CN209584033U - 生物炭粉多层覆膜蔬菜专用缓释肥 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及农业肥料技术领域，具体是一种生物炭粉多层覆膜蔬菜专用缓释肥，包括肥料内核，肥料内核外侧依次包覆有多层生物炭粉包膜层，生物炭粉包膜层包含生物炭粉，由内向外设置的多层生物炭粉包膜层所包含的生物炭粉的粒度逐渐增大。本实用新型采用不同粒径的生物炭粉对肥料进行包覆，由内到外分别为粗到细生物炭粉组成的细密生物炭粉包壳，提高了肥料膜壳强度，控制不同膜层生物炭的孔隙结构和孔径，减缓水分的渗入及养分的流出过程，提高缓释效果，可有效解决我国肥料滥用以及利用率低等问题，也给生物炭的利用提供一个清洁高效的利用方向。

Description

生物炭粉多层覆膜蔬菜专用缓释肥

技术领域

本实用新型涉及农业肥料技术领域，具体是一种生物炭粉多层覆膜蔬菜专用缓释肥。

背景技术

目前，蔬菜种植呈规模化、集约化快速发展，蔬菜种植过程中需要施用大量的化肥。据调查，我国化肥利用率仅有35％-40％，大部分被土壤固定，或者淋溶流失，造成水体、湖泊富营养化等环境问题。而过量化肥的施用，造成蔬菜基地出现严重的土壤板结、酸化、次生盐渍化、养分比例失衡等退化现象，土壤生态遭到严重破坏。

近几年，各国研究者围绕生物炭肥在土壤、作物、环境系统中的作用及其机理等问题进行了诸多探索，证实生物炭能够提高土壤肥力，改善土壤团粒结构，增强土壤保水、保肥性能，吸附和钝化重金属与农残等有害物质，改善土壤微生物菌落结构，其可作为蔬菜生产基地土壤修复剂。以生物炭技术为核心的秸秆炭化还田是衔接农业循环链条首尾两端、实现废弃物生物质资源化高值化利用的重要途径。

研究表明，施用缓释肥可以有效提高肥料利用率，减少过量施肥造成的环境污染、食品污染，保护人们的健康。生物炭对肥料有较好的缓释作用，炭基缓释肥颗粒的抗压强度、龟裂率和耐水性是评价其质量的重要指标。

目前已有将生物炭作为包膜材料制作包膜生物炭基缓释肥，但存在炭基肥易碎、易溶解、缓释效果不理想的问题，尤其是蔬菜种植过程中大量浇水，对炭基肥耐水性要求较高，如果想覆盖蔬菜整个生育期，需要提高肥料的控释能力，目前的炭基缓释肥无法实现良好的肥料控释能力。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种生物炭粉多层覆膜蔬菜专用缓释肥，本实用新型首次采用不同粒径生物炭粉对肥料进行包覆，由内到外分别为粗到细生物炭粉组成的细密生物炭粉包壳，提高了肥料膜壳强度，控制不同膜层生物炭的孔隙结构和孔径，减缓水分的渗入及养分的流出过程，提高缓释效果，减少各种化学添加剂的使用，有效解决我国肥料滥用以及利用率低等问题，也给生物炭的利用提供一个清洁高效的利用方向。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：

一种生物炭粉多层覆膜蔬菜专用缓释肥，包括肥料内核，肥料内核外侧依次包覆有多层生物炭粉包膜层，生物炭粉包膜层包含生物炭粉，由内向外设置的多层生物炭粉包膜层所包含的生物炭粉的粒度逐渐增大。

所述肥料内核包括肥芯，肥芯外侧依据蔬菜种类需养特点包覆一层或多层养分包膜层，肥芯及养分包膜的设置根据蔬菜品种做具体调整。

优选的，所述肥料内核外侧依次包覆有三层生物炭粉包膜层，由内向外的三层生物炭粉包膜层所包含的生物炭粉的粒度分别为100目以上、60-80目、40-60目。

具体的，所述肥料内核外侧依次包覆有三层生物炭粉包膜层，由内向外的三层生物炭粉包膜层所包含的生物炭粉的粒度分别为100目、80目、60目。

所述生物炭粉由农业废弃物热解炭化制成，所述农业废弃物包括玉米芯、花生壳、稻壳、作物秸秆。

本实用新型所达到的有益效果是：

本实用新型与已有技术相比，本发明采用不同粒径的生物炭粉对肥料进行包覆，使得该该生物炭基肥有明显的内外层，内层紧密，外层粗糙，中间存在许多气泡孔隙结构，该结构可以有效减缓水分子深入，其原理是利用水作为水封防止气体进入，气作为气封，防止水分子从炭粉之间缝隙渗入瓦解肥料颗粒。水分子只能从生物炭粉丰富孔隙结构渗入，将肥料养分缓慢溶出。多层不同粒径生物炭包覆形成的新壳层具有更加立体丰富的孔隙结构，颗粒具有超好的耐水性，水中浸泡2个月，颗粒结构保持完好，同时抗压强度以及龟裂率数据均较优。

