本發(fā)明涉及一種生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料及其制備方法。
背景技術(shù)：
秸稈作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的副產(chǎn)品，秸稈中含有大量的有機(jī)質(zhì)、一定量的氮、磷、鉀和微量元素等營養(yǎng)成分是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要有機(jī)肥源之一。據(jù)統(tǒng)計，我國糧食作物秸稈依然是主要作物秸稈類型。其中稻草、玉米秸、麥秸是中國產(chǎn)量最高的三大農(nóng)作物秸稈。目前在我國秸稈利用率僅有75％，其余的秸稈均被遺棄或焚燒掉，被利用的秸稈中大部分在農(nóng)村地區(qū)作為生活用能源，且以直接燃燒為主；秸稈焚燒過程中不僅污染空氣環(huán)境，甚至?xí)l(fā)火災(zāi)、交通事故等。因此，如何利用農(nóng)作物秸稈是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)亟待解決的問題之一。
秸稈氣化干餾制碳等技術(shù)是解決秸稈的主要方法之一，生物炭是秸稈干餾等技術(shù)的副產(chǎn)物，生物炭的利用是秸稈干餾的重要環(huán)節(jié)。以生物炭為原料生產(chǎn)生物炭基肥，是促進(jìn)秸稈綜合利用的重要環(huán)節(jié)。炭基肥料是以生物炭為基質(zhì)與其他肥料復(fù)合而成的新型肥料，能有效提高土壤的肥力和透氣能力，同時具有對肥料的緩釋作用等。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有生物炭基肥制備過程繁瑣、加工成本高、肥料顆粒成粒效果差、化肥利用效率低、秸稈生物炭粉加工過程中能耗高和制備過程污染嚴(yán)重的問題，提出一種生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料及其制備方法；
本發(fā)明生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料，按質(zhì)量份數(shù)由15～25份碳酰胺、15～30份過磷酸鈣或磷酸氫二銨、8～20份氯化鉀、5～10份膨潤土、0～2份微量元素、0～8份水、1～3份粘結(jié)劑和15～30份秸稈生物炭組成；
所述微量元素為螯合鋅和硫酸亞鐵按任意質(zhì)量比例混合得到的混合物；所述粘結(jié)劑為膨潤土和植物淀粉的混合物；所述粘結(jié)劑中膨潤土和植物淀粉的質(zhì)量比為10:1。
本發(fā)明生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料的制備方法按以下步驟進(jìn)行：
一、將生物炭經(jīng)過粉碎機(jī)粉碎成80～100目的細(xì)粉，將細(xì)粉輸送至封閉空間內(nèi)靜置后回收備用；
二、按質(zhì)量份數(shù)稱取尿素15～25份、磷酸氫二銨15～30份、氯化鉀8～20份、膨潤土5～10份、微量元素0～2份、粘結(jié)劑1～3份、水15～20份和秸稈生物炭15～30份；
從稱取的15～25份尿素、15～30份磷酸氫二銨和8～20份氯化鉀中取出8～15份尿素、8～10份磷酸氫二銨和5～10份氯化鉀并粉碎至80～100目，并與稱取的秸稈生物炭、膨潤土、微量元素和粘結(jié)劑混合，然后置于碾輪式混拌機(jī)中，在碾輪式混拌機(jī)的碾輪轉(zhuǎn)速為30r/min～45r/min的條件下，攪拌8分鐘；得到混合原料；剩余的尿素、磷酸氫二銨和氯化鉀備用；
三、將步驟二得到的混合原料置于圓盤造粒機(jī)中，與步驟二稱取的15～20份的水混合制備成粒徑為1.5～4.5mm的球形顆粒，然后將球形顆粒置于滾筒干燥機(jī)中于100～180℃停留15～45min，形成生物炭基母粒；
四、將步驟三的到的生物炭基母粒與步驟二中剩余的尿素、磷酸氫二銨和氯化鉀混合，得到含水量0～8％、機(jī)械強(qiáng)度大于85％和ph值為6.4～7.2的生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料。
本發(fā)明具備以下有益效果：
