CN108911824A - 控失肥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及肥料领域，具体涉及控失肥及其制备方法，该控失肥包括：秸秆生物质外壳以及核芯肥料，秸秆生物质外壳包裹核芯肥料。其制备方法包括：将核芯肥料注入秸秆生物质材料内，在核芯肥料表面形成秸秆生物质外壳。通过秸秆生物质外壳达到秸秆进行充分利用的目的，并且将秸秆制备得到的秸秆生物质外壳对核芯肥料进行包覆的控失肥，能够使得核芯肥料能够被外层的秸秆生物质外壳的离子交换性能和高吸附性能网捕住肥料营养元素，使得植物能够随取随用，充分达到固定营养、减少流失以及提高肥料利用率的目的。

Description

控失肥及其制备方法

技术领域

本发明涉及肥料领域，具体而言，涉及控失肥及其制备方法。

背景技术

我国是农业大国，农作物秸秆资源丰富，据统计全国每年秸秆可收集资源量约为7亿吨。随着农业的发展，农作物秸秆产生量逐年增多，大量腐烂在田间地头、村庄道路，堵塞渠道，影响交通，破坏植被，危及农业生产和农村环境。秸秆焚烧加重了环境污染问题，雾霾天气横行，严重影响了高速公路行车和飞机起降，后果非常严重。

中国每年的各类秸秆总产量大约在6-7亿吨上下，占世界秸秆总量的差不多三分之一。但是对秸秆的利用状况并不好，大量秸秆没有任何应用，任其腐烂或者直接烧掉。

发明内容

本发明的目的包括提供一种控失肥及其制备方法，以对秸秆进行充分利用，来得到控失效果显著的控失肥。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提供了一种控失肥，其包括：秸秆生物质外壳以及核芯肥料，秸秆生物质外壳包裹核芯肥料。

本发明还提供了上述控失肥的制备方法，其包括：将核芯肥料注入秸秆生物质材料内，在核芯肥料表面形成秸秆生物质外壳。

通过秸秆生物质外壳达到秸秆进行充分利用的目的，并且将秸秆制备得到的秸秆生物质外壳对核芯肥料进行包覆的控失肥，能够使得核芯肥料能够被外层的秸秆生物质外壳的离子交换性能和高吸附性能网捕住肥料营养元素，使得植物能够随取随用，充分达到固定营养、减少流失以及提高肥料利用率的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例7生产得到的控失肥的实物图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施方式或实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施方式的涉及控失肥及其制备方法进行具体说明。

本发明的一些实施方式提供了一种控失肥，其包括：秸秆生物质外壳以及核芯肥料，秸秆生物质外壳包裹核芯肥料。

其中，秸秆生物质外壳是以秸秆为原料得到纯天然生物质材料，所用材料为绿色环保、可自然降解的有机或无机物，这些材料的特点是具有巨大的比表面积和优异的吸附性能。通过利用秸秆生物质外壳离子交换性能和高吸附性能“捕住”化肥营养元素，再利用秸秆内部的木质素以及纤维等材料“网住”棒晶，凹凸棒晶通过氢键、范德华力和粘滞力与化肥分子相互作用，形成微纳米尺度的互穿网络，放大了化肥分子的空间尺度而被土壤截留，“定植”在植物根系周围。所谓“定植”就是利用秸秆生物质外壳架桥、卷扫、网捕及电荷吸附使潮湿的土壤形成分子网格吸附和固定化肥营养元素，达到固定营养、减少流失、提高肥料利用率的目的。此外，上述控失肥中的肥料养分是被动释放的，在植物需要养分时通过自动吸收索取养分，即按照植物需要的速度释放养分，植物度过了生长期不再需要养分时，多余养分仍被“网捕”在土壤中，可供下茬作物吸收。

具体地，一些实施方式，秸秆生物质外壳的原料包括秸秆木质素、秸秆纤维、天然生物高分子粘合剂。其中，秸秆木质素和秸秆纤维素可以通过将秸秆进行微生物发酵或化学处理得到。通过利用木质素本身的粘合例，再加上纤维的网状结构可以与天然生物高分子粘合剂共同进行加工形成生物质外壳，该秸秆生物质外壳能够具备较强的离子交换性能和高吸附性能，进而能够较好的实现被包裹在其内部的核芯肥料的随需随取的释放。

