本发明涉及肥料应用
技术领域：
，尤其涉及一种禾谷类作物专用有机缓释肥料及应用。
背景技术：
：中国是农业大国，也是化肥生产和消费大国，中国的化肥总产量和总用量都位居世界第一。但农业生产实践表明，由于肥料性质与土壤环境条件的综合影响，肥料利用率低是化肥使用过程普遍存在的问题。目前三大主粮作物氮肥、磷肥和钾肥利用率约为33％、24％和42％(农业部《到2020年化肥使用量零增长行动方案》)，肥料利用率低对产地环境产生了一些列负面影响，如耕地板结、土壤酸化、水体富营养化等。我国水稻、小麦和玉米三大主粮作物化肥用量占我国化肥总施用量的50％以上(孟远夺等(2015).我国种植业化肥施用现状与节肥潜力分析.磷肥与复肥30(9):1～4)，改善三大作物现有肥料利用率状况将惠及我国80％以上的耕地。木质素是具有三维空间网状结构的高分子化合物，在自然界的数量仅次于纤维素和甲壳素，是第三大量的天然可再生有机物。经碱液蒸煮脱木质素后排出的造纸黑液是造纸工业最大的污染源，其中所含的木质素是主要的污染物之一(张海云(2006).碱法草浆造纸黑液中木质素生物降解研究.[硕士学位论文])，如不加以回收利用，随黑液直接排入纳污水体，会造成严重的环境污染危害。木质素在经过氨化、磺化、去甲氧基化等处理后具有较高的反应活性。MulderW.J.和RamirezF.等人的研究均表明木质素对氮起到明显的缓释作用(MulderW.J.,etal.(2011)Ligninbasedcontrolledreleasecoatings.IndustrialCropsandProducts34:915-920；RamirezF.,etal.(2001)Slow-releaseeffectofN-functionalizedkraftlignintestedwithSorghumovertwogrowthperiods.BioresourceTechnology76:71-73)。RamirezF.利用15N示踪发现，氨化木质素中的氮素有30.6％被第一茬作物吸收，而12.9％被第二茬作物吸收，从时效性方面也印证了木质素的缓释功能(RamirezF.,etal.(2007)Reactions,characterizationanduptakeofammoxidizedkraftligninlabeledwith15N.BioresourceTechnology98:1494-1500)。另外，有研究表明木质素对钾肥也具有缓释作用(王德汉等(2003).木质素改性产物对钾肥的缓释作用与作物吸钾量的影响.植物营养与肥料学报9(3):308-311)。木质素进入土壤后不会对土壤微生物的正常生长产生不利影响(钟哲科等(2006).氮修饰木素对土壤生化特性的影响.生态环境15(4):811-815)，同时会在微生物的作用下逐步转化成土壤有机质(BahriH.,etal.(2006)Ligninturnoverkineticsinanagriculturalsoilismonomerspecific.SoilBiology&Biochemistry38:1977-1988)。山核桃蒲壳是山核桃产业的副产物，多被废弃或抛荒，经雨水浸泡及微生物发酵，这些蒲壳浸出液不但污染水源、导致鱼虾死亡，而且使山区植被受损，暴雨冲刷导致水土大量流失。山核桃蒲壳的浸提液通过影响种子呼吸、幼苗根系吸收及光合作用等对多种作物的种子萌发和幼苗生长产生影响(陈向明(2008).山核桃外果皮几种化学成分及对植物生长影响的研究.[博士学位论文])，合理设置山核桃蒲壳粉在肥料生产中的用量可达到田间除草的效果。山核桃蒲壳的提取物对稻瘟病菌、水稻纹枯病菌、玉米小斑病等有明显地抑制作用(ZhangS.etal.“NovelbenzofuranconstituentfromthehuskofCaryacathayensisSarg.”PhytochemistryLetters)。所以，合理利用山核桃蒲壳粉也可达到减药的效果。