一种土壤保水保肥剂及其制备方法

专利名称：：一种土壤保水保肥剂及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种土壤保水保肥剂及其制备方法，该方法的主要原料选用棉花秸秆和棉籽壳，为综合利用废弃秸秆资源，变废为宝开辟了一条新途径。
背景技术：
：1.我国棉花秸秆现状我国的农作物秸秆资源拥有量居世界首位。我国粮食的播种面积约为1.13亿hm2，粮食总产量4.9亿t。棉花作为我国农业的一个主导产品，栽培面积很大。具有关资料显示，2005、2006度我国棉花栽培面积约为7650万亩，约可产棉花秸秆2300万吨左右，这是一个很大的原料资源，加上其他作物的秸秆，我国每年生产秸秆6亿吨以上。虽然2.5亿吨用于造肥还田；0.48亿t用于工业原料；1.8亿t用于农民生活燃料，但尚有1.2亿吨秸秆剩余，这约占总量的20%秸秆在农民的屋前屋后堆放，成为生活垃圾或白白烧掉。农作物秸秆是地球上第一大可再生资源，是农作物的重要副产品，焚烧造成了资源的巨大浪费、另一方面，在焚烧的同时，向空气中放出大量的二氧化硫、苯丙吡等有害物质污染了空气，危害了人的身体健康，同时影响交通航运、人民生命财产的安全及农作物的正常生长。大量剩余秸秆的处理成为农业生产中凸显的问题，成为政府关心、社会关注、舆论关切的热点和难点。随着科学技术的不断发展，目前国内对秸秆的开发利用有了很大的发展，其产品涉及农田肥料、动物饲料、民用生活、建筑材料、工业发电、化工产品、纺织产品等。可见，搞好农作物秸秆的综合利用，变废为宝，化害为利，具有重大的现实意义和战略意义。在这些方面，日本、美国、德国等3工业发达国家的许多先进经验和处理方法很值得我们借鉴。但利用其改善农业土壤保水保肥性报道不多。2.国外棉花秸秆综合利用现状根据申请人所进行的资料检索，到目前为止，国内外关于利用棉花秸秆制备土壤保水保肥剂的综合利用技术还未见报道。3.国内棉花秸秆综合利用现状目前，绝大部分棉花秸秆在田间被直接焚烧掉，棉籽壳的利用率也非常低，这不但造成极大的资源浪费，而且带来严重的大气污染。近些年，秸秆产量随着粮食等主产品单位产量的不断提高而迅速增加，如何处理这些再利用后的过剩棉花秸秆已成为农业生产过程中的难题。现在对棉花秸秆的综合利用有以下几方面(l)棉花秸秆作基料，主要用于食用菌栽培。我国从上世纪90年代开始，进行利用棉籽壳栽培多种食用菌生产研究实验中发现棉花秸秆的营养成分虽不如棉籽壳的营养丰富，但差距不是太大。只要按照各菇类品种的营养需求，对培养料配方作一些调整，即可达到与棉籽壳同等产量和质量水平。而其原料成本却只有棉籽壳的30%-40%左右。按目前市场价格，每吨原料可比棉籽壳减少投资400元左右，比木屑减少投资200元左右。以一个200平方米菇棚栽培金针菇为例，仅原料一项可降低成本2500元左右。近十年来我们的联合实验小组，分别在河北，河南，江苏等产棉区进行了利用棉花秸秆栽培平菇，姬菇，杏鲍菇，金针菇，香菇，灵芝，鸡腿菇，双孢菇等食用菌品种的生产实验，经过不断实验改进，均获得了良好的实验效果和经济效益。其中平菇，姬菇，香菇的生物转化率达到80%-100%。(2)秸秆作燃料。秸秆作燃料仍然以直接燃烧为主，不卫生，能源利用率仅为13%。近几年出现了秸秆气化技术，通过对棉花秸秆不完全燃烧或干馏，获得可燃气体作燃料。也有的将棉花秸秆通过生物发酵产生沼气作燃4料。这些生物质能转化技术可提高能源利用2倍一4倍。