CN113292376A - 一种秸秆炭基微生物花肥及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保高效的秸秆炭基微生物花肥的制备方法，利用农田废弃物稻草秸秆在限氧环境下制备生物炭，通过调整生物炭的配比，与三种抗逆性强、具有固氮解磷解钾作用的微生物菌剂和氮磷钾肥通过先吸附再造粒的方法，制备秸秆炭基微生物肥并用于花卉的种植。本发明的肥料营养全面，含有生物炭和多种微生物，肥效持久，有助于提高土壤肥力，提升土壤质量。有效地促进花卉的生长和开花。操作简单，利于花卉的简便管理，减少病害，增强抗逆性。本发明有利于提升秸秆的综合利用率，促进肥料减量化，具有环保、高效、经济、简便等优点，利于促进农业的可持续发展。

Description

一种秸秆炭基微生物花肥及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于肥料技术领域，涉及一种秸秆炭基微生物花肥及其制备方法，以及该肥料在花卉种植中的应用。

背景技术

随着经济水平的发展，人民的消费水平和结构不断变化，近年来花卉受到了大众的喜爱，花卉产业得到了飞速的发展，成为我国生态建设中的重要组成部分。由于花卉的观赏性高，相较于蔬菜和作物，对肥料和日常管理有着更高的要求。

肥料对于增产和农业发展意义重大，然而长期不合理的化肥施用引发了土壤板结，盐碱化等环境问题，不利于农业的可持续发展。为了应对这一问题，亟需制备一种环保高效的肥料，既有利于改善土壤质量又能促进农业增产，促进肥料减量化。

我国拥有丰富的秸秆资源，秸秆产量大，但是秸秆的合理处理与处置一直是改善环境，节能减排的重点和难点，其综合利用率还有待于进一步提高。生物炭是一种良好的土壤改良剂，孔隙多，比表面积大，不仅能改善土壤质量，还富含有机碳和磷、钾等营养元素。同时对养分有吸附固持的作用，能减少营养元素淋失，提升肥料利用率，适合作为肥料的原料，且相比于直接秸秆还田更清洁，风险更小。此外微生物是土壤养分的活化剂，在土壤质量提升中发挥着重要作用。具有固氮、解磷、解钾等功能的微生物，可以促进土壤养分的转化循环，提高土壤肥力和基础地力。

目前市面上常见的生物炭基肥料多以仅添加生物炭或生物炭加单一微生物菌剂为主，而将生物炭、氮磷钾肥与多种微生物复合制备生物炭基微生物肥料的产品相对较少。炭基肥的应用主要集中于蔬菜(白菜、萝卜、菠菜等)和大田作物(小麦、玉米、水稻等)两大领域，炭基肥在花卉中的应用鲜见报道。因此，寻求合适的工艺与方法，制备秸秆炭基微生物肥，使肥料同时具备养分供给、促进吸收、环保安全的多重效用，将是今后肥料产业发展的方向，也可以为农业、花卉产业可持续发展提供新思路。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种秸秆炭基微生物花肥及其制备方法。本发明在现有的炭基肥的基础上进行改良，充分利用秸秆资源和生物炭的吸附功能，添加多种功能微生物，通过调整肥料配比，优化肥料制备方法，制备环保高效、肥效持久的秸秆炭基微生物花肥，并用于花卉的种植。本发明所述秸秆炭基微生物花肥促进了秸秆综合利用，有助于改善土壤质量，提升土壤肥力，能促进花卉的生长开花，同时制备方法简单，成本较低，有利于大幅推广。

本发明提供了一种秸秆炭基微生物花肥，其原料包含秸秆生物炭，微生物菌剂，尿素，磷酸二氢钾，氯化钾，凹凸棒土和聚乙烯醇。

其中，所述微生物肥中的组份按质量比为：秸秆生物炭：微生物菌剂：尿素：磷酸二氢钾：氯化钾：凹凸棒土：聚乙烯醇＝(20-40)：(3-9)：(18-22)：(15-19)：(5-6)：(3-23)：(3-4)；优选地，为40：6：22：19：6：3：4。

