抗旱保水型炭基肥料及其制备方法与流程

本发明涉及炭基肥料技术领域，特别涉及一种抗旱保水型炭基肥料及其制备方法。

背景技术：
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生物质炭是由农林废弃生物质如作物秸秆、树木枝条等经热解炭化产生的一种性质稳定的黑炭，呈碱性，由小孔隙、微孔隙和大孔隙组成，其具有大量的微孔结构以及巨大的表面积，且表面带有大量的负电荷，吸附性很强，能吸附水及土壤中的阳离子，具有很好的保水保肥的能力。生物质炭的多孔隙结构、较大比表面积和较小容重的特点能够使土壤的孔径和分布发生变化，促进土壤水分入渗和保蓄，在一定土壤水吸力情况下施用生物炭，可提高土壤持水性能，从而改变了土壤水分的渗滤模式、停留时间和流动路径，提高土壤的田间持水量，引起土壤水分含量的变化，从而改善土壤持水性能。因此在农田土壤中施入生物质炭后，其大孔隙可以影响土壤的通气性和保水能力，小孔隙可以影响生物质炭对分子的吸附和转移，不仅可以吸附和保持水分增强土壤水分的渗透性，可以改变土壤化学性质，对土壤中有机质的分解、营养元素的有效性和微生物活性产生影响，可以明显增加作物经济和生物产量而提高水分利用效率。所以以生物质炭为原料与化学肥料相结合施入土壤后，既能实现改善土壤物理结构的目的，同时，提高土壤的水分保蓄能力，提高土壤含水量。

黄土高原农业区是我国主要的旱作农业区，其特点为雨养农田，面积约为36万平方公里，人均耕地面积3.7亩，是全国人均耕地的2.8倍，但是该区域千沟万壑，大部分农业生产靠自然降雨。该区域降水总量少年均降水量250～500mm左右，且集中分布于夏秋两季，有限的降水中，径流损失占20％，休闲期无效蒸发约24％；而在可被农业生产利用的降水中，也有26％由于田间蒸发而散失。黄土高原雨养区地形、土壤类型复杂，土壤有机质含量低，结构疏松，这使其既易于受水蚀与风蚀，保水保肥性能较差。该区域应该提倡增施有机肥、提高土壤有机质含量，提高土壤结构稳定性、保护土壤免受侵蚀、防止水分过度蒸发和增强土壤接纳保蓄降水的能力。黄土高原雨养农田作物施肥方法通常为播前基肥撒施和降雨后追肥撒施或穴施。肥料是靠降雨后通过降水水分输入发挥作用，因此肥料利用低，作物产量主要受降水因素影响较大。因此，在肥料运筹中，追施氮肥比例和数量都偏低，后期难以满足作物的养分需求。土壤保肥供肥能力差、养分供应不平衡，是这一区域作物水分利用效率低的另一重要原因。干旱缺水一直是制约黄土高原雨养区农业产业发展的关键因素，该区域自然降水年际间与季节内分布不均，导致作物生长关键生育期缺水，对作物高产、稳产形成障碍，造成不同年份作物产量差异较大，从而限制该地区农业可持续发展。

技术实现要素：
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有鉴于此，有必要提供一种抗旱保水型炭基肥料。

还有必要提供一种抗旱保水型炭基肥料的制备方法。

一种抗旱保水型炭基肥料，包括以下原料及原料的重量份：生物质炭基质100份～200份、无机肥料150份～600份、粘合剂40份～80份和水24份～36份，其中生物质炭基质是将农林废弃生物质资源经过无氧高温热裂解后形成生物质炭后作为生物质炭基质，无机肥料由无机氮肥50份～200份、无机磷肥50份～200份和无机钾肥50份～200份组成。

优选的，抗旱保水型炭基肥料还包括化学氮肥50份～200份、重钙50份～200份、化学钾肥50份～200份、膨润土或者粘土40份～80份，或者还包括化学氮肥100份～200份、重钙100份～150份、膨润土或者粘土30份～50份，或者还包括化学氮肥100份～200份、化学钾肥100份～200份、膨润土或者粘土50份～60份。

