CN114230393A - 一种盐碱地专用炭基有机无机复混肥及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种盐碱地专用炭基有机无机复混肥。该复混肥包括下述质量份的组分：生物炭100～200份、腐殖酸150～250份、木醋液30～100份、麦饭石10～30份、膨润土50～100份、磷石膏50～100份、氮肥100～150份、磷肥100～150份、钾肥100～150份、微量元素10～50份。本发明通过盐碱地专用炭基有机无机复混肥的施用，改良盐碱土不良的理化性质,通过生物炭的特殊结构降低盐碱土的容重,提高盐碱土的持水、透水和透气性，增加土壤微生物含量和保水保肥能力，从根本上改良盐碱土较差的理化性质，为促进农业可持续发展达到增产增效目的。
Description
技术领域
本发明属于有机肥料领域，具体涉及一种盐碱地专用炭基有机无机复混肥及其制备方法。
背景技术
盐碱土壤是一种农业生产能力较差的退化土壤。在全球范围内，受盐碱影响的土壤达到约10亿公顷，约占地球大陆面积的7％、世界灌溉土地的20％。由于不同的气候、自然环境和土壤形成过程，不同地区和国家受盐碱影响的土壤分布和类型有着显著差异。松嫩平原位于中国北方农牧交错带的东部，是中国北方重要的农牧业基地，作为世界上最大的三大苏打盐碱土分布区之一，含有超过373万公顷的土地受到盐碱化的影响。近几十年来，由于人类活动和气候变化的双重影响，松嫩平原遭受了严重的土地盐碱化，每年约有2万公顷的土地盐碱化，大部分土地已被废弃无法使用。盐碱土作为一种潜在的后备土壤资源，存在巨大的开发潜力。因此，保护和合理开发、利用盐碱土地资源就变得尤为重要，对区域生态环境的改善和生产，促进区域经济发展有着十分重要的意义。
盐碱土的物理和化学性状都较差，盐分将导致植物缺水，土壤孔隙度变小，土壤较易板结，土壤结构差，持水性、透水性变差；抑制养分的吸收过程和酶的活性，影响土壤微生物的活动和有机质的转化，有机质含量下降，导致土壤肥力下降；土壤中某些盐分离子毒害植物根系，引起植物的形态和结构发生变化。对于应对以上问题，生物炭因具有独特的理化性质而效果显著。
生物炭是一种具有高碳含量、有机物和无机矿物的新型碳质复合材料，由于其在土壤修复、废水处理及其在化学工程中的潜在优势而受到广泛关注。生物炭疏松多孔的性质使其能保存更多地土壤营养物质，改善土壤的水力特性，降低土壤的养分淋失程度，减少化肥淋失。在盐渍化土壤中施用生物炭，既能解决农林废弃物造成的资源浪费与环境污染问题，又能改善土壤的水土环境，提高作物的水肥利用效率。研究表明，生物炭在土壤保水保肥、改善土壤微观结构、增加有机碳含量、促进作物生长和增产及固碳减排等方面具有积极的作用，其改良效果对农业生产、土壤改良及生态修复等都具有重要意义。
国内外研究人员探索将生物炭与有机、无机肥进行复合，以有机、无机肥料养分弥补生物炭所含养分不足的缺陷。由于生物炭基肥料具有养分缓释作用，能够延缓释放、降低养分损失，提高肥料养分利用率，生物炭在其负载养分释放后，仍能交换吸附土壤水肥,起到改善土壤保水保肥能力，促进土壤有益微生物繁殖和活动，发挥其土壤改良剂功能,难降解生物炭可以在土壤中固碳。生物炭与有机、无机肥料复合可以通过每季施肥给土壤带入生物炭，减少一次向土壤中施用大量生物炭所带来的需求压力，生物炭与有机、无机肥料复合还可增加生物炭的质量密度，降低生物炭粉尘损失，特别是当生物炭与有机、无机肥料复合造粒可极大降低生物炭施用作业困难和损失。
发明内容
本发明提供了一种可以改良土壤理化性质的盐碱地专用炭基有机无机复混肥。
