本发明涉及生物炭基肥领域，具体是一种复合型生物炭基缓释肥及施用方法。
背景技术：
生物炭通常是指农林废弃物等生物质，在缺氧和一定温度条件下热解形成的富碳产物。在环境领域，生物炭主要用来破解秸秆燃烧难题，减少面源污染，实现农业“碳封存”；在农业领域，主要用来改良土壤、培肥地力、修复农田、提高作物产量和品质等。
当下，我国农田已不堪重负，耕地一再被占用，质量急剧下降；气候变化和掠夺式的过度利用，使过去的良田沃土严重退化：有机质含量降低，黑土层变薄、酸化现象严重，地力明显下降，重金属超标。同时，随着我国粮食生产连年增收，每年有大约7亿吨的秸秆，其中只有不到1/3的秸秆实现了还田，其余的基本被烧掉或废弃。如果将这些秸秆等农业废弃物还田，无疑是遏制土壤退化、改善耕地质量的有效措施。
在所有的秸秆利用途径中，首先应是肥料还田、直接还田或炭化还田。这不仅是改良土壤、实现农田可持续发展、保障粮食安全的需要，也是破解秸秆焚烧难题、加强环境与生态建设的需要。
为提高土壤肥力，近年来，国外开始研究将生物炭应用技术引进农业环境领域的可能性。但是，国外的生物炭产业由于各种原因，并不符合我国生态建设和可持续发展的需要。根据我国的实际情况，生物炭与农业研究的总体设计思路应该是：以生物炭为载体，生产缓释肥和土壤改良剂，实现秸秆炭化还田。
基于上述设计思路，现有技术研发了多种以生物炭为基础的肥料，各自有所突破。但是，总体而言，均存在一定的缺陷。
首先，与生物炭联合的生物基肥的选择尚不理想，大部分技术采用与鸡粪共同堆沤，但是鸡粪的营养及肥效有其自身的特点，并不全面。大部分与生物炭联合的生物有机肥均为粪肥，鸡粪、猪粪都由于各自产量较大，成本低廉而成为粪肥的常用选择。但是由于各自组分的差异，故在促进作物生长方面各有优势，同时也各自存在有短板：一方面，二者的组分不同，故具有不同的肥效，鸡粪是常规禽畜粪便中营养价值最高的，其中有机质站25％，氮磷钾的含量也很高，同时富含氨基酸、铜、锌、铁、锰、镁、硒等微量元素以及富含维生素B，肥效持期长；而猪粪含油蛋白质、脂肪类、有机酸、纤维素、半纤维素以及无机盐等多种营养成分，维生素A的含量较高，肥效迅速。二者组分具有较好的互补性，互相具有不同的肥效优势。但是，由于猪粪质地较细，透气性差，单独发酵需要大量的秸秆疏松，造成成品肥料的养分比例较低。且鸡粪与猪粪的发酵条件有所不同，故现有技术难以合并堆沤。
其次，近年来，中国畜牧业的发展已经步入规模化、产业化的发展阶段，由于养殖模式的改变以及商家对利益的追求，一些重金属元素如Cu、Zn、As、Cr、Pb等被广泛应用于饲料添加剂，随之进入到禽畜粪便中。因此，禽畜粪便的重金属污染问题变得十分严峻，这些重金属离子如果不在堆肥时进行钝化，降低其生物有效性，则会对作物的生长以及土壤的环境造成不良影响。
再有，在水稻生长的土壤污染形势不容乐观，根据2014年4月7日公布的第一次全国土壤污染调查公报，Hg点位超标率达到1.6％。根据农业部第二次全国污灌区普查报告，在当时统计的约140×104km2污灌区中，遭受重金属污染的土地面积占污灌区总面积的64.8％，其中汞是污染面积最大的重金属之一，平均含量为0.76mg-1·kg。土壤在经历漫灌(污灌)、季节性水淹、洪水或干湿交替(稻田环境)等水分条件变化时，可以使土壤汞发生甲基化，汞在硫酸盐还原菌等细菌作用下，大量转化为甲基汞并转运到水稻籽粒中，对人体健康造成极大威胁。已有研究证实，水稻对于甲基汞具有较强的富集能力，且甲基汞容易在稻米中产生积累。在中国西南汞矿区周边，食用稻米是农村居民甲基汞暴露的主要途径，居民甲基汞总输入量的94％来自稻米食用。生物炭基肥对汞离子有一定的吸附固化能力，但是效果甚微，如何在即利用了生物炭基肥的肥效作用前提下，还能进一步提高其对汞离子的固化水平，是本领域研究人员的难点和重点。
