CN111410582A - 一种炭基复合生物肥及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种炭基复合生物肥，包括以下重量份的原料：生物炭20～60份、草木灰10‑30份、麦饭石粉8‑25份、沸石粉3‑15份、钾长石粉2‑8份、磷矿粉1‑6份、腐殖酸15‑45份、黄腐酸钾1‑10份、光合固氮复合菌1‑15份。本发明的炭基复合生物肥充分发挥了光合固氮复合菌、生物炭、草木灰、麦饭石粉、沸石粉、钾长石粉、磷矿粉、腐殖酸、黄腐酸钾各自的优势，不仅实现了土壤的有效改良和修复，提高作物产量，还有利于推动绿色低碳农业的发展。本发明还提供了炭基复合生物肥的制备方法，操作简便，便于批量化生产。本发明还提供了炭基复合生物肥的应用，根据土壤的类型不同，将其和腐熟粪便、有机肥、矿渣、生物质热解残渣或农作物废弃物中的一种或多种复配使用，发挥肥效。

Description

一种炭基复合生物肥及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及肥料领域，尤其涉及一种炭基复合生物肥及其制备方法和应用。

背景技术

目前，矿物燃料燃烧、化学氮肥的生产和使用以及畜牧业的迅猛发展等人类活动，向大气中排放的CO₂和活性氮化合物激增，大气氮素沉降也呈迅猛增加的趋势，进而导致了土壤酸化和CO₂排放量过多等问题。生物固氮主要由固氮微生物进行，但大多无机氮都不能被动、植物直接利用，只有铵盐和硝酸盐可被植物吸收利用，铵盐和硝酸盐的量有限，进而大大限制了植物的生长，导致作物减产。因此，需要为植物补充可被植物吸收利用的氮、碳元素。

目前，肥料主要有农家肥、化肥和功能肥料三种，农家肥无害化处理程度差，是植物病菌的传播源，进而导致作物减产；氮肥过量施入：微生物的氮素供应增加1份，相应消耗的碳素就增加25份，所消耗的碳素来源于土壤有机质，有机质含量低，影响微生物的活性，从而影响土壤团粒结构的形成，导致土壤板结。磷肥过量施入：磷肥中的磷酸根离子与土壤中钙、镁等阳离子结合形成难溶性磷酸盐，既浪费磷肥，又破坏了土壤团粒结构，致使土壤板结。钾肥过量施入：钾肥中的钾离子置换性特别强，能将形成土壤团粒结构的多价阳离子置换出来，而一价的钾离子不具有键桥作用，土壤团粒结构的键桥被破坏了，也就破坏了团粒结构，致使土壤板结。

功能肥料包括有机肥、中微量元素肥料、生物有机肥、微生物肥料、硅肥、矿物肥、有机碳肥、生物炭基肥料等。发挥功能肥料的增产效果，必须在施用氮肥、磷肥或钾肥的基础上。这样势必增加农民施肥成本，由于产业重复建设及生产，造成环境污染和资源浪费。

全世界每年由于生物固氮作用所固定的氮素量可达63～175百万吨，生物炭每年可以减少向空气中排放几十亿吨二氧化碳。

因此，提供一种能够提高植物产量的炭基复合生物肥成为我们的研究方向。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种炭基复合生物肥，有效改良和修复土壤，提高农作物产量，降低成产成本，推动绿色低碳农业的发展。

本发明的目的之二在于提供一种炭基复合生物肥的制备方法。

本发明的目的之三在于提供一种炭基复合生物肥的应用。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种炭基复合生物肥，包括以下重量份的原料：生物炭20～60份、草木灰10-30份、麦饭石粉8-25份、沸石粉3-15份、钾长石粉2-8份、磷矿粉1-6份、腐殖酸15-45份、黄腐酸钾1-10份、光合固氮复合菌1-15份。

进一步地，上述炭基复合生物肥包括以下重量份的原料：生物炭25-55份、草木灰12-25份、麦饭石粉10-22份、沸石粉4-8份、钾长石粉3-6份、磷矿粉2-5份、腐殖酸20-45份、黄腐酸钾2-5份、光合固氮复合菌3-12份。

草木灰为植物燃烧后的灰烬，所以是凡植物所含的矿质元素，草木灰中几乎都含有。其中含量最多的是钾元素，一般含钾6～12％，其中90％以上是水溶性，以碳酸盐形式存在；其次是磷，一般含1.5～3％；还含有钙、镁、硅、硫和铁、锰、铜、锌、硼、钼等微量营养元素。

麦饭石含有动植物所需的全部常量元素，如：K、Na、Ca、Mg、Cu、Mo等微量元素和稀土元素，约58种之多，配合有机碳，能够稳定和提高、平衡土壤的物理机能，有效改善土质，加快农作物生长，提高农作物的质量和产量。

