保水肥料及其制备方法

摘要

本发明属于肥料技术领域，提供了一种保水肥料及其制备方法。该保水肥料以农业废弃植物资源为主料，经复合微生物菌剂发酵脱水，在与氨基酸、腐植酸、矿质元素等科学配伍后熟，分解形成富含小分子有机质的肥料，该有机肥料与土壤胶体结合，有益于改善土壤结构和土壤透气性、提高土壤肥力和保水能力；同时配方中添加氨基酸、填料为植物的生长提供有机和无机养分，并利用自身的吸附特性来提高土壤的保水能力；此外，氨基酸和腐殖酸还可以调节土壤酸碱平衡，改善了植物的根系微环境，增强了植物的抗病和抗逆能力。

权利要求

1.一种保水肥料的制备方法，包括如下步骤：

按配方称取农业植物资源、牡蛎壳粉、微生物菌剂、粘土、氨基酸、腐殖酸、填料；所述配方包括如下重量百分含量的组分：所述微生物菌剂包括乳酸菌、芽孢杆菌、木霉菌中的至少一种；

将所述农业植物资源与牡蛎壳粉混合，堆放，得到混合物一；

所述混合物一与所述腐殖酸混合，使C/N为20～30：1，再与所述微生物菌剂混合，翻堆发酵，得到混合物二；将所述混合物二与所述粘土、氨基酸、填料混合，堆放后熟，得到混合物三；

将所述混合物三干燥，粉碎，筛选，得到所述保水肥料。

2.如权利要求1所述的保水肥料的制备方法，其特征在于，所述保水肥料为粉末状、颗粒状的任一种，所述保水肥料的粉末粒径为60～80目，颗粒状粒径为1-5mm。

3.如权利要求1～2任一所述的保水肥料的制备方法，其特征在于：所述农业植物资源包括香蕉茎叶、菠萝茎叶、剑麻茎叶、茶叶渣中的至少一种。

4.如权利要求1～2任一所述的保水肥料的制备方法，其特征在于：所述粘土为凹凸棒土、蒙脱石、高岭土中的至少一种。

5.如权利要求1～2任一所述的保水肥料的制备方法，其特征在于：所述填料为沸石粉、硅钙粉中的至少一种。

6.如权利要求1所述保水肥料的制备方法，其特征在于：所述保水肥料的含水量为

20～40％。

7.如权利要求1所述的保水肥料的制备方法，其特征在于：所述混合物一与所述腐殖酸、微生物菌剂混合翻堆发酵的时间为10～15天。

8.如权利要求1所述的保水肥料的制备方法，其特征在于：所述混合物二与所述粘土、氨基酸、填料混合堆放后熟的时间为15～30天。

说明书

保水肥料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于肥料技术领域，尤其涉及一种保水肥料及其制备方法。

背景技术

[0002] 随着经济社会的快速发展，水资源不足成为制约农业发展的“瓶颈”，粮食安全、生态环境安全问题日益突出，农业可持续发展面临严峻挑战。有关资料表明，我国水资源人均占有量不足世界人均占有量的1/4，农业用水亩均占有量只有世界平均水平的1/2。而我国农业用水占总用水的75%以上，其中90%以上是灌溉用水。由于不科学的沟灌、漫灌等传统方式，我国农业用水的利用率不足发达国家的二分之一。近年来我国南北方多次发生大面积干旱的情况，因此，研制并应用推广具有保水功能的产品在农业生产中、不可缺少。

[0003] 保水性能的产品具有亲水特性，在短时间内吸纳比自身高几十到上百倍的水分，当干旱时，它又可以缓慢地释放水分；该产品能改良土壤结构并提高土壤保水性能，从而减少雨水和养分流失，维持土壤肥力，营造有益作物根系生长的土壤水肥微环境，又称“土壤微型水库”；提高水肥利用率，解决干旱缺水，持续提高作物产量、改善农作物品质。

[0004] 目前，我国保水功能的肥料生产工艺、产品质量、农用指标上还存在种种问题，其缺陷主要存在于以下几个方面，一是片面追求高吸水倍数和速率，忽视其稳定性、保水有效性和可降解性；二是长期大量使用含对植物和土壤不利的、易分解的钠离子型保水剂产品，造成土壤PH值升高，土壤结构破坏；三是较少考虑植物根系生长的营养要求和使用保水剂对土壤透气性的影响；四是保水剂缺少对土壤、生态、环境的影响，以及对农艺指标及食物链安全的考虑。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种性质稳定、可改善土壤结构和肥力、可降解的保水肥料。