本实用新型生物炭粉的制备原料为玉米芯、花生壳、稻壳、作物秸秆等农业废弃物，解决了农业废弃物循环利用难得问题，以炭素基质为载体生产炭基缓释肥可有效地克服北方地区早春气候寒冷、地温较低的不利影响，提高田间出苗率，促进作物早生快发；同时生物炭粉本身含有丰富的大量和微量元素，可为蔬菜的生长提供养分。

与同类产品比较，本实用新型基于生物炭载体可有效增加微生物活菌数量，吸附土壤中的重金属、抗生素等有害物质，有效修复土壤，解决土壤板结、酸化、养分失衡、微生物菌落减少等问题，实现化肥减施以及高效、高质、绿色的农业生产。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是生物炭粉多层覆膜蔬菜专用缓释肥的结构示意图；

图2是图1中多层生物炭粉包膜层的结构示意图。

图中：1、肥芯；2、蔬菜中间生长阶段主要肥料层；3、蔬菜育苗阶段主要营养肥料层；4、100目生物炭粉包膜层；5、80目生物炭粉包膜层；6、60目生物炭粉包膜层。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例一：

如图1、图2所示，一种生物炭粉多层覆膜蔬菜专用缓释肥，包括肥料内核，肥料内核外侧依次包覆有多层生物炭粉包膜层，生物炭粉包膜层包含生物炭粉，由内向外设置的多层生物炭粉包膜层所包含的生物炭粉的粒度逐渐增大。

所述肥料内核包括肥芯1，肥芯由尿素颗粒制成。肥芯外侧依次包覆蔬菜中间生长阶段主要肥料层2及蔬菜育苗阶段主要营养肥料层3，具体的，肥芯外侧分别包覆硫酸钾及磷酸铵复合肥包膜层、复合肥包膜层、碳酸氢铵包膜层等多层养分包膜层。

所述肥料内核外侧依次包覆有三层生物炭粉包膜层，由内向外的三层生物炭粉包膜层分别为100目生物炭粉包膜层4、80目生物炭粉包膜层5、60目生物炭粉包膜层6，三层生物炭粉包膜层所包含的生物炭粉的粒度分别为100目、80目、60目。生物炭粉包膜层所包含的生物炭粉由稻壳热解炭化制成。

上述生物炭粉多层覆膜蔬菜专用缓释肥的制备方法，包括以下步骤：

(1)生物炭的制备：

收集稻壳自然风干，粉碎，分别用60目和80目筛网过筛，制备不同粒径稻壳粉，于600℃下利用流化床进行热解制备生物炭，氮气气体流量为2.2m³/h，喂料速率为18 g/min。

(2)粘结剂的制备：

聚乙烯醇海藻酸钠混合粘结剂：配置1000mL 1％的海藻酸钠溶液，60℃水浴加热并不断搅拌使海藻酸钠充分溶解；配置1000mL 1％的聚乙烯醇溶液，60℃水浴加热充分溶解后，倒入配置好的1％海藻酸钠溶液中并充分搅拌使其混合均匀，冷却待用。

(3)肥料内核制备：

首先根据叶菜生长对氮肥需求量较高的特点，选定常用肥料尿素制成肥芯。将尿素肥料筛分，获得直径为2～2.5mm的颗粒作为肥芯。量取500ml肥芯颗粒投入到糖衣机造粒设备中，开动设备，施撒一定量硫酸钾、磷酸铵复合肥，在肥芯表面形成一层均匀的包膜材料，然后喷淋一定量的粘结剂，使肥芯表面形成一层均匀的粘结剂，并防止粘结剂过量导致芯颗粒互相粘结。缓慢撒施一定量复合肥作为包膜材料，直至肥料颗粒表面干燥，转动5min，使肥料表面形成一层致密的包裹层，根据叶菜类该生长阶段时长决定该层包膜养分用量。再喷淋粘结剂以浸润包膜层，再缓慢施撒一定量碳酸氢铵供应叶菜育苗期对氮肥的高度需求，继续转动，重复上述过程多次，直到作物生长第一阶段所需养分包裹完毕，即可得到多养分分阶段释放缓释肥料内核。将生物炭包膜缓释肥料从糖衣机中取出，放入烘干箱中45℃烘干12h后待用。

