CN111574290A - 一种高效环保肥料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高效环保肥料及其制备方法，该肥料颗粒为由外向内包括活性球、包覆层与速效层的球形结构；本发明将肥料颗粒设计成由内而外包括活性球、包覆层与速效层的球形结构，其中活性球通过高密度的生物炭固定营养成分，然后再利用固定有营养物质的生物炭与复合菌种菌液混合发酵，对菌种进行固定，包覆层以尿素、腐熟有机肥以及经过有机酸活化的磷矿粉作为主要成分，长时间为植物有效提供肥力，是能够起到长效提供肥力的部分；该饲料以微生物作为肥料的一部分，降低大量施用无机肥对土质的影响，环保节约，有利于土地资源的长期利用，并且实现了在满足植物急需的养分的同时，持续对土壤环境进行改善。

Description

一种高效环保肥料及其制备方法

技术领域

本发明属于肥料加工技术领域，具体的，涉及一种高效环保肥料及其制备方法。

背景技术

作为一个农业大国，中国每年需要消耗大量的肥料，肥料按照原材料不同，主要分为无机肥与有机肥，其中无机肥即我们常说的化肥，是以含有氮、磷、钾等元素的无机化合物作为有效成分的肥料，成本低，见效快，有机肥是一种来源于植物或动物，并为植物提供营养的含碳、氢、氧元素的物料，它富含大量有益物料，能够被微生物分解，从而改善土壤的理化性质，防止出现土壤板结的状况，相较于无机肥更加环保，成本更低。

但是无机肥具有水溶性，在大量施用无机肥之后，只有少部分的无机肥会被植物吸收利用，大量的有效成分并无法被作物吸收，而随着水流流失，会对土壤质量与水资源造成污染，并造成肥料的损失，有机肥环保且能够改善土壤的透气性，适合长期使用，而且肥效长、营养物质不单一，肥料利用率高，但是由于其需要微生物分解才能够产生能够被植物吸收利用的有效成分，短时间内见效较慢，无法起到立竿见影的效果，在土地使用有机肥的前期还需要配合无机肥来进行使用，有机肥还需要经过发酵才能够不会对土壤产生明显负面效果进行使用，如何降低肥料带来的负面效果，提升土地资源的可持续发展，是目前肥料行业需要解决的问题之一，为了解决这一问题，本发明提供了以下技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效环保肥料及其制备方法。

本发明需要解决的技术问题为：

在现有技术中，无机肥见效快但是作用时间短并且会带来水污染、土壤板结等一系列问题，土壤环境会随着肥料的使用而持续恶化，而有机肥环保却依赖于微生物的分解作用，施用量也较大，因此使用流程长，见效速度慢，无法满足植物的短期需要。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种高效环保肥料，该肥料颗粒为由外向内包括活性球、包覆层与速效层的球形结构；

该高效环保肥料的制备方法包括如下步骤：

步骤一、制备活性球

S11、将秸秆粉碎烘干后加压形成密度为0.6-0.8g/cm³的秸秆砖，通过限氧热解将秸秆砖热解形成生物炭，将该生物炭破碎后过18-80目筛备用，先加压再热解能够保证形成生物炭的孔隙结构的密集性；

S12、使用无菌水配制营养液，营养液各组分的质量百分比为8％-12％的乳清蛋白粉、15％-18％的蔗糖、2％-3％的葡萄糖、0.7％-0.9％硫酸铵、0.6％-0.7％碳酸钙、0.15％-0.2％磷酸二氢钾与0.1％-0.35％硫酸镁，将上一步骤得到的破碎后的生物炭铺设成厚度不超过35cm的生物炭层，将营养液经生物炭层的一面流向另一面，水压不超过0.11Mpa，15-20min后取出，在氮气气氛中干燥得到生物炭载体，过程能够使生物炭的孔隙结构中充分的浸有营养液，充分利用生物炭的孔隙结构；