所述微生物菌剂包括枯草芽孢杆菌，巨大芽孢杆菌，胶质芽孢杆菌；所述微生物菌剂为市售产品，来自强兴生物科技有限公司。

所述枯草芽孢杆菌：巨大芽孢杆菌：胶质芽孢杆菌的质量比为(1-3)：(1-3)：(1-3)。

所述枯草芽孢杆菌的有效活菌数≥1000亿/g，所述巨大芽孢杆菌的有效活菌数≥100亿/g，所述胶质芽孢杆菌的有效活菌数≥50亿/g。

所述尿素中N元素的含量为46％，所述磷酸二氢钾中以有效成分含量计，P₂O₅含量为52％，K₂O含量为34％，所述氯化钾中以有效成分含量计，K₂O含量为60％。

所述添加的氮磷钾复合肥中，氮元素，五氧化二磷，氧化钾的质量比为(8-10)：(8-10)：(8-10)。

所述凹凸棒土和聚乙烯醇分别充当填料和粘结剂。

进一步，所述秸秆炭基微生物花肥还可以包含秸秆粉、腐殖酸、大豆蛋白等有机物质。

本发明还提供了一种秸秆炭基微生物花肥的制备方法，所述制备步骤如下：

1)将稻草秸秆粉末在管式炭化炉中400-500℃下限氧炭化2-4小时制备稻草秸秆生物炭，过40目筛；优选地，炭化温度为450℃，炭化时间为4小时。

其中，所述“稻草秸秆”还可以用芦苇秸秆、玉米秸秆等秸秆替代。

2)按质量称取尿素，磷酸二氢钾，氯化钾溶解于200-300ml水中，滴加氢氧化钠溶液(调pH用，浓度可根据实际情况调整，推荐1mol/L)，使溶液pH＝7；

其中，所述尿素、磷酸二氢钾、氯化钾的质量比为(18-22)：(15-19)：(5-6)；优选地，为22:19:6。

3)按质量称取步骤1)制备的秸秆生物炭和微生物菌剂，然后加入步骤(2)中获得的含氮磷钾的混合溶液中，放入振荡机30-40℃下吸附8-12小时；优选地，吸附温度为35℃，吸附时间为12h；

其中，所述秸秆生物炭和微生物菌剂的质量比为(20-40)：(3-9)；优选地，为40：6。

所述微生物菌剂包括枯草芽孢杆菌，巨大芽孢杆菌，胶质芽孢杆菌。

所述枯草芽孢杆菌：巨大芽孢杆菌：胶质芽孢杆菌的质量比为(1-3):(1-3):(1-3)；优选地，为2:2:2。

所述枯草芽孢杆菌的有效活菌数≥1000亿/g，所述巨大芽孢杆菌的有效活菌数≥100亿/g，所述胶质芽孢杆菌的有效活菌数≥50亿/g。

4)将步骤(3)中最后获得的物料放入烘箱中30-50℃烘干24-36小时，使含水率在3％-5％；优选地，烘干温度为35℃，烘干时间为36小时，含水率为3％。

5)按质量比称取凹凸棒土和聚乙烯醇，与步骤(4)中烘干后的物料混合均匀；所述凹凸棒土和聚乙烯醇的质量比为(3-23)：(3-4)；优选地，为3：4。

6)将步骤(5)中混合均匀后的物料放入圆盘造粒机中造粒，设置转速为50-80r/min，同时从造粒机上方均匀喷洒水，使物料的含水率在15％-25％，得到秸秆炭基微生物肥颗粒；优选地，转速为60r/min，含水率为15％。

7)将制备好的肥料在30-50℃烘干8-10小时，使含水率在3％-5％，过10目筛，即为秸秆炭基微生物肥；优选地，烘干温度为35℃，烘干时间为8小时，含水率为3％。

本发明与先前的炭基肥相比做出了如下改进：

1、添加多种有益微生物菌剂，促进土壤有益微生物群落的建立，提升土壤微生物群落多样性。

2、充分利用生物炭的吸附优势，将生物炭在氮磷钾溶液中充分浸渍吸附后，作为肥料原料进行下一步制备。

3、微生物接触到盐分容易失去渗透压而失活。为尽可能保持微生物的活性，将生物炭作为微生物的载体，与生物炭一同浸渍在氮磷钾溶液中，并调节氮磷钾混合溶液的pH为中性。

该肥料的制备工程仅用到圆盘造粒机，烘干机，搅拌机等常规设备，操作简单，生产成本低。且充分利用生物炭的吸附缓释作用和有益微生物对营养元素的固定再生作用，营养全面，肥效持久，利于花卉的简便化管理和农业的可持续发展。

本发明需要克服的难点有：

1、寻找合适的热解温度制备生物炭原料，综合考虑吸附性能和产率等因素；

2、在造粒前将生物炭浸渍于氮磷钾混合溶液中一段时间，使生物炭对氮磷钾的吸附量达到最大值；

3、调节吸附液的pH，综合考虑吸附量和有效活菌数等因素。

在一个具体实施方案中，所述方法包括如下步骤：

(1)秸秆生物炭的制备：稻草秸秆采自上海崇明，清洗干净后，去除根部和叶片，剪成3-5cm的小段，放入烘箱烘干。之后放入高速搅拌机打碎成粉末，过40目筛。称取适量秸秆粉末，放入管式炭化炉中，400-500℃下限氧条件炭化4h，保持限氧状态直到炭化炉降至室温，取出，装入密封袋中保存。

