CN100360475C - 一种以活性堆肥为基料的有机-无机复混肥 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以活性堆肥为基料的有机-无机复混肥，它由下述物质加工而成：经过发酵的活性堆肥30—50份，尿素10—30份，磷酸二铵或磷酸一铵10—20份，和氯化钾或硫酸钾15—25份，和无机粘结剂0.6—15份，其中的活性堆肥是由下述方法制得：将农作物秸秆粉碎后，根据秸秆和畜禽粪便的实测含水量和碳、氮的百分含量，按满足C/N为20—35的条件计算出秸秆和畜禽粪便的实际混合比例，然后将二者进行混合，同时调整水分含量为60%，发酵后烘干粉碎。本发明还公开了上述有机-无机复混肥的制备方法。本发明具有明显的环境、社会和经济效益。

Description

一种以活性堆肥为基料的有机-无机复混肥
技术领域
本发明涉及一种有机-无机复混肥，尤其是一种以活性堆肥为基料的有机-无机复混肥，它采用农作物秸秆和畜禽粪便经过发酵腐熟后达到稳定化要求的堆肥为原料，并辅以其它稳定化的有机肥与无机化肥经混合造粒加工而成。
背景技术
中国是一个农业大国，同时也是当今世界最大的化肥生产国和消费国。氮肥、磷肥、钾肥和微量元素肥料等在我国已有很长的应用历史，但长期以来由于化肥结构不合理，虽然单位面积的施肥量已超过世界平均水平1.6倍，但养分利用率却一直很低，例如氮肥的利用率仅为30～50％，远低于世界发达国家的水平，这既浪费资源又对环境造成严重的威胁。随着农业现代化速度的加快，农业生产的日益简化，在我国广大的农村地区产生了大量的秸秆资源。由于没有有效的处理措施，烧荒造成火灾的事故屡有发生，农民有时将秸秆堆积在河道中，这既浪费资源也对排水和泄洪造成潜在的危险。另外畜牧业的发展也产生了大量的粪便污染。由于有机肥中养分含量低，施用量大，往往不能有效地满足作物整个生产季节需求，因此如何提高有机肥中养分含量，减少化肥直接使用造成养分损失就成为技术关键。我们利用快速堆肥化技术将二者有效地结合起来，生产出优质的具有生物活性的堆肥产品，它能有效地提高土壤有机质含量，改善土壤结构。
中国专利92102853.9所生产的粒状有机无机复混肥由于是利用羊圈粪或泥炭、菜籽饼(棉籽饼)等直接作为有机组分，并且这些有机物料没有经过高温堆肥进行无害化和稳定化处理，因此其中所含病原菌和杂草种子及虫卵没有被杀死，也没有达到腐熟、稳定。
在中国专利90104584.5中，采用了城市生活垃圾堆肥作为有机物料的组成部分，由于目前我国城市生活垃圾成分复杂，不仅有机质含量低，而且含有大量杂质，尤其会含有有毒有害物质进入产品。
发明内容
本发明提供了一种既能增加土壤有机质含量，又能满足作物的养分需求，同时还能提高肥料的养分利用率的以活性堆肥和商品化肥为基料的粒状多功能有机-无机复混肥。
本发明的有机-无机复混肥是由下述物质加工而成：
经过发酵的活性堆肥30-50份，其中的活性堆肥是由下述方法制得：将农作物秸秆粉碎后，根据秸秆和畜禽粪便的实测含水量和碳、氮的百分含量，按满足C/N为20～35的条件计算出秸秆和畜禽粪便的实际混合比例，然后将二者进行混合，同时调整水分含量为60％，发酵后烘干粉碎；
尿素10-30份，磷酸二铵或磷酸一铵10-20份，氯化钾或硫酸钾15-25份；和
无机粘结剂0.6-15份。
在上述的有机-无机复混肥中，所述的无机粘结剂优选的是粘土矿物、凹凸棒、膨润土、磷石膏和钙镁磷肥中的一种或多种。
在上述的有机-无机复混肥中，所述的粘土矿物优选的是粘土、白垩土、高岭土、煤泥、苦土、海泡石粉中的一种或多种。
本发明还提供了一种制造有机-无机复混肥的方法，它包括下述步骤：
(1)将农作物秸秆粉碎后，根据秸秆和畜禽粪便的实测含水量和碳、氮的百分含量，按满足C/N为20～35的条件计算出秸秆和畜禽粪便的实际混合比例，然后将二者进行混合，同时调整水分含量为60％，发酵后烘干粉碎，制得活性堆肥；