以沼气、生物质能为重点的农村可再生能源建设，缓解了农村地区能源供应短缺的情况，改变了农村传统的生火做饭的模式，满足了农民对高品位能源的需求，提高了农民生活质量，适应了现代化新农村的发展需求，同时可消耗掉大量的棉花秸秆，是一种实现棉花秸秆处理规模化的方式。另外，棉花秸秆是发电厂最好的原料，山东、河北都在大力发展秸秆发电，变废为宝，利国利民利环保、遍地废弃的秸秆是宝贵的可再生能源，国家扶持，政策优惠，原料便宜且容易收购是养殖厂、秸秆发电厂不可缺少的原料，发展前景十分广阔。(3)秸秆做饲料。秸秆养畜，过腹还田是一种效益很高的秸秆利用方式。秸秆经过青贮、氨化、微贮处理，饲喂畜禽，促进畜牧发展可增值增收，并使秸秆过腹还田。我国利用农作物秸秆发展畜牧业的空间、潜力还很人。目前从技术上讲，秸秆青贮、氨化及微贮技术比较成熟，需研究的是进一步优化饲料配制和秸秆词用率高的农作物品种选育。(4)秸秆作肥料。秸秆作为有机肥还田利用的方法有3种①、秸秆堆沤还田(也称高温堆肥)。其特点是时间长、受环境影响大、劳动强度高、产出量少、成本低廉。目前农村采用量逐步减少。②、机械化秸秆还田。棉花秸秆和棉花秸秆经机械粉碎直接还田，是近年来农业及农机推广部门为解决剩余秸秆的利用问题而大力推广的项目，其特点是作业机械化程度高、秸秆处理时间短。但是由于农民认识不到位，以及秸秆还田机具拥有量相对较少，实施面积与可实施面积相距很大。③、利用生化快速腐熟技术制造优质有机肥。这是一种应用国际20世纪90年代先进生物技术，使用现代化设备和手段控制生产过程，将秸秆制造成优质生物有机肥的先进方法。是当前利用高新技术，大规模、高效率生产有机肥料的最佳途径。但存在生产设备的引进、消化吸收及国产化问题。(5)秸秆作原材料。主要用于造纸，还有少量用于制帘栅、餐盒、包装板、隔音板、保温材料、人造炭、活性炭等。用作化工原料就更少了，作原材料所消耗的秸秆量仅占全国产量的3%左右。水资源紧缺是当今世界的热点问题，我国又是农业大国，大量的地下水被抽取灌溉，使地下水位不断下降，形成越抽越降，越降越抽的恶性循环。从2003年起，申请人就开始研究有关土壤扩蓄增容剂和保水保肥剂，其指导思想就是利用各种生活废弃物，提高土壤孔隙，增强土壤持水能力，减少农业发展中用水量，提高土壤的肥力。这样既促进农业发展，又变废为宝保护了环境。根据申请人所作的资料检索，有关以棉花秸秆和棉籽壳为主要原料制备的土壤保水保肥剂还未见相关报导。
发明内容本发明目的在于提供一种土壤保水保肥剂及其制备方法，该方法的采用的主要原料为棉花秸秆和棉籽壳，在其中加入辅料，能够生产出有利节水农业的土壤保水保肥剂产品，这些产品可广泛应用于生态农业节水工程中，有利于充分利用天然降水，实现保水保肥，增产增收。为实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案一种土壤保水保肥剂，其特征在于，制得的该土壤扩蓄增溶剂由以下原料及其重量百分比组成棉花秸秆50%60%，棉籽壳10%15%,磷酸二氢钾10%20%，磷酸二铵15%20%,尿素1%3%,保水剂1%2%，上述原料的百分比之和为100%。上述棉花秸秆制备的土壤保水保肥剂制备方法，其特征在于该方法选用棉花秸秆为主要原料，并加入辅料磷酸二氢钾、磷酸二铵、棉籽壳、尿素、高脂膜，具体包括下列步骤首先将棉花秸秆、棉籽壳中混有的杂物去除，分别粉碎、研磨至lmm以下，过20目筛，得到棉花秸秆粉末与棉籽壳粉末；取棉花秸秆粉末50%60%，棉籽壳10%15%，磷酸二氢钾10%620%,磷酸二铵15%20%，尿素1%3%，保水剂1%2%，混合，搅拌均匀，经制粒、包装即得。采用本发明制备的土壤保水保肥剂，可充分提高农业生产中棉花秸秆的综合利用效率，变废为宝。