(2)秸秆炭基微生物花肥的制备：第一步：按质量比称取尿素：磷酸二氢钾：氯化钾＝22：19：6，之后加入约200ml水，充分溶解。逐滴滴加1mol/L氢氧化钠溶液调节氮磷钾混合溶液pH＝7。第二步：分别称取秸秆生物炭20-40份，枯草芽孢杆菌2份，巨大芽孢杆菌2份，胶质芽孢杆菌2份，加入氮磷钾混合溶液中，搅拌均匀。放入摇床中200r/min振荡12h，使生物炭充分吸附氮磷钾元素。第三步：将原料放入烘箱中，35℃下烘干。使原料含水率为3％-5％。第四步：称取凹凸棒土3-23份，聚乙烯醇4份，与原料充分混匀，放入圆盘造粒机中，60-80r/min下造粒。在造粒机上方均匀喷洒水溶液，使物料的含水率在15-25％之间。得到秸秆炭基微生物肥颗粒。第五步：造粒完成后，将肥料放入烘箱，35℃下烘干，使肥料含水率约为3％-5％，过10目筛，即为秸秆炭基微生物花肥。将制备完成的肥料放入袋子密封，防止吸水变潮。

本发明还提供了由上述方法制备得到的秸秆炭基微生物花肥。

本发明提供了一种秸秆炭基微生物花肥在花卉种植中的应用：将所述秸秆炭基微生物花肥以0.9-1g/kg的施加量施加到盆栽花卉中，然后将该肥料埋在花盆边缘3-5cm深处。

本发明探究肥料减量的效果，秸秆炭基微生物花肥在花卉种植中的应用：将上述秸秆炭基微生物花肥以0.9g/kg的施加量施加到盆栽花卉中，然后将该肥料埋在花盆边缘3-5cm深处。

所述花卉包括月季、栀子、绣球等。

本发明的有益效果包括：本发明提供了一种秸秆炭基微生物花肥的制备方法和在花卉种植上的应用。和常规的化肥相比，肥料里添加了秸秆生物炭作为有机肥和土壤改良剂和三种具有固氮解磷解钾的微生物菌剂，成分更加绿色环保。制备方法简单，采用常规设备圆盘造粒机、烘干机、搅拌机等，成本较低，有利于产业化，利于大规模推广和生产。结果表明本发明能有效增加土壤养分含量，促进花卉生长和开花，提升观赏价值，充分利用生物炭吸附固持养分的优势和微生物分解养分的能力，肥效持久。本发明有利于进一步解决秸秆的综合化利用问题，同时能减少化肥用量，改善施肥结构，提升土壤质量，具有经济和环境效益，对促进花肥产业和可持续农业的发展有重要的战略意义。

附图说明

图1是本发明实施例4不同施肥处理对月季生长状况的影响。

图2是本发明实施例4不同施肥处理下月季的开花情况。

图3是本发明实施例4不同施肥处理对土壤速效养分的影响。

图4是本发明秸秆炭基微生物花肥实物图。

图5是本发明实施例中施加不同肥料效果展示图。最左侧为未施肥组：植株矮小，枝干细，开花较少。中间为市售化肥组：植株有明显长高，枝干较细，开花较多。最右侧是秸秆炭基微生物花肥组：植株生物量大，枝干粗壮，开花很多。

具体实施方式

结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。

因为月季容易栽培，四季开花，实验效果明显，因此在后面的实施例中以月季为例进行说明。

实施例1

一种秸秆炭基微生物花肥的制备方法，包含以下步骤：

(1)将稻草秸秆去除根和叶子，洗净烘干后，利用搅拌机打碎成粉末，过40目筛。放入管式炭化炉中限氧条件450℃下炭化4小时制备秸秆生物炭；

(2)称取尿素(N元素≥46％)：磷酸二氢钾(以有效成分含量计，P₂O₅≥52％，K₂O≥34％)：氯化钾(以有效成分含量计，K₂O≥34％)质量比为22:19:6，即含有N:P₂O₅:K的质量比为10:10:10。将氮磷钾复合肥溶解于约200ml水中，逐滴滴加1mol/L氢氧化钠溶液，调整混合溶液的pH＝7。

