CN114656307B - 一种多功能生物炭基缓释包膜肥料、制备方法及施用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及肥料技术领域，提出了一种多功能生物炭基缓释包膜肥料，从内到外依次为内核、第一包膜层和第二包膜层，所述内核的原料包括尿素和磷酸二氢钾；所述第一包膜层的原料包括生物炭、沸石、石灰、羧甲基纤维素钠；所述第二包膜层的原料包括黄腐酸钾和微生物菌剂。通过上述技术方案，解决了冀北山区土壤种植植物栽培过程中面临的土壤肥力低下、有机质含量较低等突出问题。

Description

一种多功能生物炭基缓释包膜肥料、制备方法及施用方法

技术领域

本发明涉及肥料技术领域，具体的，涉及一种多功能生物炭基缓释包膜肥料、制备方法及施用方法。

背景技术

冀北山区是我国华北地区重要的金铁矿富集区，由于过度无序的金铁矿勘探、选矿和冶炼等人为活动使大量镉铅等重金属通过大气沉降、矿山排水和降雨等途径进入周边土壤，导致矿区周边农田受到污染。然而，由于周边耕地资源十分紧张、土壤贫瘠，部分居民依然要以此为生，很难采用弃耕修复的措施，急需对耕地土壤进行改良治理，以提高当地主要作物产量和品质。

生物质炭是生物质原料在完全或部分缺氧条件下高温热解后的固体产物，制备原料非常广泛、成本较低。生物炭具有孔隙结构丰富、吸附能力强等特征，国家能源局、环境保护部《关于开展燃煤耦合生物质发电技改试点工作的通知》中指出，鼓励试点项目联产生物炭，并开展炭基肥料还田、活性炭治理修复土壤水体等下游产业利用研究(2017年11月27日)。冀北山区具有丰富的生物质资源，包括秸秆、菌渣、中药渣等，并且生物质炭产业已经初步形成了一定的规模。因此，急需通过针对冀北山区和矿区周边的农田的土壤特征，解决当地主要种植植物在栽培过程中面临的土壤肥力低下、有机质含量较低等突出问题。

一种兼具营养和改良功能的生物炭基肥料(CN202010625109.X)公开了一种兼具营养和改良功能的生物炭基肥料，包括生物炭混料、有机肥发酵混料、附加混料以及辅料，该技术充分利用废料，且能够将有机肥内的功能菌和有机质充分释放，能改良土壤促进被土壤固定养分的释放，营养含量高，能够增加土壤有机质及有益微生物菌群，可以提供农作物生长所需要的基础养分。但是该方案是对生物炭与有机肥料的混合，使用量大，操作不方便。

一种生物质炭基肥料及其制备方法(CN201910276100.X)通过将生物质炭、聚磷酸铵、铵态氮肥以及硝化抑制剂进行组合，并优选了组合比例，能够达到减少氮素淋洗、提高磷利用率的效果。该方案对于重金属的钝化修复效果并未考虑，仅优化了氮磷的利用效率。

一种荷杆生物炭基肥料及其制备方法(CN201611139494.7)以废弃荷杆为原料，制备荷杆生物炭基肥料的方法，可以提高土壤有机质、氮、磷和钾含量，促进作物增产，提高作物品质。该方案主要以荷杆为原料，实现资源化利用，其缓释性能并未充分利用。

发明内容

本发明提出一种多功能生物炭基缓释包膜肥料、制备方法及施用方法，解决了冀北山区土壤种植植物栽培过程中面临的土壤肥力低下、有机质含量较低等突出问题。

本发明的技术方案如下：

一种多功能生物炭基缓释包膜肥料，从内到外依次为内核、第一包膜层和第二包膜层，

所述内核的原料包括尿素和磷酸二氢钾；

所述第一包膜层的原料包括生物炭、沸石、石灰、羧甲基纤维素钠；

所述第二包膜层的原料包括黄腐酸钾和微生物菌剂。

作为进一步的技术方案，按照重量配比包括以下组分：生物炭40-80％、沸石0-20％、石灰0-30％、尿素5-20％、磷酸二氢钾5-20％、羧甲基纤维素钠2-5％、黄腐酸钾1-5％、微生物菌剂1-5％。