沸石具有吸附性、离子交换性、催化和耐酸耐热性，能够起到保肥、保水、防止病虫害的作用。钾长石可制取钾肥，提高土壤中钾的含量。磷矿粉主要成分为氟磷灰石，含五氧化二磷，可以作为一种基肥，施用一次，肥效可维持几年。腐殖酸是动植物遗骸经微生物分解转化产生的高分子有机物质，其具有促进土壤团粒结构形成，增强土壤通透性，保肥能力，对植物生长具有刺激效果，增加植物抗旱、抗寒、抗病害能力。黄腐酸钾是一种植物生长调节剂，能促进植物生长，对抗旱有重要作用，能提高植物抗逆能力，增产和改善品质作用。

进一步地，所述光合固氮复合菌由光合菌粉、固氮菌粉和复合芽孢杆菌粉组成，三种成分的重量比例为5:1:4。

进一步地，所述光合菌粉包括红螺菌、红微菌、红假单胞菌、蓝细菌、绿细菌、日光杆菌和红色杆菌中的一种或多种，优选为红假单胞菌；

光合菌在有光照缺氧的环境中能进行光合作用，能够利用光能同化二氧化碳或其他有机物，可利用N₂、H₂S、H₂和NH₃等原始大气的成分和太阳能，进行不产氧的光能自养生长，将光能转化为化学能。光合菌在自身的同化代谢过程中，完成了产氢、固氮、分解有机物三个自然界物质循环中极为重要的化学过程。

所述固氮菌粉包括根瘤菌、褐色球形自生固氮菌粉、棕色自生固氮菌粉、敏捷氮单胞菌、印度拜耶林克氏菌中的一种或多种，优选为褐色球形自生固氮菌粉；

固氮菌能够固定空中的氮素。氮是植物生长不可缺少的物质，是合成蛋白质的主要来源。固氮菌擅长从空中取氮，它们能把空气中植物无法吸收的氮气转化成氮肥，源源不断地供植物享用。

所述复合芽孢杆菌粉包括枯草芽孢杆菌、短小芽孢杄菌、地衣芽孢杄菌、巨大芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌、固氮芽孢杆菌、球形芽孢杆菌、侧孢短芽孢杆菌中的一种或多种，优选为巨大芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌中的一种或多种。

复合芽孢杆菌在土壤中繁殖生长，可起到固氮、解磷、解钾，配合麦饭石、草木灰、黄腐酸钾、沸石、钾长石、磷矿粉、黄腐酸钾、腐植酸并释放出可溶性钙、硫、镁、铁、锌、钼、锰等中微量元素的作用，既增进了土壤肥力，又为作物提供了可吸收利用的全面营养元素。。

进一步地，所述生物炭为秸秆炭、果壳炭、竹炭、木质炭、猪粪炭、禽粪炭、牛粪炭、羊粪炭和蚯蚓粪炭中的一种或多种，优选为蚯蚓粪炭，蚯蚓粪炭灰分含量高，pH大，可交换离子(碱金属和碱土金属)丰富，主要通过高比表面积的孔吸附和丰富表面官能团的配位作用去除重金属。

其中果壳炭优选稻壳炭和花生壳炭。生物炭具有多孔性和表面特性，能够为土壤微生物提供附着位点和较大空间，同时调控土壤微环境的理化性质，影响和调控土壤微生物的生长、发育和代谢，进而改善土壤结构。

生物炭本身富含有机碳，有机碳可有效地提高土壤有机质含量、改善土壤质量与结构。施入生物炭可以显著地提高土壤的碳氮比(C/N)，而C/N值高的土壤中，固氮微生物的活性更高。土壤微生物的大量繁殖提高了土壤的生物肥力和物理肥力，从而进一步提高了土壤中N、P、K等矿质营养元素的利用率。生物炭施入土壤可增加土壤稳定性碳库贮量。生物炭可以改善土壤理化性质及微生物学性质，抑制或减少CH₄和N₂O的产生和排放，将其转化为作物生长所需的营养元素，提高农作物产量与品质。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

上述炭基复合生物肥的制备方法，包括以下步骤：

(1)将生物炭、草木灰、麦饭石粉、沸石粉、钾长石粉、磷矿粉、腐殖酸和黄腐酸钾混合，灭菌，得炭基混合物；将光合菌粉、固氮菌粉和复合芽孢杆菌粉混合反应，得到光合固氮复合菌；

(2)将上述步骤(1)的炭基混合物的pH调节至中性后和光合固氮复合菌混合反应，即得炭基复合生物肥。

为了便于包装、存储、装运以及最终的土壤施用，可以对炭基复合生物肥进行粉碎化处理，将炭基复合生物肥处理成粉末状、薄片状或者颗粒状。

进一步地，上述步骤(1)中采用蒸汽压力灭菌，灭菌温度为100-300℃，灭菌时间为25-40min。

进一步地，上述步骤(2)中混合反应为在常温下搅拌进行，时间为1-3h。

本发明的目的之三采用如下技术方案实现：

上述炭基复合生物肥的应用，将所述炭基复合生物肥与腐熟粪便、有机肥、矿渣、生物质热解残渣或农作物废弃物中的一种或者多种复配使用，用于不同类型的土壤。

进一步地，复配过程中，所述炭基复合生物肥的质量百分含量为10-100％。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1、本发明提供一种炭基复合生物肥，光合固氮复合菌可通过矿化有机磷增加土壤有效磷含量，为其他微生物的生存提供环境条件，从而有利于构建具有广适性的土壤微生物群落结构。生物炭为微生物提供了载体，光合固氮复合菌聚集在生物炭的孔洞结构中大量繁殖，使得光合固氮复合菌在增强植物的抗病虫能力的同时促进微生物产氢、固氮、分解有机物，促进植物光合固碳。