在肥料的使用中，控释肥显然更加方便实用。而生物炭的缓释能力有限，如果覆盖水稻的全生育期，则需要进一步对其理化性质进行优化。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种复合型生物炭基缓释肥及施用方法，它所制得的缓释肥颗粒具有前期磷肥加速释放，全生育期氮肥钾肥有效缓释的优秀特性，且营养全面，强力抑制了生态肥中的重金属影响稻田中的甲基汞，对土壤有显著的改良作用，促进稻苗生长，并能获得高产、优质、富硒的稻米，且本方法能够最大化发挥本肥料的肥效及功用，满足稻苗生长发育全过程中对氮肥的长期需求，且能满足其在初期对磷肥的大量需求，故全生育期内对氮肥和磷肥不用再增加，不但肥效较好，且大量节省人工成本。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种复合型生物炭基缓释肥，通过以下方法制得：
步骤1：稻杆基炭准备：
1.1将农业稻杆与木屑按重量比1:1混合进行烘干、粉碎、过10～30目筛，在50～80℃下烘干1～2天，500～800℃限氧或无氧热解2～6h，研磨过50～100目筛，得生物炭；
1.2按与所述生物炭重量比1.9％～2.9％加入亚硒酸钠，混匀后陈化2～3天；
步骤2：粪基底肥
2.1将干猪粪、干鸡粪按重量比1:1混合，得到混合干粪；
2.2在混合干粪中按重量比加入30％～50％的水、10％～15％的米糠或麦麸、10％～15％的草粉或草炭、0.3％～0.5％加入em菌液，搅拌均匀，堆成高约1米、宽2米的长方形物料堆，并在堆顶打孔通气，40～50℃堆沤2～3天；
2.3按总物料重量百分比10％～20％加入风化煤腐殖酸、2％～8％的磷肥，拌匀码堆，并在堆顶打孔通气，升温至50～70℃进行堆沤5～10天，得粪基底肥；
步骤3：复合改性
3.1将稻杆基炭和粪基底肥按照重量比0.6:1～1:1进行混合，拌匀码堆并在50～70℃条件下堆沤3～6天；
3.2按总物料重量加入10～20％的硅藻土、3～8％的粘合剂，拌匀，抽滤，干燥，陈化1～2天，得基肥；
3.3按基肥重量的15％～25％进行喷淋水雾，以基肥为原料使用圆盘造粒机进行造粒，即得成品控释肥颗粒。
优选的，所述风化煤腐殖酸的制备方法为：将风化煤去除杂物、碾磨过筛，按风化煤质量的10％加入清水，拌匀后，按体积比1:1加入0.1mol/L的盐酸溶液，搅拌静置3天，过滤，用清水漂洗3～5次，干燥即得。
优选的，所述粘合剂为氧化淀粉。
优选的，在所述步骤2的2.2中，按基肥重量的1％～3％加入过磷酸钙。
优选的，在所述步骤2的2.2中，按基肥重量的0.5％～1.5％加入尿素。
优选的，上述缓释肥的制作方法可以优化为：
步骤1：稻杆基炭准备：
1.1将农业稻杆与木屑按重量比1:1混合进行烘干、粉碎、过20目筛，在60℃下烘干24h，600℃氮气保护条件下进行无氧热解4h，研磨过60目筛，得生物炭；
1.2按与所述生物炭重量比2.5％加入亚硒酸钠，混匀后陈化2天；
步骤2：粪基底肥
2.1将干猪粪、干鸡粪按重量比1:1混合，得到混合干粪；
2.2在混合干粪中按重量比加入40％的水、12％的米糠或麦麸、12％的草粉或草炭、0.4％加入em菌液，搅拌均匀，堆成高约1米、宽2米的长方形物料堆，并在堆顶打孔通气，45℃堆沤2天；
2.3按总物料重量百分比15％加入风化煤腐殖酸、3.5％的磷肥，拌匀码堆，并在堆顶打孔通气，升温至65℃进行堆沤6天，得粪基底肥；
步骤3：复合改性
3.1将稻杆基炭和粪基底肥按照重量比0.8:1进行混合，拌匀码堆并在65℃条件下堆沤4天，
3.2按总物料重量加入15％的硅藻土、5％的粘合剂，拌匀，抽滤，干燥，陈化1天，得基肥；
3.3按基肥重量的20％进行喷淋水雾，以基肥为原料使用圆盘造粒机进行造粒，即得成品控释肥颗粒。