(3)选取三种具有固氮解磷解钾功能的微生物菌剂，分别为枯草芽孢杆菌孢子粉，有效活菌数≥1000亿/g，巨大芽孢杆菌孢子粉，有效活菌数≥100亿/g，胶质芽孢杆菌孢子粉，有效活菌数≥50亿/g，质量比为2:2:2；所述微生物菌剂来自于强兴生物科技有限公司。

(4)分别称取20％比例的秸秆生物炭，和上述三种微生物菌剂，加入氮磷钾混合溶液。放入摇床中200r/min，35℃摇晃12h，使氮磷钾养分和微生物充分吸附在生物炭上。

(5)将溶液放入烘箱，35℃下烘干，使含水率为3％。

(6)分别称取23％的凹凸棒土和4％的聚乙烯醇，与物料混匀后放入圆盘造粒机，设置造粒机转速为60r/min。在造粒机上方均匀喷洒水溶液，使物料的湿度为15％。

(7)造粒完成后，将颗粒放入35℃的烘箱烘干，使肥料的含水率约为3％。过10目筛，即为秸秆炭基微生物花肥。

实施例2

将本发明实施例1步骤(4)中的秸秆生物炭的比例改为30％，步骤(6)中的凹凸棒土的比例改为13％，其他操作均与本发明实施例1相同。

实施例3

将本发明实施例1步骤(4)中的秸秆生物炭的比例改为40％，步骤(6)中的凹凸棒土的比例改为3％，其他操作均与本发明实施例1相同。

实施例4

一种秸秆炭基微生物花肥用于月季的种植方法：

选择生长状况一致的月季进行盆栽实验。土壤类型为砂壤土，土壤本底值为：土壤pH＝7.76，有机质8.06g/kg，氨氮1.31mg/kg，硝态氮3.52mg/kg，碱解氮165mg/kg，有效磷5.3mg/kg，速效钾14.44mg/kg。

取本发明实施例1-3所得的秸秆炭基微生物花肥，均匀埋入月季盆栽边缘3-5cm深度处，避免烧根。设置空白组，市售化肥组，炭基微生物肥组。炭基微生物肥组按照实施例1-3中不同的生物炭添加量命名，分别为XL20组，XL30组，XL40组。

处理1：空白对照组：不施肥；记为kb组；

处理2：市售化肥组，购买史丹利牌化肥，含氮磷钾含量为15:15:15，按照施肥量0.6g/kg施加；记为HF组；

处理3：XL20组，施加生物炭添加量为20％的炭基微生物花肥，含氮磷钾含量为10:10:10，氮磷钾添加量与市售化肥组一致，即1g/kg；

处理4：XL30组，施加生物炭添加量为30％的炭基微生物花肥，含氮磷钾含量为10:10:10，施加方法与处理3一致；

处理5：XL40组，施加生物炭添加量为40％的炭基微生物花肥，含氮磷钾含量为10:10:10，施加方法与处理3一致；

处理6：0.9XL20组，为考虑肥料减量化的影响，含氮磷钾含量为10:10:10，该处理组施加处理3添加量的90％，即0.9g/kg；

处理7：0.9XL30组，含氮磷钾含量为10:10:10，施加方法与处理6一致；

处理8：0.9XL40组，含氮磷钾含量为10:10:10，施加方法与处理6一致。

肥料施入土壤后，对月季花卉采用相同的管理措施。

实验开始于2020年12月2日，共设置8个处理，每个处理4个重复，分别于实验开始7天，28天，49天测定土壤中的氨氮，硝氮，有效磷含量。每周测定月季的茎粗和株高，并于月季盛花期记录开花数。

从图1可以看出添加秸秆炭基微生物花肥的组别月季的长势均显著大于不施肥和施加市售常规化肥的组别。在秸秆炭基微生物肥的不同处理组中，月季的长势随生物炭添加量的升高而升高。高生物炭添加量组(XL40组)株高比对照组增加11.2％，茎粗比对照组增加32.3％；与市售化肥组相比，株高增加了7.9％，茎粗增加了23.9％。为探讨肥料减量化对月季生长状况的影响，对0.9XL组和XL组的株高和茎粗进行显著性分析，发现P值在0.05水平上均没有显著性差异，说明使用本发明的肥料，当添加量为常规肥料的90％时，对月季的生长状况不会产生显著影响。

肥料能起到促进开花，提升花卉观赏价值的作用。图2显示的是不同施肥处理下月季的开花数量，施肥能显著提升开花数量，施加本发明肥料的处理组月季的开花数每盆平均比施加市售常规化肥组的月季多1～2朵。肥料的减量施加没有对开花数造成显著减少。

