CN110204402A - 一种土壤有机质培育功能肥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种土壤有机质培育功能肥，该功能肥的碳氮比为5.0~30.0，由下述重量百分比的原料组成：玉米秸秆71.0~77.6%、尿素0.4~7.0%、磷酸二氢钾20%、胶原蛋白1.0%和沸石粉1.0%。本发明还公开了该功能肥的制备方法。本发明利用玉米秸秆与尿素的不同比例，通过氨化处理制成具有不同碳氮比的土壤有机质培育功能肥，从而提高土壤的水肥涵养能力与养分转化能力，可广泛应用于不同地力农田（特别是低地力农田）的有机培育过程中，有利于农业的优质、高效、生态及可持续发展。

Description

一种土壤有机质培育功能肥及其制备方法

技术领域

本发明涉及农业肥料技术领域，尤其涉及一种土壤有机质培育功能肥及其制备方法。

背景技术

秸秆是农业生产的副产品，其产量随着粮食产量的不断提高而增加。我国的农作物秸秆资源拥有量居世界首位。

农作物秸秆是地球上第一大可再生资源，是农作物的重要副产品。秸秆焚烧一方面造成了资源的巨大浪费；另一方面，其在焚烧过程中释放的二氧化硫、苯丙吡等有害物质会污染空气，从而危害人体健康。作物秸秆的科学还田已成为农业生产中的凸显问题，并越发引起社会与舆论的关注。当前，随着科技的发展，秸秆已在农田肥料、动物饲料、民用生活、建筑材料、工业发电、化工产品、纺织产品等方面得到了广泛应用。

目前，我国对秸秆的综合利用可归纳为以下4个方面：

⑴秸秆用作农村生活能源。农村生活能源是秸秆利用的主要方式，占到了秸秆消耗量的45.0%左右。秸秆直接燃烧是其作为农村生活能源的主要方式，然而该利用方式的能源利用率仅为13.0%左右。秸秆气化技术是近几年出现的新技术，通过对秸秆不完全燃烧或干馏，获得可燃气作燃料。目前应用较为广泛的是秸秆生物发酵技术，通过该技术生产的沼气可将能源利用率提高2.0~4.0倍。以沼气、生物质能为重点的农村可再生能源建设，缓解了农村地区能源供应短缺的情况，改善了农村环境质量，提高了农民生活水平，适应了现代化新农村的发展需求，是一种规模化利用秸秆的理想方式。

⑵秸秆用做饲料。饲料也是秸秆利用的主要方式，占到了秸秆消耗量的30.9%左右。秸秆饲料化不仅能保护环境，还能增加农民收入，发展空间和潜力巨大，是实现农业可持续发展的有效途径。秸秆中含有较高的粗纤维限制了瘤胃中微生物和消化酶对细胞壁内溶物的消化作用，致使秸秆适口性和营养性差，无法被动物高效地吸收利用。因此，如何提高秸秆饲料化的水平显得尤为重要。秸秆饲料化主要是利用青贮、揉搓丝化、压块等处理技术, 把秸秆转化为优质饲料, 是解决草食家畜饲料来源的重要措施，也是促进畜牧发展增值增收的重要途径。

⑶秸秆用作肥料。秸秆作为有机肥还田目前尚不足秸秆消耗量的20%，其利用方法主要有以下几种：

①秸秆堆沤还田。其特点是时间长、受环境影响大、劳动强度高、产出量少、成本较高。基于农村劳动力的减少，目前该技术在农村的应用逐步减少。基于工艺特点及成本考虑，该技术需在较大规模下应用，目前主要在我国东北地区推广使用。

