CN109988018A - 一种Fe/石墨烯/生物质炭、玉米专用炭基缓释复合肥及其应用 - Google Patents

一种Fe/石墨烯/生物质炭、玉米专用炭基缓释复合肥及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种Fe/石墨烯/生物质炭、玉米专用炭基缓释复合肥及其应用，属于肥料技术领域。Fe/石墨烯/生物质炭，将玉米秸秆碎段和石墨烯混合，依次在95～105℃，190～210℃、385～415℃和495～505℃，将得到的石墨烯生物质炭水洗至中性，粉碎，过筛，将收集的石墨烯生物质炭颗粒和FeCl3溶液混合，热处理，得到Fe/石墨烯/生物质炭。玉米专用炭基缓释复合肥，包括Fe/石墨烯/生物质炭、硫酸铵、磷酸二氢钾、膨润土、硫酸钙、绿木霉F7培养物和硼砂硫酸锌混合物。通过生物质炭的缓释作用和生物菌种的分解作用等，增强玉米作物对营养元素的吸收，改善玉米生长条件，起到减肥增效的作用。

Description

一种Fe/石墨烯/生物质炭、玉米专用炭基缓释复合肥及其 应用
技术领域
本发明属于肥料技术领域，具体涉及一种Fe/石墨烯/生物质炭、玉米专用炭基缓释复合肥及其应用。
背景技术
玉米是禾本科玉蜀黍属一年生草本植物，植株高大，茎强壮，是重要的粮食作物和饲料作物，也是全世界总产量最高的农作物。为了玉米提高产量，不合理、过量使用化肥的现象尤为普遍。化肥的过量以及不合理施用，不但浪费了宝贵的农业资源，还会导致土壤肥力迅速下降，影响作物产量和品质。此外，化肥大量施用后，很大一部分会随农田排水径流进入周围水体，形成农业面源污染。
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。
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。将生物质炭与化肥混合施用，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。但是由于生物炭具有较强的络合吸附能力，在与化肥共同施用时，容易发生快速释放，肥料施用量大的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有缓释作用的Fe/石墨烯/生物质炭和肥料养分缓释性能好，具有促进作物生长、改善土壤性质、培肥地力功能的玉米专用炭基缓释复合肥及其应用。
本发明提供的一种Fe/石墨烯/生物质炭，包括以下步骤制备得到：
1)将玉米秸秆碎段和石墨烯混合，得到的混合料依次在95～105℃加热 0.5～0.6h，在190～210℃烧至3～3.5h，在385～415℃烧至3～3.5h和495～505℃烧制0.5～0.6h，得到石墨烯生物质炭；
2)将所述石墨烯生物质炭水洗至中性，烘干后粉碎，过筛，收集筛下石墨烯生物质炭颗粒；
3)将所述石墨烯生物质炭颗粒和FeCl3溶液混合，石墨烯生物质炭颗粒的质量与FeCl3的溶液体积比为1g：10～15ml；所述FeCl3的浓度为0.05mol/L。 55～65℃静置2h，去除水分后，在90～105℃下热处理1h，得到Fe/石墨烯/ 生物质炭。
优选的，玉米秸秆碎段和石墨烯的质量比为100～200:1。
优选的，所述玉米秸秆碎的粒度为10目。
优选的，石墨烯生物质炭颗粒和FeCl3中Fe的质量比为1：0.56～1。
本发明提供了一种玉米专用炭基缓释复合肥，包括以下重量份的组分：
所述Fe/石墨烯/生物质炭16～20份、硫酸铵10～15份、磷酸二氢钾15～20 份、膨润土3～8份、硫酸钙2～6份、绿木霉F7培养物6～8份和硼砂硫酸锌混合物2～5份；