图3显示的是不同施肥处理下月季土壤的速效养分含量。从图中可以看到施肥对土壤速效养分的提升效果显著。与市售化肥相比，施加本发明的处理组在施肥49天后土壤中仍保持较高的速效养分，这在速效氮上表现得更为明显，说明本发明能很好地吸附固持养分，肥效更为持久。施加本发明的处理组氨氮减少的速度大于市售化肥组，硝氮含量显著高于市售化肥组，这归因于添加的固氮解磷解钾微生物，这些微生物能促进土壤中硝化细菌群落的建立，使不稳定的氨氮向更为稳定的硝氮形态转化，提高植物对氮肥的吸收利用率。

综上所述，施用本发明制备的秸秆炭基微生物花肥能有效提升土壤养分，促进月季的生长、开花，同时肥效持久，能提升肥料的利用率，且按常规施肥量的90％施肥不会对月季的生长产生明显影响，利于促进肥料的减量化。通过本发明的实施例，期望能对科学施肥，合理施肥，提升花卉品质，促进花卉产业和农业的可持续发展提供科学依据和解决方案。

本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离本发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (10)

1.一种秸秆炭基微生物花肥，其特征在于，所述秸秆炭基微生物花肥的原料包含秸秆生物炭，微生物菌剂，尿素，磷酸二氢钾，氯化钾，凹凸棒土和聚乙烯醇。

2.根据权利要求1所述的秸秆炭基微生物花肥，其特征在于，所述微生物花肥中的组份按质量比为秸秆生物炭：微生物菌剂：尿素：磷酸二氢钾：氯化钾：凹凸棒土：聚乙烯醇＝(20-40)：(3-9)：(18-22)：(15-19)：(5-6)：(3-23)：(3-4)。

3.根据权利要求1所述的秸秆炭基微生物花肥，其特征在于，所述微生物菌剂包括枯草芽孢杆菌，巨大芽孢杆菌，胶质芽孢杆菌。

4.根据权利要求3所述的秸秆炭基微生物花肥，其特征在于，所述枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌在使用中的质量比为(1-3)：(1-3)：(1-3)；所述枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌的有效活菌数分别为：≥1000亿/g，≥100亿/g，≥50亿/g。

5.根据权利要求1所述的秸秆炭基微生物花肥，其特征在于，所述尿素中N元素的含量为46％；所述磷酸二氢钾中以有效成分含量计，P₂O₅含量为52％，K₂O含量为34％；所述氯化钾中以有效成分含量计，K₂O含量为60％；添加的氮磷钾复合肥中，氮元素，五氧化二磷，氧化钾的质量比为(8-10)：(8-10)：(8-10)。

6.一种秸秆炭基微生物花肥的制备方法，其特征在于，所述制备步骤如下：

1)将秸秆粉末在管式炭化炉中400-500℃下限氧炭化2-4小时制备秸秆生物炭，过40目筛；

2)按质量称取尿素，磷酸二氢钾，氯化钾溶解于水中，滴加氢氧化钠溶液调节溶液pH＝7；

3)按质量称取秸秆生物炭和微生物菌剂，加入所述步骤(2)中获得的含氮磷钾的混合溶液中，放入振荡机30-40℃下吸附8-12小时；

4)将所述步骤(3)中最后获得的物料放入烘箱中30℃-50℃烘干24-36小时，使含水率在3％-5％；

5)按质量比称取凹凸棒土和聚乙烯醇，与步骤(4)中烘干后的物料混合均匀；所述凹凸棒土和聚乙烯醇的质量比为(3-23)：(3-4)；

6)将所述步骤(5)中混合均匀后的物料放入圆盘造粒机中造粒，设置转速为50-80r/min，同时喷洒水，使物料的含水率在15％-25％，得到秸秆炭基微生物肥颗粒；

7)将制备好的秸秆炭基微生物肥颗粒在30-50℃下烘干8-10小时，使含水率在3％-5％，过10目筛，即为秸秆炭基微生物花肥。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤2)中，所述尿素、磷酸二氢钾、氯化钾的质量比为(18-22)：(15-19)：(5-6)；和/或，步骤3)中，所述微生物菌剂中，枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌在使用中的质量比为(1-3)：(1-3)：(1-3)。

8.一种根据权利要求6或7所述的方法制备获得的秸秆炭基微生物花肥。

9.一种如权利要求1-5、8之任一项所述的秸秆炭基微生物花肥在花卉种植中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述秸秆炭基微生物花肥以0.9-1g/kg的施加量施加到盆栽花卉中，所述微生物花肥埋在花盆边缘3-5cm深处。

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