一种炭沼复合缓释肥料及制备方法和应用与流程

本发明属于废弃物资源化利用领域，具体涉及一种炭沼复合缓释肥料及制备方法和应用。

背景技术：

1、绿色革命以来，随人们对粮食需求量不断增大，不合理的施肥方式导致氮磷养分大量流失的同时，更引起许多有害物质进入土壤，破坏土壤酸碱度，削弱土壤或肥料中其他营养元素效应，加快土壤中有机碳的消耗，致使土壤板结、耕地质量变劣、土壤肥力下降。农民为维持农田生产能力，更加依赖于增加化肥，形成恶性循环。同样，随着畜禽养殖业的发展，牲畜饲养量不断增加，我国畜禽粪污产生量也与日俱增。畜禽粪便处理处置不恰当，排放不合理破坏周边环境，威胁周围居民用水、粮食安全。目前，最主要的资源化利用途径是通过厌氧发酵将畜禽粪污转化为沼液并回用于农业生产。但由于沼液养分含量低，运输成本高，且含有重金属以及抗性基因等有害物质，直接施用对于土壤健康具有潜在危害。因此，如何实现畜禽粪污中氮磷养分高效回收利用并降低其他污染物带来的环境风险，同时针对畜禽粪污来实现减量化对于环境保护和生物资源化利用具有重要意义。

2、再生稻是一种利用头季稻收割后的稻桩上的腋芽萌发成苗，通过科学的管理，实现抽穗结实再收获一季的稻作方式。由于再生稻生育期短、日产量高、省时省工、节水、劳动力调节灵活、生产成本低而且效益高等优点，再生稻的种植备受青睐。然而，由于再生稻生长过程中对养分需求大，常规施肥方式导致养分利用率低，需要施用多次肥料。这不仅提高了生产成本，还导致了养分的流失，增加了环境污染，因此常规施肥方式并不适用于再生稻的种植。

3、由于生物质炭具有丰富的孔隙结构、较大的比表面积、良好的化学稳定性和强大的阳离子交换能力，通过将其应用于肥料缓释载体，可以有效解决上述问题。然而，目前的生物炭基缓释肥料大多以农作物秸秆为原料，制备时需与无机肥混合使用，导致成本高、效果差等问题。因此，如何研发一种可安全利用沼液资源的炭沼复合缓释肥料，并将其应用于再生稻的生产，以实现增产提效，成为当前技术领域迫切需要解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提供一种炭沼复合缓释肥料，该缓释肥料由以下原料组成：磁性铁镁负载生物炭、畜禽粪污沼液、沸石及海藻酸钠，各原料的使用量为每100-300ml的畜禽粪污沼液中添加磁性铁镁负载生物炭20-50g、沸石15-30g及海藻酸钠1-3g，所述沸石的粒径粒径为0.05-0.15mm；海藻酸钠粒径为0.03-0.1mm。

2、进一步地，磁性铁镁负载生物炭采用以下方法制备：

3、1）将含铁生物质粉碎后置于坩埚中，将马弗炉通入氮气以排出氧气后迅速放入坩埚，并在350-420℃条件下厌氧热解1.5-3h制备得到磁性生物炭；

4、2）将磁性生物炭与镁盐溶液混合后进行水热反应制得磁性铁镁负载生物炭。

5、进一步地，含铁生物质选用天然的铁富集植物或经人工诱导而具备铁富集能力的植物中的至少一种，所述天然的铁富集植物为生长于天然铁矿区的白茅或狗牙根；人工诱导而具备铁富集能力的植物选用用于修复富铁水体中的凤眼莲；含铁生物质粉碎具体为：将含铁生物质置于105-110℃烘箱下20-30min杀青，随后于70-80℃的温度条件下烘干至恒重，将烘干的生物质材料进行粉碎，备用。

6、进一步地，所述镁盐为六水合氯化镁，磁性生物炭与镁盐溶液的用量比为1-1.5g∶0.015-0.03mol。

7、进一步地，所述水热反应的具体步骤为：磁性生物炭与镁盐溶液按比例混合制得混合液，然后往混合液中缓慢加入2.5mg/l的naoh 溶液100-150ml，之后于120-180℃得条件下进行水热反应4-6h，水热反应后产物于7000-9000r/min转速下离心分离25-35min，沉淀物去离子水反复洗涤，将清洗后的沉淀物置于电热恒温鼓风干燥箱中于75-80℃的温度下烘干8-12h，制得磁性铁镁负载生物炭。

