本发明涉及一种生物炭基质复混肥料及其制备方法。
背景技术：
秸秆作为农业生产中重要的副产品，秸秆中含有大量的有机质、一定量的氮、磷、钾和微量元素等营养成分是农业生产的重要有机肥源之一。据统计，我国粮食作物秸秆依然是主要作物秸秆类型。其中稻草、玉米秸、麦秸是中国产量最高的三大农作物秸秆。目前在我国秸秆利用率仅有75％，其余的秸秆均被遗弃或焚烧掉，被利用的秸秆中大部分在农村地区作为生活用能源，且以直接燃烧为主；秸秆焚烧过程中不仅污染空气环境，甚至会引发火灾、交通事故等。因此，如何利用农作物秸秆是我国农业生产亟待解决的问题之一。
秸秆气化干馏制碳等技术是解决秸秆的主要方法之一，生物炭是秸秆干馏等技术的副产物，生物炭的利用是秸秆干馏的重要环节。以生物炭为原料生产生物炭基肥，是促进秸秆综合利用的重要环节。炭基肥料是以生物炭为基质与其他肥料复合而成的新型肥料，能有效提高土壤的肥力和透气能力，同时具有对肥料的缓释作用等。
技术实现要素：
本发明为了解决现有生物炭基肥制备过程繁琐、加工成本高、肥料颗粒成粒效果差、化肥利用效率低、秸秆生物炭粉加工过程中能耗高和制备过程污染严重的问题，提出一种生物炭基质复混肥料及其制备方法；
本发明生物炭基质复混肥料，按质量份数由15～25份碳酰胺、15～30份过磷酸钙或磷酸氢二铵、8～20份氯化钾、5～10份膨润土、0～2份微量元素、0～8份水、1～3份粘结剂和15～30份秸秆生物炭组成；
所述微量元素为螯合锌和硫酸亚铁按任意质量比例混合得到的混合物；所述粘结剂为膨润土和植物淀粉的混合物；所述粘结剂中膨润土和植物淀粉的质量比为10:1。
本发明生物炭基质复混肥料的制备方法按以下步骤进行：
一、将生物炭经过粉碎机粉碎成80～100目的细粉，将细粉输送至封闭空间内静置后回收备用；
二、按质量份数称取尿素15～25份、磷酸氢二铵15～30份、氯化钾8～20份、膨润土5～10份、微量元素0～2份、粘结剂1～3份、水15～20份和秸秆生物炭15～30份；
从称取的15～25份尿素、15～30份磷酸氢二铵和8～20份氯化钾中取出8～15份尿素、8～10份磷酸氢二铵和5～10份氯化钾并粉碎至80～100目，并与称取的秸秆生物炭、膨润土、微量元素和粘结剂混合，然后置于碾轮式混拌机中，在碾轮式混拌机的碾轮转速为30r/min～45r/min的条件下，搅拌8分钟；得到混合原料；剩余的尿素、磷酸氢二铵和氯化钾备用；
三、将步骤二得到的混合原料置于圆盘造粒机中，与步骤二称取的15～20份的水混合制备成粒径为1.5～4.5mm的球形颗粒，然后将球形颗粒置于滚筒干燥机中于100～180℃停留15～45min，形成生物炭基母粒；
四、将步骤三的到的生物炭基母粒与步骤二中剩余的尿素、磷酸氢二铵和氯化钾混合，得到含水量0～8％、机械强度大于85％和ph值为6.4～7.2的生物炭基质复混肥料。
本发明具备以下有益效果：
1、本发明生物炭基质复混肥料的含水量0～8％、机械强度大于85％和ph值为6.4～7.2符合国家相应标准；该肥料可以促进植物的生长发育，促进水稻苗期的生长，提高分蘖显；同时可以增产5％以上，增收80元/亩，降低陈本10元/亩；
2、本发明针对作物秸秆炭造粒难问题，提出了通过调节水分含量和有机物无机物的比例，来提高生物炭的造粒效率，并且参考复混肥料的国家标准，将碳酰胺、过磷酸钙、磷酸氢二铵、氯化钾作为提供氮磷钾元素的基础肥料，并以秸秆炭为基质得到生物炭基母粒，再以母粒为基础，配以含有氮磷钾元素的化学肥料，混配得到复合肥料。复合肥料中生物质炭含量约为20％，无机总养分含量约为45％，并且可以根据主要的土壤类型、以及不同作物的生长特点，对不同作物生长所必需的大中微量元素，合理配比，提出不同作物需求的复合肥料；
