專利名稱：一種利用秸稈、廚余廢棄物生物質(zhì)炭生產(chǎn)的多功能生物質(zhì)炭肥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用農(nóng)業(yè)和生活廚余生物質(zhì)廢棄物生產(chǎn)的多功能生物質(zhì)炭肥及其制備方法，研發(fā)的多功能生物質(zhì)炭肥兼有提高氮肥肥效、改良土壤結(jié)構(gòu)和生物活性，以及有效抑制土壤氧化亞氮溫室氣體排放等多種良好作用。屬于提高有機(jī)質(zhì)含量和土壤固碳，促進(jìn)作物生產(chǎn)和降低農(nóng)田溫室氣體排放的技術(shù)方法，屬于資源循環(huán)利用和有機(jī)無機(jī)多功能新型肥料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國糧食單產(chǎn)逐年上升，單位面積的糧食生產(chǎn)能力獲得顯著提高，其中化肥施用在糧食增產(chǎn)發(fā)揮了重要和主要的作用。但大量施用化肥不僅增加成本，同時(shí)會引發(fā)土壤酸化、土壤板結(jié)、土壤污染和水體N、P污染和富營養(yǎng)化等問題；同時(shí)，化學(xué)肥料生產(chǎn)和施用也是溫室氣體排放源之一，過量或不合理的使用氮肥，顯著增加了溫室氣體中氧化亞氮的排放，N2O 在大氣中熱量捕獲能力是(X)2的296倍。而目前引導(dǎo)農(nóng)民大量施用有機(jī)肥也存在許多不足之處，如需要農(nóng)民投工多、田間操作不便，況且有機(jī)肥除了本身供肥強(qiáng)度相對較弱以外，其在分解過程中還會產(chǎn)生大量的(X)2和CH4等溫室氣體。因此，迫切需要研制一種既能兼顧化肥的增產(chǎn)和有機(jī)肥增碳增匯的優(yōu)勢，又能克服兩者不足的環(huán)境友好型肥料，產(chǎn)品的研制和大面積推廣應(yīng)用必將對我國發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展起到巨大推動作用。秸稈是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中豐富的資源，但秸稈露天焚燒的現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年約有上億噸的秸稈被焚燒，排放出大量污染物，嚴(yán)重威脅著大氣環(huán)境，同時(shí)，也造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。此外，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平的不斷提高，村鎮(zhèn)廚余廢棄物日益增多，其處理和其中養(yǎng)分資源在循環(huán)利用是我國資源和環(huán)境領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)。課題組的研究結(jié)果表明，作物秸稈或廚余生物質(zhì)廢棄物經(jīng)熱裂解炭化，可以形成生物質(zhì)炭，這類物質(zhì)呈微堿性、 多孔、疏松和富含各種不同結(jié)構(gòu)的有機(jī)質(zhì)組分的炭質(zhì)混合物，具有良好的物理性質(zhì)和養(yǎng)分調(diào)控作用，增加土壤中養(yǎng)分特別是氮肥的有效性，有效降低土壤氧化亞氮的排放。同時(shí)可有效提高土壤中有機(jī)碳的儲存量，因此，將生物質(zhì)炭與無機(jī)肥料結(jié)合生產(chǎn)有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥料， 既能夠?qū)崿F(xiàn)廢棄物資源化利用，又能夠達(dá)到節(jié)能減排、增加土壤碳匯和提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量的雙贏效果。發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題
本發(fā)明根據(jù)課題組前期對生物黑炭農(nóng)作物生產(chǎn)的田間實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將秸稈和生活廚余生物質(zhì)廢棄物熱裂解炭化生產(chǎn)的生物黑炭經(jīng)過一定的加工，與化肥肥料按一定比例復(fù)配混合，最后制成生物質(zhì)炭肥，產(chǎn)生化肥持續(xù)緩效作用，其中豐富的穩(wěn)定有機(jī)質(zhì)具有土壤結(jié)構(gòu)改良作用和微生物活性誘導(dǎo)作用，因而施用于農(nóng)田具有肥料持續(xù)穩(wěn)定，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤墑情和減排溫室氣體的多種作用，從而成為低碳高效的多功能新型生物質(zhì)肥料。在未來我國農(nóng)業(yè)節(jié)能減排和增產(chǎn)高效發(fā)展中具有廣泛的應(yīng)用前景。