本發(fā)明屬于肥料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種生物炭基玉米專用長(zhǎng)效復(fù)合肥及其制備方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)化學(xué)肥料的氮肥由于揮發(fā)、淋失和土壤固定等因素的影響，利用率一直不高，氮肥當(dāng)季利用率只有30％～40％，磷肥當(dāng)季利用率只有10％～20％左右；微量元素利用率更低，且施入當(dāng)季難以充分發(fā)揮作用。肥料利用率不高，不但影響農(nóng)作物增產(chǎn)增質(zhì)，降低經(jīng)濟(jì)效益，還可能引起一系列的生態(tài)環(huán)境問題。通過(guò)工業(yè)途徑，生產(chǎn)一高利用率、高環(huán)境安全性為特征的生物炭復(fù)合肥，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)肥料工業(yè)和無(wú)公害農(nóng)業(yè)的發(fā)展意義重大。

農(nóng)村地區(qū)秸稈資源豐富，處理方式不一。生物質(zhì)直接還田具有腐解過(guò)程與作物競(jìng)爭(zhēng)養(yǎng)分、且易將病原菌、雜草種子帶入等缺點(diǎn)；而秸稈焚燒造成大氣污染嚴(yán)重、資源浪費(fèi)等多重問題，而生物質(zhì)炭化是解決諸多問題的一個(gè)有效途徑。

生物炭是由生物質(zhì)在無(wú)氧或限氧條件下，經(jīng)過(guò)緩慢高溫?zé)峤猱a(chǎn)生的一類難熔、穩(wěn)定、高度芳香化、富含碳素的固態(tài)物質(zhì)。生物炭具有穩(wěn)定性高、陽(yáng)離子交換量大、孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積大等特點(diǎn)，是無(wú)機(jī)物、不定型有機(jī)質(zhì)及結(jié)晶態(tài)芳香碳有機(jī)質(zhì)共存的復(fù)合結(jié)構(gòu)。生物質(zhì)炭表面具多微孔特征決定其具有良好的離子交換性、較高的絡(luò)合和吸附能力，決定了其對(duì)肥料具有很好的緩釋作用，可有效減少氮、磷肥料揮發(fā)和淋失損失，增加肥料養(yǎng)分在土壤中存留期，減少淋失等其他損失。生物炭顏色顏色較深，混入土壤有很好的吸光增溫效果，在春節(jié)有利于提高地溫，利于幼苗吸收氮磷養(yǎng)分，進(jìn)而提高肥料利用率。生物炭多為堿性，能夠減緩化肥施用伴隨的土壤酸化進(jìn)程，從而進(jìn)一步改善土壤質(zhì)量。生物炭多孔特征使其混入土壤后可增加土壤孔隙度，提高土壤持水性能，改善土壤通透性。生物炭碳含量高，施入土壤能顯著提高土壤有機(jī)碳含量，改善土壤結(jié)構(gòu)性，可作為碳匯劑長(zhǎng)時(shí)間作用于土壤中，降低農(nóng)田溫室氣體排放；同時(shí)，低溫制備的生物炭(低于400℃)含一定量的氮、磷、鉀、鈉、鎂、硅等元素，能有效提高土壤肥力(土壤cec、速效鉀、速效磷、礦質(zhì)態(tài)氮含量等)。目前，生物炭作為土壤改良劑和碳匯劑在國(guó)內(nèi)外成為研究熱點(diǎn)。在土壤中高量施用生物炭會(huì)導(dǎo)致一季或多季作物生長(zhǎng)受抑制并減產(chǎn)，而與化肥混合施用，施用量低，無(wú)作物生長(zhǎng)抑制現(xiàn)象，且可明顯提高各種肥料養(yǎng)分的利用率，適合在量大面廣的種植業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用。生物炭能在常溫下長(zhǎng)期保存，可與其它有機(jī)、無(wú)機(jī)肥料進(jìn)行混合造粒烘干而不受影響。生物炭的特點(diǎn)使其成為一種良好的化肥增效劑，且可延長(zhǎng)供肥時(shí)間達(dá)到長(zhǎng)效供肥，因此，生物炭與肥料復(fù)合成為生物炭農(nóng)業(yè)應(yīng)用的必然趨勢(shì)。

