一种改性生物质炭基肥及其制备方法[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010619363.9
(22)申请日 2020.07.01
(71)申请人 安徽省农业科学院土壤肥料研究所
地址 230000 安徽省合肥市农科南路40号
(72)发明人 王家宝　孙义祥　袁嫚嫚　邬刚　
(74)专利代理机构 义乌市宏创专利代理事务所
(普通合伙) 33320
代理人 汪奇
(51)Int.Cl.
C05G 3/20(2020.01)
C05G 3/40(2020.01)
C05G 3/80(2020.01)
C05G 3/90(2020.01)
C05G 5/12(2020.01)
(54)发明名称
一种改性生物质炭基肥及其制备方法
(57)摘要
本发明公开了一种改性生物质炭基肥及其
制备方法。

其主要由以下重量组分组成，是由改
性生物质炭粉5-40份，磷酸二铵10-20份；尿素
20-25份；氯化钾6-10份；粘结剂1-6份；填充料
10-50份，经破碎、混合、肥料造粒机造粒制备而
成。

本发明将生物质炭粉进行改性，能有效降低
其pH，使其和碱性肥料混合后，不会降低肥效；本
发明的原材料价廉易得、制备工艺简单、养分释
放期长，可长期保持土壤肥力，本发明的改性生
物质炭基肥是一种高效环保的新型肥料。

权利要求书1页 说明书4页 附图2页CN 111646853 A 2020.09.11
C N 111646853
A
1.一种改性生物质炭基肥及其制备方法，包括如下重量份数的组分制成：改性生物质炭粉5-40份；磷酸二铵10-20份；尿素20-25份；氯化钾6-10份；粘结剂1-6份；填充料10-50份。

2.根据权利要求1所述的一种改性生物质炭基肥及其制备方法，其特征在于：所述改性生物质炭为水稻秸秆炭、稻壳炭、小麦秸秆炭、玉米秸秆炭、果木炭、花生壳炭中至少一种通过改性后得到；所述粘结剂为氧化淀粉、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、海藻酸钠中至少一种溶于水后形成；所述填充料为高岭土、膨润土、白土、滑石粉中至少一种。

3.根据权利要求2所述的一种改性生物质炭基肥及其制备方法，其特征在于：所述改性生物质炭的制备方法包括如下步骤：步骤a：将水稻秸秆、稻壳、小麦秸秆、玉米秸秆、果木屑和花生壳中至少一种在厌氧条件下炭化，冷却后粉碎，过100-200目筛；步骤b：将所述生物质炭进行改性。

4.根据权利要求2所述的一种改性生物质炭基肥及其制备方法，其特征在于：所述粘结剂的水溶液质量浓度为3%-10%。

5. 根据权利要求3所述的一种改性生物质炭基肥及其制备方法，其特征在于：所述厌氧条件下炭化温度为250-700℃，炭化时间2-4h；所述生物质炭改性方法为酸浸泡法; 酸浸泡法溶液为木醋液原液、2%硫酸、2%盐酸中至少一种，浸泡时间为24-48h。

6.根据权利要求3所述的一种改性生物质炭基肥及其制备方法，其特征在于：所述改性生物质炭基肥料粒径为2-4mm。

7.根据权利要求1所述的一种改性生物质炭基肥制备方法，其特征在于：步骤a：按权利要求1-6任一项所述改性生物质炭基肥的组分配比称取各组分；
步骤b：将所述改性生物质炭与上述组分混合，并喷入粘结剂溶液，采用造粒工艺进行造粒成型，干燥，即得到所述改性生物质炭基肥。

8.根据权利要求7所述的一种改性生物质炭基肥制备方法，其特征在于：步骤A：将水稻秸秆、稻壳、小麦秸秆、玉米秸秆、果木屑和花生壳中至少一种在厌氧条件下炭化，冷却后粉碎，过100-200目筛；
步骤B：将所述生物质炭进行改性。