(2)按照下述比例称取各原料：
步骤(1)制得的活性堆肥(干重)30-50份，
尿素10-30份，磷酸二铵或磷酸一铵10-20份，氯化钾或
硫酸钾15-25份，和
无机粘结剂0.6-1.2份；
(3)按照常规工艺将步骤(2)的原料进行造粒、干燥、分装，即成有机-无机复混肥。
在上述的制造有机-无机复混肥的方法中，所述的无机粘结剂优选的是粘土矿物、凹凸棒、膨润土、磷石膏和钙镁磷肥中的一种或多种。
在上述的制造有机-无机复混肥的方法中，所述的粘土矿物优选的是粘土、白垩土、高岭土、煤泥、苦土、海泡石粉中的一种或多种。
本发明的复混肥可根据不同作物的养分需求、肥料使用的地区土壤肥力差异来调整所用尿素、磷酸一铵(或磷酸二铵)、氯化钾(或硫酸钾)的比例和加入量，调整的依据是目标作物的种类、产量以及土壤肥力状况。例如，要配制西红柿专用复混肥，首先根据每亩的计划产量及其需要的氮、磷、钾比例，再考虑所施用土壤的当年能提供的氮磷钾数量，最后确定肥料的氮磷钾配方。根据经济条件因地制宜选择适用的造粒粘结剂，可供选择的粘结剂主要有无机和有机两类。无机粘结剂主要有粘土矿物(包括粘土、白垩土、高岭土、煤泥、苦土、海泡石粉等)、凹凸棒、膨润土、磷石膏和钙镁磷肥等；有机粘结剂种类较少，目前供选择的主要有酰胺类和淀粉合成的高分子化合物。利用圆盘造粒机和滚筒造粒机生产出不同作物的专用有机-无机复混肥。为保证产品的质量，所用的尿素含氮量为46％，磷酸二铵中纯养分(N+P2O5)含量为57％以上(或磷酸一铵纯养分(N+P2O5)含量为50％以上)，氯化钾中K2O含量为60％以上或硫酸钾中K2O含量为50％以上；粘结剂的加入量(以无机粘结剂凹凸棒为例，干重)＜15％。微肥种类可根据需要选择性添加。
本发明所用的腐熟堆肥含有大量的腐殖酸类物质和大量的有益微生物，它们可以活化土壤，增加土壤有机质。我们根据作物对养分的需求规律进行养分配比和造粒。从时间上达到满足不同作物生长阶段需肥要求，即通过造粒实现缓慢释放养分的目的。从横向来说，同时能满足作物对大、中和微量养分的需要，从而实现作物对养分需求的满足。有机肥本身的养分含量有比较低，无法满足作物整个生育期对养分的需求，所以可以用无机化肥补足有机肥所不能提供的养分以满足作物对养分的需求。通过专用粘结剂将它们制成颗粒有机无机复混肥，从而实现了养分的缓慢释放，进而提高了肥料的利用效率。为了解决不同作物对养分需求的不同，通过对不同作物整个生育期内各种养分的需求量的研究，按照作物的养分需要量对其无机组分进行合理配比，使其符合作物的养分需求，另外，再根据肥料的利用效率补足不足的养分，最终就实现了对作物需求养分量的满足。
与中国专利92102853.9相比，由于本发明将堆肥原料中的有机组分转化为腐殖酸，而腐殖酸能通过络合、吸附和形成保护膜来有效地提高氮素、磷素和钾素的养分利用率，特别是极大地保持了磷的有效性。除此以外，经过高温好氧发酵后，再堆肥中存在大量的有益微生物，可显著促进植物对各种养分的吸收和利用，同时也可有效地保持生态环境，防止自然生态的破坏。
与中国专利90104584.5相比，本发明能有效地预防有毒有害物质进入食物链。
本发明所用的有机物料是利用农业生产的副产品作物秸秆和畜禽粪便进行联合高温发酵后的腐熟的堆肥。本发明所生产的产品可用于有机食品的生产，具有比较广阔的市场。
本发明还具有明显的环境、社会和经济效益：首先为农业废弃物找到了较好的出路，解决了资源浪费问题，防止了环境污染；其次可以促进我国肥料结构的改变，简化农业生产操作过程，提高资源的利用效率；另外，还能促进农村经济繁荣，增加农民收入，防止农村的生态环境破坏。由于本发明所采用的有机物为农牧业废弃物，不含对作物生长和人畜健康有害的物质，而且经堆肥化处理后，不但能杀灭其中的有害病菌和杂草种子及虫卵，而且增加了有利于作物生长的有益微生物，促进营养成分保持较高的有效性，从而有利作物的吸收利用。
