烟草专用生物炭基缓释复合肥及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种烟草专用生物炭基缓释复合肥及其制备方法。旨在解决现有肥养分释放过快的技术难题。该缓释肥是以烟秆生物质炭、氮磷钾三元复合肥等为原料，经搅拌、烘干、造粒等工艺而制成。本发明缓释肥具有改善烟田土壤的理化性状和微生物活性、增加土壤固碳潜力的作用和潜力，能增加土壤有机质、土壤阳离子交换量及团粒结构、防止土壤板结，改善土壤的水热条件；烟秆生物质炭可延缓肥料在烟田土壤中的养分释放，使肥料养分释放与烟株的需肥规律相匹配，降低养分损失，提高肥料利用率；所用原料来源广泛，廉价易得，生产成本低，有利于实现农业废弃物生态高值化利用，且本发明生物炭缓释肥制备方式简单，便于操作，利于大范围推广。
【专利说明】烟草专用生物炭基缓释复合肥及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及肥料领域，具体涉及一种烟草专用生物炭基缓释复合肥及其制备方法。
【背景技术】
[0002]目前，中国耕地土壤质量普遍不容乐观，其主要问题有:耕地基础肥力呈下降趋势，土壤贫瘠，养分分布不均匀，土壤退化严重；土壤板结、酸碱化，我国各类碱性土壤有61万km2，酸性土 216万km2，占国土面积的21% ;还包括土壤有机质下降，结构松散，地力衰竭等问题。为解决土壤结构单一，养分贫瘠的状况，直接导致了我国过量施肥现象普遍，养分利用率明显降低，并造成一系列食品安全和环境问题。
[0003]在植烟土壤中也存在类似的问题。由于我国植烟历史悠久，但是植烟土壤有限，造成烟田连作较为严重，而烟草是忌连作作物，连作会引起植烟土壤养分严重失调，肥料利用率降低，土壤理化性质和生物学特性恶化，进而降低烟草的抗性，引起病虫害的严重发生，如烟草黑胫病、根黑腐病、青枯病等，烟株缺素特征明显(如钙镁等)、危害较为频繁，严重影响烟叶的产量及品质。同时，烟叶生产也产出巨量的烟杆，这些烟杆的处理和利用一直是烟农或大田管理的难题之一。在这些烟杆中含有较高量的养分和微量元素，也是烟草病虫害越冬越夏的丰富资源或场所。因此，利用烟田农业废弃物进行制备生物质炭对农业生产尤其是烟叶生产具有重大意义。
[0004]生物炭是生物质在低氧环境下，经高温热解产生的一类多孔隙结构、高比表面积、吸附能力强的富碳类物质。生物炭中有许多微孔，为聚集营养物质和有益微生物创造了条件，这一特点使其能够补充土壤有机物含量，而且能有效保存水分和养料，提高土壤肥力，同时由于其微孔结构产生了较好的吸附性能，进而有利于提高肥料利用率。生物炭的取材一般来自于农业废弃物，如麦杆、烟杆等，但是中国每年产生的大量秸杆多被焚毁，不但脱离农业循环而且产生大量温室气体，污染空气，这也是加剧目前全国热点环境问题一雾霾的一个主要原因。因此，减少秸杆焚烧，进行生物炭制备，与化肥进行复合，变废为宝，通过还田可以有效改良土壤，提高肥料利用率，同时起到保护环境的作用。
[0005]目前，国际上也开发出一系列具有缓释功能的复合肥料，以提高肥料养分的利用效率，但这些肥料原料成本高、工艺复杂，不利于大面积推广应用，且多数含有高分子聚合物为主的包膜材料，其中大部分不能完全降解，容易在土壤中积累，形成“次生污染”。由于烟田灌水量大、且灌水频繁，包膜材料遇水易溶解，难易起到对肥料养分的保护作用，对养分的释放速率控制效果不明显，因此，开发低成本、适宜于烟田的环保型缓释氮素肥料成为生产中的迫切需求。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是提供一种养分释放与烟草需求耦合性好、养分淋溶损失低的烟草专用生物炭基缓释复合肥。[0007]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