1、本發(fā)明生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料的含水量0～8％、機(jī)械強(qiáng)度大于85％和ph值為6.4～7.2符合國家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)；該肥料可以促進(jìn)植物的生長發(fā)育，促進(jìn)水稻苗期的生長，提高分蘗顯；同時可以增產(chǎn)5％以上，增收80元/畝，降低陳本10元/畝；
2、本發(fā)明針對作物秸稈炭造粒難問題，提出了通過調(diào)節(jié)水分含量和有機(jī)物無機(jī)物的比例，來提高生物炭的造粒效率，并且參考復(fù)混肥料的國家標(biāo)準(zhǔn)，將碳酰胺、過磷酸鈣、磷酸氫二銨、氯化鉀作為提供氮磷鉀元素的基礎(chǔ)肥料，并以秸稈炭為基質(zhì)得到生物炭基母粒，再以母粒為基礎(chǔ)，配以含有氮磷鉀元素的化學(xué)肥料，混配得到復(fù)合肥料。復(fù)合肥料中生物質(zhì)炭含量約為20％，無機(jī)總養(yǎng)分含量約為45％，并且可以根據(jù)主要的土壤類型、以及不同作物的生長特點，對不同作物生長所必需的大中微量元素，合理配比，提出不同作物需求的復(fù)合肥料；
3、本發(fā)明生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料在制備過程中，先將混合原料制粉，然后將粉料造粒，進(jìn)而根據(jù)不同作物生長所必需的大中微量元素合理配比氮磷鉀肥料，得到生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料；粉料造粒的過程能夠?qū)崿F(xiàn)氮磷鉀緩釋的作用，延長肥料的有效時限。
具體實施方式：
本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間的任意合理組合。
具體實施方式一：本實施方式一種生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料，該生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料按質(zhì)量份數(shù)由15～25份碳酰胺、15～30份過磷酸鈣或磷酸氫二銨、8～20份氯化鉀、5～10份膨潤土、0～2份微量元素、0～8份水、1～3份粘結(jié)劑和15～30份秸稈生物炭組成。
本實施方式具備以下有益效果：
1、本實施方式生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料的含水量0～8％、機(jī)械強(qiáng)度大于85％和ph值為6.4～7.2符合國家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)；該肥料可以促進(jìn)植物的生長發(fā)育，促進(jìn)水稻苗期的生長，提高分蘗顯；同時可以增產(chǎn)5％以上，增收80元/畝，降低陳本10元/畝；
2、本實施方式針對作物秸稈炭造粒難問題，提出了通過調(diào)節(jié)水分含量和有機(jī)物無機(jī)物的比例，來提高生物炭的造粒效率，并且參考復(fù)混肥料的國家標(biāo)準(zhǔn)，將碳酰胺、過磷酸鈣、磷酸氫二銨、氯化鉀作為提供氮磷鉀元素的基礎(chǔ)肥料，并以秸稈炭為基質(zhì)得到生物炭基母粒，再以母粒為基礎(chǔ)，配以含有氮磷鉀元素的化學(xué)肥料，混配得到復(fù)合肥料。復(fù)合肥料中生物質(zhì)炭含量約為20％，無機(jī)總養(yǎng)分含量約為45％，并且可以根據(jù)主要的土壤類型、以及不同作物的生長特點，對不同作物生長所必需的大中微量元素，合理配比，提出不同作物需求的復(fù)合肥料；
3、本實施方式生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料在制備過程中，先將混合原料制粉，然后將粉料造粒，進(jìn)而根據(jù)不同作物生長所必需的大中微量元素合理配比氮磷鉀肥料，得到生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料；粉料造粒的過程能夠?qū)崿F(xiàn)氮磷鉀緩釋的作用，延長肥料的有效時限。
具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是：所述微量元素為螯合鋅和硫酸亞鐵按任意質(zhì)量比例混合得到的混合物。其他步驟和參數(shù)與具體實施方式一相同。
