惰性炭基钝化肥料、其制备方法与应用与流程

本发明涉及肥料制备领域，具体地说，涉及一种惰性炭基钝化肥料的制备方法和应用。

背景技术：

氮是大多数植物正常生长发育所必不可少的营养元素，世界人口所需蛋白的近50％依赖于化学氮肥。然而，随着农业生产中氮肥施用逐渐增加，氮肥除被作物吸收外，大量盈余氮素带来了一系列严重的环境问题，如地下水硝酸盐超标、地表水富营养化、以氧化亚氮或氨挥发形式进入大气导致的温室效应和大气质量降低，以及这些活性氮素通过干湿沉降返回陆地，进一步导致的生态系统多样性下降等。然而，随着人口增长对粮食需求的不断增加，氮肥的使用是不可避免的甚至会更多，因此，研发环境友好的肥料将会成为我国肥料的主体，也是我国农业可持续发展的重大需求。

缓释肥料是一种环境友好型肥料，具有养分利用率高、养分释放与作物需求同步、肥效均衡、持续、释放周期长、理化性质稳定、环境污染小等优势，能满足植物生长时期所需养分，减少了施肥次数以及施肥过程中不必要的人力、物力、财力的消耗，备受到农业科技人员的青睐，成为近年来的研发热点。然而，目前市场上销售的采用包埋技术、改性技术等得到的缓释肥料多因价格过高、其分解产物对农田土壤有一定的毒害作用等缘故，难以得到广泛应用。

活性炭(activecarbon)是经过特殊工艺加工而成的无定形碳，具有孔隙结构丰富、比表面积巨大、吸附速度快且能力强等优点，对多数污染物具有较好的吸附性能，是一种优良的吸附材料，但是活性炭的价格过高，难以在农业中得到广泛应用。生物炭(biochar)是在完全或部分缺氧条件下，生物质在300-700℃条件下热解炭化成的一种含碳量极其丰富的、性质稳定的产物，具有孔隙结构发达，较强的吸附特性和高度的稳定性，不仅能够提高土壤ph和土壤含水量，改善土壤结构，而且能够提高土壤有机质含量，增加土壤中氮、磷、钾、钙、镁等含量，增加土壤固碳能力及农作物产量等。然而，由于生物炭的热解温度范围较大，得到的生物质产品质量稳定性较差，田间应用效果具有很大的争议性。

本发明提出的惰性炭(passivatedcarbon)，是指在缺氧或无氧条件下，秸秆、畜禽粪便等农业废弃物在450-550℃条件下热解得到的一种富碳物质。在此条件下得到的惰性炭基产品，具有造价低廉、比表面积大、孔隙结构致密、吸附能力强等优势，是一种绿色环保、环境友好型的新型功能材料。

在农业生产实践中，氮肥以及粪肥直接施入土壤中，氮素很容易通过氨挥发、淋溶、径流、氧化亚氮排放等途径进入环境，即降低了作物利用率又造成了生态环境污染问题。将氮肥或粪肥与惰性炭基产品按照一定比例进行混合制备成钝化肥料施入到土壤中，可更长时间给植物提供营养，提高肥料利用率，减少面源污染，从而提高施肥的经济效益、社会效益和环境效益。

技术实现要素：

本发明的目的是提出惰性炭(passivatedcarbon)，并将惰性炭与化肥或者粪肥按照一定比例进行复合，开发出一种新型的钝化肥料，使外源氮素在土壤中缓慢释放，提高氮肥利用率，使农作物增产增收，减少氮素流失。

本发明的另一目的提供上述钝化肥料的制备方法及应用。

为了实现本发明目的，本发明首先提供一种制备钝化肥料的方法，包括以下步骤：

惰性炭的制备：实验采用秸秆、稻壳、棉籽壳、畜禽粪便等农业废弃物作为原料，用清水洗净后，65℃烘箱烘干。烘干的农业废弃物样品采用植物粉碎机粉碎后装满不锈钢容器，加盖密封，置于马弗炉中，逐渐升温至450-550℃，并在该温度条件下持续炭化1.5h，炭化后样品冷却，过20目筛(1mm)后保存。

