一种利用沼渣制得的稳定态有机无机水稻专用肥及其制备方法与流程

本发明涉及一种利用沼渣制得的稳定态有机无机水稻专用肥及其制备方法，属于肥料生产
技术领域：
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背景技术：
：近年来，随着我国城镇化进程的不断加快，生活垃圾产量巨大；同时，作为农业大国，我国农业生物质产量巨大，每年有大量的畜禽类养殖粪便和农作物秸秆产生。这些生活垃圾和农业废弃物如果不能得到合理的利用，必然会对环境造成污染。因此，采用沼气工程，将这些生活垃圾和农业废弃物等生物质资源加以利用，转化成清洁能源，是一种有效的方式。但沼气工程在消纳有机废弃物、生产清洁能源的同时，也会产生大量的厌氧消化残余物，即沼渣。沼渣得不到合理的处置，不仅浪费资源，还会对环境造成二次污染，沼渣具有营养成分丰富、养分全面等优点，而将沼渣用于制备有机肥料，具有显著的经济和环保效益。水稻是我国主要粮食作物之一，分布广、面积大、产量高，为保障国家粮食安全做出了重要贡献，但是，随着全球人口的剧增，提高水稻产量也成为迫在眉睫的问题。其中肥料在提高水稻的产量方面起着重要的作用。目前，水稻施肥中仍延续化学肥料使用的习惯，与旱田土壤相比，化学肥料在水田的施用存在肥料使用后即刻溶解的特点，因而很难控制水稻栽培中作物需肥与环境供肥的统一，尤其基肥的施用，水泡田后肥料即溶解进入水田，而此时幼苗需肥较少，直接造成大量的营养元素成为无效状态，甚或只是幼苗奢侈吸收而影响产量。所以在水田中施用稳定性或稳定态的肥料，延迟肥料的养分释放，在水稻需肥旺盛期让水田养分浓度达到最大值，可明显改善水稻的供肥和生长。目前包膜控释肥料可以达到控制养分释放的效果，但在水田条件下其效果也不理想(包膜材料分解一致，肥料芯养分含量较高，一旦释放则农田养分浓度会突变)，并且控释肥造价较高，也仅限于氮素的控释，目前在水稻栽培中还难以大面积普遍推广。有机无机复混肥料综合了有机肥、无机肥的优点，肥料中来源于无机肥料的速效养分在有机肥的调节下，对植物供养呈现出快而不猛的特点，能减少肥料的施用对环境造成的影响。例如，中国专利文件cn103910567a公开了一种水稻专用有机无机复混肥料，所述水稻专用有机无机复混肥料含有的有效成分的质量百分比如下：氮6-9％；五氧化二磷4-6％；氧化钾6-8％；锌0.2-0.6％；硅0.2-0.6％；所述的氮来源于有机氮素肥料和无机氮肥料，而有机氮素肥料包括堆肥发酵的有机肥和腐殖酸。但是该肥料以化学肥料为主，且存在锌元素潜在过量危害。中国专利文件cn106007954a提供了一种水稻专用有机无机缓释肥料，该肥料包含以下重量分数的各组分：腐熟有机肥：20-45份；氮肥：15-25份；磷肥：10-18份；钾肥：26-40份；氨基酸：1-5份；无机矿物填料：4-12份；粘合剂：0.1-2.5份；腐熟有机肥包含下述质量分数的各组分：鸡粪：8-20份；牛粪：15-25份；猪粪：3-10份；桔梗：17-26份；沼渣：8-16份；腐殖酸：1-6份。该肥料属于有机无机复混肥，氮磷钾配比中氮素含量偏低，不符合水稻对养分的吸收需求，另外腐熟有机肥的可生化潜力较低，不利于土壤物理性状的改善，并且肥料的生产方式难以达到在水浸条件下保持一定稳定性的要求。目前制备有机无机复混肥料，存在以下问题：要么设备投资昂贵、要么发酵堆腐过程复杂、抑或产品附加成本过高致使生产出的有机肥价格超出农户的承受能力，或是所得有机无机肥料在水浸条件下稳定性较差。因此，开发低成本、养分配比均衡、制备工艺简单、在水田条件下具有良好的稳定性的稳定态有机无机复混肥料，对于改善水稻的施肥技术具有重要意义。技术实现要素：针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用沼渣制得的稳定态有机无机水稻专用肥及其制备方法。