提高水分利用率10%以上，更能增产增收。经实验研究证明，本发明制备的土壤保水保肥剂，施用于棉花、小麦等作物，离地表面20cm-30cm的土壤层含水量增高8°/。以上，每公顷节水1000m3以上，可增产12%以上，农民节约投资3000元/hn^以上。日产100吨的企业，年可生产30000余吨保水保肥剂产品，产值3000余万元，节约天然雨水3000万m3以上。可安排农村剩余劳动力300-500人，农民增收300-500万元，每年产品可施用土地面积200万公顷，增产增收7500万元。因此具有良好的社会效益，环境效益和生态效益。图1为本发明的土壤保水保肥剂制备流程图；图2为基础材料吸水效果图；图3为基础材料保水效果图4为玉米全生育期内不同保水剂处理的水解氮含量的变化曲线；图5为玉米全生育期内不同保水剂处理的有机质含量的变化曲线。以下结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细说明。具体实施方式一、土壤扩蓄增溶剂及保水保肥剂的研究2007年，申请人将一批有关土壤扩蓄增溶剂的技术方案申请了中国专利，包括一种小麦秸秆制备的土壤扩蓄增容剂及其生产方法，一种玉米秸秆制备的土壤扩蓄增容剂及其生产方法，一种煤矸石制备的扩蓄增容剂及其生产方法，一种油菜渣制备的土壤扩蓄增容剂及其生产方法，一种秸秆木炭制备的土壤扩蓄增容剂及其生产方法，一种活性炭制备的土壤扩蓄增容剂及7其生产方法，一种生活炉渣制备的土壤扩蓄增容剂及其生产方法，一种建筑垃圾制备的土壤扩蓄增容剂及其生产方法，当时，发明人采用棉花秸秆的土壤保水保肥剂还在进一步研究和实验中。本申请和已经申请专利的小麦秸秆制备土壤扩蓄增容剂以及玉米秸秆制备土壤扩蓄增容剂配方完全不同，申请人在进一步研究中发现，在所有秸秆材料中，采用木质结构的秸秆材料比其它草类秸秆材料保水性要优越很多，棉花秸秆为木质材料，棉籽壳含氮量多一点，同时还含有一点油脂成份，申请人:采用棉花秸秆和棉籽壳为主要原料制成的土壤保水保肥剂，作了农业增产实验，经实验证明，本发明制备的土壤保水保肥剂，对作物的幼苗时期就开始发挥其特效，不仅整个生育期内具有保水保肥、改善土壤结构，而且具有明显提高作物产量的作用。以下是发明人给出的实施例，需要说明的是这些实施例均为本发明土壤保水保肥剂效果较优的实例，本发明并不限于这些实施例，本领域的技术人员按照本发明公开的技术方案，对其中的技术特征所作的等效替换、添加，均应视为本发明的保护范围。实施例l:本实施例的棉花秸秆制备的土壤保水保肥剂，由以下原料及其重量百分比组成棉花秸秆58%、棉籽壳10%、磷酸二氢钾10%、磷酸二铵20%、尿素1%，保水剂1%。上述保水剂为市售产品。保水剂是一类高吸水性树脂，可吸收自身重量数百倍至上千倍的去离子水，即保水剂具有很强的吸水性和保水性。大部分保水剂吸水后膨胀为水凝胶，再缓慢释放水分供树木根系吸收利用，从而增强土壤的保水性，减少土壤水分的深层渗漏和土壤养分的流失，提高水分利用效率。更为重要的是，保水剂可以多次反复吸收释放水分，其有效使用寿命最长达34a，是普通吸水材料无法比拟的。试验结果表明，保水剂的最大吸水力高达1314kg/cm2，树木根系的吸水力多为1718kg/cm2,因而一8般情况下不会出现树木根系水分的倒流现象，而树木根系却能直接吸收贮存在保水剂中的水分。采用保水剂和棉花秸秆、棉籽壳组配，能够增强吸水、保水以及改善土壤结构的能力。上述棉花秸秆制备的土壤保水保肥剂制备方法，具体包括下列步骤(图1):(1)原料为经分级选择的棉花秸秆及棉籽壳，分别粉碎研磨至lmm以下，研磨后过20目筛备用。