本发明涉及肥料制备领域，特别涉及一种茶树专用生物炭基肥及其制备方法和应用。
背景技术：
茶树是叶用作物，对氮素供应量需求较高的作物，为获得最大经济产量，大量无机氮肥被投入到茶园土壤中。由于茶树并不能完全利用当季肥料中的氮素(氮肥利用率不足30％，部分丘陵山地茶园氮素利用率更低)，大量氮素易淋溶至地下水，威胁环境质量，或在土壤深层累积，造成肥料浪费。同时，现有普通的氮肥及复合肥不能满足茶树的生长需求，影响茶树生长性状、茶叶产量与品质。
茶树修剪(台刈)废弃物直接还园加速了茶园土壤酸化的过程，现有茶树栽培技术中，茶树修剪(台刈)废弃物主要利用方式为就地还园(或用作农村生活能源)，尚没有关于茶树修剪(台刈)废弃物炭化后制成炭基肥的报道。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服了上述缺陷，提供一种能提高氮肥利用率且有助于提高茶叶产量和品质的茶树专用生物炭基肥，并提供其制备方法和应用。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
本发明提供一种茶树专用生物炭基肥，包括以下重量份原料制备而成：
茶枝生物炭100～250份、尿素350～450份、磷酸二铵100～200份、硫酸钾100～200份、硫酸镁50～100份、硫酸锌10～20份、硫酸亚铁10～20份、膨润土20～40份、改性淀粉20～40份及牡蛎壳粉20～60份。
本发明还提供一种上述茶树专用生物炭基肥的制备方法，包括将各种原料混合后送入转鼓造粒机进行初步造粒，接着利用圆盘造粒机进行整型造粒，再于50～60℃温度下干燥至含水量低于5wt％以下，得所述茶树专用生物炭基肥。
本发明还提供一种上述茶树专用生物炭基肥的应用，每年的11～12月在种茶基地中采用沟施覆土的方式施入180kg/ka的茶树专用生物炭基肥，然后于次年的2～3月和次年的7～8月分别在种茶基地中茶树专用生物炭基肥的应用施入135kg/ka的茶树专用生物炭基肥。
本发明的有益效果在于：(1)茶树每年的修剪和改植换种会产生大量废弃有机物，以此作为原材料制备茶枝生物炭，进而制备茶树专用生物炭基肥，不仅拓宽了我国茶树废弃物的有效利用途径，而且生物炭还能起“碳封存”效果，缓解温室效应；此外，还可以降低了茶树修剪物直接还田带来的“次生病虫害”；(2)本发明根据茶树需肥规律制成氮磷钾比例不同的茶树专用生物炭基肥，不仅能提供了茶树生长所需的大量元素，还添加了铁、镁、锌等微量元素；而且由于茶枝生物炭基肥具有一定缓释效果，能延缓肥料在土壤中的释放和降低养分淋失，提高养分利用效率，促进茶树生长，提高茶叶品质；茶枝生物炭基肥含有生物炭，可改良土壤，提高土壤盐基离子含量，缓解茶园土壤酸化；(3)茶枝生物炭与化学肥料混合造粒后，方便后期施肥，通过每年或每季向茶园土壤的施入，可将生物质炭逐渐施入土壤来提升土壤有机碳含量，这既可显著减少生物质炭的生产和化肥的施用成本，又有助于提高茶农的生产收益，低成本高效且符合农业废物资源化利用产业发展趋势。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式详予说明。
本发明最关键的构思在于：本发明通过将茶树修剪废弃有机物制成茶枝生物炭，并根据茶树需肥规律及根据种植户多年的种植经验，将茶枝生物炭制备成不同氮磷钾比例的茶树专用生物炭基肥，以改良茶园土壤，提高氮肥利用率，提高茶叶产量和品质。
本发明提供一种茶树专用生物炭基肥，包括以下重量份原料制备而成：
茶枝生物炭100～250份、尿素350～450份、磷酸二铵100～200份、硫酸钾100～200份、硫酸镁50～100份、硫酸锌10～20份、硫酸亚铁10～20份、膨润土20～40份、改性淀粉20～40份及牡蛎壳粉20～60份。
本发明的工作原理为：传统的缓控释原材料生产价格偏高且工艺复杂，致使缓控释肥料价格比常规化肥高出50％左右，而且目前市场上大多聚合物包膜材料都是用化学方法合成的不可降解的高分子聚合物，肥料释放殆尽以后，残留在土壤中的包膜材料不易降解，容易破坏土壤结构并造成污染。