所述绿木霉F7培养物的制备方法是将绿木霉F7菌液在麦麸和花生壳粉发酵培养基中，在30～32℃发酵制备得到；所述绿木霉F7的保藏编号为保藏编号为CGMCCNo.3.17613。
优选的，所述硼砂硫酸锌混合物中硼砂和硫酸锌质量配比为1：1.3～2.2。
优选的，绿木霉F7菌液的制备方法将活化后的绿木霉F7菌种接种至 PDA培养基中培养7～8d，收集孢子，制备成孢子悬浮液接种至PDA液体培养基上，于30℃，180r/min的恒温震荡培养箱中培养7d，得到绿木霉F7菌液。
本发明提供了所述玉米专用炭基缓释复合肥在作物种植中的应用。
优选的，所述作物包括玉米。
优选的，所述玉米专用炭基缓释复合肥作为基肥施入到土壤中，所述玉米专用炭基缓释复合肥的施用量为55～65kg/亩。
本发明提供了一种Fe/石墨烯/生物质炭，将玉米秸秆碎段和石墨烯混合，得到的混合料依次在95～105℃加热0.5～0.6h，在190～210℃烧至3～3.5h，在 385～415℃烧至3～3.5h和495～505℃烧制0.5～0.6h，得到石墨烯生物质炭；将所述石墨烯生物质炭水洗至中性，烘干后粉碎，过筛，收集筛下石墨烯生物质炭颗粒；将所述石墨烯生物质炭颗粒和FeCl3溶液混合，石墨烯生物质炭颗粒的质量与FeCl3的溶液体积比为1g：10～15ml；所述FeCl3溶液的浓度为0.05mol/L。55～65℃静置2h，去除水分后，在90～105℃下热处理1h，得到Fe/石墨烯/生物质炭。采用本发明提供的Fe/石墨烯/生物质炭，保证了其成粒效果好缓释性良好的特点。
本发明提供了一种玉米专用炭基缓释复合肥，具有如下优点：
(1)相对于传统的复合肥和早期类似炭基肥，本发明的提供的复合肥在其水溶性(缓释性)和颗粒硬度上做了充分改善。本发明选用膨润土和硫酸钙共同作为粘结剂，不含有机成分，避免了有机物残留对土壤的影响；选用的特定粘结剂可使得肥料在造粒过程中具有良好的粘结效果，提高生物质炭与其他化学养分的有机结合，从而在施用过程中能有效控制养分的合理释放，起到肥效缓释作用；同时良好的塑形作用也使得肥料成粒效果良好，降低肥料在运输和施用中因粉碎而产生的浪费，同时，避免了由于肥料粉碎而导致肥料中的养分不能按照预期释放，肥效缩短的问题。
(2)本发明的提供的复合肥，不易破碎，肥效延长，施用于玉米种植过程中，收获的玉米颗粒饱满，增产8％以上。
(3)本发明提供的复合肥的制备方法，造粒过程兼具物理与化学双重反应，在高温蒸汽的反应条件下，炭基肥中氰氨化钙的酰胺键和过磷酸钙的氮磷键与炭基团结合而改变化学位移，养分与炭架互相联结，原料间结合更紧密，从而延长肥效。
(4)本发明提供的玉米专用生物质炭基肥的制备方法，干燥温度更高，干燥时间更短，更适用于大规模工厂化生产。
本发明提供的复合肥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，具有促进作物生长、改善土壤性质、培肥地力功能的肥料，可以更好的适应玉米生产的需要。
生物保藏信息
绿木霉(Trichodermavirens)，保藏地点为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，简称为CGMCC，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路 1号院3号，中国科学院微生物研究所，保藏时间为2015年06月29日，保藏编号为CGMCC3.17613，菌株编号为F7JX993849。
具体实施方式
本发明提供的一种Fe/石墨烯/生物质炭，包括以下步骤制备得到：
