一种利用生物炭基缓释肥料改良白浆土的方法

摘要

一种利用生物炭基缓释肥料改良白浆土的方法，涉及一种改良白浆土的方法。为了解决生物炭作为肥料载体与氮肥结合制成生物炭基缓释肥，降低肥料养分淋失，提高肥料利用率、延长肥料缓释周期，进而降低改良中低产田土的成本成为亟需解决的问题。方法：在第一年秋季，开沟并将长效缓释肥施入心土层，在第二年4上旬，将表层耕地土壤耙碎，并施入生物炭基缓释肥，然后将表层耕地土壤耙匀，起垄；在5月上旬种植作物。本发明将长效缓释肥施入心土层，生物炭基缓释肥施入表层，形成释放梯度，提高心土层土壤团聚体的含量，增加土壤的稳定性并逐渐形成新的耕层。长效缓释肥工艺环节少，工艺时间短。采用液态发酵和曝气搅拌方式发酵更加均匀彻底。

权利要求

1.一种利用生物炭基缓释肥料改良白浆土的方法，其特征在于：利用生物炭基缓释肥料改良白浆土的方法按照以下步骤进行：一、在第一年秋季，开沟并将长效缓释肥施入心土层，开沟深度为30cm‑40cm；

所述长效缓释肥施的制备方法为：称取草炭土12～13份、畜禽粪便60～70份、腐殖酸5～10份、粒径为1～5cm的秸秆15～20份、粘土5～10份、生物炭5～10份和微量元素1‑3份作为原料：将称取的原料置于发酵池中，再加入原料质量0.15～2％的生物菌剂，然后加入与原料等体积的水，使原料完全浸没在水中，封闭发酵池，进行发酵5～7天；发酵过程中保证发酵池中物料始终浸没在水中，发酵过程中，当温度升高于65℃时，打开发酵池，利用曝气装置向发酵池底部曝气，曝气能够对发酵池内物料进行搅拌并降温，温度降至30℃以下时停止曝气；发酵5～7天后向发酵池内补充水至原水位高度的1.2～1.3倍，然后向发酵池内加入黏土，混合均匀后，静置3～5天，期间维持水位高度不变，黏土加入量为发酵池内全部物料体积的25～30％；向发酵池内加入化学肥料、硬脂酸钙、黄原胶和生物菌剂，混合均匀后，封闭发酵池，再进行发酵3～5天，然后打开发酵池静置至发酵池内物料固化成固体，取出固体产物并破碎成颗粒，得到长效缓释肥施；

所述化学肥料中含有：碳酸氢铵30‑45份、尿素80‑105份、硫酸钾45‑80份、氯化铵70‑95份、氯化钾25‑55份、磷酸钾10‑35份、钙镁磷肥45‑65份；

所述化学肥料的添加量为生物炭质量的80～90％，硬脂酸钙的添加量为黏土质量的2～2.5％，黄原胶的添加量为黏土质量的2～3％，生物菌剂的添加量为步骤一中原料质量的

0.05～1％；

二、在第二年4上旬，将表层耕地土壤耙碎，并施入生物炭基缓释肥，然后将表层耕地土壤耙匀，起垄；

所述生物炭基缓释肥按质量分数计，由52～55％的生物炭、8～10％的粘结剂、28～

30％的尿素、2～3％的脲酶抑制剂、1.8～2％的硝化抑制剂混合而成；

三、起垄后，在5月上旬种植作物。

2.根据权利要求1所述的利用生物炭基缓释肥料改良白浆土的方法，其特征在于：步骤一所述生物菌剂为EM原液。

3.根据权利要求1所述的利用生物炭基缓释肥料改良白浆土的方法，其特征在于：步骤一所述微量元素为氯化锌、氯化铜、氯化镁、氯化铁、氯化亚铁中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的利用生物炭基缓释肥料改良白浆土的方法，其特征在于：步骤一所述生物炭的制备方法为：将玉米秸秆粉碎，然后在400～500℃和无氧条件下热解24～

