一种减少稻田氮素损失的水稻秸秆炭基肥制备及应用方法

本发明涉及缓释肥料，具体涉及一种减少稻田氮素损失的水稻秸秆炭基肥制备及应用方法。

背景技术：

1、水稻生产中产生大量的秸秆资源，虽然以直接还田、作为饲草等形式被利用，但仍有部分秸秆直接被焚烧，产生较严重的大气污染。秸秆直接还田虽然可以替代部分化肥和提高土壤有机碳含量，但也存在还田后分解较慢、与作物争夺养分以及导致植物病害等。

2、农业面源污染已成为我国主要污染源之一，径流损失是稻田的重要氮素流失途径之一。稻田田面水铵态氮浓度不仅是直接影响氮径流损失，也对氨挥发有着强的正效应。影响稻田径流流失的因素有施肥强度、施肥种类等。减氮10％～30％的控释肥可以显著减少径流氮素损失。施用有机肥、包膜肥减少田面水总氮浓度。但控释肥、包膜肥等价格为尿素的3-4倍，且肥效不稳定，不一定能满足不同生长时期作物需求。

3、生物炭基肥通过对铵氮的吸附显著降低田面水平均铵氮浓度，有效减缓稻田氮素径流、渗漏风险。施用生物质炭基复混肥可不同程度地提高水稻每穗总粒数、单穗重及水稻经济产量,可减少氮肥施用量，促进氮素向水稻籽粒的分配，提高氮素利用率。相同制备条件下，水稻秸秆生物炭的碳、氮含量更高，比表面积和孔体积更大，对养分具有较强的吸附能力，能为炭基肥制备提供了优良的生物炭来源。对于秸秆产量达到一定规模但地形条件相对复杂且秸秆不易收集、运输的地区，应鼓励相关村镇开发小型的移动式炭化设备，实现生物炭基肥的现场制备及还田利用。

4、因此，将单季秸秆炭化为生物炭并制成水稻秸秆炭基肥是一种高效简便的秸秆利用方式。减氮结合水稻秸秆炭基肥可延缓尿素水解，通过降低田面水铵态氮浓度实现减少氮素径流损失，减少氨挥发和其导致大气气溶胶污染和大气氮沉降增加等一系列负面的环境效应。但目前的水稻秸秆炭基肥在肥料缓释及防止微生物分解上还存在较大的弊端，将肥料直接与秸秆生物炭直接混合造粒的方式，肥料的缓释效果不佳，肥料释放后，很容易发生尿素的微生物分解，由于田面水铵态氮浓度较高，也进一步加剧了氮素径流损失，多方位的氮素损失，使得生物炭基缓释肥达不到预期效果，急需解决上述问题。

5、为了解决上述问题，本技术采用：

6、一种减少稻田氮素损失的水稻秸秆炭基肥制备及应用方法，由水稻秸秆生物炭，氮肥，凹凸棒土组成，将水稻秸秆炭化，将氮肥、凹凸棒土按比例混合均匀，混合均匀的氮肥、凹凸棒土混合物中加入水稻秸秆生物炭震荡，直接加水后再次混合均匀，造粒机造粒待用。本发明通过所述方案，能够利用氮肥和凹凸棒土形成最内核的缓释一级保护结构，利用秸秆生物炭起到装载包围缓释二级保护结构，利用氮肥、凹凸棒土混合物既起到造粒粘结剂作用，又形成最外层的缓释三级保护结构，通过所述三级保护结构，使得氮肥能够稳定的进行缓释分解，大幅度降低田面水铵态氮，有效减少总氮径流损失及氨挥发损失，减少空气污染，具备极好的应用前景和推广价值。

