专利名称:一种土壤磷素活化剂及其制作方法
技术领域：
本发明涉及土壤营养元素调控技术和固体废弃物处理与处置技术，具体为ー种土壤磷素活化剂及其制作方法。
背景技术：
磷是维持农业生态系统结构和功能长期持续稳定的ー个重要营养元素。然而，在全球范围内，磷素资源已成为ー种紧缺资源，世界磷肥价格在最近十年一直上涨，且上涨幅度呈逐年増加的趋势。中国磷矿资源丰富，但富矿比较少，可利用磷矿区所拥有的储量仅占总资源量的11%左右。据统计，1994 2004年10年间，我国有8座大中型磷矿山资源枯竭；1999 2001年，我国新建的磷矿近90个，其中仅有ー个是中型磷矿，其他都是小型磷矿和规模以下的小磷矿。目前，我国磷矿资源的缺ロ依然很大。我国磷肥消费量是世界上最大的，一旦要大量依赖进ロ，很有可能引起世界市场磷矿石以及磷肥价格的狂涨(尹丽文，我国磷矿资源开发利用现状及对有关问题的建议，国土资源情报，2004年10期)。因此，磷素将是制约我国农田可持续利用和农业可持续发展的ー个主要矿质元素。
磷肥施入土壌后，很快被土壌固定，而其矿化成有效磷的速度又相当缓慢。作物对肥料磷吸收利用效率相对较低，中国磷肥的利用率一般在10 25%之间。土壤中的磷95%左右是固定态磷，这部分磷主要以不溶性磷化合物和保持在粘粒或有机质中的固持态磷形态存在。土壤中可被植物吸收的磷组分称为土壤的有效磷，主要包括部分或全部吸附态磷及有效态有机磷，又称为活性磷。土壌中的活性磷与非活性磷处在互相转化的平衡中(鲁如坤，土壌植物营养学原理，中国农业出版社，1999)。
我国在20世纪70年代开始大量广泛使用磷肥，20世纪80年代以来，土壤中磷素水平呈逐渐増加的趋势，但随着作物产量的提高，农业生产中仍需要大量施用磷肥，施磷肥的成本増加，但施肥效益降低。在ー些地区，由于长期大量施用磷肥，肥料磷素随地表径流流失，是引起水体富营养化的主要因素之一。如施肥面源污染对太湖地区水体磷素富营养化的贡献率高达20% (张维理等，中国农业面源污染形势估计及控制对策，中国农业科学，2004,37(7) :1008 1017)。我国在2007年启动的重点基础研究发展计划项目“肥料减施增效与农田可持续利用基础研究”(项目编号2007CB109300)，其中，磷肥减施增效是ー个重要研究内容和攻关方向。因此，土壌和肥料磷的高效利用技木，目前是土壤肥料领域研究的ー个热点。
土壌磷素活化促释技术是提高肥料磷利用率，提高土壌有效态磷含量的一项关键的技术措施。土壌磷素活化技术主要包括生物学方法和化学方法。在生物方法中，利用解磷微生物可以活化土壤磷，中国发明专利申请(公告号CN1061964C)和公开号CN101003737A公开了此类型土壌磷素活化剂的专利技木。但生物活化剂受到温度等环境条件以及土壌有机质含量等的限制，在低有机质土壤的应用效果往往不太理想。化学类主要利用有机酸和无机酸活化土壤磷，如尿囊素和生化黄腐酸相结合专利技术(中国发明专利申请，公开号CN1831085A)、腐植酸与碱法造纸废液的干燥物及填充物结合的专利技术(中国发明专利申请，公开号CN101041605A)。文献检索结果显示，腐殖酸类物质在土壌磷素活化方面具有较好效果，也是目前应用较有广泛的技木；小分子有机酸活化土壤磷的研究目前是植物营养学领域的ー个研究热点，但成型技术少见报道。研究表明有机酸在活化土壤磷素方面具有较好的效果，其主要机制包括1)有机酸与磷酸根之间竞争络合位点，降低土壤对磷酸根的吸附；2)吸附剂表面电荷的变化；3)酸溶解作用；4)消除土壌磷吸附位点；5)有机酸/有机阴离子与诸如Fe、Al和Ca等金属离子间的络合反应，使含磷化合物的溶解，从而活化土壌中的磷。然而，在大多数情况下，有机酸活化土壤磷是以上5种途径共同作用的结果(陆文龙等，根分泌的有机酸对土壤磷和微量元素的活化作用，应用生态学报，1999，10(3)379 382)。无论是大分子有机酸还是小分子有机酸在土壌酸素活化以及提高肥料磷素利用率方面均有较好地效果，但大分子与小分子有机酸配合的实用技术未见报道。