2、本发明的炭基复合生物肥中各菌种之间作用相互协同，能够提高植物光合速率，增强植物固碳释氧能力，抑制光呼吸，加快叶绿素的生成，能部分利用空气中的氮，通过有益菌生长代谢产生相应的酶和酸，可对土壤中难溶性的磷、钾进行分解，便于植物吸收。

3、本发明的炭基复合生物肥通过光合固氮复合菌和生物炭复配使用，可提高土壤酶活性，有利于提高土壤的吸收性能、缓冲性能和抗逆性能，将土壤颗粒胶结起来，变成稳定的团粒结构，改善土壤的物理、化学和生物特性，提高土壤保水、保肥和透气性能，为作物生长创造良好的土壤环境。

4、生物炭能延长钾长石粉、麦饭石粉、腐殖酸、黄腐酸钾、磷矿粉和草木灰养分的释放期，降低土壤养分的淋失损失；钾长石粉、麦饭石粉、腐殖酸、黄腐酸钾、磷矿粉和草木灰能消除生物炭养分不足的缺陷。钾长石、腐植酸、磷矿粉、黄腐酸钾、沸石、草木灰和麦饭石能够进一步地稳定、提高和平衡土壤的物理机能，不仅实现了土壤的有效改良和修复，提高土壤肥力和种植植物产量，还原农作物品质，而且可以减少化肥农药施用量，降低生产成本，还有利于推动绿色低碳农业的发展。

5、本发明的炭基复合生物肥中含有多种微量元素，其营养元素比较安全，而且这些物质是无毒、无害、无污染的自然物质，为生产高产、优质、无污染的绿色有机食品提供了必须条件，可以提高所种植作物的附加值28％以上。

6、本发明还提供了一种炭基复合生物肥的制备方法，具有操作简便，便于批量化生产的特点。

7、本发明还提供了上述炭基复合生物肥的应用，根据土壤的不同类型，将其和腐熟粪便、有机肥、矿渣、生物质热解残渣或农作物废弃物中的一种复配使用，更好的发挥肥效。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例1

一种炭基复合肥，由以下重量份的原料组成：生物炭25份、草木灰12份、麦饭石粉12份、沸石粉5份、钾长石粉3份、磷矿粉2份、腐殖酸30份、黄腐酸钾3份、光合固氮复合菌10份，其中光合菌粉、固氮菌粉和复合芽孢杆菌粉的比例为5:1:4，光合菌粉为红假单胞菌，固氮菌粉为褐色球形自生固氮菌粉，复合芽孢杆菌粉为巨大芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌的混合物。

上述炭基复合生物肥的制备方法，包括以下步骤：

(1)将生物炭、草木灰、麦饭石粉、沸石粉、钾长石粉、磷矿粉、腐殖酸和黄腐酸钾混合，采用蒸汽压力灭菌，灭菌温度为100-300℃，灭菌时间为25min，得炭基混合物；将光合菌粉、固氮菌粉和复合芽孢杆菌粉混合反应2h，得到光合固氮复合菌；

(2)将上述步骤(1)的炭基混合物的pH调节至中性后和光合固氮复合菌在常温下搅拌反应，时间为1h应，即得炭基复合生物肥。

上述炭基复合生物肥的应用，将上述炭基复合生物肥和农作物废弃物复配，其中炭基复合生物肥的质量百分含量为50％，将复配后的肥料用于改良沙漠化/沙化土壤。

实施例2

一种炭基复合肥，由以下重量份的原料组成：生物炭30份、草木灰10份、麦饭石粉13份、沸石粉5份、钾长石粉3份、磷矿粉1份、腐殖酸25份、黄腐酸钾3份、光合固氮复合菌15份，其中光合菌粉、固氮菌粉和复合芽孢杆菌粉的比例为5:1:4，光合菌粉为红微菌、红假单胞菌和蓝细菌的混合菌粉，固氮菌粉为根瘤菌、褐色球形自生固氮菌粉和棕色自生固氮菌粉的混合菌粉，复合芽孢杆菌粉为固氮芽孢杆菌。

上述炭基复合生物肥的制备方法，包括以下步骤：

(1)将生物炭、草木灰、麦饭石粉、沸石粉、钾长石粉、磷矿粉、腐殖酸和黄腐酸钾混合，采用蒸汽压力灭菌，灭菌温度为150℃，灭菌时间为35min，得炭基混合物；将光合菌粉、固氮菌粉和复合芽孢杆菌粉混合反应2h，得到光合固氮复合菌；

