生物質炭基硅肥及其制備方法和應用的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種生物質炭基硅肥，包括混合均勻的粉狀生物質炭、粉狀偏硅酸鈉、水，其中偏硅酸鈉吸附在生物質炭表面。與單施硅肥相比，本發明公開的生物質炭基硅肥施用在果園土壤中可有效提高土壤中的硅元素濃度并促進硅的吸收和運輸，最終提高果實的營養品質。
【專利說明】生物質炭基硅肥及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用在果園中的生物質炭基硅肥，屬于肥料和農業生物學領域。
【背景技術】
[0002]硅不是植物生長的必需營養元素，但對于很多植物來說，硅是有益元素，對于植物的抗逆性等具有重要的影響。已有的研究顯示，硅肥對水稻的品質、產量、抗病蟲、抗重金屬污染等方面表現出非常積極的作用，但在其農作物的上的研究相對較少。
[0003]黃土高原是我國重要的水果產地，尤其是蘋果生產基地，但長期種植下，由于黃土肥力本身偏低，土壤干旱，果樹常常出現營養不良的癥狀，容易發生生理性病害，最終影響到產量和品質。為了解決這個問題，需要通過合理營養調控，促進蘋果持續健康生長。
[0004]已有一些初步的研究表明，硅元素對促進果樹生長具有一定的積極效果，但是如何將硅元素有效的輸送給果樹在本領域還沒有成熟的解決方案。參考早期的在農田中的使用方法，可以通過施用無機硅肥。但無機硅肥受到土壤的吸附和固定的影響，其效果很不穩定，不具有推廣價值。
[0005]近年來，已有人嘗試通過復合肥料將硅元素添加到土壤中，例如中國專利申請201310616977.1公開了一種復合化肥，是一種專用在水稻品種的化肥，包括氮磷鉀大量元素和微量元素，其中添加少量的來源于向日葵的生物質炭，其制備方法是把無機肥料先造粒，然后把尿素形成的熔漿與生物質炭進行復合，再噴布于無機肥料的顆粒的表面，從而包裹肥料，這種肥料對于密植的農田農作物有一定的效果，但是對于果園土壤并不適用。
【發明內容】
[0006]針對現有技術的缺陷，本發明 申請人:公開了一種生物質炭基硅肥，利用堿性生物質炭促進偏娃酸納的溶解，減少土壤對偏娃酸根的固定，提聞娃的生物有效性。
[0007]為實現上述目的，本發明是通過下述技術方案實現的:
[0008]生物質炭基硅肥，包括混合均勻的粉狀生物質炭、粉狀偏硅酸鈉、水，其中偏硅酸鈉吸附在生物質炭表面。
[0009]通過上述組成，偏硅酸鈉在水中部分發生溶解與生物質炭中的芳香環有機高分子發生聚合反應，從而形成穩定結構，提高果樹吸收硅的生物有效性。
[0010]在本發明中，所述生物質炭是基于 申請人:的早期研究和專利申請制備的，具體的說，是以蘋果枝條為原料，粉碎后在厭氧裂解爐中，在溫度300-600 V，優選400-500 °C下進行處理2-5h，優選3-4h獲得的產物，其pH值在7.2-12之間，有機碳含量在45-75%之間，生物炭陽離子代換量在15-70cmol/kg之間。
[0011]為了提高二者在水作用下的相互融合，生物質炭粒徑、偏硅酸鈉粒徑均不高于
0.25mm0
[0012]優選的，生物質炭與偏硅酸鈉的質量比為1: 0.5-1，水的質量含量為約20%。
[0013]在上述中， 申請人:使用了水含量約20%的概念，是由于水的用量的變化并不會顯著影響最終效果，一般而言，上述約20%等價于水的質量含量在15-25%之間自由調節。
[0014]在上述中，各含量是以干基表示，也就是以最終獲得的產品中的各成分的含量，而非原始原料的用量比例。
[0015] 申請人:深入研究了生物質碳與偏硅酸鈉的配比，發現二者含量相同時效果是最佳的。