麥飯石含有鉀、鈉、鈣、鎂、磷常量元素和鋅、鐵、硒、銅、鍶、碘、氟、偏硅酸等十八種微量元素，在水溶液中還能溶出多種氨基酸，能為作物提供豐富的礦物質(zhì)和無(wú)機(jī)鹽，有促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)、增加產(chǎn)量且可改善作物品質(zhì)的作用。麥飯石也具備多孔性，能夠溶出礦物質(zhì)，具有較強(qiáng)的物理、化學(xué)吸附作用和良好的離子交換作用，能夠提升土壤物理性質(zhì)，降低作物對(duì)殘余農(nóng)藥的吸收。

然而，綜合利用生物炭和麥飯石提高肥料養(yǎng)分利用率的研究尚未見報(bào)道。本發(fā)明目的旨在為玉米提供充足養(yǎng)分的基礎(chǔ)上，提高肥料利用率，增加供肥時(shí)間，從而降低施肥量，減少農(nóng)業(yè)投入成本，改善土壤性質(zhì)，增加土壤碳匯，在合理利用生物質(zhì)廢棄物的同時(shí)，生產(chǎn)環(huán)境友好型的長(zhǎng)效生態(tài)復(fù)合肥。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有化學(xué)肥料養(yǎng)分利用率低的問題，結(jié)合玉米營(yíng)養(yǎng)需求的特點(diǎn)，本發(fā)明提供一種成本低廉、改良效果好、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、提高土壤持水性和透氣性、緩解土壤酸化、改良土壤性質(zhì)、延長(zhǎng)供肥時(shí)間、又能提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的生物炭基玉米專用長(zhǎng)效復(fù)合肥及其制備方法。

本發(fā)明生物炭基玉米專用長(zhǎng)效復(fù)合肥由生物炭、化學(xué)肥料、麥飯石和膨潤(rùn)土組成或由生物炭、化學(xué)肥料和膨潤(rùn)土組成，按重量百分比例計(jì)生物炭、化學(xué)肥料、麥飯石和膨潤(rùn)土含量分別為5～23.7％：71.3-82％：0～6％：5～8％。

所述化學(xué)肥料由尿素、磷酸二銨和氯化鉀組成；按重量百分比例計(jì)，生物炭基玉米專用長(zhǎng)效復(fù)合肥具體成份為：尿素35.0～40.2％(含氮46％)、磷酸二銨19.6～21.8％(含氮18％，含磷46％)、氯化鉀16.7～20.0％(含氧化鉀60％)、生物炭5％～23.7％、麥飯石粉0～6％、膨潤(rùn)土5～8％。

生物炭粉碎成生物炭粉末，化學(xué)肥料、麥飯石和膨潤(rùn)土分別粉碎過(guò)篩后按比例直接混合、轉(zhuǎn)鼓造粒、80-100℃轉(zhuǎn)筒烘干10-20分鐘即得到玉米專用

所述生物炭粉末是以農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì)玉米秸稈為原料，粉碎后在限氧或缺氧條件下經(jīng)過(guò)350℃到400℃溫度熱裂解、炭化90分鐘產(chǎn)生的高度芳香化、難溶性的固態(tài)物質(zhì)，經(jīng)過(guò)風(fēng)干(即利用太陽(yáng)能、風(fēng)能等風(fēng)干)24-48小時(shí)或者烘干(溫度80℃≤t≤120℃)干燥30分鐘，得到生物炭粉末。風(fēng)干可以為曬干代替。干燥為烘干，干燥溫度80℃≤t≤120℃。

所述生物炭粉末的含水量≤20％。

所述膨潤(rùn)土經(jīng)粉碎過(guò)篩至粒徑≤40目。

所述麥飯石粒徑≤40目。

所述得到的生物炭基玉米專用長(zhǎng)效復(fù)合肥中的氮磷鉀三元素比例為20～22％：9～10％：10～12％。

所述生物炭是以農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì)玉米秸稈為原料，在限氧或缺氧條件下經(jīng)過(guò)低于400℃溫度熱裂解、炭化產(chǎn)生的一類高度芳香化、難溶性的固態(tài)物質(zhì)。所選用的玉米秸稈來(lái)源豐富，價(jià)格低廉，而且低溫制備的玉米秸稈炭化物除含速效鉀(5～15％)外，還含有磷、鉀、鈣、鐵、鎂、硫等有效養(yǎng)分，理化性狀穩(wěn)定。生物炭有豐富的微孔結(jié)構(gòu)，能夠疏松土壤、增加有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)元素含量，但其所含氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素含量較低，在施用中還需要配合化肥以增強(qiáng)肥效以滿足植物生長(zhǎng)。生物質(zhì)炭的多微孔特征使其既有極強(qiáng)的吸附能力，又有很好的吸光增溫效果，且其具有很好的緩釋作用，可有效減少肥料淋失浪費(fèi)，能在常溫下長(zhǎng)期保存，可與其它有機(jī)、無(wú)機(jī)肥料進(jìn)行混合造粒烘干而不受影響，且肥料增效作用明顯。生物炭可將易分解有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的固定碳，減少大氣中二氧化碳的排放，有利于改善全球氣候變化。