3、本发明生物炭基质复混肥料在制备过程中，先将混合原料制粉，然后将粉料造粒，进而根据不同作物生长所必需的大中微量元素合理配比氮磷钾肥料，得到生物炭基质复混肥料；粉料造粒的过程能够实现氮磷钾缓释的作用，延长肥料的有效时限。
具体实施方式：
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。
具体实施方式一：本实施方式一种生物炭基质复混肥料，该生物炭基质复混肥料按质量份数由15～25份碳酰胺、15～30份过磷酸钙或磷酸氢二铵、8～20份氯化钾、5～10份膨润土、0～2份微量元素、0～8份水、1～3份粘结剂和15～30份秸秆生物炭组成。
本实施方式具备以下有益效果：
1、本实施方式生物炭基质复混肥料的含水量0～8％、机械强度大于85％和ph值为6.4～7.2符合国家相应标准；该肥料可以促进植物的生长发育，促进水稻苗期的生长，提高分蘖显；同时可以增产5％以上，增收80元/亩，降低陈本10元/亩；
2、本实施方式针对作物秸秆炭造粒难问题，提出了通过调节水分含量和有机物无机物的比例，来提高生物炭的造粒效率，并且参考复混肥料的国家标准，将碳酰胺、过磷酸钙、磷酸氢二铵、氯化钾作为提供氮磷钾元素的基础肥料，并以秸秆炭为基质得到生物炭基母粒，再以母粒为基础，配以含有氮磷钾元素的化学肥料，混配得到复合肥料。复合肥料中生物质炭含量约为20％，无机总养分含量约为45％，并且可以根据主要的土壤类型、以及不同作物的生长特点，对不同作物生长所必需的大中微量元素，合理配比，提出不同作物需求的复合肥料；
3、本实施方式生物炭基质复混肥料在制备过程中，先将混合原料制粉，然后将粉料造粒，进而根据不同作物生长所必需的大中微量元素合理配比氮磷钾肥料，得到生物炭基质复混肥料；粉料造粒的过程能够实现氮磷钾缓释的作用，延长肥料的有效时限。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述微量元素为螯合锌和硫酸亚铁按任意质量比例混合得到的混合物。其他步骤和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述粘结剂为膨润土和植物淀粉的混合物。其他步骤和参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：所述粘结剂中膨润土和植物淀粉的质量比为10:1。其他步骤和参数与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：本实施方式一种生物炭基质复混肥料的制备方法，该制备方法按以下步骤进行：
一、将生物炭经过粉碎机粉碎成80～100目的细粉，将细粉输送至封闭空间内静置后回收备用；
二、按质量份数称取尿素15～25份、磷酸氢二铵15～30份、氯化钾8～20份、膨润土5～10份、微量元素0～2份、粘结剂1～3份、水15～20份和秸秆生物炭15～30份；
从称取的15～25份尿素、15～30份磷酸氢二铵和8～20份氯化钾中取出8～15份尿素、8～10份磷酸氢二铵和5～10份氯化钾并粉碎至80～100目，并与称取的秸秆生物炭、膨润土、微量元素和粘结剂混合，然后置于碾轮式混拌机中，在碾轮式混拌机的碾轮转速为30r/min～45r/min的条件下，搅拌8分钟；得到混合原料；剩余的尿素、磷酸氢二铵和氯化钾备用；
三、将步骤二得到的混合原料置于圆盘造粒机中，与步骤二称取的15～20份的水混合制备成粒径为1.5～4.5mm的球形颗粒，然后将球形颗粒置于滚筒干燥机中于100～180℃停留15～45min，形成生物炭基母粒；
四、将步骤三的到的生物炭基母粒与步骤二中剩余的尿素、磷酸氢二铵和氯化钾混合，得到含水量0～8％、机械强度大于85％和ph值为6.4～7.2的生物炭基质复混肥料。