[0016]相應的，本發明公開了上述生物質炭基硅肥的制備方法，具體的是，首先將生物質炭粉碎過篩后加入到水中充分拌勻，然后加入粉狀偏硅酸鈉次充分拌勻，晾曬至含水量約為20%，裝袋。
[0017]優選采用下述方法:首先將生物質炭粉碎過篩后加入30%左右的水，混勻；然后按1:1比例(生物質炭:偏硅酸鈉)加入粉狀偏硅酸鈉充分拌勻，晾曬至含水量約為20%，裝袋。
[0018]在上述中，30%左右指的是25-35%。
[0019]為了降低生產難度，還包括在晾曬前靜置的步驟。
[0020]上述的靜置、晾曬并不限定特別條件，優選室溫、自然通風的條件下進行。
[0021]由于本發明的生物質炭基硅肥能夠顯著提高提高了硅肥在果園土壤的有效性，因此本發明還公開了該生物質炭基硅肥作為果園土壤肥料的應用。
[0022]當用于果園時，其用量可根據果園的土壤情況、種植密度等進行調整，通常情況下，在冬季或春季，每畝果園施用150-300kg生物質炭基娃肥。
[0023]上述的果園，優選是蘋果果園，然后其他果園也是同樣適用的。
[0024]通過組成改進，本發明的生物質炭基硅肥取得了如下技術進步:
[0025](I)提高了硅肥在土壤的有效性。和單施硅肥的相比，生物質炭基硅肥硅在土壤中使有效硅濃度提高了 8-15%。
[0026](2)促進了硅的吸收和運輸。和單施硅肥相比，生物質炭基硅肥使蘋果樹的根系、韌皮部、樹葉中的硅含量分別提高24.7%、16.1 %、17.0% ;以蘋果樹進行評價，使蘋果果皮和果肉中硅含量分別提高了 17.0%、11.0%左右。
[0027](3)提高了果實的營養品質，以蘋果樹進行評價，和單施硅肥相比，生物質炭基硅肥使蘋果果實的Vc和可溶性固形物的含量分別提高了 12.6%和10%;可滴定酸下降13%。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1為不同組成比例下的生物質炭基硅肥的pH ；
[0029]圖2為不同組成比例下的生物質炭基硅肥的溶出率；
[0030]圖3為生物質炭掃描結構圖；
[0031]圖4為生物質炭基硅肥掃描結構圖；
[0032]圖5為不同施娃量下土壤有效娃含量變化；
[0033]圖6為不同施娃量下根系娃含量變化；
[0034]圖7為不同施硅量果樹韌皮部硅含量變化；
[0035]圖8為不同施硅量果樹葉片硅含量變化；
[0036]圖9為不同施娃量蘋果果皮含娃量變化；
[0037]圖10為不同施硅量蘋果果肉含硅量變化；
[0038]圖11為不同施硅水平下蘋果硬度變化；
[0039]圖12為不同施硅水平下蘋果可溶性固形物變化；
[0040]圖13為不同施硅水平下蘋果可滴定酸變化；
[0041]圖14為不同施硅水平下蘋果Vc含量變化。
【具體實施方式】
[0042]在下述實施中，所用的生物質炭是通過以下工藝獲得的:蘋果枝條為原料，粉碎至3-5cm的碎節，在厭氧裂解爐中進行400-500°C的處理，處理時間為3-3.5小時。
[0043]實施例1:生物質炭基硅肥的結構和性質研究
[0044]1、試驗方案
[0045]1.1、酸堿性測定:將生物質炭和無水偏硅酸鈉按照1: 0.5、1: 1、1: 2、1: 3比例進行復配，然后取上述混合物10個，加入25ml的蒸餾水，震蕩半小時，用pH計測定其PH值(同時進行純生物質炭和無水偏硅酸鈉的測定，分別用1: O和O:1來表示)。
[0046]1.2、養分溶出性質測定:將上述配制的不同比例的生物質炭基硅肥5.0g，放在500ml的錐形瓶中，加入500ml的水，分別放置12h和24h (每2h振蕩30分鐘)，然后過濾，測定濾液中硅的含量，同時進行空白(生物質碳)試驗，計算硅的溶出率。
[0047]1.3、利用電子顯微技術，對生物質炭和生物質炭基硅肥的結構進行掃描