目前，关于禾谷类作物缓释肥料的研究并不少见，例如：公布号为CN103755441A的中国发明专利申请文献公开了一种水稻专用缓释有机肥及其制备方法，所述水稻专用缓释有机肥由木质素、硅藻土、凹凸棒土、腐殖酸、钙基庞润土、氮肥、钙镁磷肥、钾肥、微量元素和水组成，所述微量元素由农用稀土、硼砂、硫酸锰和七水硫酸锌组成，其制备方法为各组分溶解搅拌后混合制粒而成。该专利提出一种木质素与尿素制成溶浆后再与各组分混合造粒的木质素缓释肥及其制备方法，该方法提高了肥料的养分利用率，但能耗较大，且产品中氮素含量受限。公布号为CN103058751A的中国发明专利申请文献公开了一种玉米专用的缓释长效复合肥料的制备方法，该肥料由如下按照质量份数计的原料制成：尿素15～45，硫酸铵5～40，硫酸钾20～35，混合磷肥15～35，锌、铁添加剂0.1～0.5，造粒助剂7～10，水适量。公布号为CN103102213A的中国发明专利申请文献公开了一种小麦专用的缓释长效复合肥料的制备方法，尿素21～47，硫酸铵8～15，硫酸钾10～30，混合磷肥20～35，铁、锰、硼、铜。锌、钼添加剂0.1～0.5，造粒助剂6～12，水适量。上述专利中的肥料需要将尿素加热熔融，此过程会产生对作物有毒害作用的缩二脲，且能耗较大。公布号为CN104609968A的中国发明专利申请文献公开了一种海藻酸增效缓释有机复混肥的制备方法，该方法仅实现了氮的缓释，需外源添入磷肥和钾肥。公布号为CN105036903A的中国发明专利申请文献公开了一种生物炭缓释水稻专用基肥及其制备方法，该肥料包括核心层和包覆在核心层表面的包膜层，核心层由下列重量份的组分原料混合而成：沼渣60-80、磷酸一铵30-40、重过磷酸钙30-40、氯化钾50-60、尿素20-30、硅酸钠2-3、硫酸镁2-4、亚硒酸钠1-2、生物炭粉80-90、肥料添加剂1-2,核心层的重量为缓释肥总重量的50-％～60％；包膜层为生物炭粉和粘结剂的混合物，包膜层的重量为缓释肥总重量的40％～50％。该专利中氮磷钾比例不符合水稻需肥特点，磷肥明显偏高，易造成养分浪费。因此，有必要针对禾谷类作物提供一种缓释性能更好、肥料利用率高、能耗低且环保的肥料。技术实现要素：本发明提供了一种禾谷类作物专用有机缓释肥料及其应用，该禾谷类作物专用有机缓释肥料的缓释性能好、肥料利用率高、能耗低且环保，能够显著提高禾谷类作物的产量。一种禾谷类作物专用有机缓释肥料，包括无机组分和有机组分，所述有机组分的质量分数为25～40％；其中，以禾谷类作物专用有机缓释肥料的质量为基准，无机组分中N元素含量为10～15％，以P2O5计P元素含量为4～7％，以K2O计K元素含量为6～12％；所述有机组分，按重量份计，包括以下组分：木质素5～10份，生物质炭5～10份，黄腐酸钾5～10份，山核桃蒲壳粉5～10份。进一步地，所述禾谷类作物为水稻、小麦、玉米的一种。木质素的比表面积大，磺化处理后的反应活性高，木质素的添加能够通过物理吸附和化学键合两种方式，提高养分的缓释效果，从而实现肥料利用率的提升。生物质炭的有机质含量高，生物质炭的添加能够提高土壤的阳离子交换量，从而提升土壤的保肥性。山核桃蒲壳发酵粉含有生物碱等活性物质，山核桃蒲壳发酵粉的添加使得肥料具备一定的除草效果，从而减少农药使用。黄腐酸钾富含黄腐酸，且比表面积大，可溶性好，可增进肥料的缓释性能，并且有利于土壤改良。经试验发现，在木质素添加基础上，再添加生物质炭、山核桃蒲壳发酵粉和黄腐酸钾，能够更有效地提高禾谷类作物专用有机缓释肥料的缓释性能，提高禾谷类作物的产量和品质。具体地，按重量份计，所述无机组分包括：尿素15～25份，磷酸一铵8～15份，硫酸铵10～20份，氯化钾8～18份，凹凸棒土5～10份。中微量元素的添加能够更好地配合上述肥料配方，提高禾谷类作物对上述肥料的利用。作为优选，按重量份计，所述无机组分还包括硫酸镁0.5～2.5份，硫酸锌0.5～1份。进一步地，按重量份计，所述禾谷类作物专用有机缓释肥料包括以下组分：更优选，按重量份计，所述禾谷类作物专用有机缓释肥料包括以下组分：试验发现，上述组分用量的禾谷类作物专用有机缓释肥料能够更有效提高水稻的产量和品质。