一种培肥保水的炭基有机肥及其制备方法

本发明属于退化草地生态修复领域，具体涉及一种培肥保水的炭基有机肥及其制备方法。特别有助于西北干旱缺水的砂质草地土壤质量的改善，提高牧草生物量并缓解草地退化趋势。

背景技术：

1、草地是面积最大的陆地生态系统，作为天然碳库，在防风固沙、水土保持、生物多样性保护和维持生态系统平衡等方面发挥关键作用。然而近些年来，由于气候变暖和人类活动范围的不断扩张，草原正面临持续环境退化问题，其生态服务能力遭到严重破坏。施肥措施能够及时快速地补充退化草地缺失的养分，对于土壤肥力水平的提升和牧草生物量的提高尤为重要，还能够改善土壤物理结构，增加土壤孔隙度和含水率，此外还有望提高草地的免疫力，增强其对气候变化、干旱和盐碱等恶劣环境的抗逆性。因此，采取添加外源养分的施肥措施，对提高土壤肥力水平，改善土壤结构，从而促进植物生长，并缓解草地土壤贫瘠和生态环境恶化问题有着重要意义。

2、炭基有机肥是一类以生物炭为主的炭基肥与有机肥复配而成的新型肥料，兼具炭基肥和有机肥优良改土效能，其对应的肥料产品研发受到广泛关注。而目前研究热点往往偏向于生物炭或有机肥单施，将畜禽粪便堆肥、生物炭和褐煤腐植酸复配为炭基有机肥的研究鲜有报道，且原料复配比例及其施用仍需要系统性地研究。国内外施肥措施对退化草地的修复研究正逐渐迈向多元化发展，多种有机或无机物料的配合施用能够更好地满足退化草地修复的需求，提高草地的生长质量和修复速度，为草地生态环境的恢复做出贡献。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种培肥保水的炭基有机肥及其制备方法，将生物炭、褐煤腐植酸、有机肥和保水剂按一定比例复配为炭基有机肥，这一方面能够充分利用秸秆、畜禽粪便及工业废弃物资源，将秸秆制备成生物炭，新鲜畜禽粪便堆制为有机肥，工业废弃物提取出褐煤腐植酸类物料；另一方面，炭基有机肥结合了有机肥和炭基肥的优点，能够更有效地改善土壤物理结构，提升土壤肥力水平和养分供应状况，并促进植物生长和牧草生物量的提高，以提升退化草地修复效果的综合水平。

2、为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、一种培肥保水的炭基有机肥的制备方法，包括如下步骤：

4、s1、制备炭基肥；

5、将褐煤腐植酸和秸秆生物炭自然风干后，分别研磨过筛，按1：1质量比均匀混合，以秸秆生物炭全包褐煤腐植酸形式混合复配，获得炭基肥。

6、s2、制备有机堆肥；

7、将禽畜粪便自然风干后放入搅拌器中，并用稻壳调节碳氮比为20～25，加入自来水调节肥料含水率至60±5％，混合均匀，获得初始堆肥物料；随即将初始堆肥物料放入堆肥发酵罐中，通过空气流量计调节进气量为0.2l/(min kg dm)，持续好氧发酵一定时间；发酵结束后取出并自然风干，获得有机堆肥。

8、s3、复混原始物料；

9、按照质量百分比：炭基肥70～78％、有机堆肥20～28％，余量为高分子保水剂的比例准备物料。

10、首先将有机堆肥和高分子保水剂放入混样盆中混合均匀，使有机堆肥完全被高分子保水剂覆盖；然后将炭基肥洒于物料之上，最后均匀混合所有物料，获得兼具生物炭、褐煤腐殖酸、有机堆肥和高分子保水性材料复合功能的黑色物料，即复配出具备培肥保水功能的炭基有机肥。

11、所述高分子保水剂为聚丙烯酸钾。

12、所述秸秆生物炭的ph值为6.9～7.5，ec值为2.09ms/cm，有机质含量为23.07％，总氮含量为1.83％，磷含量为0.28％，钾含量为2.07％。