现有茶树修剪后的茶枝以就地还原为主，加速了茶园土壤酸化，而本申请将茶树修剪(台刈)废弃物炭化，制成茶枝生物炭，而茶枝生物炭具有多孔性、高比表面积、表面负电荷和电荷密度等特性，能够吸附和固持肥料中的养分，延缓肥料在土壤中的释放和降低养分淋失，起到促进作物增产和维持土壤生态系统平衡的作用；同时本发明将茶树修剪(台刈)废弃物炭化还园还可显著缓解土壤酸化，降低土壤交换性酸和铝离子浓度，同时增加土壤阳离子交换量、有机碳储量及土壤氮磷钾养分。将制备的茶枝生物质炭与化学肥料混合造粒后，通过每年或每季向茶园土壤的施入，可将生物质炭逐渐施入土壤来提升土壤有机碳含量，这既可显著减少生物质炭的生产和化肥的施用成本，又有助于提高茶农的生产收益；同时，本发明将茶树修剪废弃有机物制成茶枝生物炭，且将茶枝生物炭根据茶树需肥规律及根据种植户多年的种植经验，制备成不同氮磷钾比例的茶树专用生物炭基肥，起到改良茶园土壤，提高茶叶产量和品质，低成本高效且符合农业废物资源化利用。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：(1)茶树每年的修剪和改植换种会产生大量废弃有机物，以此作为原材料制备茶枝生物炭，进而制备茶树专用生物炭基肥，不仅拓宽了我国茶树废弃物的有效利用途径，而且生物炭还能起“碳封存”效果，缓解温室效应；此外，还可以降低了茶树修剪物直接还田带来的“次生病虫害”；(2)本发明根据茶树需肥规律制成氮磷钾比例不同的茶树专用生物炭基肥，不仅能提供了茶树生长所需的大量元素，还添加了铁、镁、锌等微量元素；而且由于茶枝生物炭基肥具有一定缓释效果，能延缓肥料在土壤中的释放和降低养分淋失，提高养分利用效率，促进茶树生长，提高茶叶品质；茶枝生物炭基肥含有生物炭，可改良土壤，提高土壤盐基离子含量，缓解茶园土壤酸化。
进一步的，由以下重量份原料制备而成：茶枝生物炭100～250份、尿素350～450份、磷酸二铵100～200份、硫酸钾100～200份、硫酸镁50～100份、硫酸锌10～20份、硫酸亚铁10～20份、膨润土20～40份、改性淀粉20～40份及牡蛎壳粉20～50份。
进一步的，由以下重量份原料制备而成：茶枝生物炭120份、尿素410份、磷酸二铵110份、硫酸钾170份、硫酸镁70份、硫酸锌20份、硫酸亚铁20份、膨润土40份、改性淀粉20份及牡蛎壳粉40份。
进一步的，由以下重量份原料制备而成：茶枝生物炭150份、尿素410份、磷酸二铵110份、硫酸钾120份、硫酸镁70份、硫酸锌20份、硫酸亚铁20份、膨润土40份、改性淀粉20份及牡蛎壳粉60份。
进一步的，所述茶枝生物炭为含氮量为1.02wt％、含磷量为0.65wt％、含钾量为1.5wt％及有机碳含量为75wt％的茶枝生物炭。
本发明还提供一种上述茶树专用生物炭基肥的制备方法，包括将各种原料混合后送入转鼓造粒机进行初步造粒，接着利用圆盘造粒机进行整型造粒，再于50～60℃温度下干燥至含水量低于5wt％以下，得所述茶树专用生物炭基肥。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：(1)茶树每年的修剪和改植换种会产生大量废弃有机物，以此作为原材料制备茶枝生物炭，进而制备茶树专用生物炭基肥，不仅拓宽了我国茶树废弃物的有效利用途径，而且生物炭还能起“碳封存”效果，缓解温室效应；此外，还可以降低了茶树修剪物直接还田带来的“次生病虫害”；(2)本发明根据茶树需肥规律制成氮磷钾比例不同的茶树专用生物炭基肥，不仅能提供了茶树生长所需的大量元素，还添加了铁、镁、锌等微量元素；而且由于茶枝生物炭基肥具有一定缓释效果，能延缓肥料在土壤中的释放和降低养分淋失，提高养分利用效率，促进茶树生长，提高茶叶品质；茶枝生物炭基肥含有生物炭，可改良土壤，提高土壤盐基离子含量，缓解茶园土壤酸化；(3)茶枝生物炭与化学肥料混合造粒后，方便后期施肥，通过每年或每季向茶园土壤的施入，可将生物质炭逐渐施入土壤来提升土壤有机碳含量，这既可显著减少生物质炭的生产和化肥的施用成本，又有助于提高茶农的生产收益，低成本高效且符合农业废物资源化利用产业发展趋势。
进一步的，所述茶枝生物炭是通过将修剪得到的茶枝依次进行风干、粉碎、炭化及再粉碎制得的。