具体实施方式
下面的实施例将对本发明作进一步的解释，但是本发明并不仅仅局限于这些实施例，这些实施例不以任何方式限制本发明的范围。本领域的技术人员在权利要求的范围内所做出的某些改变和调整也应认为属于本发明的范围。
实施例1-4制备活性堆肥
将农作物秸秆粉碎成2-5cm长的小段，实际测得秸秆和畜禽粪便的含水量和碳、氮的百分含量(如表1-4所示)，按满足C/N为20～35的条件计算出秸秆和畜禽粪便的实际混合比例(如表1-4所示)，然后将二者进行混合，同时调整水分含量为60％。当最终C/N较低，造成混合物料水分含量超过60％时(见表1)，可以在后续高温堆肥工序中，通过适当增加翻堆次数等措施将水分降低，不影响堆肥效果。再采用现代化的高温堆肥技术，经一次发酵(温度在55℃以上持续3天以上，总时间10天左右)和适当二次发酵(温度在常温范围内，10天左右)获得的半腐熟堆肥(主要指已完全杀灭病原菌和杂草种子，同时有一定的腐殖质化)，经烘干粉碎备用。
表1实施例1的秸秆和畜禽粪便参数及混合参数
实施例1   秸秆   畜禽粪便
  含水量(％)   含碳量(％)   含氮量(％)   含水量(％)   含碳量(％)   含氮量(％)
实测值   15   43   0.73   75   38.2   3.03
混合比例(湿重，t)   1   4.26
最终C/N   20
需要补充水分(t)   0
混合物料水分含量(％)   69
表2实施例2的秸秆和畜禽粪便参数及混合参数
    实施例2     秸秆     畜禽粪便
含水量(％)   含碳量(％)   含氮量(％)   含水量(％)   含碳量(％)   含氮量(％)
实测值 15   43   0.73   75   38.2   3.03
混合比例(湿重，t) 1   2.26
最终C/N 25
需要补充水分(t) 0.278
混合物料水分含量(％) 60
表3实施例3的秸秆和畜禽粪便参数及混合参数
实施例3   秸秆   畜禽粪便
  含水量(％)   含碳量(％)   含氮量(％)   含水量(％)   含碳量(％)   含氮量(％)
实测值   15   43   0.73   75   38.2   3.03
混合比例(湿重，t)   1   1.35
最终C/N   30
需要补充水分(t)   0.62
混合物料水分含量(％)   60
表4实施例4的秸秆和畜禽粪便参数及混合参数
实施例4   秸秆   畜禽粪便
  含水量(％)   含碳量(％)   含氮量(％)   含水量(％)   含碳量(％)   含氮量(％)
实测值   15   43   0.73   75   38.2   3.03
混合比例(湿重，t)   1   0.88
最终C/N   35
需要补充水分(t)   0.80
混合物料水分含量(％)   60
实施例5制备有机-无机复混肥
称取下列各原料组份(重量份)：实施例1制备的堆肥(干重)50kg、无机化肥50kg(其中尿素20kg、磷酸二铵10kg和氯化钾20kg)，粘结剂(含粘土、凹凸棒)1.0kg；将上述堆肥、无机化肥原料混匀后加入到圆盘造粒机中，同时加入粘结剂进行造粒，经干燥，包装后即为成品。
实施例6制备有机-无机复混肥
称取下列各原料组份(重量份)：实施例1制备的堆肥(干重)40kg、无机化肥60kg(其中尿素25kg、磷酸二铵15kg和氯化钾20kg)，粘结剂(含白垩土、凹凸棒、膨润土)0.8kg；将上述堆肥、无机化肥原料混匀后加入到圆盘造粒机中，同时加入粘结剂进行造粒，经干燥，包装后即为成品。
实施例7制备有机-无机复混肥
称取下列各原料组份(重量份)：实施例2制备的堆肥(干重)50kg、无机化肥40kg(其中尿素15kg、磷酸二铵10kg和氯化钾15kg)，粘结剂(含高岭土、磷石膏和钙镁磷肥)1.2kg；将上述堆肥、无机化肥原料混匀后加入到转鼓造粒机中，同时加入粘结剂进行造粒，经干燥，包装后即为成品。
