一種生物質炭包膜保水緩釋肥料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于肥料的工藝技術領域，具體涉及到一種生物質炭包膜保水緩釋肥料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]緩釋肥料不僅能提高肥料利用率，還能減少施肥對環(huán)境的負面影響，近年來引起了學者的廣泛關注。當前包膜緩釋肥料的研宄主要集中在包膜材料的選擇和研發(fā)上，有機高分子聚合物包膜緩釋肥料可以減緩養(yǎng)分釋放，提高肥料利用效率，已得到普遍的認同。
[0003]但其在生產(chǎn)過程中大都使用脂溶性物質，施用后容易對環(huán)境造成污染，加之價格昂貴等原因，限制了這類肥料的推廣應用。因此，尋求環(huán)境友好、價格低廉、緩釋效果好的膜材料成為該領域的研宄熱點。生物質炭具有高度的孔隙結構，可以增加土壤孔隙度及增強土壤保水能力，降低土壤體積質量，有利植物根系生長；同時含有大量植物所需的營養(yǎng)元素，促進土壤養(yǎng)分循環(huán)和植物生長；還具有較高的生物學穩(wěn)定性，較強的抵抗微生物分解的能力，可以增強土壤的固碳作用，減少碳向大氣的釋放。如果將生物質炭作為膜材料制備包裹型緩釋肥料，不僅能減緩肥料養(yǎng)分釋放速度，提高肥料利用率，而且能帶來良好的生態(tài)環(huán)境效益。因此，本文利用碳化稻殼為主要膜材料制備3種不同厚度的包裹型緩釋肥料，重點探討了生物質炭的厚度對包裹型緩釋肥料的養(yǎng)分釋放特性的影響，以期為我國環(huán)境友好型緩釋肥料的研發(fā)和應用提供依據(jù)。

【發(fā)明內容】

[0004]一種生物質炭包膜保水緩釋肥料，其特征在于，由以下重量份的原料制成:玉米秸桿25?40、芭蕉樹木肩20?35、5wt%氫氧化鈉溶液100?140、細孔硅膠10?15、碳酸氫銨20?26、磷酸鈣12?16、硫酸鉀10?15、氯化鎂6?10、硫酸鋅3?6、粘結劑5?7和適量的水；
[0005]所述粘結劑由以下重量份的原料制成:聚乙烯醇10?15、石灰石粉3?5、煤焦油4?7、碳酸氫鈉I?2、甲殼素2?4、十二燒基苯磺酸鈉I?2.5、磷酸三丁醋0.5?1、乙醇6?10和水50 ;制備方法是在反應釜中，將乙醇與水混合稀釋，然后加入煤焦油、十二烷基苯磺酸鈉、碳酸氫鈉和磷酸三丁醋，加熱至70?80°C，恒溫以350?600r/min轉速攪拌30?40min，保溫狀態(tài)下靜置20min后至泡沫消失，最后兌入聚乙烯醇、石灰石粉和甲殼素，在60?75°C條件下攪拌至均勻的乳劑即得。
[0006]一種生物質炭包膜保水緩釋肥料的制備方法，其特征在于，包括以下幾個步驟:
[0007](I)將玉米秸桿和芭蕉樹木肩混合后初步粉碎成渣，加入5被％氫氧化鈉溶液浸泡振蕩8?10h，球磨10?15min成勻漿，離心去除上層絮狀物，將底層木質部分烘干成粉劑；
[0008](2)將(I)所得粉劑在密封條件下放入炭化爐中，溫度600?800°C進行加熱炭化6?8h，冷卻至室溫后得炭化產(chǎn)物；
[0009](3)混合碳酸氫銨、磷酸鈣、硫酸鉀、氯化鎂、硫酸鋅及其它以下未涉及的剩余成分，粉碎至過40目篩，加入細孔硅膠，適量加水調整含水量至40%，制成3?4mm粒徑的顆粒；
[0010](4)將粘結劑加入至(2)的炭化產(chǎn)物中，加水調制成含水量70?80%均勻的糊，然后將⑶所述的顆粒放入包膜機中預熱到80?90°C，向顆粒上間隔噴灑糊料，反復2?3次，最后通熱風烘干即可。