本发明以未发酵的沼渣为主要原料，融合水稻的肥料需求，开发出一种稳定态的有机无机水稻专用肥，该水稻专用肥在水田条件下具有良好的稳定性，不仅可以提高水稻产量，也能够推动沼渣的资源化利用，并且改善稻田理化性状。本发明的技术方案如下：一种利用沼渣制得的稳定态有机无机水稻专用肥，包括以下质量百分比的原料：沼渣48-61％、无机肥料30-40％、石膏粉3-4％、炭基材料2-3％、高稳定性粘合剂4-6％。根据本发明，优选的，所述的沼渣的含水率≤8％，沼渣的纤维素含量≥65％，经200-350℃高温烘干。根据本发明，所述的沼渣为畜禽类粪便或秸秆原料经厌氧发酵并经固液分离后得到的沼渣，其制备过程为现有技术；进一步优选的，所述的畜禽类粪便为牛粪、鸡粪、猪粪中的一种或两种以上的组合；所述秸秆为玉米秸秆、蔬菜秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆中的一种或两种以上的组合。根据本发明，优选的，所述的无机肥料为15-15-15复合肥经粉碎得到，或按质量比为1:1:1的比例分别称取氮肥、磷肥、钾肥，混合均匀得到，其中，氮肥以氮计，磷肥以p2o5计，钾肥以k2o计；进一步优选的，所述的氮肥为尿素、硝酸铵或硫酸铵；所述的磷肥为重过磷酸钙、偏磷酸钙或磷酸氢钙；所述的钾肥为氯化钾或硫酸钾；根据本发明，当土地有盐碱现象时，所述钾肥为硫酸钾。根据本发明，优选的，所述的石膏粉为化学石膏粉或生石膏粉，为普通市售产品。根据本发明，优选的，所述的炭基材料为生物质炭或褐煤粉；炭基材料的添加除了有利于原料磨细、加深肥料颗粒颜色外，也有利于稳定态有机碳的增加。根据本发明，优选的，所述的高稳定性粘合剂由硅酸盐水泥和生石灰按质量比4：1的比例，混合均匀，经粉碎得到。根据本发明，上述稳定态有机无机水稻专用肥的制备方法，包括步骤如下：(1)将无机肥料和高稳定性粘合剂混合均匀，得到混合物a；(2)称取石膏粉和炭基材料，将其混合均匀制得混合物b；将所得混合物b与步骤(1)中制备的混合物a混合均匀后加入沼渣中，混合均匀，得到混合物c；(3)将步骤(2)所得混合物c粉碎过筛后，经雾化增湿处理，得到混合料；将混合料经挤压成型、养护后，即得到稳定态有机无机水稻专用肥。根据本发明，优选的，步骤(3)中所述过筛的筛网孔径为2mm。根据本发明，优选的，步骤(3)中所述混合料的含水率为15-20wt％。根据本发明，优选的，步骤(3)中所述的挤压成型为将混合料制成直径5-7mm，高度5-6mm的柱状颗粒。根据本发明，优选的，步骤(3)中所述养护步骤为：将挤压成型后的颗粒转入密闭养护房进行养护，养护条件：温度20-40℃，相对湿度65-75％，养护时间2-3天。本发明的技术特点及有益效果如下：1、本发明的稳定态有机无机水稻专用肥以沼渣主要原料，不经过发酵腐熟步骤，沼渣保留较多的纤维素材料，既有助于养分的储存和保蓄，也有利于土壤物理性状以及土壤微生物区系的改善；并且以沼渣主要原料，可推动农林废弃生物质的资源化利用2、本发明的水稻专用肥在浸水条件下能保持较高的稳定性，石膏粉与无机肥料、炭基材料、沼渣的混合物在硅酸盐水泥与生石灰混合物的激发下吸水则急速固化，使肥料具有较好的稳定性，因此在造粒时保持相对干燥，待雾化养护后即成为稳定性较高的产品。产品在泡水条件下一般30天内仍保持原状，且外源化学养分在40天内的释放率不超过60％。3、本发明的有机无机水稻专用肥中氮磷钾养分含量为15-25％之间，其添加化学肥料养分含量10-20％，氮磷钾的配比科学，适宜水稻的养分需求。4、将本发明的有机无机水稻专用肥应用于水稻种植，增产效果显著，并具有环境友好、提升土壤质量、缓解农业面源污染等显著效果，具有广阔的产业化前景。5、本发明的有机无机水稻专用肥的生产成本较低，制备工艺简单，不经发酵腐熟过程，有效降低制肥周期和工序。