8、进一步地，所述畜禽粪污沼液以养殖场产生粪污为原料，经厌氧发酵后，向沼液中添加0.1mol/l氢氧化钠和氢氧化钙调节ph至8-10，形成金属氢氧化物沉淀，经搅拌器搅拌1-3h后固液分离，得到去除重金属离子的畜禽粪污沼液。

9、本发明的第二个目的在于提供一种炭沼复合缓释肥料的制备方法，包括以下步骤：

10、1）取配方量的磁性铁镁负载生物炭和畜禽粪污沼液，将磁性铁镁负载生物炭加入到畜禽粪污沼液中，并使用搅拌器充分搅拌18-24h，得到富含鸟粪石和氮的炭沼磁性复合缓释材料的沼液，然后通过分离磁铁将炭沼磁性复合缓释材料从沼液中提取出来，得到炭沼磁性复合缓释材料；

11、上述沼液和磁性铁镁负载生物炭分别是提供生成鸟粪石反应(式1)中的po43-和mg2+的来源，并且提高沼液中nh4+的回收效果,生成更多的鸟类石(磷酸氨镁)

12、mg2++nh4++po43-+6h20一mgnh4po4·6h20；

13、2）将步骤1）制得的炭沼磁性复合缓释材料与配方量的沸石和海藻酸钠混合均匀，置于圆盘造粒机中造粒，得到炭沼复合缓释肥料。

14、本发明的第三个目的在于提供一种炭沼复合缓释肥料在再生稻增产提质中的应用。

15、进一步地，炭沼复合缓释肥料在再生稻增产提质中的具体施用方法为：将炭沼复合缓释肥料在再生稻种植期间作为专用基肥施入，在再生稻生长过程中，炭沼复合缓释肥料能够吸附土壤中的氮磷养分并同自身携带的养分共同缓慢释放至再生稻根部为其生长发育持续供给养分；再生稻分蘖期施入去除重金属离子的畜禽粪污沼液进行第一次追肥，沼液中的氮磷养分能够迅速被土壤中的炭沼复合缓释材料吸附固定，减少随水分运移向田面水和土壤深层产生的流失，而固定的养分能够缓慢释放以维持再生稻生长所需养分水平；再生稻第一季收割后的1-2天内，施入去除重金属离子的畜禽粪污沼液进行第二次追肥，及时追肥能够有效提高再生季收割后的存活率。

16、进一步地，炭沼复合缓释肥料的施入量为每平方米土壤体积的0.5-2%覆土施用，畜禽粪污沼液的第一次追肥施入量为每平方米土壤体积的30-40%施用，第二次追肥施用量为每平方米土壤体积的20-30%施用。

17、本发明以天然富铁生物质原料进行镁离子负载制备磁性铁镁负载生物炭。通过与沼液中的nh4+和po43-反应在生物炭表面和孔隙结构中形成鸟粪石，实现氮磷养分富集。此方法解决了沼液中氮磷养分浓度不高，同时作为养分直接施入材料造成的环境污染问题。以富含氮磷养分的炭沼磁性复合缓释材料为主体制备的炭沼复合缓释肥料和沼液作为再生稻生长过程中养分源，不仅降低种植成本并增产提效。同时，减少了养分流失并降低了种植业面源污染风险。此外，对沼液的高效利用实现畜禽粪污的减量化和资源化处理理念。

18、与现有的技术对比，本发明具有以下的有益效果：

19、1） 本发明通过形成碱性沼液环境减少了沼液中重金属污染风险，同时提高了氮磷回收效率，能够回收沼液中90%及以上的磷及85%及以上氮；

20、2）本发明利用炭沼复合缓释肥料和无害化处理后的沼液作为再生稻生长养分源，不仅实现畜禽粪污减量化和资源化，同时降低养分源成本，以复合肥为例，每亩同等替代肥料节约成本为1000-1500元；

21、3）本发明首次提出一种炭沼复合缓释肥料的制备及其在再生稻的应用方法，具有良好的再生稻增产提质效果。相比施复合肥处理，本发明能够使再生稻两季增产10-20%；

22、4）本发明首次提出一种炭沼复合缓释肥料的制备及其在再生稻的应用方法，具有良好种植业面源污染消减效果。相比施复合肥处理，本方法在再生稻生长过程中使单位面积氮磷输出负荷分别降低45-56%和52-64%。有效的降低养分流失和种植业面源污染风险。