所述麥飯石中含有大量微量元素，含有鉀、鈉、鈣、鎂、磷等常量元素和鋅、鐵、硒、銅、鍶、碘、氟、偏硅酸等十八種微量元素，能夠滿足玉米生長(zhǎng)需求。

所述膨潤(rùn)土具有優(yōu)良的懸浮性、分散性，常用于農(nóng)藥中作為懸浮劑和分散載體，成本低廉，效果良好，對(duì)農(nóng)作物不會(huì)產(chǎn)生毒副作用。利用膨潤(rùn)土的粘結(jié)性將肥料制成顆粒肥，既提高農(nóng)肥效力又可改良土壌。

所述生物炭干固物的含水量≤20％，干燥溫度≤120℃，可以風(fēng)干、曬干或者烘干。

所述生物炭(≤60目)，按重量百分比計(jì)，含碳40％～60％(干基)，具體制備方法為：取預(yù)先干燥過(guò)(即利用太陽(yáng)能、風(fēng)能等風(fēng)干)的玉米秸稈，粉碎后置于燜燒爐中(燜燒溫度低于400℃)，炭化2小時(shí)，將之粉碎至≤60目，干燥要求含水量≤20％。

采用混合造粒技術(shù)，所述原料按比例混合，其重量百分比為：尿素35.0～40.2％(含氮46％)、磷酸二銨(含氮18％，含磷46％)19.6～21.8％、氯化鉀(含氧化鉀60％)16.7～20.0％、生物炭5％～23.7％、麥飯石粉0～6％、膨潤(rùn)土5～8％。

發(fā)明原理

本生物炭基玉米專用長(zhǎng)效復(fù)合肥根據(jù)玉米生長(zhǎng)期需肥量結(jié)合我國(guó)土壤肥力特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)測(cè)土配方后組方制造，利用尿素、二胺和氯化鉀與麥飯石、生物炭進(jìn)行混合處理。本生物炭基玉米專用長(zhǎng)效復(fù)合肥根據(jù)玉米的需肥特征和生物炭、麥飯石對(duì)肥料的特殊作用而研制。玉米的需肥特點(diǎn)是對(duì)氮元素需求量大，氮磷鉀比例大約為1∶0.48∶0.8。低溫制備的生物炭(低于400℃)含一定量的氮、磷、鉀、鈉、鎂、硅等元素。生物炭和麥飯石不僅增加植物營(yíng)養(yǎng)元素，且生物炭和麥飯石的特殊結(jié)構(gòu)使之對(duì)肥料養(yǎng)分有較強(qiáng)的吸附能力，可使被吸附的養(yǎng)分緩慢釋放，減少其在土壤中的揮發(fā)、固定損失及淋失，增加作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用率。生物炭呈堿性，輸入多年施用化肥的土壤中能夠緩解土壤酸化，同時(shí)，可抑制土壤脲酶活性而有效延緩尿素水解成銨態(tài)氮過(guò)程，降低氨揮發(fā)損失。生物炭和麥飯石能增高土壤有機(jī)質(zhì)含量，改良土壤物理性狀，提高土壤微生物活性，加速土壤物質(zhì)和能量循環(huán)，提高土壤生產(chǎn)力。

與其它普通復(fù)合肥相比，本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是：

1.養(yǎng)分完全，利用率高，肥效期長(zhǎng)。生物炭和麥飯石的加入使得普通肥料水溶性減弱、揮發(fā)性降低；降低氮肥淋失、揮發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的破壞作用。生物炭來(lái)源廣泛、無(wú)毒無(wú)害，在土壤中轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)可起到土壤改良劑的作用；本發(fā)明可提高氮利用率10％～12％，磷利用率5％～8％，鉀利用率5％左右，并能顯著提高中微量元素利用率。該專用肥的應(yīng)用顯著提高氮、磷、鉀肥料利用率、田間施用肥效長(zhǎng)，可節(jié)肥增產(chǎn)并節(jié)省人工，能獲得良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

