本发明属于肥料加工技术领域，具体地说是一种生物炭基杉木缓释专用肥及其制备方法。
背景技术：
杉木属于亚热带的常绿乔木，生长快，材质轻韧，易于加工，是独具特色的速生商品材树种，在我国有很长的栽种历史。杉木喜光，对土壤要求比较高，喜欢肥沃深厚疏松排水良好的土壤。广西属于亚热带季风气候，雨水充沛，干湿分明，年降水量为1000~2000mm之间，冬季时间较短，土壤深厚肥沃，是杉木生长的良好环境。但是随着杉木种植时间的推移，人们发现杉木栽培过程中地力出现明显衰退,特别是多代连作,地力衰退更为明显,已严重影响到杉木生产力的提高。从本质上说地力衰退是土壤肥力系统的失调或破坏,因此,通过施肥补充土壤营养,调节营养平衡是提高杉木生产力的必然途径。为了提高杉木的产量和质量，通过对杉木优良种源苗和试验林分林木的生长发育规律，光合生理生态特性、营养生理特点等方面的系统研究，开展生物质炭在肥料上的应用研究。
生物质炭是指植物或动物生物质在缺氧的条件下进行高温处理，其中的部分有机质中的油和气燃烧掉后剩余的高碳物质。它含有大量的碳和植物营养物质、具有丰富的孔隙结构、较大的比表面积且表面含有较多的含氧活性基团，是一种多功能材料。生物炭具有改良土壤，改善土壤环境等作用，但是生物炭自身含有的营养物质有限，不能满足作物生长发育的需求。为了弥补生物炭的不足，将生物炭作为载体，与肥料混合制成生物炭基肥料，生物炭基肥料将生物炭和普通肥料有机结合起来，具有延缓土壤中肥料释放，降低养分损失，提高肥料养分利用率，减少化肥使用次数和数量、降低环境污染等优点。
中国专利201410140025.1公开了一种烟草专用生物炭基缓释复合肥及其制备方法，该缓释复合肥组成成分及其重量份数比为烟秆生物质炭22～78份、氮磷钾三元复合肥40～50份、木质素磺酸钙2～3份、坡缕石2～4份，所述氮磷钾三元复合肥中n：p2o5：k2o=8～22:8～22：10～24。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。该发明的缓释复合肥能够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。
中国专利201610263619.0公开了一种新型生物炭肥及其制备方法，该生物炭肥由下述重量份数的原料组成：农林副产物60~80份、人蓄粪便20~30份、催化剂15~25份、活化剂8~12份。制备方法为先将农林副产物、人蓄粪便烘干或晒干制成粉末，再与催化剂和活化剂充分混合搅拌，然后进行裂解炭化、冷却后即可获得生物炭肥产品。该生物炭肥具有增加比表面积、增加土壤有机质、吸收重金属、改良土壤、增加肥力的效果。
技术实现要素：
本发明提供了一种生物炭基杉木缓释专用肥及其制备方法，该生物炭基肥能够有效促进杉木的生长，针对性强，肥效周期长，养肥不易淋失，环境污染少，不会破坏土壤结构。
本发明的方案是通过这样实现的：一种生物炭基杉木缓释专用肥，该生物炭基杉木缓释专用肥各组成成分及其重量份数比为林业加工产品废弃物50~60份、畜禽粪便50~60份、海泡石4~6份、膨润土6~8份、羧甲基淀粉钠20~25份、蜘蛛丝20~30份、石灰粉2~3份、假酸浆粉15~20份、萹蓄10~15份、苦皮藤12~14份、八仙草10~12份、氮肥30~60份、磷肥14~28份、钾肥16~48份、微量元素肥2~4份、复合菌8~14份、水适量。
作为本发明的进一步限定，所述的林业加工产品废弃物为木屑、削头、木片、碎单板、板皮一种或一种以上的组合。
作为本发明的进一步限定，所述的蜘蛛丝为直接取蜘蛛所结的网进行进行剪切后得到；所述的萹蓄、苦皮藤、八仙草为干燥后粉碎成240目的粉末。
作为本发明的进一步限定，所述的氮肥为碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵的混合物；所述的磷肥为磷酸一钙、磷酸二钙、磷酸三钙的混合物；所述的钾肥为氯化钾、硫酸钾、磷酸二氢钾的混合物；所述的微量元素肥为硼肥、钼肥、锌肥、铜肥、锰肥、铁肥的混合物。
作为本发明的进一步限定，所述的复合菌为苏云金杆菌、球形芽孢杆菌、白僵菌、绿僵菌、黄僵菌的混合物。
