CN102358714A - 一种利用秸秆、厨余废弃物生物质炭生产的多功能生物质炭肥 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种秸秆、厨余废弃物生物质炭生产的多功能生物质炭肥，属于有机无机复合肥料技术领域。本肥料主要成分的重量百分比为：生物质炭15%~30%、氮肥25%~35%、磷肥15%~25%、钾肥15%~25%和粘土2%~4%，制成肥料的总养分重量百分比为35%~42%，有机质含量在15%-20%。制备方法是将生物质炭粉碎后过1mm筛，与氮肥、磷肥和钾肥混合均匀，混入粘土，经蒸汽滚筒造粒、烘干、过筛制成2mm-3mm的均匀颗粒。本发明不仅可以有效地实现废弃物的资源化利用，而且能够显著降低土壤氧化亚氮的排放量，提高土壤固碳量，调节土壤容重，提高作物氮素利用率，显著提高作物的产量和品质。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用农业和生活厨余生物质废弃物生产的多功能生物质炭肥及其制备方法，研发的多功能生物质炭肥兼有提高氮肥肥效、改良土壤结构和生物活性，以及有效抑制土壤氧化亚氮温室气体排放等多种良好作用。属于提高有机质含量和土壤固碳，促进作物生产和降低农田温室气体排放的技术方法，属于资源循环利用和有机无机多功能新型肥料技术领域。
背景技术
我国粮食单产逐年上升，单位面积的粮食生产能力获得显著提高，其中化肥施用在粮食增产发挥了重要和主要的作用。但大量施用化肥不仅增加成本，同时会引发土壤酸化、土壤板结、土壤污染和水体N、P污染和富营养化等问题；同时，化学肥料生产和施用也是温室气体排放源之一，过量或不合理的使用氮肥，显著增加了温室气体中氧化亚氮的排放，N2O在大气中热量捕获能力是CO2 的296倍。而目前引导农民大量施用有机肥也存在许多不足之处，如需要农民投工多、田间操作不便，况且有机肥除了本身供肥强度相对较弱以外，其在分解过程中还会产生大量的CO2和CH4等温室气体。因此，迫切需要研制一种既能兼顾化肥的增产和有机肥增碳增汇的优势，又能克服两者不足的环境友好型肥料，产品的研制和大面积推广应用必将对我国发展低碳农业、促进农业可持续发展起到巨大推动作用。
秸秆是我国农业生产中丰富的资源，但秸秆露天焚烧的现象日趋严重，据统计，每年约有上亿吨的秸秆被焚烧，排放出大量污染物，严重威胁着大气环境，同时，也造成严重的资源浪费。此外，随着经济发展和生活水平的不断提高，村镇厨余废弃物日益增多，其处理和其中养分资源在循环利用是我国资源和环境领域的重要挑战。课题组的研究结果表明，作物秸秆或厨余生物质废弃物经热裂解炭化，可以形成生物质炭，这类物质呈微碱性、多孔、疏松和富含各种不同结构的有机质组分的炭质混合物，具有良好的物理性质和养分调控作用，增加土壤中养分特别是氮肥的有效性，有效降低土壤氧化亚氮的排放。同时可有效提高土壤中有机碳的储存量，因此，将生物质炭与无机肥料结合生产有机无机复混肥料，既能够实现废弃物资源化利用，又能够达到节能减排、增加土壤碳汇和提高作物产量和质量的双赢效果。
发明内容
技术问题
本发明根据课题组前期对生物黑炭农作物生产的田间实验结果，将秸秆和生活厨余生物质废弃物热裂解炭化生产的生物黑炭经过一定的加工，与化肥肥料按一定比例复配混合，最后制成生物质炭肥，产生化肥持续缓效作用，其中丰富的稳定有机质具有土壤结构改良作用和微生物活性诱导作用，因而施用于农田具有肥料持续稳定，改善土壤结构，提高土壤墒情和减排温室气体的多种作用，从而成为低碳高效的多功能新型生物质肥料。在未来我国农业节能减排和增产高效发展中具有广泛的应用前景。