本发明还提供了该盐碱地专用炭基有机无机复混肥的制备方法。
本发明所提供的盐碱地专用炭基有机无机复混肥，包括下述质量份的组分：生物炭100～200份、腐殖酸150～250份、木醋液30～100份、麦饭石10～30份、膨润土50～100份、磷石膏50～100份、氮肥100～150份、磷肥100～150份、钾肥100～150份、微量元素10～50份。
优选地，盐碱地专用炭基有机无机复混肥，包括下述质量份的组分：生物炭150份、腐殖酸215份、木醋液45份、麦饭石20份、膨润土80份、磷石膏100份、氮肥140份、磷肥145份、钾肥120份、微量元素30份。
本发明中，所述生物炭由生物质原料在无氧条件下进行热裂解炭化后制得；其中，所述生物质原料包括玉米秸秤、玉米芯、水稻秸杆、水稻壳、***杆、***残渣、大豆秸杆、核桃壳、菌糠；所述热裂解炭化的温度为500～700℃；所述热裂解炭化时间为2～3小时。所述生物炭的比表面积可达到100平方米/克以上。
本发明中，所述麦饭石，麦饭石由于其吸附性、溶解性、调节性、生物活性和矿化性等，在盐碱土中具有调节离子和释放20多种微量元素，还有微量稀土元素。麦饭石中含Al2O315％，其作为中性氧化物，在盐碱地遇碱(OH)起反应降低pH的作用。
本发明中，所述氮肥选自尿素、磷酸一铵、磷酸二铵、硫酸铵和氯化铵中的一种或几种按任意比例混合。
本发明中，所述磷肥选自磷酸一铵、磷酸二铵、过磷酸钙、钙镁磷肥和硝酸磷肥中的一种或几种按任意比例混合。
本发明中，所述钾肥为氯化钾和硫酸钾中的一种或两种按任意比例混合。
本发明中，所述微量元素为硫酸亚铁、硫酸镁和硫酸锌中的一种或两种按任意比例混合。
本发明提供的制备所述的盐碱地专用炭基有机无机复混肥的方法，包括下述步骤：
(1)生物质原料在无氧条件下进行热裂解炭化，得到生物炭；
(2)生物炭、腐殖酸、木醋液、麦饭石、膨润土、磷石膏、氮肥、磷肥、钾肥、微量元素按所述质量份混合，经粉碎、搅拌、制粒、烘干，制成颗粒有机无机复混肥。
上述方法步骤(1)中，所述生物炭由生物质原料在无氧条件下进行热裂解炭化后制得；其中，所述生物质原料包括玉米秸秤、玉米芯、水稻秸杆、水稻壳、***杆、***残渣、大豆秸杆、核桃壳、菌糠；所述热裂解炭化的温度为500～700℃；所述热裂解炭化时间为2～3小时。所述热裂解炭化结束后还包括对得到的产物进行炭化粉碎、过2mm筛的步骤。
上述方法步骤(2)中，所述有机无机复混肥颗粒的粒径为3.35～5.60mm。
本发明还保护上述盐碱地专用炭基有机无机复混肥在改良盐碱土方面的应用。
本发明所述的盐碱地专用炭基有机无机复混肥在改良盐碱土方面的应用方法是：在作物种植前，按作物种植中同等常规化肥的含氮量，即与作物种植中常规施用化肥的含氮量相同，施于土壤中。
本发明通过盐碱地专用炭基有机无机复混肥的施用，改良盐碱土不良的理化性质,通过生物炭的特殊结构降低盐碱土的容重,提高盐碱土的持水、透水和透气性，增加土壤微生物含量和保水保肥能力，从根本上改良盐碱土较差的理化性质，为促进农业可持续发展达到增产增效目的。
本发明的有益效果是：
(1)生物炭的原料为玉米秸秤、玉米芯、水稻秸杆、水稻壳、***杆、***残渣、大豆秸杆、核桃壳、菌糠等有机废料，来源广泛、产量巨大、成本低廉，因而更易实现规模化生产。
(2)本发明中的盐碱地专用炭基有机无机复混肥以生物炭原料，生物炭具有的独特物理性质赋予生物炭强大的吸附能力，可以显著降低肥料淋失，增加肥料缓释作用，提高肥料有效性和利用率。同时改善土壤物理性状，增加土壤通气、透水性，降低土壤容重、提高土壤孔隙度，为微生物生命活动提供场所。