钝化肥料的制备：将惰性炭与化肥或粪肥互混，其中惰性炭与化肥的互混比例为1∶15-20；惰性炭与粪肥的互混比例为1∶1-5，分别制备成钝化化肥和钝化有机肥。

所述农业废弃物包括但不限于秸秆、稻壳、棉籽壳、畜禽粪便等

本发明进一步提供所述的惰性炭基钝化肥料在田间试验过程中的应用。

本发明具有以下优点：

(一)本发明采用惰性炭作为载体，生产惰性炭的原料来源于农业废弃物，不仅解决了农业废弃物的回收利用问题，而且解决了因焚烧对环境的负面影响，明显地降低了大气中二氧化碳的排放量。将惰性炭与化肥或者粪肥互混，添加到土壤中不但可以改善土壤理化性质，缓慢释放养分，促进作物生长，同时热裂解秸秆等农业废弃物所产生的惰性炭基产品具有比较发达的孔隙结构、具大的比表面积和含有作物成长所需的各种矿物质，且对某些物质有较强的吸附和固持能力，减少农业面源污染，缓解因施肥对水体富营养化产生的影响。

(二)惰性炭的加入能够抑制氮肥的快速分解和流失，起到使氮肥成分缓释的作用，能够提高氮肥利用率，节约氮肥用量，降低生产成本，增加农民经济效益。

附图说明

图1是采用本发明惰性炭+尿素制备的钝化氮肥1年后花生产量与采用其他方法对比的柱状图；

图2是采用本发明惰性炭+粪肥制备的钝化有机肥1年后花生产量与采用其他方法对比的柱状图；

图3是采用本发明惰性炭+尿素制备的钝化氮肥1年后土壤ph与采用其他方法对比的柱状图；

图4是采用本发明惰性炭+粪肥制备的钝化有机肥1年后土壤ph与采用其他方法对比的柱状图；

图5是采用本发明惰性炭+尿素制备的钝化氮肥1年后土壤有机碳含量与采用其他方法对比的柱状图；

图6是采用本发明惰性炭+粪肥制备的钝化有机肥1年后土壤有机碳含量与采用其他方法对比的柱状图；

图7是采用本发明惰性炭+尿素制备的钝化氮肥1年后土壤全氮含量与采用其他方法对比的柱状图；

图8是采用本发明惰性炭+粪肥制备的钝化有机肥1年后土壤全氮含量与采用其他方法对比的柱状图；

图9是采用本发明惰性炭+尿素制备的钝化氮肥1年后土壤铵态氮含量与采用其他方法对比的柱状图；

图10是采用本发明惰性炭+粪肥制备的钝化有机肥1年后土壤铵态氮含量与采用其他方法对比的柱状图；

图11是采用本发明惰性炭+尿素制备的钝化氮肥1年后土壤速效磷含量与采用其他方法对比的柱状图；

图12是采用本发明惰性炭+粪肥制备的钝化有机肥1年后土壤速效磷含量与采用其他方法对比的柱状图；

图13是采用本发明惰性炭+尿素制备的钝化氮肥1年后土壤有效钾含量与采用其他方法对比的柱状图；

图14是采用本发明惰性炭+粪肥制备的钝化有机肥1年后土壤有效钾含量与采用其他方法对比的柱状图；

图15是采用本发明惰性炭+尿素制备的钝化氮肥1年后土壤硝态氮残留量与采用其他方法对比的柱状图；

图16是采用本发明惰性炭+粪肥制备的钝化有机肥1年后土壤硝态氮残留量与采用其他方法对比的柱状图；

图17是采用本发明惰性炭+尿素制备的钝化氮肥1年后一氧化二氮累积排放量与采用其他方法对比的柱状图；

图18是采用本发明惰性炭+粪肥制备的钝化有机肥1年后一氧化二氮累积排放量与采用其他方法对比的柱状图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。