[0048]2.結果分析
[0049]參考附圖1所示，生物質炭由于一些堿金屬等灰分的存在，本身顯示出一定的堿性(pH約11.6)，而純的無水偏硅酸鈉，屬于弱酸強堿鹽，其pH為12.4。隨著生物質炭中加入偏硅酸鈉的增加，配比由1: 0.5變化到1: 3，所形成的生物質炭基硅肥的pH逐漸增大，由11.79變為12.32，但始終比偏硅酸鈉的低。
[0050]參考附圖2所示，隨著生物質炭與無水偏硅酸鈉比例由1: 0.5變化為1: 3，硅的溶出性有增大趨勢，而且隨著溶出時間的延長，由12小時延長為24小時，硅的溶出性也增大。從不同配比可以看出，當生物質炭與偏硅酸鈉的比例1: 0.5和1: 1，兩者的溶出率都較低，說明在該比例下生物質炭對硅有吸附、保持作用，且兩者之間作用相當；而當生物質炭與偏硅酸鈉的比例1: 2和1:時，兩者的溶出率都較高，且兩者之間的相差較小。
[0051]上述結果說明，生物質炭對偏硅酸鈉的吸附、絡合等存在一個飽和度，當加入的偏硅酸鈉比較少時，低于吸附飽和度，則大多數偏硅酸鈉被生物質炭吸附固定，而加入偏硅酸鈉比較多時，高于吸附飽和度，則大多數偏硅酸鈉未被被生物質炭吸附固定，僅是機械混合在一起。相對而言，溶出率較低的生物質炭基硅肥則有較長的肥效。
[0052]參考圖3、4所示，從電子掃描圖可看出，生物質碳為多孔狀結構，具有較大的比表面積和內部管狀孔道，復配無機硅肥后，一些硅肥呈顆粒狀分布在其表面上。
[0053]3.試驗結論
[0054]綜合上述結果，生物質炭與無機硅肥進行配比，其最佳比例為1: 0.5到1:1。所得肥料略呈堿性，其pH為11.79-11.91左右。
[0055]實施例2:生物質炭基硅肥與無機硅肥的效果分析
[0056]1.試驗方案
[0057]1.1、生物質炭基硅肥制備:分別將37.5、75、150kg偏硅酸鈉與等質量的生物質炭進行復合，制造生物質炭基硅肥。具體方法為:分別將37.5、75、150kg生物質炭粉碎過篩((0.25mm)按質量比加入30% kg的自來水，充分拌勻后，分別加入37.5、75、150kg粉狀偏硅酸鈉，然后再次充分拌勻，使偏硅酸鈉充分吸附在生物質炭表面(偏硅酸鈉部分發生溶解，與生物質炭中的芳香環有機高分子發生聚合反應)。放置48小時后，自然晾曬至含水量為20%左右，然后裝袋施用。
[0058]1.2.施用:選擇15年樹齡的蘋果樹(盛果期果樹)，將上述制備的3種生物質炭基硅肥均勻分配給66棵果樹(當地每畝果園蘋果樹的數)。距果樹樹干80cm處東西南北各挖30cm深、30cm寬、10cm長的環形溝,將炭基娃肥施入溝中，并覆土。以上生物質炭基硅肥折算的土壤施硅量分別為250、500、1000mg/kg，同時進行等量的單施硅肥試驗，以便比較生物質炭基硅肥與無機硅肥的效果比較。
[0059]2.生物質炭基硅肥與無機硅肥的效果分析
[0060]2.1對土壤有效硅影響的差異
[0061]參考圖5顯示，單施無機硅肥，雖然也可以提高土壤有效硅的濃度，且隨著施硅量增大，土壤有效硅含量也越來越高，當土壤施硅量為1000mg/kg時，土壤有效硅可以高達529mg/kg,對照不施娃為294mg/kg。
[0062]在等量的施硅條件下，施用生物質炭基硅肥，能更好地提高土壤有效硅的含量，從250mg/kg到1000mg/kg的施用量范圍，土壤有效硅比單施無機硅肥的處理提高了 8_15%。
[0063]2.2對果樹不同器官硅含量影響的差異
[0064]參考圖6所示，施用無機硅肥可以提高蘋果樹根系硅的含量，和不施硅肥的對照相比，施用硅肥后，根系含硅量顯著提高。施用生物質炭基硅肥，能進一步提高根系硅的含量，與單施無機硅肥的相比，根系硅的含量提高了 9-25%，其中，當施硅量為500mg/kg時，生物質炭基娃肥的對根系娃含量提聞幅度最大，相應增加了 25%左右。