以エ业废弃物为主要原料制作土壤磷素活化剂具有双重效果一是进行了エ业固体废弃物的无害化处理和资源化利用；ニ是改良土壌，提高土壤磷素营养，降低施肥成本，节约资源。维生素C(Vc)生产过程中产生的废渣就是ー种很好的肥源(中国发明专利申请，公开号CN1673198A)。目前国内Vc生产采用的是两步发酵エ艺，以山梨酸、玉米浆、多种无机盐、盐酸、こ醇、丙酮等18种原料，经发酵、提取、转化、精制而成，原料平均利用率较低，一部分未利用的原料和副产物以有机废水形式排放，另一部分为废渣。废渣中包含甲酸、こ酸、丙酸、古龙酸等低分子有机酸、菌丝体蛋白质、Vc、铵态氮及各种无机盐类。废渣中的低分子有机酸在活化土壤磷素方面具有很好的效果。
综上所述，采用大分子有机酸和小分子有机酸相结合，有机天然产物、エ业废弃物与无机天然产物、无机废弃物相结合的技术路线，研制开发环境友好的土壤磷素活化剂，是ー项资源高效利用和促进农业可持续发展的重要技术措施。
发明内容
本发明的目的在于提供一种土壤磷素活化剂及其制作方法；利用生产维生素C的发酵废渣和褐煤、加入锯末、天然沸石粉和煤灰渣，经过堆腐发酵处理，制作磷素活化剂；环境友好，エ艺简单，成本低廉，解决农田土壌磷有效性低和肥料磷进入土壌后的固定问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下
本发明中，土壤磷素活化剂成分按干重计为维生素C(以下简称Vc)发酵废渣35 45份、褐煤35 45份、锯末3 5份、天然沸石粉3 5份、煤灰渣10 14份。
本发明中，土壤磷素活化剂的制作方法是将Vc发酵废渣与褐煤和锯末混合，常温怄制3 5日后，加入煤灰渣，中温堆腐4 6日，风干过筛，加入天然沸石粉，混匀分装后得成品。
具体制作方法详述如下
I)选用Vc发酵废渣，加入褐煤和锯末，通过机械或人工混合后，在水分40 60%(重量)、温度20 30°C的常温条件下怄制3 5日；
2)加入煤灰渣，通过机械或人工混合均匀后，在水分40 60% (重量)、温度30 50°C的中温条件下堆腐4 6日；
3)堆腐后的混合物风干，至含水量15 20% (重量)，机械粉碎，过10 20目筛；[0016]4)加入天然沸石粉，通过机械或人工混合均匀后，分装，得成品。
本发明的磷素活化剂的主要作用机理是通过大分子有机酸和小分子有机酸相结合，有机活化剂与无机活化剂相配合，施入土壌后通过与磷酸根离子竞争吸附位点，从而达到提高土壌有效磷含量、降低肥料磷固定的效果。
Vc发酵废渣中含有甲酸、こ酸、丙酸、古龙酸等低分子有机酸、菌丝体蛋白质、Vc、铵态氮及各种无机盐类，pH为5. O 6. 5。新鲜废渣本身夹带的废液含有足够的水分，混入其他有机物质后可直接堆腐发酵，废渣本身中的低分子有机酸，以及菌丝体发酵分解过程中产生大量低分子有机酸，这些有机酸在活化土壤磷素方面具有很好的效果。
褐煤中腐植酸与Vc废渣中的盐类作用，并通过堆腐发酵后成为活化的腐植酸。锯末中木质素、纤维素类物质为微生物发酵的基质；
煤灰渣和天然沸石粉为填充剂和吸附剂，可调节有机酸浓度及活化物质间的相互作用反应。煤灰渣是ー种化学稳定性高，吸附性能好的填充料；天然沸石晶体的大量孔穴和通道，使沸石具有很大比表面积，加之特殊的分子结构而形成的较大静电引力，使沸石有着相当大的应カ场。当沸石内部的孔穴和通道一旦有“空缺”时，沸石就会表现出极强的吸附能力，可有效吸附阴阳离子。同时，天然沸石也是ー种性能良好的磷素促释剂。
本发明具有如下优点
I.本发明エ艺简单，容易实施，原料充足，所用原料价格低廉。
2.本发明中的原料配方合理。大分子有机酸和小分子有机酸共存，有机活化剂与无机活化剂相互配合，可通过协同增效作用提高土壤磷的有效性，降低肥料磷施入土壌后被固定的量，提高肥料磷的利用率，达到磷肥減量施用并增产增效的效果。
3.本发明中Vc发酵废渣和煤灰渣均为エ业生产的固体废物，作为磷素活化剂配方原料，为这两种エ业固体废物的处理和处置提供了良好的无害化处理方法和资源化利用途径。
4.本发明所用原材料均是优质的土壌改良剂，同时具有一定的肥效，配方原料对土壌和作物无污染，无残毒。