实施例1惰性炭基钝化肥料及其制备

包括以下步骤：

实验例1

1.以农业废弃物秸秆作为生物质原料在450-550℃炭化形成多孔的秸秆惰性炭，冷却研磨过20目筛；

2.将秸秆惰性炭和尿素按照质量比1∶18的比例混合均匀，制备成惰性炭基钝化氮肥。

实验例2

1.以农业废弃物稻壳作为生物质原料在450-550℃炭化形成多孔的稻壳惰性炭，冷却研磨过20目筛；

2.将稻壳惰性炭和尿素按照质量比1∶18的比例混合均匀，制备成惰性炭基钝化氮肥。

实验例3

1.以农业废弃物棉籽壳作为生物质原料在450-550℃炭化形成多孔的棉籽壳惰性炭，冷却研磨过20目筛；

2.将棉籽壳惰性炭和尿素按照质量比1∶18的比例混合均匀，制备成惰性炭基钝化氮肥。

实验例4

1.以农业废弃物畜禽粪便作为生物质原料在450-550℃炭化形成多孔的畜禽粪便惰性炭，冷却研磨过20目筛；

2.将畜禽粪便惰性炭和尿素按照质量比1∶18的比例混合均匀，制备成惰性炭基钝化氮肥。

实验例5

1.以农业废弃物秸秆作为生物质原料在450-550℃炭化形成多孔的秸秆惰性炭，冷却研磨过20目筛；

2.将秸秆惰性炭和猪粪按照质量比1∶5的比例混合均匀，制备成惰性炭基钝化有机肥。

实验例6

1.以农业废弃物稻壳作为生物质原料在450-550℃炭化形成多孔的稻壳惰性炭，冷却研磨过20目筛；

2.将稻壳惰性炭和猪粪按照质量比1∶5的比例混合均匀，制备成惰性炭基钝化有机肥。

实验例7

1.以农业废弃物棉籽壳作为生物质原料在450-550℃炭化形成多孔的棉籽壳惰性炭，冷却研磨过20目筛；

2.将棉籽壳惰性炭和猪粪按照质量比1∶5的比例混合均匀，制备成惰性炭基钝化有机肥。

实验例8

1.以农业废弃物畜禽粪便作为生物质原料在450-550℃炭化形成多孔的生物炭，冷却研磨过20目筛；

2.将畜禽粪便炭和猪粪按照质量比1∶5的比例混合均匀，制备成惰性炭基钝化有机肥。

实施例2惰性炭基钝化肥料的田间试验

以下通过田间实验例对本发明的有益效果作进一步的阐述。

实验例1

田间试验采用随机区组分布的方式设计小区，小区面积为10平方米(5×2m)。本实验设对照组和处理组。对照组除底肥外，单施尿素氮当量10kg/亩，处理组除底肥外，按折合计算氮当量10kg/亩施入实施例1中制备的稻壳惰性炭与尿素制备的惰性炭基钝化氮肥，重复3组样品，农作物为花生。处理组出芽早、植株生长健壮，至收获称重与对照组相比，增产16.8％；土壤ph增加7.3％；有机碳含量增加103.5％；全氮含量增加21.7％；铵态氮含量增加101.4％；有效磷含量增加62.3％，速效钾含量增加54.7％；但硝态氮残留量降低2.7％；土壤累计一氧化二氮排放量减少33.7％；

实验例2

田间试验采用随机区组分布的方式设计小区，小区面积为10平方米(5×2m)。本实验设对照组和处理组。对照组除底肥外，单施粪肥氮当量10kg/亩，处理组除底肥外，按折合计算氮当量10kg/亩施入实施例1中制备的稻壳惰性炭与猪粪制备的惰性炭基钝化有机肥，重复3组样品，农作物为花生。处理组出芽早、植株生长健壮，至收获称重与对照组相比，增产14.3％；土壤ph增加6.1％；有机碳含量增加81.8％；全氮含量增加7.2％；铵态氮含量增加3.7％；有效磷含量增加36.9％，速效钾含量增加36.3％；但硝态氮残留量降低5.6％；土壤累计一氧化二氮排放量减少31.5％。

实验例3

田间试验采用随机区组分布的方式设计小区，小区面积为10平方米(5×2m)。本实验设对照组和处理组。对照组除底肥外，单施尿素氮当量10kg/亩，处理组除底肥外，按折合计算氮当量10kg/亩施入实施例1中制备的棉籽壳惰性炭与尿素制备的惰性炭基钝化氮肥，重复3组样品，农作物为花生。处理组出芽早、植株生长健壮，至收获称重与对照组相比，增产27.3％；土壤ph增加7.9％；有机碳含量增加88.1％；全氮含量增加22.9％；铵态氮含量增加94.5％；有效磷含量增加122.7％，速效钾含量增加161.2％；但硝态氮残留量降低33.2％；土壤累计一氧化二氮排放量减少37.3％。

实验例4

田间试验采用随机区组分布的方式设计小区，小区面积为10平方米(5×2m)。本实验设对照组和处理组。对照组除底肥外，单施粪肥n当量10kg/亩，处理组除底肥外，按折合计算n当量10kg/亩施入实施例1中制备的棉籽壳惰性炭与猪粪制备的惰性炭基钝化有机肥，重复3组样品，农作物为花生。处理组出芽早、植株生长健壮，至收获称重与对照组相比，增产25.6％；土壤ph增加7.2％；有机碳含量增加82.2％；全氮含量增加4.1％；铵态氮含量增加4.6％；有效磷含量增加86.4％，速效钾含量增加130.4％；但硝态氮残留量降低15.5％；土壤累计一氧化二氮排放量减少35.3％。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。