的影响

以添加硫磺粉、生物炭的磷肥作为肥料，配施一定量氮肥，通过盆栽培养试验种植小麦，分别在60天和150天采取小麦植株样品(包括根系)，测定小麦植株吸磷量，计算磷肥利用率(吸收磷占施用磷的百分比)。

(1)磷肥中添加不同比例硫磺粉提高磷肥利用率的作用

磷肥中单独添加硫磺粉能够提高磷肥利用率(见图10)。150d时对照利用率为20.6％，与对照相比，处理S10的利用率最高，达到26.8％，比对照增加了6.2％(绝对增加比例)。

(2)不同比例生物炭的添加提高磷肥利用率

单独添加生物炭能够提高磷肥利用率。并随生物炭添加量的增加，磷肥利用率呈先上升趋势(见图11)。施入土壤150时，平均增加6.3％，其中以生物炭添加比例为15％时，磷肥利用率最高，达到28.1％，比对照增加了7.5％(绝对增加比例)。

(3)添加相同比例硫磺粉及不同比例生物炭提高磷肥利用率作用

同时添加硫磺粉及不同比例生物炭能够提高磷肥利用率(见图12)。在添加等量硫磺粉的情况下，随生物炭添加量的增加，磷肥利用率呈现上升趋势。施入土壤150d时，平均利用率达到30.8％，与对照相比，增加10.2％。其中以S10-BC15处理利用率最高，达到32.3％，比对照增加11.7％。与单独添加硫磺粉的磷肥相比，利用率提高6.6％(绝对提高比例)，与单独添加生物炭的相比，磷素利用率提高了4.2％。

(4)添加生物炭及不同比例硫磺粉提高磷肥利用率作用

添加相同比例生物炭及不同比例硫磺粉能够提高磷肥利用率(见图13)，并且随着硫磺粉添加比例的增加，磷肥利用率呈现上升趋势。施入土壤150d时，利用率平均为31.2％，比对照增加10.6％。其中以S15-BC10处理的最高，达到34.6％。和对照相比，磷素利用率增加了14％。

(5)添加硫磺粉、生物炭和PAM混合添加提高有效磷含量

添加硫磺粉、PAM及不同比例生物炭够提高磷肥利用率(见图14)，并随生物炭添加比例的增加，有效磷含量呈现上升趋势。施入土壤150d时，磷素利用率平均增加13.2％。其中以S10BC15-PAM处理增加的幅度最大，和对照相比，在150d时磷素利用率提高了17.1％。通过相互比较，对于提高磷肥利用率，以S10BC15-PAM效果最佳。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种高效含磷产品的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将农业废弃物在600-700℃厌氧环境中裂解的产物作为生物炭；将磷肥与生物炭、硫磺粉按照质量比(90～70):(5～15):(5～15)进行充分混合，得到磷肥混合材料；然后向每1000公斤磷肥混合材料中喷洒1.0％～1.5％的聚丙烯酰胺溶液20～35L，充分搅拌晾晒后即得高效含磷产品。

2.根据权利要求1所述的高效含磷产品的制备方法，其特征在于，所述磷肥为普钙、重钙或者磷酸二铵。

3.根据权利要求1所述的高效含磷产品的制备方法，其特征在于，所述生物炭为农业废弃物苹果枝条600度高温下厌氧裂解所生产，粒径为0.10～0.15mm。

4.根据权利要求3所述的高效含磷产品的制备方法，其特征在于，所述粒径为0.10mm。

5.根据权利要求1所述的高效含磷产品的制备方法，其特征在于，所述硫磺粉为硫矿粉，粒径为0.1-0.25mm。

6.根据权利要求5所述的高效含磷产品的制备方法，其特征在于，所述粒径为0.10mm。

7.一种权利要求1所述方法制备的高效含磷产品在提高磷肥在土壤中有效性过程中的应用。