2.滿足和供應(yīng)植物生長(zhǎng)所需的多種養(yǎng)分，調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)，提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量。本發(fā)明養(yǎng)分分配合理，含有作物生長(zhǎng)所需的氮、磷、鉀和多種中微量元素，并含有優(yōu)質(zhì)碳素以及各種小分子有機(jī)酸和多糖等生理活性物質(zhì)，能加速作物新陳代謝，調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)，延長(zhǎng)葉片功能期，提高玉米抗逆性，提高玉米抗旱、抗早衰、抗倒伏能力。

3.改良土壤物理性狀，促進(jìn)健康土壤生物鏈的形成，降低及防止病蟲害的衍生，為植物生長(zhǎng)建立優(yōu)良的有機(jī)生態(tài)條件。

產(chǎn)品使用方法：

1、本產(chǎn)品每畝地推薦施肥量50～55kg，播種時(shí)一次性施入，后期不再追肥，如果達(dá)不到推薦施肥量，后期應(yīng)適量追肥。

2、做種肥時(shí)，須與種子隔離施用。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)實(shí)施例詳述本發(fā)明。

實(shí)施例1(以重量計(jì),下同)

取利用太陽(yáng)能、風(fēng)能等預(yù)先干燥過(guò)(即)的玉米秸稈，粉碎后置于燜燒爐中(燜燒溫度低于400℃)，炭化2小時(shí)，干燥要求含水量≤20％。將來(lái)源于秸稈的生物炭(含碳50％～60％干基)粉碎并過(guò)60目篩，將膨潤(rùn)土粉碎至≤40目，同時(shí)將粒狀化學(xué)肥料粉碎過(guò)60目篩。

最后將39份尿素、22份磷酸二胺、20份氯化鉀、9份生物炭(干基重量)、5份麥飯石粉、5份膨潤(rùn)土，加入轉(zhuǎn)鼓造粒設(shè)備混合造粒。即得到n:p2o5:k2o＝21.92:10:12，n+p2o5+k2o≥43.2％的顆粒狀產(chǎn)品。

試驗(yàn)設(shè)置：

設(shè)無(wú)肥、專用肥和復(fù)混肥3個(gè)處理，復(fù)混肥料為尿素、磷酸二銨和氯化鉀組合，復(fù)混肥料n:p2o5:k2o與專用肥相同，用量為50kg/畝。每處理6次重復(fù)。

2014年5月在遼寧省當(dāng)?shù)氐湫屯寥?棕壤)上，將肥料條施與壟的一側(cè)，播種玉米，種肥分開。生長(zhǎng)1個(gè)月后間苗，保留生長(zhǎng)狀況均一的植株，各處理采用一致的管理方式，均無(wú)追肥。

分別在種植后1個(gè)月、2個(gè)月、3個(gè)月后測(cè)定葉數(shù)、葉面積、莖粗、株高、葉綠素含量，11月收獲后測(cè)定產(chǎn)量。

生長(zhǎng)期間專用肥處理和復(fù)混肥處理的植株葉數(shù)、葉面積、莖粗、株高和葉綠素含量顯著高于無(wú)肥組。玉米生長(zhǎng)前期，專用肥處理與復(fù)混肥處理具有差異，但差異未達(dá)到顯著水平。玉米生長(zhǎng)后期，專用肥處理的植株葉數(shù)與復(fù)混肥處理差異不顯著，葉面積、莖粗、株高均顯著大于復(fù)混肥組，抽雄期提前2～3天，葉綠素含量增大，葉片深綠色，根系豐富。秋收后產(chǎn)量增加3～5％。

在生物炭和麥飯石的作用下，專用肥使氮肥的供肥速率與玉米的生長(zhǎng)需肥規(guī)律協(xié)調(diào)一致，延長(zhǎng)了氮肥有效期，保證了玉米等禾本科作物全生長(zhǎng)期的氮素需求，實(shí)現(xiàn)了播種時(shí)一次性施肥，全生長(zhǎng)期免追肥。本產(chǎn)品中生物炭和麥飯石帶進(jìn)的磷、鉀以及多種微量元素的加入，使玉米等作物的敏感元素得到了充分補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)了玉米等作物生長(zhǎng)前不過(guò)肥，中期不徒長(zhǎng)，后期不脫肥，達(dá)到了增產(chǎn)、增收、省肥、省工、省錢的目的。

實(shí)施例2

將來(lái)源于秸稈的生物炭(干基)粉碎并過(guò)60目篩，將膨潤(rùn)土粉碎至≤40目，同時(shí)將粒狀化學(xué)肥料粉碎過(guò)60目篩。

