CN112142537A - 一种生物炭复合肥及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物炭复合肥，包括以下重量份的原料：生物炭50‑60份、畜禽粪便30‑40份、竹粉25‑35份、花生壳粉20‑30份、粘结剂5‑10份和复合菌剂0.8‑1.5份；制备方法：(1)称取各原料；(2)将生物炭、竹粉、花生壳粉混合粉碎，过筛；(3)与畜禽粪便和复合菌剂混合，发酵；(4)和粘结剂混合，造粒，干燥，即得生物炭复合肥。本发明生物炭具有疏松多孔、通气透水性好、比表面积大、吸附能力和螯合能力强的特点，配合其他有机物原料，具有安全、环保、高效等突出优点，从而有效提升有机农田土壤肥力和固碳减排能力。

Description

一种生物炭复合肥及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及肥料技术领域，更具体的说是涉及一种生物炭复合肥及其制备方法和应用。
背景技术
在全球气候变暖背景下，农业有机废弃物(如作物秸秆和动物粪便等)还田，被认为是提升土壤碳库的重要措施之一。作物秸秆和动物粪便经腐熟以后，允许在有机农田中使用，然而，有机废弃物一年内在农田土壤中碳截留率仅为2％-20％，有机废弃物还田还可激发CH4或N2O温室气体的大量排放，这就大大降低了有机废弃物还田的固碳减排潜力。因此，如何提升施用有机肥维持地力的有机农田的固碳减排能力，对于减缓气候变暖具有重要意义。
生物炭，是有机物原料在完全或者部分缺氧条件下，经过高温热裂解(通常<700℃)产生的一类富碳、高度芳香化和稳定性高的有机物质，对土壤物理和化学性质具有明显的改良作用，其多孔特性和较大的比表面积有利于土壤聚集水分、提高孔隙度、降低容重，从而为植物生长提供良好的环境。同时，生物炭是酸性土壤一种理想的改良剂，其含有的养分元素可直接输入土壤，其表面电荷和官能团有利于土壤养分的保留。
将有机废弃物转化为生物炭并还田，其一年碳截留率高达90％以上，因此，生物炭还田可显著提高农田的固碳能力。但是，目前生物炭的使用方法一般是添加有机和/或无机肥料配合使用，一方面使用麻烦，成本较高，另一方面也会对生物炭的作用造成影响，使其不能充分发挥作用。另外，目前的生物炭由于其原料以及制备方法的原因，其微孔结构偏少、比表面积也偏小，而微孔结构和比表面积是决定其主要功能的因素之一。再者，由于其原料以及制备方法的原因，生物炭保留的营养元素包括微量元素较少，也是目前需要添加其他肥料的原因之一。
因此，如何提供一种制作简单且使用方便的生物炭复合肥是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种生物炭复合肥及其制备方法和应用，以解决现有技术中的不足。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种生物炭复合肥，包括以下重量份的原料：生物炭50-60份、畜禽粪便30-40份、竹粉25-35份、花生壳粉20-30份、粘结剂5-10份和复合菌剂0.8-1.5份；
优选为：生物炭52-58份、畜禽粪便32-36份、竹粉28-32份、花生壳粉22-28份、粘结剂6-9份和复合菌剂0.8-1.2份；
更优选为：生物炭55份、畜禽粪便35份、竹粉30份、花生壳粉25份、粘结剂8份和复合菌剂1.0份。
本发明的有益效果在于，生物炭具有疏松多孔、通气透水性好、比表面积大、吸附能力和螯合能力强的特点，配合其他有机物原料，具有安全、环保、高效等突出优点，从而有效提升有机农田土壤肥力和固碳减排能力。
进一步，上述畜禽粪便为猪粪、牛粪、羊粪、鸡粪和鸭粪中的至少一种。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，畜禽粪便中含有丰富的有机物和氮、磷、钾等养分，同时也能供给作物所需的钙、镁、硫等多种矿物质及微量元素，满足作物生长过程中对多种养分的需要。
进一步，上述粘结剂为淀粉、黏土和凹凸棒土中的至少一种。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，本发明粘结剂能够提高肥料的成粒率，而且颗粒强度高，不结块，不返潮。
进一步，上述复合菌剂由重量比为(2-5)：(1-4)：(1-2)的枯草芽孢杆菌、放线菌和氮单胞菌混合制得。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，本发明复合菌剂能将生物炭、畜禽粪便、竹粉和花生壳粉充分腐熟，发酵后生成的有机质可增加土壤间隙，利用水分保持和空气流通，并为农作物提供营养物质。
一种生物炭复合肥的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)按上述生物炭复合肥的重量份数称取各原料；
(2)将生物炭、竹粉、花生壳粉混合粉碎，过筛，得到物料A；
