一种多效有机叶面调理剂的制备方法及应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种多效有机叶面调理剂的制备方法，包括如下步骤：将生物质炭与水按照质量比1：（20±5）的比例混合，并搅拌均匀得到混合液，混合液在80～85℃的条件下高温浸提3±1小时，再置于转速为180±30r/min的摇床中振荡24±3小时，得到生物质炭提取液，对生物质炭提取液进行抽滤，制得pH值为8～11、总有机碳（TOC）含量为297～566.7mg/L的液态叶面调理剂。本发明的叶面调理剂在减少无机肥料投入的同时，其增产幅度可达58.94%，显著提高了小白菜中维生素C和可溶性蛋白质的含量，并降低了硝酸盐的含量，提高了蔬菜的品质和安全质量。
【专利说明】一种多效有机叶面调理剂的制备方法及应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种多效有机叶面调理剂，还涉及一种利用生物质炭制备叶面调理剂 的方法，属于新型农业生产资料【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 蔬菜富含维生素、矿物质、碳水化合物、蛋白质和维生素等，是人们日常饮食中必 不可少的食物之一，也是一种重要的经济作物。近年来，随着城镇化进程的加快和城市人口 的快速增长，我国蔬菜生产量逐年增加，蔬菜的种植面积及产量年增长率均在10%以上。蔬 菜喜肥且需肥量较大，为了提高蔬菜的产量，满足不断增长的市场需求，在蔬菜生产过程中 普遍存在偏施滥施化学肥料，尤其是氮肥的现象。化学肥料的大量施用导致土壤出现酸化、 有机质降低、板结及水源污染等生态问题，同时也导致蔬菜的品质恶化，硝酸盐的含量超 标，蔬菜尤其是叶菜类及根菜类作物极易富集硝酸盐，而硝酸盐对人体健康具有很大危害。 近年来，随着经济的发展和人们环保意识的增强，食品安全越来越受到社会的关注，人们对 蔬菜产品的需求正由单纯满足数量转向质量，在此背景下，绿色蔬菜受到人们的广泛青睐。 然而，大量调查结果表明，我国蔬菜的农药残留是较为严重的，尤其是供应大城市的蔬菜硝 酸盐污染更为严重。据 申请人:了解，陈新平等对北京市蔬菜硝酸盐的含量进行调查，结果显 示在所检样本中小白菜、小油菜、菠菜、筒篙、伏白菜等均100%不宜生食，大白菜有41%的 样本超过熟食标准；对成都、珠江三角洲等地区的抽样调查结果表明，蔬菜中的硝酸盐含量 超标现象也较为严重，在对以上城市的城郊蔬菜调查中发现很多地区蔬菜的硝酸盐污染率 达到100%。其中，又以叶菜类最为严重，而叶菜类蔬菜是人们日常生活中食用较多的主要 蔬菜，在全国其它城市如上海、天津、重庆等地的蔬菜也存在同样的超标问题。可见，我国蔬 菜污染形势非常严重，蔬菜硝酸盐超标严重，已成为绿色无公害蔬菜生产的限制因子之一。 因此，如何控制蔬菜硝酸盐含量在安全范围之内，提高蔬菜品质已成为发展无公害蔬菜生 产中的关键问题之一。