36h，最后粉碎至粒径为0.3～1cm。

5.根据权利要求1所述的利用生物炭基缓释肥料改良白浆土的方法，其特征在于：步骤二所述粘结剂为膨润土。

6.根据权利要求1所述的利用生物炭基缓释肥料改良白浆土的方法，其特征在于：步骤二所述脲酶抑制剂为乙酰氧汚酸。

7.根据权利要求1所述的利用生物炭基缓释肥料改良白浆土的方法，其特征在于：步骤二所述硝化抑制剂为3,4‑二甲基吡唑磷酸盐。

8.根据权利要求1所述的利用生物炭基缓释肥料改良白浆土的方法，其特征在于：步骤2

一所述长效缓释肥施用量为130～150kg/667m。

9.根据权利要求1所述的利用生物炭基缓释肥料改良白浆土的方法，其特征在于：步骤2

二所述生物炭基缓释肥施用量为190～210kg/667m。

说明书

一种利用生物炭基缓释肥料改良白浆土的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种改良白浆土的方法。

背景技术

[0002] 白浆土也是我国典型的中低产田土，具白浆层结构致密、物理结构不良、氮素调控能力弱，已成为制约东北粮食生产发展的瓶颈。

[0003] 施氮肥是目前我国提高农作物产量最直接有效的途径，然而生产中氮肥的过量施用加之氮素释放过快与作物需求不同步，造成了氮素损失和环境污染等问题。因此，通过开发高肥效、低污染的新型缓释氮肥来改良中低产田土是多年研究领域的热点。生物炭基有机肥通常采用农作物秸秆生物炭作为原料，在缺氧和高温条件下热解，形成高度芳香化的固态物质。其主要特点是碳素富含量较高，可以达到75％～95％左右。将生物炭基有机肥应用在农业种植中，可以长期保持稳定结构和多种特性，对土壤环境起到改良作用。生物炭基有机肥可以从多个方面改善土壤环境，使土壤环境更加有利于植物生长。同时可以通过使用生物炭基有机肥提高土壤的肥料养分利用率，从而控制肥料使用量，满足节约成本和环保需求。

[0004] 但是，由秸秆高温限氧裂解生成的生物炭具有复杂的多孔结构、比表面积大的特殊理化性质，把土壤中作物生长所需要的营养元素吸附在自己周围，可以防止肥料的流失具有一定的缓释性能。但生物炭自身养分含量低，且呈粉末状，体小质轻，占空间大，操作困难。因此将如何解决生物炭作为肥料载体与氮肥结合制成生物炭基缓释肥，降低肥料养分淋失，提高肥料利用率、延长肥料缓释周期，进而降低改良中低产田土的成本成为亟需解决的问题。

发明内容

[0005] 本发明为了解决上述技术问题，提出一种利用生物炭基缓释肥料改良白浆土的方法。

[0006] 本发明利用生物炭基缓释肥料改良白浆土的方法按照以下步骤进行：

[0007] 一、在第一年秋季，开沟并将长效缓释肥施入心土层，开沟深度为30cm‑40cm；

[0008] 所述长效缓释肥施的制备方法为：称取草炭土12～13份、畜禽粪便60～70份、腐殖酸5～10份、粒径为1～5cm的秸秆15～20份、粘土5～10份、生物炭5～10份和微量元素1‑3份作为原料：将称取的原料置于发酵池中，再加入原料质量0.15～2％的生物菌剂，然后加入与原料等体积的水，使原料完全浸没在水中，封闭发酵池，进行发酵5～7天；发酵过程中保证发酵池中物料始终浸没在水中，发酵过程中，当温度升高于65℃时，打开发酵池，利用曝气装置向发酵池底部曝气，曝气能够对发酵池内物料进行搅拌并降温，温度降至30℃以下时停止曝气；发酵5～7天后向发酵池内补充水至原水位高度的1.2～1.3倍，然后向发酵池内加入黏土，混合均匀后，静置3～5天，期间维持水位高度不变，黏土加入量为发酵池内全部物料体积的25～30％；向发酵池内加入化学肥料、硬脂酸钙、黄原胶和生物菌剂，混合均匀后，封闭发酵池，再进行发酵3～5天，然后打开发酵池静置至发酵池内物料固化成固体，取出固体产物并破碎成颗粒，得到长效缓释肥施；