5.本发明可単独施入农田，也可与化肥混合后施用。
具体实施方式
本发明中，Vc发酵废渣是以玉米淀粉、山梨醇、酵母膏、L-山梨糖、尿素、碳酸钙、磷酸ニ氢钾等为原料，采用ニ步发酵法生产Vc所产生的弃渣。如东北制药总厂万吨Vc生产线产生的Vc废渣。
本发明中，褐煤采用腐植酸(HA)含量为40% (重量)以上的市售土状褐煤。土状褐煤是煤化程度较浅的ー种褐煤，如内蒙古自治区霍林郭勒煤矿生产的产品，其主要重量组成如下含碳70 80%、氢5 6%、氮和氧15 25%。
本发明中，锯末是指在进行木材加工时因为切割而从树木上散落下来的树木本身的沫状木屑。
本发明中，煤灰渣为煤炭在锅炉中燃烧后从炉膛底部收集出来的炉底渣，如热力发电厂生产过程中产生的煤灰渣。煤灰渣经粉碎，过15 30目筛。
本发明中，天然沸石粉为天然沸石经粉碎后过60 100目筛的市售产品，主要化学成分按重量比计ニ氧化硅64 69%、ニ氧化钛O. 08 O. 13%、三氧化ニ铝12 13%、三氧化ニ铁O. 8 1.5%、氧化镁O. I I. 2 %、氧化钙L 7 3.6 %、氧化钠O. 3 2.6%、氧化钾I. I 3.0%，余量为杂质。pH值7. 2 9. O。
本发明中，水分含量是指重量百分比。
实施例I :
土壤磷素活化剂成分按干重比计Vc发酵废渣40份、褐煤40份、锯末4份、天然沸石粉4份、煤灰渣12份。将Vc发酵废渣与褐煤和锯末混合，水分50%、温度25°C条件下怄制4日后，加入煤灰渣，水分50%、温度40°C条件下堆腐5日，风干至水分15%，机械粉碎，过15目筛，加入天然沸石粉并混匀，分装，得成品。
实施例2 9 :
与实施例I不同之处在于原料的配比及实施条件有所差别(表I)，制备方法同实施例I。
表I
权利要求
1.一种土壤磷素活化剂，其特征在于活化剂按干重比计，维生素C发酵废渣35 45份、褐煤35 45份、锯末3 5份、天然沸石粉3 5份、煤灰渣10 14份； 具体制备方法为 将维生素C发酵废渣与褐煤和锯末混合，常温怄制3 5日后，加入煤灰渣，中温堆腐.4 6日，风干过筛，加入天然沸石粉，混匀，分装，得土壤磷素活化剂； 所述常温怄制条件为水分40 60%、温度20 30°C;所述中温堆腐条件为水分40 .60%、温度 30 50°C。
2.根据权利要求
I所述的土壤磷素活化剂，其特征在于所述风干过筛为堆腐后的混合物风干至含水量15 20%，机械粉碎，过10 20目筛。
3.根据权利要求
I所述的土壤磷素活化剂，其特征在于所述维生素C发酵废渣为ニ步发酵法生产维生素C所产生的弃渣。
4.根据权利要求
I所述的土壤磷素活化剂，其特征在于所述褐煤为腐植酸含量40%以上的土状褐煤。
5.根据权利要求
I所述的土壤磷素活化剂，其特征在于所述煤灰渣为煤炭在锅炉中燃烧后从炉膛底部收集出来的炉底渣，煤灰渣经粉碎，过15 30目筛。
6.根据权利要求
I所述的土壤磷素活化剂，其特征在于所述天然沸石粉为天然沸石经粉碎后过60 100目筛的产品，pH值7. 2 9. O。
专利摘要
本发明涉及土壤营养元素调控技术和固体废弃物处理与处置技术，具体为一种土壤磷素活化剂及其制作方法，解决农田土壤磷有效性低和肥料磷进入土壤后的快速固定问题。活化剂按干重比计，维生素C发酵废渣35～45份、褐煤35～45份、锯末3～5份、天然沸石粉3～5份、煤灰渣10～14份。其制作为将Vc发酵废渣与褐煤和锯末混合，常温沤制3～5日后，加入煤灰渣，中温堆腐4～6日，风干过筛，加入天然沸石粉，混匀，分装，得成品。本发明环境友好，工艺简单，成本低廉，活化剂可单独施入农田，也可与化肥混合后施用。
文档编号C09K17/40GKCN101525258 B发布类型授权 专利申请号CN 200810010544
公开日2012年10月3日 申请日期2008年3月5日
发明者姜勇, 张玉革, 梁文举 申请人:中国科学院沈阳应用生态研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (3), 非专利引用 (1),