(2)将上述步骤(1)的炭基混合物的pH调节至中性后和光合固氮复合菌在常温下搅拌反应，时间为2h应，即得炭基复合生物肥。

上述炭基复合生物肥的应用，将上述炭基复合生物肥和有机肥复配，其中炭基复合生物肥的质量百分含量为60％，将复配后的肥料用于改良板结或贫瘠土壤。

实施例3

一种炭基复合肥，由以下重量份的原料组成：生物炭40份、草木灰20份、麦饭石粉20份、沸石粉10份、钾长石粉5份、磷矿粉3份、腐殖酸40份、黄腐酸钾7份、光合固氮复合菌8份，其中光合菌粉、固氮菌粉和复合芽孢杆菌粉的比例为5:1:4，光合菌粉为绿细菌、日光杆菌和红色杆菌的混合菌粉，固氮菌粉为敏捷氮单胞菌、印度拜耶林克氏菌的混合菌粉，复合芽孢杆菌粉为球形芽孢杆菌和侧孢短芽孢杆菌的混合菌粉。

上述炭基复合生物肥的制备方法，包括以下步骤：

(1)将生物炭、草木灰、麦饭石粉、沸石粉、钾长石粉、磷矿粉、腐殖酸和黄腐酸钾混合，采用蒸汽压力灭菌，灭菌温度为200℃，灭菌时间为30min，得炭基混合物；将光合菌粉、固氮菌粉和复合芽孢杆菌粉混合反应2h，得到光合固氮复合菌；

(2)将上述步骤(1)的炭基混合物的pH调节至中性后和光合固氮复合菌在常温下搅拌反应，时间为3h应，即得炭基复合生物肥。

上述炭基复合生物肥的应用，将上述炭基复合生物肥和碱性矿渣、农作物废弃物复配，三者的质量百分含量分别为40％、30％和30％，将复配后的肥料用于改良酸化土壤，其中碱性矿渣的pH值为9-12，组成为35％的CaCl₂、40％的CaCO₃、25％的CaSO₄。

实施例4

一种炭基复合肥，由以下重量份的原料组成：生物炭60份、草木灰30份、麦饭石粉25份、沸石粉15份、钾长石粉8份、磷矿粉6份、腐殖酸45份、黄腐酸钾10份、光合固氮复合菌15份，其中光合菌粉、固氮菌粉和复合芽孢杆菌粉的比例为5:1:4，光合菌粉为蓝细菌、绿细菌的混合菌粉，固氮菌粉为棕色自生固氮菌粉、敏捷氮单胞菌的混合菌粉，复合芽孢杆菌粉为胶质芽孢杆菌、固氮芽孢杆菌的混合菌粉。

上述炭基复合生物肥的制备方法，包括以下步骤：

(1)将生物炭、草木灰、麦饭石粉、沸石粉、钾长石粉、磷矿粉、腐殖酸和黄腐酸钾混合，采用蒸汽压力灭菌，灭菌温度为300℃，灭菌时间为40min，得炭基混合物；将光合菌粉、固氮菌粉和复合芽孢杆菌粉混合反应2h，得到光合固氮复合菌；

(2)将上述步骤(1)的炭基混合物的pH调节至中性后和光合固氮复合菌在常温下搅拌反应，时间为3h应，即得炭基复合生物肥。

上述炭基复合生物肥的应用，将上述炭基复合生物肥和农作物废弃物、木醋液复配，质量百分含量分别为45％、40％和15％，将复配后的肥料用于改良盐碱性的土壤，其中木醋液为生物质热解过程获得，pH值为2.0～4.0。

实施例5

一种炭基复合生物肥，由以下重量份的原料组成：生物炭52份、草木灰4份、麦饭石粉9份、沸石粉11份、钾长石粉3份、磷矿粉1份、腐殖酸10份、黄腐酸钾5份、光合固氮复合菌5份，其中光合菌粉、固氮菌粉和复合芽孢杆菌粉的比例为5:1:4，光合菌粉为蓝细菌、绿细菌的混合菌粉，固氮菌粉为棕色自生固氮菌粉、敏捷氮单胞菌的混合菌粉，复合芽孢杆菌粉为固氮芽孢杆菌。

上述炭基复合生物肥的制备方法，包括以下步骤：

(1)将生物炭、草木灰、麦饭石粉、沸石粉、钾长石粉、磷矿粉、腐殖酸和黄腐酸钾混合，采用蒸汽压力灭菌，灭菌温度为200℃，灭菌时间为35min，得炭基混合物；将光合菌粉、固氮菌粉和复合芽孢杆菌粉混合反应2h，得到光合固氮复合菌；

(2)将上述步骤(1)的炭基混合物的pH调节至中性后和光合固氮复合菌在常温下搅拌反应，时间为1h应，即得炭基复合生物肥。

上述炭基复合生物肥的应用，将上述炭基复合生物肥和农作物废弃物复配，质量百分含量分别为70％和30％，将复配后的肥料用于改良修复重金属或有机物污染土壤。

实验例1

试验地点：河南省南阳市蒲山镇

土壤类型：沙化土壤

作物类型：玉米

定植期：2018年6月1日至6月5日

收获期：2018年10月15日至10月20日

试验设计：按照如下处理一和处理二的方式进行，每种方案三次重复随机取组排列，每个处理组的面积为1亩。按照相同施用方法连续使用两年。

处理一：对比例1按照当地习惯施肥：底肥为三个十五复合肥60kg，上茬作物小麦秸秆约600kg(粉碎)。

处理二：以实施例1制备的炭基复合生物肥和农作物废弃物复配肥料作为底肥：底肥约60kg/亩，上茬作物小麦秸秆约600kg(粉碎)，分别记为应用例1-1，应用例1-2和应用例1-3。