1)将玉米秸秆碎段和石墨烯混合，得到的混合料依次在95～105℃加热 0.5～0.6h，在190～210℃烧至3～3.5h，在385～415℃烧至3～3.5h和495～505℃烧制0.5～0.6h，得到石墨烯生物质炭；
2)将所述石墨烯生物质炭水洗至中性，烘干后粉碎，过筛，收集筛下石墨烯生物质炭颗粒；
3)将所述石墨烯生物质炭颗粒和FeCl3溶液混合，55～65℃静置2h，去除水分后，在90～105℃下热处理1h，得到Fe/石墨烯/生物质炭。
本发明将玉米秸秆碎段和石墨烯混合，得到的混合料依次在95～105℃加热0.5～0.6h，在190～210℃烧至3～3.5h，在385～415℃烧至3～3.5h和495～505℃烧制0.5～0.6h，得到石墨烯生物质炭。
在本发明中，所述玉米秸秆碎段优选将玉米秸秆粉碎，过10目筛获得。所述玉米秸秆碎段和石墨烯的质量比优选为100～200：1，更优选为150:1。本发明对所述石墨烯的来源没有特殊限制，采用本领域所熟知的石墨烯的来源即可。在本发明实施例中，所述石墨烯购自青岛德通纳米技术有限公司。
在本发明中，得到的混合料优选依次在100℃加热0.5h，在200℃烧至 3h，在400℃烧至3.5h和500℃烧制0.55h。所述梯度温度烧制的目的是有利于整个热解进程的缓和，促进脱水反应的进行，从而提高最终产物的得率，并提高产物的比表面积，增强其吸持能力。得到石墨烯生物质炭后，本发明将所述石墨烯生物质炭水洗至中性，烘干后粉碎，过筛，收集筛下石墨烯生物质炭颗粒。
在本发明中，所述水洗用水优选为去离子水。所述烘干的温度优选为 70～80℃，更优选为75℃。所述过筛时筛网孔径优选为100～150目，更优选为120～140目。
得到石墨烯生物质炭颗粒后，本发明将所述石墨烯生物质炭颗粒和 FeCl3溶液混合，55～65℃静置2h，去除水分后，在90～105℃下热处理1h，得到Fe/石墨烯/生物质炭。
在本发明中，石墨烯生物质炭颗粒的质量与FeCl3的溶液体积比为1g： 10～15ml，更优选为1g：12.5ml。所述FeCl3的浓度为0.05mol/L。所述FeCl3溶液制备时将FeCl3溶于60℃的水中。所述静置的温度优选为60℃。所述去除水分的方法优选为将石墨烯生物质炭颗粒悬浮液置于85～105℃的温度下蒸干。所述热处理的温度优选为100℃。将石墨烯生物质炭颗粒和FeCl3溶液混合的目的是使原始生物炭具有更好的热稳定性、更大的比表面积和更强的吸附性。
经石墨烯和Fe改性后制备的Fe/石墨烯/生物质炭的比表面积、孔容和 t-plot微孔体积分别为556.010m2/g、0.321m3/g和0.172m3/g，而未改性的生物质炭(与改性生物炭制备方法相比，仅不添加氧化石墨烯和FeCl3溶液，其他方案相同)的比表面积、孔容和t-plot微孔体积分别为44.966m2/g、0.0345 m3/g和0.135m3/g。表明Fe/石墨烯/生物质炭的有更大的表面积以及更丰富的孔容和微孔，更有利于对土壤中植物所需营养元素的固持。
本发明提供了一种玉米专用炭基缓释复合肥，包括以下重量份的组分：
所述Fe/石墨烯/生物质炭16～20份、硫酸铵10～15份、磷酸二氢钾15～20 份、膨润土3～8份、硫酸钙2～6份、绿木霉F7培养物6～8份和硼砂硫酸锌混合物2～5份。
本发明提供的复合肥包括上述方案制备的Fe/石墨烯/生物质炭。按重量份计，所述Fe/石墨烯/生物质炭优选为18份。所述Fe/石墨烯/生物质炭具有良好的缓释作用，同时硬度较大，不易破碎。
本发明提供的复合肥包括硫酸铵。按重量份计，所述硫酸铵优选为12～14 份，更优选为13份。所述硫酸铵的作用是为作物生长提供提供N元素。