附图说明图1为试验例2中实施例1制备的稳定态有机无机水稻专用肥养分净水释放曲线图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明，但不限于此。同时下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂、材料和设备，如无特殊说明，均可从商业途径获得。实施例中所用沼渣取自浙江一景牧业有限公司，沼渣为奶牛场牛粪厌氧消化后并经300℃烘干的沼渣，其含水率为6.55％，沼渣的纤维素含量为70.23％。实施例1一种利用沼渣制得的稳定态有机无机水稻专用肥，包括以下质量百分比的原料：沼渣55％、无机肥料35％、石膏粉3.5％、炭基材料2.5％、高稳定性粘合剂4％；所用的无机肥料为“撒可富”牌45％含量(含量标注15-15-15)的复合肥，使用运邦2500大型粉碎机将其粉碎后得到；所用的石膏粉为生石膏粉，为市售产品，40目；所用的炭基材料为生物质炭，以沼渣为原料，在700℃烧制2.5小时得到；所用高稳定性粘合剂是用硅酸盐水泥(强度等级62.5)和生石灰按质量比4：1的比例混合均匀，经粉碎后制得。上述稳定态有机无机水稻专用肥的制备方法如下：(1)将无机肥料和高稳定性粘合剂混合均匀，得到混合物a；(2)称取石膏粉和炭基材料，将其混合均匀制得混合物b；将所得混合物b与步骤(1)中制备的混合物a混合均匀后加入沼渣中，混合均匀，得到混合物c；(3)将步骤(2)所得混合物c研磨粉碎，粉碎后的粉末经振动筛过滤，筛网孔径为2mm，过筛后，所得混合物转移进雾化增湿器中(所用机械品牌为“进杰”)进行雾化增湿处理，制得含水率18％的混合料，将混合料挤压成型，制成直径5-7mm，高度5-6mm的柱状颗粒(所用机械为“明伦”牌饲料颗粒机)；柱状颗粒转入密闭养护房进行养护，养护条件：温度20-40℃，相对湿度65-75％，养护时间2天，即得。实施例2一种利用沼渣制得的稳定态有机无机水稻专用肥，包括以下质量百分比的原料：沼渣60％、无机肥料30％、石膏粉3％、炭基材料2％、高稳定性粘合剂5％；所述无机肥料为按质量比为1:1:1的比例分别称取氮肥、磷肥、钾肥，混合均匀得到，其中，氮肥以氮计，磷肥以p2o5计，钾肥以k2o计；所述氮肥为尿素，磷肥为重过磷酸钙，钾肥为氯化钾；所述的石膏粉为生石膏粉；所述的炭基材料为利用木屑制成的生物质炭；所用高稳定性粘合剂是用硅酸盐水泥(强度等级62.5)和生石灰按质量比4：1的比例混合均匀，经粉碎后制得。上述稳定态有机无机水稻专用肥的制备方法如实施例1所述。实施例3一种利用沼渣制得的稳定态有机无机水稻专用肥，包括以下质量百分比的原料：沼渣50％、无机肥料38％、石膏粉3.5％、炭基材料3％、高稳定性粘合剂5.5％；所述无机肥料为按质量比为1:1:1的比例分别称取氮肥、磷肥、钾肥，混合均匀得到，其中，氮肥以氮计，磷肥以p2o5计，钾肥以k2o计；所述氮肥为尿素，磷肥为重过磷酸钙，钾肥为氯化钾；所述的石膏粉为生石膏粉；所用的炭基材料为生物质炭，以沼渣为原料，在700℃烧制2.5小时得到；所用高稳定性粘合剂是用硅酸盐水泥(强度等级62.5)和生石灰按质量比4：1的比例混合均匀，经粉碎后制得。上述稳定态有机无机水稻专用肥的制备方法如实施例1所述。实施例4一种利用沼渣制得的稳定态有机无机水稻专用肥如实施例2所述，所不同的是钾肥为硫酸钾。上述稳定态有机无机水稻专用肥的制备方法如实施例1所述。实施例5一种利用沼渣制得的稳定态有机无机水稻专用肥如实施例1所述，所不同的是炭基材料为褐煤粉。上述稳定态有机无机水稻专用肥的制备方法如实施例1所述。对比例1一种利用沼渣制得的有机无机水稻专用肥如实施例1所述，所不同的是高稳定性粘合剂中硅酸盐水泥与生石灰的质量比为2:1。