实施例8制备有机-无机复混肥
称取下列各原料组份(重量份)：实施例2制备的堆肥(干重)30kg、无机化肥55kg(其中尿素10kg、磷酸二铵20kg和硫酸钾25kg)，粘结剂(含煤泥、苦土、膨润土和钙镁磷肥)0.6kg；将上述堆肥、无机化肥原料混匀后加入到转鼓造粒机中，同时加入粘结剂进行造粒，经干燥，包装后即为成品。
实施例9制备有机-无机复混肥
称取下列各原料组份(重量份)：实施例3制备的堆肥(干重)35kg、无机化肥55kg(其中尿素30kg、磷酸一铵10kg和硫酸钾15kg)，粘结剂(含粘土、煤泥、凹凸棒)1.2kg；将上述堆肥、无机化肥原料混匀后加入到圆盘造粒机中，同时加入粘结剂进行造粒，经干燥，包装后即为成品。
实施例10制备有机-无机复混肥
称取下列各原料组份(重量份)：实施例3制备的堆肥(干重)45kg、无机化肥45kg(其中尿素10kg、磷酸-铵15kg和硫酸钾20kg)，粘结剂(含白垩土、苦土、膨润土和钙镁磷肥)1.0kg；将上述堆肥、无机化肥原料混匀后加入到转鼓造粒机中，同时加入粘结剂进行造粒，经干燥，包装后即为成品。
实施例11制备有机-无机复混肥
称取下列各原料组份(重量份)：实施例4制备的堆肥(干重)45kg、无机化肥75kg(其中尿素30kg、磷酸一铵20kg和氯化钾25kg)，粘结剂(含膨润土)0.8kg；将上述堆肥、无机化肥原料混匀后加入到圆盘造粒机中，同时加入粘结剂进行造粒，经干燥，包装后即为成品。
实施例12水稻生物效应实验
实验在中国农业大学资源和环境学院科学园温室中用容积为26×30cm的瓷盆进行。供试土壤为低肥力草甸褐土，土壤理化性质如表5所示。共设使用本发明的有机-无机复混肥、使用普通化肥和不施肥对照对照组3个处理组，具体处理方法见表6，每个处理重复3次。
表5供试土壤的理化性质
项目     有机质(％)     全氮(％)   碱解氮(mg/kg)     速效磷(mg/kg)     速效钾(mg/kg)     pH
含量     1.181     0.0528   54.5     12.7     184.2     8.26
表6水稻施肥方案(g/盆)
   种类     CK     本发明复混肥   普通化肥
基肥     有机肥     0     13.32   0
    (NH<sub>4</sub>)<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>     0     0   2.85
    CaH<sub>4</sub>(PO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>     0     0   2.35
    KCl     0     0   1.67
   追肥(NH<sub>4</sub>)<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>     分蘖肥     0     1.90   1.90
    穗肥     0     0.95   0.95
水稻产量及水稻的穗粒数、千粒重结果见表7。从表7中可以看出，施用本发明的颗粒有机-无机复混肥处理与同营养比例的化肥相比，水稻产量、株高均比较高。从产量的影响要素可以看出，使水稻增产的主要因素是由于使水稻的千粒重和穗粒数增加。
表7不同施肥处理对水稻产量及构成因素的影响
处理 穗粒数(个)  株高(cm)  千粒重(g)  产量(g/盆)
CK 80.4  68.6  24.3  21.9
普通化肥 85.3  95.0  25.8  84.2
本发明复混肥 88.3  95.7  29.8  100.4