本发明提供的复合肥包括磷酸二氢钾。按重量份计，所述磷酸二氢钾为 15～20份，优选为16～19份，更优选为18份。所述磷酸二氢钾的作用提供K 和P元素。
本发明提供的复合肥包括膨润土。按重量份计，所述膨润土优选为4～7 份，更优选为5份。本发明提供的复合肥包括硫酸钙。按重量份计，所述硫酸钙为3～5份，更优选为4份。本发明选用膨润土和硫酸钙共同作为粘结剂，不含有机成分，避免了有机物残留对土壤的影响；选用的特定粘结剂可使得肥料在造粒过程中具有良好的粘结效果，提高生物质炭与其他化学养分的有机结合，从而在施用过程中能有效控制养分的合理释放，起到肥效缓释作用；同时良好的塑形作用也使得肥料成粒效果良好，降低肥料在运输和施用中因粉碎而产生的浪费，同时，避免了由于肥料粉碎而导致肥料中的养分不能按照预期释放，肥效缩短的问题。
本发明提供的复合肥包括绿木霉F7培养物。按重量份计，所述绿木霉 F7培养物优选为7份。所述所述绿木霉F7培养物的制备方法是将绿木霉F7 菌液在麦麸和花生壳粉发酵培养基中，在30～32℃发酵制备得到；所述绿木霉F7的保藏编号为保藏编号为CGMCCNo.3.17613。绿木霉F7菌液的制备方法优选将活化后的绿木霉F7菌种接种至PDA培养基中培养7～8d，收集孢子，制备成孢子悬浮液接种至PDA液体培养基上，于30℃，180r/min的恒温震荡培养箱中培养7d，得到绿木霉F7菌液。所述麦麸和花生壳粉发酵培养基中麦麸和花生壳粉的质量比为3:1。绿木霉F7培养物的作用是富含多种活性物质，能够抑制病原菌，促进植物生长。
本发明提供的复合肥包括硼砂硫酸锌混合物。所述硼砂硫酸锌混合物优选为3～4份。在本发明中，所述硼砂硫酸锌混合物中硼砂和硫酸锌质量配比优选为1：1.3～2.2，更优选为1:1.8。所述硼砂硫酸锌混合物的作用是为作物提供生长过程中所需B和Zn元素。
在本发明中，玉米专用炭基缓释复合肥的制备方法，包括以下步骤：
将上述方案中原料混合，将得到的物料进行造粒，所述造粒过程采用水蒸汽作为反应介质，蒸汽量为原料总质量的30％～35％，通过水蒸汽控制造粒温度为110～130℃；将成型的生物质炭基肥颗粒在300～350℃下进行干燥，控制含水量低于8wt％，然后进行筛分。生物质炭基肥的粒径优选为大于 1mm，同时小于5.25mm。
本发明提供的玉米专用生物质炭基肥的制备方法，造粒过程兼具物理与化学双重反应，在高温蒸汽的反应条件下，炭基肥中氰氨化钙的酰胺键和过磷酸钙的氮磷键与炭基团结合而改变化学位移，养分与炭架互相联结，原料间结合更紧密，从而延长肥效。本发明提供的玉米专用生物质炭基肥的制备方法，干燥温度更高，干燥时间更短，更适用于大规模工厂化生产。
本发明提供了所述玉米专用炭基缓释复合肥在作物种植中的应用。
在本发明中，所述作物优选包括玉米、小麦、谷等。所述玉米专用炭基缓释复合肥作为基肥施入到土壤中，所述玉米专用炭基缓释复合肥的施用量优选为55～65kg/亩，更优选为60kg/亩。
下面结合实施例对本发明提供的一种Fe/石墨烯/生物质炭、玉米专用炭基缓释复合肥及其应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
Fe/石墨烯/生物质炭的制备方法如下：
将玉米秸秆粉碎，过10目筛，与石墨烯以质量比为150：1混合，搅拌均匀后，置于预热100℃的马弗炉中以100℃加热半小时，之后升至200℃烧制3 小时，再以400℃烧制3小时，最后以500℃烧制半小时，得石墨烯生物质炭。
取石墨烯生物质炭，水洗至中性，在80℃下烘干，用研钵研磨，过150 目筛。