[0065]同樣的，參考圖7、8，施用生物質炭基硅肥，也增加果樹韌皮部和葉片中硅的含量，和單施無機硅肥的處理相比(500mg/kg)，相應提高了 16%和17%。差異達到顯著水平。
[0066]2.3對蘋果果實含硅量影響的差異
[0067]參考圖9、10所示，不論施用無機硅肥還是施用生物質炭基硅肥，都能使蘋果果皮的含硅量提高，在250、500、1000mg/kg3個水平的硅肥用量下，施用生物質炭基硅肥更能提高果皮中硅的含量，相應比單施無機硅肥提高了 5-17%，其中以500mg/kg施肥水平下的提聞幅度最大，達到17%左右。同樣，施用生物質炭基娃肥也更能提聞果肉中娃的含量，相應比單施無機硅肥提高了 4-11 %，其中也以500mg/kg施肥水平下的提高幅度最大，達到11 %左右。
[0068]2.4對蘋果果實品質影響的差異
[0069]圖11到圖14反映了不同施硅條件下對蘋果品質的影響。施用硅肥對蘋果的硬度略有影響，隨著施硅量的增大，硬度有所增加，但總體增加幅度較小，達不到顯著水平。施硅對蘋果可溶性固形物有顯著影響，可以提高蘋果可溶性固形物的含量。和單施無機硅肥相t匕，施用生物質炭基硅肥更能提高蘋果可溶性固形物的含量，相應比單施無機硅肥提高了2-10%，其中也以500mg/kg施肥水平下的提高幅度最大，達到10%左右。施用硅肥，可以降低蘋果可滴定酸含量，和單施無機硅肥相比，施用生物質炭基硅肥的處理，可滴定酸含量降低了 2-13%，其中也以1000mg/kg施肥水平下的提高幅度最大，達到13%左右。施硅對蘋果Vc有顯著提高作用，和單施無機硅肥相比，施用生物質炭基硅肥更能提高蘋果Vc的含量，相應比單施無機硅肥的提高了 12%左右。
[0070]從施用硅肥對土壤有效硅以及硅在果樹根、韌皮部、葉片、果實含量以及多果實硬度、可溶性固形物、酸度、Vc的含量等品質指標的影響可看出，生物質炭基硅肥效果大于無機硅肥的效果。無論施生物質炭基硅肥，還是施無機硅肥，以土壤施硅量為500mg/kg時為最佳濃度，即以每畝施用150kg生物質炭基娃肥效果最佳。
[0071]在實驗過程中， 申請人:同時也研究了將用在水稻上的復合化肥(201310616977.1一種水稻專用生物質炭基復合肥料及其制備方法的技術方案)用在上述實驗設計中的效果(與無機硅肥用法類似)，發現其效果尚不如無機硅肥，顯示了由于成分組成、果樹與水稻生理特性等差異的存在，該肥料堆果園土壤使用沒有應用價值。
【權利要求】
1.生物質炭基硅肥，其特征在于包括混合均勻的粉狀生物質炭、粉狀偏硅酸鈉、水，其中偏硅酸鈉吸附在生物質炭表面。
2.根據權利要求1的生物質炭基硅肥，其特征在于生物質炭粒徑、偏硅酸鈉粒徑均不高于 0.25mm。
3.根據權利要求1的生物質炭基硅肥，其特征在于生物質炭與偏硅酸鈉的質量比為I: 0.5-1，水的質量含量為約20%。
4.權利要求1的生物質炭基硅肥的制備方法，其特征在于首先將生物質炭粉碎過篩后加入到水中充分拌勻，然后加入粉狀偏硅酸鈉再次充分拌勻，晾曬至含水量約為20%，裝袋。
5.根據權利要求4的制備方法，其特征在于還包括在晾曬前靜置的步驟。
6.權利要求1的生物質炭基硅肥作為果園土壤肥料的應用。
7.根據權利要求6的應用，其特征在于在冬季或春季，每畝果園施用150-300kg生物質炭基 娃肥。
【文檔編號】C05G3/00GK104130054SQ201410333731
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月14日 優先權日:2014年7月14日
【發明者】王旭東, 王蒙 申請人:西北農林科技大學