CN111517890A - 一种生物炭基肥料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本申请属于农业的技术领域，尤其涉及一种生物炭基肥料及其制备方法和应用。本申请提供了一种生物炭基肥料，包括：生物炭、尿素、过磷酸钙、氯化钾、硫酸镁、土壤调理剂和黏土矿物。本申请还公开了生物炭基肥料的制备方法，包括以下步骤：步骤1、将生物炭、尿素、过磷酸钙、氯化钾、硫酸镁和土壤调理剂混合，依次烘干和粉碎，得到混合物；步骤2、将所述混合物与黏土矿物混合，造粒后得到生物炭基肥料。本申请提供了所述生物炭基肥料在治理酸化土壤以及提高作物产量和维生素C含量中的应用。本申请提供了一种既能治理污染土壤又适用于作物的生物炭基肥料，解决现有生物炭基肥料功能单一，无法适用于多种作物和改良土壤的技术缺陷。

Description

一种生物炭基肥料及其制备方法和应用

技术领域

本申请属于农业的技术领域，尤其涉及一种生物炭基肥料及其制备方法和应用。

背景技术

园林绿化因其在净化空气，美化环境，缓解城市热岛效应等方面作用明显，被现代城市管理者和规划者所重视。随着我国城市化进程的快速发展，城市园林绿化面积大规模增加，进而产生了大量的园林废弃物。园林废弃物是指园林植物自然凋落或人工修剪所产生树叶，枝条，残花和果实等的植物残体。园林废弃物含K，Na，Ca，Mg等元素，具有养分含量高，有害成分低，可利用性强等特点。据统计，一万株行道树每年产生的园林垃圾达600t，而北京、广州、上海等地每年均可产生10万t以上的园林废弃物。面对如此庞大的园林废弃物产量，通过传统的园林废弃物处置方法如填埋、焚烧等，不仅会造成营养元素的大量浪费，还会对环境造成二次污染。园林有机废弃物均可作为制备生物炭的原料，原料具有来源广泛、成本低等特点，其原料供应市场十分充足，具有广阔的应用前景，经济效益、社会效益和生态效益显著。

目前由于肥料养分结构不合理及其施肥方法欠科学，导致耕地土壤养分失调、酸化加剧、肥力下降，养分利用率低、面源污染等多种问题出现。同时，随着我省工业化、城市化快速发展，耕地重金属污染状况日趋严重。广东省的气候特点决定了农业上农药使用量更大，土壤有机污染危害和潜在危害更大。耕地减少、土壤退化与质量下降在我省特别是发达的珠江三角洲地区日益明显，已对我省农业发展中出现的农产品安全供应构成重大威胁。保障农产品安全供应，开发生物炭基肥料并在广东省乃至整个华南地区的推广应用，对肥料行业提质增效非常必要，市场需求潜力巨大。

目前我国农业上使用的生物炭产品主要是针对改良土壤而研发，特别是用于治理污染土壤的生物炭施用量较大，施用不方便，而且功能比较单一，难以适用于作物专用的肥料产品。

综上所述，传统的生物炭基肥料的功能基本仅用于治理污染土壤，功能单一。因此，开发一种多功能、高效、环保的生物炭基肥料是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种既能治理污染土壤又适用于作物的生物炭基肥料，解决现有生物炭基肥料功能单一，无法适用于作物的技术缺陷。

本申请第一方面提供了一种生物炭基肥料，包括：

生物炭、尿素、过磷酸钙、氯化钾、硫酸镁、土壤调理剂和黏土矿物。

作为优选，按照质量份计算，包括：

进一步的，作为优选，按照质量份计算，包括：

作为优选，所述土壤调理剂为腐植酸钾。

作为优选，所述生物炭的制备方法为将园林废弃物在厌氧条件下经高温炭化，制得生物炭。具体的，本申请的生物炭制备采用厌氧热解技术，以园林废弃物生物质为原料在缺氧条件下干馏热解制备生物炭。

需要说明的是，生物炭是一种富含活性化学基团、丰富微空隙的超强吸附性材料，是保肥保水的优良物质，能改善耕地土壤理化性状，营造有利于作物生长的土壤环境，同时，生物炭为尿素、过磷酸钙、氯化钾、硫酸镁、土壤调理剂的载体，使得尿素、过磷酸钙、氯化钾、硫酸镁、土壤调理剂负载在生物炭上。

需要说明的是，尿素、过磷酸钙和氯化钾为氮磷钾大量元素肥料；尿素的含氮量大于等于46％，是一种氮营养元素来源的主要材料；磷酸一铵的N：P₂O₅比约为1：5，含磷量高，是作物所需的磷应用元素的主要来源；氯化钾的含钾量50％左右，是理想的旱地作物的钾营养元素的主要肥份。

需要说明的是，硫酸镁是一种速效的中量元素肥料营养成分，对改善作物的光合作用极为有利，同时也是一种良好的复混肥料的造粒调节材料。

需要说明的是，土壤调理剂，如腐植酸钾可以改良由于土壤长期施用化学肥料而造成的过度酸性，对土壤团粒结构的形成起到至关重要的作用，同时在造肥制粒中可以起到调和诸物料的酸碱平衡的作用。