[0009] 所述化学肥料中含有：碳酸氢铵30‑45份、尿素80‑105份、硫酸钾45‑80份、氯化铵70‑95份、氯化钾25‑55份、磷酸钾10‑35份、钙镁磷肥45‑65份；

[0010] 所述化学肥料的添加量为生物炭质量的80～90％，硬脂酸钙的添加量为黏土质量的2～2.5％，黄原胶的添加量为黏土质量的2～3％，生物菌剂的添加量为步骤一中原料质量的0.05～1％；

[0011] 二、在第二年4上旬，将表层耕地土壤耙碎，并施入生物炭基缓释肥，然后将表层耕地土壤耙匀，起垄；

[0012] 所述生物炭基缓释肥按质量分数计，由52～55％的生物炭、8～10％的粘结剂、28～30％的尿素、2～3％的脲酶抑制剂、1.8～2％的硝化抑制剂混合而成；

[0013] 三、起垄后，在5月上旬种植作物。

[0014] 本发明具备以下有益效果：

[0015] 1、本发明将长效缓释肥施入心土层，将生物炭基缓释肥施入表层耕地土壤，心土层的长效缓释肥的释放期长，表层耕地土壤中的生物炭基缓释肥释放期短于心土层，形成了释放梯度，使得两种肥料在改良白浆土中作用时间更加持久，心土层的长效缓释肥能够引导更多的植物的根系向肥性生长，逐步改善心土层透水透气性和微生物环境，增加有机质的积累，提高心土层土壤团聚体的含量，增加土壤的稳定性，并逐渐形成新的耕层。

[0016] 2、本发明长效缓释肥施制备过程中第一次发酵完成并向发酵池内加入黏土，黏土在陈化过程中与发酵物料混匀形成浆料，然后再次加入生物菌剂进行二次发酵，二次发酵产生的气体在浆料形成大量气泡，同时加入的硬脂酸钙作为表面活性剂能够降低气泡的表面张力，起到稳定气泡的作用，黄原胶加入后形成的溶液渗入土壤孔隙时，溶液中水分通过蒸发和被土壤颗粒吸附而逐渐散失，导致溶液粘度上升，随着水分的进一步散失，粘度越来越高的黄原胶会促进颗粒胶结，最终固化，形成具有丰富孔隙结构的有机肥固体。肥料中尿素、腐殖酸等物质通过化学键合或者物理吸附方式固定于多孔体系内，在施用后在土壤微生物、土壤离子交换的作用下黄原胶降解，多孔体系内物质释放，具有致密孔隙结构的有机肥不仅保持了原有的生物炭基有机肥的优点，还具有更长的缓释周期，稳定的释放速度，提高肥料利用率；同时由于丰富的孔隙结构使得有机肥具有更好的蓄水保水能力，进一步使得营养物质的释放更加稳定，土壤稳定性和改良土壤的效果更加长效；长效缓释肥在发酵池内能够完成全部工艺，工艺环节少，整体工艺时间短，进而降低成本。并且采用了原料完全浸没在水中的液态发酵和曝气搅拌方式，发酵更加均匀彻底，能够显著缩短发酵时间。