②机械化秸秆还田。机械化秸秆还田技术在20 世纪80 年代便在我国得到试验及示范。机械化秸秆还田机械化程度高、秸秆处理时间短。然而，由于政策及认识的不到位，秸秆还田的实施面积与可实施面积相距还很大。机械化秸秆还田大致可分为根茬粉碎还田技术和秸秆粉碎还田技术。根茬粉碎还田技术主要是把农作物茎秆加以清除，通过机械装置就地粉碎所剩余的根茬。秸秆粉碎还田技术是指把秸秆集中后通过机械装置粉碎，并在耕地表面进行覆盖式抛洒，最后将土壤表层粉粹秸秆深翻至土中的过程。根茬粉碎还田技术就地深翻，应用方便，便于播种机播种。秸秆粉碎还田技术可用于软硬秸秆的处理（如水稻秸秆和玉米秸秆），应用范围更广；此外，秸秆粉碎还田技术对秸秆的粉碎程度更高，更有利于秸秆的分解。

③生化快速腐熟技术。这是一种应用国际20世纪 90年代先进生物技术，使用现代化设备和手段控制生产过程，将秸秆制造成优质生物有机肥的先进方法，是当前利用高新技术，大规模、高效率生产有机肥料的最佳途径。但存在生产设备的引进、消化吸收及国产化问题。

④过腹还田。秸秆过腹还田，就是把秸秆作为饲料，在食草动物腹中消化吸收一部分营养物质（如糖类、蛋白质、纤维素等），其余变成粪便后施入土壤。秸秆过腹还田使秸秆得到充分利用，有利于促进秸秆资源分解和作物养分的吸收。

⑤秸秆制作活性炭。秸秆在无氧的条件下加热会发生裂解反应，生成焦炭、焦油、热解气体等。焦炭经过活化之后可制成活性炭。

⑷秸秆作为工农业生产原料。农作物秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素三大部分组成，此外还有少量蛋白质、氨基酸等。秸秆用于工业生产的消耗量仅占每年产量的3.0%左右，且主要用于造纸行业。此外，还有少量秸秆用于餐盒、包装板、隔音板、保温材料、人造炭及活性炭等的制作。基料是秸秆用于农业生产的主要方式，例如食用菌栽培。每千克秸秆可生产食用菌0.3~0.6kg，经济效益显著。

由以上分析可知，秸秆的利用方式呈现多样化的特点，作为有机肥还田是其利用的主要方式。此外，机械化秸秆还田与生化快速腐熟技术的结合将是秸秆还田技术未来的发展方向。目前，秸秆还田技术多注重秸秆的粉碎程度，而忽视了秸秆在不同地力土壤（特别是低地力农田土壤）的分解及转化速率。

绿洲农业在我国西北干旱内陆区有着举足轻重的地位。近年来，该区域人工绿洲区的水土资源开发强度不断加大，农业生产与生态环境之间的矛盾日益突出。人工绿洲农田土壤质地粗且有机质含量低，因此在实际生产中往往依靠高强度的水肥投入来保障粮食产出，农业生产效益低、可持续性差。土壤有机碳是土壤的重要组成部分，它不仅决定着土壤的水、肥、气、热条件，还决定着土壤的生物化学过程，是影响农田地力的关键因素。前期研究发现，在绿洲化过程中，新垦绿洲农田在 5 年后期耕层土壤有机质含量便不再上升，且其活性有机碳组分甚至会出现下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种提高土壤水肥涵养能力与养分转化能力的土壤有机质培育功能肥。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供该土壤有机质培育功能肥的制备方法。

为解决上述问题，本发明所述的一种土壤有机质培育功能肥，其特征在于：该功能肥的碳氮比为5.0~30.0，由下述重量百分比的原料组成：玉米秸秆71.0~77.6%、尿素0.4~7.0%、磷酸二氢钾20%、胶原蛋白1.0%和沸石粉1.0%。

