一种用棉花秸秆制备生物炭基肥料的方法
【专利摘要】本发明公开了一种用棉花秸秆制备生物炭基肥料的方法，包括以下步骤：步骤1，利用棉花秸秆制备棉花秸秆生物炭；步骤2，粉碎石膏、膨润土和棉花秸秆生物炭，石膏和膨润土过100目筛，棉花秸秆生物炭过40目筛；步骤3，将16～19重量份磷酸铵、7～9重量份尿素、7～9重量份硫酸钾、1～2重量份硫酸锌、1～2重量份硼酸、7～9重量份硝基腐植酸、30～40重量份棉花秸秆生物炭、7～12重量份石膏和7～12重量份膨润土混合到一起并搅拌均匀，获得肥料混合物；步骤4，对所述肥料混合物首先用转鼓造粒机进行初步造粒，然后用圆盘造粒机进行整型造粒，获得肥料颗粒；步骤5，用干燥机对肥料颗粒进行干燥处理，得到生物炭基肥料。
【专利说明】一种用棉花秸秆制备生物炭基肥料的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物炭基肥料制备【技术领域】，特别是涉及一种用棉花秸杆制备生物炭基肥料的方法。
【背景技术】
[0002]在我国北方地区种植棉花不少地方连作时间长，有的地方甚至连作时间达到10年以上，棉花生长过程按棉花的营养特性吸收了土壤中一定量的矿物质元素，把棉花秸杆返还土壤是对土壤损失的有机质、矿物质元素的较好补充，但棉花长年连作地区棉花秸杆还田对土壤带来了一定的病虫害，如有些棉花长期连作秸杆还田的地区枯黄萎病超过20%，使得土壤质量严重下降，在我国主要棉区棉花秸杆量大，不少地方为了防止病虫害，将棉花秸杆作废物丢弃或明火燃烧。同样秸杆还田自然而然会令土壤中含有大量的碳元素。但是这些碳相对而言是不稳定的，受气候影响很大。一旦遇到像农耕这样的变化，土壤就会释放出二氧化碳。而将棉花秸杆制成生物炭可以稳定地将碳元素锁住长达数百年，其中的碳元素被矿化后很难再分解。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种用棉花秸杆制备生物炭基化肥的方法，以解决棉花秸杆直接还田造成的病虫害等问题。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案:
[0005]一种用棉花秸杆制备生物炭基肥料的方法，包括以下步骤:
[0006]步骤I，利用棉花秸杆制备棉花秸杆生物炭；
[0007]步骤2，粉碎石膏、膨润土和棉花秸杆生物炭，石膏和膨润土过100目筛，棉花秸杆生物炭过40目筛；
[0008]步骤3,将16~19重量份磷酸铵、7~9重量份尿素、7~9重量份硫酸钾、I~2重量份硫酸锌、I~2重量份硼酸、7~9重量份硝基腐植酸、30~40重量份棉花秸杆生物炭、7~12重量份石膏和7~12重量份膨润土混合到一起并搅拌均匀，获得肥料混合物；
[0009]步骤4，对所述肥料混合物首先用转鼓造粒机进行初步造粒，然后用圆盘造粒机进行整型造粒，获得肥料颗粒；
[0010]步骤5，用干燥机对肥料颗粒进行干燥处理，得到生物炭基肥料。
[0011]进一步，步骤1，利用棉花秸杆制备棉花秸杆生物炭的具体步骤为:先把棉花秸杆粉碎成8~12cm，并使棉花秸杆水分< 30重量％，在缺氧的环境下使粉碎的棉花秸杆进行无焰燃烧，制成棉花秸杆生物炭。
[0012]进一步,步骤3,将18.2重量份磷酸铵、8.7重量份尿素、8重量份硫酸钾、1.5重量份硫酸锌、1.5重量份硼酸、8.1重量份硝基腐植酸、30~40重量份棉花秸杆生物炭、7~12重量份石膏和7~12重量份膨润土混合到一起并搅拌均匀，获得肥料混合物。
