CN106916007A

CN106916007A - 一种生物炭基玉米专用长效复合肥及制备方法

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Publication number: CN106916007A
Application number: CN201510997152.8A
Authority: CN
Inventors: 张玉兰; 王俊宇; 张广娜; 武志杰; 陈利军
Original assignee: Institute of Applied Ecology of CAS
Current assignee: Institute of Applied Ecology of CAS
Priority date: 2015-12-28
Filing date: 2015-12-28
Publication date: 2017-07-04

Abstract

本发明涉及生物炭肥料的技术领域，是一种能减少氮、磷肥损失，提高氮素、磷素利用率、延长氮肥肥效期、满足玉米生长期全阶段氮肥需要、且具有抗旱保墒、提升土壤pH、改良酸性土壤的功能，具体是一种涉及生物炭基玉米专用长效复合肥的制备方法。其特征在于该复合肥是由玉米秸秆生物炭：化学肥料：麦饭石：粘结剂按重量比组成(干基)，该复合肥元素比例符合玉米生长需求，能延长肥效、调理植物生长、提高作物产量和质量。本发明生物炭基玉米专用长效复合肥生产工艺简单易行、投资小、见效快、农业产量高、成本低，适用于玉米作为底肥施用，可广泛地应用在各类非碱性土壤中，尤其是酸性土壤中，具有广阔的市场前景和良好的社会效益及经济效益。

Description

一种生物炭基玉米专用长效复合肥及制备方法

技术领域

本发明属于肥料技术领域，特别涉及一种生物炭基玉米专用长效复合肥及其制备方法。

背景技术

传统化学肥料的氮肥由于挥发、淋失和土壤固定等因素的影响，利用率一直不高，氮肥当季利用率只有30％～40％，磷肥当季利用率只有10％～20％左右；微量元素利用率更低，且施入当季难以充分发挥作用。肥料利用率不高，不但影响农作物增产增质，降低经济效益，还可能引起一系列的生态环境问题。通过工业途径，生产一高利用率、高环境安全性为特征的生物炭复合肥，对于推动我国肥料工业和无公害农业的发展意义重大。

农村地区秸秆资源丰富，处理方式不一。生物质直接还田具有腐解过程与作物竞争养分、且易将病原菌、杂草种子带入等缺点；而秸秆焚烧造成大气污染严重、资源浪费等多重问题，而生物质炭化是解决诸多问题的一个有效途径。

生物炭是由生物质在无氧或限氧条件下，经过缓慢高温热解产生的一类难熔、稳定、高度芳香化、富含碳素的固态物质。生物炭具有稳定性高、阳离子交换量大、孔隙结构发达、比表面积大等特点，是无机物、不定型有机质及结晶态芳香碳有机质共存的复合结构。生物质炭表面具多微孔特征决定其具有良好的离子交换性、较高的络合和吸附能力，决定了其对肥料具有很好的缓释作用，可有效减少氮、磷肥料挥发和淋失损失，增加肥料养分在土壤中存留期，减少淋失等其他损失。生物炭颜色颜色较深，混入土壤有很好的吸光增温效果，在春节有利于提高地温，利于幼苗吸收氮磷养分，进而提高肥料利用率。生物炭多为碱性，能够减缓化肥施用伴随的土壤酸化进程，从而进一步改善土壤质量。生物炭多孔特征使其混入土壤后可增加土壤孔隙度，提高土壤持水性能，改善土壤通透性。生物炭碳含量高，施入土壤能显著提高土壤有机碳含量，改善土壤结构性，可作为碳汇剂长时间作用于土壤中，降低农田温室气体排放；同时，低温制备的生物炭(低于400℃)含一定量的氮、磷、钾、钠、镁、硅等元素，能有效提高土壤肥力(土壤CEC、速效钾、速效磷、矿质态氮含量等)。目前，生物炭作为土壤改良剂和碳汇剂在国内外成为研究热点。在土壤中高量施用生物炭会导致一季或多季作物生长受抑制并减产，而与化肥混合施用，施用量低，无作物生长抑制现象，且可明显提高各种肥料养分的利用率，适合在量大面广的种植业领域应用。生物炭能在常温下长期保存，可与其它有机、无机肥料进行混合造粒烘干而不受影响。生物炭的特点使其成为一种良好的化肥增效剂，且可延长供肥时间达到长效供肥，因此，生物炭与肥料复合成为生物炭农业应用的必然趋势。