附图说明

[0017] 图1为长效缓释肥表面电镜(SEM)图像；

[0018] 图2为氮素累积释放溶出曲线图。

具体实施方式

[0019] 本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。

[0020] 具体实施方式一：本实施方式利用生物炭基缓释肥料改良白浆土的方法按照以下步骤进行：

[0021] 一、在第一年秋季，开沟并将长效缓释肥施入心土层，开沟深度为30cm‑40cm；

[0022] 所述长效缓释肥施的制备方法为：称取草炭土12～13份、畜禽粪便60～70份、腐殖酸5～10份、粒径为1～5cm的秸秆15～20份、粘土5～10份、生物炭5～10份和微量元素1‑3份作为原料：将称取的原料置于发酵池中，再加入原料质量0.15～2％的生物菌剂，然后加入与原料等体积的水，使原料完全浸没在水中，封闭发酵池，进行发酵5～7天；发酵过程中保证发酵池中物料始终浸没在水中，发酵过程中，当温度升高于65℃时，打开发酵池，利用曝气装置向发酵池底部曝气，曝气能够对发酵池内物料进行搅拌并降温，温度降至30℃以下时停止曝气；发酵5～7天后向发酵池内补充水至原水位高度的1.2～1.3倍，然后向发酵池内加入黏土，混合均匀后，静置3～5天，期间维持水位高度不变，黏土加入量为发酵池内全部物料体积的25～30％；向发酵池内加入化学肥料、硬脂酸钙、黄原胶和生物菌剂，混合均匀后，封闭发酵池，再进行发酵3～5天，然后打开发酵池静置至发酵池内物料固化成固体，取出固体产物并破碎成颗粒，得到长效缓释肥施；

[0023] 所述化学肥料中含有：碳酸氢铵30‑45份、尿素80‑105份、硫酸钾45‑80份、氯化铵70‑95份、氯化钾25‑55份、磷酸钾10‑35份、钙镁磷肥45‑65份；

[0024] 所述化学肥料的添加量为生物炭质量的80～90％，硬脂酸钙的添加量为黏土质量的2～2.5％，黄原胶的添加量为黏土质量的2～3％，生物菌剂的添加量为步骤一中原料质量的0.05～1％；

[0025] 二、在第二年4上旬，将表层耕地土壤耙碎，并施入生物炭基缓释肥，然后将表层耕地土壤耙匀，起垄；

[0026] 所述生物炭基缓释肥按质量分数计，由52～55％的生物炭、8～10％的粘结剂、28～30％的尿素、2～3％的脲酶抑制剂、1.8～2％的硝化抑制剂混合而成；

[0027] 三、起垄后，在5月上旬种植作物。

[0028] 本实施方式具备以下有益效果：

[0029] 1、本实施方式将长效缓释肥施入心土层，将生物炭基缓释肥施入表层耕地土壤，心土层的长效缓释肥的释放期长，表层耕地土壤中的生物炭基缓释肥释放期短于心土层，形成了释放梯度，使得两种肥料在改良白浆土中作用时间更加持久，心土层的长效缓释肥能够引导更多的植物的根系向肥性生长，逐步改善心土层透水透气性和微生物环境，增加有机质的积累，提高心土层土壤团聚体的含量，增加土壤的稳定性，并逐渐形成新的耕层。

[0030] 2、本实施方式长效缓释肥施制备过程中第一次发酵完成并向发酵池内加入黏土，黏土在陈化过程中与发酵物料混匀形成浆料，然后再次加入生物菌剂进行二次发酵，二次发酵产生的气体在浆料形成大量气泡，同时加入的硬脂酸钙作为表面活性剂能够降低气泡的表面张力，起到稳定气泡的作用，黄原胶加入后形成的溶液渗入土壤孔隙时，溶液中水分通过蒸发和被土壤颗粒吸附而逐渐散失，导致溶液粘度上升，随着水分的进一步散失，粘度越来越高的黄原胶会促进颗粒胶结，最终固化，形成具有丰富孔隙结构的有机肥固体。肥料中尿素、腐殖酸等物质通过化学键合或者物理吸附方式固定于多孔体系内，在施用后在土壤微生物、土壤离子交换的作用下黄原胶降解，多孔体系内物质释放，具有致密孔隙结构的有机肥不仅保持了原有的生物炭基有机肥的优点，还具有更长的缓释周期，稳定的释放速度；同时由于丰富的孔隙结构使得有机肥具有更好的蓄水保水能力，进一步使得营养物质的释放更加稳定，土壤稳定性和改良土壤的效果更加长效；长效缓释肥在发酵池内能够完成全部工艺，工艺环节少，整体工艺时间短。并且采用了原料完全浸没在水中的液态发酵和曝气搅拌方式，发酵更加均匀彻底，能够显著缩短发酵时间。