[0003] 近年来，为满足高产优质无公害蔬菜的生产需求，有机-无机复合肥等新型肥料 被越来越广泛的应用到蔬菜栽培领域，有研究表明，有机营养微肥具有特殊的生理功能，能 够提高作物的品质，促进作物对养分的吸收，进而增加作物体内养分含量，且有机营养微肥 的成分来源均不是化学合成物，而是从自然界或农牧业废料中提取后加入营养元素制成 的。有机营养微肥的原料种类多种多样，且成本不高，多数是农业废弃物，可以变废为宝， 实现资源的充分利用，减少环境污染，具有广泛的应用前景。秸杆是农业生产的副产品之 一，我国作为一个农业大国，每年作物秸杆产量达8X10 8t以上。近年来，我国大陆地区年 焚烧的秸杆资源量在1. 3亿t以上，占全国秸杆资源总量的20%以上，特别是江苏、浙江 等地秸杆焚烧的比例高达30?40%。如今随着经济的发展，秸杆资源大量过剩的问题日 益突出，农民就地焚烧秸杆不仅造成资源浪费，还产生严重的环境污染，危害社会和生态安 全，引起了全社会的关注。随着生物质炭研究的深入，我国的农业废弃物生物质热裂解炭 化产生的生产工艺已经成熟，且得到国家财政支持，因此秸杆热裂解炭化产业化前景十分 明朗。目前为止，生物质炭已在土壤修复、废水处理等方面得到应用，但是鲜少有生物质炭 直接作为液体使用的。生物质炭与生物质热裂解的液态副产物一木醋液，二者成分不同， 木醋液的主要成分是酚类、酮类、烯烃类，据 申请人:检索发现，中国专利201110214766. 6和 201310725448. 5公开了一种木醋液作为叶面调理剂使用的方法，作为叶面调理剂使用时木 醋液的有效成分主要为酚类，酚类是一种有效的抗菌物质，能够提高作物的免疫力，同时也 可以达到刺激作物生长的目的，而生物质炭与木醋液的成分不同，生物质炭中酚类的含量 很少，对植物的促进作用可忽略不计，目前尚未有研究可以表明生物质炭或生物质炭提取 液含有对植物叶面具有调理作用的叶面肥成分。
[0004]长期以来，植物主要是依靠根系来吸收养分的，然而经研究发现，植物的叶片也可 以吸收外源物质，因此叶面施肥技术打破了传统的土壤根部施肥方式，具有养分吸收快，月巴 效好，环境风险小，不受作物生长期影响等优点，叶面施肥作为对土壤施肥的一种直接、高 效的辅助措施，已成为现代农业生产中的一项重要施肥技术。据 申请人:检索发现，专利号为 201110353884. 5的中国专利公开了一种利用味精废液制备全营养高氮型液体冲施肥的方 法及产品，该肥料含有尿素、聚磷酸铵、硫酸镁、硫酸锌、硫酸亚铁、硼砂、氨水、味精废液等， 是利用味精废液中氨基酸及加入的聚磷酸铵与微量元素发生螯合从而制成的高氮型液体 有机肥；专利号为201210263704. 9的中国专利公开了一种大元素水溶性有机药肥及其制 备方法，该有机药肥是由苦豆子、苦参、川楝子、大戟狼毒、烟叶等5种植物的有效部位提取 物与柠檬酸、酒石酸和氢氧化钾的反应产物复合，再加入表面活性剂、乳化剂、渗透剂、细胞 复活剂、微量元素等制成的，原料的价值高，同时加入了各种化学成分，造成有机药肥的制 造成本居高不下；专利号为201110355244. 8的中国专利公开了一种螯合型微量元素药肥 合剂，虽然其含有作物必需微量元素，但是在肥料中加入了木质素磺酸盐、多种氨基酸以及 农药阿维菌素等化学成分，对环境具有一定的污染。检索结果表明，这些发明不是源于农业 废弃物的炭化产物，同时这些发明中都额外添加了多种化学成分，而试验中没有用可疑参 照物质进行对照研究。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种多效有机叶面调理 剂的制备方法，同时还给出了其应用方法，可利用农业生产废弃物的炭化产物进行高温浸 提加工，得到用于喷施叶菜类作物的叶面从而提高蔬菜品质和产量的叶面调理剂，使用简 单方便，生产成本低，有益于推动农业废弃物炭化产品的综合利用，将农业废弃物资源化。