(3)本发明中的盐碱地专用炭基有机无机复混肥以麦饭石为原料，麦饭石由于其吸附性、溶解性、调节性、生物活性和矿化性等，在盐碱土中具有调节离子和释放20多种微量元素，还有微量稀土元素。麦饭石中含Al2O315％，其作为中性氧化物，在盐碱地遇碱(OH)起反应降低pH的作用。
(4)本发明中的盐碱地专用炭基有机无机复混肥以磷石膏为原料，利用磷石膏中含有的钙离子来替换土壤吸附性复合体中的钠离子，以此来降低盐碱地土壤中的碱度，也为作物提供充足的钙和硫元素。磷石膏可以改善土壤物理结构，增加土壤团粒结构，提高土壤通气透水性，缓解土壤板结。
(5)本发明中的盐碱地专用炭基有机无机复混肥以膨润土为原料，利用膨润土的离子交换作用和吸附性，可以显著降低盐碱土壤的全盐量。膨润土可以改善土壤物理结构，增加土壤团粒结构，提高土壤通气透水性，缓解土壤板结。
(6)本发明中的盐碱地专用炭基有机无机复混肥加入了微量元素，目的是为了提供给植物更全面的养分元素，促进植物生长和增强其他肥料的有效性。
(7)本发明中的盐碱地专用炭基有机无机复混肥pH呈弱酸性，施入土壤中后可以降低盐碱土壤pH，抑制土壤盐碱化现象。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。
下述实施例中涉及的测定方法如下：
土壤细菌数量和放线菌数量采用稀释平板计数法测定
微生物量碳、氮采用氯仿熏蒸K2SO4提取法(FE)测定；
土壤有机质采用重铬酸钾容量法-外加热法测定；
水溶性碳采用高温催化氧化法测定；
土壤脲酶活性采用苯酚钠—次氯酸钠比色法测定；
土壤过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定；
土壤容重采用换到法测定；
土壤阳离子交换量采用乙酸钠法测定；
土壤pH值采用pH计测定。
一、生物炭的制备
实施例1
将玉米秸秤干燥、粉碎处理后，在600℃的ZHC-I型秸秤热解炭化炉进行无氧高温热裂解炭化处理3小时，炭化经冷却、粉碎后，过2mm筛得到生物炭原料。
实施例2
将玉米芯干燥、粉碎处理后，在550℃的ZHC-I型秸秤热解炭化炉进行无氧高温热裂解炭化处理2.5小时，炭化经冷却、粉碎后，过2mm筛得到生物炭原料。
实施例3
将水稻秸秤干燥、粉碎处理后，在650℃的ZHC-I型秸秤热解炭化炉进行无氧高温热裂解炭化处理2.5小时，炭化经冷却、粉碎后，过2mm筛得到生物炭原料。
实施例4
将水稻壳干燥、粉碎处理后，在700℃的ZHC-I型秸秤热解炭化炉进行无氧高温热裂解炭化处理2小时，炭化经冷却、粉碎后，过2mm筛得到生物炭原料。
实施例5
将***秤干燥、粉碎处理后，在550℃的ZHC-I型秸秤热解炭化炉进行无氧高温热裂解炭化处理3小时，炭化经冷却、粉碎后，过2mm筛得到生物炭原料。
实施例6
将***残渣干燥、粉碎处理后，在600℃的ZHC-I型秸秤热解炭化炉进行无氧高温热裂解炭化处理3小时，炭化经冷却、粉碎后，过2mm筛得到生物炭原料。
实施例7
将大豆秸秤干燥、粉碎处理后，在700℃的ZHC-I型秸秤热解炭化炉进行无氧高温热裂解炭化处理2.5小时，炭化经冷却、粉碎后，过2mm筛得到生物炭原料。
实施例8
将核桃壳干燥、粉碎处理后，在650℃的ZHC-I型秸秤热解炭化炉进行无氧高温热裂解炭化处理3小时，炭化经冷却、粉碎后，过2mm筛得到生物炭原料。
实施例9
将菌糠干燥、粉碎处理后，在600℃的ZHC-I型秸秤热解炭化炉进行无氧高温热裂解炭化处理2.5小时，炭化经冷却、粉碎后，过2mm筛得到生物炭原料。
二、盐碱地专用炭基有机无机复混肥的制备
实施例10