作为进一步的技术方案，所述生物炭为玉米秸秆生物炭。

作为进一步的技术方案，所述玉米秸秆生物炭由灰分26.03％、挥发分9.04％、固定碳63.42％、水分1.51％组成。

作为进一步的技术方案，所述微生物菌剂为枯草芽孢杆菌。

本发明还提出一种所述的多功能生物炭基缓释包膜肥料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将尿素、磷酸二氢钾混合后造粒，制成内核；

S2、将生物炭、沸石、石灰混合后对所述内核进行一次包膜；

S3、一次包膜结束后加入黄腐酸钾、微生物菌剂进行二次包膜；

S4、干燥后得到多功能生物炭基缓释包膜肥料。

本发明还提出一种多功能生物炭基缓释包膜肥料的施用方法，加入土壤中的质量为土壤的0.5％-4％。

作为进一步的技术方案，加入土壤中的质量为土壤的2％-3％。

本发明的有益效果为：

1、本发明的缓释包膜肥料是以生物炭为主要原料，与其他组分协同配伍，可以显著改善土壤环境，提高有机质含量，有效降低土壤中镉、铅等重金属的有效态含量，提高土壤肥力，显著作物生长，提高农产品质量。

2、本发明以尿素和磷酸二氢钾制成肥料内核，以羧甲基纤维素钠、生物炭、沸石和石灰作为第一层包膜材料，以黄腐酸钾、微生物菌剂为第二层包膜材料，得到的多功能包膜缓释肥料。二次包膜的形式一方面提高了缓释效果，另一方面，采用黄腐酸钾和微生物菌剂作为第二层包膜材料，协同增效大幅度降低了土壤中有效态铅和镉的含量，并且土壤理化容量显著降低。

3、在冀北山区种植北苍术往往会导致成活率不高的问题，本发明中制备得到的包膜肥料特别适用于北苍术在冀北山区的种植，满足北苍术的生长需求，解决北苍术的重金属含量超标的问题，促进北苍术的光合作用，提供生长活力，提高存活率及产量。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，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他实施例，都涉及本发明保护的范围。

实施例1

一种多功能生物炭基缓释包膜肥料：

配料：55％生物炭、5％沸石、12％石灰、10％尿素、10％磷酸二氢钾、羧甲基纤维素钠3％、黄腐酸钾2％、微生物菌剂3％；

S1、将尿素、磷酸二氢钾混合后造粒，制成内核；

S2、将生物炭、沸石、石灰混合后对内核进行一次包膜后烘干；

S3、一次包膜结束后加入黄腐酸钾、微生物菌剂进行二次包膜，在包膜过程中喷洒水有助于包膜进行；

S4、烘干得到多功能生物炭基缓释包膜肥料。

实施例2

一种多功能生物炭基缓释包膜肥料：

配料：40％生物炭、10％沸石、20％石灰、10％尿素、10％磷酸二氢钾、羧甲基纤维素钠5％、黄腐酸钾3％、微生物菌剂2％，制备方法与实施例1相同。

实施例3

一种多功能生物炭基缓释包膜肥料：

配料：60％生物炭、6％沸石、7％石灰、10％尿素、10％磷酸二氢钾、羧甲基纤维素钠4％、黄腐酸钾1％、微生物菌剂2％，制备方法与实施例1相同。

实施例4

一种多功能生物炭基缓释包膜肥料：

配料：80％生物炭、5％尿素、11％磷酸二氢钾、羧甲基纤维素钠2％、黄腐酸钾1％、微生物菌剂1％，制备方法与实施例1相同。

对比例1

将实施例1中的微生物菌剂替换为等量的黄腐酸钾，制备方法进行相应的替换。

对比例2

将实施例1中的黄腐酸钾替换为等量的微生物菌剂，制备方法进行相应的替换。

对比例3

配料：55％生物炭、10％沸石、12％石灰、10％尿素、10％磷酸二氢钾、羧甲基纤维素钠3％。

S1、将尿素、磷酸二氢钾混合后造粒，制成内核；

S2、将生物炭、沸石、石灰混合后对内核进行包膜后烘干得到多功能生物炭基缓释包膜肥料。

实验例1

选取承德市某污染农田表层土壤，理化性质见表1，于室内阴凉处自然风干，剔除杂物，捣碎研磨后过100目筛，将实施例1分别按照一定添加比例(0.25％，0.5％，1％，2％，4％)与土壤充分混匀，每个处理重复5次，加入一定量的去离子水，使土壤含水量达到田间最大持水量的60％，于室内(20℃以上)通风培养，30天后进行分析测定。培养期间定期补水，使土壤水分维持在田间持水量的60％，试验用水为超纯水。结果如表2显示：