7、首先：将氮肥和凹凸棒土粉末混匀后加入水稻秸秆生物炭进行震荡，使得氮肥和凹凸棒土粉末均匀进入生物炭的多孔结构内部，此种方式巧妙的利用凹凸棒土粉末实现了氮肥最内核的缓释一级保护结构，然后，由于生物炭的包裹装载作用，使得氮肥具备秸秆生物炭装载包围的缓释二级保护结构，最后，利用没有震荡进入多孔结构的氮肥、凹凸棒土混合物既起到造粒粘结剂作用，又形成最外层的缓释三级保护结构，通过所述三级保护结构及凹凸棒土的抑菌性能，能够起到极好的缓释效果，使得氮肥稳定的进行缓释，既能起到氮肥减量的效果，还能抑制尿素分解，缓慢释放铵根离子，从而降低田面水铵态氮，可有效减少氨挥发损失，减少农田氨挥发产生的空气污染，大幅度减低径流流失，可有效从源头上保护和治理水环境，防控农业面源污染。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺点，公开了一种减少稻田氮素损失的水稻秸秆炭基肥制备及应用方法，由水稻秸秆生物炭，氮肥，凹凸棒土组成，将水稻秸秆炭化，将氮肥、凹凸棒土按比例混合均匀，混合均匀的氮肥、凹凸棒土混合物中加入水稻秸秆生物炭震荡，直接加水后再次混合均匀，造粒机造粒待用。本发明通过所述方案，能够利用氮肥和凹凸棒土形成最内核的缓释一级保护结构，利用秸秆生物炭起到装载包围缓释二级保护结构，利用氮肥、凹凸棒土混合物既起到造粒粘结剂作用，又形成最外层的缓释三级保护结构，通过所述三级保护结构，使得氮肥能够稳定的进行缓释分解，大幅度降低田面水铵态氮，有效减少总氮径流损失及氨挥发损失，减少空气污染，具备极好的应用前景和推广价值。

2、为实现上述目的，本技术采用的技术方案为：

3、一种减少稻田氮素损失的水稻秸秆炭基肥制备方法，包括以下步骤：

4、步骤s1：水稻秸秆生物炭制备：选用水稻秸秆，粉碎，在高温缺氧炭化，出炉前通入水蒸气增加造孔，取出冷却，过2mm筛后待用，得到水稻秸秆生物炭；

5、步骤s2：称取氮肥粉末，凹凸棒土粉末，将其混合均匀备用；

6、步骤s3：将步骤s1中的水稻秸秆生物炭加入步骤s2中得到的混合粉末中，放入超声震荡机进行震荡，使得氮肥和凹凸棒土混合粉末进入水稻秸秆生物炭的多孔结构中；

7、步骤s4：步骤s3中震荡结束后粉末全部转移至造粒机，直接加水再次混合均匀，造粒机造粒后，冷却，风干待用，即得减少稻田氮素损失的水稻秸秆炭基肥。

8、进一步的，所述步骤s1中水稻秸秆碳化前粉碎粒径为6-8mm，碳化温度为450-550℃。

9、进一步的，所述步骤s2中，凹凸棒土粉末质量分数为20％-30％。

10、进一步的，所述步骤s3中，以纯氮计算，水稻秸秆生物炭的加入量与氮肥的质量比为3-4：1。

11、进一步的，所述步骤s4中，加入的水量为步骤s4中全部粉末质量的15％-25％。

12、进一步的，所述步骤s1中水稻秸秆先应烘干，含水率低于15％。

13、进一步的，所述步骤s3中超声震动的时间为30min-45min。

14、一种减少稻田氮素损失的水稻秸秆炭基肥，由上述任意一项所述的减少稻田氮素损失的水稻秸秆炭基肥制备方法制备而成。

15、一种减少稻田氮素损失的水稻秸秆炭基肥应用方法，包括：

16、选用上述减少稻田氮素损失的水稻秸秆炭基肥，在施肥前，按农田面积以及事先确定的氮肥的减量比例，称好肥料；基肥施用水稻秸秆炭基肥，追肥为尿素，基追比为3:1，基肥在稻田翻地匀地后施用，保持田面没有水层，氮肥撒施于土表，之后耙平将肥料与土混匀，施肥插秧后灌水。追肥在插秧后两星期水稻分蘖期施用。

17、减少稻田氮素损失的水稻秸秆炭基肥在氮肥减量下，大幅度降低田面水铵态氮，有效减少总氮径流损失及氨挥发损失上的应用。

18、本发明的有益效果为：

19、本发明提出了一种减少稻田氮素损失的水稻秸秆炭基肥制备方法，与现有方法相比，优点在于：

20、本发明的秸秆炭基肥实现技术效果的路径和原理为：

21、稻田减少氮素损失的路径主要是减少肥料氮进入田面水中而产生的氨挥发和径流淋溶损失，为了解决上述问题：

22、本发明通过所述方案，能够利用氮肥和凹凸棒土形成最内核的缓释一级保护结构，利用秸秆生物炭起到装载包围缓释二级保护结构，利用氮肥、凹凸棒土混合物既起到造粒粘结剂作用，又形成最外层的缓释三级保护结构，通过所述三级保护结构，使得氮肥能够稳定的进行缓释，从而大幅度减少农田的氮肥用量。