优选的，化学氮肥为尿素或者硫酸铵。

优选的，上述所用的农林废弃生物质资源为玉米、小麦、水稻秸秆或者果树枝条的混合物。

优选的，农林废弃生物质资源经过无氧高温热裂解过程中，热裂解的温度为640摄氏度～660摄氏度。

优选的，上述所用的生物质炭基质经过粉碎并过3mm的筛孔，筛选后取粒径不大于3mm的生物质炭基质粉末作为炭基肥料的原料。

优选的，上述所用的无机氮肥为尿素或者硫酸铵中的氮肥或者为尿素和硫酸铵组合物中的氮肥。

优选的，上述所用的无机磷肥为重过磷酸钙中的肥料。

优选的，上述所用的无机钾肥为硫酸钾肥或者氯化钾肥或者硫酸钾和氯化钾的组合物。

优选的，上述中所用的化学氮肥为尿素或者硫酸铵，化学钾肥为硫酸钾或者氯化钾。

一种抗旱保水型炭基肥料的制备方法，将农林废弃生物质资源经过无氧高温热裂解后形成生物质炭后作为生物质炭基质，将生物质炭基质与无机氮肥、无机磷肥、无机钾肥、粘合剂和水依次按照重量份为：生物质炭基质100份～200份、无机氮肥50份～200份、无机磷肥50份～200份、无机钾肥50份～200份、粘合剂40份～80份、水24份～36份进行混合，边混合边搅拌直至均匀后停止搅拌，用塑料篷布覆盖并静置15小时～24小时，静置后通过机械挤压造粒，在40℃干燥剂中烘干5小时～8小时，烘干后即可得含有氮磷钾养分的抗旱保水型炭基肥料产品。

优选的，抗旱保水型炭基肥料的制备方法中，热裂解的温度为640摄氏度～660摄氏度。

本发明提供的抗旱保水型炭基肥料的制备方法为一种以农林废弃生物质资源经过高温无氧热裂解产生的生物质炭材料与化肥单质肥料，如尿素、硫酸铵、重钙、磷酸一铵、硫酸钾、氯化钾等进行复配，通过吸附反应使化学肥料与生物质炭充分结合后制备成炭基长效抗旱保水型功能肥料。该方法生产的炭基长效抗旱保水型肥料产品主要利用了生物质炭的多孔结构及带大量电荷的性质，在土壤中可以起到保蓄水分，提高土壤局域温度，缓慢释放养分的效果，充分的保蓄土壤水分和养分。本发明将生物质炭与作物生长发育所必需的氮、磷、钾营养元素复合，并用膨润土或粘土作粘结剂，制成颗粒状炭基型保水抗旱肥料，同时生物质炭很难被土壤微生物降解，可以长期存在于土壤中发挥保水保肥的作用。如此，采用本发明的肥料产品对于提高黄土高原雨养农田土壤储水量及提高作物水分养分利用效率具有很好的作用。本发明针对黄土高原雨养农业区的降水与作物栽培特点，充分利用生物质炭保水保肥的性能，以农林废弃生物质制备的生物质炭及化学肥料为原料，通过化学吸附技术、生物质炭与化学肥料比例复配技术、造粒工艺改进技术等技术，制备应用于黄土高原雨养农田的炭基长效抗旱保水型肥料产品，该产品主要利用了生物质炭的多孔吸附性质，提高土壤抗旱保水能力，同时使养分缓慢释放，达到提高土壤持续抗旱能力，改善水肥藕合环境，减少肥料浪费，延长肥效，提高肥料利用率的目的。该肥料可明显改善土壤物理和生物状况，协调土壤固、液、气的比例，无污染，能调理植物生长，提高作物产量，改善农产品品质。该肥料还具有养料释放缓慢，有效期长的特点。既能减少追肥次数，又可减少肥料的流失。该产品不但能发挥抗旱、节水、节肥的功效，增产增收，具有显著的社会、经济效益，而且使用简单、方便，能满足当前农业发展需求。本发明为一种长效抗旱保水炭基肥料，是将材料科学、农业栽培、土壤、植物营养和肥料科学融为一体的新型科技产品。本发明具有一定的抗旱节水作用，能以水带肥、以水促肥，起到节水节肥的双重效益，提高肥料的利用率，能够满足作物正常生育期内对养分的需求，提高作物产量，改善农产品品质，增加农民收入，同时减少肥料对土壤和水质等环境的污染。