所述厌氧条件下炭化温度为250-700℃，炭化时间2-4h；
所述生物质炭改性方法为酸浸泡法，酸浸泡法溶液为木醋液原液、2%硫酸、2%盐酸中至少一种，浸泡时间为24-48h。

9.根据权利要求7所述的一种改性生物质炭基肥制备方法，其特征在于：所述造粒工艺采用圆盘造粒机、挤压造粒机中的至少一种。

10.根据权利要求1所述的一种改性生物质炭基肥及其制备方法，其特征在于：将所述改性生物质炭基肥作为基肥或者追肥施于大田作物或者经济作物田块。

权　利　要　求　书1/1页CN 111646853 A
一种改性生物质炭基肥及其制备方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及农业肥料领域，更具体的为一种改性生物质炭基肥及其制备方法。

[0003]
背景技术
[0004]近些年，我国化肥的施用量伴随着农业发展快速增加。

据统计，近三十年来，我国农作物化肥施用量从1990年的2590.3万吨到2018年的5653.4万吨，增长了2倍多。

氮磷钾肥的当季利用率近年来虽然有所提高，但与世界发达国家相比还有很大的差距。

化肥过量施用不仅会造成土壤酸化、板结等问题，而且也会给生态环境带来巨大的负面影响，如水体富营养化、温室气体排放等问题。

为了改善当前农业上因化肥施用带来的一系列能源和环境问题，促进农业可持续发展，2015年农业部制订了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》，提出力争到2020年主要农作物化肥使用量实现零增长。

因此，如何通过材料和技术的手段开发出一种环境友好的新型高效肥料，对我国农业的可持续发展来说尤为重要。

[0005]生物质炭是生物质在厌氧条件下经高温热裂解得到的富含碳的有机物质，其具有丰富的孔隙结构，并且表面带有多种官能团。

有研究表明，施用生物质炭可改善土壤结构，提高土壤保水保肥能力，降低温室气体排放，提高作物的产量（张斌，刘晓雨，潘根兴，等. 施用生物质炭后稻田土壤性质、水稻产量和痕量温室气体排放的变化[J]. 中国农业科学, 2012, 45(23):4844 – 4853）。

炭基肥料是以生物质炭为添加材料，将其与化肥原料一起制备成的新型肥料。

已有研究表明，秸秆、猪粪、花生壳等生物质炭制成的炭基肥均可显著提高作物产量及氮素利用率（乔志刚, 付嘉英, 郑金伟, 等. 不同炭基肥对青椒生长、品质和氮素农学利用率的影响[J]. 土壤通报, 2014, 45(1): 174 - 179）。

但由于生物质炭属于碱性物质，其pH一般在8-10之间，将其直接与生理酸性肥料混合，往往会降低肥效，因此，在不破坏其功能基团的前提下，通过改性手段，将生物质炭pH降低到中性或者弱碱性，与化学肥料混合制备成改性生物质炭基肥， 可以在延缓养分释放期的同时，对土壤改良起到一定的作用，同时也为农业废弃物的资源化利用提供新的思路。

[0006]
发明内容
[0007]本发明针对当前化肥施用过量、农林废弃物资源化利用困难以及生物质炭由于其自身pH较高，对普通肥料养分释放会造成一定损失的问题，提供一种改性生物质炭基肥及其制备方法，以达到提高肥效，改良土壤和有效处理农林废弃物的目的。

[0008]本发明提供的改性生物质炭基肥，它包括如下重量份数的组分制成：改性生物质炭粉5-40份；磷酸二铵10-20份；尿素20-25份；氯化钾6-10份；粘结剂1-6份；填充料10-50份。

[0009]本发明中，所述改性生物质炭基肥，具体包括下述至少一种重量分数的组分制成：
1、改性生物质炭粉5份；酸二铵16.7份；尿素20.3份；氯化钾8.4份；粘结剂5份；填充料44.6份；
2、改性生物质炭粉10份；磷酸二铵16.7份；尿素20.3份；氯化钾8.4份；粘结剂4份；填充料40.6份；
3、改性生物质炭粉20份；磷酸二铵16.7份；尿素20.3份；氯化钾8.4份；粘结剂3份；填充料31.6份；
4、改性生物质炭粉40份；磷酸二铵16.7份；尿素20.3份；氯化钾8.4份；质量浓度粘结剂4份；填充料10.6份；
5、改性生物质炭粉5-40份；磷酸二铵10-20份；尿素20-25份；氯化钾6-10份；粘结剂1-6份；填充料10-50份。