[0013]进一步，步骤4，对所述肥料混合物首先用转鼓进行初步造粒的过程中肥料混合物温度为60~80°C，肥料混合物的含水量为4~10重量％。
[0014]进一步，步骤5，干燥机的进口温度为180~250°C。
[0015]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
[0016]1、由于在我国棉花主要种植区域有大量的棉花秸杆产生，用棉花秸杆制备生物炭作为本发明的主要原料，棉花秸杆制备生物炭在土壤中有机质的长年积累量大于其他的有机物质，同时把碳长期封存进了土壤，减少二氧化碳和甲烷等温室气体的排放，有助于减缓全球变暖以及降低大气污染。
[0017]2、本发明根据近年来对棉花需肥规律的研究制定了棉花基肥的最优配方，即可提供棉花大量元素、中量元素、微量元素、有机质等又可改良土壤、保水、保肥、降低了棉花秸杆还田带来的“次生病虫害”，提高棉花的产量和品质。
[0018]3、我国北方中、小型有机无机复合肥厂生产复合肥以圆盘造粒居多，而棉花秸杆制成生物炭比重较轻，圆盘直接造粒粉尘大，同时混合的物料不易加热成球率低，特设计开发两次造粒，先转鼓初步造粒后进入圆盘整型造粒，即控制了造粒过程产生的粉尘，又提高了造粒的成球率。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是棉花稻杆长 短及进炉后松实的有机质含量(重量％)；
[0020]图2是实施例1、2、3不同棉花专用生物炭基肥的有机质含量(重量％)；
[0021]图3是田间试验不同处理棉花株高(m)的柱状图；
[0022]图4是田间试验不同处理棉花花蕾数(个)的柱状图；
[0023]图5是田间试验不同处理棉花开花数(朵)的柱状图；
[0024]图6是田间试验不同处理棉花单玲重(g)的柱状图；
[0025]图7是田间试验不同处理棉花皮面产量(kg)的柱状图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
[0027]利用棉花稻杆制备棉花稻杆生物炭:先把棉花稻杆粉碎成8~12cm,并使棉花稻杆水分< 30重量％，在缺氧的环境下使粉碎的棉花秸杆进行无焰燃烧，制成棉花秸杆生物炭。
[0028]发明人在进行对照试验时发现，IOcm长的棉花秸杆与20cm长的棉花秸杆进行制备生物炭时所得生物炭有机质含量差异很大。如图1所示，IOcm棉花秸杆稍压紧、IOcm棉花秸杆一般处理(即不压紧)、20cm棉花秸杆稍压紧(即图中所述的长秸杆)对应的有机质含量分别为43%、35%、28%。
[0029]实施例1
[0030]本实施例的生物炭基肥料为棉花专用生物炭基肥
[0031]粉碎石膏、膨润土和棉花秸杆生物炭，石膏和膨润土过100目筛，棉花秸杆生物炭过40目筛。
[0032]每100千克棉花专用生物炭基肥原料的添加量如下:将18.2千克磷酸铵(Ρ205-44、Ν-11)、8.7千克尿素、8千克硫酸钾(Κ20_50)、1.5千克硫酸锌、1.5千克硼酸、8.1千克硝基腐植酸、30千克棉花秸杆生物炭、12千克石膏和12千克膨润土混合到一起并搅拌均匀，获得肥料混合物。加热使肥料混合物温度在60°C，肥料混合物的含水量为4~10%。
[0033]对所述肥料混合物首先用转鼓造粒机进行初步造粒，然后用圆盘造粒机进行整型造粒，获得肥料颗粒。为了使输送带输送能力与转鼓造粒机出料量匹配，转鼓造粒机按卸料方向倾斜1.5~2° ,转速为8~15r/min。圆盘造粒机盘面的水平夹角在50~60° ,盘边线速度I~1.4m/sο