[0006] 本发明的另一目的在于提供一种工艺简单、成本低的保水肥料制备方法。

[0007] 为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：（按照权利要求书修改）[0008] 一种保水肥料，包括如下重量百分含量的组分：

[0009]

[0010]

[0011] 以及，上述保水肥料的制备方法，包括如下步骤：

[0012] 按所述保水肥料的配方称取所述农业植物资源、牡蛎壳粉、微生物菌剂、粘土、氨基酸、腐殖酸、填料；

[0013] 将所述农业植物资源与牡蛎壳粉混合，堆放，得到混合物一；

[0014] 所述混合物一与所述腐殖酸混合，使C/N为20～30：1，再与上述微生物菌剂混合，翻堆发酵，得到混合物二；

[0015] 将上述混合物二与上述粘土、氨基酸、填料混合，堆放后熟，得到混合物三；

[0016] 将上述混合物三干燥，粉碎，筛选，得到所述保水肥料。

[0017] 本发明保水肥料以农业植物资源为主料，经复合微生物菌剂发酵脱水，在与氨基酸、腐植酸、矿质元素等科学配伍后熟，分解形成富含小分子有机质的肥料，该有机肥料与土壤胶体结合，有益于改善土壤结构和土壤透气性、提高土壤肥力和保水能力；同时配方中添加氨基酸、填料为植物的生长提供有机和无机养分，并利用自身的吸附特性来提高土壤的保水能力；此外，氨基酸和腐殖酸还可以调节土壤酸碱平衡，改善了植物的根系微环境，增强了植物的抗病和抗逆能力。上述各组分相互协同作用，组成了一种能提高土壤的物理学肥力、生物学肥力和化学肥力的保水肥料。

[0018] 本发明保水肥料的制备方法充分利用农业废弃资源，通过与碱性物料联合堆放脱水和微生物堆肥发酵的方法，生产出保水肥料的基础原料，后经添加氨基酸、腐植酸、填料等调节酸碱度和C/N等，使各组分发生协同作用，得到上述保水肥料。本生产工艺简单、成本低、用人少、能耗低、保护环境。

附图说明

[0019] 图1是发明实施例保水肥料的制备方法工艺流程图。

具体实施方式

[0020] 为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例与附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0021] 本发明实施例提供一种保水肥料，包括如下重量百分含量的组分：

[0022]

[0023] 具体地，上述农业植物资源来源于农业废弃资源，包括但不仅仅为香蕉茎叶、菠萝茎叶、剑麻茎叶、茶叶渣，该农业植物资源中含有大量的纤维素和木质素，其中植物体内约有50%的碳存在于纤维素中，其余的大多存在于木质素中。纤维素和木质素不溶于水，也不溶于一般的有机溶剂，还能吸附大量水分，能使保水肥料性质稳定、保水功能强和时效久，从而有助于改良土壤结构，营造土壤微型水库、创造有益于作物根系生长的土壤水肥微环境，减少水土养分流失。发明人经过研究发现，使用该农业植物资源后能使得在土壤表层0～20cm深度的水分含量增加了10～25%。从农业植物资源中提取纤维素和/或木质素，充分利用了农业废弃物，成本非常低廉。

[0024] 上述牡蛎壳粉可使用市售的产品，其不仅含有大量碳酸钙，还含有丰富的微量元素以及多种氨基酸成分。该碳酸钙成分在堆放发酵的过程中，与酸性物质反应放出热量，促进上述微生物菌的生长，加快发酵的进程。该微量元素为土壤补充钙镁，氨基酸为土壤提供营养物质，同时氨基酸还起着调节土壤酸碱性的作用。由于其多孔结构，还具有吸水分的作用。

[0025] 上述微生物菌剂包括乳酸菌、芽孢杆菌、木霉菌中的至少一种；进一步地，该芽孢杆菌包括但不仅仅为巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、多粘类芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌。其中，上述乳酸菌能将有机肥料中的纤维素降解成小分子，与小分子木质素结合于土壤胶体。上述芽孢杆菌会释出高活性的分解酵素，例如纤维素酶，将难分解的大分子纤维素分解成可利用的小分子物质，同时促使细胞内的营养物质释放出来，进入土壤增强肥力；芽孢杆菌会分泌强度优良的天然材料聚麸胺酸，与土壤胶体吸附结合后形成土壤的保护膜，最大吸水倍数可达到1108.4倍，大大提高土壤保水能力，防止肥水流失，并能活化和疏松土壤、避免板结，粘絮重金属、降低重金属对土壤的污染；芽孢杆菌可以分解产生恶臭气体的有机物质、有机硫化物、有机氮等，大大改善土壤的环境；上述芽孢杆菌还具有占据空间的优势，抑制有害菌、病原菌等有害微生物的生长繁殖，从而起到抑菌灭菌的作用。此外，上述多粘类芽孢杆菌具有固定分子态氮的能力。上述木霉菌可产生多种对植物病原真菌、细菌及昆虫具有拮抗作用的生物活性物质，比如细胞壁降解酶类和次级代谢产物，从而提高农作物的抗逆性，促进植物生长和提高农产品产量。上述微生物菌剂使用市售的产品即可。

