本發明涉及一種生物炭基質復混肥料及其制備方法。
背景技術：
秸稈作為農業生產中重要的副產品，秸稈中含有大量的有機質、一定量的氮、磷、鉀和微量元素等營養成分是農業生產的重要有機肥源之一。據統計，我國糧食作物秸稈依然是主要作物秸稈類型。其中稻草、玉米秸、麥秸是中國產量最高的三大農作物秸稈。目前在我國秸稈利用率僅有75％，其余的秸稈均被遺棄或焚燒掉，被利用的秸稈中大部分在農村地區作為生活用能源，且以直接燃燒為主；秸稈焚燒過程中不僅污染空氣環境，甚至會引發火災、交通事故等。因此，如何利用農作物秸稈是我國農業生產亟待解決的問題之一。
秸稈氣化干餾制碳等技術是解決秸稈的主要方法之一，生物炭是秸稈干餾等技術的副產物，生物炭的利用是秸稈干餾的重要環節。以生物炭為原料生產生物炭基肥，是促進秸稈綜合利用的重要環節。炭基肥料是以生物炭為基質與其他肥料復合而成的新型肥料，能有效提高土壤的肥力和透氣能力，同時具有對肥料的緩釋作用等。
技術實現要素：
本發明為了解決現有生物炭基肥制備過程繁瑣、加工成本高、肥料顆粒成粒效果差、化肥利用效率低、秸稈生物炭粉加工過程中能耗高和制備過程污染嚴重的問題，提出一種生物炭基質復混肥料及其制備方法；
本發明生物炭基質復混肥料，按質量份數由15～25份碳酰胺、15～30份過磷酸鈣或磷酸氫二銨、8～20份氯化鉀、5～10份膨潤土、0～2份微量元素、0～8份水、1～3份粘結劑和15～30份秸稈生物炭組成；
所述微量元素為螯合鋅和硫酸亞鐵按任意質量比例混合得到的混合物；所述粘結劑為膨潤土和植物淀粉的混合物；所述粘結劑中膨潤土和植物淀粉的質量比為10:1。
本發明生物炭基質復混肥料的制備方法按以下步驟進行：
一、將生物炭經過粉碎機粉碎成80～100目的細粉，將細粉輸送至封閉空間內靜置后回收備用；
二、按質量份數稱取尿素15～25份、磷酸氫二銨15～30份、氯化鉀8～20份、膨潤土5～10份、微量元素0～2份、粘結劑1～3份、水15～20份和秸稈生物炭15～30份；
從稱取的15～25份尿素、15～30份磷酸氫二銨和8～20份氯化鉀中取出8～15份尿素、8～10份磷酸氫二銨和5～10份氯化鉀并粉碎至80～100目，并與稱取的秸稈生物炭、膨潤土、微量元素和粘結劑混合，然后置于碾輪式混拌機中，在碾輪式混拌機的碾輪轉速為30r/min～45r/min的條件下，攪拌8分鐘；得到混合原料；剩余的尿素、磷酸氫二銨和氯化鉀備用；
三、將步驟二得到的混合原料置于圓盤造粒機中，與步驟二稱取的15～20份的水混合制備成粒徑為1.5～4.5mm的球形顆粒，然后將球形顆粒置于滾筒干燥機中于100～180℃停留15～45min，形成生物炭基母粒；
四、將步驟三的到的生物炭基母粒與步驟二中剩余的尿素、磷酸氫二銨和氯化鉀混合，得到含水量0～8％、機械強度大于85％和ph值為6.4～7.2的生物炭基質復混肥料。
本發明具備以下有益效果：
1、本發明生物炭基質復混肥料的含水量0～8％、機械強度大于85％和ph值為6.4～7.2符合國家相應標準；該肥料可以促進植物的生長發育，促進水稻苗期的生長，提高分蘗顯；同時可以增產5％以上，增收80元/畝，降低陳本10元/畝；
2、本發明針對作物秸稈炭造粒難問題，提出了通過調節水分含量和有機物無機物的比例，來提高生物炭的造粒效率，并且參考復混肥料的國家標準，將碳酰胺、過磷酸鈣、磷酸氫二銨、氯化鉀作為提供氮磷鉀元素的基礎肥料，并以秸稈炭為基質得到生物炭基母粒，再以母粒為基礎，配以含有氮磷鉀元素的化學肥料，混配得到復合肥料。復合肥料中生物質炭含量約為20％，無機總養分含量約為45％，并且可以根據主要的土壤類型、以及不同作物的生長特點，對不同作物生長所必需的大中微量元素，合理配比，提出不同作物需求的復合肥料；