表1土壤基本理化性质

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表2实施例1的肥料在不同添加条件下有效态镉、铅含量

将本发明实施例1中的肥料添加到土壤中，土壤中有效态铅和镉的含量显著降低。而且本发明发现随着添加量增大，能够降低土壤中有效态镉和有效态铅的含量，但是当添加量到达4％时，有效态镉和有效态铅的含量几乎不再变化。

将本发明实施例1-4、对比例1-3中的肥料按照上述实验方法，添加2％至土壤中，对有效态镉含量和有效态铅含量进行测定，结果如表3所示。

表3不同肥料对土壤有效态镉、铅含量的影响

对比例1与实施例1相比，二次包膜时仅仅采用黄腐酸钾，对比例2与实施例1相比，二次包膜时仅仅采用微生物菌剂，对比例3中仅进行一次包膜，土壤中有效态铅和镉含量降低程度与实施例1相比明显降低，只有采用黄腐酸钾和微生物菌剂两者复配时，能够最大程度改善土壤的重金属含量。

实验例2

北苍术作为冀北山区主要的作物，由于野生资源的日益缺乏，加之现有栽培技术对于北苍术质量和产量的影响，针对北苍术及土壤的现状，需要对其肥料进行优化。在此基础上，进行了相应的实验，以实施例1中制备的生物炭包膜缓释肥料为实验材料，以实验例1中的土壤为实验土壤，用于北苍术的栽培，利用盆栽试验研究了不同添加量对于北苍术生长的影响，由于北苍术是多年生植物，以光合作用指标作为衡量其生长主要指标。每个实验设置6个处理，按照0％、0.25％、0.5％、1％、2％、4％的比例与土壤混匀后装入到容量为4kg的花盆中，分别称取0g、10g、20g、40g、80g、160g，选择长势一致的2021年春季育苗的北苍术苗进行移栽。

表3北苍术应用实验

结果表明，随着肥料使用量的增加，土壤理化容重显著降低，光合指标显著改善，但是当施用量达到4％时，叶片光合速率的增加程度也有所降低，且土壤容量也几乎不再降低。因此对于本发明的肥料，在增大用量时，对土壤的改善存在饱和效应。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多功能生物炭基缓释包膜肥料，其特征在于，从内到外依次为内核、第一包膜层和第二包膜层，

所述内核的原料包括尿素和磷酸二氢钾；

所述第一包膜层的原料包括生物炭、沸石、石灰、羧甲基纤维素钠；

所述第二包膜层的原料包括黄腐酸钾和微生物菌剂；

按照重量配比包括以下组分：生物炭40-80%、沸石5-20%、石灰7-30%、尿素5-20%、磷酸二氢钾5-20%、羧甲基纤维素钠2-5%、黄腐酸钾1-5%、微生物菌剂1-5%；

所述微生物菌剂为枯草芽孢杆菌。

2.根据权利要求1所述的多功能生物炭基缓释包膜肥料，其特征在于，所述生物炭为玉米秸秆生物炭。

3.根据权利要求2所述的多功能生物炭基缓释包膜肥料，其特征在于，所述玉米秸秆生物炭由灰分26.03%、挥发分9.04%、固定碳63.42%、水分1.51%组成。

4.根据权利要求1所述的多功能生物炭基缓释包膜肥料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将尿素、磷酸二氢钾混合后造粒，制成内核；

S2、将生物炭、沸石、石灰、羧甲基纤维素钠混合后对所述内核进行一次包膜；

S3、一次包膜结束后加入黄腐酸钾、微生物菌剂进行二次包膜；

S4、干燥后得到多功能生物炭基缓释包膜肥料。