[发明专利]一种缓释生物炭基氮肥及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种缓释生物炭基氮肥，所述生物炭基氮肥由包括氮肥、生物炭和凹凸棒土制成。该肥料以玉米秸秆为原料制成生物炭，与常规氮肥尿素和凹凸棒土按照一定比例掺混而成，得到的生物炭基氮肥质量好，既能提高设施蔬菜产量，又能减少氮素损失。该肥料及其制备方法值得推广，不仅减少设施菜地过量氮肥施用所造成的环境污染，并对大量玉米秸秆的循环利用具有重要价值，为进一步提升大宗农业废弃物的生态和经济价值提供技术支持。

技术领域

本发明属于肥料技术领域，具体涉及一种缓释生物炭基氮肥及其制备方法和应用。

背景技术

据估算，中国每年有超过7亿吨的农业秸秆和超过30亿吨的畜禽粪便产生。大量的农业废弃物产生已经严重危害到全国的生态环境，对社会发展和人类健康带来了极大的影响。为了有效地解决生物质随意丢弃、堆放造成的农村人居环境劣化与立体污染问题，需要将农业废弃物从“污染源”变为“资源”。农业废弃物蕴藏着巨大的资源，但是中国的农业废弃物转化产品品种单一、质量差、利用率低、商品价值低，不能形成产业化，无论在国内还是在国际市场上都没有竞争力。农业废弃物碳基化(生物炭制备技术)是解决我国农业废弃物资源化利用的重要途径。

生物炭被学术界誉为“黑色黄金”，具有改善土壤肥力和减少污染的功能。生物炭是一种可再生资源，原料来源广泛，且生物炭富含碳可为土壤补充有机碳。然而，由于生物炭脆性大，粒径分布广，密度低，因此在储存、运输和土壤应用方面也面临着巨大的挑战。生物质炭因含碳率高、疏松多孔、比表面积大、表面官能团丰富、理化性质稳定等诸多优良特性，施用于土壤可增加碳库、吸附NO₃^-、NH₄⁺、磷等养分，从而负载养分，进而提高土壤肥力、增加作物产量，是可作为肥料养分缓释非常理想的载体材料。将生物炭与肥料复合制得颗粒状缓释肥料(生物炭基肥料)就为解决上述困难提供了解决措施。生物炭基肥是一种以生物质炭为肥料载体，根据不同区域土壤特点、不同作物生长特点及科学施肥原理，添加有机肥料或/和速效肥料配制而成的生态环保型肥料。生物炭基肥既秉承了生物炭的诸多优良特性，又有特殊之处。可使肥料养分缓慢释放，提高养分利用率,从而对作物生长发育有更稳定的促进作用。生物炭基肥的施用可使生物炭的施用量减少到500kg/ha，提高了生物炭的利用效率。因此，在不大幅度改变常规农艺措施的情况下，生物炭基肥的施用可实现生物炭的间接还田，从而减少生物炭直接还田所带来的负面问题。考虑到经济成本的因素，生物炭基肥更适合用于高经济附加值的作物种植体系，例如设施菜地生产体系。

目前我国设施蔬菜面积近400万公顷，占全球设施菜地面积的90％以上，是我国农业经济的支柱产业。设施蔬菜单位面积产值是大田作物的25倍以上，是露地蔬菜的10倍以上，投入产出比可达1:4.5。与露地体系相比，设施蔬菜体系延长了生长季，提高了蔬菜产量，需要更多农业资源的投入(化肥与农药)，是高度集约化农业系统。我国设施菜地每生长季平均总氮投入(包括化肥氮与有机肥氮)远远高于农田生态系统，但其氮肥利用率仅为19.7％。由于大量氮肥施用，导致土壤退化和环境污染问题。

“蔬菜作物-土壤-环境-肥料”作为一个有机的设施体系需要可持续性健康发展。肥料的品质与性能将影响蔬菜作物的产量与品质、土壤质量及环境好坏。生物炭作为一种可再生的缓/控释肥料功能材料应用于设施菜地具有提高蔬菜产量和氮素利用效率、降低蔬菜硝酸盐含量、减缓常规肥料硝酸淋洗损失、增汇减排的优势。生物炭还含有传统肥料中不全或含量较低的中量元素(硫、钙、镁、铁、锰、锌、钾、硅)，这些元素随生物炭施入菜地能够促进植株中特定色素和酶的形成，催化植株蛋白质和维生素C的合成，进而改善蔬菜品质和增加可溶性糖含量。此外，高氮投入的菜地生态体系N₂O排放量占农业生态系统总排放量的20％，而农业生态系统在降低因农业导致的全球温室气体排放量方面具有重要作用。因此，在设施蔬菜的生产上实现“低碳”极为必要，生物炭基肥料在设施菜地的应用将农作物秸秆资源充分利用，并弥补了生物炭单独施用时养分不足和添加量大的问题，使设施蔬菜生产发展可持续化，符合低碳农业发展方向。

发明内容