一种制备生物炭基杉木缓释专用肥的方法，制备方法步骤包括：
(1)生物炭复合材料的制备：将koh溶于水中，加入50~60份林业加工产品废弃物、50~60份畜禽粪便、6~8份膨润土，搅拌均匀，转移到密闭高压反应釜中，在压力为2.5~2.8mpa温度为220~250℃下加压浸渍3~4h，冷却至室温后移置管式炉中，在n2-nh3保护下，以6~10℃/min的速率加热到500~600℃温度下隔绝空气裂解1.5~3.0h，冷却至室温，得到生物炭复合材料，将生物炭复合材料粉碎、过筛，得到生物炭复合材料粉末。
(2)物料的混合：将20~25份羧甲基淀粉钠溶于水中后，与(1)的生物炭复合材料粉末、4~6份海泡石、20~30份蜘蛛丝、2~3份石灰粉、15~20份假酸浆粉、10~15份萹蓄、12~14份苦皮藤、10~12份八仙草、30~60份氮肥、14~28份磷肥、16~48份钾肥在混合机中混合均匀，混合均匀后加入2~4份微量元素肥得到混合物料。
(3)混合物料进过造粒机进行造粒，造粒后进入干燥机，干燥后进行冷却筛分，合格的颗粒进行包装成产品，不合格的颗粒经过粉碎后回到造粒机中进行重新造粒。
作为本发明的进一步限定，所述的生物炭基杉木缓释专用肥粒度为4~5mm。
本发明实现的技术原理：本发明的生物炭基杉木专用肥以生物炭作为载体，与肥料混合制成生物炭基杉木专用肥。将林业产品废弃物、畜禽粪便、膨润土加工成生物炭复合材料，原料来源广泛，能够降低原料成本。在制备过程中先将林业产品废弃物、畜禽粪便、膨润土进行高压浸渍活化，能够明显增大生物炭的比表面积和孔容，使生物炭吸附能力增强，采用koh作为活化剂可以去除绝大多数的灰分，提高应用价值。畜禽粪便为生物质，挥发成分高，有机碳芳香成分度低，对热、化学、微生物作用稳定性差，通过复合后可以提高畜禽粪便炭的结构，使其结构更加稳定，作用得以加强。膨润土具有层状结构，由于膨润土中的阳离子与晶包作用不牢固，易被其他阳离子交换，故具有较好的离子交换性，能够吸附大量水分子，保持土壤的湿润。此外，膨润土具有较大的比表面积，具有较高的吸附能力，可以吸附土壤中的污染物，净化土壤。经过复合后可以使生物炭基肥具有更强的吸附能力，具有较高的化学和生物稳定性，在达到相同效果时可以减少生物炭基肥的使用量。
海泡石具有层状和链状结构，具有较高的比表面积，且具有类分子筛的特性，可以增强复合生物炭基肥的吸附作用。
蜘蛛丝不溶于水、强度高、弹性大、粘性强。假酸浆含有与石灰粉混合后，吸收水分后可以形成胶膜。蜘蛛丝和假酸浆作用，可以网住生物炭基肥料并形成保护胶膜，使养分、水分和土壤牢牢结合，不易使炭基肥料流失，还能够延缓生物炭基肥的释放。此外，蜘蛛丝化学成分为蛋白质，所以它生物相容性好，可以被生物降解，不会造成污染。
萹蓄(拉丁学名：polygonumavicularel)具有杀虫除湿止痒的作用；苦皮藤(拉丁学名：celastrusangulatus)是一种强力杀虫剂，可以杀死土壤中的害虫，八仙草(拉丁学名：galiumaparinel，galiumasperliumwall)对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、志贺痢疾杆菌等有抑制作用。萹蓄、苦皮藤、八仙草的添加可以抑制土壤中的害虫和有害微生物的生长，从而增强杉木的抗病性能，促进杉木健康生长。
本发明具备以下良好效果：
1.本发明的生物炭基肥具有较大的比表面积和孔隙，可以增加土壤的孔隙，有效提高土壤的通气量和透水性，不易使土壤造成板结。
2.本发明的生物炭基肥能够提高杉木生长所需的大量元素和微量元素，能调节土壤中酶活性，能够有效促进杉木的生长，提高杉木的产量质量。
3.本发明的生物炭基肥利用率高，不容易淋失，能够促进杉木对养分的吸收，抗旱、保水、抗病、抗逆能力强、能够改良土壤，降低土传染病的发生。
4.本发明的生物炭基肥能够完全降解，不会在土壤中积累，少污染、低残留，环境友好。
5.本发明的生物炭基肥料肥效长，肥效可长达1年左右，可以有效减少人工劳动力，节约人工成本。
6.本发明的生物炭基肥以林业产品废弃物木屑、碎单板、木片等为原料，资源化利用废弃物，有效降低了成本。