设计一种烟草专用生物炭基缓释复合肥，以重量份计，其制备原料包括烟杆生物质炭22~78份、氮磷钾三元复合肥40~50份，所述氮磷钾三元复合肥中N =P2O5:K20=18~22:13~16:9~12，所述烟杆生物质炭是由烟杆于380~450°C的缺氧环境下热解制成的生物质炭。
[0008]所述烟杆生物质炭的制备方法如下:
取干燥烟杆置于马弗炉中于380~450°C下热解2h，冷却后粉碎，过0.5~2mm筛后以清水浸泡3~6小时，再用清水冲洗I~3次以去除灰分和杂质，烘干后即成。
[0009]以水蒸气为活化剂，按如下方法对所得生物质炭进行活化:
在850~950°C的无氧环境下，以0.30~0.4L/min的流量通入水蒸气，活化处理80~IOOmin0
[0010]所述烟草专用生物炭基缓释复合肥还含有木质素磺酸钙2~3份。
[0011]所述烟草专用生物炭基缓释复合肥还含有坡缕石2~4份，坡缕石是经30~50KHz超声波照射2~4分钟、粒度为150~250目的坡缕石；坡缕石具有特殊的纤维结构、较好的阳离子代换性、吸附性、保水性、粘结性等特点，可以改良土壤的物化性状，改善土壤的水热条件，而经超声波处理后，坡缕石棒晶分散开来，比表面积提高O 330m2/g)，吸附性能大大增强；加入适量的坡缕石，还可改善肥料的物理性状，如提高肥料成粒率，提高造粒速度，增加颗粒强度， 而且所得肥料不结块、不返潮、颗粒均匀、表面光滑、色泽度好。烟杆生物质炭与坡缕石配合使用比各自单独作为肥料载体使用，具有明显的增效作用，使得养分释放与作物养分需求的耦合性高，氮素养分淋溶损失更低，肥料利用率提高。
[0012]烟杆生物炭的特点:黑色，多孔，表面发达(比表面积在350~480 m2/g)，能富集土壤中的空气、水分、养分，适宜微生物栖息、繁衍；土壤团粒结构增加，作物根系发达，根部CO2增多，有植物生长所必须的营养成分和微量元素，具有一定强度和较高的生物和化学稳定性。
[0013]制备所述氮磷钾三元复合肥的氮源基础肥料为硝酸铵、硝酸钾、磷酸一铵、磷酸二铵中的至少一种，磷源基础肥料为磷酸一铵、磷酸二铵、磷酸二氢钾中的至少一种，钾源基础肥料为硫酸钾、硝酸钾、磷酸二氢钾中的至少一种。烟草为忌氯作物，因而，基础肥料中禁含氯。
[0014]设计一种烟草专用生物炭基缓释复合肥的制备方法，包括以下步骤:
(1)将取干燥烟杆于380~450°C的缺氧环境下热解制取生物质炭，冷却，粉碎过0.5~2mm 筛；
(2)以清水浸泡上步所得生物质炭3~6小时后，再以清水冲洗I~3次，经烘干后备
用；
(3)取所述烟杆生物质炭22~78份、氮磷钾三元复合肥40~50份、木质素磺酸钙2~3份经搅拌、烘干、造粒，即成。
[0015]本发明具有积极有益的效果:
1.具有改善烟田土壤的理化性状和微生物活性、增加土壤固碳潜力的作用和潜力，能增加土壤有机质、土壤阳离子交换量及团粒结构、防止土壤板结，改善土壤的水热条件，有效调整土壤结构，遏制土壤的退化，实现农业生产的良性循环；2.烟杆生物质炭作为肥料缓释增效的载体，可以延缓肥料在烟田土壤中的养分释放，使肥料养分释放与烟株的需肥规律相匹配，降低养分损失，提高肥料利用率；
3.所用原料来源广泛(如所选用的烟草秸杆来源丰富，而且碳化烟杆颗粒除含速效钾外，还含有磷、钙、铁、镁、硫等有效养分，理化性状稳定)，廉价易得，生产成本低，有利于实现农业废弃物生态高值化利用，且本发明生物炭缓释肥制备方式简单，便于操作，利于大范围推广。
【具体实施方式】
[0016]以下结合具体实施例进一步阐述本发明。