上述生物炭(实施例1制备的生物炭)150kg、腐殖酸215kg、木醋液45kg、麦饭石20kg、膨润土80kg、磷石膏100kg、尿素140kg、过磷酸钙145kg、硫酸钾120kg、硫酸亚铁10kg、硫酸锌10kg、硫酸镁10kg混合，经13SFS-401型粉碎机粉碎(粉碎时间2吨/小时、粉碎粒径0.3～0.5mm)、PJ16001型搅拌机搅拌(搅拌时间10mim～15min)、KHL-500型造粒机制粒(1吨/小时～2.5吨/小时、粒径大小5mm)、
型烘干机烘干(烘干后含水量为15％)，制成颗粒肥。在水稻种植前，按水稻种植中同等常规化肥的含氮量，即与水稻种植中常规施用化肥的含氮量相同，施于盐碱土壤中。
经过试验测试，本发明与水稻种植中单施鸡粪处理比较，0～20cm耕层土壤细菌数量增加9.16％，放线菌数量增加8.51％，微生物量氮增加2.01％，土壤有机质提高0.06％，微生物量碳增加25.83％，水溶性碳提高17.62％，土壤脲酶活性提高7.65％，过氧化氢酶活性提高8.21％，耕层土壤容重减少0.34％，pH值由8.51到7.91，阳离子交换量增加0.2％，水稻产量比对照提高17％。
实施例11
上述生物炭(实施例1制备的生物炭)200kg、腐殖酸200kg、木醋液80kg、麦饭石30kg、膨润土100kg、磷石膏50kg、尿素100kg、过磷酸钙100kg、硫酸钾100kg、硫酸镁10kg、硫酸锌10kg混合，经13SFS-401型粉碎机粉碎(粉碎时间2吨/小时、粉碎粒径0.3～0.5mm)、PJ16001型搅拌机搅拌(搅拌时间10mim～15min)、KHL-500型造粒机制粒(1吨/小时～2.5吨/小时、粒径大小5mm)、
型烘干机烘干(烘干后含水量为15％)，制成颗粒肥。在水稻种植前，按水稻种植中同等常规化肥的含氮量，即与水稻种植中常规施用化肥的含氮量相同，施于盐碱土壤中。
经过试验测试，本发明与水稻种植中单施鸡粪处理比较，0～20cm耕层土壤细菌数量增加8.95％，放线菌数量增加7.76％，微生物量氮增加1.88％，土壤有机质提高0.08％，微生物量碳增加27.89％，水溶性碳提高13.35％，土壤脲酶活性提高6.91％，过氧化氢酶活性提高7.35％，耕层土壤容重减少0.29％，pH值由8.51到7.83，阳离子交换量增加0.2％，水稻产量比对照提高16％。
实施例12
上述生物炭(实施例1制备的生物炭)150kg、腐殖酸250kg、木醋液100kg、麦饭石15kg、膨润土50kg、磷石膏30kg、尿素110kg、过磷酸钙120kg、硫酸钾110kg、硫酸镁10kg混合，经13SFS-401型粉碎机粉碎(粉碎时间2吨/小时、粉碎粒径0.3～0.5mm)、PJ16001型搅拌机搅拌(搅拌时间10mim～15min)、KHL-500型造粒机制粒(1吨/小时～2.5吨/小时、粒径大小5mm)、
型烘干机烘干(烘干后含水量为15％)，制成颗粒肥。在水稻种植前，按水稻种植中同等常规化肥的含氮量，即与水稻种植中常规施用化肥的含氮量相同，施于盐碱土壤中。
经过试验测试，本发明与水稻种植中单施鸡粪处理比较，0～20cm耕层土壤细菌数量增加9.12％，放线菌数量增加7.66％，微生物量氮增加1.92％，土壤有机质提高0.09％，微生物量碳增加23.22％，水溶性碳提高16.58％，土壤脲酶活性提高6.32％，过氧化氢酶活性提高7.03％，耕层土壤容重减少0.14％，pH值由8.51到7.81，阳离子交换量增加0.2％，水稻产量比对照提高18％。