(2)按重量比将上述棉花秸秆粉末58%，棉籽壳粉末10%，磷酸二氢钾10%，磷酸二铵20%,尿素1%，保水剂1%，混和，搅拌均匀。(3)经常规的制粒机(采用山东青山市制粒机)制粒、包装(25公斤/袋)即可得到土壤保水保肥剂。实施例2:本实施例与实施例1所不同的是原料的成分有所不同，其制备方法与实施例l相同。本实施例的原料及其重量百分比组成为棉花秸秆51.5%、棉籽壳15%、磷酸二氢钾15%、磷酸二铵15%、尿素2%，保水剂1.5%。实施例3:本实施例与实施例1所不同的是原料的成分有所不同，其制备方法与实施例l相同。本实施例的原料及其重量百分比组成为棉花秸秆55%、棉籽壳10%、磷酸二氢钾18%、磷酸二铵15%、尿素1%，保水剂1%。实施例4:本实施例与实施例1所不同的是原料的成分有所不同，其制备方法与实施例l相同。本实施例的原料及其重量百分比组成为棉花秸秆50%、棉籽壳159%、磷酸二氢钾17%、磷酸二铵15%、尿素1%,保水剂2%。实施例5:本实施例与实施例1所不同的是原料的成分有所不同，其制备方法与实施例1相同。原料及其重量百分比组成为棉花秸秆54%、棉籽壳12%、磷酸二氢钾15%、磷酸二铵15%、尿素3%，保水剂1%。采用本发明的土壤保水保肥剂，每公顷用量为750kg-1500kg。实验表明，棉花、玉米等作物可增产12%以上，提高水分利用效率10%以上，在干旱半干旱地区，能充分利用天然降雨，保水保肥提高土壤肥力，有利于生态保护。二、土壤保水保肥剂的节水增产保肥研究实例(1)吸水、保水的实验实例土壤保水保肥剂的基础材料选择最重要，所使用的原料及辅料均应当有吸水、保水以及改善土壤结构，增强土壤肥力等功能。据此，发明人设计了不同基础材料的吸水、保水实验，实验结果见表l、表2，及图2。表l基础材料吸水效果表(单位g)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>由于此类基础材料能迅速吸收比自身重数百倍乃至上千倍的去离子水、数十倍至近百倍的含盐水分，而且具有反复吸水、释水功能，吸水后膨胀为水凝胶,可缓慢释放水分供植物吸收利用，从而增强土壤保水性，改良土壤结构，减少水分的深层渗漏和土壤养分流失，提高水分利用率，调节土壤水、热、气状况，改善土壤结构，提高土壤肥力，所以在农林业及生态环境建设中的应用越来越广泛。由实验结果可知生活炉渣吸水高于土壤对照4倍以上；棉花秸秆及小麦、玉米秸秆吸水性最强，为本身重量的300倍以上；建筑垃圾吸水性相当于土壤对照(CK)。表2基础材料保水效果表(单位g)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>对以上基础材料吸水六次后，经77小时(温度50°C、湿度30%)失水实验，发现建筑垃圾、煤矸石处理的土壤含水量比对照低，具有很差的保水能力，而棉花秸秆及小麦、玉米秸秆其保水能力相当，且是对照的1.54倍(如表2，图3)。试验证明，使用该类材料制备的保水保肥剂，土壤比对照晚25d进入干旱状态(含水量10%)。说明棉花秸秆保水保肥剂能改善土壤的持水性能，降低蒸发强度。同时，能使土壤微型水库扩大，可以反复吸收和释放水分，供种子和作物缓慢吸收，达到抗旱保水的目的。(2)农业增产实验实例表3棉花秸秆配方对玉米作物的节水增产效应<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>注秸秆处理为棉花秸秆；废料处理为煤矸石、建筑垃圾、生活炉渣为主的废料加上一定比例的其它配料。