根据一些实施方式，秸秆木质素和秸秆纤维的总重量与天然生物高分子粘合剂的重量的比值为2～15：5，例如，2：5，3：5，4：5，5：5，6：5，7：5，8：5，9：5，10：5，11：5，12：5，13：5，或14：5等。需要说明的是，此处秸秆木质素和秸秆纤维的总重量约为秸秆的总重量。需要说明的是，原料秸秆可以是稻草、麦秸、玉米秸秆等大宗农产品的秸秆剩余物等，或者是稻草秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆等。

进一步地，根据一些实施方式，天然生物高分子粘合剂包括蓝藻泥、玉米酒糟、豆饼、油菜饼、淀粉、改性淀粉以及动植物蛋白质制造的生物胶粉中的至少一种，例如，天然生物高分子粘合剂为动植物蛋白质制造的生物胶粉、蓝藻泥，玉米酒糟，豆饼，油菜饼，淀粉或改性淀粉或，天然生物高分子粘合剂也可以包括蓝藻泥和淀粉，或天然生物高分子粘合剂可以包括玉米酒糟和改性淀粉，或天然生物高分子粘合剂可以包括玉米酒糟和淀粉，或天然生物高分子粘合剂可以包括豆饼和淀粉。

为了使得秸秆生物质外壳能够对内部的核芯肥料进行充分的固定营养，需要对秸秆生物质外壳的用量进行设置，生物质用量过少容易使得不能很好的达到控失的效果，用量过多会导致秸秆生物质外壳过厚，影响植物需要时，核芯肥料从其内部的释放性能，秸秆生物质外壳与核芯肥料的重量比为10～70：30～90，例如，该重量比可以为20～50：40～80，或30～50：50～60。

进一步地，一些实施方式中，核芯肥料包括单一元素肥、复合肥、包膜无机缓控肥、脲醛缓释肥和微量元素肥料中的至少一种。例如氮肥，钾肥，磷肥，或复合肥，或包膜无机缓控肥，脲醛缓释肥，以及其他无机有机矿物复合肥和微量元素肥料。

本发明的一些实施方式还提供了一种上述控失肥的制备方法，其包括：将核芯肥料注入秸秆生物质材料内，在核芯肥料表面形成所述秸秆生物质外壳。

具体地，秸秆生物质材料可以通过以下步骤制备：将秸秆中的木质素和纤维进行分离，再和天然生物高分子粘合剂混合后挤出。

其中，一些实施方式中，将秸秆中的木质素和纤维进行分离是通过将秸秆进行微生物发酵或化学处理。优选地，将秸秆中的木质素和纤维进行分离是通过将秸秆进行微生物发酵。化学处理可以是通过将秸秆破碎后听过碱液进行浸泡等方式来进行处理。通过微生物发酵或化学处理能够使得秸秆在微生物的发酵过程中，使得木质素和纤维发生分离，从而能够将秸秆软化，增强秸秆原料的粘接性，进而有利于后续进行挤压成型。

进一步地，一些实施方式中，将秸秆进行微生物发酵是将秸秆和玉米酒糟，或将秸秆和蓝藻泥进行微生物发酵。通过将玉米酒糟或蓝藻泥能够为发酵的微生物提供更多的营养基质，使其发酵效果更好，并且玉米酒糟或蓝藻泥进行发酵后更有利于其与秸秆发酵产物共同形成能够挤压成型的生物质材料。在将秸秆进行微生物发酵之前需要将秸秆进行粉碎处理。

一些实施方式中，上述发酵用的微生物包括芽孢杆菌和纤维素分解菌。通过芽孢杆菌和纤维素分解菌的作用可以使得秸秆内木质素能够分解出来，和秸秆纤维进行分离，同时将纤维素进行分解后，能够对秸秆原料进行软化。当然，其他实施例中，也可以选择其他能够对秸秆进行软化分解的微生物菌种。其中微生物可以以发酵微生物制剂或微生物发酵粉等形式添加到秸秆原料中进行发酵。

一些实施方式中，微生物菌种的添加量为原料质量的0.5％～2％。发酵的时间可以为5～10天。

具体地，一些实施方式中，将核芯肥料注入秸秆生物质材料内包括：先将秸秆生物质材料进行通过共挤出设备熟化并挤出中空管状的秸秆生物质外壳，再在秸秆生物质外壳内挤压加入核芯肥料，优选地，熟化温度为135～155℃。

通过共挤出设备能够将秸秆生物质材料形成能够在其内部容纳核芯肥料的秸秆生物质外壳，在通过共挤出设备中先是对秸秆生物质材料进行熟化，使得秸秆生物质材料发生膨化，进而使得其物质组分之间能够相互结合在一起形成具有较强粘合能力的流体态的物质，进而才能通过挤出设备挤出。其中，进行混合熟化的过程可以通过单螺杆或双螺杆机来实现。