本实施方式具备以下有益效果：
1、本实施方式生物炭基质复混肥料的含水量0～8％、机械强度大于85％和ph值为6.4～7.2符合国家相应标准；该肥料可以促进植物的生长发育，促进水稻苗期的生长，提高分蘖显；同时可以增产5％以上，增收80元/亩，降低陈本10元/亩；
2、本实施方式针对作物秸秆炭造粒难问题，提出了通过调节水分含量和有机物无机物的比例，来提高生物炭的造粒效率，并且参考复混肥料的国家标准，将碳酰胺、过磷酸钙、磷酸氢二铵、氯化钾作为提供氮磷钾元素的基础肥料，并以秸秆炭为基质得到生物炭基母粒，再以母粒为基础，配以含有氮磷钾元素的化学肥料，混配得到复合肥料。复合肥料中生物质炭含量约为20％，无机总养分含量约为45％，并且可以根据主要的土壤类型、以及不同作物的生长特点，对不同作物生长所必需的大中微量元素，合理配比，提出不同作物需求的复合肥料；
3、本实施方式生物炭基质复混肥料在制备过程中，先将混合原料制粉，然后将粉料造粒，进而根据不同作物生长所必需的大中微量元素合理配比氮磷钾肥料，得到生物炭基质复混肥料；粉料造粒的过程能够实现氮磷钾缓释的作用，延长肥料的有效时限。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是：步骤二所述按质量份数称取尿素23.8份、磷酸氢二铵20份、氯化钾14份、膨润土10份、微量元素2份和粘结剂2份、水20份和20份秸秆生物炭。其他步骤和参数与具体实施方式五相同。
实施例1：
本实施例生物炭基质复混肥料的制备方法按以下步骤进行：
一、将生物炭经过粉碎机粉碎成100目的细粉，将细粉输送至封闭空间内静置后回收备用；
二、按质量份数称取尿素23.8份、磷酸氢二铵20份、氯化钾14份、膨润土10份、微量元素2份、粘结剂2份、水20份和20份秸秆生物炭；
所述微量元素为螯合锌和硫酸亚铁按任意质量比例混合得到的混合物；所述粘结剂为膨润土和植物淀粉的混合物；所述粘结剂中膨润土和植物淀粉的质量比为10:1；
从称取的23.8份尿素、20份磷酸氢二铵和20份氯化钾中取出14份尿素、10份磷酸氢二铵和10份氯化钾并粉碎至100目，并与称取的秸秆生物炭、膨润土、微量元素和粘结剂混合，然后置于碾轮式混拌机中，在碾轮式混拌机的碾轮转速为45r/min的条件下，搅拌8分钟；得到混合原料；剩余的尿素、磷酸氢二铵和氯化钾备用；
三、将步骤二得到的混合原料置于圆盘造粒机中，与步骤二称取的20份的水混合制备成粒径为3mm的球形颗粒，然后将球形颗粒置于滚筒干燥机中于150℃停留30min，形成生物炭基母粒；
四、将步骤三的到的生物炭基母粒与步骤二中剩余的尿素、磷酸氢二铵和氯化钾混合，得到含水量8％、机械强度大于85％和ph值为7.2的生物炭基质复混肥料。
采用实施例1制备的生物炭基质复混肥料进行如下玉米实验：
玉米试验选择在黑龙江省兰西县农业科技园区，试验区土壤为典型黑土，土壤肥力中等。试验区划分2个试验区，每个试验区的面积都为300亩，在2个试验区内种植的玉米品种都是誉成1号；其中，一个试验区内施加实施例1制备的生物炭基质复混肥料50kg/亩，另一个试验区内施加氮磷钾复合肥50kg/亩作为对照，种植密度7.2万株/公顷，栽培方式是大垄双行技术，垄距110cm，株距25cm；
施加了实施例1制备的生物炭基质复混肥料的试验区与施加常规肥料的试验区相比较，比较结构如表1所示；由表1可知，该种肥料可以促进玉米的生长发育，对玉米株高、茎粗、穗长和穗粗具有明显的促进作用，分别增加了1.0cm、0.15cm、1.7cm和0.6cm，减少玉米秃尖0.35cm，提高百粒重2.6g，常规施肥处理亩产791.7kg，生物炭基质复混肥料亩产927.8kg。亩增产136.1kg，增产幅度为17.2％；统计分析结果表明，产量差异皆达到了显著水平。在亩投入相同的情况下，施加了实施例1制备的生物炭基质复混肥料的试验区亩增收176.39元。