最后將38份尿素、20份磷酸二胺、17份氯化鉀、9份生物炭(干基重量)、5份麥飯石粉、5份膨潤(rùn)土，加入轉(zhuǎn)鼓造粒設(shè)備混合造粒。即得到n:p2o5:k2o＝21.08:9.2:10.2，n+p2o5+k2o≥40.48％的顆粒狀產(chǎn)品。

試驗(yàn)設(shè)置：

設(shè)無(wú)肥、專用肥和復(fù)混肥3個(gè)處理，復(fù)混肥料為尿復(fù)混肥料為尿素、磷酸二銨和氯化鉀組合，復(fù)混肥料n:p2o5:k2o與專用肥相同，用量為50kg/畝，每處理6次重復(fù)。

2014年5月在遼寧省當(dāng)?shù)氐湫屯寥?棕壤)上，將肥料條施與壟的一側(cè)，播種玉米，種肥分開。生長(zhǎng)1個(gè)月后間苗，保留生長(zhǎng)狀況均一的植株，各處理采用一致的管理方式，均無(wú)追肥。

分別在種植后1個(gè)月、2個(gè)月、3個(gè)月后測(cè)定葉數(shù)、葉面積、莖粗、株高、葉綠素含量，11月收獲后測(cè)定產(chǎn)量。

生長(zhǎng)期間專用肥處理和復(fù)混肥處理的植株葉數(shù)、葉面積、莖粗、株高和葉綠素含量顯著高于無(wú)肥組。玉米生長(zhǎng)前期，專用肥處理與復(fù)混肥處理具有差異，但差異未達(dá)到顯著水平。玉米生長(zhǎng)后期，專用肥處理的植株葉數(shù)與復(fù)混肥處理差異不顯著，葉面積、莖粗、株高均顯著大于復(fù)混肥組，抽雄期提前2～3天，葉綠素含量增加，葉片深綠色，根系豐富。秋收后產(chǎn)量增加3～5％。

實(shí)施例3

將來(lái)源于秸稈的生物炭(干基)粉碎并過(guò)60目篩，將膨潤(rùn)土粉碎至≤40目，同時(shí)將粒狀化學(xué)肥料粉碎過(guò)60目篩。最后將40.2份尿素，19.6份磷酸二胺，20份氯化鉀,10份生物炭，4.4份麥飯石，5份膨潤(rùn)土加入轉(zhuǎn)鼓造粒設(shè)備混合造粒。即得到n:p2o5:k2o＝22:9:12.，n+p2o5+k2o≥43％的顆粒狀產(chǎn)品。

實(shí)驗(yàn)設(shè)置：

設(shè)無(wú)肥、專用肥和復(fù)混肥3個(gè)處理，復(fù)混肥料為尿素、磷酸二氫鉀和硫酸鉀組合，復(fù)混肥料n:p2o5:k2o與專用肥相同，用量為50kg/畝，每處理6次重復(fù)。

2014年5月在遼寧省當(dāng)?shù)氐湫屯寥?棕壤)上，將肥料條施與壟的一側(cè)，播種玉米，種肥分開。生長(zhǎng)1個(gè)月后間苗，保留生長(zhǎng)狀況均一的植株，各處理采用一致的管理方式，均無(wú)追肥。

分別在種植后1個(gè)月、2個(gè)月、3個(gè)月后測(cè)定葉數(shù)、葉面積、莖粗、株高、葉綠素含量，11月收獲后測(cè)定產(chǎn)量。

生長(zhǎng)期間專用肥處理和復(fù)混肥處理的植株葉數(shù)、葉面積、莖粗、株高和葉綠素含量顯著高于無(wú)肥組。玉米生長(zhǎng)前期，專用肥處理與復(fù)混肥處理具有差異，但差異未達(dá)到顯著水平。玉米生長(zhǎng)后期，專用肥處理的植株葉數(shù)與復(fù)混肥處理差異不顯著，專用肥處理的葉面積、莖粗、株高均顯著大于復(fù)混肥組，抽雄期提前2～3天，葉綠素含量增加，葉片深綠色，根系豐富，抗旱、抗倒伏。秋收后產(chǎn)量增加5％以上。

復(fù)混肥處理土壤ph值比對(duì)照略有降低，差異不顯著；專用肥處理土壤ph值與對(duì)照基本相等。一年試驗(yàn)后土壤物理性狀改變不顯著。