[0006]为了达到以上目的，本发明多效有机叶面调理剂的制备方法，包括如下步骤：
[0007] (1)将生物质炭与水按照质量比1 :(20±5)的比例混合，并搅拌均匀得到混合 液；
[0008] (2)混合液在80?85°C的条件下高温浸提3±1小时，再置于转速为180±30r/ min的摇床中振荡24±3小时，得到生物质炭提取液；
[0009] (3)对生物质炭提取液进行抽滤，制得pH值为8?11、总有机碳（T0C)含量为 297?566. 7mg/L的液态叶面调理剂。
[0010] 浸提是指将生物质炭中的可溶物转移到适宜溶剂中的过程。本发明中浸提的具体 条件是：在80?85°C的温度条件下将生物质炭在水中浸泡3± 1小时，并且浸泡时每隔半 小时搅拌一次混合液，以增大生物质炭与水的接触面积。
[0011] 优选的，步骤（3)中，将获得的所述液态叶面调理剂储存在密封的棕色试剂瓶内， 并将棕色试剂瓶置于避光阴凉处。
[0012] 本发明的叶面调理剂是以农业秸杆炭化后的生物质炭为原料，在较高的炭水比情 况下采用热水长时间浸提，提取其中的微量养分、有机物质和腐殖质等得到的，喷施于植株 的叶面，可为叶菜类蔬菜作物提供叶面营养和生长调理剂。经研究发现，生物质炭本身具有 较强的吸附性能和稳定性，因此需要高温及长时间浸提来获取其中的可溶性组分，生物质 炭的浸提液中含有多种有机物。目前关于生物质炭水溶性组分的相关研究较少，但也有报 道指出，生物质炭中的水溶型组分主要包括水溶性盐、胶体矿物、小分子腐殖质及大分子有 机物等，具有较强的氧化还原活性，因此需将生物质炭的浸提液储存在密封的棕色瓶子里， 并置于避光阴凉处，以保持浸提液中有机物的活性。
[0013] 本发明的有机叶面调理剂的GC/MS及ICP分析结果表明：生物质炭浸提液的主要 成分为有机酸类，同时还包括少量的酚类和醇类物质。有机酸类能够刺激作物生长，促进 养分在作物体内的运输，同时有机酸类还能促进其中的有机成分与金属元素螯合形成螯合 物，从而提高作物体内微量元素的利用率。另外生物质炭浸提液中还含有钾、磷、钙、镁等多 种微量元素，为作物提供营养，其中以钾和钙的含量较为突出，可作为辅助的钾肥施用。
[0014] 优选的，所述生物质炭为至少小麦秸杆、玉米秸杆、花生壳或水稻秸杆之一的低温 炭化产物。低温炭化产物是指生物质在300?650°C温度条件下经低氧炭化分解后所得到 的固态产物，高温炭化产物与低温炭化产物的区别就在于炭化的温度不同，一般高温炭化 的温度范围为700?900°C。经过试验发现，高温炭化产物的热浸提液中有机成分的含量较 低（T0C :10?80mg/L，一般为淡黄色透明），仅为低温炭化产物浸提液有机成分含量（T0C : 297?566. 7mg/L，一般为黑色至棕红色）的十分之一，因此选择低温炭化产物作为原料来 制作叶面调理剂，低温炭化温度优选350?450°C。大田田间试验结果表明，采用低温炭化 产物为原料制作的叶面调理剂对于提高作物产量、改善土壤质量效果最为显著，故此本发 明优选小麦、玉米秸杆生物质炭为原料。其中，小麦秸杆生物质炭为干燥后的小麦秸杆在 350?450°C温度下的炭化物，玉米秸杆生物质炭为干燥后的玉米秸杆在300?650°C温度 下的炭化物，花生壳生物质炭为干燥后的花生壳在350?450°C温度下的炭化物，水稻秸杆 生物质炭为干燥后的水稻秸杆在350?450°C温度下的炭化物。