附图说明：

图1为抗旱保水型炭基肥料的制备方法的工艺流程图。

图中：S1～S7为抗旱保水型炭基肥料的制备步骤。

具体实施方式：

请同时参阅图1，抗旱保水型炭基肥料通过以下工艺步骤制备获得：

步骤S1，将农林生物质废弃物热裂解制成生物质炭颗粒，该过程中所用的农林废弃物可为玉米、小麦、水稻秸秆或者果树枝条的混合物；

步骤S2，将生物质炭颗粒粉碎制成生物质粉末备用，粉碎后采用孔径为2.5mm～3.5mm的筛网，进行筛选；

步骤S3，无机化学肥料粉碎，将化学氮肥、重钙和化学钾肥粉碎待用；

步骤S4，将生物质炭粉、无机化学肥料粉末与粘结婚后，并加水进行混合，边混合边搅拌直至均匀后停止搅拌，用塑料篷布覆盖并静置15小时～24小时；

步骤S5，静置后通过机械挤压造粒；

步骤S6，在40℃干燥剂中烘干5小时～8小时；

步骤S7，烘干后即可得含有氮磷钾养分的抗旱保水型炭基肥料产品，检验计量包装。

本发明提供以下具体实施例。

实施例一，将农林废弃生物质热裂解后得到的生物质炭，其物理形态为黑色颗粒，将其用粉碎机进行粉碎后过2mm～5mm的筛孔后备用；

将尿素或者硫酸铵、重钙、硫酸钾或者氯化钾粉碎后过2mm筛孔后备用；所述的尿素中含N的重量为46.0％，硫酸铵含N的重量为22％，重钙中含五氧化二磷重量为46％，硫酸钾含氧化钾重量为50％，氯化钾含氧化钾量60％，所述尿素、重钙、硫酸钾或氯化钾是农业常用化肥；

将生物质炭粉末与尿素、重钙、硫酸钾或氯化钾粉末混合，混合的同时加入膨润土或粘土，加入水，边加边搅拌均匀。每100份生物质炭中添加50份～200份尿素、50份～200份重钙、50份～200份硫酸钾或者50份～200份氯化钾，40份～80份膨润土或40份～80份粘土，24份～36份水混匀；其中尿素中含N为46％，重钙中含P2O546％,硫酸钾含K2O50％；

用塑料篷布将上述混合物覆盖并静置15小时～24小时，进行吸附反应；

将上述混合物通过机械挤压造粒技术，进行挤压造粒。

在40℃干燥剂中烘干5小时～8小时，即可得含有氮磷钾养分的抗旱保水型炭基肥料产品。通过上述具体实施方式所得的炭基抗旱保水型肥料其总养分为9.2％-25.5％，

实施例二，将农林废弃生物质热裂解后得到的生物质炭，其物理形态为黑色颗粒，将其用粉碎机进行粉碎后过2mm～5mm的筛孔后备用；

将尿素或者硫酸铵、重钙、硫酸钾或者氯化钾粉碎后过2mm筛孔后备用；所述的尿素含N的重量为46.0％，硫酸铵含N的重量22％，重钙含五氧化二磷的重量为46％，硫酸钾含氧化钾量50％或者氯化钾含氧化钾量60％，所述尿素、硫酸铵、重钙、硫酸钾、氯化钾是农业常用化肥；

将生物质炭粉末与尿素或者硫酸铵、重钙、硫酸钾或者氯化钾粉末混合，混合的同时加入膨润土或粘土，加入水，边加边搅拌均匀；每200份生物质炭中添加100份～200份尿素或者硫酸铵、100份～150份重钙，30份～50份膨润土或粘土，20份～30份水混匀；