更优选，按重量份计，所述禾谷类作物专用有机缓释肥料包括以下组分：试验发现，上述组分用量的禾谷类作物专用有机缓释肥料能够更有效提高玉米的产量和品质。更优选，按重量份计，所述禾谷类作物专用有机缓释肥料包括以下组分：试验发现，上述组分用量的禾谷类作物专用有机缓释肥料能够更有效提高小麦的产量和品质。所述木质素是从纸浆废液中碱分离得到的，使木质素能够有效地得到资源化利用。作为优选，所述木质素的总木质素含量≥90％，酚羟基≥2.5％，羟甲基≥35％，硫含量≤1.0％，含水量≤7％，80目通过率≥95％。该木质素比表面积大有利于吸附养分，活性基团多有利于和养分发生化学键合，从而实现养分的缓释。所述生物质炭经生物质材料炭化后获得，该生物质材料可以是秸秆、木屑、谷壳等。作为优选，所述生物质炭的有机质含量≥80％，含水量≤10％，60目通过率≥95％。该生物质炭有机质含量高，有利于培肥地力。作为优选，所述山核桃蒲壳发酵粉依次经好氧发酵、破碎、筛分、晾干后获得；其中，所述发酵温度为55～60℃，时间为10～15d。作为优选，所述山核桃蒲壳发酵粉的有机质含量≥60％，含水量≤25％，20目通过率≥90％。作为优选，所述黄腐酸钾的黄腐植酸含量≥75％，水溶性≥99％，200目通过率≥95％。上述关于木质素、生物质炭、山核桃蒲壳发酵粉、黄腐酸钾和凹凸棒土中组分含量的限定均指质量分数。本发明所述禾谷类作物专用有机缓释肥料的制备方法包括：将禾谷类作物专用有机缓释肥料的各无机组分和有机组分按比例进行混合，得到混合物，再将混合物依次通过挤压造粒、抛圆、干燥、冷却和筛分，得到所述禾谷类作物专用有机缓释肥料。上述方法制得的禾谷类作物专用有机缓释肥料的颗粒粒径在1.00～4.75mm内的比例≥80％，含水量低于10％。本发明还提供了一种利用所述禾谷类作物专用有机缓释肥料栽培禾谷类作物的方法，其特征在于，在禾谷类作物移栽或直播前，将所述禾谷类作物专用有机缓释肥料通过全层底施后沟施的方式施用于土壤中，施用量为40～60kg/亩。作为优选，在禾谷类作物移栽或直播前的1～5天施用禾谷类作物专用有机缓释肥料。所述全层底施是指在地块最后一次翻耕整平前，将肥料均匀撒施于田面，再行翻耕整平，与土壤充分结合。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)本发明采用木质素、生物质炭、山核桃蒲壳发酵粉和黄腐酸钾作为有机组分添加到肥料中得到禾谷类作物专用有机缓释肥料，该有机缓释肥料的缓释性能好、肥料利用率高、能耗低且环保，能够显著提高禾谷类作物的产量。(2)本发明禾谷类作物专用有机缓释肥料的纯养分施用量少，且具有一定的除草抗病效果，能够减少农药使用量。(3)本发明禾谷类作物专用有机缓释肥料的生产工艺简单，能耗较低。具体实施方式下面结合具体实施案例对本发明做进一步地解释。其中，实施例中提及的木质素购买于山东高唐多元木质素有限公司，产品参数为总木质素含量≥90％，酚羟基≥2.5％，羟甲基≥35％，硫含量≤1.0％，含水量≤7％，80目通过率≥95％；生物质炭购买于安徽金秸能生物科技有限公司，产品参数为有机质含量≥80％，含水量≤10％，60目通过率≥95％；黄腐酸钾购买于萍乡市红土地腐植酸有限公司，产品参数为黄腐植酸含量≥75％，水溶性≥99％，200目通过率≥95％；其他组分均为市售的常规产品。山核桃蒲壳发酵粉的制备方法为：1)在山核桃采收时节收集山核桃蒲壳；2)螺旋挤压去除部分水分；3)将山核桃蒲壳投入卧式发酵设备中发酵，发酵温度55～60℃，发酵时间10～15天(无大量气体产生，同事发酵物有腐熟味时即可判断发酵完成)；将发酵好的山核桃蒲壳破碎、筛分、晾干，即得到山核桃蒲壳发酵粉；得到的山核桃蒲壳发酵粉的有机质含量≥60％，含水量≤25％，20目通过率≥90％。