如上所述的一种土壤有机质培育功能肥的制备方法，包括以下步骤：

⑴按配比称重；

⑵秸秆预处理：去除玉米秸秆中的杂物后，经粉碎、过20目筛，得到秸秆粉末；

⑶配制氨化营养液：将尿素、磷酸二氢钾、胶原蛋白混合均匀后，按1：20的重量比加入去离子水，混合均匀即得秸秆氨化营养液；

⑷秸秆氨化：采用喷雾器将所述秸秆氨化营养液均匀地喷洒在所述秸秆粉末上，搅拌均匀后放入密闭容器内，并将该密闭容器放入温度为30.0℃±2.0℃的恒温人工气候箱内培养6 d，得到氨化的秸秆；所述秸秆粉末与所述秸秆氨化营养液的比例为1t：91.6~100.1L；

⑸所述氨化的秸秆与沸石粉混合后制粒、包装即得。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明利用玉米秸秆与尿素的不同比例，通过氨化处理制成具有不同碳氮比的土壤有机质培育功能肥，从而提高土壤的水肥涵养能力与养分转化能力，可广泛应用于不同地力农田（特别是低地力农田）的有机培育过程中，有利于农业的优质、高效、生态及可持续发展。

为验证该系列肥料对不同质地及肥力土壤有机质提升的效果，申请人特别在我国干旱半干旱区选取了黄土高原塿土（陕西省三原县）、河套灌区灌淤土（内蒙古临河区）以及河西走廊灌漠土（甘肃临泽县）共计 3 种不同质地及肥力土壤。土壤主要理化性质见表1，土壤有机质及作物产量的试验结果见表2~3。各土壤有机质培育功能肥处理（CN-30，CN-20，CN-10，CN-05）在玉米拔节期追肥150 kg N/hm²。为保持施肥一致，秸秆直接还田（CN-45）处理播前施磷酸二氢钾360 kg/hm²，并在玉米拔节期追肥270 kg N/hm²。

表1：各试验地的土壤理化性质

表2：土壤有机质培育功能肥对不同土壤有机质含量的影响（g/kg）

表3：土壤有机培育功能肥对不同土壤农田玉米产量的影响（kg/hm²）

由表1可知：试验所选的3种土壤，塿土、灌淤土、灌漠土的质地依次由细向粗变化，肥力依次由高向低变化。灌漠土的有机质含量仅为塿土的22.6%。塿土、灌淤土为典型的中等肥力土壤，而灌漠土为典型的低肥力土壤。以上分析表明，利用上述土壤进行土壤有机质培育功能肥料的效果测试具有较强的代表性。

由表2可知：相比秸秆直接还田（CN-45），土壤有机质培育功能肥对不同地力土壤有机质的提升更为显著。秸秆直接还田，塿土、灌淤土、灌漠土的有机质提升率差异不大，在7.8%~9.2%之间；而土壤有机质培育功能肥对上述土壤有机质提升的差异很大，在11.2~57.9%之间。此外，不同地力土壤对土壤有机质培育功能肥的配方表现出选择性。施用肥料2年后：对于塿土来说，CN-30 配方对土壤有机质的提升最为明显，可达到13.1%，而其余配方对土壤有机质的提升相对较小且差异不大；对于灌淤土来说，CN-20 配方对土壤有机质的提升最为明显，可达到19.2%；对于灌漠土来说，CN-5 配方对土壤有机质的提升最为明显，可达到57.9%。

以上结果表明：相比秸秆直接覆盖还田，本发明制备的土壤有机质培育功能肥能大大提高秸秆的有机质转化速率，且氨化秸秆的碳氮比对秸秆的有机质转化速率影响显著。地力高的农田土壤，高碳氮比的氨化秸秆（如CN-30）能更显著地提高土壤有机质含量；而地力低的新垦绿洲沙质土壤，低碳氮比的氨化秸秆（如CN-05）能更显著地提高土壤有机质含量。此外，通过三种土壤之间的对比可知，氨化秸秆的碳氮比对低地力的灌漠土的影响更显著。施用肥料2年后，CN-30的土壤有机质含量提高了16.5%，而CN-05的土壤有机质含量则提高了57.9%。