对不同处理的玉米产量进行测试，测试结果如表1所示，对比例1玉米产量为452千克/亩；不施农家肥、化肥，单一使用炭基复合生物肥复配肥料(实施例1)玉米的平均产量为520千克/亩。采用本发明提供的复配肥料玉米的产量比对比例1对照平均增产15％，试验田玉米苗期生长健壮，株高平均1.8米左右，穗位平均78厘米，叶片上举，株型呈半收敛，秆强不倒伏，活秆成熟，本发明的炭基复合生物肥复配肥料玉米亩产量高于按照当地习惯施肥的玉米产量。

表1不同处理对玉米的增产效果的影响

不同处理	应用例1-1	应用例1-2	应用例1-3	对比例1
					平均亩产(kg)	517	520	525	452
生根(条)	32	33	34	28

由表1的数据可知，本发明所提供的炭基复合生物肥复配肥料具有如下优势结论：

(1)促进根系发育。施用本发明的玉米根系发达，比施农家肥和化肥田块的生根平均增加5条/株，这说明本发明的产品在玉米的使用上达到了促使根系发育，保证作物丰产的目的。

(2)增产增效明显。施用本发明的玉米与施用化肥的同等田块的比较表明，施用本发明的田块，玉米实施例平均增产15％。

并且在耕种过程中对土壤性质进行观察分析，可以得知施用本发明炭基复合生物肥复配肥料的试验田土壤保水能力增强；施用本发明肥料的玉米田块，在玉米拔节期调查，土层5cm处的泥土仍可手握成团，对相同施用方法连续两年使用实施例1复配肥料的试验地块测试，土壤环境进一步改善。

使用上述复配肥料一段时间后，对土壤进行检测，土壤中1-5mm的团聚体含量可提高4％以上，随着此复配肥料施用量的增加和土培时间的延长，土壤大粒级颗粒含量呈显著增加趋势，小粒级含量则呈现减少趋势。能有效降低沙质土壤容重，土壤容重降幅约2-5％。能有效改良沙质土壤的持水性能，对于耕作层(0～20cm)土壤含水率可提高15％以上。沙质土壤施用此炭基复合生物肥后，土壤持水性能比对照增加8％。土壤的空隙率和呼吸能力可提高约3％～8％；土壤的黏性可提高4％以上。土壤有机质含量增加7％，其氮、磷等营养元素的含量呈明显上升的趋势。

采用上述复配肥料能增加土壤营养成分含量，增强土壤保肥能力，改善土壤理化性质，改良土壤结构，提高土壤生长能力和植物在沙化/沙漠化土壤的存活率(改良后，土壤上种植植物的存活率提高15％以上)。

实验例2

试验地点：河南省南阳市陆营镇

土壤类型：黄壤黏土板结土壤

作物类型：花生

小区面积：1亩

定植期：2017年6月15日至6月18日

收获期：2017年9月25日至9月28日

试验设计：按照如下处理一和处理二的方式进行，每种方案三次重复随机取组排列，每个处理组的面积为1亩。按照相同施用方法连续使用两年。

处理一：对比例2按照当地习惯施肥：底肥为尿素50kg/亩，复合肥50kg。上茬作物小麦秸秆约600kg(粉碎)；

处理二：以实施例2制备的炭基复合生物肥和有机肥的复配肥料为底肥：底肥约100kg/亩，上茬作物小麦秸秆约600kg(粉碎)，分别记为应用例2-1，应用例2-2和应用例2-3。

实验结果与分析：

对不同处理的花生产量进行测试，测试结果如表2所示，常规施肥处理(处理一)花生产量为448千克/亩；不施农家肥、化肥，单一使用炭基复合生物肥复配肥料处理(处理二)花生平均产量为556千克/亩。处理二产量比处理一对照提高了24％，处理二出苗快而整齐，中后期植株长势强；开花较早，荚果发育快；果针入土较深，果柄较坚韧，成熟后收获落果较少；抗旱、抗倒性强，本发明的炭基复合生物肥复配肥料花生亩产量高于按照当地习惯施肥的花生产量。花生亩产量差距显著，区别呈明显水平。

表2不同处理对花生的增产效果的影响

不同处理	应用例2-1	应用例2-2	应用例2-3	对比例2
					平均亩产(kg)	549	556	563	448
侧生根(条)	136	149	156	118

由表2的数据可知，本发明所提供的炭基复合生物肥复配肥料具有如下优势结论：

(1)促进根系发育。施用本发明的花生根系发达，比施农家肥和化肥田块的侧生根平均增加29条/株，这说明本发明的产品在花生的使用上达到了促使根系发育，保证作物丰产的目的。