本申请第二方面提供了生物炭基肥料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将生物炭、尿素、过磷酸钙、氯化钾、硫酸镁和土壤调理剂混合，依次烘干和粉碎，得到混合物；

步骤2、将所述混合物与黏土矿物混合，造粒后得到生物炭基肥料。

作为优选，所述生物炭基肥料的含水量≤10％。

作为优选，所述生物炭基肥料的N元素、P元素和K元素的含量之和≥20％。

作为优选，所述生物炭基肥料生物炭的含量≥9％。

本申请第三方面提供了所述生物炭基肥料在治理酸化土壤中的应用。

本申请第三方面提供了所述生物炭基肥料在提高作物产量和维生素C含量中的应用。本申请发现，采用本申请提供的生物炭基肥料能有效提高作物产量和维生素C的含量。

作为优选，所述作物为甘薯、玉米、椰菜、芹菜、甘蔗或香蕉。

本申请提供的生物炭基肥料的技术指标符合《生物炭基肥料NY/T3041-2016》标准，生物炭基肥料符合该标准的生物炭基肥料I或II型。

本申请提供的生物炭基肥料利用生物质废弃物和农业废弃物制得的生物炭，工业副产品提取土壤改良剂原料，配合氮磷钾大量元素肥料、中量元素肥料和黏土矿物制得的多功能性和环保型的复混肥；本申请的生物质炭基肥料是有机和无机的结合，利用园林有机废弃物等生物质原料厌氧热解制备生物炭，将土壤改良剂、氮磷钾大量元素肥料、中量元素肥料负载在生物炭中，在配合黏土矿物造粒得到多功能生物炭基肥料，本申请的肥料兼顾长效和缓效的作用，能够疏松土壤，防治土壤板结，改良土壤过度酸化，具有保水保肥的能力，减少肥料损失，提高肥料的利用率，营造有利于土壤和作物的友好环境；同时，含有作物生长发育过程所需的氮、钾、磷和中微量元素等多种营养元素，同时兼顾有机成分，营养均衡全面，能充分满足甘薯等作物生长各个阶段所需要的养分需求，具有用地养地的双重效果，对增强甘薯等作物的抗病性、抗寒性，提高薯块等农产品品质，达到增产增收的日的。

综上所述，本申请提供生物炭基肥料是一种能提高作物产量、改善农产品品质、提高土壤肥力、减少养分流失、减轻土壤重金属、具有保水、保肥、改善土壤结构和环境、有机污染的多功能环境友好型炭基肥料，可解决城市废弃物和农业生产与土壤改良多重问题，是一举多赢的措施。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本申请实施例提供生物炭基肥料处理甘薯的产量的影响；

图2为本申请实施例提供生物炭基肥料处理甘薯的维生素C的影响；

图3为本申请实施例提供生物炭基肥料对土壤酸碱度的影响；

图4为本申请实施例提供生物炭基肥料处理椰菜的生物量的影响；

图5为本申请实施例提供的粉状与粒状的生物炭基肥料处理芹菜的产量比对。

具体实施方式

本申请提供了一种生物炭基肥料及其制备方法和应用，用于解决现有生物炭基肥料功能单一，无法适用于作物的技术缺陷。

下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

其中，以下实施例所用原料均为自制或市售，生物炭基肥料效应研究可采用恒温土壤培养试验、温室盆栽控制试验或大田小区试验等。

实施例1

本申请实施例1提供了第一种生物炭基肥料，具体制备方法如下：

(1)称取质量分数为50份的园林废弃物制成的生物炭、质量分数为15份的尿素、质量分数为10份的过磷酸钙、质量分数为17份的氯化钾、质量分数为3份的硫酸镁、质量分数为4份的腐植酸钾、质量分数为1份的黏土矿物，然后待用：

(2)将生物炭、尿素、过磷酸钙、氯化钾、硫酸镁和腐植酸钾用烘干机烘干、粉碎，得到混合物待用；

(3)将步骤2的混合物加入黏土矿物混合后搅拌均匀，调节水分含量，然后放入造粒机挤压造粒，得到生物炭基肥料。

(4)对生物炭基肥料进行检测，本申请实施例的N+P₂O₅+K₂O≥20％，生物炭C≥9％，水分≤10％，本申请实施例的生物炭基肥料属于生物炭基肥料I型，本申请实施例的生物炭基肥料的技术指标符合《生物炭基肥料NY/T 3041-2016》标准。