实例13油菜生物效应实验
实验在中国农业大学科技园实验田进行，每个微区面积为0.65m2，分别设置本发明复混肥、普通化肥及不施肥对照处理，每个处理重复3次。油菜品种为五月幔，采用撒播方法。具体方案如表8所示。
表8油菜施肥方案(g/区)
  施肥种类     CK   本发明复混肥     普通化肥
    种类     数量
  基肥     0   40.2     (NH<sub>4</sub>)<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>     3.57
    CaH<sub>4</sub>(PO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>     7.50
    KCl     5.50
  追肥3～4片叶     0   0     (NH<sub>4</sub>)<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>     3.57
    CaH<sub>4</sub>(PO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>     0
    KCl     0
不同施肥处理对油菜产量的影响见表9示，各施肥处理的油菜均比对照处理增产，其增产幅度顺序为本发明复混肥＞化肥＞CK，高温堆肥与化肥制成颗粒肥后其保肥能力增强，使油菜产量较高。
表9不同施肥处理对油菜产量的影响
项目 CK 化肥 本发明复混肥
平均单株重(g) 12.9 16.7 36.8
小区产量(g/区) 322.3 416.0 919.3
较CK(±％) 0 22.60  64.97
另外，硝酸盐含量是反映蔬菜卫生品质的重要的指标。从表10结果看出，施用化肥处理的硝酸盐含量最高。而施用本发明复混肥油菜体内硝酸盐含量较对照低27.36％，比化肥低36.73％，说明采用本发明复混肥可以明显减轻油菜体内硝酸盐含量。
表10不同施肥处理对油菜NO3-N含量的影响
    项目     CK     化肥     本发明复混肥
    NO<sub>3</sub>-N含量(mg.kg<sup>-1</sup>)     1660.9     1907.2     1206.4
    较CK(±％)     0     14.83     -27.36
    较化肥±％     -12.9     0     -36.73
从表11可以看出，施用含有机质的颗粒复混肥料对土壤含水量有一定的提高，具有提高土壤保水能力。同时施用本发明复混肥均较不施肥对照和使用普通化肥处理，在提高土壤有机质和养分方面有较好的效果。
表11不同施肥处理对土壤肥力指标的影响
项目 CK  化肥  本发明复混肥
含水量(％) 16.17  17.31  17.84
全N 含量(％) 0.0816  0.0658  0.0584
较CK±％ 0  -24.01  -39.73
速效N 含量(mg/kg) 76.55  20.75  22.35
较CK±％ 0  -268.92  -242.51
速效P 含量(mg/kg) 6.62  8.52  8.07
较CK±％ 0  22.30  17.97
速效K 含量(mg/kg) 90  100.9  92.26
较CK±％ 0  10.80  2.45
有机质 含量(％) 1.422  1.453  2.019
较CK±％ 0  2.13  29.57
实例14环境效应实验
本实施例用土柱淋洗试验研究了本发明复混肥对地下水硝态氮含量的影响。