[0017]实施例1烟杆生物质炭制备试验
不同炭化条件下的生物质炭对土壤肥力的影响差距较大，此试验是研究烟杆作为生物质炭的最佳炭化条件。通过试验对比，对不同温度生物质炭进行数据分析进而确定炭化条件。
[0018]从烟叶产区选取一些干燥烟杆，称取一定的重量，置于马弗炉进行热解炭化，升温速度为20°C每分钟，达到所设定热解温度后，炭化2小时，然后关闭马弗炉电源，自然冷却到常温，取出样品，在检测之前，样品统一放置在密封袋中，搁置在阴凉处。设置温度为100 0C > 200 V、300 V、400 V、500 V、600 V、700 V和800 V八个热解温度，分别得到八个样品。将在不同温度下热解得到的烟杆生物炭样品以常规方法进行分析，包括测定无机炭，微观结构，生物炭表面Zeta电位，含氧官能团数量及分布情况、pH值测定、比表面积等，详见表1、表2。
[0019]表1烟杆生物质炭产率及有关指标随热解温度的变化
【权利要求】
1.一种烟草专用生物炭基缓释复合肥，其特征在于，以重量份计，其制备原料包括烟杆生物质炭22~78份、氮磷钾三元复合肥40~50份，所述氮磷钾三元复合肥中N =P2O5:K20=8~22:8~22:10~24，所述烟杆生物质炭是由烟杆于380~450°C的缺氧环境下热解制成的生物质炭。
2.根据权利要求1所述的烟草专用生物炭基缓释复合肥，其特征在于，所述烟杆生物质炭的制备方法如下: 取干燥烟杆置于马弗炉中于380~450°C下热解2h，冷却后粉碎，过0.5~2mm筛后以清水浸泡3~6小时，再用清水冲洗I~3次以去除灰分和杂质，烘干后即成。
3.根据权利要求2所述的烟草专用生物炭基缓释复合肥，其特征在于，以水蒸气为活化剂，按如下方法对所得生物质炭进行活化: 在850~950°C的无氧环境下，以0.30~0.4L/min的流量通入水蒸气，活化处理80~1OOmin.
4.根据权利要求1所述的烟草专用生物炭基缓释复合肥，其特征在于，所述烟草专用生物炭基缓释复合肥还含有木质素磺酸钙2~3份。
5.根据权利要求4所述的烟草专用生物炭基缓释复合肥，其特征在于，所述烟草专用生物炭基缓释复合肥还含有坡缕石2~4份，坡缕石是经30~50KHz超声波照射2~4分钟、粒度为150~250目的坡缕石。
6.根据权利要求1所述的烟草专用生物炭基缓释复合肥，其特征在于，制备所述氮磷钾三元复合肥的氮源基础肥料为硝酸铵、硝酸钾、磷酸一铵、磷酸二铵中的至少一种，磷源基础肥料为磷酸一铵、磷酸二铵、磷酸二氢钾中的至少一种，钾源基础肥料为硫酸钾、硝酸钾、磷酸二氢钾中的至少一种。
7.一种烟草专用生物炭基缓释复合肥的制备方法，包括以下步骤: (1)将取干燥烟杆于380~450V的缺氧环境下热解制取生物质炭，冷却，粉碎过0.5~2mm 筛； (2)以清水浸泡上步所得生物质炭3~6小时后，再以清水冲洗I~3次，经烘干后备用； (3)取上步所得烟杆生物质炭22~78份、氮磷钾三元复合肥40~50份、木质素磺酸钙2~3份经搅拌、烘干、造粒，即成。
8.根据权利要求7所述的烟草专用生物炭基缓释复合肥的制备方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，还包括坡缕石2~4份。
【文档编号】C05G3/04GK103910579SQ201410140025
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月9日 优先权日:2014年4月9日
【发明者】叶协锋, 于晓娜, 王勇, 胡战军, 徐敏, 朱晓伟, 汤术开, 曲平志, 张要旭, 刘迎昌, 吴树成, 欧聪敏 申请人:河南农业大学