该系列肥料在不同地力农田的增产效果见表3。由测产结果可知：相比秸秆直接还田（CN-45），土壤有机质培育功能肥对不同地力农田作物的增产效果更为显著。秸秆直接还田对不同地力农田作物产量的增加不显著；而土壤有机质培育功能肥可将作物产量提高8.2~18.8%之间。同样，不同地力农田的作物产量对土壤有机质培育功能肥的配方同样表现出选择性，且与土壤有机质提升的结果类似。施用肥料2年后：对于塿土来说，CN-30 和CN-20配方对作物产量的提升最为明显，可达到15.2~15.5%；对于灌淤土来说，CN-20和CN-10配方对作物产量的提升最为明显，可达到12.2~12.9%；对于灌漠土来说，作物产量随着氨化秸秆碳氮比的降低而增加，CN-5 配方可提升作物产量18.8%。

综上所述：相比秸秆直接覆盖还田，本发明制备的土壤有机质培育功能肥能显著增加作物产量，且氨化秸秆的碳氮比对作物产量的增加影响显著。同样，氨化秸秆的碳氮比对低地力的灌漠土的影响更显著。

2、本发明利用作物秸秆生产有机无机复合肥，解决了秸秆焚烧与秸秆腐烂导致的空气污染、土壤及水源病原菌滋生与传播等环境问题，环境效益显著。采用本发明肥料处理小区的0～40cm土层总有机碳含量分别较无秸秆还田与常规秸秆覆盖处理高20～25%以及4～6%。

3、本发明科学、高效地利用作物秸秆生产农用有机复合肥，为政府部门提供了处理秸秆的有效途径，同时增加了环保产业的就业机会，社会效益显著。年产30000余t本发明土壤有机质培育功能肥料的企业可实现产值4000余万元，安排农村剩余劳动力200~300人，农民人均增收1.5~2.0万元。

4、本发明不但解决了秸秆直接覆盖还田引发的作物出苗率降低、病虫害以及氮素竞争等问题，而且可增加粮食产量与经济收益。本发明功能肥成本为2800~3200元/t，低于市售高效三元复合肥市场售价（3600~4200元/t），市场应用前景广泛。应用本发明土壤有机质培育功能肥料可增产16% 以上，农民节约投资约2500元/hm²。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

实施例1 一种土壤有机质培育功能肥，该功能肥的碳氮比为5.0，由下述重量百分比的原料组成：玉米秸秆710 g、尿素70 g、磷酸二氢钾200 g、胶原蛋白10 g和沸石粉10 g。

该土壤有机质培育功能肥的制备方法，包括以下步骤：

⑴按配比称重；

⑵秸秆预处理：去除玉米秸秆中的杂物后，使用粉粹机将玉米秸秆粉碎、过20目筛，得到秸秆粉末；

⑶配制氨化营养液：将尿素、磷酸二氢钾、胶原蛋白混合均匀后，按1：20的重量比加入去离子水，混合均匀即得秸秆氨化营养液；

⑷秸秆氨化：采用喷雾器将100.1L秸秆氨化营养液均匀地喷洒在1t秸秆粉末上，搅拌均匀后放入密闭容器内，并将该密闭容器放入温度为30.0℃±2.0℃的恒温人工气候箱内培养6 d，得到氨化的秸秆；

⑸氨化的秸秆与沸石粉混合后制粒、包装即得。

实施例2 一种土壤有机质培育功能肥，该功能肥的碳氮比为10.0，由下述重量百分比的原料组成：玉米秸秆750 g、尿素30 g、磷酸二氢钾200 g、胶原蛋白10 g和沸石粉10 g。