具体实施方式
以下结合实施例描述本发明一种生物炭基杉木缓释专用肥及其制备方法，这些描述并不是对本发明内容作进一步的限定。
实施例1
生物炭复合材料的制备：将koh溶于水中，加入55份林业加工产品废弃物、60份畜禽粪便、7.5份膨润土，搅拌均匀，转移到密闭高压反应釜中，在压力为2.7mpa温度为240℃下加压浸渍3.5h，冷却至室温后移置管式炉中，在n2-nh3保护下，以8℃/min的速率加热到600℃温度下隔绝空气裂解2.0h，冷却至室温，得到生物炭复合材料，将生物炭复合材料粉碎、过筛，得到生物炭复合材料粉末。
物料的混合：将25份羧甲基淀粉钠溶于水中后，与步骤1)的生物炭复合材料粉末、4.5份海泡石、22份蜘蛛丝、3份石灰粉、20份假酸浆粉、12份萹蓄、13.5份苦皮藤、11.5份八仙草、30份氮肥、14份磷肥、16份钾肥在混合机中混合均匀，混合均匀后加入2.5份微量元素肥得到混合物料。
混合物料进过造粒机进行造粒，造粒后进入干燥机，干燥后进行冷却筛分，合格的颗粒进行包装成产品，不合格的颗粒经过粉碎后回到造粒机中进行重新造粒。
本实施例制备得到的产品经检测分析，制得的生物炭基杉木缓释专用肥总养分为35.1%，水分为2.92%，生物炭含量为37.5%，酸碱度ph为6.5，符合中国农业标准ny/t3041对生物炭基肥料产品相关技术指标的要求。
实施例2
生物炭复合材料的制备：将koh溶于水中，加入52份林业加工产品废弃物、58份畜禽粪便、6份膨润土，搅拌均匀，转移到密闭高压反应釜中，在压力为2.8mpa温度为220℃下加压浸渍4h，冷却至室温后移置管式炉中，在n2-nh3保护下，以7℃/min的速率加热到530℃温度下隔绝空气裂解1.5h，冷却至室温，得到生物炭复合材料，将生物炭复合材料粉碎、过筛，得到生物炭复合材料粉末。
物料的混合：将22份羧甲基淀粉钠溶于水中后，与步骤1)的生物炭复合材料粉末、4份海泡石、28份蜘蛛丝、2份石灰粉、17份假酸浆粉、13份萹蓄、12份苦皮藤、10.5份八仙草、40份氮肥、19份磷肥、22份钾肥在混合机中混合均匀，混合均匀后加入3份微量元素肥得到混合物料。
混合物料进过造粒机进行造粒，造粒后进入干燥机，干燥后进行冷却筛分，合格的颗粒进行包装成产品，不合格的颗粒经过粉碎后回到造粒机中进行重新造粒。
本实施例制备得到的产品经检测分析，制得的生物炭基杉木缓释专用肥总养分为36.8%，水分为3.08%，生物炭含量为35.7%，酸碱度ph为7.3，符合中国农业标准ny/t3041对生物炭基肥料产品相关技术指标的要求。
实施例3
生物炭复合材料的制备：将koh溶于水中，加入58份林业加工产品废弃物、50份畜禽粪便、6.5份膨润土，搅拌均匀，转移到密闭高压反应釜中，在压力为2.6mpa温度为250℃下加压浸渍3h，冷却至室温后移置管式炉中，在n2-nh3保护下，以6℃/min的速率加热到500℃温度下隔绝空气裂解3.0h，冷却至室温，得到生物炭复合材料，将生物炭复合材料粉碎、过筛，得到生物炭复合材料粉末。
物料的混合：将20份羧甲基淀粉钠溶于水中后，与步骤1)的生物炭复合材料粉末、6份海泡石、30份蜘蛛丝、2.5份石灰粉、15份假酸浆粉、14份萹蓄、13份苦皮藤、10份八仙草、50份氮肥、24份磷肥、27份钾肥在混合机中混合均匀，混合均匀后加入3份微量元素肥得到混合物料。
混合物料进过造粒机进行造粒，造粒后进入干燥机，干燥后进行冷却筛分，合格的颗粒进行包装成产品，不合格的颗粒经过粉碎后回到造粒机中进行重新造粒。
本实施例制备得到的产品经检测分析，制得的生物炭基杉木缓释专用肥总养分为37.9%，水分为2.56%，生物炭含量为36.6%，酸碱度ph为6.8，符合中国农业标准ny/t3041对生物炭基肥料产品相关技术指标的要求。
实施例4
生物炭复合材料的制备：将koh溶于水中，加入60份林业加工产品废弃物、52份畜禽粪便、8份膨润土，搅拌均匀，转移到密闭高压反应釜中，在压力为2.5mpa温度为230℃下加压浸渍3.5h，冷却至室温后移置管式炉中，在n2-nh3保护下，以9℃/min的速率加热到550℃温度下隔绝空气裂解1.8h，冷却至室温，得到生物炭复合材料，将生物炭复合材料粉碎、过筛，得到生物炭复合材料粉末。