由表3可以看出以棉花秸秆配方制备的土壤保水保肥剂处理的玉米实验地，其穗长、穗粗、穗行数、穗重、千粒重都均对照与废料处理的小区地高，其中两处理的产量分别比对照增加22.79%和21.39%;千粒重分别比对照增加了3.17%和1.48X。从夏玉米全生育期来看，WUE分别比对照提高了21.73%和23.2%。由此看出棉花秸秆配方制备的土壤保水保肥剂施入土壤后，对作物的幼苗时期就开始发挥其特效，不仅整个生育期内具有保水保肥、改善土壤结构，而且具有明显提高作物产量的作用。(3)提髙土壤肥力实验实例由图4、图5可以看出在玉米全生育期内采用棉花秸秆配方制备的土壤保水保肥剂处理的小区，有机质、水解氮含量均高于其它废料处理与对照,其中有机质含量较对照增加9.10%，水解氮含量较对照增加12.22%。因此，本申请采用棉花秸秆和棉籽壳与一定比例的肥料混合制造的土壤保水保肥剂明显具有改良土壤，增强土壤肥力的作用。三、本发明带来的技术效果(1)环境效益利用农作物棉花秸秆和棉籽壳作为保水保肥基础材料，回用到大自然中，在保护城市环境的同时，又解决了农业上造成的偏施无机肥，使土壤养分比例失调、土壤退化等问题，有利于农业生态环境良性循环和农业经济的可持续发展。(2)社会效益利用棉花秸秆和棉籽壳生产农用有机复合肥，为农业部门提供了优质、价廉、高效的生态肥料，也使作物增产增收，同时变废为宝，既发展了环保产业，同时也为城市、乡村增加了新的就业机会。(3)经济效益若按年产3000万吨的生产能力进行经济核算，按照本研究的方法生产出的有机复合肥成本价为800850元/t，而市售高效三元复合肥市场售价一般为11001200元/t,每年可增加3000万元产值。因此本发明研究的有机复合肥有较好的经济效益，市场应用前景广泛。1权利要求1.一种土壤保水保肥剂，其特征在于，制得的该土壤保水保肥剂由以下原料及其重量百分比组成棉花秸秆50％～60％、磷酸二氢钾10％～20％、磷酸二铵15％～20％、棉籽壳10％～15％、尿素1％～3％、保水剂1％～2％，上述原料的百分比之和为100％。2.权利要求1所述的棉花秸秆制备的土壤保水保肥剂制备方法，其特征在于该方法选用棉花秸秆和棉籽壳为主要原料，并加入辅料磷酸二氢钾、磷酸二铵、尿素和保水剂，具体包括下列步骤1)将棉花秸秆与棉籽壳中混有的杂物去除，分别粉碎、研磨至lmm以下，过20目筛，得到棉花秸秆粉末与棉籽壳粉末；2)按重量比取棉花秸秆粉末50%60%，棉籽壳粉末10%15%，磷酸二氢钾10%20%，磷酸二铵15%20%，尿素1%3%，保水剂1%2%，混和，搅拌均匀，经制粒、包装即得。全文摘要本发明公开了一种土壤保水保肥剂及其制备方法，制得的该土壤保水保肥剂由以下原料及其重量百分比组成棉花秸秆50％～60％、棉籽壳10％～15％、磷酸二氢钾10％～20％、磷酸二铵15％～20％、尿素1％～3％，保水剂1％～2％。其制备方法先将棉花秸秆和棉籽壳剔除杂质，分别经粉碎后研磨至1mm以下，过20目筛，与辅料磷酸二氢钾、磷酸二铵、尿素、保水剂等混合，搅拌均匀，然后制粒、包装即得。采用本发明制备的土壤保水保肥剂，每公顷施用750kg-1500kg，使棉花、小麦、玉米等作物可增产12％以上，提高水分利用效率10％以上，在干旱半干旱地区，能充分利用天然降雨，保水保肥，提高土壤肥力，有利于生态保护。文档编号C05G3/04GK101481280SQ20081023234公开日2009年7月15日申请日期2008年11月20日优先权日2008年11月20日发明者浩冯,吴普特,吴淑芳,李玉梅,健杜申请人:西北农林科技大学