禾谷类作物专用有机缓释肥料的制备方法为：将禾谷类作物专用有机缓释肥料中的各无机组分和有机组分按比例进行混合，得到混合物；再将混合物依次通过挤压造粒、抛圆、干燥、冷却和筛分，得到所述禾谷类作物专用有机缓释肥料；其中，禾谷类作物专用有机缓释肥料的颗粒粒径在1.00～4.75mm内的比例≥80％，含水量低于10％。实施例1一、禾谷类作物专用有机缓释肥料一种禾谷类作物专用有机缓释肥料，其组分和用量为：尿素15份、磷酸一铵15份、硫酸铵15份、氯化钾18份、木质素6份、生物质炭6份、黄腐酸钾8份、山核桃蒲壳粉8份、凹凸棒土6份、硫酸锌1份、硫酸镁2份。二、禾谷类作物专用有机缓释肥料的施用(1)施用地点：浙江省金华市金东区(2)施用对象及品种：水稻(嘉58)(3)处理设置：a、对照施肥处理：底施20kg/亩撒可富复合肥(N:P:K＝20:12:14)，分蘖期追施7.5kg/亩尿素，抽穗期追施10kg/亩撒可富复合肥(N:P:K＝20:12:14)。b、专用有机缓释肥料处理：底施50kg/亩禾谷类作物专用有机缓释肥料(N:P:K＝11:7:11)。c、空白处理。实验结果见表1由表1可知，与对照施肥处理相比，禾谷类作物专用有机缓释肥料在减肥16％的同时，总产量提升10％，结实率、千粒重、精米率、经济系数等都有不同程度的提升，经济效益显著。生产过程中未出现贪青、早衰现象，缓释效果显著。实施例2一、禾谷类作物专用有机缓释肥料一种禾谷类作物专用有机缓释肥料，其组分和用量为：尿素18份、磷酸一铵10份、硫酸铵10份、氯化钾15份、木质素10份、生物质炭10份、黄腐酸钾5份、山核桃蒲壳粉10份、凹凸棒土10份、硫酸锌1份、硫酸镁1份。二、禾谷类作物专用有机缓释肥料的施用(1)施用地点：浙江省杭州市西湖区双浦镇(2)施用对象及品种：玉米(郑单958)(3)处理设置：a、对照施肥处理：底肥N:P:K＝22:7:12的复合肥25kg/亩，开沟底施；拔节期施用尿素7.5kg/亩和氯化钾10kg/亩，开沟施肥。b、专用有机缓释肥料处理：禾谷类作物专用有机缓释肥料(N:P:K＝11:4.5:9)，施用量60kg/亩，在玉米播种前两天开沟底施。c、空白处理。实验结果，如表2所示由表2可知，与常规施肥对照相比，禾谷类作物专用有机缓释肥料，在减肥25％的同时，总产量提升6％，单穂重略有增加，秃尖长度缩短，香蕉穂比例降低，经济效益显著。实施例3一、禾谷类作物专用有机缓释肥料一种禾谷类作物专用有机缓释肥料，其组分和用量为：尿素20份、磷酸一铵10份、硫酸铵12份、氯化钾12份、木质素9份、生物质炭9份、黄腐酸钾9份、山核桃蒲壳粉9份、凹凸棒土8份、硫酸锌1份、硫酸镁1份。二、禾谷类作物专用有机缓释肥料的施用(1)施用地点：浙江省杭州市西湖区双浦镇(2)施用对象及品种：小麦(扬麦20)(3)处理设置：a、对照施肥处理：底施巴夫特复合肥(N:P:K＝15:15:15)25kg/亩，冒青撒施5kg/亩尿素，拔节期撒施5kg/亩尿素。b、专用有机缓释肥料处理：禾谷类作物专用有机缓释肥料(N:P:K＝13:4.5:7)，施用量50kg/亩，在小麦播种前沟施。c、空白处理。实验结果，如表3所示。试验处理总产量(kg/亩)肥料折纯量(kg/亩)对照施肥处理418.315.9专用有机缓释肥料处理432.812.3空白处理280.7\由表3可知，与常规施肥对照相比，禾谷类作物专用有机缓释肥料，在减肥23％的同时，总产量稳中有升。生长过程中未出现贪青、早衰等现象，缓释效果明显。对比例1一、禾谷类作物专用有机缓释肥料一种禾谷类作物专用有机缓释肥料，其组分和用量为：尿素15份、磷酸一铵15份、硫酸铵15份、氯化钾18份、木质素6份、生物质炭6份、黄腐酸钾8份、山核桃蒲壳粉8份、凹凸棒土6份、硫酸锌1份、硫酸镁2份。二、对比肥料1～4对比肥料1，其组分和用量基本与实验处理一致，仅未添加木质素和黄腐酸钾。对比肥料2，其组分和用量基本与实验处理一致，仅未添加生物质炭。对比肥料3，其组分和用量基本与实验处理一致，仅未添加山核桃蒲壳发酵粉。对比肥料4，其组分和用量基本与实验处理一致，仅未添加木质素。