本发明还提供一种上述茶树专用生物炭基肥的应用，每年的11～12月在种茶基地中采用沟施覆土的方式施入180kg/ka的茶树专用生物炭基肥，然后于次年的2～3月和次年的7～8月分别在种茶基地中茶树专用生物炭基肥的应用施入135kg/ka的茶树专用生物炭基肥。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：通过每年或每季向茶园土壤的施入上述茶树专用生物炭基肥，可将生物质炭逐渐施入土壤来提升土壤有机碳含量，这既可显著减少生物质炭的生产和化肥的施用成本，又有助于提高茶农的生产收益，低成本高效且符合农业废物资源化利用产业发展趋势。
实施例1
一种茶树专用生物炭基肥，包括以下原料制备而成：
茶枝生物炭100g、尿素350g、磷酸二铵100g、硫酸钾100g、硫酸镁50g、硫酸锌10g、硫酸亚铁10g、膨润土20g、改性淀粉20g及牡蛎壳粉20g。
实施例2
一种茶树专用生物炭基肥，包括以下原料制备而成：
茶枝生物炭250g、尿素450g、磷酸二铵200g、硫酸钾200g、硫酸镁100g、硫酸锌20g、硫酸亚铁20g、膨润40g、改性淀粉40g及牡蛎壳粉60g。
实施例3
一种茶树专用生物炭基肥，包括以下原料制备而成：
茶枝生物炭175g、尿素400g、磷酸二铵150g、硫酸钾150g、硫酸镁75g、硫酸锌15g、硫酸亚铁15g、膨润土30g、改性淀粉30g及牡蛎壳粉40g。
实施例4
一种茶树专用生物炭基肥的制备方法，包括以下步骤：
首先获得茶枝生物炭：将收集的茶树修剪(台刈)废弃物风干后粉碎至40～60目，将其加入炭化炉，450℃～550℃厌氧热解2～4小时，冷却后取出，粉碎后制备成茶枝生物炭。所述茶枝生物炭为含氮量为1.02wt％、含磷量为0.65wt％、含钾量为1.5wt％及有机碳含量为75wt％的茶枝生物炭，ph为10.5。
将120kg的茶枝生物炭、410kg尿素、110kg磷酸二铵、170kg硫酸钾、70kg硫酸镁、20kg硫酸锌、20kg硫酸亚铁、40kg膨润土、20kg改性淀粉及40kg牡蛎壳粉一起搅拌混匀，获得茶枝生物炭基肥混合物，将以上原料均匀混合后，送入转鼓造粒机进行初步造粒，然后用圆盘造粒机进行整型造粒，再用热风干燥机将肥料颗粒烘干(50～60℃)至水分含量低于5wt％，即得到成品茶树专用生物炭基肥，适合福建乌龙茶区。
上述茶树专用生物炭基肥总养分含量为36％，氮(n)磷(p2o5)钾(k2o)比例分比为21：6：9，生物质炭含量12％，含有镁、铁和锌3种茶树必需微量元素，ph为8.0。
实施例5
一种茶树专用生物炭基肥的制备方法，
本实施例获得茶枝生物炭的方法同实施例4，不同之处在于：
包括将150kg茶枝生物炭、410kg尿素、110kg磷酸二铵、120kg硫酸钾、70kg硫酸镁、20kg硫酸锌、20kg硫酸亚铁、40kg膨润土、20kg改性淀粉及60kg牡蛎壳粉一起搅拌混匀，获得茶枝生物炭基肥混合物，将以上原料均匀混合后，送入转鼓造粒机进行初步造粒，然后用圆盘造粒机进行整型造粒，再用热风干燥机将肥料颗粒烘干(50～60℃)至水分含量低于5wt％，，即得到成品茶树专用生物炭基肥，适合福建绿茶区。
上述茶树生物炭基肥总养分含量为33％，氮(n)磷(p2o5)钾(k2o)比例分比为21：6：6，生物炭含量15％，含有镁、铁和锌3种茶树必需微量元素，ph为8.3。
实施例6
对实施例4所制作的茶树专用生物炭基肥与对比例市售复合肥(15:15:15)的田间应用效果，供试茶树品种为(乌龙茶区)金观音，茶树管理及病虫害防治等按照常规措施进行。
田间试验地点：福建省农业科学院茶叶研究所试验基地，土壤类型为山地红壤，土壤养分为13.69g/kg，全氮1.23g/kg，碱解氮126.4mg/kg，有效磷14.8mg/kg，速效钾60.3mg/kg，茶树品种为金观音和福云6号。小区面积为18m2，三个处理，三次重复。