(4)肥料多层生物炭包膜外壳制备：

将一定量制作好的肥料内核投入糖衣机中，开动设备，先施撒一定量粒度为100目生物炭粉膜壳材料，使肥料内核表面形成一层均匀的包膜材料，然后喷淋一定量的粘结剂，使肥料表面形成一层均匀的粘结剂，并防止粘结剂过量导致肥芯颗粒互相粘结。缓慢撒施一定量的粒度为100目生物炭粉包壳材料，直至肥料颗粒表面干燥，转动一定时间后，喷淋粘结剂以浸润包膜层，再缓慢施撒一定量粒度为80目生物炭粉包膜材料，直至肥料颗粒表面干燥，转动一定时间后，喷淋粘结剂以浸润包膜层再缓慢撒施一定量的粒度为60 目生物炭粉包壳材料，直至肥料颗粒表面干燥，转动一定时间，使肥料表面形成一层致密的包裹层。

(5)包装封存：将生物炭包膜缓释肥料从糖衣机中取出，放入烘干箱中45℃烘干12h 后包装入库。

将本实用新型制备的生物炭粉多层覆膜蔬菜专用缓释肥与其他缓释肥做性能对比试验：

试验一、将本实用新型的生物炭粉多层覆膜蔬菜专用缓释肥分别与其他三组缓释肥做淋溶实验对比分析：

对照组一：缓释肥外侧包覆有一层生物炭粉包膜层，生物炭粉包膜层包含有粒度为100 目生物炭粉；

对照组二：缓释肥外侧包覆有两层生物炭粉包膜层，由内向外的两层生物炭粉包膜层分别包含有粒度为100目、80目的生物炭粉；

对照组三：本实施例的生物炭粉多层覆膜蔬菜专用缓释肥；

对照组四：尿素

1、淋溶装置

淋洗的容器采用塑料制圆管，塑料管外径50mm、内径48mm、长300mm。管底部用两层140目纱网封底并用固定抱箍固定，防止泥土淋出，玻璃管上采用木塞加封口膜密封防止水分蒸发。石英砂洗净105℃烘干12h后过30目筛，冷却后密封于密封袋中待用。土壤采用山东理工大学校园土壤，过10目筛网后105℃烘干12h待冷却后密封于密封袋待用。装好实验台后，向玻璃管中通过漏斗先加入3cm高的石英砂，再加入5cm高的土壤，均匀放入肥料后再放5cm高的土壤，表面再加入3cm高的石英砂。土壤中N含量设计为2g/kg，根据开始计算的肥料含量计算所需肥料用量。

2、实验步骤

实验组培养期间用去离子水保持土壤含水量为60％左右，每次取样添加60mL去离子水，接出淋出液50mL贴签密封保存到冰箱中，取样时间为1d、3d、5d、7d、10d。每次收取淋出液后，盖好橡胶盖保持水分含量。随后利用凯氏定氮法测定淋洗液样品全氮含量。

3、结果分析

实验结果：对照组四的尿素淋出液含氮率随时间迅速减少，在第3天后趋于下降，在第10天有些许上升。对照组一、对照组二和对照组四的淋出液含氮率变化规律基本相似都是迅速下降，但是随后有个缓慢上升过程，且对照组二淋出液含氮率在第3天和第7天较低。而对照组三，即本实用新型的缓释肥一直比较稳定，第一天淋出液含氮率很低，然后缓慢增加，在第十天其淋出液含氮率高于尿素，证明其中尿素的养分是缓慢溶出的。由此可知，由本实用新型生物炭粉多层覆膜蔬菜专用缓释肥的缓释效果较好。

试验二、将本实用新型的生物炭粉多层覆膜蔬菜专用缓释肥做耐水性试验：

对照组一：缓释肥外侧包覆有一层生物炭粉包膜层，生物炭粉包膜层包含有粒度为100 目生物炭粉；

对照组二：缓释肥外侧包覆有两层生物炭粉包膜层，由内向外的两层生物炭粉包膜层分别包含有粒度为100目、80目的生物炭粉；

对照组三：本实施例的生物炭粉多层覆膜蔬菜专用缓释肥；

1、实验步骤

用天平称取30粒肥料样品，放入50mL锥形瓶中，向锥形瓶中加入40mL蒸馏水，观察30天内肥料颗粒溶解率，以研究缓释肥颗粒。于室温下放置30天，检验制得的生物炭基肥是否符合膜壳不溶以达到肥料养分只能通过稻壳生物炭孔隙溶出的缓释机理。