[0026] 上述粘土包含但不仅仅为凹凸棒土、蒙脱石、高岭土中的至少一种，优选为凹凸棒土。该优选的粘土具有很强的可塑性，用水湿润后在较小压力下可以变形并能长久保持原状，可使保水肥料成粒起到粘结作用；而且，该粘土的内部多孔道，比表面积大，可达500m2/g以上，颗粒上带有负电性，具有很好的物理吸附性和表面化学活性，能有效吸附土壤中的腐败物质，起到除臭的作用。该粘土使用市售的产品即可。

[0027] 上述氨基酸优选极性带负电荷的氨基酸，包括但不仅仅为天冬氨酸、谷氨酸中的至少一种，该优选的氨基酸是植物体中合成其他氨基酸和蛋白质的原料。在补水肥料中添加氨基酸，增加土壤肥力的同时，还能调节酸碱平衡。该氨基酸可以使用市售的产品。上述腐殖酸优选粉状的腐殖酸，包括但不仅仅为纯腐殖酸、硝基腐殖酸、腐殖酸钠钾盐物质中的至少一种。该优选的腐殖酸富含亲水酸性物质，具有良好的生理活性和吸收、络合、交换等功能，能与土壤中的金属离子离合，有利于营养元素向作物传送，并能改良土壤结构，有利于农作物的生长。该腐殖酸使用市售的产品即可。

[0028] 上述填料为沸石粉、硅钙粉中的至少一种。该沸石粉的粒径优选为100～250目，其表面粗糙并具有多孔结构，不但能将营养物质和水分均匀地吸附在表面，而且能吸附到孔穴和通道内，能适当延长养分和水分的释放时间，增强土壤的保水能力。硅钙粉优选为低铁铝高钙硅的矿石粉，其可调节土壤的酸碱度，并且补充土壤中的钙和镁元素，提高肥力。该沸石粉和硅钙粉使用市售的产品即可。

[0029] 本发明保水肥料以农业植物资源为主料，经复合微生物菌剂发酵脱水，在与氨基酸、腐植酸、矿质元素等科学配伍后熟，分解形成富含小分子有机质的肥料，该有机肥料与土壤胶体结合，有益于改善土壤结构和土壤透气性、提高土壤肥力和保水能力；同时配方中添加氨基酸、填料为植物的生长提供有机和无机养分，并利用自身的吸附特性来提高土壤的保水能力；此外，氨基酸和腐殖酸还可以调节土壤酸碱平衡，改善了植物的根系微环境，增强了植物的抗病和抗逆能力。上述各组分相互协同作用，组成了一种能提高土壤的物理学肥力、生物学肥力和化学肥力的保水肥料。相应地，本发明实施例还提供了上文一种保水肥料的制备方法。该方法工艺流程图如图1所以示，该方法包括如下步骤：

[0030] S01，称取原料：按上文所述保水肥料的配方称取农业植物资源、牡蛎壳粉、微生物菌剂、粘土、氨基酸、腐殖酸、填料；

[0031] S02，制备混合物一：将步骤S01中称取的农业植物资源与上述牡蛎壳粉混合，堆放，得到混合物一；

[0032] S03，制备混合物二：将S02得到的混合物一与步骤S01中称取的腐殖酸混合，使C/N为20～30：1，再与步骤S01中称取的微生物菌剂混合，翻堆发酵，得到混合物二；

[0033] S04，制备混合物三：将S03得到的混合物二与步骤S01中称取的粘土、氨基酸、填料混合，堆放后熟，得到制备混合物三

[0034] S05，得到保水肥料：将S04得到的混合物三干燥、粉碎、筛选处理，得到保水肥料。

[0035] 具体地，上述步骤S01中，称取的各组分的大小、配方、种类如上所述，为了篇幅，在此不再赘述。称取的方法采用本领域常用的方法即可。

[0036] 具体地，上述步骤S02中，将步骤S01称取的农业植物资源破碎后与上述牡蛎壳粉混合，堆放处理25～35天，优选为露天堆放。由于植物体富含水分，含水量大约为70～85%，与牡蛎壳粉混合后，由于水的渗透作用，水分从植物细胞内释出，得到混合物一。此外，牡蛎壳粉中的碳酸钙成分在该步骤发生放热反应，使混合物一的温度不高于70℃，优选为
45～70℃，尤其为45℃、50℃、60℃时有助于后续步骤S03中微生物菌发酵；牡蛎壳粉中的微量元素和氨基酸成分进入植物的纤维组织间隙，使混合物一富含养分。