[0034]用干燥机对肥料颗粒进行干燥处理，干燥机的进口温度为180~250°C，得到生物炭基肥料。有机质含量如图2所示，17%。
[0035]实施例2
[0036]本实施例的生物炭基肥料为棉花专用生物炭基肥
[0037]粉碎石膏、膨润土和棉花秸杆生物炭，石膏和膨润土过100目筛，棉花秸杆生物炭过40目筛。
[0038]每100千克棉花专用生物炭基肥原料的添加量如下:将18.2千克磷酸铵(PA-44、Ν-11)、8.7千克尿素、8.1千克硫酸钾(Κ20_50)、1.5千克硫酸锌、1.5千克硼酸、
8.1千克硝基腐植酸、35千克棉花秸杆生物炭、9.5千克石膏和9.5千克膨润土混合到一起并搅拌均匀，获得肥料混合物。加热使肥料混合物温度在65 °C，肥料混合物的含水量为4~10%。
[0039]对所述肥料混合物首先用转鼓造粒机进行初步造粒，然后用圆盘造粒机进行整型造粒，获得肥料颗粒。为了使 输送带输送能力与转鼓造粒机出料量匹配，转鼓造粒机按卸料方向倾斜1.5~2° ,转速为8~15r/min。圆盘造粒机盘面的水平夹角在50~60° ,盘边线速度I~1.4m/sο
[0040]用干燥机对肥料颗粒进行干燥处理，干燥机的进口温度为180~250°C，得到生物炭基肥料。有机质含量如图2所示，20%。
[0041]实施例3
[0042]本实施例的生物炭基肥料为棉花专用生物炭基肥
[0043]粉碎石膏、膨润土和棉花秸杆生物炭，石膏和膨润土过100目筛，棉花秸杆生物炭过40目筛。
[0044]每100千克棉花专用生物炭基肥原料的添加量如下:将18.2千克磷酸铵(Ρ205-44、Ν-11)、8.7千克尿素、8千克硫酸钾(Κ20_50)、1.5千克硫酸锌、1.5千克硼酸、8.1千克硝基腐植酸、40千克棉花秸杆生物炭、7千克石膏和7千克膨润土混合到一起并搅拌均匀，获得肥料混合物。加热使肥料混合物温度在70°C，肥料混合物的含水量为4~10%。
[0045]对所述肥料混合物首先用转鼓造粒机进行初步造粒，然后用圆盘造粒机进行整型造粒，获得肥料颗粒。为了使输送带输送能力与转鼓造粒机出料量匹配，转鼓造粒机按卸料方向倾斜1.5~2° ,转速为8~15r/min。圆盘造粒机盘面的水平夹角在50~60° ,盘边线速度I~1.4m/sο
[0046]用干燥机对肥料颗粒进行干燥处理，干燥机的进口温度为180~250°C，得到生物炭基肥料。有机质含量如图2所示，22%。
[0047]实施例4[0048]粉碎石膏、膨润土和棉花秸杆生物炭，石膏和膨润土过100目筛，棉花秸杆生物炭过40目筛。
[0049]每100千克棉花专用生物炭基肥原料的添加量如下:将16千克磷酸铵(P205-44、N-ll)、9千克尿素、7千克硫酸钾(K20-50)、I千克硫酸锌、2千克硼酸、7千克硝基腐植酸、38千克棉花秸杆生物炭、10千克石膏和10千克膨润土混合到一起并搅拌均匀，获得肥料混合物。加热使肥料混合物温度在75 °C，肥料混合物的含水量为4~10%。
[0050]对所述肥料混合物首先用转鼓造粒机进行初步造粒，然后用圆盘造粒机进行整型造粒，获得肥料颗粒。为了使输送带输送能力与转鼓造粒机出料量匹配，转鼓造粒机按卸料方向倾斜1.5~2° ,转速为8~15r/min。圆盘造粒机盘面的水平夹角在50~60° ,盘边线速度I~1.4m/sο
[0051]用干燥机对肥料颗粒进行干燥处理，干燥机的进口温度为180~250°C，得到生物炭基肥料。
[0052]实施例5
[0053]粉碎石膏、膨润土和棉花秸杆生物炭，石膏和膨润土过100目筛，棉花秸杆生物炭过40目筛。