具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二不同的是：所述粘結(jié)劑為膨潤土和植物淀粉的混合物。其他步驟和參數(shù)與具體實施方式一或二相同。
具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式三不同的是：所述粘結(jié)劑中膨潤土和植物淀粉的質(zhì)量比為10:1。其他步驟和參數(shù)與具體實施方式三相同。
具體實施方式五：本實施方式一種生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料的制備方法，該制備方法按以下步驟進(jìn)行：
一、將生物炭經(jīng)過粉碎機(jī)粉碎成80～100目的細(xì)粉，將細(xì)粉輸送至封閉空間內(nèi)靜置后回收備用；
二、按質(zhì)量份數(shù)稱取尿素15～25份、磷酸氫二銨15～30份、氯化鉀8～20份、膨潤土5～10份、微量元素0～2份、粘結(jié)劑1～3份、水15～20份和秸稈生物炭15～30份；
從稱取的15～25份尿素、15～30份磷酸氫二銨和8～20份氯化鉀中取出8～15份尿素、8～10份磷酸氫二銨和5～10份氯化鉀并粉碎至80～100目，并與稱取的秸稈生物炭、膨潤土、微量元素和粘結(jié)劑混合，然后置于碾輪式混拌機(jī)中，在碾輪式混拌機(jī)的碾輪轉(zhuǎn)速為30r/min～45r/min的條件下，攪拌8分鐘；得到混合原料；剩余的尿素、磷酸氫二銨和氯化鉀備用；
三、將步驟二得到的混合原料置于圓盤造粒機(jī)中，與步驟二稱取的15～20份的水混合制備成粒徑為1.5～4.5mm的球形顆粒，然后將球形顆粒置于滾筒干燥機(jī)中于100～180℃停留15～45min，形成生物炭基母粒；
四、將步驟三的到的生物炭基母粒與步驟二中剩余的尿素、磷酸氫二銨和氯化鉀混合，得到含水量0～8％、機(jī)械強(qiáng)度大于85％和ph值為6.4～7.2的生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料。
本實施方式具備以下有益效果：
1、本實施方式生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料的含水量0～8％、機(jī)械強(qiáng)度大于85％和ph值為6.4～7.2符合國家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)；該肥料可以促進(jìn)植物的生長發(fā)育，促進(jìn)水稻苗期的生長，提高分蘗顯；同時可以增產(chǎn)5％以上，增收80元/畝，降低陳本10元/畝；
2、本實施方式針對作物秸稈炭造粒難問題，提出了通過調(diào)節(jié)水分含量和有機(jī)物無機(jī)物的比例，來提高生物炭的造粒效率，并且參考復(fù)混肥料的國家標(biāo)準(zhǔn)，將碳酰胺、過磷酸鈣、磷酸氫二銨、氯化鉀作為提供氮磷鉀元素的基礎(chǔ)肥料，并以秸稈炭為基質(zhì)得到生物炭基母粒，再以母粒為基礎(chǔ)，配以含有氮磷鉀元素的化學(xué)肥料，混配得到復(fù)合肥料。復(fù)合肥料中生物質(zhì)炭含量約為20％，無機(jī)總養(yǎng)分含量約為45％，并且可以根據(jù)主要的土壤類型、以及不同作物的生長特點，對不同作物生長所必需的大中微量元素，合理配比，提出不同作物需求的復(fù)合肥料；
3、本實施方式生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料在制備過程中，先將混合原料制粉，然后將粉料造粒，進(jìn)而根據(jù)不同作物生長所必需的大中微量元素合理配比氮磷鉀肥料，得到生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料；粉料造粒的過程能夠?qū)崿F(xiàn)氮磷鉀緩釋的作用，延長肥料的有效時限。
具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式五不同的是：步驟二所述按質(zhì)量份數(shù)稱取尿素23.8份、磷酸氫二銨20份、氯化鉀14份、膨潤土10份、微量元素2份和粘結(jié)劑2份、水20份和20份秸稈生物炭。其他步驟和參數(shù)與具體實施方式五相同。
實施例1：
本實施例生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料的制備方法按以下步驟進(jìn)行：