以上这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种盐碱地专用炭基有机无机复混肥，包括下述质量份的组分：生物炭100～200份、腐殖酸150～250份、木醋液30～100份、麦饭石10～30份、膨润土50～100份、磷石膏50～100份、氮肥100～150份、磷肥100～150份、钾肥100～150份、微量元素10～50份。
2.根据权利要求1所述的盐碱地专用炭基有机无机复混肥，其特征在于：所述盐碱地专用炭基有机无机复混肥，包括下述质量份的组分：生物炭150份、腐殖酸215份、木醋液45份、麦饭石20份、膨润土80份、磷石膏100份、氮肥140份、磷肥145份、钾肥120份、微量元素30份。
3.根据权利要求1或2所述的盐碱地专用炭基有机无机复混肥，其特征在于：所述生物炭由生物质原料在无氧条件下进行热裂解炭化后制得；
其中，所述生物质原料包括玉米秸秤、玉米芯、水稻秸杆、水稻壳、***杆、***残渣、大豆秸杆、核桃壳、菌糠；
所述热裂解炭化的温度为500～700℃；所述热裂解炭化时间为2～3小时。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的盐碱地专用炭基有机无机复混肥，其特征在于：所述氮肥选自尿素、磷酸一铵、磷酸二铵、硫酸铵和氯化铵中的一种或几种按任意比例混合；
或，所述磷肥选自磷酸一铵、磷酸二铵、过磷酸钙、钙镁磷肥和硝酸磷肥中的一种或几种按任意比例混合；
或，所述钾肥为氯化钾和硫酸钾中的一种或两种按任意比例混合。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的盐碱地专用炭基有机无机复混肥，其特征在于：所述微量元素为硫酸镁和硫酸锌中的一种或两种按任意比例混合。
6.权利要求1-5中任一项所述的盐碱地专用炭基有机无机复混肥的制备方法，包括下述步骤：
(1)生物质原料在无氧条件下进行热裂解炭化，得到生物炭；
(2)生物炭、腐殖酸、木醋液、麦饭石、膨润土、磷石膏、氮肥、磷肥、钾肥、微量元素按所述质量份混合，经粉碎、搅拌、制粒、烘干，制成颗粒有机无机复混肥。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述生物炭由生物质原料在无氧条件下进行热裂解炭化后制得；其中，所述生物质原料包括玉米秸秤、玉米芯、水稻秸杆、水稻壳、***杆、***残渣、大豆秸杆、核桃壳、菌糠；所述热裂解炭化的温度为500～700℃；所述热裂解炭化时间为2～3小时；
所述热裂解炭化结束后还包括对得到的产物进行炭化粉碎、过2mm筛的步骤。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述有机无机复混肥颗粒的粒径为3.35-5.60mm。
9.权利要求1-5中任一项所述的盐碱地专用炭基有机无机复混肥在改良盐碱土方面的应用。
10.一种改良盐碱土的方法，包括下述步骤：在作物种植前，向土壤中施加权利要求1-5中任一项所述的盐碱地专用炭基有机无机复混肥；优选的，所述盐碱地专用炭基有机无机复混肥的施加量以其含氮量计与常规化肥施加的含氮量相同。
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| CN116332705B (zh) * | 2023-06-01 | 2023-09-19 | 水利部牧区水利科学研究所 | 一种生物炭配施有机无机肥及其改良盐渍化土壤的方法 |
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