需要说明的是，在共挤设备中是通过将混合后的秸秆生物质材料共挤中空管状的秸秆生物质外壳，与此同时，通过共挤压设备将已经调配好的核芯肥料使得核芯肥料被挤入中空管状的秸秆生物质外壳中。该核芯肥料可以通过高温融化成液态，或制造成肥料悬浮剂，或制造一种肥料乳状液，以方便注入秸秆生物质外壳中。

进一步地，将挤压入有核芯肥料的秸秆生物质外壳进行切割，在切割秸秆生物质外壳时，对切断的秸秆生物质外壳的切断端部进行封闭，从而形成两端封闭的颗粒或块状物。

进一步地，还可以将上述颗粒或块状物即控失肥进行干燥固化，具体地，干燥固化的温度可以为50～70℃，干燥可以采用常规干燥方法如热空气转鼓式来进行干燥。

本发明的一些实施方式可以将上述控失肥应用于大田农作物，经济作物，蔬菜，林业的种植。

本发明的实施方式的方法制备得到的控失肥，能够将肥料营养元素储存/锁定在秸秆生物胶制造的生物壳里面，根据农作物生长需要进行释放，而且表层材料本身也是一种有机质肥料，通过纤维材料本身的多孔性，吸附性，离子交换性能，以及调整胶合强度，亲水性能，材料厚度等来控制肥料流失，而且材料本身完全可以生物降解，对提高土壤肥力，提高肥效，降低肥料流失，以及综合利用大量的秸秆资源有着非常重要意义。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

将50公斤玉米酒糟和100公斤粉碎的小麦秸秆混合，按0.5％的质量比添加秸秆发酵微生物，密封发酵10天，然后加10公斤改性淀粉调整混合物的粘稠度，在双螺杆共挤出设备中熟化膨胀后，挤出中空管状的秸秆生物质外壳，同时挤压加入50公斤缓释脲醛肥料液体，再对秸秆生物质材料进行切割为颗粒或块状并在切割过程中封闭切断口，然后在60℃的温度下，进行干燥，使内部的核芯肥料进行固化，得到控失肥。

其中，秸秆发酵微生物为质量比为1：1的芽孢杆菌和纤维素分解菌，熟化温度为135℃，控失肥中的秸秆生物质外壳与核芯肥料的重量比为10：3。控失肥的主要成分中有机质含量为70％，氮肥含量14％。

实施例2

将50公斤玉米酒糟和100公斤粉碎的小麦秸秆混合，按2％的质量比添加秸秆发酵微生物，密封发酵5天，然后加10公斤改性淀粉调整混合物的粘稠度，在双螺杆共挤出设备中熟化膨胀后，挤出中空管状的秸秆生物质外壳，同时挤压加入50公斤缓释脲醛肥料液体，再对秸秆生物质材料进行切割为颗粒或块状并在切割过程中封闭切断口，然后在70℃的温度下，进行干燥，使内部的核芯肥料进行固化，得到控失肥。

其中，秸秆发酵微生物为质量比为1：1的芽孢杆菌和纤维素分解菌，熟化温度为155℃，控失肥中的秸秆生物质外壳与核芯肥料的重量比为10：3。控失肥的主要成分中有机质含量为76％，氮肥含量12％。

实施例3

将50公斤玉米酒糟和100公斤粉碎的小麦秸秆混合，按1％的质量比添加秸秆发酵微生物，密封发酵8天，然后加10公斤改性淀粉调整混合物的粘稠度，在双螺杆共挤出设备中熟化膨胀后，挤出中空管状的秸秆生物质外壳，同时挤压加入50公斤缓释脲醛肥料液体，再对秸秆生物质材料进行切割为颗粒或块状并在切割过程中封闭切断口，然后在50℃的温度下，进行干燥，使内部的核芯肥料进行固化，得到控失肥。

其中，秸秆发酵微生物为质量比为1：1的芽孢杆菌和纤维素分解菌，熟化温度为145℃，控失肥中的秸秆生物质外壳与核芯肥料的重量比为10：3。控失肥的主要成分中有机质含量为65％，氮肥含量18％。

实施例4

将100公斤蓝藻泥和50公斤粉碎的小麦秸秆混合，按1％的质量比添加秸秆发酵微生物，密封发酵8天，然后加10公斤玉米淀粉调整混合物的粘稠度，在双螺杆共挤出设备中熟化膨胀后，挤出中空管状的秸秆生物质外壳，同时挤压加入50公斤缓释脲醛肥料液体，再对秸秆生物质材料进行切割为颗粒或块状并在切割过程中封闭切断口，然后在60℃的温度下，干燥使得内部的核芯肥料进行固化，得到控失肥。