一、將生物炭經(jīng)過粉碎機(jī)粉碎成100目的細(xì)粉，將細(xì)粉輸送至封閉空間內(nèi)靜置后回收備用；
二、按質(zhì)量份數(shù)稱取尿素23.8份、磷酸氫二銨20份、氯化鉀14份、膨潤土10份、微量元素2份、粘結(jié)劑2份、水20份和20份秸稈生物炭；
所述微量元素為螯合鋅和硫酸亞鐵按任意質(zhì)量比例混合得到的混合物；所述粘結(jié)劑為膨潤土和植物淀粉的混合物；所述粘結(jié)劑中膨潤土和植物淀粉的質(zhì)量比為10:1；
從稱取的23.8份尿素、20份磷酸氫二銨和20份氯化鉀中取出14份尿素、10份磷酸氫二銨和10份氯化鉀并粉碎至100目，并與稱取的秸稈生物炭、膨潤土、微量元素和粘結(jié)劑混合，然后置于碾輪式混拌機(jī)中，在碾輪式混拌機(jī)的碾輪轉(zhuǎn)速為45r/min的條件下，攪拌8分鐘；得到混合原料；剩余的尿素、磷酸氫二銨和氯化鉀備用；
三、將步驟二得到的混合原料置于圓盤造粒機(jī)中，與步驟二稱取的20份的水混合制備成粒徑為3mm的球形顆粒，然后將球形顆粒置于滾筒干燥機(jī)中于150℃停留30min，形成生物炭基母粒；
四、將步驟三的到的生物炭基母粒與步驟二中剩余的尿素、磷酸氫二銨和氯化鉀混合，得到含水量8％、機(jī)械強(qiáng)度大于85％和ph值為7.2的生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料。
采用實施例1制備的生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料進(jìn)行如下玉米實驗：
玉米試驗選擇在黑龍江省蘭西縣農(nóng)業(yè)科技園區(qū)，試驗區(qū)土壤為典型黑土，土壤肥力中等。試驗區(qū)劃分2個試驗區(qū)，每個試驗區(qū)的面積都為300畝，在2個試驗區(qū)內(nèi)種植的玉米品種都是譽(yù)成1號；其中，一個試驗區(qū)內(nèi)施加實施例1制備的生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料50kg/畝，另一個試驗區(qū)內(nèi)施加氮磷鉀復(fù)合肥50kg/畝作為對照，種植密度7.2萬株/公頃，栽培方式是大壟雙行技術(shù)，壟距110cm，株距25cm；
施加了實施例1制備的生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料的試驗區(qū)與施加常規(guī)肥料的試驗區(qū)相比較，比較結(jié)構(gòu)如表1所示；由表1可知，該種肥料可以促進(jìn)玉米的生長發(fā)育，對玉米株高、莖粗、穗長和穗粗具有明顯的促進(jìn)作用，分別增加了1.0cm、0.15cm、1.7cm和0.6cm，減少玉米禿尖0.35cm，提高百粒重2.6g，常規(guī)施肥處理畝產(chǎn)791.7kg，生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料畝產(chǎn)927.8kg。畝增產(chǎn)136.1kg，增產(chǎn)幅度為17.2％；統(tǒng)計分析結(jié)果表明，產(chǎn)量差異皆達(dá)到了顯著水平。在畝投入相同的情況下，施加了實施例1制備的生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料的試驗區(qū)畝增收176.39元。
實施例2：
采用實施例1制備的生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料進(jìn)行如下水稻實驗：水稻試驗選擇在黑龍江省蘭西縣農(nóng)業(yè)科技園區(qū)，試驗區(qū)土壤為典型黑土，土壤肥力中等。試驗區(qū)劃分2個試驗區(qū)，每個試驗區(qū)的面積都為300畝，在2個試驗區(qū)內(nèi)種植的水稻品種都是稻花香早2，其中，一個試驗區(qū)內(nèi)施加實施例2制備的生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料45kg/畝，另一個試驗區(qū)內(nèi)施加氮磷鉀復(fù)合肥45kg/畝作為對照，種植密度31萬株/公頃，栽培方式是旱育稀植，27cm╳12cm；
