水稻秸秆生物质炭基缓释肥的制备与应用
【技术领域】
[0001]本发明公开了水稻秸杆生物质炭基缓释肥的制备与应用，属于生物质炭基缓释肥制备技术领域。
【背景技术】
[0002]水稻是中国主要粮食作物，而施肥是水稻栽培体系中重要的组成部分，对水稻产量的提高和稻米品质的改善起着重要的作用。传统施肥采用多次追施方式，不仅浪费劳动力，而且会因肥料流失造成环境污染和资源浪费等问题。
[0003]水稻是中国主要粮食作物，而施肥是水稻栽培体系中重要的组成部分，对水稻产量的提高和稻米品质的改善起着重要的作用。传统施肥采用多次追施方式，不仅浪费劳动力，而且会因肥料流失造成环境污染和资源浪费等问题。
[0004]生物炭是一种生物质低温限氧热解制备的高度芳香化含碳有机固体物。研究表明，生物炭施入上壤，可以延缓肥料在土壤中的养分释放，降低养分损失，提高肥料养分利用率，是一种新型肥料增效载体。
[0005]我国稻田秸杆生物质资源丰富，但主要采用露天简易焚烧方式进行处理处置，资源浪费和环境污染极其严重。如能将价廉易得的水稻秸杆生物质原料经适当加工制备成适用于作缓释肥料的炭基包膜材料，制备环境友好型缓释肥料，不仅可以有效解决水稻秸杆处置难题，使水稻秸杆废弃物资源得到高效利用，而且可以在实现作物稳产高产的情况下，显著减少化肥施用量，降低农田土壤N、P养分流失，有效遏制农田面源污染对水环境的影响。
[0006]因此，如果将水稻秸杆生物质炭与缓释肥生产技术相结合，探索一种新型炭基缓释肥，在农业生产、废弃物资源利用和环境保护等方向将大有前景。但国内，缓释肥研究尚处于起步阶段，应用水稻秸杆生物质低温热解制备的生物质炭研制炭基缓释肥产品及其在水稻生产中的应用未见相关报道。
【发明内容】
[0007]本发明主要解决的技术问题:针对目前传统施肥过程中，会因肥料流失造成环境污染和资源浪费，另外水稻秸杆往往采用露天简易焚烧方式进行处理，不仅破坏环境，而且使得资源得不得有效利用的现状，提供了一种将水稻秸杆切碎后通入氮气，通过热解生成秸杆生物炭，随后将得到的生物炭进行发酵、浓缩得浓缩液，之后将得到的浓缩液和各种微量元素混合，得混合物，最后通过制备粘稠薄膜液并和混合物混合后干燥，即可得到水稻秸杆生物质炭基缓释肥的制备方法，使用时，只需均匀撒入田中，3?5天后，耕耘土壤，种植农作物即可。本发明不仅利用水稻秸杆为原料，降低了成本，节约了资源，而且生产制得的水稻秸杆生物质炭基缓释肥环保、卫生，使用后不会使得肥料流失，最终使得农作物产量得到增长，适合大规模推广应用。
[0008]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是: (1)取2?3kg农田水稻秸杆，人工剥去外壳后，放入清水中冲洗1?3次，去除表面残留的污物，随后将洗后的水稻秸杆反正在阳光下翻晒，其中每个2小时翻晒一次，使得秸杆含水量为10?15% ;
(2)将上述翻晒后的农田水稻秸杆用铡草机均匀切碎，得到长度为6?8cm的碎秸杆，随后将得到的碎秸杆放入生物炭炭化炉中，待放置完毕，在生物炭炭化炉底部以4?5mL/min的速率通入氮气，5?6min后停止通入，热解1?3h，得稻杆生物炭；
(3)将上述得到的秸杆生物炭放入发酵罐中，向其中加入碎秸杆质量1?3倍的清水，20?25%的风味蛋白酶，以200?300r/min的转速搅拌均匀，密封发酵罐，控制温度为35?55°C，发酵5?8天，待发酵完毕，再提升发酵温度为38?58°C，发酵2?4天，得秸杆生物炭发酵液；
(4)将得到的秸杆生物炭发酵液放入高速离心机中，以1200?1300r/min的转速离心处理15?20min，去渣，得离心上清液，之后将得到的离心上清液中加入离心上清液质量2?3倍的乙醇，充分搅拌均匀，控制温度为55?65°C，回流提取6?8h，得提取液；
(5)将上述得到的提取液放入浓缩罐中，降低浓缩罐内压力为1000?llOOPa，减压浓缩至罐内液体体积为原有体积1/3时，停止浓缩，得生物炭秸杆浓缩液；
(6)按质量分数计，取7?12份钼酸铵、35?55份尿素、8?13份腐殖酸以及30?40份矿磷粉，充分混合均匀，再向其中加入45?65份上述制得的生物炭秸杆浓缩液，再次以200?300r/min的转速搅拌10?15min，得混合物，之后将得到的混合物放入干燥机中，在温度为100?120°C下，干燥处理30?45min，备用
(7)取15?20g壳聚糖，30?50g小麦淀粉与2L烧杯中，之后向烧杯中加入壳聚糖和小麦淀粉总质量1?2倍的聚乙烯醇，混合均匀，放入浓缩罐中，降低浓缩罐压力为1100?1150Pa，浓缩制成粘稠薄膜液；