[0037] 具体地，上述步骤S03中，将S02中得到的混合物一移至发酵装置中，与上述腐殖酸混合，调节C/N为20～30：1，优选为25：1，该优选的碳氮比有助于微生物进行发酵分解；然后再与上述微生物菌剂混合，翻堆发酵10～15天，得到混合物二。该翻堆步骤可置于发酵装置中进行，例如滚筒式发酵机、槽式发酵机或者发酵塔等，有助于混合物二更均匀更全面地发酵。（

[0038] 具体地，上述步骤S04中，将S03中得到的混合物二与上述粘土、氨基酸和填料混合，其中，往混合物二中投放物料的先后顺序优选为为：氨基酸、填料、粘土，堆放熟化15～30天，至混合物料不产生水化热、温度为常温、或体积不变，至此翻堆熟化完成，得到混合物三。进一步地，该混合物三的PH值为4～9，优选为5～8.5。

[0039] 具体地，上述步骤S05中，将S04中得到的混合物三进行干燥、粉碎、筛选处理。该干燥、粉碎和筛选的方法可采用本领域常用的方法。干燥后，水在混合物三中的重量百分含量为20～40%，优选为15%。筛选粒径为60～80目的粉末状或颗粒状的混合物，得到所述保水肥料。该优选粒径的保水肥料，能增加与土壤胶体的接触面，可以提高保水效果。

[0040] 本发明保水肥料的制备方法充分利用农业废弃资源，通过与碱性物料联合堆放脱水和微生物堆肥发酵的方法，、生产出保水肥料的基础原料，后经添加氨基酸、腐植酸、填料等调节酸碱度和C/N等，使各组分发生协同作用，得到上述保水肥料。本生产工艺简单、成本低、用人少、能耗低、保护环境。

[0041] 现结合具体实例，对本发明实施例保水肥料及其制备方法进行进一步详细说明。

[0042] 实施例1

[0043] 本发明实施例保水肥料制备方法，包括如下步骤：

[0044] 步骤S11，制备混合物一：按重量百分比称取85%破碎后的香蕉、菠萝和剑麻，与15%的牡蛎壳粉混合后，露天堆放去水，得到含水量为50～65%的混合物一。

[0045] 步骤S12，制备混合物二：按重量百分比称取85%的步骤S11中得到的混合物一，将其移至发酵装置与10%的腐植酸进行混合，调节C/N为20～30：1，然后添加5%的复合微生物菌剂进行翻堆发酵10天，得到混合物二；

[0046] 步骤S13，制备混合物三：按重量百分比称取称取80%步骤S12得到的混合物二与10%的凹凸棒土、8%的沸石粉与2%的氨基酸混合，堆放熟化10天，制得混合物三，该混合物三的PH值为6～8；

[0047] 步骤S14，得到保水肥料：将步骤S13得到的混合物三进行干燥、粉碎、过60目的筛，得到粉状的保水肥料，该保水肥料的含水量为15%；

[0048] 实施例2

[0049] 本发明实施例保水肥料制备方法，包括如下步骤：

[0050] 步骤S21，制备混合物一：按重量百分比称取80%破碎后的香蕉、菠萝和剑麻，与20%的牡蛎壳粉混合后，露天堆放去水，得到含水量为50～65%的混合物一。

[0051] 步骤S22，制备混合物二：按重量百分比称取85%的步骤S21中得到的混合物一，将其移至发酵装置与12%的腐植酸进行混合，调节C/N为20～30：1，然后添加3%的复合微生物菌剂进行翻堆发酵15天，得到混合物二；

[0052] 步骤S23，制备混合物三：按重量百分比称取称取80%步骤S22得到的混合物二与8%的凹凸棒土、10%的沸石粉与2%的氨基酸混合，堆放熟化15天，制得混合物三，该混合物三的PH值为6～8；步骤S24，得到保水肥料：将步骤S23得到的混合物三进行干燥、粉碎、过60目的筛，得到粉状的保水肥料，该保水肥料的含水量为15%；

[0053] 实施例3

[0054] 本发明实施例保水肥料制备方法，包括如下步骤：

[0055] 步骤S31，制备混合物一：按重量百分比称取75%破碎后的香蕉、菠萝和剑麻，与25%的牡蛎壳粉混合后，露天堆放去水，得到含水量为50～65%的混合物一。