[0031] 具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一所述生物菌剂为EM原液。

[0032] 具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一所述微量元素为氯化锌、氯化铜、氯化镁、氯化铁、氯化亚铁中的一种或几种。

[0033] 具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一所述生物炭的制备方法为：将玉米秸秆粉碎，然后在400～500℃和无氧条件下热解24～36h，最后粉碎至粒径为0.3～1cm。

[0034] 具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二所述粘结剂为膨润土。

[0035] 具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二所述脲酶抑制剂为乙酰氧汚酸。

[0036] 具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二所述硝化抑制剂为3,4‑二甲基吡唑磷酸盐。

[0037] 具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤一所述2
长效缓释肥施用量为130～150kg/667m。

[0038] 具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤二所述2
生物炭基缓释肥施用量为190～210kg/667m。

[0039] 实施例1：

[0040] 本实施例利用生物炭基缓释肥料改良白浆土的方法按照以下步骤进行：

[0041] 一、在第一年秋季，10月1日至15日，开沟并将长效缓释肥施入心土层，开沟深度为2
35cm；长效缓释肥施用量为130kg/667m；

[0042] 所述长效缓释肥施的制备方法为：称取草炭土12份、畜禽粪便65份、腐殖酸8份、粒径为4～5cm的秸秆20份、粘土8份、生物炭8份和微量元素2份作为原料：将称取的原料置于发酵池中，再加入原料质量0.15％的生物菌剂，然后加入与原料等体积的水，使原料完全浸没在水中，封闭发酵池，进行发酵6天；发酵过程中保证发酵池中物料始终浸没在水中，发酵过程中，当温度升高于65℃时，打开发酵池，利用曝气装置向发酵池底部曝气，曝气能够对发酵池内物料进行搅拌并降温，温度降至30℃以下时停止曝气；发酵6天后向发酵池内补充水至原水位高度的1.2倍，然后向发酵池内加入黏土，混合均匀后，静置4天，期间维持水位高度不变，黏土加入量为发酵池内全部物料体积的25％；向发酵池内加入化学肥料、硬脂酸钙、黄原胶和生物菌剂，混合均匀后，封闭发酵池，再进行发酵5天，然后打开发酵池静置至发酵池内物料固化成固体，取出固体产物并破碎成颗粒，得到长效缓释肥施；

[0043] 所述化学肥料中含有：碳酸氢铵45份、尿素90份、硫酸钾60份、氯化铵85份、氯化钾35份、磷酸钾25份、钙镁磷肥55份；

[0044] 所述化学肥料的添加量为生物炭质量的90％，硬脂酸钙的添加量为黏土质量的2％，黄原胶的添加量为黏土质量的2％，生物菌剂的添加量为步骤一中原料质量的0.05％；

[0045] 所述生物菌剂为EM原液；

[0046] 所述微量元素为氯化锌；

[0047] 所述生物炭的制备方法为：将玉米秸秆粉碎，然后在450℃和无氧条件下热解30h，最后粉碎至粒径为0.5～1cm；

[0048] 二、在第二年4月10日，将表层耕地土壤耙碎，并施入生物炭基缓释肥，然后将表层2
耕地土壤耙匀，起垄；生物炭基缓释肥施用量为200kg/667m；

[0049] 所述生物炭基缓释肥按质量分数计，由55％的生物炭、9％的粘结剂、30％的尿素、3％的脲酶抑制剂、2％的硝化抑制剂混合而成；所述粘结剂为膨润土；所述脲酶抑制剂为乙酰氧汚酸；所述硝化抑制剂为3,4‑二甲基吡唑磷酸盐；所采用的膨润土为过100目筛的纳基膨润土粉末。

[0050] 图1为长效缓释肥表面电镜(SEM)图像；图1可以看到长效缓释肥有着大量的蜂窝状多孔结构，孔隙结构纵横排列，部分质感紧密，部分疏松，且微孔大小不一、形状各异，微孔表面光滑、排列紧密，这样的结构可以有效的为氮素等元素吸附提供了场所。