技術(shù)方案本發(fā)明的工作原理作物秸稈(玉米、小麥、水稻、油菜、棉花等秸稈)或廚余廢棄物生物質(zhì)經(jīng)熱裂解炭化后的生物質(zhì)炭是微堿性、多孔、疏松和富含各種不同結(jié)構(gòu)的有機(jī)質(zhì)組分的炭質(zhì)混合物，利用其豐富的穩(wěn)定性有機(jī)質(zhì)及其對養(yǎng)分的吸持特性和土壤結(jié)構(gòu)改良特性，經(jīng)添加一定量的粘土和定量配比的化肥養(yǎng)分，經(jīng)復(fù)配、混合、造粒而制成的特殊有機(jī)無機(jī)多元肥料。這種肥料的特點(diǎn)是以生物黑炭炭質(zhì)為載體，同時(shí)含有有機(jī)和無機(jī)生物活性物質(zhì)，促進(jìn)氮素等養(yǎng)分的生物周轉(zhuǎn)而提高化肥養(yǎng)分的土壤保持和作物吸收，有效抑制土壤氧化亞氮的排放，兼有改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤墑情和促進(jìn)作物根系生長等多種良好作用。本發(fā)明包括以下操作流程
1.秸稈或廚余廢棄物熱裂解生產(chǎn)生物質(zhì)炭
收集農(nóng)作物秸稈(玉米、小麥、水稻、油菜、棉花等秸稈)，風(fēng)干或晾曬使之含水量低于 20%。收集廚余廢棄物，擠壓脫水后烘干，使之含水量低于20%，在450-55(TC進(jìn)行熱裂解炭化，冷卻，磨碎，過Imm篩，得到顆粒直徑<lmm的生物質(zhì)炭原料。 2.生物質(zhì)炭與肥料的混合
將生物質(zhì)炭與化肥混合，各種成分的重量百分比為生物質(zhì)炭159Γ30%、氮肥259Γ35%、 磷肥15% 25%、鉀肥15% 25%，攪拌混勻。3.生物質(zhì)炭肥的制備
添加29Γ4%的粘土，蒸汽滾筒造粒，烘干后冷卻，過篩，制成顆粒直徑為2 mm 3 mm的表面光滑、大小均勻的肥料顆粒。成品肥料總養(yǎng)分含量為359Γ42%，有機(jī)質(zhì)含量為159Γ20%。有益效果
施用生物質(zhì)炭肥顯著增加水稻產(chǎn)量。在水稻田中施用生物質(zhì)炭肥42CT450公斤/公頃， 當(dāng)年可以提高水稻產(chǎn)量5 8%。施用生物炭肥逐年增加土壤有機(jī)質(zhì)。生物質(zhì)炭含有35飛0% 的有機(jī)質(zhì)碳素，生物質(zhì)炭肥的有機(jī)質(zhì)含量在159Γ20%，在水稻田中施用生物質(zhì)炭肥42CT450 公斤/公頃，當(dāng)年可以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量49Γ5%。施用生物質(zhì)炭肥可以改善土壤結(jié)構(gòu)，每公頃分別施用生物質(zhì)肥252公斤/公頃和450公斤/公頃，容重提高39Γ4%。施用生物質(zhì)炭肥可以提高氮素農(nóng)學(xué)效率，根據(jù)施用生物黑炭與氮素配合提高稻田氮素農(nóng)學(xué)效率，每公斤化肥氮素增加稻谷產(chǎn)量2. 2公斤-3. 3公斤，玉米旱地提高氮素增產(chǎn)效果1. 1-1. 5公斤， 因此生物質(zhì)炭肥與單施化肥氮素相比，可以提高氮肥的增產(chǎn)效果15 %以上。施用生物質(zhì)炭月巴，大幅度減少N2O溫室氣體排放，在玉米田中施入750公斤/公頃生物質(zhì)炭肥，土壤N2O排放系數(shù)降低10-15%。


圖1生物質(zhì)炭肥制備流程
圖2施用生物質(zhì)炭肥條件下土壤有機(jī)質(zhì)的變化圖3施用生物質(zhì)炭肥條件下土壤容重的變化實(shí)施例1
安徽池州水稻生物質(zhì)炭肥料野外試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)以下處理1)常規(guī)施肥(CF)施復(fù)合肥 25kg/畝作基肥，追10 kg尿素；2)生物質(zhì)炭肥料處理1 (BCFl)炭基肥料28 kg/畝作基月巴，追10 kg尿素；3)生物質(zhì)炭肥料處理2 (BCF2)炭基肥料30kg/畝作基肥，追15 kg 尿素3個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，小區(qū)面積為15m2，每處理32株，采用隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)間有寬Im的保護(hù)行。生物質(zhì)炭肥土壤有機(jī)質(zhì)含量比施用純化肥提高49T5%。(參照圖2)。其中所述的生物質(zhì)炭肥料，由如下步驟獲得 1.秸稈或廚余廢棄物熱裂解生產(chǎn)生物質(zhì)炭
收集農(nóng)作物秸稈(玉米、小麥、水稻、油菜、棉花等秸稈)，風(fēng)干或晾曬使之含水量低于 20%。收集廚余廢棄物，擠壓脫水后烘干，使之含水量低于20%，在450-550°C進(jìn)行熱裂解炭化，冷卻，磨碎，過Imm篩，得到顆粒直徑<lmm的生物質(zhì)炭原料。2.生物質(zhì)炭與肥料的混合
將生物質(zhì)炭與化肥混合，各種成分的重量百分比為生物質(zhì)炭159Γ30%、氮肥259Γ35%、 磷肥15% 25%、鉀肥15% 25%，攪拌混勻。3.生物質(zhì)炭肥的制備