一种复合型生物炭基缓释肥的施用方法，包括以下步骤：
步骤一：将所述一种复合型生物炭基缓释肥按照150～350kg/亩进行基施，并在土壤表层0～20cm深度进行翻耕，使所述控释肥颗粒与土壤拌匀；
步骤二：水稻种植后，保持土壤水分标准为田间持水量测定值的70％～80％，全生育期不在追加氮肥。
优选的，所述步骤一种，控释肥颗粒的施用量为256kg/亩。
对比现有技术，本发明的有益效果在于：
在生物炭的准备中，原材料选择为稻杆，这主要是因为，经过实验测定，与其他生物炭相比，木屑对原料的生物炭在稻苗生长发育期对稻田中汞元素的吸附能力显著强于稻杆炭，而稻杆炭的肥效显著优于木屑炭，故二者联合制生物炭，既能提高对于稻汞元素的吸收，且通过后续与粪肥堆沤的结合，不降低肥效能力，达到较好的平衡作用。其中添加的亚硒酸钠，通过反复试验确定添加比例，为稻苗的生长期提供持续的充足的富硒肥料环境，通过实践证明此种添加量应用于稻田后，能够使稻米的硒含量相比普通水稻提高4～7倍，具有较高的营养保健功能。此外，硒对食物链中汞的富集具有抑制作用。所述亚硒酸钠在与生物炭混合固定后，在后期与风化煤腐殖酸的交联作用下，施入稻田后可以通过非生物过程与无机态汞生产胶状难溶的惰性硒汞化合物HgSe，达到沉降作用从而抑制汞的甲基化，还可以通过形成(CH3Hg)2Se络合物促进对甲基汞的去甲基化作用。另一方面，水稻对Se的吸收越高，则对甲基汞吸收的排斥作用越强。对全生育期的水稻具有抑制汞吸收的长效作用，提高食品安全。
本发明所采用的粪肥为猪粪与鸡粪的混合干粪，能够将二者的营养成分互补结合，且通过反复试验探索堆肥条件，克服了混合堆沤过程中二者所需条件不同的问题，通过两阶段不同温度的堆肥，来实现两种粪肥的发酵。添加的磷肥，不但有调节肥效的作用，且对Zn等金属元素有较好的钝化效果，加入的风化煤腐殖酸，不但具有改良土壤、提高肥效、刺激作物生长、抗逆和提高产品品质、作为微量元素载体等多种作用，同时对无机态汞有较强的吸附和配位络合能力，降低无机汞对甲基化微生物的生物有效性。能够对稻田中的有机汞进行有效的抑制和降低。且能在粪肥堆沤过程中有效吸附及钝化重金属。
所述步骤3的复合改性，也是本发明的重点。采用生物炭与生态粪堆沤，实现提高发酵水平，肥效协同互补，增加缓释能力的效果。首先，二者的混合堆沤发酵具有多种优势，其中粪肥的PH值为中性，而生物炭的PH一般偏碱性，添加生物炭的有机肥有改良酸化土壤的功效。二者的碳氮比相近，有利于混合堆沤条件的实现。且生物炭的添加可降低堆肥成品的电导率，并降低粪肥在堆肥过程中有机物的分解，有效保留营养，提高肥料品质。同时，在此过程中，通过硅藻土的添加，有效改善肥料的物理特性，且对肥料的有效成分没有影响。同时，硅藻土对磷肥的释放速率有一定的促进作用，能加速磷肥肥效释放，适合水稻生长的特点，由于水稻在幼苗期对磷的吸收最多，插秧后3周前后为吸收高峰，此时磷营养不足，对干物质的积累均有影响，水稻幼苗期吸附的磷在生育过程可以反复多次从衰老器官向新生器官转移，至稻谷黄熟时，越60％～80％的磷素转移集中于籽粒中，而出穗后吸收的磷多残留于根部。故初期磷肥的快速释放非常重要。此外，所述硅藻土对氮肥和钾肥有较好的缓释效果，且与生物炭的联合，特别是木屑炭的加入，使本发明的所述控释肥颗粒具有前期磷肥加速释放，全生育期氮肥钾肥有效缓释的优秀特性，且营养全面，强力抑制了生态肥中的重金属影响稻田中的甲基汞，对土壤有显著的改良作用，促进稻苗生长，并能获得高产、优质、富硒的稻米。