(2)增产增效明显。施用本发明的花生与施用化肥的同等田块的比较表明，施用本发明的田块，花生实施例平均增产24％。

并且在耕种过程中对土壤性质进行观察分析，可以得知施用本发明炭基复合生物肥复配肥料的试验田促使土壤保水能力增强。施用本发明的花生田块，在花生拔节期调查，土层5cm处的泥土仍可手握成团，按照相同施用方法连续两年使用实施例2炭基复合生物肥复配肥料的试验地块测试，土壤环境进一步改善。

在板结和贫瘠的土壤中使用上述复配的肥料后，板结土壤的疏松度明显改善，其表层明显板结的形态消失，土壤粒度分布更加均匀。土壤的呼吸特性提高4％以上，容重降低2％以上。能有效增加土壤有机质含量，有机质含量可提高15％左右。

土壤中的有效磷含量增加1.5倍以上，有效钾含量增加1.3倍以上。光合固氮复合菌对磷钾矿物有利用和分解能力可释放有效态磷、有效态钾。同时，土壤光合固氮复合菌对有机磷的矿化作用、矿物钾的风化作用，以及提高土壤pH的功能也促进了土壤中有效磷、有效钾的增加。

提高了土壤中全氮含量，全氮含量可提高15％以上。此炭基复合生物肥配方中的光合固氮复合菌为光合菌粉、固氮菌粉、复合芽孢杆菌粉，可通过固氮酶将空气中的氮转化为土壤氮，从而增加土壤全氮含量，增强土壤肥力，有效提高土壤作物的产量，同等种植植物平均产量约可提高23％以上。

土壤中光合固氮复合菌在其生命活动过程中可持续补充土壤有机物，其代谢活动结束后，土壤光合固氮复合菌生命活动中累积的细胞和胞内物直接补充土壤有机物含量。炭基复合生物肥中的生物炭能吸附光合固氮复合菌释放的土壤有机物，通过表面催化活性促进有机分子聚合形成土壤有机质，改善土壤贫瘠状况。

上述复配的肥料具有较高的普适性和高效性，可在所需改良土壤的周边区域，根据土壤养分现状和土壤肥力现状，就地取材，用当地的有机肥直接进行复配后施用。

实验例3

试验地点：河南省南阳市青华镇

土壤类型：砂礓黑土酸化土壤

作物类型：冬小麦

小区面积：3亩

定植期：2017年10月10日至10月15日

收获期：2018年6月2日至6月5日

试验设计：按照如下处理一和处理二的方式进行，每种方案三次重复随机取组排列，每个处理组的面积为1亩。按照相同施用方法连续使用两年。

处理一：对比例3按照当地习惯施肥：底肥为尿素20kg/亩，复合肥20kg。上茬作物玉米秸秆约700kg(粉碎)。

处理二：分别以实施例3制备的炭基复合生物肥和碱性矿渣、农作物废弃物复配肥料为底肥：底肥约40kg/亩，上茬作物玉米秸秆约700kg(粉碎)，分别记为应用例3-1，应用例3-2和应用例3-3。

实验结果与分析：

对不同处理的冬小麦产量进行测试，测试结果如表3所示，常规施肥处理(处理一)冬小麦产量为528千克/亩；不施农家肥、化肥，单一使用炭基复合生物肥复配肥料处理(处理二)的冬小麦的平均产量为633千克/亩。采用实施例3肥料的施肥方式与对比例3对照平均增产20％，试验田小麦幼苗直立，分蘖力强，成穗率高，生长健壮，株型紧凑，叶片大，叶色浓绿，株高71厘米，耐肥抗倒性好。穗长方形，长芒，白壳，红粒，角质饱满，千粒重41.8克，平均成穗33万/亩；每穗结实43-53粒；粒质较硬，粒型卵圆饱满，黒胚率低，抗寒性强，整齐度好，角质，商品性好，熟相较好；抗倒、抗寒，长势强壮，茎杆粗壮，坚韧，大穗、丰产性好。本发明的炭基复合生物肥复配肥料冬小麦亩产量高于按照当地习惯施肥的冬小麦产量。冬小麦亩产量差距显著，区别呈明显水平。

表3不同处理对冬小麦的增产效果的影响

由表3的数据可知，本发明所提供的炭基复合生物肥复配肥料具有如下优势结论：

(1)促进根系发育。施用本发明的冬小麦根系发达，比施农家肥和化肥田块的初生根平均增加3条/株，这说明本发明的产品在冬小麦的使用上达到了促使根系发育，保证作物丰产的目的。

(2)增产增效明显。施用本发明的冬小麦与施用化肥的同等田块的比较表明，施用本发明的田块，处理二与处理一对照冬小麦实施例平均增产20％。

并且在耕种过程中对土壤性质进行观察分析，可以得知施用本发明炭基复合生物肥复配肥料的试验田促使土壤保水能力增强。施用本发明的冬小麦田块，在冬小麦拔节期调查，土层5cm处的泥土仍可手握成团，按照相同施用方法连续两年使用本发明实施例3复配肥料的试验地块测试，土壤环境进一步改善。