23、将肥料施入土壤后，在土壤中水的作用下，本发明的最外层的缓释第三级保护结构开始溶解，此时，第三级保护结构中的组成为氮肥、凹凸棒土混合物，溶于水后，凹凸棒土具备吸附作用，会将氮肥进行吸附固定，使其不易耗散，延缓肥料氮进入田面水中挥发，待植物根系吸收一部分氮肥后，再缓慢释放出一部分，即氮肥、凹凸棒土混合物起到了缓释的作用，并且由于凹凸棒土的存在，凹凸棒土胶体吸附涵束悬浮作用隔离分解氮素微生物，在氮素释放的路径上形成了类似城堡的保护作用，使得土壤中的微生物难易靠近氮肥，从而减少其硝化及反硝化作用，避免氮素被微生物分解，因此，凹凸棒土由于其吸附涵束悬浮隔离固定作用，使得第三级缓释结构既可以缓释氮肥，还可以保护氮肥免于微生物的分解，第三级缓释结构为植物提供初期的氮素营养，但不会直接溶解与土壤，由于凹凸棒土的吸附涵束作用以及以及其特殊的胶体吸附涵束悬浮隔离作用，在外围形成了特殊的营养环境，缓慢释放过程中进一步控制了脲酶对氮素的分解作用，凹凸棒土的加入，可以替代脲酶抑制剂的加入，从而使得脲酶抑制剂不用混拌在肥料中，减少环境污染，而凹凸棒土本身为矿物，对农田环境几乎没有污染，即在植物需要氮素的前期阶段，通过凹凸棒土的作用，无需加入脲酶抑制剂，且可以实现良好的缓释，此种三级缓释结构及凹凸棒土的锚定固定作用，使得肥料释放铵根离子的速度大幅度减少，从而降低水稻田面水铵态氮，可有效减少氨挥发损失30％，减少农田氨挥发产生的空气污染；

24、水继续侵入，通过第二级保护结构，秸秆生物炭的多孔结构进入内部，内部装载有氮肥、凹凸棒土混合物肥料，待水将其混合后，如第三级结构一样，凹凸棒土胶体迅速吸收并吸附涵束悬浮固定氮肥，起到缓释作用，并且形成保护层，防止微生物分解，凹凸棒土本身表面丰富的活性基团使得其遇水混合后，可以与秸秆生物炭的内部表面形成吸附作用，对孔道有一定的阻塞作用，并且与秸秆生物炭的内部孔道表面结合紧密，有利于后续缓释作用及隔离抑制作用，从而也能大幅度的降低氮素损失，生物炭本身由于多孔结构，孔道中残留的凹凸棒土在水的作用下会形成具有一定粘度的阻碍剂，在最内核的肥料向外释放的过程中，也具备一定的缓释和保护抑制作用，第一级和第二级缓释结构，为植物的后续生长及籽粒成熟期提供足够的氮肥，保证植物不脱肥肥料不过量，在保证氮素供应的同时，解决氮素快速分解的问题，因此，在本发明的三级保护结构下，可有效减缓氮肥的的释放速度，提高氮肥利用效率，从而来实现氮肥减量，由于凹凸棒土的吸附涵束悬浮性和隔离固定保护性，构建了氮肥的最外层至最内层的三级保护城堡结构，最外层的护城河结构，生物炭的城堡吸附结构以及凹凸棒土本身的卫士固定抑制结构，使得氮肥水解变慢，缓慢释放铵根离子，缓释及吸附锚定固定作用使土壤无机氮水平较低，从而田面水的铵氮和总氮浓度低，进而减少氨挥发和径流损失，由于凹凸棒土的存在，改变周边的土壤胶体性质，层层防卫后缓释氮肥，减少随后的微生物硝化反硝化损失，既能减缓氮素释放，保证植物全程均有适量的氮素供应，又能在没有脲酶抑制剂的情况下最大程度的隔离微生物分解，降低铵根离子的释放速度，由于凹凸棒土及生物炭的锚定固定作用，可以有效降低径流损失，从而大幅度减少稻田的氮素损失，同时，基于凹凸棒土胶体的锚定固定作用，，增强土壤其他微生物对氮素养分的固定，减少氮素损失。

25、综上所述，本发明的有益效果为：

26、1)可减少中高产田氮肥用量20％以上。本发明通过施用秸秆炭基肥，减缓尿素分解，和随后的氨挥发和径流损失，使得氮肥利用效率提高，从而来实现氮肥减量；

27、2)可降低田面水铵氮平均浓度28％。施用秸秆炭基肥后，缓慢释放铵根离子，从而降低田面水铵态氮，可有效减少氨挥发损失30％，减少农田氨挥发产生的空气污染。

28、3)有效降低总氮径流损失31.4％。施用秸秆炭基肥，减低径流流失，可有效从源头上保护和治理水环境，防控农业面源污染。