[0010]上述改性生物质炭基肥中，所述改性生物质炭为水稻秸秆炭、稻壳炭、小麦秸秆炭、玉米秸秆炭、果木炭、花生壳炭中至少一种通过改性后得到；
所述粘结剂为氧化淀粉、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、海藻酸钠中至少一种；
所述填充料为高岭土、膨润土、白土、滑石粉中至少一种。

[0011]上述改性生物质炭基肥中，所述改性生物质炭的制备方法包括如下步骤：步骤a：将水稻秸秆、稻壳、小麦秸秆、玉米秸秆、果木屑和花生壳中至少一种在厌氧条件下炭化，冷却后粉碎，过100-200目筛；步骤b：将所述生物质炭进行改性。

[0012]所述粘结剂的水溶液质量浓度为3%-10%。

[0013]所述厌氧条件下炭化温度为250-700℃，炭化时间2-4h；所述生物质炭改性方法为酸浸泡法，木醋液原液、2%硫酸、2%盐酸中至少一种，浸泡时间为24-48h。

[0014]上述的改性生物质炭基肥中，所述改性生物质炭基肥料粒径可为2-4mm，具体可为2.5mm。

[0015]本发明还提供了上述的改性生物质炭基肥料的制备方法，包括如下步骤：步骤a：将所述磷酸二铵、所述尿素、所述氯化钾、所述填充料按组分配比称取各组分；
步骤b：将所述改性生物质炭与上述组分混合，并喷入粘结剂溶液，采用造粒工艺进行造粒成型，干燥，即得到所述改性生物质炭基肥。

[0016]上述方法中，所述造粒工艺采用圆盘造粒机或者对辊式挤压造粒机。

[0017]本发明进一步提供了上述改性生物质炭基肥的使用方法，包括如下步骤：将所述改性生物质炭基肥作为基肥或者追肥施于大田作物或者经济作物田块。

[0018]本发明中，给农田作物长期施肥时，可单独作为基肥或者追肥使用，也可根据作物对养分的吸收规律，与其他化肥或者有机肥混合施用。

[0019]本发明具有以下优点：
本发明改性生物质炭基肥是一种高效环保的新型肥料，通过改性后的生物质炭与生理酸性肥料混合后，不会降低肥料有效性。

本发明的原材料价廉易得、制备工艺简单、养分释放期长，可有效保持土壤肥力、改良土壤，同时也是农业废弃物资源化利用的一个有效途径。

[0020]
附图说明
[0021]下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。

[0022]图1为肥料氮素累计释放率（%）。

[0023]图2为不同施肥处理对辣椒产量的影响。

[0024]图3为辣椒采摘后土壤各组分含量。

[0025]图4为改性生物质基肥保水性能的测试。

[0026]
具体实施方式
[0027]下面结合图1-4，对本发明进行进一步的详细说明
下列实例中所涉及的材料，如无特别说明，均可通过商业途径获得。

[0028]实施例1、改性生物质炭基肥的制备
首先，将水稻壳在厌氧条件下，400℃环境炭化3h，冷却后粉碎过100目筛，将所得生物质炭粉在木醋液原液中浸泡36h，取出过滤后烘干。

然后，称取改性后的生物质炭粉100g、磷酸二铵167g、尿素203g、氯化钾84g与406g高岭土混合均匀，倒入圆盘造粒机中，圆盘倾角设为45°，转速为45r/min，温度为50℃，同时利用高压喷头喷入40g 3%聚丙烯酰胺水溶液，待造粒结束后，烘干取出，得到平均粒径为2.5mm的颗粒状肥料，即得到本发明改性生物质炭基肥。