该土壤有机质培育功能肥的制备方法，包括以下步骤：

⑴按配比称重；

⑵秸秆预处理：去除玉米秸秆中的杂物后，使用粉粹机将玉米秸秆粉碎、过20目筛，得到秸秆粉末；

⑶配制氨化营养液：将尿素、磷酸二氢钾、胶原蛋白混合均匀后，按1：20的重量比加入去离子水，混合均匀即得秸秆氨化营养液；

⑷秸秆氨化：采用喷雾器将94.4L秸秆氨化营养液均匀地喷洒在1t秸秆粉末上，搅拌均匀后放入密闭容器内，并将该密闭容器放入温度为30.0℃±2.0℃的恒温人工气候箱内培养6 d，得到氨化的秸秆；

⑸氨化的秸秆与沸石粉混合后制粒、包装即得。

实施例3 一种土壤有机质培育功能肥，该功能肥的碳氮比为20.0，由下述重量百分比的原料组成：玉米秸秆770 g、尿素10 g、磷酸二氢钾200 g、胶原蛋白10 g和沸石粉10 g。

该土壤有机质培育功能肥的制备方法，包括以下步骤：

⑴按配比称重；

⑵秸秆预处理：去除玉米秸秆中的杂物后，使用粉粹机将玉米秸秆粉碎、过20目筛，得到秸秆粉末；

⑶配制氨化营养液：将尿素、磷酸二氢钾、胶原蛋白混合均匀后，按1：20的重量比加入去离子水，混合均匀即得秸秆氨化营养液；

⑷秸秆氨化：采用喷雾器将92.5L秸秆氨化营养液均匀地喷洒在1t秸秆粉末上，搅拌均匀后放入密闭容器内，并将该密闭容器放入温度为30.0℃±2.0℃的恒温人工气候箱内培养6 d，得到氨化的秸秆；

⑸氨化的秸秆与沸石粉混合后制粒、包装即得。

实施例4 一种土壤有机质培育功能肥，该功能肥的碳氮比为30.0，由下述重量百分比的原料组成：玉米秸秆776 g、尿素4 g、磷酸二氢钾200 g、胶原蛋白10 g和沸石粉10 g。

该土壤有机质培育功能肥的制备方法，包括以下步骤：

⑴按配比称重；

⑵秸秆预处理：去除玉米秸秆中的杂物后，使用粉粹机将玉米秸秆粉碎、过20目筛，得到秸秆粉末；

⑶配制氨化营养液：将尿素、磷酸二氢钾、胶原蛋白混合均匀后，按1：20的重量比加入去离子水，混合均匀即得秸秆氨化营养液；

⑷秸秆氨化：采用喷雾器将91.6L秸秆氨化营养液均匀地喷洒在1t秸秆粉末上，搅拌均匀后放入密闭容器内，并将该密闭容器放入温度为30.0℃±2.0℃的恒温人工气候箱内培养6 d，得到氨化的秸秆；

⑸氨化的秸秆与沸石粉混合后制粒、包装即得。

Claims (2)

1.一种土壤有机质培育功能肥，其特征在于：该功能肥的碳氮比为5.0~30.0，由下述重量百分比的原料组成：玉米秸秆71.0~77.6%、尿素0.4~7.0%、磷酸二氢钾20%、胶原蛋白1.0%和沸石粉1.0%。

2.如权利要求1所述的一种土壤有机质培育功能肥的制备方法，包括以下步骤：

⑴按配比称重；

⑵秸秆预处理：去除玉米秸秆中的杂物后，经粉碎、过20目筛，得到秸秆粉末；

⑶配制氨化营养液：将尿素、磷酸二氢钾、胶原蛋白混合均匀后，按1：20的重量比加入去离子水，混合均匀即得秸秆氨化营养液；

⑷秸秆氨化：采用喷雾器将所述秸秆氨化营养液均匀地喷洒在所述秸秆粉末上，搅拌均匀后放入密闭容器内，并将该密闭容器放入温度为30.0℃±2.0℃的恒温人工气候箱内培养6 d，得到氨化的秸秆；所述秸秆粉末与所述秸秆氨化营养液的比例为1t：91.6~100.1L；

⑸所述氨化的秸秆与沸石粉混合后制粒、包装即得。