(3)将物料A、畜禽粪便和复合菌剂混合，25-35℃发酵24-36h，得到物料B；
(4)将物料B和粘结剂混合，造粒，干燥，即得生物炭复合肥。
进一步，上述生物炭的制备方法为：将植物秸秆粉碎后置于炭化炉内，在氮气保护下550-600℃热解2-3h，冷却，即得。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，本发明生物炭的制备条件温和，简单易操作，制得的生物炭性能优良。
进一步，上述步骤(2)中，过筛的筛网目数为100-200目。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，通过粉碎过筛，将生物炭、竹粉、花生壳粉制成较小颗粒，方便发酵和造粒干燥步骤的进行。
步骤(4)中，干燥的温度为50-60℃，烘干至含水率为10％以下。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，通过将生物炭复合肥进行造粒烘干，使用时就会吸水而膨胀成粉末状，这样增加了生物炭复合肥与土壤的接触面积，有利于农作物更好的吸收养分，从而促进了农作物的生长。
本发明还请求保护上述生物炭复合肥在种植小麦和玉米中的应用，施肥量为60-80kg/亩。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明生物炭复合肥能够增加土壤中的有机质含量，改良土壤的结构和孔性，增加了土壤的水肥库容，改善农作物的根际环境，提高土壤的酶活性，促进农作物根际有益微生物的繁衍，根系生长健壮，提升农作物产量。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例1
生物炭复合肥，包括以下重量的原料：生物炭50kg、猪粪30kg、竹粉25kg、花生壳粉20kg、淀粉5kg、枯草芽孢杆菌0.2kg、放线菌0.4kg和氮单胞菌0.2kg；
生物炭复合肥的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)按上述生物炭复合肥的重量称取各原料；其中，生物炭的制备方法为：将植物秸秆粉碎后置于炭化炉内，在氮气保护下550℃热解2h，冷却，即得；
(2)将生物炭、竹粉、花生壳粉混合粉碎，过100目筛，得到物料A；
(3)将物料A、猪粪、枯草芽孢杆菌、放线菌和氮单胞菌混合，25℃发酵24h，得到物料B；
(4)将物料B和淀粉混合，造粒，50℃干燥至含水率为10％，即得生物炭复合肥。
实施例2
生物炭复合肥，包括以下重量的原料：生物炭52kg、牛粪32kg、竹粉28kg、花生壳粉22kg、黏土6kg、枯草芽孢杆菌0.2kg、放线菌0.4kg和氮单胞菌0.2kg；
生物炭复合肥的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)按上述生物炭复合肥的重量称取各原料；其中，生物炭的制备方法为：将植物秸秆粉碎后置于炭化炉内，在氮气保护下560℃热解2h，冷却，即得；
(2)将生物炭、竹粉、花生壳粉混合粉碎，过120目筛，得到物料A；
(3)将物料A、牛粪、枯草芽孢杆菌、放线菌和氮单胞菌混合，28℃发酵28h，得到物料B；
(4)将物料B和黏土混合，造粒，52℃干燥至含水率为10％，即得生物炭复合肥。
实施例3
生物炭复合肥，包括以下重量的原料：生物炭55kg、鸡粪35kg、竹粉30kg、花生壳粉25kg、黏土8kg、枯草芽孢杆菌0.5kg、放线菌0.4kg和氮单胞菌0.1kg；
生物炭复合肥的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)按上述生物炭复合肥的重量称取各原料；其中，生物炭的制备方法为：将植物秸秆粉碎后置于炭化炉内，在氮气保护下580℃热解2.5h，冷却，即得；
(2)将生物炭、竹粉、花生壳粉混合粉碎，过150目筛，得到物料A；
(3)将物料A、鸡粪、枯草芽孢杆菌、放线菌和氮单胞菌混合，30℃发酵30h，得到物料B；
(4)将物料B和黏土混合，造粒，55℃干燥至含水率为6％，即得生物炭复合肥。
实施例4
生物炭复合肥，包括以下重量的原料：生物炭58kg、羊粪36kg、竹粉32kg、花生壳粉28kg、黏土9kg、枯草芽孢杆菌0.4kg、放线菌0.4kg和氮单胞菌0.4kg；
生物炭复合肥的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)按上述生物炭复合肥的重量称取各原料；其中，生物炭的制备方法为：将植物秸秆粉碎后置于炭化炉内，在氮气保护下580℃热解3h，冷却，即得；
(2)将生物炭、竹粉、花生壳粉混合粉碎，过180目筛，得到物料A；
(3)将物料A、羊粪、枯草芽孢杆菌、放线菌和氮单胞菌混合，32℃发酵32h，得到物料B；
(4)将物料B和黏土混合，造粒，58℃干燥至含水率为8％，即得生物炭复合肥。
实施例5