[0054]每100千克棉花专用生物炭基肥原料的添加量如下:将18.2千克磷酸铵(Ρ205-44、Ν-11)、8.7千克尿素、8千克硫酸钾(Κ20_50)、1.5千克硫酸锌、1.5千克硼酸、8.1千克硝基腐植酸、35千克棉花秸 杆生物炭、11千克石膏和8千克膨润土混合到一起并搅拌均匀，获得肥料混合物。加热使肥料混合物温度在80°C，肥料混合物的含水量为4~10%。
[0055]对所述肥料混合物首先用转鼓造粒机进行初步造粒，然后用圆盘造粒机进行整型造粒，获得肥料颗粒。为了使输送带输送能力与转鼓造粒机出料量匹配，转鼓造粒机按卸料方向倾斜1.5~2° ,转速为8~15r/min。圆盘造粒机盘面的水平夹角在50~60° ,盘边线速度I~1.4m/sο
[0056]用干燥机对肥料颗粒进行干燥处理，干燥机的进口温度为180~250°C，得到生物炭基肥料。
[0057]应用例
[0058]下面结合田间试验，说明本发明肥料的施用效果:
[0059]一、试验布置
[0060]试验执行地点和时间:新疆阿克苏地区库车县，2012年4月2日施基肥，4月8日播种，年10月15日结束。
[0061]供试作物:棉花品种为中棉47。
[0062]试验地土壤条件:供试土壤为粉砂壤，试验区土壤肥力条件为土壤有机质12.9(g/kg)、土壤全氮 0.8 (g/kg)、土壤碱解氮 65.4 (mg/kg)、土壤有效磷 11.5 (mg/kg)、土壤速效钾 178.2 (mg/kg)。
[0063]试验方案:试验设三次重复，四个处理，小区面积30 IIf。
[0064]处理1，每亩基肥:磷酸铵(P205-44、N-11) 18.3kg、尿素8.7kg、硫酸钾(K20-50)8kg、硫酸锌1.5kg、硼酸1.5kg、硝基腐植酸8kg。
[0065]处理2，每亩基肥IOOkg实施例1制备的棉花专用生物炭基肥
[0066]处理3,每亩基肥IOOkg实施例2制备的棉花专用生物炭基肥。[0067]处理4每亩基肥IOOkg实施例3制备的棉花专用生物炭基肥。
[0068]田间的调查与管理
[0069]棉花农艺性状调查2次，追肥前后各调查一次，分别调查棉花株高、蕾数、花数、铃数，在6月26日第一次追肥尿素10kg，7月13日第二次追肥尿素10kg，10月15日采摘期进行测产和测定单铃重。
[0070]二、结果分析
[0071]1、棉花株高分析
[0072]通过6月7日和7月18日两次在各处理小区内测量棉花株高，由图3显示，在第一次追肥前和7月18日第二次追肥后，处理表现出持效性特性，棉花长势较好，处理间差异显著。而两次测定的株高6月7日追肥前处理I的株高排第一，处理2的株高排第二，处理
3、4的差异不明显，说明处理I肥料的速效性最好，处理2肥料的速效性第二。7月18日处理4的株高排第一，处理3的株高排第二，处理2的株高排第三，处理I的株高排第四，说明处理中生物炭由高到低在棉花生长的在中后期肥料的长效性、保水性，保肥性表现了出来。
[0073]2、棉花花蕾数与花数分析
[0074]从图4可看出7月20日和8月2日棉花花蕾数处理4都最高，而处理I都最低，而处理3、2基本排在2、3位。从图5可看出7月20日处理I的棉花开花数排第一，处理2的棉花开花数排第二，而处理3棉花开花数最低。8月2日处理4的棉花开花数排第一，处理3的棉花开花数排第二，处理2的棉花开花数排第三，而处理I棉花开花数最低。
[0075]3、棉花的单玲重与 皮棉产量