技术方案
本发明的工作原理：作物秸秆（玉米、小麦、水稻、油菜、棉花等秸秆）或厨余废弃物生物质经热裂解炭化后的生物质炭是微碱性、多孔、疏松和富含各种不同结构的有机质组分的炭质混合物，利用其丰富的稳定性有机质及其对养分的吸持特性和土壤结构改良特性，经添加一定量的粘土和定量配比的化肥养分，经复配、混合、造粒而制成的特殊有机无机多元肥料。这种肥料的特点是以生物黑炭炭质为载体，同时含有有机和无机生物活性物质，促进氮素等养分的生物周转而提高化肥养分的土壤保持和作物吸收，有效抑制土壤氧化亚氮的排放，兼有改善土壤结构，提高土壤墒情和促进作物根系生长等多种良好作用。本发明包括以下操作流程：
1．秸秆或厨余废弃物热裂解生产生物质炭
收集农作物秸秆（玉米、小麦、水稻、油菜、棉花等秸秆），风干或晾晒使之含水量低于20%。收集厨余废弃物，挤压脱水后烘干，使之含水量低于20%，在450-550℃进行热裂解炭化，冷却，磨碎，过1mm筛，得到颗粒直径<1mm的生物质炭原料。
2．生物质炭与肥料的混合
将生物质炭与化肥混合，各种成分的重量百分比为：生物质炭15%~30%、氮肥25%~35%、磷肥15%~25%、钾肥15%~25%，搅拌混匀。
3．生物质炭肥的制备
添加2%~4%的粘土，蒸汽滚筒造粒，烘干后冷却，过筛，制成颗粒直径为2 mm ~3 mm的表面光滑、大小均匀的肥料颗粒。成品肥料总养分含量为35%~42%，有机质含量为15%~20%。
有益效果
施用生物质炭肥显著增加水稻产量。在水稻田中施用生物质炭肥420~450公斤/公顷，当年可以提高水稻产量5~8%。施用生物炭肥逐年增加土壤有机质。生物质炭含有35~50%的有机质碳素，生物质炭肥的有机质含量在15%~20%，在水稻田中施用生物质炭肥420~450 公斤/公顷，当年可以提高土壤有机质含量4%~5%。施用生物质炭肥可以改善土壤结构，每公顷分别施用生物质肥252公斤/公顷和450公斤/公顷，容重提高3%~4%。施用生物质炭肥可以提高氮素农学效率，根据施用生物黑炭与氮素配合提高稻田氮素农学效率，每公斤化肥氮素增加稻谷产量2.2公斤-3.3公斤，玉米旱地提高氮素增产效果1.1-1.5公斤，因此生物质炭肥与单施化肥氮素相比，可以提高氮肥的增产效果15 %以上。施用生物质炭肥，大幅度减少N2O温室气体排放，在玉米田中施入750公斤/公顷生物质炭肥，土壤N2O排放系数降低10-15%。
附图说明
图1生物质炭肥制备流程
图2施用生物质炭肥条件下土壤有机质的变化
图3施用生物质炭肥条件下土壤容重的变化
实施例1
安徽池州水稻生物质炭肥料野外试验，试验设以下处理：1）常规施肥（CF）：施复合肥25kg/亩作基肥，追10 kg尿素；2）生物质炭肥料处理1（BCF1）：炭基肥料 28 kg/亩作基肥，追10 kg尿素； 3）生物质炭肥料处理2（BCF2）：炭基肥料30kg/亩作基肥,追15 kg尿素3个处理，每个处理重复3次, 小区面积为15m2，每处理32株，采用随机区组排列。小区间有宽1m的保护行。生物质炭肥土壤有机质含量比施用纯化肥提高4%~5%。（参照图2）。
其中所述的生物质炭肥料，由如下步骤获得：
1．秸秆或厨余废弃物热裂解生产生物质炭
