CN116496133A - 一种保水保肥生物肥料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种保水保肥生物肥料及其制备方法，属于缓释复混肥料技术领域。所述保水保肥生物肥料的原料按质量份数计，包括：麦麸15‑25份、稻壳20‑35份、豆荚壳5‑10份、动物粪便15‑35份、腐殖酸4‑6份、保水剂5‑10份、氯化钾1‑3份、固氮菌0.5‑2份和黑曲霉1‑3份。本发明的大部分原料皆为固废材料，并且制备的保水保肥生物肥料具有很好的环境友好程度，也不会造成土壤板结等问题，更符合生态农业的理念，具有很高的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及缓释复混肥料技术领域，特别涉及一种保水保肥生物肥料及其制备方法。
背景技术
近年来，随着粮食需求量的越来越大，对化肥的需求也与日俱增。而传统化学肥料由于肥效短、污染大、易残留等问题的影响，已阻碍了农业经济的可持续发展，正在逐渐被有机肥料和复混肥料所代替。有机肥，主要是指经生物物质、动植物废弃物、植物残体加工而来并施于土壤以提供植物营养为主要功能的含碳物料。而有机肥由于其成分复杂、可控性差的特点，还有很大的研发改进空间。
目前，由于磷矿石资源有限、相关原辅材料涨价及环保要求的提高，磷酸氢钙等传统磷肥的生产成本已增长明显，选择一种替代物来替换传统的无机磷肥已显得尤为重要。这其中，用植物残体、动物粪便等有机肥作为替代磷肥的方案获得了本领域较广泛的关注。但有机磷肥依旧面临着肥力不足的问题；以动物粪便为例，其中大概有30％的磷元素是以有机磷形式存在的，极难被分解以被作物吸收，生物可利用率低；而且动物粪便中的N元素也多以尿酸形式存在，不能直接被作物吸收利用，还对作物根系生长有害，如不加以控制反而会污染土壤。
因此，如何制备一款能有效促进农作物快速生长、增产增活的有机肥料，对于推动肥料工业和无公害农业的发展意义重大。
发明内容
本发明的目的在于，提供了一种保水保肥生物肥料及其制备方法。本发明的大部分原料皆为固废材料，并且制备的保水保肥生物肥料具有很好的环境友好程度，也不会造成土壤板结等问题，更符合生态农业的理念，具有很高的应用价值。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明技术方案之一：提供一种保水保肥生物肥料，原料按质量份数计，包括：麦麸15-25份、稻壳20-35份、豆荚壳5-10份、动物粪便15-35份、腐殖酸4-6份、保水剂5-10份、氯化钾1-3份、固氮菌0.5-2份和黑曲霉1-3份。
优选地，所述固氮菌为枯草芽孢杆菌。
优选地，所述豆荚壳为黄豆荚壳。
植酸(Phytic acid)，又称肌醇六磷酸，是植物中磷的主要贮存形式。在谷物、豆类、油料等作物的籽实中，磷的基本储存形式是植酸磷，其含量高达种子干重的1％～3％，约占植物中总磷的60％～80％。发明人经研究发现，黄豆荚壳相比于黄豆具有更高的植酸含量；因此本发明以黄豆荚壳作为保水保肥生物肥料的原料，可以提供更高的磷元素占比。
优选地，所述动物粪便为单胃动物的粪便。这主要是因为反刍动物的瘤胃内微生物种类和含量更丰富，能合成包括植酸酶在内的多种消化酶，而单胃动物在此方面的能力相对偏弱，会有更多的植酸以粪便形式排出；因此单胃动物的粪便中具有更高的有机质含量，更适合作为肥料的缓释成分。
优选地，所述保水剂为生物炭。
本发明优选生物炭为保水剂，一方面是利用生物炭优异的保水保肥性能，另一方面是为了平衡肥料体系的C/N比。
本发明技术方案之二：提供一种上述保水保肥生物肥料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将除固氮菌和黑曲霉以外的组分混合，粉碎，灭菌，得到预处理物；
(2)将预处理物与固氮菌和黑曲霉混合，堆肥，造粒，得到所述保水保肥生物肥料。
优选地，步骤(1)中所述粉碎为粉碎至过60-100目筛。
优选地，步骤(2)中所述堆肥的温度为20-55℃，时间为2-5天。