S13、配制浓度为10⁷-10⁸cfu/mL的复合菌种菌液，该复合菌种菌液中还加有质量浓度2％-3％的葡萄糖、质量浓度为0.5％-0.7％的淀粉水解液、0.5％-0.6％硫酸铵、0.5％-0.6％碳酸钙、0.1％-0.12％磷酸二氢钾与0.04％-0.045％硫酸镁，再向其中加入生物炭载体混合发酵20-30h，固液分离后在氮气气氛中干燥得到负载微生物的生物炭；

S14、在无菌水中加入葡萄糖与硫酸铵配制润湿水溶液，润湿水溶液中葡萄糖的质量百分比为6％-8％，硫酸铵的质量百分比为2％-3％，将凹凸棒土、负载微生物的生物炭与木质素按照重量比1∶3-3.5∶0.2-0.25均匀混合，通过润湿水溶液润湿混合粉体后通过圆盘造粒机造粒烘干得到活性球，烘干温度不超过40℃，活性球的粒径优选为3-5mm；

作为本发明的进一步方案，步骤S13中在将生物炭与复合菌种菌液混合发酵时，单层生物炭载体的厚度不超过3cm，当在同一发酵环境中(同一相通的复合菌种菌液中)同时铺设多层生物炭时，相邻两层的生物炭载体之间距离大于3cm，保证菌种密度；

所述复合菌种为地衣芽孢杆菌、乳酸菌、枯草芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌、放线菌与酵母菌中的至少两种的混合；

在活性球的制备过程中，首先通过高密度的生物炭固定营养液中的以乳清蛋白、蔗糖以及葡萄糖为主的营养成分，然后再利用固定有营养物质的生物炭与复合菌种菌液混合发酵，发酵过程中，复合菌种菌液中的营养成分浓度下降，菌种会趋向靠近生物炭层以及生物炭之间的位置进行繁殖，保证生物炭固定菌种浓度，之后以润湿水溶液以及凹凸棒土作为粘合元素进行造粒，其中添加的凹凸棒土、生物炭以及少量的木质素能够作为良好的吸水材料，当肥料施加在土壤中时，提升肥料的吸水保水能力，为细菌的发育提供良好的环境，同时润湿水溶液中含有的葡糖糖与硫酸铵能够作为易于细菌吸收利用的碳源与氮源，促进细菌作用前期的发育与繁殖，以微生物作为肥料肥料的一部分，减少大量施用无机肥对土质的影响，环保节约，有利于土地资源的长期利用；

步骤二、制备包覆层

S21、配制浓度为0.1-0.5mol/L的有机酸溶液，其中有机酸为草酸、柠檬酸、酒石酸、甲酸与丁二酸中的一种或至少两种的混合，将磷矿粉加入其中搅拌活化，活化温度为40-60℃，活化时间为2-6天；

S22、将活化后的磷矿粉加入氯化钾溶液中，再向其中加入尿素与腐熟有机肥，其中磷矿粉、尿素与腐熟有机肥的质量比为1∶0.2-0.25∶2-3，氯化钾溶液浓度为3％-7％，磷矿粉、尿素与腐熟有机肥的总质量与氯化钾溶液的质量比为1∶1-1.5，加热至60-70℃，搅拌至粘稠状，烘干粉碎至40-140目筛得到包覆原料A，其中尿素与氯化钾除提供氮素与钾元素外，还能够作为磷矿粉的粘接剂；

S23、采用浓度为0.5％-0.6％的六偏磷酸钠水溶液润湿包覆原料，将润湿后的包覆原料与活性球加入圆盘造粒机中造粒烘干，在活性球的表面形成包覆层，得到中间体；

所述腐熟有机肥的制备方法为：

将糠醛渣、豆粕与畜禽粪便粉碎至单颗粒径不超过5mm后与过磷酸钙均匀混合得到混合物，向混合物中加入活化的EM菌剂，加水调节水含量至55％-60％，将混合物疏松堆积至发酵堆中进行发酵，保持发酵堆的疏松通气，保持发酵堆温度为40-45℃，连续发酵10天后翻堆，之后每隔6-8天翻堆一次，一共翻堆4-5次后，将得到的发酵产物干燥至含水量为12％-15％后粉碎过25-80目筛，得到腐熟有机肥。