13、所述褐煤腐植酸的ph值为6.5～7.2，ec值为10.23ms/cm，有机质含量为4.77％，总氮含量为0.65％，磷含量为0.29％，钾含量为0.38％；

14、所述有机堆肥的ph值为7.5～7.8，ec值为4.77ms/cm，有机质的含量为8.14％，总氮含量为0.62％，磷含量为0.28％，钾含量为2.07％。

15、所述有机堆肥由鸡粪堆制而成。

16、在调节肥料含水率之前，按质量比在禽畜粪便中添加0.1％～0.5％的原始堆肥辅料，所述原始堆肥辅料为黄原胶、凹凸棒土、木醋液、沸石中的一种或几种组合。

17、所述聚丙烯酸钾为白色粉末状，水分≤10％、筛余量≤10％、特性粘数≥6dl/g、水解度27～35％、钾含量11～15％、纯度≥75％、其岩心膨胀降低率≥40％。

18、一种根据所述的培肥保水的炭基有机肥的制备方法制备的炭基有机肥，适用于西北干旱沙化盐碱化退化草地土壤肥力水平和保水持水性能提升。

19、所述炭基有机肥处理的土壤＞0.25mm的土壤团聚体相对含量为73.38％；其中0.5～0.25mm的大土壤团聚体相对含量为13.02％；1～0.5mm的大土壤团聚体相对含量为19.32％；2～1mm的大土壤团聚体相对含量为9.76％；＞2mm的大土壤团聚体相对含量为30.28％；＜0.25mm的小微土壤团聚体相对含量为27.62％。

20、所述炭基有机肥对土壤的最大持水量为土壤重量的43.92％，经32天土壤裸露培养后，仍保有土壤含水量为16.62％。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

22、1、本发明为提高退化草地肥力水平和废弃物资源利用效率，将秸秆热解制成生物炭，将畜禽粪便好氧发酵为有机堆肥，充分发挥其优良结构和养分优势，充分利用资源的同时改良土壤养分状况；

23、2、本发明的炭基有机肥较单施有机肥和其他源炭基有机肥有着更强的土壤团聚能力，能够显著提高水稳性大团聚体数量，增加土壤的平均质量直径和几何平均直径，减少土壤分形维数，生物炭作为碳源能够助力土壤固碳的同时，改善土壤物理结构，增强团聚体的稳定性；本发明的炭基有机肥处理的土壤＞0.25mm的土壤团聚体相对含量为73.38％；其中0.5～0.25mm的大团聚体相对含量为13.02％；1～0.5mm的大土壤团聚体相对含量为19.32％；2～1mm的大土壤团聚体相对含量为9.76％；＞2mm的大土壤团聚体相对含量为30.28％；＜0.25mm的小微土壤团聚体相对含量为27.62％。而不添加任何物料处理的＞2mm的土壤团聚体相对含量仅为5.37％，＞0.25mm的土壤团聚体相对含量仅为41.87％。

24、3、添加的高分子保水剂大幅提升土壤保水持水性能，为养分离子提供运输转化的场所，这有助于缓解干旱环境引发的水分养分亏缺；选取的聚丙烯酸钾能够吸收超过其自身重量很多倍的水分，还能有效地保持土壤水分，使得肥料中各原料与土壤充分接触和反应，为牧草提供更有效的水分和养分供应，有助于在干旱条件下维持牧草的生长；与其它保水剂材料相比，聚丙烯酸钾不会造成土壤板结或污染，同时具有良好的生物相容性，不会对植物和土壤微生物产生有害影响，从而有助于维持生态平衡。本发明的炭基有机肥对土壤的最大持水量为土壤重量的43.92％，经32天土壤裸露培养后，仍保有土壤含水量为16.62％，其中不添加任何物料处理的土壤保水量为3.61％。