取分析纯FeCl3溶于60℃的水中，制备0.05mol/L的FeCl3溶液，加入烘干的生物炭，石墨烯生物质炭颗粒的质量与FeCl3溶液体积比为1g：12.5ml，搅拌混匀。置于60℃环境中静置2小时；置于烘箱中在105℃的温度下将水分蒸干，再以105℃热处理1h，得到Fe/石墨烯/生物质炭。
Fe/石墨烯/生物质炭的比表面积、孔容和t-plot微孔体积分别为 556.010m2/g、0.321m3/g和0.172m3/g。而未改性的生物质炭(与改性生物炭制备方法相比，仅不添加氧化石墨烯和FeCl3溶液，其他方案相同)的比表面积、孔容和t-plot微孔体积分别为44.966m2/g、0.0345m3/g和0.135m3/g。
实施例2
一种玉米专用改性生物质炭基肥，包括如下重量份的原料：实施例1制备的Fe/石墨烯/生物质炭16kg，硫酸铵12kg，磷酸二氢钾18kg，膨润土5kg，硫酸钙5kg，绿木霉F7培养物6kg和4kg配比为硼砂：硫酸锌＝1：1.8(质量比)，混合物。其制备方法为：
(1)将各组分称重，混合均匀；
(2)将混合好的原料进行造粒，所述造粒过程采用高温水蒸汽作为反应介质，所使用的蒸汽量为原料总质量的30％，通过高温水蒸气控制造粒温度为110。
(3)将成型的生物质炭基肥颗粒在330℃下进行干燥，控制含水量低于 8wt％，然后进行筛分。生物质炭基复合肥的粒径大于1mm，小于5.25mm。
分别对复混肥、对比肥和专用肥的肥料缓释性能进行测试。复混肥料为硫酸铵、磷酸二氢钾、膨润土、硫酸钙、硼砂和硫酸锌组合，对比肥为未经 Fe/石墨烯改性直接制备的玉米秸秆基生物质炭材料替换Fe/石墨烯/生物质炭，其它组分同专用肥。复混肥料、对比肥N：P2O5：K2O与专用肥相同。测试结果如下：复混肥、对比肥和专用肥的初期溶出率分别为25.9％，10.9％和5.86％；30d溶出率分别为81.2％，68.7％和45.2％；80d溶出率分别为100％， 87.6％和73.9％。可以看出，本发明所述的专用肥的缓释肥性优于复混肥和对比肥。
田间试验效果：
设无肥、复混肥、对比肥和专用肥4个处理，复混肥料为硫酸铵、磷酸二氢钾、膨润土、硫酸钙、硼砂和硫酸锌组合，对比肥为未经Fe/石墨烯改性直接制备的玉米秸秆基生物质炭材料替换Fe/石墨烯/生物质炭，其它组分同专用肥。复混肥料、对比肥N：P2O5：K2O与专用肥相同，用量为55kg/ 亩。每个小区面积为25m2，每处理3次重复。
于2018年6月-10月在山东省青岛市典型土壤砂浆黑土上进行田间试验。
将炭基缓释肥按照55kg/亩进行基施，并在土壤表层0～20cm深度翻耕，使所述缓释肥颗粒与土壤拌匀。玉米种植后，保持土壤水分标准为田间持水量测定值的70％～80％，全生育期不再追加氮肥和磷肥。玉米成熟时进行收获，测定生物量以及籽粒产量，并进行考种。采集各处理土壤，测定有机质、碱解氮、速效磷及有效钾含量。
表1不同施肥处理对玉米产量构成及土壤理化性质的影响
由表1可以看出，无肥、复混肥、对比肥和专用肥4个处理间的玉米产量及农学形状有显著差异。供试各肥料处理中，玉米产量构成专用肥处理效果最好，单位面积株数、株穗数、穗粒数、千粒重均相对较高，说明实施例 1中本发明的专用肥施用相较于单纯的复混肥和未改性生物质炭制备的对比肥，可显著改善玉米产量构成，提高玉米产量。相对于无肥、复混肥和对比肥处理，专用肥处理下的玉米产量分别增加了10.6％、7.69％和5.71％。