(8)将上述步骤(6)制得的备用物质放入上述制成的粘稠薄膜液中，用玻璃杯充分搅拌均匀，过滤，留滤渣，放入干燥机中，在温度为105?110°C下干燥处理20?35min，即可得到水稻秸杆生物质炭基缓释肥。
[0009]本发明的应用方法是:将本发明制得的水稻秸杆生物质炭基缓释肥均匀撒入待施肥的土壤中，其中撒入量为每公顷400?500kg，施撒3?5天后，对土壤全部进行翻耕，种植上农作物，即可。不仅利用水稻秸杆为原料，降低了成本，节约了资源，而且生产制得的水稻秸杆生物质炭基缓释肥环保、卫生，使用后不会使得肥料流失，最终使得农作物产量增长至90 %以上，适合大规模推广应用。
[0010]本发明的有益效果是:
(1)本发明利用农村水稻秸杆为原料制备缓释肥，降低了成本，节约了资源；
(2)本发明操作简单易行，制成的水稻秸杆生物质炭基缓释肥环保、卫生，适合大规模推广应用；
(3)本发明制得的水稻秸杆生物质炭基缓释肥在使用后不易流失，最终可以使得农作物产量增长至90%以上。
【具体实施方式】
[0011]首先取2?3kg农田水稻秸杆，人工剥去外壳后，放入清水中冲洗1?3次，去除表面残留的污物，随后将洗后的水稻秸杆反正在阳光下翻晒，其中每个2小时翻晒一次，使得秸杆含水量为10?15% ;然后将上述翻晒后的农田水稻秸杆用铡草机均匀切碎，得到长度为6?8cm的碎秸杆，随后将得到的碎秸杆放入生物炭炭化炉中，待放置完毕，在生物炭炭化炉底部以4?5mL/min的速率通入氮气，5?6min后停止通入，热解1?3h，得稻杆生物炭；之后将上述得到的秸杆生物炭放入发酵罐中，向其中加入碎秸杆质量1?3倍的清7K，20?25%的风味蛋白酶，以200?300r/min的转速搅拌均匀，密封发酵罐，控制温度为35?55°C，发酵5?8天，待发酵完毕，再提升发酵温度为38?58°C，发酵2?4天，得秸杆生物炭发酵液；再将得到的秸杆生物炭发酵液放入高速离心机中，以1200?1300r/min的转速离心处理15?20min，去渣，得离心上清液，之后将得到的离心上清液中加入离心上清液质量2?3倍的乙醇，充分搅拌均匀，控制温度为55?65°C，回流提取6?8h，得提取液；接下来将上述得到的提取液放入浓缩罐中，降低浓缩罐内压力为1000?llOOPa，减压浓缩至罐内液体体积为原有体积1/3时，停止浓缩，得生物炭秸杆浓缩液；按质量分数计，取7?12份钼酸铵、35?55份尿素、8?13份腐殖酸以及30?40份矿磷粉，充分混合均匀，再向其中加入45?65份上述制得的生物炭秸杆浓缩液，再次以200?300r/min的转速搅拌10?15min，得混合物，之后将得到的混合物放入干燥机中，在温度为100?120°C下，干燥处理30?45min，备用取15?20g壳聚糖，30?50g小麦淀粉与2L烧杯中，之后向烧杯中加入壳聚糖和小麦淀粉总质量1?2倍的聚乙烯醇，混合均匀，放入浓缩罐中，降低浓缩罐压力为1100?1150Pa，浓缩制成粘稠薄膜液；最后将上述制得的备用物质放入上述制成的粘稠薄膜液中，用玻璃杯充分搅拌均匀，过滤，留滤渣，放入干燥机中，在温度为105?110°C下干燥处理20?35min，即可得到水稻秸杆生物质炭基缓释肥。其中应用方法为:将上述制得的水稻秸杆生物质炭基缓释肥均匀撒入待施肥的土壤中，其中撒入量为每公顷施撒400?500kg，施撒3?5天后，对土壤全部进行翻耕，种植上农作物，即可。
[0012]实例 1
首先取2kg农田水稻秸杆，人工剥去外壳后，放入清水中冲洗1次，去除表面残留的污物，随后将洗后的水稻秸杆反正在阳光下翻晒，其中每个2小时翻晒一次，使得秸杆含水量为10% ;然后将上述翻晒后的农田水稻秸杆用铡草机均匀切碎，得到长度为6cm的碎秸杆，随后将得到的碎秸杆放入生物炭炭化炉中，待放置完毕，在生物炭炭化炉底部以4mL/min的速率通入氮气，5min后停止通入，热解lh，得秸杆生物炭；之后将上述得到的秸杆生物炭放入发酵罐中，向其中加入碎秸杆质量1倍的清水，20%的风味蛋白酶，以200r/min的转速搅拌均匀，密封发酵罐，控制温度为35°C，发酵5天，待发酵完毕，再提升发酵温度为38°C，发酵2天，得秸杆生物炭发酵液；再将得到的秸杆生物炭发酵液放入高速离心机中，以1200r/min的转速离心处理15min，去渣，得离心上清液，之后将得到的离心上清液中加入离心上清液质量2倍的乙醇，充分搅拌均匀，控制温度为55°C，回流提取6h，得提取液；接下来将上述得到的提取液放入浓缩罐中，降低浓缩罐内压力为lOOOPa，减压浓缩至罐内液体体积为原有体积1/3时，停止浓缩，得生物炭秸杆浓缩液；按质量分数计，取7份钼酸铵、35份尿素、8份腐殖酸以及30份矿磷粉，充分混合均匀，再向其中加入45份上述制得的生物炭秸杆浓缩液，