实施例2

对实施例1制得的生物炭基肥料对香薯的效果验证试验，具体步骤如下：

试验设三个处理组，分别是：

处理组一(图1和图2中标记为空白无肥组)：空白无肥组；

处理组二(图1和图2中标记为常规施肥组)：常规施肥组(N、P₂O₅、K₂O用量分为14kg/667m²、6kg/667m²、20kg/667m²)；

处理组三(图1和图2中标记为炭基肥料组)：实施例1制得的生物炭基肥料(N+P₂O₅+K₂O≥20％，生物炭C≥9％)。

供试作物为红心香薯品种，试验地点设在广州地区，8月19日移栽，12月2收获，整个生育期95天。收获的时候对甘薯薯块的产量进行统计分析，并测定薯块的维生素C含量，结果如附图1和图2所示。试验结果表明，生物炭基肥料的处理组与常规施肥组处理相比，甘薯平均增产25.28％，达到极显著水平(p＜0.01)。与常规施肥组处理比较，生物炭基肥料组处理薯块维生素(Vc)含量提高了3.86mg/100g(差异达显著水平)，甘薯薯块品质提升效果明显。

实施例3

测定实施例1制得的生物炭基肥料对土壤酸碱度(pH值)的影响试验，具体步骤如下：

试验设三个处理组，分别是：

处理组一(图3中标记为空白无肥组)：空白无肥组；

处理组二(图3中标记为常规施肥组)：常规施肥组(N、P₂O₅、K₂O用量分为14kg/667m²、6kg/667m²、20kg/667m²)；

处理组三(图3中标记为炭基肥料组)：实施例1制得的生物炭基肥料(N+P₂O₅+K₂O≥20％，生物炭C≥9％)。

供试作物为红心香薯品种，试验地点设在广州地区，8月19日移栽，12月2收获，整个生育期95天。收获的时候采取各处理小区土壤，测定土壤pH值，结果如附图3所示。试验结果表明，生物炭基肥料的处理组与常规施肥组处理相比，土壤pH值提升了0.21个单位，差异达到显著水平。可见，本申请实施例的生物炭基肥料能改良土壤的过度酸化。

实施例4

对实施例1制得的生物炭基肥料对椰菜的效果验证试验，具体步骤如下：

试验设三个处理组，分别是：

处理组一(图4中标记为空白无肥组)：空白无肥组；

处理组二(图4中标记为常规施肥组)：常规施肥组；

处理组三(图4中标记为炭基肥料组)：实施例1制得的生物炭基肥料(N+P₂O₅+K₂O≥20％，生物炭C≥9％)。

供试作物为椰菜品种，试验地点设在广州地区，1月16日移栽，3月28收获。对椰菜地上部的生物量进行统计分析，结果如附图4所示。试验表明，生物炭基肥料的处理组与常规施肥组处理相比，椰菜生物产量提高了14.25％，差异达到显著水平。可见，本申请实施例的生物炭基肥料对甘薯、椰菜等作物的产量有显著促进作用。

实施例5

生物炭基肥料分别进行造粒和不造粒处理得到的粉状与粒状材料对芹菜的效果验证试验，具体步骤如下：

试验设三个处理组，分别是：

处理组一(图5中标记为空白无肥组)：常规肥料组；

处理组二(图5中标记为粉状炭基肥组)：粉状炭基肥组(N+P₂O₅+K₂O≥20％，生物炭C≥9％)，制备方法与实施例1的方法相似，区别在于不作造粒处理；

处理组三(图5中标记为粒状炭基肥组)：实施例1制得的粒状炭基肥组(N+P₂O₅+K₂O≥20％，生物炭C≥9％)。

供试作物为芹菜品种，试验地点设在广州地区，12月6日移栽，第二年2月25收获。对芹菜地上部的产量进行统计分析，结果如附图5所示。试验表明，粒状生物炭基肥料与粉状炭基肥料组处理相比，芹菜产量提高了17.79％，差异达到显著水平。可见，粒状的生物炭基肥料能在土壤中缓慢释放，作物能充分利用粒状生物炭基肥料上的有机成分和N、P、K和微量元素，从而能显著提高作物的产量。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种生物炭基肥料，其特征在于，包括：

生物炭、尿素、过磷酸钙、氯化钾、硫酸镁、土壤调理剂和黏土矿物。

2.根据权利要求1所述的生物炭基肥料，其特征在于，按照质量份计算，包括：

3.根据权利要求1所述的生物炭基肥料，其特征在于，按照质量份计算，包括：

4.根据权利要求1所述的生物炭基肥料，其特征在于，所述土壤调理剂为腐植酸钾。

5.根据权利要求1所述的生物炭基肥料，其特征在于，所述生物炭的制备方法为将园林废弃物在厌氧条件下经高温炭化，制得生物炭。

6.一种权利要求1至5任意一项所述的生物炭基肥料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将生物炭、尿素、过磷酸钙、氯化钾、硫酸镁和土壤调理剂混合，依次烘干和粉碎，得到混合物；

步骤2、将所述混合物与黏土矿物混合，造粒后得到生物炭基肥料。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述生物炭基肥料的含水量≤10％。

8.权利要求1至5任意一项所述的生物炭基肥料或权利要求6或7所述的制备方法制得的生物炭基肥料在治理酸化土壤中的应用。

9.权利要求1至5任意一项所述的生物炭基肥料或权利要求6或7所述的制备方法制得的生物炭基肥料在提高作物产量和维生素C含量中的应用。

10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述作物为甘薯、玉米、椰菜、芹菜、甘蔗或香蕉。

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