其中，秸秆发酵微生物为质量比为1：1的芽孢杆菌和纤维素分解菌，熟化温度为145℃，控失肥中的秸秆生物质外壳与核芯肥料的重量比为10：3。控失肥的主要成分中有机质含量为68％，氮肥含量15％。

实施例5

将100公斤蓝藻泥和50公斤粉碎的小麦秸秆混合，按1％的质量比添加秸秆发酵微生物，密封发酵8天，然后加10公斤玉米淀粉调整混合物的粘稠度，在双螺杆共挤出设备中熟化膨胀后，挤出中空管状的秸秆生物质外壳，同时挤压加入30公斤缓释脲醛肥料液体和10公斤磷酸二氢钾混合液体，再对秸秆生物质材料进行切割为颗粒或块状并在切割过程中封闭切断口，然后在60℃的温度下，干燥使得内部的核芯肥料进行固化，得到控失肥。

其中，秸秆发酵微生物为质量比为1：1的芽孢杆菌和纤维素分解菌，熟化温度为145℃，控失肥中的秸秆生物质外壳与核芯肥料的重量比为10：3。控失肥的主要成分中有机质含量为70％，氮肥含量为14％，磷5％，钾5％。

实施例6

将90公斤豆饼和50公斤粉碎的小麦秸秆混合，按1.5％的质量比添加秸秆发酵微生物，堆场发酵8天，然后加11公斤玉米淀粉调整混合物的粘稠度，在双螺杆共挤出设备中熟化膨胀后，挤出中空管状的秸秆生物质外壳，同时挤压加入30公斤缓释脲醛肥料液体和10公斤氮磷钾复合肥的混合液体，再对秸秆生物质材料进行切割为颗粒或块状并在切割过程中封闭切断口，然后在60℃的温度下，干燥使得内部的核芯肥料进行固化，得到控失肥。

其中，秸秆发酵微生物为质量比为1：1的芽孢杆菌和纤维素分解菌，熟化温度为145℃，控失肥中的秸秆生物质外壳与核芯肥料的重量比为9：3。控失肥的主要成分中有机质含量为65％，氮肥含量为12％，磷8％，钾8％。

实施例7

将100公斤蓝藻泥和50公斤粉碎的小麦秸秆混合，按1.5％的质量比添加秸秆发酵微生物，堆场发酵8天，然后加10公斤玉米淀粉调整混合物的粘稠度，在双螺杆共挤出设备中熟化膨胀后，挤出中空管状的秸秆生物质外壳，同时挤压加入30公斤缓释脲醛肥料液体和10公斤氮磷钾复合肥的混合液体，再对秸秆生物质材料进行切割为颗粒或块状并在切割过程中封闭切断口，然后在60℃的温度下，干燥使得内部的核芯肥料进行固化，得到控失肥。

其中，秸秆发酵微生物为质量比为1：1的芽孢杆菌和纤维素分解菌，熟化温度为145℃，控失肥中的秸秆生物质外壳与核芯肥料的重量比为60：30。控失肥的主要成分中有机质含量为70％，氮肥含量为10％，磷7％，钾7％。

实施例8

将50公斤粉碎的小麦秸秆混合，按1.5％的质量比添加秸秆发酵微生物，堆场发酵8天，然后加100公斤蓝藻泥和10公斤玉米淀粉调整混合物的粘稠度，在双螺杆共挤出设备中熟化膨胀后，挤出中空管状的秸秆生物质外壳，同时挤压加入30公斤缓释脲醛肥料液体和10公斤氮磷钾复合肥的混合液体，再对秸秆生物质材料进行切割为颗粒并在切割过程中封闭切断口，然后在60℃的温度下，干燥使得内部的核芯肥料进行固化，得到控失肥。

其中，秸秆发酵微生物为质量比为1：1的芽孢杆菌和纤维素分解菌，熟化温度为145℃，秸秆生物质外壳与核芯肥料的重量比为60：30。控失肥的主要成分中有机质含量为70％，氮肥含量为10％，磷7％，钾7％。

实施例9

本实施例与实施例7不同之处在于，挤出过程不进行熟化，常温挤出。

实施例10～16

实施例10～16不同于实施例7之处在于，控制秸秆生物质外壳与核芯肥料的重量比依次为10：90、20：80、30：70、40：60、60：40、70：30、80：20。