将上述复配后的肥料用于酸化土壤后，能有效提高土壤耕作层(0-20cm)的pH值，使pH值上升0.6-1.5个单位以上。碱性矿渣和生物炭、草木灰、麦饭石粉、钾长石粉、沸石粉、黄腐酸钾复配后具有显著提高酸性土壤pH的功能，而且活性光合固氮复合菌也可通过光合作用固定空气中的CO₂以及吸收碳酸氢盐中的CO₂，使碳酸氢盐转变为碳酸盐，以及通过分泌出碱性胞外物来碱化周围环境，从而提高土壤pH值。

碱性矿渣中的钙离子能弥补酸性土壤中碱土金属不足的缺陷，同时钙质的补充能增加土壤中中量营养元素，促进植物的生长发育。生物炭、沸石能阻碍酸性土壤中铝离子对植物生长的抑制，降低其对有机和游离磷的影响，使植物生长必须的营养元素磷充分参与植物的生长代谢，本发明得法生物肥还能降低钼等微量元素的流失，从而有效提高土壤的产能和相应作物的营养价值。

土壤中光合固氮复合菌的死亡能使土壤有机物得到补充，而且生物炭能吸附土壤中的小分子有机物，并聚合形成土壤有机质。能有效增加土壤有机质含量，有机质含量可提高18％以上。有效减少传统肥料的施用量，约可减少15％的传统化肥施用量。提高土壤作物的产量，同等种植植物平均产量约可提高18％以上。

实验例4

试验地点：河北省武邑市武邑镇

土壤类型：盐碱性的土壤

作物类型：黄瓜

小区面积：1亩

定植期：2018年7月10日至7月12日

收获期：2018年9月11日至9月13日

试验设计：按照如下处理一和处理二的方式进行，每种方案三次重复随机取组排列，每个处理组的面积为1亩。按照相同施用方法连续使用两年。

处理一：对比例4按照当地习惯施肥：底肥为尿素20kg/亩，三个十五复合肥100kg。

处理二：分别以实施例4制备的炭基复合生物肥和农作物废弃物、木醋液复配肥料为底肥：底肥约120kg/亩，分别记为应用例4-1，应用例4-2和应用例4-3。

实验结果与分析：

对不同处理的黄瓜产量进行测试，测试结果如表4所示，常规施肥处理(处理一)黄瓜产量为1800千克/亩；不施农家肥、化肥，单一使用炭基复合生物肥复配肥料处理(处理二)黄瓜的平均产量为2200千克/亩。采用实施例4肥料的施肥方式与对比例4对照平均增产22％，试验田黄瓜本发明的炭基复合生物肥复配肥料黄瓜亩产量高于按照当地习惯施肥的黄瓜产量。黄瓜亩产量差距显著，区别呈明显水平。

表4不同处理对黄瓜的增产效果的影响

由表4的数据可知，本发明所提供的炭基复合生物肥复配肥料具有如下优势结论：

上述复配的肥料在黄瓜上使用后能够显著降低黄瓜育苗期死亡率，提高育苗繁殖成功率，促进黄瓜的生长；能够提高黄瓜产量.

并且在耕种过程中对土壤性质进行观察分析，可以得知施用本发明炭基复合生物肥复配肥料的试验田促使土壤保水能力增强。施用本发明的黄瓜田块，在黄瓜拔节期调查，土层5cm处的泥土仍可手握成团，按照相同施用方法连续两年使用本发明实施例4复配肥料的试验地块测试，土壤环境进一步改善。

将上述复配的肥料用于盐碱性的土壤中，由于木醋液呈现明显酸性，因此能将盐碱土壤耕作层(0-20cm)的pH值降低0.5～1.0个单位以上。生物炭的微孔和高比表面积能增加土壤的透气性能，将土壤盐分含量降低5％～20％以上。增加土壤0.25～2mm级团粒的百分含量，约可增加5％以上，从而可使土壤持水能力提高30％以上。土壤大团粒组分的提高，有助于提高土壤团聚体含量，使土壤结构性能变好。土壤团聚体的增加可以改善土壤的通气性和透水性，从而提高土壤持水能力。土壤的黏性明显改善，土壤肥力的保持能力和捕积能力提高20％以上。

实验例5

试验地点：河南省南阳市黄台岗乡

土壤类型：有机污染黄壤土壤

作物类型：马铃薯

小区面积：1亩

定植期：2018年2月10日至2月12日

收获期：2018年6月1日至6月3日

试验设计：按照如下处理一和处理二的方式进行，每种方案三次重复随机取组排列，每个处理组的面积为1亩。按照相同施用方法连续使用两年。

处理一：对比例5按照当地习惯施肥：底肥为尿素20kg/亩，碳铵30kg/亩，三个十五复合肥150kg。

处理二：分别以实施例5制备的炭基复合生物肥和农作物废弃物复配肥料为底肥：底肥约200kg/亩，分别记为应用例5-1，应用例5-2和应用例5-3。

实验结果与分析：

对不同处理的马铃薯产量进行测试，测试结果如表5所示，常规施肥处理(处理一)马铃薯产量为2600千克/亩；不施农家肥、化肥，单一使用炭基复合生物肥复配肥料处理(处理二)马铃薯的平均产量为3120千克/亩。采用实施例5肥料的施肥方式与对比例5对照平均增产20％，试验田马铃薯本发明的炭基复合生物肥复配肥料马铃薯亩产量高于按照当地习惯施肥的马铃薯产量。马铃薯亩产量差距显著，区别呈明显水平。