[0051] 实施例2：本实施例与实施例1不同的是，长效缓释肥施用量为150kg/667m2；生物2
炭基缓释肥施用量为210kg/667m。

[0052] 实施例3：本实施例与实施例1不同的是，长效缓释肥施用量为140kg/667m2；生物2
炭基缓释肥施用量为190kg/667m。

[0053] 图2为土壤中氮素累积释放溶出曲线图，图中曲线1对应实施例1，曲线2对应实施例3，曲线3对应实施例3；由图2可知，实施例1～3中氮素累积释放溶出曲线基本一致，都呈“S”型，氮释放期在26个月以上。

[0054] 实施例3作为实验组，并设置对照组：对照组施用化肥，含氮18％，五氧化二磷2
10％，氧化钾12％；施用量为45kg/667m，播种时一次性施用，期间不进行追肥。

[0055] 实验组抑制剂原料：实施例所用的硝化抑制剂和脲酶抑制剂均为过100目筛的硝化抑制剂粉末和脲酶抑制剂粉末，含量≥99.5wt.％，水分≤0.3wt.％。

[0056] 实验组生物炭原料：实施例中所有的生物炭是生物炭生产设备高温裂解烧制而成，利用玉米秸秆作为生物炭的原料，基于热裂解技术的秸秆炭化机热裂生成，粉碎过1002
目筛所得，其比表面积为300m/g，灰分含量为45％，pH值为7.76。

[0057] 供试作物品种：供试作物品种为吉林省白城市农业科学院选育的燕麦品质白燕1号。

[0058] 供试地点：吉林省辽源市东丰县大阳镇，海拔390米北纬42°33′50″东经125°22′46″，土质为白浆土，该地区年均日照时数2417.2h，年平均气温5.8℃，年均降雨量为
622.8mm，雨量主要集中在5‑9月份，无霜期为121d。土壤基本性质见表1。实验组和对照组在同一片土地的相邻地块区域内进行种植。

[0059] 土壤样品采集：在燕麦成熟期，进行“S”5点取样，将混匀后按四分法分取土样，过2mm筛后，保存于4℃的冰箱内，用于土壤硝态氮、铵态氮等测定；将所采土样取少量阴干，用于土壤基本理化性质、土壤全氮、各种形态的有机碳及土壤团聚体的测定。

[0060] 表1

[0061]

[0062] 燕麦样品采集：在成熟期测定植株穗长、株高、叶茎比，并选取取燕麦代表样粉碎进行植株全氮的测定，最后计算氮素的利用情况。

[0063] 经过试验田试验后发现，施用生物炭基缓释肥后，实施例3中，土壤>0.25mm干团聚体的比例增至92.25％，较对照组提高了2.32％；土壤>0.25mm水稳性团聚体的比例增至40.56％，较对照组提高了0.45％；干团聚平均质量直径(DWMD)增至4.73mm，较对照组提高了46.44％；水稳性团聚体平均质量直径(WMWD)增至0.289mm，较对照组提高了9.06％。施加生物炭基缓释肥后对有机碳含量有一定程度的提升，其中，实施例3将总有机碳含量(TOC)增至12.72g/kg，较对照组提高了9.65％；易氧化有机碳含量(ROC)增至8.99g/kg，较对照组提高了5.64％；活性有机碳含量(LOC)增至2.33g/kg，较对照组提高了43.82％，实施例3提高了大团聚体比例其中有机碳的含量，增强了团聚体的稳定性，对于改良提高作物产量和改良土壤有这重大意义。对速效氮吸收量也有显著提高，实施例3中碱解氮含量增至
464.10mg/kg，较对照组提高了184.06％；铵态氮含量增至120.14mg/kg，较对照组提高了
1922.56％；硝态氮含量降至4.45mg/kg，较对照组降低了244.04％；测得株高在各生育期差异不显著。实施例3穗长增至32.18cm，较对照组提高了35.67％；并且施用生物炭基缓释肥后降低了燕麦的茎叶比，利于提高适口性和可食用叶量。