25、4、本发明采用炭基肥、有机肥和保水剂经济绿色，成本较低，易于收集生产，配比科学合理，与化肥相比不会造成土壤污染，肥效缓释，作用周期较长，能够长期供应各类养分元素，提高土壤肥力的同时增加退化草地牧草生物量。

技术特征：

1.一种培肥保水的炭基有机肥的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的培肥保水的炭基有机肥的制备方法，其特征在于，所述秸秆生物炭的ph值为6.9～7.5，ec值为2.09ms/cm，有机质含量为23.07％，总氮含量为1.83％，磷含量为0.28％，钾含量为2.07％。

3.根据权利要求1所述的培肥保水的炭基有机肥的制备方法，其特征在于，所述褐煤腐植酸的ph值为6.5～7.2，ec值为10.23ms/cm，有机质含量为4.77％，总氮含量为0.65％，磷含量为0.29％，钾含量为0.38％。

4.根据权利要求1所述的培肥保水的炭基有机肥的制备方法，其特征在于，所述有机堆肥的ph值为7.5～7.8，ec值为4.77ms/cm，有机质的含量为8.14％，总氮含量为0.62％，磷含量为0.28％，钾含量为2.07％。

5.根据权利要求1所述的培肥保水的炭基有机肥的制备方法，其特征在于，所述有机堆肥由鸡粪堆制而成。

6.根据权利要求1所述的培肥保水的炭基有机肥的制备方法，其特征在于，在调节肥料含水率之前，按质量比在禽畜粪便中添加0.1％～0.5％的原始堆肥辅料，所述原始堆肥辅料为黄原胶、凹凸棒土、木醋液、沸石中的一种或几种组合。

7.根据权利要求1所述的培肥保水的炭基有机肥的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯酸钾为白色粉末状，水分≤10％、筛余量≤10％、特性粘数≥6dl/g、水解度27～35％、钾含量11～15％、纯度≥75％、其岩心膨胀降低率≥40％。

8.一种根据权利要求1-7任一项所述的培肥保水的炭基有机肥的制备方法制备的炭基有机肥，其特征在于，所述炭基有机肥适用于西北干旱沙化盐碱化退化草地土壤肥力水平和保水持水性能提升。

9.根据权利要求8所述的炭基有机肥，其特征在于，所述炭基有机肥处理的土壤＞0.25mm的土壤团聚体相对含量为73.38％；其中0.5～0.25mm的大土壤团聚体相对含量为13.02％；1～0.5mm的大土壤团聚体相对含量为19.32％；2～1mm的大土壤团聚体相对含量为9.76％；＞2mm的大土壤团聚体相对含量为30.28％；＜0.25mm的小微土壤团聚体相对含量为27.62％。

10.根据权利要求8所述的炭基有机肥，其特征在于，所述炭基有机肥对土壤的最大持水量为土壤重量的43.92％，经32天土壤裸露培养后，仍保有土壤含水量为16.62％。

技术总结
本发明涉及一种培肥保水的炭基有机肥及其制备方法。所述制备方法包括：S1、制备炭基肥；将褐煤腐植酸和秸秆生物炭自然风干后，分别研磨过筛，按1：1质量比均匀混合；S2、制备有机堆肥；将禽畜粪便自然风干后放入搅拌器中，并用稻壳调节碳氮比为20～25，加入自来水调节肥料含水率至60±5％，混合均匀放入堆肥发酵罐中好氧发酵一定时间；发酵结束后取出并自然风干；S3、复混原始物料；按照质量百分比：炭基肥70～78％、有机堆肥20～28％，余量为高分子保水剂的比例准备物料；首先将有机堆肥和高分子保水剂放入混样盆中混合均匀，然后将炭基肥洒于物料之上，最后均匀混合所有物料，复配出具备培肥保水功能的炭基有机肥；所述高分子保水剂为聚丙烯酸钾。

技术研发人员：商建英,钱亚胜,王祥,陈冲,刘怡君,王栋
受保护的技术使用者：中国农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23