表5不同处理对马铃薯的增产效果的影响

不同处理	应用例5-1	应用例5-2	应用例5-3	对比例5
					平均亩产(kg)	3030	3130	3200	2600
成活率(％)	94	95	96	90
					大薯率(％)	48.8	49.1	53.6	45.5
中薯率(％)	32.3	32.4	33.0	28.3
					小薯率(％)	19.6	18.8	16.4	26.1

由表5的数据可知，本发明所提供的炭基复合生物肥复配肥料具有如下优势结论：

上述复配的肥料在马铃薯上使用后能够显著能促进马铃薯出苗，使茎秆变粗，增强马铃薯的光合作用和抗逆性，提高成活率、商品薯率、产量和品质。

并且在耕种过程中对土壤性质进行观察分析，可以得知施用本发明炭基复合生物肥复配肥料的试验田促使土壤保水能力增强。施用本发明的马铃薯田块，在马铃薯拔节期调查，土层5cm处的泥土仍可手握成团，按照相同施用方法连续两年使用本发明实施例5复配肥料的试验地块测试，土壤环境进一步改善。

本发明炭基复合生物肥在土壤中分解，可转化为各种腐殖酸物质，腐殖酸的高阳离子代换量以及很好的络合吸附性能可以对重金属离子有很好的络合吸附作用。

生物炭具有较大的比表面积和较高的表面能，具有结合重金属离子的强烈倾向，因此能够较好地去除土壤中的重金属，减少土壤环境中有机污染物的转化和降低其生物有效性。光合固氮复合菌具有显著增加土壤微生物量的功能，土壤微生物量的增加能改善土壤的生物活性，提高土壤的自我修复能力，促使土壤自我净化。这些土壤作物根系的微生物能通过代谢活动降解土壤有机污染物(对多环芳烃的降解率可达90％以上)，从而能够有效修复土壤有机污染。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种炭基复合生物肥，其特征在于，包括以下重量份的原料：生物炭20～60份、草木灰10-30份、麦饭石粉8-25份、沸石粉3-15份、钾长石粉2-8份、磷矿粉1-6份、腐殖酸15-45份、黄腐酸钾1-10份、光合固氮复合菌1-15份。

2.根据权利要求1所述炭基复合生物肥，其特征在于，包括以下重量份的原料：生物炭25-55份、草木灰12-25份、麦饭石粉10-22份、沸石粉4-8份、钾长石粉3-6份、磷矿粉2-5份、腐殖酸20-45份、黄腐酸钾2-5份、光合固氮复合菌3-12份。

3.根据权利要求1所述炭基复合生物肥，其特征在于，所述光合固氮复合菌由光合菌粉、固氮菌粉和复合芽孢杆菌粉组成，三种成分的重量比例为5:1:4。

4.根据权利要求3所述炭基复合生物肥，其特征在于，所述光合菌粉包括红螺菌、红微菌、红假单胞菌、蓝细菌、绿细菌、日光杆菌和红色杆菌中的一种或多种；

所述固氮菌粉包括根瘤菌、褐色球形自生固氮菌粉、棕色自生固氮菌粉、敏捷氮单胞菌、印度拜耶林克氏菌中的一种或多种；

所述复合芽孢杆菌粉包括枯草芽孢杆菌、短小芽孢杄菌、地衣芽孢杄菌、巨大芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌、固氮芽孢杆菌、球形芽孢杆菌、侧孢短芽孢杆菌中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述炭基复合生物肥，其特征在于，所述生物炭为秸秆炭、果壳炭、竹炭、木质炭、猪粪炭、禽粪炭、牛粪炭、羊粪炭和蚯蚓粪炭中的一种或多种。

6.如权利要求1至5任一项所述炭基复合生物肥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将生物炭、草木灰、麦饭石粉、沸石粉、钾长石粉、磷矿粉、腐殖酸和黄腐酸钾混合，灭菌，得炭基混合物；将光合菌粉、固氮菌粉和复合芽孢杆菌粉混合反应，得到光合固氮复合菌；

(2)将上述步骤(1)的炭基混合物的pH调节至中性后和光合固氮复合菌混合反应，即得炭基复合生物肥。

7.根据权利要求6所述炭基复合生物肥的制备方法，其特征在于，上述步骤(1)中采用蒸汽压力灭菌，灭菌温度为100-300℃，灭菌时间为25-40min。

8.根据权利要求6所述炭基复合生物肥的制备方法，其特征在于，上述步骤(2)中混合反应为在常温下搅拌进行，时间为1-3h。

9.如权利要求1至5任一项所述炭基复合生物肥的应用，其特征在于，将所述炭基复合生物肥与腐熟粪便、有机肥、矿渣、生物质热解残渣或农作物废弃物中的一种或者多种复配使用，用于不同类型的土壤。

10.根据权利要求9所述炭基复合生物肥的应用，其特征在于，复配过程中，所述炭基复合生物肥的质量百分含量为10-100％。