生物炭复合肥，包括以下重量的原料：生物炭60kg、鸭粪40kg、竹粉35kg、花生壳粉30kg、凹凸棒土10kg、枯草芽孢杆菌0.6kg、放线菌0.6kg和氮单胞菌0.3kg；
生物炭复合肥的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)按上述生物炭复合肥的重量称取各原料；其中，生物炭的制备方法为：将植物秸秆粉碎后置于炭化炉内，在氮气保护下600℃热解3h，冷却，即得；
(2)将生物炭、竹粉、花生壳粉混合粉碎，过200目筛，得到物料A；
(3)将物料A、鸭粪、枯草芽孢杆菌、放线菌和氮单胞菌混合，35℃发酵36h，得到物料B；
(4)将物料B和凹凸棒土混合，造粒，60℃干燥至含水率为8％，即得生物炭复合肥。
性能测试
1、各取实施例1-5制得的生物炭复合肥，按照NYT 3618-2020《生物炭基有机肥料》的试验方法和要求，分别进行有效活菌数、有机质、水分、pH值、粪大肠菌群数和蛔虫卵死亡率的测定。
测定结果如表1所示。
表1实施例1-3生物肥料的性能测定结果
Figure BDA0002768368370000071
由表1可知，本发明实施例1-5制得的生物炭复合肥的各项指标均符合NYT 3618-2020《生物炭基有机肥料》的相应要求。其中，实施例3为最佳实施例。
2、玉米田间试验
选取河南省郑州市的一块玉米试验田，平均分为两块，记为常规施肥区和试验施肥区，玉米品种选择中禾107，待玉米成熟后分别统计玉米的穗粒数、千粒重和产量，并计算增产率。
其中，常规施肥区的具体施肥方法为：当地常规施肥，采用阶段施肥方法，分别为底肥、缓秧肥、蘖肥、穗肥，计4次施肥，施肥量及方式与当地农业生产一致；试验施肥区的具体施肥方法为：每亩施实施例3制得的生物炭复合肥80kg，以底肥形式一次性施入，其后不再追施其他肥料。
统计结果如表2所示。
表2常规施肥区和试验施肥区玉米统计结果
测定指标 穗粒数(粒) 千粒重(g) 产量(kg/亩)
常规施肥区 481 235.12 445.63
试验施肥区 584 276.58 536.88
增产率(％) 21.41 17.63 20.48
由表2可知，试验施肥区玉米的穗粒数、千粒重和产量均优于常规施肥区，其中，穗粒数增产21.41％，千粒重增产17.63％，产量增产20.48％。
以上试验说明，本发明生物炭复合肥能够增加土壤中的有机质含量，改良土壤的结构和孔性，增加了土壤的水肥库容，改善农作物的根际环境，提高土壤的酶活性，促进农作物根际有益微生物的繁衍，根系生长健壮，提升农作物产量。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种生物炭复合肥，其特征在于，包括以下重量份的原料：生物炭50-60份、畜禽粪便30-40份、竹粉25-35份、花生壳粉20-30份、粘结剂5-10份和复合菌剂0.8-1.5份。
2.根据权利要求1所述的一种生物炭复合肥，其特征在于，包括以下重量份的原料：生物炭52-58份、畜禽粪便32-36份、竹粉28-32份、花生壳粉22-28份、粘结剂6-9份和复合菌剂0.8-1.2份。
3.根据权利要求1所述的一种生物炭复合肥，其特征在于，包括以下重量份的原料：生物炭55份、畜禽粪便35份、竹粉30份、花生壳粉25份、粘结剂8份和复合菌剂1.0份。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种生物炭复合肥，其特征在于，所述畜禽粪便为猪粪、牛粪、羊粪、鸡粪和鸭粪中的至少一种。
5.根据权利要求1-3任一项所述的一种生物炭复合肥，其特征在于，所述粘结剂为淀粉、黏土和凹凸棒土中的至少一种。
6.根据权利要求1-3任一项所述的一种生物炭复合肥，其特征在于，所述复合菌剂由重量比为(2-5)：(1-4)：(1-2)的枯草芽孢杆菌、放线菌和氮单胞菌混合制得。
7.一种生物炭复合肥的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)按权利要求1-6任一项所述生物炭复合肥的重量份数称取各原料；
(2)将生物炭、竹粉、花生壳粉混合粉碎，过筛，得到物料A；
(3)将物料A、畜禽粪便和复合菌剂混合，25-35℃发酵24-36h，得到物料B；
(4)将物料B和粘结剂混合，造粒，干燥，即得所述生物炭复合肥。
8.根据权利要求7所述的一种生物炭复合肥，其特征在于，所述生物炭的制备方法为：将植物秸秆粉碎后置于炭化炉内，在氮气保护下550-600℃热解2-3h，冷却，即得。
9.根据权利要求6所述的一种生物炭复合肥，其特征在于，步骤(2)中，所述过筛的筛网目数为100-200目；
步骤(4)中，所述干燥的温度为50-60℃，烘干至含水率为10％以下。
10.一种如权利要求1-5任一项所述生物炭复合肥在种植小麦和玉米中的应用，其特征在于，所述生物炭复合肥的施肥量为60-80kg/亩。
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