3、本發明生物炭基質復混肥料在制備過程中，先將混合原料制粉，然后將粉料造粒，進而根據不同作物生長所必需的大中微量元素合理配比氮磷鉀肥料，得到生物炭基質復混肥料；粉料造粒的過程能夠實現氮磷鉀緩釋的作用，延長肥料的有效時限。
具體實施方式：
本發明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間的任意合理組合。
具體實施方式一：本實施方式一種生物炭基質復混肥料，該生物炭基質復混肥料按質量份數由15～25份碳酰胺、15～30份過磷酸鈣或磷酸氫二銨、8～20份氯化鉀、5～10份膨潤土、0～2份微量元素、0～8份水、1～3份粘結劑和15～30份秸稈生物炭組成。
本實施方式具備以下有益效果：
1、本實施方式生物炭基質復混肥料的含水量0～8％、機械強度大于85％和ph值為6.4～7.2符合國家相應標準；該肥料可以促進植物的生長發育，促進水稻苗期的生長，提高分蘗顯；同時可以增產5％以上，增收80元/畝，降低陳本10元/畝；
2、本實施方式針對作物秸稈炭造粒難問題，提出了通過調節水分含量和有機物無機物的比例，來提高生物炭的造粒效率，并且參考復混肥料的國家標準，將碳酰胺、過磷酸鈣、磷酸氫二銨、氯化鉀作為提供氮磷鉀元素的基礎肥料，并以秸稈炭為基質得到生物炭基母粒，再以母粒為基礎，配以含有氮磷鉀元素的化學肥料，混配得到復合肥料。復合肥料中生物質炭含量約為20％，無機總養分含量約為45％，并且可以根據主要的土壤類型、以及不同作物的生長特點，對不同作物生長所必需的大中微量元素，合理配比，提出不同作物需求的復合肥料；
3、本實施方式生物炭基質復混肥料在制備過程中，先將混合原料制粉，然后將粉料造粒，進而根據不同作物生長所必需的大中微量元素合理配比氮磷鉀肥料，得到生物炭基質復混肥料；粉料造粒的過程能夠實現氮磷鉀緩釋的作用，延長肥料的有效時限。
具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是：所述微量元素為螯合鋅和硫酸亞鐵按任意質量比例混合得到的混合物。其他步驟和參數與具體實施方式一相同。
具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二不同的是：所述粘結劑為膨潤土和植物淀粉的混合物。其他步驟和參數與具體實施方式一或二相同。
具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式三不同的是：所述粘結劑中膨潤土和植物淀粉的質量比為10:1。其他步驟和參數與具體實施方式三相同。
具體實施方式五：本實施方式一種生物炭基質復混肥料的制備方法，該制備方法按以下步驟進行：
一、將生物炭經過粉碎機粉碎成80～100目的細粉，將細粉輸送至封閉空間內靜置后回收備用；
二、按質量份數稱取尿素15～25份、磷酸氫二銨15～30份、氯化鉀8～20份、膨潤土5～10份、微量元素0～2份、粘結劑1～3份、水15～20份和秸稈生物炭15～30份；
從稱取的15～25份尿素、15～30份磷酸氫二銨和8～20份氯化鉀中取出8～15份尿素、8～10份磷酸氫二銨和5～10份氯化鉀并粉碎至80～100目，并與稱取的秸稈生物炭、膨潤土、微量元素和粘結劑混合，然后置于碾輪式混拌機中，在碾輪式混拌機的碾輪轉速為30r/min～45r/min的條件下，攪拌8分鐘；得到混合原料；剩余的尿素、磷酸氫二銨和氯化鉀備用；
三、將步驟二得到的混合原料置于圓盤造粒機中，與步驟二稱取的15～20份的水混合制備成粒徑為1.5～4.5mm的球形顆粒，然后將球形顆粒置于滾筒干燥機中于100～180℃停留15～45min，形成生物炭基母粒；
四、將步驟三的到的生物炭基母粒與步驟二中剩余的尿素、磷酸氫二銨和氯化鉀混合，得到含水量0～8％、機械強度大于85％和ph值為6.4～7.2的生物炭基質復混肥料。