三、试验开展(1)试验地点：浙江省杭州市西湖区双浦镇(2)试验对象：水稻(嘉58)(3)处理设置：a、专用有机缓释肥料处理：施用禾谷类作物专用有机缓释肥料，施用量40kg/亩；b、对比处理1：施用对比肥料1，施用量40kg/亩；c、对比处理2：施用对比肥料2，施用量40kg/亩；d、对比处理3：施用对比肥料3，施用量40kg/亩；e、对比处理4：施用对比肥料4，施用量40kg/亩；(4)施用方式：在水稻移栽前3天，全层施肥，全部底施入土中。(5)田间效果：a处理：整个生长季供肥均衡，长势平稳，不贪青不早衰，青杆黄熟，产量最高；b处理：前期长势比a处理旺，但抽穗期推迟，后期养分供应不足，剑叶叶面积比a处理小，叶片早衰，与a处理相比减产12％；c处理：未出现脱肥现象，长势与a处理相近，与a处理相比减产3％；d处理：未出现脱肥现象，但田间草害比a处理严重，用药量增加，最终产量与a处理相近；e处理：后期养分供应不足，叶片发黄，最终减产8％；实验例4一、肥料样品肥料样品1：(含木质素和山核桃蒲壳发酵粉)称取3份尿素、2份磷酸一铵、2份氯化钾、2份木质素、2份山核桃蒲壳发酵粉，混合，挤压造粒，抛圆，干燥，冷却，筛分，制得肥料样品。肥料样品2：(含木质素)称取3份尿素、2份磷酸一铵、2份氯化钾、2份木质素，混合，挤压造粒，抛圆，干燥，冷却，筛分，制得肥料样品。肥料样品3：(含山核桃蒲壳发酵粉)称取3份尿素、2份磷酸一铵、2份氯化钾、2份山核桃蒲壳发酵粉，混合，挤压造粒，抛圆，干燥，冷却，筛分，制得肥料样品。肥料样品4：(空白对照)称取3份尿素、2份磷酸一铵、2份氯化钾，混合，挤压造粒，抛圆，干燥，冷却，筛分，制得肥料样品。二、试验开展(1)淋溶装置往高30cm、内径5.8cm的带砂芯层析柱中先装入2cm石英砂，再装入250g风干土；另取250g过1mm筛的风干土样，土壤中N含量设计为200mg/kg，由此决定各肥料样品的用量；土柱上再以2cm石英砂覆盖，以防加水时扰动土层。(2)实验步骤第一次先加250mL(以塑料杯底部开始有水渗出为准)水使土壤水分接近饱和，培养2d后再加入200mL水，同时收集淋溶液，室温下培养2d后(注意防止淋溶柱干裂)，用200mL水进行第二次淋溶，以后各次按同样程序进行操作。即培养2d淋溶1次，共淋溶8次。淋溶液转入500mL容量瓶，加水定容，用流动分析仪和火焰光度计检测全氮、全磷、全钾等指标。(3)实验结果氮累积淋出率(％)磷累积淋出率(％)项目肥料样品1肥料样品2肥料样品3肥料样品4第一次淋溶后8.988.9612.4412.14第二次淋溶后13.7313.7817.8917.87第三次淋溶后16.9117.2321.5521.64第四次淋溶后19.9220.1524.7424.88第五次淋溶后22.6422.7327.7327.93第六次淋溶后25.0325.1330.3230.59第七次淋溶后27.4327.5733.1133.31第八次淋溶后29.6529.3835.4535.75钾累积淋出率(％)项目肥料样品1肥料样品2肥料样品3肥料样品4第一次淋溶后11.1013.4923.5922.91第二次淋溶后15.5017.8630.3930.17第三次淋溶后19.4922.2736.6436.62第四次淋溶后23.3826.6641.2541.09第五次淋溶后26.8331.0545.7045.50第六次淋溶后30.3035.4150.0449.83第七次淋溶后33.5639.5854.3654.19第八次淋溶后36.5843.5458.5158.23(4)结果分析淋溶试验中养分的累积淋出率越低，一定程度上反应出肥料的缓释效果越好。从氮、磷、钾三份累积淋出率表格中可以看出：单独添加木质素能实现肥料中氮磷钾三大养分的缓释，单独添加山核桃蒲壳发酵粉则不能；但同时添加木质素和山核桃蒲壳发酵粉之后，肥料对氮和钾的缓释效果要好于单独添加木质素时的缓释效果，也就说明山核桃蒲壳发酵粉的添加对木质素的缓释功能有促进效果。当前第1页1 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