[0015] 优选的，将小麦秸杆生物质炭与水按照质量比1:20的比例混合并搅拌均匀，得到 混合液甲，将混合液甲在80?85°C温度下浸提3小时，再置于转速为180r/min的摇床中振 荡24小时，得到生物质炭提取液甲，生物质炭提取液甲经过微孔滤膜抽滤，得到液态叶面 调理剂甲，所述叶面调理剂甲呈深黑色，其pH为9. 65,总有机碳含量T0C为566. 7mg/L ;将 玉米秸杆生物质炭与水按照质量比1:20的比例混合并搅拌均匀，得到混合液乙，将混合液 乙在80?85°C温度下浸提3小时，再置于转速为180r/min的摇床中振荡24小时，得到生 物质炭提取液乙，生物质炭提取液乙经过微孔滤膜抽滤，得到液态叶面调理剂乙，所述叶面 调理剂乙呈棕红色，其pH为9. 44,总有机碳T0C的含量为333mg/L ;将花生壳生物质炭与水 按照质量比1:25的比例混合并搅拌均匀，得到混合液丙，将混合液丙在80?85°C温度下浸 提4小时，再置于转速为150r/min的摇床中振荡27小时，得到生物质炭提取液丙，生物质 炭提取液丙经过微孔滤膜抽滤，得到液态叶面调理剂丙，所述叶面调理剂丙呈淡棕色，其pH 为8. 83,总有机碳TOC的含量为307mg/L;将水稻秸杆生物质炭与水按照质量比1:15的比 例混合并搅拌均匀，得到混合液丁，将混合液丁在80?85°C温度下浸提2小时，再置于转速 为210r/min的摇床中振荡21小时，得到生物质炭提取液丁，生物质炭提取液丁经过微孔滤 膜抽滤，得到液态叶面调理剂丁，所述叶面调理剂丁呈微黄色，其pH为10. 45,总有机碳T0C 的含量为297mg/L。微孔滤膜的孔径为30?50微米，与一般中速定量滤纸孔径相当。 [0016] 一种多效有机叶面调理剂的应用方法，步骤如下：将所述液态叶面调理剂兑水稀 释25?100倍，并将稀释液在小白菜苗期开始喷施于植株的正反叶面，共喷施8?10次， 每次间隔3?7天，喷施时应选择无风、日照弱、温度低的天气进行，应在上午9:00前或下 午4:00后喷施叶面调理剂稀释液，避免稀释液蒸发，以尽量使叶面调理剂有较长的时间附 着在植株叶面上供作物吸收，同时又避免在雨前喷施，防止叶面调理剂喷施后遇雨，被雨水 冲刷掉，但若喷施后遇雨，应视情况及时补喷。
[0017] 本发明中实际应用液态有机叶面调理剂的稀释倍数的选择是依据实验室已有的 相关试验结果。
[0018] 优选的，取从小麦秸杆生物质炭提取的液态叶面调理剂甲2L和从玉米秸杆生物 质炭提取的液态叶面调理剂乙1L，二者混匀后兑水稀释至100L，得到pH为8. 3的稀释液， 将稀释液从小白菜苗期开始喷施于植株的正反叶面，共喷施8?10次，每次间隔3?7天， 喷施时应选择无风、日照弱、温度低的天气进行，应在上午9:00前或下午4:00后喷施叶面 调理剂稀释液，避免稀释液蒸发。
[0019] 经过对不同作物为原料生产的生物质炭的浸提液成分进行研究，发现小麦、玉米 秸杆生物质炭的可浸提态物质较多，因此为了保证充分利用浸提液中的有效物质，将两种 作物秸杆的浸提液混匀使用。
[0020] 本发明的优点是：
[0021] 1.本发明中有机叶面调理剂的制备原料为农业废弃物无氧高温炭化的主要产物 生物质炭，该生物质炭的推广应用缓解了现阶段因秸杆等农业废弃物资源过剩所带来的社 会、环境和生态问题，在取得经济效益的同时，对秸杆高效资源化利用发展具有深远意义， 也为秸杆炭化产物的农用开辟了一条新途径，提高了生物质炭的经济效益和社会效益；