在该步骤中，以尿素、腐熟有机肥以及经过有机酸活化的磷矿粉作为主要成分，其中腐熟有机肥能够被缓慢分解，磷矿粉也具有缓释效果，长时间为植物有效提供肥力，同时以0.5％-0.6％的六偏磷酸钠水溶液进行润湿，六偏磷酸钠能够提高粘度从而起到良好的粘接成团效果以及持水性；

步骤三、速效层的制备

S31、取步骤一中热解得到的生物炭，将生物炭、尿素、氯化钾、磷酸二氢铵按照重量比1∶0.5-0.6∶0.2-0.25∶0.1-0.2混合均匀，将混合物料在130-155℃温度下焙烧5-10min，取出粉碎过40-140目筛后与步骤一中负载微生物的生物炭按照重量比10∶2-3均匀混合得到速效层原料B；

S32、配制质量浓度为0.7％-1.1％的瓜尔胶无菌水溶液，其中还加有质量百分比为5％-12％的葡萄糖，得到润湿液C，速效层原料B通过润湿液C润湿后与上一步骤得到的中间体混合造粒，在中间体的表面形成一层速效层，得到高效环保肥料。

在该步骤中，首先通过生物炭、尿素、氯化钾、磷酸二氢铵共混后加热焙烧，使尿素熔融后再冷却起到胶粘剂的效果，使各组分充分混合均匀，其中生物炭能够吸水保水，加速初期速效层中水溶性有效组分的释放，并在中后期起到缓释效果，其次以负载微生物的生物炭作为组分之一能够在肥料的速效层中引入微生物，以润湿液C润湿造粒能够为速效层中的微生物提供养分，并且在肥料施用过程中，能够为土壤中本就生存的微生物提供易于吸收的养分，促进土壤中微生物的生理活性，加快包覆层与速效层中养分的利用。

本发明所述高效环保肥料优选施用温度为20-35℃，能够保证微生物在较短的时间内快速恢复活性，并充分利用土壤中本就有的有益微生物，本发明所述环保高效肥料可配合有机肥进行使用，且优选为在播种前后一周的时间范围内使用。

本发明的有益效果：

本发明通过将肥料颗粒设计成由内而外包括活性球、包覆层与速效层的球形结构，其中在活性球的制备过程中，首先通过高密度的生物炭固定营养液中的以乳清蛋白、蔗糖以及葡萄糖为主的营养成分，然后再利用固定有营养物质的生物炭与复合菌种菌液混合发酵，发酵过程中，复合菌种菌液中的营养成分浓度下降，菌种会趋向靠近生物炭层以及生物炭之间的位置进行繁殖，保证生物炭固定菌种浓度，之后以润湿水溶液以及凹凸棒土作为粘合元素进行造粒，其中添加的凹凸棒土、生物炭以及少量的木质素能够作为良好的吸水材料，当肥料施加在土壤中时，提升肥料的吸水保水能力，为细菌的发育提供良好的环境，同时润湿水溶液中含有的葡糖糖与硫酸铵能够作为易于细菌吸收利用的碳源与氮源，促进细菌作用前期的发育与繁殖；

包覆层以尿素、腐熟有机肥以及经过有机酸活化的磷矿粉作为主要成分，其中腐熟有机肥能够被缓慢分解，活化后的磷矿粉也具有缓释效果，长时间为植物有效提供肥力，是能够起到长效提供肥力的部分；在速效层的制备过程中，首先通过生物炭、尿素、氯化钾、磷酸二氢铵共混后加热焙烧，使尿素熔融后再冷却起到胶粘剂的效果，使各组分充分混合均匀，其中生物炭能够吸水保水，加速初期速效层中水溶性有效组分的释放，并在中后期起到缓释效果，其次以负载微生物的生物炭作为组分之一能够在肥料的速效层中引入微生物，以润湿液C润湿造粒能够为速效层中的微生物提供养分，并且在肥料施用过程中，能够为土壤中本就生存的微生物提供易于吸收的养分，促进土壤中微生物的生理活性，加快包覆层与速效层中养分的利用。