对比例1

将50公斤粉碎的小麦秸秆、100公斤蓝藻泥、10公斤玉米淀粉以及30公斤缓释脲醛肥料液体和10公斤氮磷钾复合肥的混合物混合后共挤出，60℃的温度下干燥后，得到颗粒状的肥料。

对比例2

市售缓释脲醛肥料。

试验例1

将实施例1～16中的控失肥以及对比例1和对比2例中的肥料，放置于清水中，分别记录检测各个肥料在12小时、24小时、48小时的N释放率。其结果如表1所示。

表1

试验例2

将实施例1～16和对比例1～2的肥料填埋与无氮的土壤中，分别记录各个肥料对应的土壤在10天、20天、40天、60天、80天N含量，结果如表2所示。

表2

试验例3

田间试验

供试土壤为种植水稻10年以上的水稻土。供试肥料分别选择实施例7以及对比例1的肥料以及由30公斤缓释脲醛肥料液体和10公斤氮磷钾复合肥的混合液体组成的肥料，三种肥料按同比例施放。在灌水前一次性基施放肥料，并耙土覆盖10cm左右，在灌水后插秧前进行水耙，插秧密度20cmx20cm，每穴3～5苗。最终统计水稻产量，结果如表3所示。参见附图1所示，其为本发明实施例7生产得到的控失肥的实物图。

表3

通过把肥料营养元素储存/锁定在秸秆生物胶制造的秸秆生物质外壳里面，根据农作物生长需要进行释放，而且表层材料本身也是一种有机质肥料，通过调整胶合强度，亲水性能，材料厚度等来控制肥料流失，而且材料本身完全可以生物降解，对提高土壤肥力，提高肥效，降低肥料流失，以及综合利用大量的秸秆资源有着非常重要意义。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种控失肥，其特征在于，其包括：秸秆生物质外壳以及核芯肥料，所述秸秆生物质外壳包裹所述核芯肥料。

2.根据权利要求1所述的控失肥，其特征在于，所述秸秆生物质外壳的原料包括秸秆木质素、秸秆纤维、天然生物高分子粘合剂；

优选地，所述秸秆木质素和所述秸秆纤维的总重量与所述天然生物高分子粘合剂的重量的比值为2～15：5；

优选地，所述天然生物高分子粘合剂包括动植物蛋白质制造的生物胶粉蓝藻泥、玉米酒糟、豆饼、油菜饼、淀粉以及改性淀粉中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的控失肥，所述秸秆生物质外壳与所述核芯肥料的重量比为10～70：30～90。

4.根据权利要求1所述的控失肥，其特征在于，所述核芯肥料包括单一元素肥、复合肥、包膜无机缓控肥、脲醛缓释肥和微量元素肥料中的至少一种。

5.一种如权利要求1～4任一项所述的控失肥的制备方法，其特征在于，其包括：将所述核芯肥料注入秸秆生物质材料内，在所述核芯肥料表面形成所述秸秆生物质外壳。

6.根据权利要求5所述的控失肥的制备方法，其特征在于，所述秸秆生物质材料通过以下步骤制备：将秸秆中的木质素和纤维进行分离，再和天然生物高分子粘合剂混合后挤出。

7.根据权利要求6所述的控失肥的制备方法，其特征在于，将所述秸秆中的木质素和纤维进行分离是通过将所述秸秆进行微生物发酵或化学处理，优选地，将所述秸秆中的木质素和纤维进行分离是通过将所述秸秆进行微生物发酵，进一步优选地，将所述秸秆进行微生物发酵是将所述秸秆和玉米酒糟，或将所述秸秆和蓝藻泥进行微生物发酵；

优选地，发酵用的微生物包括芽孢杆菌和纤维素分解菌。

8.根据权利要求7所述的控失肥的制备方法，其特征在于，将所述核芯肥料注入秸秆生物质材料内具体包括：先将所述秸秆生物质材料进行通过共挤出设备熟化并挤出中空管状的秸秆生物质外壳，再在所述秸秆生物质外壳内挤压加入所述核芯肥料，优选地，熟化温度为135～155℃。

9.根据权利要求8所述的控失肥的制备方法，其特征在于，所述控失肥的制备方法还包括对将挤压入有所述核芯肥料的所述秸秆生物质外壳进行切割，形成两端封闭的颗粒或块状物。

10.根据权利要求9所述的控失肥的制备方法，其特征在于，所述控失肥的制备方法还包括将所述颗粒或所述块状物进行干燥固化，优选地，干燥固化的温度为50～70℃。