本发明选用的堆肥最高温度为55℃，虽然更高的温度更有利于尿酸等有害成分的分解，但黑曲霉分泌的植酸酶是一种温度敏感类成分，过高的温度变化不利于植酸酶发挥其作用；因此，本发明基于肥力的考虑，将堆肥的温度限定为了20-55℃。
优选地，步骤(2)中所述堆肥结束后，还包含烘干操作，所述烘干的温度为45-60℃，烘干后的含水量≤20％。
本发明的有益技术效果如下：
本发明选用黑曲霉(Aspergillus sp.)为原料的主要原因是利用其分泌的代谢产物植酸酶。黑曲霉分泌的植酸酶可以吸附土壤中的矿物质成分(铁钙锌镁硒等)，为植物生长提供有利环境。植酸酶可以将植酸催化水解为能被植物直接利用的成分，可源源不断地为植被提供磷元素，缓释效果优异，可刺激作物快速生长发育。而且经本发明研究发现，黑曲霉与枯草芽孢杆菌有很好的协同增效作用，能提高枯草芽孢杆菌的存活率。并且相比于其他能分泌植酸酶的微生物种类，黑曲霉更适合本发明的肥料体系，肥效更高。
本发明的大部分原料皆为固废材料，并且制备的保水保肥生物肥料具有很好的环境友好程度，也不会造成土壤板结等问题，更符合生态农业的理念，具有很高的应用价值。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。
另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。
关于本发明中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明以下各实施例及对比例中所用生物炭由玉米秸秆在600℃的高温炭化炉中密闭焖烧获得，含水量≤5％。
本发明以下各实施例及对比例中所用各原料均为市售产品。
本发明中各原料的纯度要求见下表：
表1原料纯度要求
| 品名 | 纯度要求 |
| 猪粪 | 有机质≥13％，P2O5≥0.5％，含水量≤15％ |
| 黄豆荚壳 | 植酸≥2.7％ |
| 氯化钾 | K2O≥51％ |
| 黑曲霉 | 0.5-1.0×105cfu/g |
| 枯草芽孢杆菌 | 约5.4×108cfu/g |
实施例1
按质量份数计，保水保肥生物肥料的各成分含量为：
麦麸25份、稻壳35份、黄豆荚壳10份、猪粪15份、腐殖酸4份、生物炭5份、氯化钾1份、枯草芽孢杆菌0.5份、黑曲霉1份。
具体制备步骤如下：
(1)将除固氮菌和黑曲霉以外的组分混合，粉碎至过60目筛，150℃高温灭菌30min，得到预处理物；
(2)将预处理物与固氮菌和黑曲霉混合，开放环境中堆肥5天，期间通过翻堆控制堆肥温度不超过55℃，然后倒入辊挤压造粒机中迅速造粒，再在50℃烘干至含水量为≤20％，得到保水保肥生物肥料。
实施例2
按质量份数计，保水保肥生物肥料的各成分含量为：
麦麸15份、稻壳20份、黄豆荚壳5份、猪粪35份、腐殖酸6份、生物炭10份、氯化钾3份、枯草芽孢杆菌2份、黑曲霉3份。
具体制备步骤如下：
(1)将除固氮菌和黑曲霉以外的组分混合，粉碎至过100目筛，150℃高温灭菌30min，得到预处理物；
(2)将预处理物与固氮菌和黑曲霉混合，开放环境中堆肥2天，期间通过翻堆控制堆肥温度不超过45℃，然后倒入辊挤压造粒机中迅速造粒，再在60℃烘干至含水量为≤20％，得到保水保肥生物肥料。
实施例3
按质量份数计，保水保肥生物肥料的各成分含量为：
麦麸25份、稻壳30份、黄豆荚壳10份、猪粪30份、腐殖酸4份、生物炭9份、氯化钾3份、枯草芽孢杆菌1份、黑曲霉3份。
制备步骤与实施例1相同，得到保水保肥生物肥料。
对比例1
与实施例3的区别仅在于，将黑曲霉替换为等质量的购自上海晅科生物科技有限公司的米曲霉ACCC30163冻干粉。
对比例2
与实施例3的区别仅在于，将生物炭替换为等质量的分析纯的聚丙烯酰胺。
对比例3
与实施例3的区别仅在于，将猪粪替换为等质量的同产地的牛粪。
对比例4
与实施例3的区别仅在于，省略氯化钾的加入并补充等质量的稻壳。
对比例5
按质量份数计，保水保肥生物肥料的各成分含量为：
麦麸25份、稻壳30份、黄豆荚壳10份、猪粪30份、腐殖酸4份、生物炭9份、氯化钾3份、枯草芽孢杆菌1份、黑曲霉3份。
具体制备步骤如下：
(1)将除固氮菌和黑曲霉以外的组分混合，粉碎至过60目筛，150℃高温灭菌30min，得到预处理物；