该饲料以微生物作为肥料肥料的一部分，减少大量施用无机肥对土质的影响，环保节约，有利于土地资源的长期利用，同时通过速效层提供大量能够被植物直接吸收利用的水溶性有效组分，在包覆层中提供大量具有缓释效果的有效成分，持续起效，因此实现了在满足植物急需的养分的同时，持续对土壤环境进行改善。

具体实施方式

下面将对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种高效环保肥料，该肥料颗粒为由外向内包括活性球、包覆层与速效层的球形结构；

该高效环保肥料的制备方法包括如下步骤：

步骤一、制备活性球

S11、将秸秆粉碎烘干后加压形成密度为0.7g/cm³的秸秆砖，通过限氧热解将秸秆砖热解形成生物炭，将该生物炭破碎后过50目筛备用；

S12、使用无菌水配制营养液，营养液各组分的质量百分比为10％的乳清蛋白粉、15％的蔗糖、2％的葡萄糖、0.9％硫酸铵、0.6％碳酸钙、0.15％磷酸二氢钾与0.2％硫酸镁，将上一步骤得到的破碎后的生物炭铺设成厚度为25cm的生物炭层，使营养液通过重力经生物炭层的靠上一面流向靠下一面，15min后取出，在氮气气氛中干燥得到生物炭载体；

S13、配制浓度为10⁷-10⁸cfu/mL的复合菌种菌液，该复合菌种菌液中还加有质量浓度2％的葡萄糖、质量浓度为0.5％的淀粉水解液、0.6％硫酸铵、0.5％碳酸钙、0.1％磷酸二氢钾与0.04％硫酸镁，再向其中加入生物炭载体混合发酵24h，固液分离后在氮气气氛中干燥得到负载微生物的生物炭；

S14、在无菌水中加入葡萄糖与硫酸铵配制润湿水溶液，润湿水溶液中葡萄糖的质量百分比为8％，硫酸铵的质量百分比为3％，将凹凸棒土、负载微生物的生物炭与木质素按照重量比1∶3∶0.2均匀混合，通过润湿水溶液润湿混合粉体后通过圆盘造粒机造粒烘干得到活性球，烘干温度为35℃，活性球的粒径为4mm；

作为本发明的进一步方案，步骤S13中在将生物炭与复合菌种菌液混合发酵时，单层生物炭载体的厚度为过3cm，相邻两层的生物炭载体之间距离为4cm；

所述复合菌种为地衣芽孢杆菌、乳酸菌、枯草牙孢杆菌、胶质芽孢杆菌、放线菌与酵母菌中的至少两种的混合；

步骤二、制备包覆层

S21、配制浓度为0.2mol/L的有机酸溶液，其中有机酸为草酸，将磷矿粉加入其中搅拌活化，活化温度为60℃，活化时间为2天；

S22、将活化后的磷矿粉加入氯化钾溶液中，再向其中加入尿素与腐熟有机肥，其中磷矿粉、尿素与腐熟有机肥的质量比为1∶0.2∶3，氯化钾溶液浓度为4％，磷矿粉、尿素与腐熟有机肥的总质量与氯化钾溶液的质量比为1∶1.3，加热至65℃，搅拌至粘稠状，烘干粉碎至50目筛得到包覆原料A，其中尿素与氯化钾除提供氮素与钾元素外，还能够作为磷矿粉的粘接剂；

S23、采用浓度为0.5％的六偏磷酸钠水溶液润湿包覆原料A，将润湿后的包覆原料与活性球加入圆盘造粒机中造粒烘干，在活性球的表面形成包覆层，得到中间体，其中包覆层厚度为2mm；