本发明采用的施用方法，为通过计算机栽种验证获得的最佳施用量，能够满足稻苗生长发育全过程中对氮肥的长期需求，且能满足其在初期对磷肥的大量需求。故全生育期内对氮肥和磷肥不用再增加，不但肥效较好，且大量节省人工成本。同时，由于土壤中的水含量过高，超过80％时会显著提升总汞及甲基汞的生物有效性，特别的，在淹水环境下，硫酸盐还原菌和铁还原菌活动增强，有利于甲基汞的形成和传递。故为了配合对生物汞的抑制，在水稻全生育期采用70％～80％的土壤水分控制，可以大幅度提高土壤氧化还原电位(Eh)。可以显著抑制土壤-水稻体系中无机态汞向甲基汞的转变过程，降低甲基汞在水稻籽粒内的富集风险。使用本发明所述缓释肥，根据本肥料的特性及稻苗的生长特性，根据反复栽种试验而得到的经验方法，通过本方法能够最大化发挥本肥料的肥效及功用，实现肥效的合理、持久释放，改善土壤环境，促进稻苗生长，所产稻米质量好、产量高且富含硒元素，具有较高的经济价值。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。
实施例1：一种复合型生物炭基缓释肥
通过以下方法制得：
1.将农业稻杆与木屑按重量比1:1混合进行烘干、粉碎、过10目筛，在65℃下烘干2天，700℃限氧热解3h，研磨过80目筛，得生物炭；按与所述生物炭重量比2.0％加入亚硒酸钠，混匀后陈化2天；
步骤2：粪基底肥
2.将干猪粪、干鸡粪按重量比1:1混合，得到混合干粪；在混合干粪中按重量比加入35％的水、10％的麦麸、10％的草粉、0.3％加入em菌液，搅拌均匀，堆成高约1米、宽2米的长方形物料堆，并在堆顶打孔通气，40℃堆沤3天；按总物料重量百分比18％加入风化煤腐殖酸、7％的磷肥，拌匀码堆，并在堆顶打孔通气，升温至70℃进行堆沤8天，得粪基底肥；
3.将稻杆基炭和粪基底肥按照重量比1:1进行混合，拌匀码堆并在55℃条件下堆沤5天；
3.2按总物料重量加入20％的硅藻土、3％的粘合剂，拌匀，抽滤，干燥，陈化2天，得基肥；
3.3按基肥重量的25％进行喷淋水雾，以基肥为原料使用圆盘造粒机进行造粒，即得成品控释肥颗粒。
实施例2：一种复合型生物炭基缓释肥
通过以下方法制得：
1.将农业稻杆与木屑按重量比1:1混合进行烘干、粉碎、过20目筛，在60℃下烘干24h，600℃限氧或无氧热解4h，研磨过60目筛，得生物炭；按与所述生物炭重量比2.5％加入亚硒酸钠，混匀后陈化2天；
2.将干猪粪、干鸡粪按重量比1:1混合，得到混合干粪；在混合干粪中按重量比加入40％的水、12％的米糠、12％的草炭、0.4％加入em菌液，搅拌均匀，堆成高约1米、宽2米的长方形物料堆，并在堆顶打孔通气，45℃堆沤2天；按总物料重量百分比15％加入风化煤腐殖酸、3.5％的磷肥，拌匀码堆，并在堆顶打孔通气，升温至65℃进行堆沤6天，得粪基底肥；
3.将稻杆基炭和粪基底肥按照重量比0.8:1进行混合，拌匀码堆并在65℃条件下堆沤4天，按总物料重量加入15％的硅藻土、5％的粘合剂，拌匀，抽滤，干燥，陈化1天，得基肥；按基肥重量的20％进行喷淋水雾，以基肥为原料使用圆盘造粒机进行造粒，即得成品控释肥颗粒。
实施例3：使用如实施例2制得的一种复合型生物炭基缓释肥进行的田间施用实验
供试材料：
供试水稻品种为福优325；
供试肥料为实施例2制得的缓释肥颗粒。
供试田概况：
试验点在安徽省蚌埠市燕山乡洼张村某农户稻田。
实验分组
对照组：使用农户往年惯用方法进行耕种及施肥。
实验组：将实施例2所述的缓释肥颗粒按照256kg/亩进行基施，并在土壤表层0～20cm深度进行翻耕，使所述控释肥颗粒与土壤拌匀；水稻种植后，保持土壤水分标准为田间持水量测定值的70％～80％，全生育期不在追加氮肥和磷肥。
结果分析：
水稻收获后，对照组的水稻产量为669公斤/亩，籽粒甲基汞含量为20.36μg/kg，稻谷总硒含量为19.63μg/kg，实验组的水稻产量为876公斤/亩，籽粒甲基汞含量为6.31μg/kg，稻谷总硒含量为131.9μg/kg，相比对照组各项指标有显著的改善。