(2)将预处理物与固氮菌和黑曲霉混合，开放环境中堆肥5天，期间，待堆肥温度自然上升到55℃后，通过翻堆控制堆肥温度为55-60℃；然后倒入辊挤压造粒机中迅速造粒，再在50℃烘干至含水量为≤20％，得到保水保肥生物肥料。
效果验证
(1)为验证制得的生物肥料的肥效，本发明对实施例1-3及对比例1-5制得的肥料进行了施肥试验，并与不施肥(CK)以及施用常规复合肥(氮磷钾占比25:13:9)做对比，工艺步骤如下：
测试地点选在云南省德宏州陇川县附近，以丽薯6号作为马铃薯种子进行种植。播种方式为垄作，垄上马铃薯行距20cm，株距15cm，播深10cm。施肥方式为播种时一次性基施，撒施深翻，施入量为0.15kg/m2。测试结果如表2所示。
表2肥效测试结果
| 株高(cm) | 产量(kg/m2) | 增产率(％) | |
| CK | 62.5 | 2.80 | / |
| 实施例1 | 80.2 | 3.90 | 39.3 |
| 实施例2 | 77.1 | 3.86 | 37.9 |
| 实施例3 | 83.4 | 4.02 | 43.6 |
| 对比例1 | 81.9 | 3.84 | 37.1 |
| 对比例2 | 79.6 | 3.73 | 33.2 |
| 对比例3 | 74.5 | 3.64 | 30.0 |
| 对比例4 | 72.6 | 3.59 | 28.2 |
| 对比例5 | 69.5 | 3.57 | 23.9 |
| 常规复合肥 | 75.9 | 3.81 | 36.1 |
注：
从表2中数据可以看出，本发明提供的保水保肥生物肥料能够明显增加马铃薯的产量。由实施例3与对比例1的对比可知，本发明选用的黑曲霉比米曲霉更高的增产率，这可能是因为黑曲霉更适合本发明的肥料体系，相比于米曲霉能更好的分泌植酸酶等有益成分。
由实施例3与对比例3的对比可知，本发明选用猪粪为原料的方案取得了远高于牛粪方案的增产率，进一步证实了单胃动物粪便相比于反刍动物粪便更适合作为本发明肥料体系的动物粪便来源。
由实施例3与对比例4的对比可知，在仅省略氯化钾的加入并补充等质量的稻壳的情况下，土豆增产率立刻从39.3％下降为了28.2％，说明氯化钾对于本发明的肥料方案相当重要；这主要是因为，氯化钾提供的钾元素既能够促进作物生长，又能够提高植酸酶的活力，而且还能使粪便中的尿酸分解为氮元素，是提升肥力的关键因素。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种保水保肥生物肥料，其特征在于，原料按质量份数计，包括：麦麸15-25份、稻壳20-35份、豆荚壳5-10份、动物粪便15-35份、腐殖酸4-6份、保水剂5-10份、氯化钾1-3份、固氮菌0.5-2份和黑曲霉1-3份。
2.根据权利要求1所述的保水保肥生物肥料，其特征在于，所述固氮菌为枯草芽孢杆菌。
3.根据权利要求1所述的保水保肥生物肥料，其特征在于，所述豆荚壳为黄豆荚壳。
4.根据权利要求1所述的保水保肥生物肥料，其特征在于，所述动物粪便为单胃动物的粪便。
5.根据权利要求1所述的保水保肥生物肥料，其特征在于，所述保水剂为生物炭。
6.一种权利要求1-5任一项所述保水保肥生物肥料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将除固氮菌和黑曲霉以外的组分混合，粉碎，灭菌，得到预处理物；
(2)将预处理物与固氮菌和黑曲霉混合，堆肥，造粒，得到所述保水保肥生物肥料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述粉碎为粉碎至过60-100目筛。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述堆肥的温度为20-55℃，时间为2-5天。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述堆肥结束后，还包含烘干操作，所述烘干的温度为45-60℃，烘干后的含水量≤20％。
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