所述腐熟有机肥的制备方法为：

将糠醛渣、豆粕与畜禽粪便粉碎至单颗粒径不超过5mm后与过磷酸钙均匀混合得到混合物，向混合物中加入活化的EM菌剂，加水调节水含量至55％，将混合物疏松堆积至发酵堆中进行发酵，保持发酵堆的疏松通气，保持发酵堆温度为45℃，连续发酵10天后翻堆，之后每隔7天翻堆一次，一共翻堆4次后，将得到的发酵产物干燥至含水量为12％后粉碎过50目筛，得到腐熟有机肥；

步骤三、速效层的制备

S31、取步骤一中热解得到的生物炭，将生物炭、尿素、氯化钾、磷酸二氢铵按照重量比1∶0.5∶0.2∶0.12混合均匀，将混合物料在140℃温度下焙烧7min，取出粉碎过80目筛后与步骤一中负载微生物的生物炭按照重量比10∶2.5均匀混合得到速效层原料B；

S32、配制质量浓度为0.9％的瓜尔胶无菌水溶液，其中还加有质量百分比为6％的葡萄糖，得到润湿液C，速效层原料B通过润湿液C润湿后与上一步骤得到的中间体混合造粒，在中间体的表面形成一层速效层，得到高效环保肥料。

其中速效层厚度为1.5mm。

试验与结果分析

试验方法：将同一区域土壤分为五块，相邻两块地之间的距离大于5m且独立供水，防止相互干扰，五块地均种植玉米作为样本植物，五块地上的施肥条件分别为：

1、将制得的高效环保肥料按照400kg/亩施于土壤，通过翻耕使有机肥与土壤混合均匀；

2、将发酵猪粪便按照400kg/亩施于土壤，翻耕混合均匀；

3、施加传统复合肥40kg/亩，翻耕混合均匀；

4、施加高效环保肥料与发酵猪粪的混合肥400kg/亩，其中高效环保肥料与发酵猪粪的重量比为3∶1；

5、不施加肥料；

第二年五块地上均不施任何肥料继续种植同一品种玉米；

对玉米的株高进行测量，详细结果见表1：

表1

组别	一年30d/cm	一年40d/cm	二年30d/cm	二年40d/cm
					环保肥处理	30	81	30	76
猪粪便处理	27	76	26	71
					复合肥处理	31	86	23	68
混合肥处理	29	78	30	73
					空白对照	23	67	24	66

由上述结果可知，本发明所述高效环保肥在施用初期能够快速释放可供玉米生长的养分，并且相较于复合肥处理的土地，高效环保肥处理的土地更具有长期效果，不会出现肥力大大下降的状况。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高效环保肥料，其特征在于，该肥料的颗粒为由外向内包括活性球、包覆层与速效层的球形结构；

该高效环保肥料的制备方法包括如下步骤：

步骤一、制备活性球

S11、将秸秆粉碎烘干后加压形成密度为0.6-0.8g/cm³的秸秆砖，通过限氧热解将秸秆砖热解形成生物炭，将该生物炭破碎后过18-80目筛备用；

S12、使用无菌水配制营养液，营养液各组分的质量百分比为8％-12％的乳清蛋白粉、15％-18％的蔗糖、2％-3％的葡萄糖、0.7％-0.9％硫酸铵、0.6％-0.7％碳酸钙、0.15％-0.2％磷酸二氢钾与0.1％-0.35％硫酸镁，用营养液处理生物炭得到生物炭载体；

S13、配制浓度为10⁷-10⁸cfu/mL的复合菌种菌液，该复合菌种菌液中还加有质量浓度2％-3％的葡萄糖、质量浓度为0.5％-0.7％的淀粉水解液、0.5％-0.6％硫酸铵、0.5％-0.6％碳酸钙、0.1％-0.12％磷酸二氢钾与0.04％-0.045％硫酸镁，再向其中加入生物炭载体混合发酵20-30h，固液分离后在氮气气氛中干燥得到负载微生物的生物炭；