本實施方式具備以下有益效果：
1、本實施方式生物炭基質復混肥料的含水量0～8％、機械強度大于85％和ph值為6.4～7.2符合國家相應標準；該肥料可以促進植物的生長發育，促進水稻苗期的生長，提高分蘗顯；同時可以增產5％以上，增收80元/畝，降低陳本10元/畝；
2、本實施方式針對作物秸稈炭造粒難問題，提出了通過調節水分含量和有機物無機物的比例，來提高生物炭的造粒效率，并且參考復混肥料的國家標準，將碳酰胺、過磷酸鈣、磷酸氫二銨、氯化鉀作為提供氮磷鉀元素的基礎肥料，并以秸稈炭為基質得到生物炭基母粒，再以母粒為基礎，配以含有氮磷鉀元素的化學肥料，混配得到復合肥料。復合肥料中生物質炭含量約為20％，無機總養分含量約為45％，并且可以根據主要的土壤類型、以及不同作物的生長特點，對不同作物生長所必需的大中微量元素，合理配比，提出不同作物需求的復合肥料；
3、本實施方式生物炭基質復混肥料在制備過程中，先將混合原料制粉，然后將粉料造粒，進而根據不同作物生長所必需的大中微量元素合理配比氮磷鉀肥料，得到生物炭基質復混肥料；粉料造粒的過程能夠實現氮磷鉀緩釋的作用，延長肥料的有效時限。
具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式五不同的是：步驟二所述按質量份數稱取尿素23.8份、磷酸氫二銨20份、氯化鉀14份、膨潤土10份、微量元素2份和粘結劑2份、水20份和20份秸稈生物炭。其他步驟和參數與具體實施方式五相同。
實施例1：
本實施例生物炭基質復混肥料的制備方法按以下步驟進行：
一、將生物炭經過粉碎機粉碎成100目的細粉，將細粉輸送至封閉空間內靜置后回收備用；
二、按質量份數稱取尿素23.8份、磷酸氫二銨20份、氯化鉀14份、膨潤土10份、微量元素2份、粘結劑2份、水20份和20份秸稈生物炭；
所述微量元素為螯合鋅和硫酸亞鐵按任意質量比例混合得到的混合物；所述粘結劑為膨潤土和植物淀粉的混合物；所述粘結劑中膨潤土和植物淀粉的質量比為10:1；
從稱取的23.8份尿素、20份磷酸氫二銨和20份氯化鉀中取出14份尿素、10份磷酸氫二銨和10份氯化鉀并粉碎至100目，并與稱取的秸稈生物炭、膨潤土、微量元素和粘結劑混合，然后置于碾輪式混拌機中，在碾輪式混拌機的碾輪轉速為45r/min的條件下，攪拌8分鐘；得到混合原料；剩余的尿素、磷酸氫二銨和氯化鉀備用；
三、將步驟二得到的混合原料置于圓盤造粒機中，與步驟二稱取的20份的水混合制備成粒徑為3mm的球形顆粒，然后將球形顆粒置于滾筒干燥機中于150℃停留30min，形成生物炭基母粒；
四、將步驟三的到的生物炭基母粒與步驟二中剩余的尿素、磷酸氫二銨和氯化鉀混合，得到含水量8％、機械強度大于85％和ph值為7.2的生物炭基質復混肥料。
采用實施例1制備的生物炭基質復混肥料進行如下玉米實驗：
玉米試驗選擇在黑龍江省蘭西縣農業科技園區，試驗區土壤為典型黑土，土壤肥力中等。試驗區劃分2個試驗區，每個試驗區的面積都為300畝，在2個試驗區內種植的玉米品種都是譽成1號；其中，一個試驗區內施加實施例1制備的生物炭基質復混肥料50kg/畝，另一個試驗區內施加氮磷鉀復合肥50kg/畝作為對照，種植密度7.2萬株/公頃，栽培方式是大壟雙行技術，壟距110cm，株距25cm；
施加了實施例1制備的生物炭基質復混肥料的試驗區與施加常規肥料的試驗區相比較，比較結構如表1所示；由表1可知，該種肥料可以促進玉米的生長發育，對玉米株高、莖粗、穗長和穗粗具有明顯的促進作用，分別增加了1.0cm、0.15cm、1.7cm和0.6cm，減少玉米禿尖0.35cm，提高百粒重2.6g，常規施肥處理畝產791.7kg，生物炭基質復混肥料畝產927.8kg。畝增產136.1kg，增產幅度為17.2％；統計分析結果表明，產量差異皆達到了顯著水平。在畝投入相同的情況下，施加了實施例1制備的生物炭基質復混肥料的試驗區畝增收176.39元。