用塑料篷布将上述混合物覆盖静置15小时～24小时，进行吸附反应；

将上述混合物通过机械挤压造粒技术，进行挤压造粒；

在40℃干燥剂中烘干5小时～8小时，即可得含有氮磷钾养分的炭基抗旱保水型肥料产品。通过上述具体实施方式所得的炭基抗旱保水型肥料其氮磷总有效养分为18％～28％。

实施例三，将农林废弃生物质热裂解后得到的生物质炭，其物理形态为黑色颗粒，将其用粉碎机进行粉碎后过2mm～5mm的筛孔后备用；

将尿素或者硫酸铵、重钙、硫酸钾或者氯化钾粉碎后过2mm筛孔后备用；所述的尿素含N量为46.0％，硫酸铵含N量22％，重钙含五氧化二磷量46％，硫酸钾含氧化钾量50％，氯化钾含氧化钾量60％。所述尿素或者硫酸铵、重钙、硫酸钾或者氯化钾是农业常用化肥；

将生物质炭粉末与尿素或者硫酸铵、重钙、硫酸钾或者氯化钾粉末混合，混合的同时加入膨润土或粘土，加入水，边加边搅拌均匀。每200份生物质炭中添加100份～200份尿素或者硫酸铵、100份～200份硫酸钾或者氯化钾，50份～60份膨润土或粘土，20份～30份水混匀；

用塑料篷布将上述混合物覆盖静置15-24小时，进行吸附反应；

将上述混合物通过机械挤压造粒技术，进行挤压造粒；

在40℃干燥剂中烘干5小时～8小时，即可得含有氮磷钾养分的炭基抗旱保水型肥料产品。通过上述具体实施方式所得的炭基抗旱保水型肥料其氮钾总养分为18.5％～28.5％；

通过上述方案可以根据不同作物的养分需求特点及土壤物理结构，选择生物质炭与单一养分及二元复合、三元复合的还可生产系列炭基抗旱保水型肥料产品。

通过实验对上述三种实施例中的肥料产品进行试验验证：

为了验证炭基抗旱保水型肥料产品的使用效果，发明人分别在马铃薯、玉米等作物上开展了田间试验。

实施例一的产品的验证：本发明的炭基抗旱保水型肥料产品对马铃薯产量和水分利用率的影响：

田间试验在宁夏南部山区固原市西吉县允牟村马铃薯生产基地进行，马铃薯品种为庄薯3号。采用对比试验：对照为农户常规施肥处理，验证处理为施用本发明的炭基抗旱保水型肥料产品，其使用量与常规施肥氮磷钾养分含量相同，即N：180kg/hm2、P2O5120kg/hm2、K2O240kg/hm2试验小区面积50m2，处理设3次重复，试验除肥料不同外，其它农艺措施和田间管理均一致。

表1炭基长效抗旱保水肥对马铃薯产量及水分利用效率的影响

从表1可以看出，炭基长效抗旱保水肥对马铃薯产量及水分利用率有一定的影响，两年的试验结果均表明，在同等养分投入的情况下，与常规施肥相比，施用本产品能够明显的提高马铃薯的产量，增产率为16.8-23.9％，在相同降雨条件下，施用本产品马铃薯水分利用率比当地农户常规施肥处理的提高11.3-13.5％，每毫米降水每公顷增加产量为121.7-128.7千克。综合评价施用本产品马铃薯增产效果明显，水分利用率明显提高。

实施例二产品的验证：本发明的炭基抗旱保水型肥料产品对玉米产量和水分利用率的影响：

田间试验在宁夏南部山区固原市头营镇玉米生产基地进行，玉米品种为先玉335。采用对比试验：对照为农户常规施肥处理，验证处理为施用本发明的炭基抗旱保水型肥料产品，其使用量与常规施肥氮磷钾养分含量相同，即N：300kg/hm2、P2O5120kg/hm2、K2O90kg/hm2试验小区面积50m2，处理设3次重复，试验除肥料不同外，其它农艺措施和田间管理均一致。

表2炭基长效抗旱保水功能肥对玉米产量及水分利用效率的影响

从表2可以看出，炭基长效抗旱保水肥对玉米产量及水分利用率有一定的影响，两年的试验结果均表明，在同等养分投入的情况下，与常规施肥相比，施用本产品能够明显的提高玉米的产量，增产率为18.3-21.2％，在相同降雨条件下，施用本产品玉米水分利用率比当地农户常规施肥处理的提高14.7-17.7％，每毫米降水每公顷增加产量为132.4-165.3千克。综合评价施用本产品玉米增产效果明显，水分利用率明显提高。