设置包括氮、磷、钾养分比例一致的普通化肥、本发明复混肥和不施肥三个处理，每个处理重复三次，比较它们在淹水条件下对地下水硝酸盐含量的影响的差异。本实验是在内径为8cm，长度为120cm的硬质塑料管中进行。塑料管底部为多孔板，内铺滤纸并装填5cm厚的细砂，以利滤水和防止土壤随水排出，其上再装填80cm过筛(孔径为1cm)的耕层土壤，表层20cm装填已分别混入普通化肥、本发明复混肥的耕层土壤，其施肥量见表12。每天白天8小时连续灌水，夜里12小时停灌，以模拟水稻栽培淹水时的环境条件。每日取样测定出水硝酸盐含量。灌溉水为中国农大深井水，其硝酸盐含量为0.25mg/l。
表12不同处理方案(克/土柱)
处理 对照 普通化肥 本发明复混肥
(NH<sub>4</sub>)<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> 0 1.311 0
CaH<sub>4</sub>(PO4)<sub>2</sub> 0 0.956 0
KCl 0 0.306 0
本发明复混肥 0 0 4.08
表13为不同施肥处理淹水条件下1米深土层出水硝态氮含量状况。化肥氮素释放快，出水硝态氮含量高。而本发明复混肥释放氮素慢，在施肥后第三、四天达到最大值，以后逐渐下降。说明复混肥有迟滞或阻止硝态氮向下淋失的作用，其对地下水污染作用最小。
表13不同施肥处理淹水条件下1米土层出水硝态氮含量(mg/l)
处理 CK 普通化肥 本发明复混肥
含量 较CK±％ 含量 较CK±％
第一天 298.0 331.0 11.1 308.01 3.36
第二天 7.67 17.17 123.9 13.46 86.4
第三天 0.393 0.417 5.30 0.502 26.8
第四天 0.416 0.418 0.480 1.014 143.8
第五天 0.382 0.387 1.31 0.484 26.7

Claims (6)

1.一种有机-无机复混肥，其特征在于，它是由下述物质加工而成：
经过发酵的活性堆肥30-50份，其中的活性堆肥是由下述方法制得：将农作物秸秆粉碎后，根据秸秆和畜禽粪便的实测含水量和碳、氮的百分含量，按满足C/N为20～35的条件计算出秸秆和畜禽粪便的实际混合比例，然后将二者进行混合，同时调整水分含量为60％，发酵后烘干粉碎；
尿素10-30份，磷酸二铵或磷酸一铵10-20份，氯化钾或硫酸钾15-25份；和
无机粘结剂0.6-15份。
2.根据权利要求1所述的有机-无机复混肥，其特征在于，所述的无机粘结剂是粘土矿物、凹凸棒、膨润土、磷石膏和钙镁磷肥中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的有机-无机复混肥，其特征在于，所述的粘土矿物是粘土、白垩土、高岭土、煤泥、苦土、海泡石粉中的一种或多种。
4.一种制造有机-无机复混肥的方法，其特征在于，它包括下述步骤：
(1)将农作物秸秆粉碎后，根据秸秆和畜禽粪便的实测含水量和碳、氮的百分含量，按满足C/N为20～35的条件计算出秸秆和畜禽粪便的实际混合比例，然后将二者进行混合，同时调整水分含量为60％，发酵后烘干粉碎，制得活性堆肥；
(2)按照下述比例称取各原料：
步骤(1)制得的活性堆肥(干重)30-50份，
尿素10-30份，磷酸二铵或磷酸一铵10-20份，氯化钾或硫酸钾15-25份，和
无机粘结剂0.6-1.2份；
(3)按照常规工艺将步骤(2)的原料进行造粒、干燥、分装，即成有机-无机复混肥。
5.根据权利要求4的制造有机-无机复混肥的方法，其特征在于，所述的无机粘结剂是粘土矿物、凹凸棒、膨润土、磷石膏和钙镁磷肥中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的制造有机-无机复混肥的方法，其特征在于，所述的粘土矿物是粘土、白垩土、高岭土、煤泥、苦土、海泡石粉中的一种或多种。
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