添加29Γ4%的粘土，蒸汽滾筒造粒，烘干后冷卻，過篩，制成顆粒直徑為2 mm 3 mm的表面光滑、大小均勻的肥料顆粒。成品肥料總養(yǎng)分含量為359Γ42%，有機(jī)質(zhì)含量為159Γ20%。 實(shí)施例2
安徽池州棉花生物質(zhì)炭肥料試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)以下處理1)常規(guī)施肥(CF):施復(fù)合肥Mkg/ 畝作基肥，追15 kg復(fù)合肥、15 kg尿素和10 kg鉀肥；2)生物質(zhì)炭肥料處理1 (BCF1):炭基肥料16.8 kg/畝作基肥，追15 kg復(fù)合肥、15 kg尿素和10 kg鉀肥；3)生物質(zhì)炭肥料處理2 (BCF2):炭基肥料30kg/畝作基肥，追15 kg復(fù)合肥、15 kg尿素和10 kg鉀肥；3個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，小區(qū)面積為15m2，每處理32株，采用隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)間有寬 Im 的保護(hù)行。CF 土壤容重為 1. 30 1· 27g/cm3，BCFl 為 1. 25 1. 27 g/cm3，BCF2 為 1. 15 1. 29 g/cm3，容重提高3% 4%。(參照圖3)；
其中所述的生物質(zhì)炭肥料，由如下步驟獲得 1.秸稈或廚余廢棄物熱裂解生產(chǎn)生物質(zhì)炭
收集農(nóng)作物秸稈(玉米、小麥、水稻、油菜、棉花等秸稈)，風(fēng)干或晾曬使之含水量低于 20%。收集廚余廢棄物，擠壓脫水后烘干，使之含水量低于20%，在450-550°C進(jìn)行熱裂解炭化，冷卻，磨碎，過Imm篩，得到顆粒直徑<lmm的生物質(zhì)炭原料。2.生物質(zhì)炭與肥料的混合
將生物質(zhì)炭與化肥混合，各種成分的重量百分比為生物質(zhì)炭159Γ30%、氮肥259Γ35%、 磷肥15% 25%、鉀肥15% 25%，攪拌混勻。3.生物質(zhì)炭肥的制備
添加29Γ4%的粘土，蒸汽滾筒造粒，烘干后冷卻，過篩，制成顆粒直徑為2 mm 3 mm的表面光滑、大小均勻的肥料顆粒。成品肥料總養(yǎng)分含量為359Γ42%，有機(jī)質(zhì)含量為159Γ20%。
權(quán)利要求
1.一種利用秸稈、廚余廢棄物生物質(zhì)炭生產(chǎn)的多功能生物質(zhì)炭肥，其特征在于按如下步驟獲得A.秸稈或廚余廢棄物熱裂解生產(chǎn)生物質(zhì)炭收集農(nóng)作物秸稈，風(fēng)干或晾曬使之含水量低于20% ；收集廚余廢棄物，擠壓脫水后烘干，使之含水量低于20%，在450-550°C進(jìn)行熱裂解炭化，冷卻，磨碎，過Imm篩，得到顆粒直徑<lmm的生物質(zhì)炭原料；B.生物質(zhì)炭與肥料的混合將生物質(zhì)炭與化肥混合，各種成分的重量百分比為生物質(zhì)炭159Γ30%、氮肥259Γ35%、 磷肥15% 25%、鉀肥15% 25%，攪拌混勻；C.生物質(zhì)炭肥的制備添加29Γ4%的粘土，蒸汽滾筒造粒，烘干后冷卻，過篩，制成顆粒直徑為2 mm 3 mm的表面光滑、大小均勻的肥料顆粒成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用秸稈、廚余廢棄物生物質(zhì)炭生產(chǎn)的多功能生物質(zhì)炭月巴，其特征在于所述的成品肥料總養(yǎng)分含量為359Γ42%，有機(jī)質(zhì)含量為159Γ20%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種秸稈、廚余廢棄物生物質(zhì)炭生產(chǎn)的多功能生物質(zhì)炭肥，屬于有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥料技術(shù)領(lǐng)域。本肥料主要成分的重量百分比為生物質(zhì)炭15%~30%、氮肥25%~35%、磷肥15%~25%、鉀肥15%~25%和粘土2%~4%，制成肥料的總養(yǎng)分重量百分比為35%~42%，有機(jī)質(zhì)含量在15%-20%。制備方法是將生物質(zhì)炭粉碎后過1mm篩，與氮肥、磷肥和鉀肥混合均勻，混入粘土，經(jīng)蒸汽滾筒造粒、烘干、過篩制成2mm-3mm的均勻顆粒。本發(fā)明不僅可以有效地實(shí)現(xiàn)廢棄物的資源化利用，而且能夠顯著降低土壤氧化亞氮的排放量，提高土壤固碳量，調(diào)節(jié)土壤容重，提高作物氮素利用率，顯著提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。
文檔編號C05G3/04GK102358714SQ201110241158
公開日2012年2月22日 申請日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月22日
發(fā)明者喬志剛, 劉福禮, 吳新民, 張旭輝, 李戀卿, 李曉, 潘根興, 鄭聚鋒, 鄭金偉 申請人:南京農(nóng)業(yè)大學(xué), 安徽拜耳福生物科技有限公司