麦饭石含有钾、钠、钙、镁、磷常量元素和锌、铁、硒、铜、锶、碘、氟、偏硅酸等十八种微量元素，在水溶液中还能溶出多种氨基酸，能为作物提供丰富的矿物质和无机盐，有促进农作物生长、增加产量且可改善作物品质的作用。麦饭石也具备多孔性，能够溶出矿物质，具有较强的物理、化学吸附作用和良好的离子交换作用，能够提升土壤物理性质，降低作物对残余农药的吸收。

然而，综合利用生物炭和麦饭石提高肥料养分利用率的研究尚未见报道。本发明目的旨在为玉米提供充足养分的基础上，提高肥料利用率，增加供肥时间，从而降低施肥量，减少农业投入成本，改善土壤性质，增加土壤碳汇，在合理利用生物质废弃物的同时，生产环境友好型的长效生态复合肥。

发明内容

针对现有化学肥料养分利用率低的问题，结合玉米营养需求的特点，本发明提供一种成本低廉、改良效果好、经济环保、提高土壤持水性和透气性、缓解土壤酸化、改良土壤性质、延长供肥时间、又能提高农产品品质的生物炭基玉米专用长效复合肥及其制备方法。

本发明生物炭基玉米专用长效复合肥由生物炭、化学肥料、麦饭石和膨润土组成或由生物炭、化学肥料和膨润土组成，按重量百分比例计生物炭、化学肥料、麦饭石和膨润土含量分别为5～23.7％：71.3-82％：0～6％：5～8％。

所述化学肥料由尿素、磷酸二铵和氯化钾组成；按重量百分比例计，生物炭基玉米专用长效复合肥具体成份为：尿素35.0～40.2％(含氮46％)、磷酸二铵19.6～21.8％(含氮18％，含磷46％)、氯化钾16.7～20.0％(含氧化钾60％)、生物炭5％～23.7％、麦饭石粉0～6％、膨润土5～8％。

生物炭粉碎成生物炭粉末，化学肥料、麦饭石和膨润土分别粉碎过筛后按比例直接混合、转鼓造粒、80-100℃转筒烘干10-20分钟即得到玉米专用

所述生物炭粉末是以农业废弃生物质玉米秸秆为原料，粉碎后在限氧或缺氧条件下经过350℃到400℃温度热裂解、炭化90分钟产生的高度芳香化、难溶性的固态物质，经过风干(即利用太阳能、风能等风干)24-48小时或者烘干(温度80℃≤T≤120℃)干燥30分钟，得到生物炭粉末。风干可以为晒干代替。干燥为烘干，干燥温度80℃≤T≤120℃。

所述生物炭粉末的含水量≤20％。

所述膨润土经粉碎过筛至粒径≤40目。

所述麦饭石粒径≤40目。

所述得到的生物炭基玉米专用长效复合肥中的氮磷钾三元素比例为20～22％：9～10％：10～12％。

所述生物炭是以农业废弃生物质玉米秸秆为原料，在限氧或缺氧条件下经过低于400℃温度热裂解、炭化产生的一类高度芳香化、难溶性的固态物质。所选用的玉米秸秆来源丰富，价格低廉，而且低温制备的玉米秸秆炭化物除含速效钾(5～15％)外，还含有磷、钾、钙、铁、镁、硫等有效养分，理化性状稳定。生物炭有丰富的微孔结构，能够疏松土壤、增加有机质和营养元素含量，但其所含氮、磷、钾等营养元素含量较低，在施用中还需要配合化肥以增强肥效以满足植物生长。生物质炭的多微孔特征使其既有极强的吸附能力，又有很好的吸光增温效果，且其具有很好的缓释作用，可有效减少肥料淋失浪费，能在常温下长期保存，可与其它有机、无机肥料进行混合造粒烘干而不受影响，且肥料增效作用明显。生物炭可将易分解有机碳转化为稳定的固定碳，减少大气中二氧化碳的排放，有利于改善全球气候变化。