收集农作物秸秆（玉米、小麦、水稻、油菜、棉花等秸秆），风干或晾晒使之含水量低于20%。收集厨余废弃物，挤压脱水后烘干，使之含水量低于20%，在450-550℃进行热裂解炭化，冷却，磨碎，过1mm筛，得到颗粒直径<1mm的生物质炭原料。
2．生物质炭与肥料的混合
将生物质炭与化肥混合，各种成分的重量百分比为：生物质炭15%~30%、氮肥25%~35%、磷肥15%~25%、钾肥15%~25%，搅拌混匀。
3．生物质炭肥的制备
添加2%~4%的粘土，蒸汽滚筒造粒，烘干后冷却，过筛，制成颗粒直径为2 mm ~3 mm的表面光滑、大小均匀的肥料颗粒。成品肥料总养分含量为35%~42%，有机质含量为15%~20%。
实施例2
安徽池州棉花生物质炭肥料试验，试验设以下处理：1）常规施肥（CF）：施复合肥15kg/亩作基肥，追15 kg复合肥、15 kg尿素和10 kg钾肥；2）生物质炭肥料处理1（BCF1）：炭基肥料 16.8 kg/亩作基肥，追15 kg复合肥、15 kg尿素和10 kg钾肥；3）生物质炭肥料处理2（BCF2）：炭基肥料30kg/亩作基肥, 追15 kg复合肥、15 kg尿素和10 kg钾肥；3个处理，每个处理重复3次, 小区面积为15m2，每处理32株，采用随机区组排列。小区间有宽1m的保护行。CF土壤容重为1.30~1.27g/cm3，BCF1为1.25~1.27 g/cm3，BCF2为1.15~1.29 g/cm3，容重提高3%~4%。（参照图3）；
其中所述的生物质炭肥料，由如下步骤获得：
1．秸秆或厨余废弃物热裂解生产生物质炭
收集农作物秸秆（玉米、小麦、水稻、油菜、棉花等秸秆），风干或晾晒使之含水量低于20%。收集厨余废弃物，挤压脱水后烘干，使之含水量低于20%，在450-550℃进行热裂解炭化，冷却，磨碎，过1mm筛，得到颗粒直径<1mm的生物质炭原料。
2．生物质炭与肥料的混合
将生物质炭与化肥混合，各种成分的重量百分比为：生物质炭15%~30%、氮肥25%~35%、磷肥15%~25%、钾肥15%~25%，搅拌混匀。
3．生物质炭肥的制备
添加2%~4%的粘土，蒸汽滚筒造粒，烘干后冷却，过筛，制成颗粒直径为2 mm ~3 mm的表面光滑、大小均匀的肥料颗粒。成品肥料总养分含量为35%~42%，有机质含量为15%~20%。
Claims (2)
1.一种利用秸秆、厨余废弃物生物质炭生产的多功能生物质炭肥，其特征在于按如下步骤获得：
A．秸秆或厨余废弃物热裂解生产生物质炭
收集农作物秸秆，风干或晾晒使之含水量低于20%；收集厨余废弃物，挤压脱水后烘干，使之含水量低于20%，在450-550℃进行热裂解炭化，冷却，磨碎，过1mm筛，得到颗粒直径<1mm的生物质炭原料；
B．生物质炭与肥料的混合
将生物质炭与化肥混合，各种成分的重量百分比为：生物质炭15%~30%、氮肥25%~35%、磷肥15%~25%、钾肥15%~25%，搅拌混匀；
C．生物质炭肥的制备
添加2%~4%的粘土，蒸汽滚筒造粒，烘干后冷却，过筛，制成颗粒直径为2 mm ~3 mm的表面光滑、大小均匀的肥料颗粒成品。
2.根据权利要求1所述的一种利用秸秆、厨余废弃物生物质炭生产的多功能生物质炭肥，其特征在于所述的成品肥料总养分含量为35%~42%，有机质含量为15%~20%。
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