实施例2：
采用实施例1制备的生物炭基质复混肥料进行如下水稻实验：水稻试验选择在黑龙江省兰西县农业科技园区，试验区土壤为典型黑土，土壤肥力中等。试验区划分2个试验区，每个试验区的面积都为300亩，在2个试验区内种植的水稻品种都是稻花香早2，其中，一个试验区内施加实施例2制备的生物炭基质复混肥料45kg/亩，另一个试验区内施加氮磷钾复合肥45kg/亩作为对照，种植密度31万株/公顷，栽培方式是旱育稀植，27cm╳12cm；
施加了实施例2制备的生物炭基质复混肥料的试验区与施加常规肥料的试验区相比较，比较结构如表2所示；由表2可知，生物炭基质复混肥料可以促进水稻苗期的生长，施用生物炭基质复混肥料试验区分蘖显著好于常规对照，平均每穴分蘖增加1.5个，株高降低5.9cm；由此可知，生物炭基质复混肥料可以明显地提高水稻穗长、谷草比和单位面积收获穗数。与常规施肥的对照试验区相比，穗长增加1.2cm，每穴穗数增加5.6个，穗粒数增加19.1个，谷草比提高0.04，千粒重提高0.3g，而结实率提高2.9％。生物炭基复混肥可以提高水稻产量，产量为752.4kg/667m2，比对照试验区增产102.7kg，增产率为15.8％。方差分析表明，差异达到显著水平。在投入相同成本的情况下，施用生物炭基质复混肥料试验区分亩增收410.8元。
表1
表2
实施例3：
本实施例生物炭基质复混肥料的制备方法按以下步骤进行：
一、将生物炭经过粉碎机粉碎成100目的细粉，将细粉输送至封闭空间内静置后回收备用；
二、按质量份数称取尿素25份、磷酸氢二铵30份、氯化钾20份、膨润土10份、粘结剂2份、水20份和20份秸秆生物炭；
从称取的25份尿素、30份磷酸氢二铵和20份氯化钾中取出8份尿素、8份磷酸氢二铵和5份氯化钾并粉碎至100目，并与称取的秸秆生物炭、膨润土和粘结剂混合，然后置于碾轮式混拌机中，在碾轮式混拌机的碾轮转速为45r/min的条件下，搅拌8分钟；得到混合原料；剩余的尿素、磷酸氢二铵和氯化钾备用；
三、将步骤二得到的混合原料置于圆盘造粒机中，与步骤二称取的20份的水混合制备成粒径为4.5mm的球形颗粒，然后将球形颗粒置于滚筒干燥机中于180℃停留15min，形成生物炭基母粒；
四、将步骤三的到的生物炭基母粒与步骤二中剩余的尿素、磷酸氢二铵和氯化钾混合，得到含水量7％、机械强度大于85％和ph值为7.2的生物炭基质复混肥料。
本发明具备以下有益效果：
1、本实施例生物炭基质复混肥料的含水量7％、机械强度90％和ph值为7符合国家相应标准；该肥料可以促进植物的生长发育，促进水稻苗期的生长，提高分蘖显；同时可以增产5％，增收80元/亩，降低陈本10元/亩；
2、本实施例针对作物秸秆炭造粒难问题，提出了通过调节水分含量和有机物无机物的比例，来提高生物炭的造粒效率，并且参考复混肥料的国家标准，将碳酰胺、过磷酸钙、磷酸氢二铵、氯化钾作为提供氮磷钾元素的基础肥料，并以秸秆炭为基质得到生物炭基母粒，再以母粒为基础，配以含有氮磷钾元素的化学肥料，混配得到复合肥料。复合肥料中生物质炭含量约为20％，无机总养分含量约为45％，并且可以根据主要的土壤类型、以及不同作物的生长特点，对不同作物生长所必需的大中微量元素，合理配比，适合不同作物需求的复合肥料；
3、本实施例生物炭基质复混肥料在制备过程中，先将混合原料制粉，然后将粉料造粒，进而根据不同作物生长所必需的大中微量元素合理配比氮磷钾肥料，得到生物炭基质复混肥料；粉料造粒的过程能够实现氮磷钾缓释的作用，延长肥料的有效时限。