實施例2：
采用實施例1制備的生物炭基質復混肥料進行如下水稻實驗：水稻試驗選擇在黑龍江省蘭西縣農業科技園區，試驗區土壤為典型黑土，土壤肥力中等。試驗區劃分2個試驗區，每個試驗區的面積都為300畝，在2個試驗區內種植的水稻品種都是稻花香早2，其中，一個試驗區內施加實施例2制備的生物炭基質復混肥料45kg/畝，另一個試驗區內施加氮磷鉀復合肥45kg/畝作為對照，種植密度31萬株/公頃，栽培方式是旱育稀植，27cm╳12cm；
施加了實施例2制備的生物炭基質復混肥料的試驗區與施加常規肥料的試驗區相比較，比較結構如表2所示；由表2可知，生物炭基質復混肥料可以促進水稻苗期的生長，施用生物炭基質復混肥料試驗區分蘗顯著好于常規對照，平均每穴分蘗增加1.5個，株高降低5.9cm；由此可知，生物炭基質復混肥料可以明顯地提高水稻穗長、谷草比和單位面積收獲穗數。與常規施肥的對照試驗區相比，穗長增加1.2cm，每穴穗數增加5.6個，穗粒數增加19.1個，谷草比提高0.04，千粒重提高0.3g，而結實率提高2.9％。生物炭基復混肥可以提高水稻產量，產量為752.4kg/667m2，比對照試驗區增產102.7kg，增產率為15.8％。方差分析表明，差異達到顯著水平。在投入相同成本的情況下，施用生物炭基質復混肥料試驗區分畝增收410.8元。
表1
表2
實施例3：
本實施例生物炭基質復混肥料的制備方法按以下步驟進行：
一、將生物炭經過粉碎機粉碎成100目的細粉，將細粉輸送至封閉空間內靜置后回收備用；
二、按質量份數稱取尿素25份、磷酸氫二銨30份、氯化鉀20份、膨潤土10份、粘結劑2份、水20份和20份秸稈生物炭；
從稱取的25份尿素、30份磷酸氫二銨和20份氯化鉀中取出8份尿素、8份磷酸氫二銨和5份氯化鉀并粉碎至100目，并與稱取的秸稈生物炭、膨潤土和粘結劑混合，然后置于碾輪式混拌機中，在碾輪式混拌機的碾輪轉速為45r/min的條件下，攪拌8分鐘；得到混合原料；剩余的尿素、磷酸氫二銨和氯化鉀備用；
三、將步驟二得到的混合原料置于圓盤造粒機中，與步驟二稱取的20份的水混合制備成粒徑為4.5mm的球形顆粒，然后將球形顆粒置于滾筒干燥機中于180℃停留15min，形成生物炭基母粒；
四、將步驟三的到的生物炭基母粒與步驟二中剩余的尿素、磷酸氫二銨和氯化鉀混合，得到含水量7％、機械強度大于85％和ph值為7.2的生物炭基質復混肥料。
本發明具備以下有益效果：
1、本實施例生物炭基質復混肥料的含水量7％、機械強度90％和ph值為7符合國家相應標準；該肥料可以促進植物的生長發育，促進水稻苗期的生長，提高分蘗顯；同時可以增產5％，增收80元/畝，降低陳本10元/畝；
2、本實施例針對作物秸稈炭造粒難問題，提出了通過調節水分含量和有機物無機物的比例，來提高生物炭的造粒效率，并且參考復混肥料的國家標準，將碳酰胺、過磷酸鈣、磷酸氫二銨、氯化鉀作為提供氮磷鉀元素的基礎肥料，并以秸稈炭為基質得到生物炭基母粒，再以母粒為基礎，配以含有氮磷鉀元素的化學肥料，混配得到復合肥料。復合肥料中生物質炭含量約為20％，無機總養分含量約為45％，并且可以根據主要的土壤類型、以及不同作物的生長特點，對不同作物生長所必需的大中微量元素，合理配比，適合不同作物需求的復合肥料；
3、本實施例生物炭基質復混肥料在制備過程中，先將混合原料制粉，然后將粉料造粒，進而根據不同作物生長所必需的大中微量元素合理配比氮磷鉀肥料，得到生物炭基質復混肥料；粉料造粒的過程能夠實現氮磷鉀緩釋的作用，延長肥料的有效時限。