不同施肥处理下玉米收获时期土壤理化性质差异显著，其中专用肥处理下有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量最高。相对于无肥处理，有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量分别提高了14.7％，25.4％，30.5％和18.3％；相对于复混肥处理，分别提高了6.60％，9.94％，21.5％和10.1％；相对于复混肥处理，分别提高了4.15％，7.39％，14.0％和7.66％。说明本发明的专用肥能够增高土壤有机质含量，改良土壤物理性状，加速土壤物质和能量循环，提高氮、磷、钾肥料利用率，提高土壤生产力。
实施例3
一种玉米专用改性生物质炭基肥，包括如下重量份的原料：实施例1制备的Fe/石墨烯/生物质炭18kg，硫酸铵12kg，磷酸二氢钾18kg，膨润土5kg，硫酸钙5kg，绿木霉F7培养物8kg和4kg配比为硼砂：硫酸锌质量比1：2.2 的混合物。
其制备方法为：
(1)将各组分称重，混合均匀；
(2)将混合好的原料进行造粒，所述造粒过程采用高温水蒸汽作为反应介质，所使用的蒸汽量为原料总质量的35％，通过高温水蒸气控制造粒温度为130℃。
(3)将成型的生物质炭基肥颗粒在350℃下进行干燥，控制含水量低于 8wt％，然后进行筛分。生物质炭基肥的粒径大于1mm，且小于5.25mm。
分别对复混肥、对比肥和专用肥的肥料缓释性能进行测试。复混肥料为硫酸铵、磷酸二氢钾、膨润土、硫酸钙、硼砂和硫酸锌组合，对比肥为未经 Fe/石墨烯改性直接制备的玉米秸秆基生物质炭材料替换Fe/石墨烯/生物质炭，其它组分同专用肥。复混肥料、对比肥N：P2O5：K2O与专用肥相同。测试结果如下：复混肥、对比肥和专用肥的初期溶出率分别为26.3％，11.2％和5.89％；30d溶出率分别为80.9％，63.5％和44.9％；80d溶出率分别为100％， 88.3％和70.5％。可以看出，本发明所述的专用肥的缓释肥性优于复混肥和对比肥。
田间试验效果：
设无肥、复混肥、对比肥和专用肥4个处理，复混肥料为硫酸铵、磷酸二氢钾、膨润土、硫酸钙、硼砂和硫酸锌组合，对比肥为未经Fe/石墨烯改性直接制备的玉米秸秆基生物质炭材料替换Fe/石墨烯/生物质炭，其它组分同专用肥。复混肥料N：P2O5：K2O与专用肥相同，用量为55kg/亩。每个小区面积为25m2，每处理3次重复。
于2018年6月-10月在山东省青岛市典型土壤砂浆黑土上进行田间试验。
将炭基缓释肥按照65kg/亩进行基施，并在土壤表层0～20cm深度翻耕，使所述缓释肥颗粒与土壤拌匀。玉米种植后，保持土壤水分标准为田间持水量测定值的70％～80％，全生育期不再追加氮肥和磷肥。玉米成熟时进行收获，测定生物量以及籽粒产量，并进行考种。采集各处理土壤，测定有机质、碱解氮、速效磷及有效钾含量。
表2不同施肥处理对玉米产量构成及土壤理化性质的影响
由表2可以看出，无肥、复混肥、对比肥和专用肥4个处理间的玉米产量及农学形状有显著差异。供试各肥料处理中，玉米产量构成专用肥处理效果最好，单位面积株数、株穗数、穗粒数、千粒重均相对较高，说明实施例 1中本发明的专用肥施用相较于单纯的复混肥和未改性生物质炭制备的对比肥，可显著改善玉米产量构成，提高玉米产量。相对于无肥、复混肥和对比肥处理，专用肥处理下的玉米产量分别增加了10.5％、8.24％和5.16％。
不同施肥处理下玉米收获时期土壤理化性质差异显著，其中专用肥处理下有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量最高。相对于无肥处理，有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量分别提高了11.8％，26.7％，36.9％和27.8％；相对于复混肥处理，分别提高了7.58％，8.48％，28.7％和13.7％；相对于复混肥处理，分别提高了3.65％，5.17％，9.29％和7.53％。说明本发明的专用肥能够增高土壤有机质含量，改良土壤物理性状，加速土壤物质和能量循环，提高氮、磷、钾肥料利用率，提高土壤生产力。
