生物炭基复混肥缓释特性研究

第43卷第3期2018年6月

广州化学

Guangzhou Chemistry

V ol. 43 No. 3

Jun. 2018

文章编号：1009-220X(2018)03-0060-05 DOI:10.16560/ki.gzhx.20180320

生物炭基复混肥缓释特性研究

易从圣1，宗同强1*，杜衍红2*，

李娜1，袁雨珍2，朱佳焘1

（1. 广州中科检测技术服务有限公司，广东广州510650；2. 广东省生态环境技术研究所，广东广州510650）

摘要：以油茶壳、稻壳为原料，利用连续热解装置分别在400℃、500℃进行热解，制备油茶壳炭和

稻壳炭，将生物炭与尿素、磷酸氢二钾以及自制的淀粉胶黏剂不同比例混合进行挤压造粒，制备了多

种生物炭基复混肥，研究不同配比的生物炭基复混肥的缓释特性，发现稻壳炭基复混肥尿素缓释性能

优于油茶壳炭基复混肥，500℃热解的稻壳炭与尿素、磷酸氢二钾比例为7∶1.5∶1.5时缓释性能最佳。

本研究为开发新型环境友好型缓释复混肥提供了新的方法和视角。

关键词：生物炭；炭基肥；缓释特性

中图分类号：S145.5 文献标识码：A

中国是农业大国，同时也是化肥消费大国，氮肥消费量占世界氮肥总量的30%[1]。传统的普通化肥具有利用率不高、流失率高的缺点[2]。随着大量的化肥施入农田，化肥污染问题、土壤板结问题等越来越严重，环境友好型和资源节约型的新型肥料的研究与应用越来越受到重视[3]。

目前，生物炭以其稳定的碳架结构、发达的孔隙结构和比表面积，可作为土壤的碳汇剂和改良剂，这引起了学术界的广泛关注[4-6]。已有研究发现，生物炭可改善酸性红壤环境促进作物的生长[7]，生物炭还田增加土壤有机碳[8-9]、改善土壤板结状况[10]。生物炭作为化学肥料的载体制备炭基复混肥为生物炭的还田提供了一条更为有效的途径，也为缓释肥的研究提供了新的视角。研究发现生物炭基缓释复混肥料作为新型肥料，能够减缓肥料养分释放速率[11]，降低养分流失对水环境的污染，而生物炭留在土壤中可以改善土壤性能，提高土壤的生产力以及减少环境污染[12]。一般来说，生物炭基缓释肥由生物炭、粘结剂、化学肥料组成，不同生物炭、炭肥比等都会影响生物炭基肥的缓释性能[13]。以生物炭为载体，分别釆用简单掺混、固液吸附和化学反应工艺将生物炭与硫酸铵进行复合，制备了3种炭基氮肥，其制备的生物炭基肥料具有较好的控释效果[14]。王剑等[15]利用生物炭作为肥料的包裹材料制备了三种不同厚度的生物炭基包裹型缓释肥料，发现制备肥料的缓释效果随包裹厚度增大而增加。

本文主要采用两种热解温度制备的油茶壳炭、稻壳炭作为尿素的载体，并与磷肥和钾肥进行混合造粒，制备了12种炭基复混肥，探究其缓释特性，为生物炭基复混肥的制备和应用提供新的方法和依据。

1 实验

1.1仪器和试剂

尿素、磷酸氢二钾、二甲氨基苯甲醛、硫酸均为分析纯；生物炭材料：油茶壳来自云南腾冲农场，稻

收稿日期：2018-04-19

基金项目：广东省科学院创新人才资助专项，多功能生物炭复合菌剂制备及其钝化土壤重金属效应研究（2017GDASCX-0829）。作者简介：易从圣（1986~），男，江西宜春人，工程师，本科；主要从事化学检测方法开发和材料研究。

∗通讯作者：宗同强（1986~），男，江西南昌人，工程师，硕士；主要从事检测方法的开发。254297012@ 杜衍红（1984~），女，山东泰安人，助研，博士；主要从事生物炭对酸性红壤的改良应用研究。yhdu@

第4期易从圣等：生物炭基复混肥缓释特性研究61

壳是来自广州岑村某碾米厂。淀粉胶黏剂为自制的玉米淀粉胶黏剂。

紫外分光光度计（上海佑科，UV762），全自动工业分析仪（长沙友欣YX-GYFX7701）。

1.2生物炭制备实验

油茶壳和稻壳经过烘干粉碎后，利用快速连续热解方法在400℃、500℃限氧条件下进行热解，得到固态产物油茶壳炭和稻壳炭，标记为COSC400、COSC500、RHC400、RHC500，生物炭冷却后进行粉碎并过100目筛备用；生物炭经过工业分析仪测的水分、灰分、挥发分和固定碳的比例如表1所示，稻壳炭的灰分比较高，油茶壳炭的固定碳含量比较高，500℃热解制备的生物炭挥发分降低，灰分和固定碳增加。

表1 生物炭工业分析

水分/ % 灰分/ % 挥发份/ % 固定碳/ %

400℃油茶壳 6.02 3.77 36.87 53.34

500℃油茶壳 5.97 3.8 23.39 66.84

400℃稻壳 5.46 27.01 27.56 39.97

500℃稻壳 4.17 30.69 14.3 50.84

1.3生物炭基缓释复混肥制备

设计不同生物炭与化肥配比组合（如表2所示），添加适量胶黏剂，利用挤压造粒机进行造粒，低温烘干密封保存。

表2 炭基缓释复混肥种类

编号肥料代号原料热解温度/℃材料配比（炭粉/尿素/磷酸氢二钾）

1 COSC400-SROF1 油茶壳400 3∶1∶1

2 COSC400-SROF2 油茶壳400 4∶1∶1

3 COSC400-SROF3 油茶壳400 7∶1.5∶1.5

4 COSC500-SROF1 油茶壳500 3∶1∶1

5 COSC500-SROF2 油茶壳500 4∶1∶1

6 COSC500-SROF3 油茶壳500 7∶1.5∶1.5

7 RHC400-SROF1 稻壳400 3∶1∶1

8 RHC400-SROF2 稻壳400 4∶1∶1

9 RHC400-SROF3 稻壳400 7∶1.5∶1.5

10 RHC500-SROF1 稻壳500 3∶1∶1

11 RHC500-SROF2 稻壳500 4∶1:1

12 RHC500-SROF3 稻壳500 7∶1.5∶1.5

1.4炭基缓释复混肥缓释性能测试实验

通过土柱淋溶法分析炭基缓释复混肥单次尿素淋出率。模拟土柱，制备淋溶管：取550 mL矿泉水瓶去掉底盖改制成淋溶管主体，瓶底直径6.0 cm，瓶高22.0 cm，瓶口作为淋溶出口。由打孔器统一为橡胶塞钻孔，孔上配置移液枪枪头改制的过滤嘴。橡胶塞塞紧瓶口，在瓶内淋溶出口处附上一层纱布和两层滤纸。

装土：模拟耕层土壤，设置土柱高度15 cm，压实，均匀铺满5 g炭基缓释复混肥，再覆盖5 cm厚度的土层。

收集滤液：实验第一天加入蒸馏水250 mL，以后每隔24小时缓慢加入加蒸馏水100 mL，下方用250 mL