[0056] 步骤S32，制备混合物二：按重量百分比称取80%的步骤S31中得到的混合物一，将其移至发酵装置与15%的腐植酸进行混合，调节C/N为20～30：1，然后添加5%的复合微生物菌剂进行翻堆发酵12天，得到混合物二；步骤S33，制备混合物三：按重量百分比称取称取85%步骤S32得到的混合物二与7%的凹凸棒土、7%的沸石粉与1%的氨基酸混合，堆放熟化15天，制得混合物三，该混合物三的PH值为6～8；步骤S34，得到保水肥料：将步骤S33得到的混合物三进行干燥、粉碎、过60目的筛，得到粉状的保水肥料，该保水肥料的含水量为15%；

[0057] 对比例1

[0058] 广东徐闻县曲界镇农场

[0059] 与海南岛隔海相望的广东徐闻县,因所在雷州半岛地形狭长，内无江河湖泊,蒸发量大于降水量，周期性地经历着“五年一大旱,三年一小早，年年有春旱”的恶性循环。这里被称为南中国最大的“干旱特区”。用上述实施例1制备的高效绿色保水肥料，施肥量为500公斤/亩，施在土壤表层0-20cm，连续施用3年，对施抗酸化有机肥前后甘蔗亩产量等做比较，具体如表1所示：

[0060] 表1 施高效绿色保水肥料前后保水情况（有效水分含量%）

[0061]

[0062] 备注：其中对照组不施用肥；保水肥料组施用含有本发明实施例1的保水肥料，处理方法为：取待处理土壤自然风干后，放置在容器中在水中浸泡48小时，然后把多余的水排出，露天常温放置，每天被称重。

[0063] 从表1中可看到，施用含有本发明实施例1的保水肥料比对照组增加了10～20%的水份保持效果，抗旱时间延长5～10天。

[0064] 对比例2

[0065] 广东深圳市宝安区公明农场

[0066] 公明农场土壤在4.1～5.3之间，由于长期施用化肥和石灰等原因，土壤出现板结情况。用上述实施例2制备的保水肥料添加剂8%的有机肥，施肥量为200公斤/亩作为基肥，连续施用2年，对施保水肥料前后的土壤情况做比较，具体如表2所示：

[0067] 表2 施保水肥料前后的土壤物理肥力变化

[0068]

[0069] 备注：其中对照组未用保水肥料；保水肥料组施用含有本发明实施例2的保水有机肥料。

[0070] 从表2可看到，与施用前相比，施用含有本发明实施例2的保水肥料2年后，土壤-3pH从4.6变成5.7～6.3，极大的改善了酸碱度；土壤容重降低了0.19g·cm ，总孔隙度提高了3.3个百分点，毛管孔隙度提高了1.0个百分点，非毛管空隙度提高了2.3个百分点，田间持水量提高了4.3个百分点。

[0071] 本领域技术人员均知道土壤容重、孔隙度、田间持水量的高低是衡量土壤物理肥力的重要指标。所谓土壤物理肥力是指土壤为植物生长发育提供所需的物理条件的能力；土壤物理肥力同时具有维持土壤结构不破坏、不被侵蚀和流失的能力，并对土壤生物和化学过程起到促进作用。从表2中可看到在施用了本发明的保水肥料后，土壤物理肥力得到了明显提高，保水能力明显提高。

[0072] 对比例3

[0073] 华北土壤小麦育苗试验施用含本发明所述的保水肥料，施用量分别为5g、10g、20g/盆（每盆含有1kg的土壤，折合保水肥料的用量分别为150kg、300kg、600kg/亩），作为基肥一次性施用，施用保水肥料与对照组（没有施用保水肥料）做比较，操作步骤为：每盆播黄瓜种子30粒，播种后浇水一次，浇水量为200毫升，每个处理重复3次。其中，4月3日浸种，4月7日播种，4月11日出苗，4月15日完全出苗，统计出苗率，具体如表3所示：

[0074] 表3 施用保水肥料对黄瓜出苗及苗期的影响

[0075]处理 出苗率 15天后观察
对照 78% 幼苗变黄，开始枯萎
保水肥料150kg/亩 82% 幼苗轻微变色，生长良好
保水肥料300kg/亩 89% 幼苗生长良好
保水肥料600kg/亩 94% 幼苗生长良好

[0076] 备注：其中对照组未用保水肥料；保水肥料组施用本发明实施例3的保水肥料。

[0077] 从表3中可看到在施用了本发明实施例3的保水肥料后，农作物的出苗率明显提高，抗干旱能力增强。

[0078] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。