实施例4
一种玉米专用改性生物质炭基肥，包括如下重量份的原料：实施例1制备的Fe/石墨烯/生物质炭20kg，硫酸铵12kg，磷酸二氢钾18kg，膨润土5kg，硫酸钙5kg，绿木霉F7培养物7kg和4kg配比为硼砂和硫酸锌质量比1：1.3 的混合物。
其制备方法为：
(1)将各组分称重，混合均匀；
(2)将混合好的原料进行造粒，所述造粒过程采用高温水蒸汽作为反应介质，所使用的蒸汽量为原料总质量的32％，通过高温水蒸气控制造粒温度为120℃。
(3)将成型的生物质炭基肥颗粒在320℃下进行干燥，控制含水量低于 8wt％，然后进行筛分。生物质炭基复合肥的粒径大于1mm，且小于5.25mm。
分别对复混肥、对比肥和专用肥的肥料缓释性能进行测试。复混肥料为硫酸铵、磷酸二氢钾、膨润土、硫酸钙、硼砂和硫酸锌组合，对比肥为未经 Fe/石墨烯改性直接制备的玉米秸秆基生物质炭材料替换Fe/石墨烯/生物质炭，其它组分同专用肥。复混肥料、对比肥N：P2O5：K2O与专用肥相同。测试结果如下：复混肥、对比肥和专用肥的初期溶出率分别为27.9％，13.7％和6.02％；30d溶出率分别为85.3％，64.9％和45.7％；80d溶出率分别为100％， 85.6％和71.7％。可以看出，本发明所述的专用肥的缓释肥性优于复混肥和对比肥。
田间试验效果：
设无肥、复混肥、对比肥和专用肥4个处理，复混肥料为硫酸铵、磷酸二氢钾、膨润土、硫酸钙、硼砂和硫酸锌组合，对比肥为未经Fe/石墨烯改性直接制备的玉米秸秆基生物质炭材料替换Fe/石墨烯/生物质炭，其它组分同专用肥。复混肥料N：P2O5：K2O与专用肥相同，用量为55kg/亩。每个小区面积为25m2，每处理3次重复。
于2018年6月-10月在山东省青岛市典型土壤砂浆黑土上进行田间试验。
将炭基缓释肥按照60kg/亩进行基施，并在土壤表层0～20cm深度翻耕，使所述缓释肥颗粒与土壤拌匀。玉米种植后，保持土壤水分标准为田间持水量测定值的75％，全生育期不再追加氮肥和磷肥。玉米成熟时进行收获，测定生物量以及籽粒产量，并进行考种。采集各处理土壤，测定有机质、碱解氮、速效磷及有效钾含量。
表3不同施肥处理对玉米产量构成及土壤理化性质的影响
由表3可以看出，无肥、复混肥、对比肥和专用肥4个处理间的玉米产量及农学形状有显著差异。供试各肥料处理中，玉米产量构成专用肥处理效果最好，单位面积株数、株穗数、穗粒数、千粒重均相对较高，说明实施例 1中本发明的专用肥施用相较于单纯的复混肥和未改性生物质炭制备的对比肥，可显著改善玉米产量构成，提高玉米产量。相对于无肥、复混肥和对比肥处理，专用肥处理下的玉米产量分别增加了12.1％、6.18％和4.29。
不同施肥处理下玉米收获时期土壤理化性质差异显著，其中专用肥处理下有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量最高。相对于无肥处理，有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量分别提高了9.27％，23.8％，30.2％和23.7％；相对于复混肥处理，分别提高了5.66％，9.38％，21.2％和13.4％；相对于复混肥处理，分别提高了4.19％，4.69％，7.79％和7.47％。说明本发明的专用肥能够增高土壤有机质含量，改良土壤物理性状，加速土壤物质和能量循环，提高氮、磷、钾肥料利用率，提高土壤生产力。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种Fe/石墨烯/生物质炭，其特征在于，包括以下步骤制备得到：