[0022] 2.本发明中生物质炭的制作原料来源广泛、成本低廉，且利用农业废弃物生产生 物质炭的技术成熟，本发明叶面调理剂的生产工艺简单，便于大面积推广和应用；
[0023] 3.本发明液态有机叶面调理剂可在减少无机肥料施用的基础上，显著提高蔬菜的 品质和产量，不仅能够提高蔬菜中维生素C即可溶性蛋白质的含量，还能增大叶片的表面 积，提高蔬菜中叶绿素的含量，尤其适用于叶菜类作物；
[0024] 4.本发明的有机叶面调理剂在改善蔬菜品质的同时，也可降低蔬菜中硝酸盐的含 量，提高了蔬菜的食用安全性；
[0025] 5.本发明的有机叶面调理剂来源于天然物质，不污染环境，生产过程中没有添加 任何化学物质，对人畜无毒副作用，是农用化学药品的一种绿色健康替代物。
[0026] 总之，本发明的叶面调理剂在减少无机肥料投入的同时，其增产幅度可达 58. 94%，显著提高了小白菜中维生素C和可溶性蛋白质的含量，并降低了硝酸盐的含量， 提商了蔬菜的品质和安全质量。
【具体实施方式】
[0027] 本发明中小麦秸杆生物质炭、花生壳生物质炭、水稻秸杆生物质炭均购自河南商 丘三利新能源有限公司，玉米秸杆生物质炭购自山西工霄商社有限公司。
[0028] 实施例一
[0029] 本实施例的多效有机叶面调理剂的制备方法，步骤如下：
[0030] 将小麦和玉米秸杆生物质炭与水按照质量比1:20的比例混合并搅拌均匀，得到 混合液甲和乙，混合液甲和乙在80?85°C温度下浸提3小时后（每隔半小时搅拌一次混 合液），再置于转速为180r/min的摇床中室温条件下振荡24小时，得到生物质炭提取液甲 和乙，对提取液甲和乙进行微孔滤膜（滤膜孔径为30?50微米）抽滤分离固体残渣，得到 叶面调理剂甲和乙。叶面调理剂甲呈深黑色，其pH为9. 65,总有机碳含量T0C为566. 7mg/ L;叶面调理剂乙呈棕红色，其pH为9. 44,总有机碳TOC的含量为333mg/L。将花生壳生物 质炭与水按照质量比1:25的比例混合并搅拌均匀，得到混合液丙，混合液丙在80?85°C温 度下浸提4小时后（每隔半小时搅拌一次混合液），再置于转速为150r/min的摇床中室温 条件下振荡27小时，得到生物质炭提取液丙。叶面调理剂丙呈淡棕色，其pH为8. 83,总有 机碳T0C的含量为307mg/L。将水稻秸杆生物质炭与水按照质量比1:15的比例混合并搅 拌均匀，得到混合液丁，混合液丁在80?85°C温度下浸提2小时后（每隔半小时搅拌一次 混合液），再置于转速为210r/min的摇床中室温条件下振荡21小时，得到生物质炭提取液 丁。叶面调理剂丁呈微黄色，其pH为10. 45,总有机碳T0C的含量为297mg/L。
[0031] 对叶面调理剂甲、乙、丙和丁进行ICP分析，其结果见表1。
[0032] 表1甲、乙、丙、丁四种叶面调理剂的ICP分析结果
【权利要求】
1. 一种多效有机叶面调理剂的制备方法，其特征是，包括如下步骤： (1) 将生物质炭与水按照质量比1 :(20±5)的比例混合，并搅拌均匀得到混合液； (2) 混合液在80?85°C的条件下高温浸提3±1小时，再置于转速为180±30r/min的 摇床中振荡24±3小时，得到生物质炭提取液； (3 )对生物质炭提取液进行抽滤，制得pH值为8?11、总有机碳含量为297?566. 7mg/ L的液态叶面调理剂。