所述麦饭石中含有大量微量元素，含有钾、钠、钙、镁、磷等常量元素和锌、铁、硒、铜、锶、碘、氟、偏硅酸等十八种微量元素，能够满足玉米生长需求。

所述膨润土具有优良的悬浮性、分散性，常用于农药中作为悬浮剂和分散载体，成本低廉，效果良好，对农作物不会产生毒副作用。利用膨润土的粘结性将肥料制成颗粒肥，既提高农肥效力又可改良土壌。

所述生物炭干固物的含水量≤20％，干燥温度≤120℃，可以风干、晒干或者烘干。

所述生物炭(≤60目)，按重量百分比计，含碳40％～60％(干基)，具体制备方法为：取预先干燥过(即利用太阳能、风能等风干)的玉米秸秆，粉碎后置于焖烧炉中(焖烧温度低于400℃)，炭化2小时，将之粉碎至≤60目，干燥要求含水量≤20％。

采用混合造粒技术，所述原料按比例混合，其重量百分比为：尿素35.0～40.2％(含氮46％)、磷酸二铵(含氮18％，含磷46％)19.6～21.8％、氯化钾(含氧化钾60％)16.7～20.0％、生物炭5％～23.7％、麦饭石粉0～6％、膨润土5～8％。

发明原理

本生物炭基玉米专用长效复合肥根据玉米生长期需肥量结合我国土壤肥力特点，经过测土配方后组方制造，利用尿素、二胺和氯化钾与麦饭石、生物炭进行混合处理。本生物炭基玉米专用长效复合肥根据玉米的需肥特征和生物炭、麦饭石对肥料的特殊作用而研制。玉米的需肥特点是对氮元素需求量大，氮磷钾比例大约为1∶0.48∶0.8。低温制备的生物炭(低于400℃)含一定量的氮、磷、钾、钠、镁、硅等元素。生物炭和麦饭石不仅增加植物营养元素，且生物炭和麦饭石的特殊结构使之对肥料养分有较强的吸附能力，可使被吸附的养分缓慢释放，减少其在土壤中的挥发、固定损失及淋失，增加作物对养分的吸收利用率。生物炭呈碱性，输入多年施用化肥的土壤中能够缓解土壤酸化，同时，可抑制土壤脲酶活性而有效延缓尿素水解成铵态氮过程，降低氨挥发损失。生物炭和麦饭石能增高土壤有机质含量，改良土壤物理性状，提高土壤微生物活性，加速土壤物质和能量循环，提高土壤生产力。

与其它普通复合肥相比，本发明的主要优点是：

1.养分完全，利用率高，肥效期长。生物炭和麦饭石的加入使得普通肥料水溶性减弱、挥发性降低；降低氮肥淋失、挥发对生态环境造成的破坏作用。生物炭来源广泛、无毒无害，在土壤中转化为腐殖质可起到土壤改良剂的作用；本发明可提高氮利用率10％～12％，磷利用率5％～8％，钾利用率5％左右，并能显著提高中微量元素利用率。该专用肥的应用显著提高氮、磷、钾肥料利用率、田间施用肥效长，可节肥增产并节省人工，能获得良好的经济和环境效益。

2.满足和供应植物生长所需的多种养分，调节植物生长，提高作物产量和质量。本发明养分分配合理，含有作物生长所需的氮、磷、钾和多种中微量元素，并含有优质碳素以及各种小分子有机酸和多糖等生理活性物质，能加速作物新陈代谢，调节植物生长，延长叶片功能期，提高玉米抗逆性，提高玉米抗旱、抗早衰、抗倒伏能力。