1)将玉米秸秆碎段和石墨烯混合，得到的混合料依次在95～105℃加热0.5～0.6h，在190～210℃烧至3～3.5h，在385～415℃烧至3～3.5h和495～505℃烧制0.5～0.6h，得到石墨烯生物质炭；
2)将所述石墨烯生物质炭水洗至中性，烘干后粉碎，过筛，收集筛下石墨烯生物质炭颗粒；
3)将所述石墨烯生物质炭颗粒和FeCl3溶液混合，55～65℃静置2h，去除水分后，在90～105℃下热处理1h，得到Fe/石墨烯/生物质炭。
2.根据权利要求1所述的Fe/石墨烯/生物质炭，其特征在于，玉米秸秆碎段和石墨烯的质量比为100～200：1。
3.根据权利要求1所述的Fe/石墨烯/生物质炭，其特征在于，所述玉米秸秆碎的粒度为10目。
4.根据权利要求1所述的Fe/石墨烯/生物质炭，其特征在于，石墨烯生物质炭颗粒的质量与FeCl3的溶液体积比为1g：10～15ml；所述FeCl3的浓度为0.05mol/L。
5.一种玉米专用炭基缓释复合肥，其特征在于，包括以下重量份的组分：
权利要求1～4任意一项所述Fe/石墨烯/生物质炭16～20份、硫酸铵10～15份、磷酸二氢钾15～20份、膨润土3～8份、硫酸钙2～6份、绿木霉F7培养物6～8份和硼砂硫酸锌混合物2～5份；
所述绿木霉F7培养物的制备方法是将绿木霉F7菌液在麦麸和花生壳粉发酵培养基中，在30～32℃发酵制备得到；所述绿木霉F7的保藏编号为保藏编号为CGMCC No.3.17613。
6.根据权利要求5所述的玉米专用炭基缓释复合肥，其特征在于，所述硼砂硫酸锌混合物中硼砂和硫酸锌质量配比为1：1.3～2.22。
7.根据权利要求5所述的玉米专用炭基缓释复合肥，其特征在于，绿木霉F7菌液的制备方法将活化后的绿木霉F7菌种接种至PDA培养基中培养7～8d，收集孢子，制备成孢子悬浮液接种至PDA液体培养基上，于30℃，180r/min的恒温震荡培养箱中培养7d，得到绿木霉F7菌液。
8.权利要求5～7任意一项所述玉米专用炭基缓释复合肥在作物种植中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述作物包括玉米。
10.根据权利要求8或9所述的应用，其特征在于，所述玉米专用炭基缓释复合肥作为基肥施入到土壤中，所述玉米专用炭基缓释复合肥的施用量为55～65kg/亩。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110436999A (zh) * 2019-08-14 2019-11-12 青岛农业大学 一种盐土地区棉田专用炭基复合肥及其制备方法
CN110615713A (zh) * 2019-09-29 2019-12-27 河海大学 一种炭基微生物有机肥及其制备方法
CN114907163A (zh) * 2022-05-18 2022-08-16 南京林业大学 一种基于纳米级生物质炭材料的白菜缓释肥制备方法

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CN110615713A (zh) * 2019-09-29 2019-12-27 河海大学 一种炭基微生物有机肥及其制备方法
CN114907163A (zh) * 2022-05-18 2022-08-16 南京林业大学 一种基于纳米级生物质炭材料的白菜缓释肥制备方法

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