2. 根据权利要求1所述多效有机叶面调理剂的制备方法，其特征是：步骤（3)中，将获 得的所述叶面调理剂储存在密封的棕色试剂瓶内，并将棕色试剂瓶置于避光阴凉处。
3. 根据权利要求1所述多效有机叶面调理剂的制备方法，其特征是：所述生物质炭为 至少小麦秸杆、玉米秸杆、花生壳或水稻秸杆之一的低温限氧炭化产物。
4. 根据权利要求3所述多效有机叶面调理剂的制备方法，其特征是：所述小麦秸杆 生物质炭为干燥后粉碎的小麦秸杆在350?450°C温度下的炭化物，所述玉米秸杆生物质 炭为干燥后粉碎的玉米秸杆在300?650°C温度下的炭化物，所述花生壳生物质炭为干燥 后的花生壳在35(T450°C温度下的炭化物，所述水稻秸杆生物质炭为干燥后的水稻秸杆在 35(T450°C温度下的炭化物。
5. 根据权利要求4所述多效有机叶面调理剂的制备方法，其特征是：将小麦秸杆生物 质炭和玉米秸杆生物质炭分别与水按照质量比1:20的比例混合并搅拌均匀，得到混合液 甲和乙，混合液甲和乙分别在80?85°C温度下浸提3小时后以180r/min的转速振荡24 小时，得到生物质炭提取液甲和乙，生物质炭提取液甲和乙分别经过微孔滤膜抽滤，得到液 态叶面调理剂甲和乙，所述叶面调理剂甲呈深黑色，其pH为9. 65,总有机碳TOC的含量为 566. 7mg/L，所述叶面调理剂乙呈棕红色，其pH为9. 44,总有机碳TOC的含量为333mg/L。
6. 根据权利要求4所述多效有机叶面调理剂的制备方法，其特征是：将花生壳生物质 炭与水按照质量比1:25的比例混合并搅拌均匀，得到混合液丙，将混合液丙在80?85°C 温度下浸提4小时，再置于转速为150r/min的摇床中振荡27小时，得到生物质炭提取液 丙，生物质炭提取液丙经过微孔滤膜抽滤，得到液态叶面调理剂丙，所述叶面调理剂丙呈淡 棕色，其pH为8. 83,总有机碳TOC的含量为307mg/L ;将水稻秸杆生物质炭与水按照质量比 1:15的比例混合并搅拌均匀，得到混合液丁，将混合液丁在80?85°C温度下浸提2小时， 再置于转速为210r/min的摇床中振荡21小时，得到生物质炭提取液丁，生物质炭提取液丁 经过微孔滤膜抽滤，得到液态叶面调理剂丁，所述叶面调理剂丁呈微黄色，其pH为10. 45， 总有机碳TOC的含量为297mg/L。
7. 根据权利要求1所述多效有机叶面调理剂的应用，其特征是：所述液态叶面调理剂 兑水稀释25?100倍后，将稀释液从小白菜苗期开始喷施于植株的正反叶面，共喷施8? 10次，每次间隔3?7天，喷施时应选择无风、日照弱、温度低的天气进行，应在上午9:00前 或下午4:00后喷施叶面调理剂稀释液，避免稀释液蒸发。
8. 根据权利要求7所述多效有机叶面调理剂的应用，其特征是：取液态叶面调理剂甲 2L和液态叶面调理剂乙1L，二者混匀后兑水稀释至100L，得到pH为8. 3的稀释液，将稀释 液从小白菜苗期开始喷施于植株的正反叶面。
【文档编号】C05G1/00GK104370595SQ201410581967
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】娄颖梅, 潘根兴, 李恋卿, 郑金伟, 郑聚锋, 张旭辉, 刘晓雨, 程琨 申请人:南京农业大学