物料的混合：将23份羧甲基淀粉钠溶于水中后，与步骤1)的生物炭复合材料粉末、5份海泡石、20份蜘蛛丝、3份石灰粉、18份假酸浆粉、10份萹蓄、14份苦皮藤、11份八仙草、60份氮肥、28份磷肥、32份钾肥在混合机中混合均匀，混合均匀后加入2份微量元素肥得到混合物料。
混合物料进过造粒机进行造粒，造粒后进入干燥机，干燥后进行冷却筛分，合格的颗粒进行包装成产品，不合格的颗粒经过粉碎后回到造粒机中进行重新造粒。
本实施例制备得到的产品经检测分析，制得的生物炭基杉木缓释专用肥总养分为35.6%，水分为2.84%，生物炭含量为38.7%，酸碱度ph为7.0，符合中国农业标准ny/t3041对生物炭基肥料产品相关技术指标的要求。
实施例5
生物炭复合材料的制备：将koh溶于水中，加入50份林业加工产品废弃物、55份畜禽粪便、7份膨润土，搅拌均匀，转移到密闭高压反应釜中，在压力为2.6mpa温度为230℃下加压浸渍4h，冷却至室温后移置管式炉中，在n2-nh3保护下，以10℃/min的速率加热到570℃温度下隔绝空气裂解2.5h，冷却至室温，得到生物炭复合材料，将生物炭复合材料粉碎、过筛，得到生物炭复合材料粉末。
物料的混合：将24份羧甲基淀粉钠溶于水中后，与步骤1)的生物炭复合材料粉末、5.5份海泡石、25份蜘蛛丝、2份石灰粉、16份假酸浆粉、15份萹蓄、12.5份苦皮藤、12份八仙草、55份氮肥、26份磷肥、30份钾肥在混合机中混合均匀，混合均匀后加入4份微量元素肥得到混合物料。
混合物料进过造粒机进行造粒，造粒后进入干燥机，干燥后进行冷却筛分，合格的颗粒进行包装成产品，不合格的颗粒经过粉碎后回到造粒机中进行重新造粒。
本实施例制备得到的产品经检测分析，制得的生物炭基杉木缓释专用肥总养分为36.4%，水分为2.69%，生物炭含量为36.8%，酸碱度ph为7.5，符合中国农业标准ny/t3041对生物炭基肥料产品相关技术指标的要求。
为了进一步说明本发明的应用价值，通过水中溶出实验、土柱淋溶实验以及盘栽实验测试本发明的生物炭基杉木缓释专用肥的肥效，同时与市售的生物炭基肥作为对比。
(1)水中溶出试验:精确称量5.0g产品肥料，置于25ml医用注射器之中，加入20ml无nh3-n高纯水(肥:水=1:20)，并用注射器胶塞封顶，室温下培养。收集第1d滤液并测定其中的全氮含量。收集2d、3d、4d、5d、6d、7d的滤液置共同于200ml塑料瓶中密封保存，测定其中的全氮含量。每种肥料重复3次，取平均值。
(2)土柱淋溶试验：将高为20cm，内径为4cm的pvc管洗净，下端垫上300目的滤网，先装入土柱高度为10cm的风干土，压实，然后放入称取好的肥料2.5g(精确至0.001g)，再装入5cm厚的风干土，下面用标有刻度的塑料瓶盛接，同时做空白试验做对照，重复两次。首先用80ml水润湿土壤，以后每次都用50ml蒸馏水进行淋溶，淋溶至一定次数，测定每次淋溶液中总养分含量。
(3)盘栽试验：在每个盆钵中先装风干土，然后均匀铺上产品肥料，再装入风干土，所有的肥料均一次性作基肥，每盆播种一棵长势相同的苗木，测定一定时间的盆栽土壤中的碱解氮、速效磷、速效钾含量。
表1水中溶出试验
表2土柱淋溶试验
表3盆栽试验
本发明上述实施例方案仅是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求中指出了本发明产品组成成分、成分比例、制备方法参数的范围，而上述的说明并未指出本发明参数的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应当认为是包括在权利要求书的范围内。
本发明是经过多位肥料加工人员长期工作经验积累，并通过创造性劳动创作而出，本发明的生物炭基杉木缓释专用肥总养分为35.1~37.8%，水分为2.56~3.08%，生物炭含量为35.7~38.7%，酸碱度ph为6.5~7.5，符合中国农业标准ny/t3041对生物炭基肥料产品相关技术指标的要求。本发明的生物炭基杉木缓释专用肥肥效好、不易流失、利用率高，对杉木的生长有促进作用。