3.改良土壤物理性状，促进健康土壤生物链的形成，降低及防止病虫害的衍生，为植物生长建立优良的有机生态条件。

产品使用方法：

1、本产品每亩地推荐施肥量50～55kg，播种时一次性施入，后期不再追肥，如果达不到推荐施肥量，后期应适量追肥。

2、做种肥时，须与种子隔离施用。

具体实施方式

下面通过实施例详述本发明。

实施例1(以重量计,下同)

取利用太阳能、风能等预先干燥过(即)的玉米秸秆，粉碎后置于焖烧炉中(焖烧温度低于400℃)，炭化2小时，干燥要求含水量≤20％。将来源于秸秆的生物炭(含碳50％～60％干基)粉碎并过60目筛，将膨润土粉碎至≤40目，同时将粒状化学肥料粉碎过60目筛。

最后将39份尿素、22份磷酸二胺、20份氯化钾、9份生物炭(干基重量)、5份麦饭石粉、5份膨润土，加入转鼓造粒设备混合造粒。即得到N:P₂O₅:K₂O＝21.92:10:12，N+P₂O₅+K₂O≥43.2％的颗粒状产品。

试验设置：

设无肥、专用肥和复混肥3个处理，复混肥料为尿素、磷酸二铵和氯化钾组合，复混肥料N:P₂O₅:K₂O与专用肥相同，用量为50kg/亩。每处理6次重复。

2014年5月在辽宁省当地典型土壤(棕壤)上，将肥料条施与垄的一侧，播种玉米，种肥分开。生长1个月后间苗，保留生长状况均一的植株，各处理采用一致的管理方式，均无追肥。

分别在种植后1个月、2个月、3个月后测定叶数、叶面积、茎粗、株高、叶绿素含量，11月收获后测定产量。

生长期间专用肥处理和复混肥处理的植株叶数、叶面积、茎粗、株高和叶绿素含量显著高于无肥组。玉米生长前期，专用肥处理与复混肥处理具有差异，但差异未达到显著水平。玉米生长后期，专用肥处理的植株叶数与复混肥处理差异不显著，叶面积、茎粗、株高均显著大于复混肥组，抽雄期提前2～3天，叶绿素含量增大，叶片深绿色，根系丰富。秋收后产量增加3～5％。

在生物炭和麦饭石的作用下，专用肥使氮肥的供肥速率与玉米的生长需肥规律协调一致，延长了氮肥有效期，保证了玉米等禾本科作物全生长期的氮素需求，实现了播种时一次性施肥，全生长期免追肥。本产品中生物炭和麦饭石带进的磷、钾以及多种微量元素的加入，使玉米等作物的敏感元素得到了充分补充，实现了玉米等作物生长前不过肥，中期不徒长，后期不脱肥，达到了增产、增收、省肥、省工、省钱的目的。

实施例2

将来源于秸秆的生物炭(干基)粉碎并过60目筛，将膨润土粉碎至≤40目，同时将粒状化学肥料粉碎过60目筛。

最后将38份尿素、20份磷酸二胺、17份氯化钾、9份生物炭(干基重量)、5份麦饭石粉、5份膨润土，加入转鼓造粒设备混合造粒。即得到N:P₂O₅:K₂O＝21.08:9.2:10.2，N+P₂O₅+K₂O≥40.48％的颗粒状产品。

试验设置：

设无肥、专用肥和复混肥3个处理，复混肥料为尿复混肥料为尿素、磷酸二铵和氯化钾组合，复混肥料N:P₂O₅:K₂O与专用肥相同，用量为50kg/亩，每处理6次重复。

生长期间专用肥处理和复混肥处理的植株叶数、叶面积、茎粗、株高和叶绿素含量显著高于无肥组。玉米生长前期，专用肥处理与复混肥处理具有差异，但差异未达到显著水平。玉米生长后期，专用肥处理的植株叶数与复混肥处理差异不显著，叶面积、茎粗、株高均显著大于复混肥组，抽雄期提前2～3天，叶绿素含量增加，叶片深绿色，根系丰富。秋收后产量增加3～5％。