S14、在无菌水中加入葡萄糖与硫酸铵配制润湿水溶液，润湿水溶液中葡萄糖的质量百分比为6％-8％，硫酸铵的质量百分比为2％-3％，将凹凸棒土、负载微生物的生物炭与木质素按照重量比1∶3-3.5∶0.2-0.25均匀混合，通过润湿水溶液润湿混合粉体后通过圆盘造粒机造粒烘干得到活性球，烘干温度不超过40℃；

步骤二、制备包覆层

S21、配制浓度为0.1-0.5mol/L的有机酸溶液，将磷矿粉加入其中搅拌活化，活化温度为40-60℃，活化时间为2-6天；

S22、将活化后的磷矿粉加入氯化钾溶液中，再向其中加入尿素与腐熟有机肥，其中磷矿粉、尿素与腐熟有机肥的质量比为1∶0.2-0.25∶2-3，氯化钾溶液浓度为3％-7％，磷矿粉、尿素与腐熟有机肥的总质量与氯化钾溶液的质量比为1∶1-1.5，加热至60-70℃，搅拌至粘稠状，烘干粉碎至40-140目筛得到包覆原料A；

S23、采用浓度为0.5％-0.6％的六偏磷酸钠水溶液润湿包覆原料A，将润湿后的包覆原料A与活性球加入圆盘造粒机中造粒烘干，在活性球的表面形成包覆层，得到中间体；

步骤三、速效层的制备

S31、取步骤一中热解得到的生物炭，将生物炭、尿素、氯化钾、磷酸二氢铵按照重量比1∶0.5-0.6∶0.2-0.25∶0.1-0.2混合均匀，将混合物料在130-155℃温度下焙烧5-10min，取出粉碎过40-140目筛后与步骤一中负载微生物的生物炭按照重量比10∶2-3均匀混合得到速效层原料B；

S32、配制质量浓度为0.7％-1.1％的瓜尔胶无菌水溶液，其中还加有质量百分比为5％-12％的葡萄糖，得到润湿液C，速效层原料B通过润湿液C润湿后与上一步骤得到的中间体混合造粒，在中间体的表面形成一层速效层，得到高效环保肥料。

2.根据权利要求1所述的一种高效环保肥料，其特征在于，步骤一中通过营养液处理生物炭的具体方法为，将破碎后的生物炭铺设成厚度不超过35cm的生物炭层，将营养液经生物炭层的一面流向另一面，水压不超过0.11Mpa，15-20min后取出，在氮气气氛中干燥得到生物炭载体。

3.根据权利要求1所述的一种高效环保肥料，其特征在于，所述活性球的粒径优选为3-5mm。

4.根据权利要求1所述的一种高效环保肥料，其特征在于，步骤一中在将生物炭与复合菌种菌液混合发酵时，单层生物炭载体的厚度不超过3cm，相邻两层的生物炭载体之间距离大于3cm。

5.根据权利要求1所述的一种高效环保肥料，其特征在于，所述复合菌种为地衣芽孢杆 菌、乳酸菌、枯草芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌、放线菌与酵母菌中的至少两种的混合。

6.根据权利要求1所述的一种高效环保肥料，其特征在于，其中有机酸为草酸、柠檬酸、酒石酸、甲酸与丁二酸中的一种或至少两种的混合。

7.根据权利要求1所述的一种高效环保肥料，其特征在于，所述腐熟有机肥的制备方法为：

将糠醛渣、豆粕与畜禽粪便粉碎至单颗粒径不超过5mm后与过磷酸钙均匀混合得到混合物，向混合物中加入活化的EM菌剂，加水调节水含量至55％-60％，将混合物疏松堆积至发酵堆中进行发酵，保持发酵堆的疏松通气，保持发酵堆温度为40-45℃，连续发酵10天后翻堆，之后每隔6-8天翻堆一次，一共翻堆4-5次后，将得到的发酵产物干燥至含水量为12％-15％后粉碎过25-80目筛，得到腐熟有机肥。