对比例2一种利用沼渣制得的有机无机水稻专用肥如实施例1所述，所不同的是高稳定性粘合剂中硅酸盐水泥与生石灰的质量比为3:1。对比例3一种利用沼渣制得的有机无机水稻专用肥如实施例1所述，所不同的是高稳定性粘合剂中硅酸盐水泥与生石灰的质量比为5:1。试验例1各实施例产品主要性状指标通过建立产品性状表征指标体系，以简单评估各实施例得到的产品的质量。主要结果见表1。表1产品的主要性状指标颜色性状气味抗压强度密度含水率氮含量磷含量钾含量有机质含量实施例1暗黑色柱状无臭味99.5n1.63kg/l8.65％6.84％5.75％7.28％39.42％实施例2暗黑色柱状无臭味112.5n1.82kg/l9.23％6.28％4.28％6.78％44.47％实施例3暗黑色柱状无臭味127.3n1.89kg/l9.15％7.03％6.02％7.35％40.40％实施例4暗黑色柱状无臭味98.3n1.61kg/l8.72％6.81％5.73％6.78％38.87％实施例5暗黑色柱状无臭味103.5n1.83kg/l8.75％6.72％5.81％7.33％41.23％注：抗压强度用颗粒的平均抗压碎力来表示，测定方法采用gb/t10516-2012；其他指标的测定均采用常规分析方法。试验例2肥料产品养分的稳定性及净水释放效果试验采用净水释放试验，将实施例1得到的产品用尼龙网袋包裹后放置在容量瓶内，在不同的天数倾出浸泡水以测定其养分释放情况，肥料产品的养分净水释放曲线图如图1所示，其对应的测定值如表2所示。从图1和表2可以看出，实施例1得到的产品具有很好的控制养分释放的效果。表2养分(氮磷钾净水)累计释放率时间/天714212835455565758595115135155氮素/％14.129.138.944.849.757.162.267.470.876.279.582.783.283.2钾素/％8.514.520.126.531.037.544.952.157.063.568.972.374.274.9磷素/％3.08.213.118.724.932.337.244.753.158.363.168.269.269.8将实施例1以及对比例1-3得到的产品和市售普通有机肥颗粒采用净水浸泡法测试其浸水稳定性，具体步骤为：将实施例1以及对比例1-3得到的产品和市售普通有机肥颗粒分别浸泡在净水的悬浮网袋内，网袋置于水体中部，观察样品的形状保持时间，并观测水体出现浑浊情况，记录时间，产品的浸水稳定性情况见表3。表3肥料颗粒水浸稳定性情况从表3可以看出，本发明制备的产品与市售普通有机肥颗粒相比，具有较好的稳定性；从实施例1和对比例1-3可以看出，随着硅酸盐水泥与生石灰比例的增加，粘合剂的粘合性能逐渐增强，所得肥料的稳定性增强，当硅酸盐水泥与生石灰比例为4:1时，粘合剂的性能显著增强，所得肥料的稳定性显著增强，此后比例增大尽管所得肥料稳定性效果更好，但硅酸盐水泥与生石灰比例过大，固化效果太强，养分释放缓慢或不释放，存在导致水稻缺肥的风险。试验例4水稻专用肥田间试验试验地点：浙江省绍兴市，浙江一景生态牧业有限公司种植业基地；水稻品种为隆优1212。试验设置：当地常规施肥和施用实施例1的稳定态有机无机水稻专用肥2个处理，处理1为常规施肥处理：每亩基施有机肥500kg，15-15-15的复合肥50kg；处理2为施用实施例1的稳定态有机无机水稻专用肥处理：每亩基施有机肥500kg，实施例1的稳定态有机无机水稻专用肥50kg；追肥时处理1与处理2的用肥品种及用量保持一致。试验结束后分析二者的水稻产量，其结果如表4所示。表4不同处理对水稻产量的影响从表4中可以看出，实施例1的稳定态有机无机水稻专用肥只作为基肥施用中化肥的替代品，总养分含量减少了55.8％的化肥投入，但产量却提高了11.00％，因而应用效果显著，且生态效益可期。当前第1页12