[0029]实施例2、改性生物质炭基肥的制备
首先，将玉米秸秆在厌氧条件下，400℃环境炭化3h，冷却后粉碎过100目筛，将所得生物质炭粉在木醋液原液中浸泡36h，取出过滤后烘干。

然后，称取改性后的生物质炭粉200g、磷酸二铵167g、尿素203g、氯化钾84g与316g高岭土混合均匀，倒入圆盘造粒机中，圆盘倾角设为45°，转速为45r/min，温度为50℃，同时利用高压喷头喷入30g 6%海藻酸钠水溶液，待造粒结束后，烘干取出，得到平均粒径为2.5mm的颗粒状肥料，即得到本发明改性生物质炭基肥。

[0030]实施例3、改性生物质炭基肥的制备
首先，将小麦秸秆在厌氧条件下，300℃环境炭化3.5h，冷却后粉碎过100目筛，将所得生物质炭粉在2%硫酸溶液中浸泡30h，取出过滤后烘干。

然后，称取改性后的生物质炭粉400g、磷酸二铵167g、尿素203g、氯化钾84g与106g膨润土混合均匀，用喷壶均匀喷入40g 10%氧化淀粉水溶液，将混匀后的原料倒入对辊式挤压造粒机中造粒，造粒机转速设为20r/ min，待造粒结束后，取出烘干，得到粒径为2.5mm的颗粒状肥料，即得到本发明改性生物质炭基肥。

[0031]本发明改性生物质炭基肥的应用效果检测：
1、缓释性能的检测
供试肥料的缓释性能采用静水培养法，25℃水温，分别称取供试改性生物质炭基肥和市售普通肥料约5g（称准至 0.01g）放入 100 目尼龙纱网做成的小袋中，封口后，将小袋放入150ml 玻璃瓶或塑料瓶中，加入100ml水，加盖密封，分别置于25℃的生化恒温培养箱中，每处理设5次重复。

取样时，将瓶上下颠倒3次，使瓶内的液体浓度一致，移入100ml 容量瓶中，冷却至室温后定容至刻度，以备测定养分用。

然后，向装有试料小袋的瓶中再加入100ml 水，加盖密封后放入生化恒温培养箱继续培养。

取样时间为1d、2d、3d、5d、7d、10d、13d、20d、
28d，分析测定样品氮素溶出率。

[0032]缓释性能测定结果如表1所示，由表可知，本发明改性生物质炭基肥可有效延缓养分释放速率，具有缓释效果。

[0033]2、辣椒增产
利用盆栽试验，检测改性生物质炭基肥对辣椒的增产效应：选用直径20cm、高40cm圆形花盆，装入过0.5mm筛风干土8kg，每盆移栽一株辣椒苗，辣椒移栽前，按照N、P2O5、K2O分别为2、1、1.5g每公斤土的用量施入，同时设不施肥对照，每处理设5次重复。

辣椒采收时，每个花盆单独计产。

[0034]改性生物质炭基肥对辣椒的增产效应如图1所示，由图可知，本发明改性生物质炭基肥对辣椒产量具有一定的提升作用。

[0035]3、对土壤肥力的提升作用的检测
辣椒采摘后，分别采集各盆中土样，测定总有机碳、全氮、有效磷、速效钾。

[0036]供试肥料对土壤肥力的提升作用的结果如表2所示，由表可知，本发明对土壤养分含量的提升有一定的作用。

[0037]4、保水性能的检测
采用长70cm、直径10cm的PVC管，装入2kg过0.1mm筛风干土后，加入纯水至土壤水分达到饱和状态后，静置24h，称取供试改性生物质炭基肥5.000g埋入土层20cm深处，分别于第1、2、3、4、6、8、12、20、24天时加入纯水1000mL，用漏斗接收PVC管淋出水，量筒量取淋出水的体积，以等质量的普通肥料作为对照，每个处理设置5次重复。

[0038]供试肥料对土壤的保水性能的影响如表3所示，由表可知，本发明可以增加土壤对水分的保蓄作用。

[0039]当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

图1
图2
图3
图4。