实施例3

将来源于秸秆的生物炭(干基)粉碎并过60目筛，将膨润土粉碎至≤40目，同时将粒状化学肥料粉碎过60目筛。最后将40.2份尿素，19.6份磷酸二胺，20份氯化钾,10份生物炭，4.4份麦饭石，5份膨润土加入转鼓造粒设备混合造粒。即得到N:P₂O₅:K₂O＝22:9:12.，N+P₂O₅+K₂O≥43％的颗粒状产品。

实验设置：

设无肥、专用肥和复混肥3个处理，复混肥料为尿素、磷酸二氢钾和硫酸钾组合，复混肥料N:P₂O₅:K₂O与专用肥相同，用量为50kg/亩，每处理6次重复。

生长期间专用肥处理和复混肥处理的植株叶数、叶面积、茎粗、株高和叶绿素含量显著高于无肥组。玉米生长前期，专用肥处理与复混肥处理具有差异，但差异未达到显著水平。玉米生长后期，专用肥处理的植株叶数与复混肥处理差异不显著，专用肥处理的叶面积、茎粗、株高均显著大于复混肥组，抽雄期提前2～3天，叶绿素含量增加，叶片深绿色，根系丰富，抗旱、抗倒伏。秋收后产量增加5％以上。

复混肥处理土壤pH值比对照略有降低，差异不显著；专用肥处理土壤pH值与对照基本相等。一年试验后土壤物理性状改变不显著。

Claims

1.一种生物炭基玉米专用长效复合肥，其特征在于：由生物炭、化学肥料、麦饭石和膨润土组成或由生物炭、化学肥料和膨润土组成，按重量百分比例计生物炭、化学肥料、麦饭石和膨润土含量分别为5～23.7％：71.3-82％：0～6％：5～8％。

2.根据权利要求1所述生物炭基玉米专用长效复合肥，其特征在于：所述化学肥料由尿素、磷酸二铵和氯化钾组成；

按重量百分比例计，生物炭基玉米专用长效复合肥具体成份为：尿素35.0～40.2％、磷酸二铵19.6～21.8％、氯化钾16.7～20.0％、生物炭5％～23.7％、麦饭石粉0～6％、膨润土5～8％。

3.一种权利要求1或2所述生物炭基玉米专用长效复合肥的制备方法，其特征在于：生物炭粉碎成生物炭粉末，化学肥料、麦饭石和膨润土分别粉碎过筛后按比例直接混合、转鼓造粒、80-100℃转筒烘干10-20分钟即得到玉米专用长效复合肥。

4.根据权利要求3所述生物炭基玉米专用长效复合肥的制备方法，其特征在于：所述生物炭粉末是以农业废弃生物质玉米秸秆为原料，粉碎后在限氧或缺氧条件下经过350℃到400℃温度热裂解、炭化90分钟产生的高度芳香化、难溶性的固态物质，经过风干24-48小时或者烘干干燥30分钟，得到生物炭粉末。

5.根据权利要求4所述生物炭基玉米专用长效复合肥制备方法，其特征在于：所述生物炭粉末的含水量≤20％。

6.根据权利要求4所述生物炭基玉米专用长效复合肥制备方法，其特征在于：干燥为烘干，干燥温度80℃≤T≤120℃。

7.根据权利要求4所述生物炭基玉米专用长效复合肥制备方法，其特征在于：干燥为风干或晒干。

8.根据权利要求3所述生物炭基玉米专用长效复合肥的制备方法，其特征在于：所述膨润土经粉碎过筛至粒径≤40目。

9.根据权利要求3所述生物炭基玉米专用长效复合肥的制备方法，其特征在于：所述麦饭石粒径≤40目。

10.根据权利要求3所述生物炭基玉米专用长效复合肥的制备方法，其特征在于：所述得到的生物炭基玉米专用长效复合肥中的氮磷钾三元素比例为20～22％：9～10％：10～12％。