施加了實施例2制備的生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料的試驗區(qū)與施加常規(guī)肥料的試驗區(qū)相比較，比較結(jié)構(gòu)如表2所示；由表2可知，生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料可以促進(jìn)水稻苗期的生長，施用生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料試驗區(qū)分蘗顯著好于常規(guī)對照，平均每穴分蘗增加1.5個，株高降低5.9cm；由此可知，生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料可以明顯地提高水稻穗長、谷草比和單位面積收獲穗數(shù)。與常規(guī)施肥的對照試驗區(qū)相比，穗長增加1.2cm，每穴穗數(shù)增加5.6個，穗粒數(shù)增加19.1個，谷草比提高0.04，千粒重提高0.3g，而結(jié)實率提高2.9％。生物炭基復(fù)混肥可以提高水稻產(chǎn)量，產(chǎn)量為752.4kg/667m2，比對照試驗區(qū)增產(chǎn)102.7kg，增產(chǎn)率為15.8％。方差分析表明，差異達(dá)到顯著水平。在投入相同成本的情況下，施用生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料試驗區(qū)分畝增收410.8元。
表1
表2
實施例3：
本實施例生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料的制備方法按以下步驟進(jìn)行：
一、將生物炭經(jīng)過粉碎機(jī)粉碎成100目的細(xì)粉，將細(xì)粉輸送至封閉空間內(nèi)靜置后回收備用；
二、按質(zhì)量份數(shù)稱取尿素25份、磷酸氫二銨30份、氯化鉀20份、膨潤土10份、粘結(jié)劑2份、水20份和20份秸稈生物炭；
從稱取的25份尿素、30份磷酸氫二銨和20份氯化鉀中取出8份尿素、8份磷酸氫二銨和5份氯化鉀并粉碎至100目，并與稱取的秸稈生物炭、膨潤土和粘結(jié)劑混合，然后置于碾輪式混拌機(jī)中，在碾輪式混拌機(jī)的碾輪轉(zhuǎn)速為45r/min的條件下，攪拌8分鐘；得到混合原料；剩余的尿素、磷酸氫二銨和氯化鉀備用；
三、將步驟二得到的混合原料置于圓盤造粒機(jī)中，與步驟二稱取的20份的水混合制備成粒徑為4.5mm的球形顆粒，然后將球形顆粒置于滾筒干燥機(jī)中于180℃停留15min，形成生物炭基母粒；
四、將步驟三的到的生物炭基母粒與步驟二中剩余的尿素、磷酸氫二銨和氯化鉀混合，得到含水量7％、機(jī)械強(qiáng)度大于85％和ph值為7.2的生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料。
本發(fā)明具備以下有益效果：
1、本實施例生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料的含水量7％、機(jī)械強(qiáng)度90％和ph值為7符合國家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)；該肥料可以促進(jìn)植物的生長發(fā)育，促進(jìn)水稻苗期的生長，提高分蘗顯；同時可以增產(chǎn)5％，增收80元/畝，降低陳本10元/畝；
2、本實施例針對作物秸稈炭造粒難問題，提出了通過調(diào)節(jié)水分含量和有機(jī)物無機(jī)物的比例，來提高生物炭的造粒效率，并且參考復(fù)混肥料的國家標(biāo)準(zhǔn)，將碳酰胺、過磷酸鈣、磷酸氫二銨、氯化鉀作為提供氮磷鉀元素的基礎(chǔ)肥料，并以秸稈炭為基質(zhì)得到生物炭基母粒，再以母粒為基礎(chǔ)，配以含有氮磷鉀元素的化學(xué)肥料，混配得到復(fù)合肥料。復(fù)合肥料中生物質(zhì)炭含量約為20％，無機(jī)總養(yǎng)分含量約為45％，并且可以根據(jù)主要的土壤類型、以及不同作物的生長特點，對不同作物生長所必需的大中微量元素，合理配比，適合不同作物需求的復(fù)合肥料；
3、本實施例生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料在制備過程中，先將混合原料制粉，然后將粉料造粒，進(jìn)而根據(jù)不同作物生長所必需的大中微量元素合理配比氮磷鉀肥料，得到生物炭基質(zhì)復(fù)混肥料；粉料造粒的過程能夠?qū)崿F(xiàn)氮磷鉀緩釋的作用，延長肥料的有效時限。