2、结果分析

试验结果如表1所示：

试验处理组	破碎颗粒数(个)
		对照组一	30
对照组二	25
		对照组三	0

表1缓释肥耐水性试验中破碎的数量

根据实验数据可以看出，本实用新型制备的生物炭粉多层覆膜蔬菜专用缓释肥耐水性超强，显著优于对照组一和对照组二的生物炭缓释肥。

试验三、将本实用新型的生物炭粉多层覆膜蔬菜专用缓释肥结构分析图与其他缓释肥做对比：

对照组一：缓释肥外侧包覆有一层生物炭粉包膜层，生物炭粉包膜层包含有粒度为100 目生物炭粉；

对照组二：缓释肥外侧包覆有两层生物炭粉包膜层，由内向外的两层生物炭粉包膜层分别包含有粒度为100目、80目的生物炭粉；

对照组三：本实施例的生物炭粉多层覆膜蔬菜专用缓释肥；

1、实验步骤

将制备好的生物炭缓释肥，用刀片切开，尽量保证切口平整，放入烘干箱，45℃烘干8h后，将肥料样品的完整颗粒样和肥料颗粒剖面样粘在电镜观测载样板上，肥料颗粒剖面向上，用离子溅射仪在观察样品表面喷金(喷涂铬粉)，然后用扫描电镜扫描，观察其不同放大倍数下的图像。

2、结果分析

本实施的生物炭粉多层覆膜蔬菜专用缓释肥切面放大1000倍的结构，随着不同粒径生物炭粉包覆层的增加，本实施例的生物炭粉多层覆膜蔬菜专用缓释肥的切面孔隙结构越来越丰富、规则，而且不同生物炭颗粒之间的空隙越小，这样有利于促进水分沿着生物炭颗粒内部的孔隙结构渗入，维持肥料颗粒立体结构的同时，促使内部养分缓慢溶出，从而起到缓释效果。电镜分析结果与淋溶实验数据及颗粒耐水性结果保持一致，相互验证。

实施例二：

如图1、图2所示，一种生物炭粉多层覆膜蔬菜专用缓释肥，包括肥料内核，肥料内核外侧依次包覆有多层生物炭粉包膜层，生物炭粉包膜层包含生物炭粉，由内向外设置的多层生物炭粉包膜层所包含的生物炭粉的粒度逐渐增大。

所述肥料内核包括肥芯1，肥芯由硫酸铵颗粒制成。肥芯外侧依次包覆蔬菜中间生长阶段主要肥料层2及蔬菜育苗阶段主要营养肥料层3，具体的，肥芯外侧依次包覆有磷酸铵包膜层、硫酸钾包膜层等多层养分包膜层，肥芯及养分包膜的设置根据蔬菜品种做具体调整。

所述肥料内核外侧依次包覆有三层生物炭粉包膜层，由内向外的三层生物炭粉包膜层分别为100目生物炭粉包膜层4、80目生物炭粉包膜层5、60目生物炭粉包膜层6，三层生物炭粉包膜层所包含的生物炭粉的粒度分别为100目、80目、60目。生物炭粉包膜层所包含的生物炭粉由稻壳热解炭化制成。

Claims (5)

1.一种生物炭粉多层覆膜蔬菜专用缓释肥，其特征在于，包括肥料内核，肥料内核外侧依次包覆有多层生物炭粉包膜层，生物炭粉包膜层包含生物炭粉，由内向外设置的多层生物炭粉包膜层所包含的生物炭粉的粒度逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的生物炭粉多层覆膜蔬菜专用缓释肥，其特征在于，所述肥料内核包括肥芯，肥芯外侧包覆一层或多层养分包膜层。

3.根据权利要求1或2所述的生物炭粉多层覆膜蔬菜专用缓释肥，其特征在于，所述肥料内核外侧依次包覆有三层生物炭粉包膜层，由内向外的三层生物炭粉包膜层所包含的生物炭粉的粒度分别为100目以上、60-80目、40-60目。

4.根据权利要求3所述的生物炭粉多层覆膜蔬菜专用缓释肥，其特征在于，所述由内向外的三层生物炭粉包膜层所包含的生物炭粉的粒度分别为100目、80目、60目。

5.根据权利要求3所述的生物炭粉多层覆膜蔬菜专用缓释肥，其特征在于，所述生物炭粉由农业废弃物热解炭化制成。