乌龙茶田间试验：试验共设3个处理，分别为单施尿素、对比例(市售复合肥15:15:15)和实施例4。分别于上一年冬季基肥期(11月至12月)施入180kg/ha的茶树专用生物炭基肥，春茶追肥(2月底至3月初)和秋茶追肥期(8月底至9月初)分别施入135kg/ha的茶树专用生物炭基肥，在茶树树冠滴水线附近开沟施用。春茶和秋茶开采期，按照乌龙茶采摘标准采集新叶，每个小区全部收获后称重，同时调查发芽密度和百芽重。采集的叶片按照闽南乌龙茶标准制作，用于测定茶叶品质。所得结果见表1及表2。
表1各处理对金观音茶树发芽密度、百芽重和产量比较
从表1可以看出，施用茶树专用生物炭基肥后，茶树各项生长指标均有所增加，相比对比例处理，发芽密度增加24.2％(春季)和14.5％(秋季)，百芽重增加2.6％(春季)和11.5％(秋季)和产量增加7.6％(春季)和9.1％(秋季)，增产效果显著。
表2各处理对金观音茶叶生化品质的影响
从表2可以看出，施用茶树专用生物炭基肥能提高春季和秋季茶叶氨基酸、茶多酚、咖啡碱和水浸出物等含量，从而改善茶叶品质。
实施例7
对实施例5所制作的茶树专用生物炭基肥与对比例市售复合肥(15:15:15)的田间应用效果，供试茶树品种为(绿茶区)福云6号，茶树管理及病虫害防治等按照常规措施进行。
绿茶田间试验：试验设计与乌龙茶(实施例6)相同，茶树品种为福云6号，按照绿茶采摘标准采集新叶，每个小区全部收获后称重，同时调查发芽密度和百芽重。采集的鲜叶按照绿茶工艺制作绿茶，用于测定茶叶品质。所得结果见表3及表4.
表3各处理对福云6号茶树发芽密度、百芽重和产量比较
从表3可以看出，施用茶树专用生物炭基肥后，茶树各项生长指标均有所增加，相比对比例处理，发芽密度增加5.6％(春季)和8.6％(秋季)，百芽重增加11.6％(春季)和15.9％(秋季)和产量增加8.9％(春季)和11.1％(秋季)，增产效果显著。
表4各处理对福云6号茶叶生化品质的影响
从表4可以看出，施用茶树专用生物炭基肥能提高春季和秋季茶叶氨基酸、茶多酚、咖啡碱和水浸出物等含量，从而改善茶叶品质。
实施例8
土壤淋洗试验：选择pvc塑料管作为淋失试验的材料，土柱高20cm(耕作层厚度)，内径10cm，底部有大约3mm的孔。然后按照的田间容重将已处理好的混合土壤(尿素、生物炭基尿素和土壤均匀混合)装入圆柱管中，形成约20cm的模拟土柱，每个土柱装土约1.8kg。按照等氮量300n.kg/ha设计普通复合肥(15:15:15)和茶树专用生物炭基肥(实施例4)2个处理。每个土柱每天添加100ml的去离子水，持续7d，以使施入土壤中的尿素完成铵化作用和硝化作用。每隔7d淋溶一次，共9次，每次均用500ml蒸馏水淋洗。待有淋滤液渗出时用烧杯收集淋出液，待淋滤液收集至够测试用时立即放入冰箱保存，24小时之内测定滤液中铵态氮和硝态氮，继续收集淋滤液至完全，并测量淋溶液体积。实施效果见表5，
表5实施效果：
由表5可以看出，与普通复合肥相比，施用茶树专用生物炭基尿素处理土壤淋洗液中铵态氮和硝态氮含量均低于尿素处理，且提高土壤淋洗液ph值；施用生物炭基尿素后，茶园土壤铵态氮淋失量降低了11.37％，硝态氮淋失量降低了44.39％。
综上所述，本发明提供的茶树专用生物炭基肥及其制备方法和应用，茶树每年的修剪和改植换种会产生大量废弃有机物，以此作为原材料制备茶枝生物炭，进而制备茶树专用生物炭基肥，不仅拓宽了我国茶树废弃物的有效利用途径，而且生物炭还能起“碳封存”效果，缓解温室效应；此外，还可以降低了茶树修剪物直接还田带来的“次生病虫害”；(2)本发明根据茶树需肥规律制成氮磷钾比例不同的茶树专用生物炭基肥，不仅能提供了茶树生长所需的大量元素，还添加了铁、镁、锌等微量元素；而且由于茶枝生物炭基肥具有一定缓释效果，能延缓肥料在土壤中的释放和降低养分淋失，提高养分利用效率，促进茶树生长，提高茶叶品质；茶枝生物炭基肥含有生物炭，可改良土壤，提高土壤盐基离子含量，缓解茶园土壤酸化；(3)茶枝生物炭与化学肥料混合造粒后，方便后期施肥，通过每年或每季向茶园土壤的施入，可将生物质炭逐渐施入土壤来提升土壤有机碳含量，这既可显著减少生物质炭的生产和化肥的施用成本，又有助于提高茶农的生产收益，低成本高效且符合农业废物资源化利用产业发展趋势。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。