[0076]从图6可看出棉花的单玲重处理4 >处理3 >处理2 >处理1，处理4、3、2，差异不显著，而处理4、3、2同处理I相比达显著水平(P < 0.05)。棉花的皮棉产量处理4 >处理2 >处理3 >处理I，处理4、2、3差异不显著，而处理4、2、3同处理I相比达显著水平(p< 0.05)。
[0077]三、试验结论
[0078]综上分析，处理I在棉花前期营养生长和开花初期具有一定的优势，说明化肥直接用于基肥速效性好于棉花专用生物炭基肥，从棉花的生殖生长期开始一直到棉花收获，棉花专用生物炭基肥用于基肥处理比化肥直接用于基肥表现的越来越好，说明棉花专用生物炭基肥用于基肥具有一定的长效性、保水性，保肥性。棉花的单玲重处理4(5.6g)>处理3 (5.5g)>处理2 (5.3g)>处理I (4.8g),处理4、3、2，差异不显著,而处理4、3、2同处理I相比达显著水平(P < 0.05)。棉花的皮棉产量处理4 (363.9kg)>处理2 (354.8kg)>处理3 (352.6kg) >处理I (324.5kg)，处理4、2、3差异不显著，而处理4、2、3同处理I相比达显著水平(P < 0.05)。
[0079]以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种用棉花秸杆制备生物炭基肥料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 步骤I，利用棉花秸杆制备棉花秸杆生物炭； 步骤2，粉碎石膏、膨润土和棉花秸杆生物炭，石膏和膨润土过100目筛，棉花秸杆生物炭过40目筛； 步骤3,将16~19重量份磷酸铵、7~9重量份尿素、7~9重量份硫酸钾、I~2重量份硫酸锌、I~2重量份硼酸、7~9重量份硝基腐植酸、30~40重量份棉花秸杆生物炭、7~12重量份石膏和7~12重量份膨润土混合到一起并搅拌均匀，获得肥料混合物； 步骤4，对所述肥料混合物首先用转鼓造粒机进行初步造粒，然后用圆盘造粒机进行整型造粒，获得肥料颗粒； 步骤5，用干燥机对肥料颗粒进行干燥处理，得到生物炭基肥料。
2.根据权利要求1所述的用棉花秸杆制备生物炭基肥料的方法，其特征在于，步骤1，利用棉花秸杆制备棉花秸杆生物炭的具体步骤为:先把棉花秸杆粉碎成8~12cm，并使棉花秸杆水分< 30重量％，在缺氧的环境下使粉碎的棉花秸杆进行无焰燃烧，制成棉花秸杆生物炭。
3.根据权利要求1所述的用棉花秸杆制备生物炭基肥料的方法，其特征在于，步骤3，将18.2重量份磷酸铵、8.7重量份尿素、8重量份硫酸钾、1.5重量份硫酸锌、1.5重量份硼酸、8.1重量份硝基腐植酸、30~40重量份棉花稻杆生物炭、7~12重量份石骨和7~12重量份膨润土混合到一起并搅拌均匀，获得肥料混合物。
4.根据权利要求1-3任一项所述的用棉花秸杆制备生物炭基肥料的方法，其特征在于，步骤4，对所述肥.料混合物首先用转鼓进行初步造粒的过程中肥料混合物温度为60~80°C，肥料混合物的含水量为4~10重量％。
5.根据权利要求1-3任一项所述的用棉花秸杆制备生物炭基肥料的方法，其特征在于，步骤5，干燥机的进口温度为180~250°C。
【文档编号】C05G3/00GK103467192SQ201310389565
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月30日 优先权日:2013年8月30日
【发明者】孙宁川, 徐万里, 唐光木, 马海刚, 葛春辉 申请人:新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所