[0011]本發(fā)明采用炭化稻殼的粗制活性炭成分配合粘結劑制成的外包膜成分包膜尿素，然后探宄包膜尿素在土壤中的釋放情況。
[0012]供試土壤為褐土，尿素采用大顆粒的直徑為3.0?4.0mm氮含量為46.2%，粘結劑為濃度5.0 %的聚乙烯醇水溶液。
[0013]包膜設備是轉鼓式糖衣包膜劑，高壓噴漆槍。步驟是稱取1.0kg粒徑均勻的顆粒尿素倒入轉動的轉股中，加熱到40°C左右，按照每千克肥料50ml粘結劑的用量，向顆粒尿素上噴灑粘結劑，將一定量的炭化稻殼加入到轉鼓中，同時噴灑粘結劑，使物料滾動成粒，反復幾次，直到包裹完畢。最終得到包裹材料用量占被包裹肥料重量的10%、15%、20%的比例，共制備3種包裹型緩釋肥料，分別表示為SRF10、SRF15、SRF20。
[0014]采用200目的塑料濾布對內徑4.72cm、高15.24的PVC管封底做成淋洗柱，以土壤為淋洗介質，肥料用量按N 0.6g/kg風干土的比例添加自行研制的包裹型緩釋肥料；同時設置對照(施用未經(jīng)包裹的尿素，CK表示)和空白共5個處理，每一處理重復3次。有肥料混入的土柱在填裝時先裝入50g未混入肥料的風干土，余下的風干土與試驗肥料充分混勻后再裝入PVC管內，其上鋪少許石英砂。
[0015]土柱制成后用10ml蒸餾水緩慢而多次地滴加土柱使土壤充分潤濕，但不至過量的水自土柱滲出，靜置24h后開始第一次淋洗。淋洗加水時將裝有10ml蒸餾水的容量瓶倒置于土壤表面，使土柱上形成厚約1.0cm的水層，保證淋洗水頭恒定。用三角瓶接收淋洗液，每次淋洗結束后用刺有小孔的塑料薄膜封土柱口，并放在30°C培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。每隔3天后取出土柱，進行下一次淋洗，共淋洗8次，淋洗液用定氮儀(FOSS Kjeltec TM 8100)測定全氮含量。
[0016]包裹型緩釋肥料的養(yǎng)分釋放過程可以用Logistic曲線來描述，該曲線的表達式如式(I)。y = k/l+ea_Kt，y為氮素累積釋放率，k為氮素最大累積釋放量(一般取k =100% )，a和R為常數(shù)，t為淋洗時間(天)。包裹型緩釋肥料及對照處理的氮素累積釋放率為各施肥處理的全氮累積釋放量與未施肥處理的全氮累積釋放量之差占各施肥處理氮素總量的百分比，結果見圖1。
[0017]從圖1可以看出，CK肥料在前3天就有50%的養(yǎng)分釋放，在第10天時釋放了約90%的養(yǎng)分。這一累積氮素釋放量隨時間變化過程可以用下式表達:y = keb/t(k>0，b〈0)
[0018](2)式中，k為肥料最大氮素累積釋放量；b為釋放速度常數(shù)。用(2)式對未包裹尿素的累積氮素釋放量進行數(shù)值擬合結果為= 0.91165θ_°_9633Λ，該式的相關系數(shù)為0.95，達到了 Ρ〈0.01顯著相關水平。
[0019]3種包裹型緩釋肥料與CK肥料相比，氮素累積釋放過程比較平緩，且在培養(yǎng)第30天左右養(yǎng)分累積釋放量約為80%，說明該包裹型緩釋肥料可適用于生育期較短作物的營養(yǎng)需求。
[0020]用Logistic曲線能很好地描述包裹型緩釋肥料氮素釋放的規(guī)律，為2.2緩釋肥料氮素釋放速率特征對圖1所示包裹型緩釋肥料及CK的氮素累積釋放量擬合方程求導即是氮素釋放速率曲線，結果見圖2。SRF20初期釋放率明顯小于其他兩