一種園林廢棄物生物質炭基沼液肥料及其制備方法與應用與流程

本發(fā)明涉及生物質肥料，具體地說，涉及生物質炭基沼液肥料。
背景技術：
：近年來，隨著城市化進程加快，我國在提高城鄉(xiāng)經濟發(fā)展的同時注重改善生態(tài)環(huán)境，園林綠化事業(yè)發(fā)展迅速，綠地面積不斷增大，園林廢棄物產生量日益增加，如何合理的處理園林廢棄物已成為社會問題。傳統(tǒng)的園林廢棄物處理方式主要是填埋或露天焚燒，造成溫室效應和霧霾，對生態(tài)、環(huán)境的污染嚴重，極大影響了農林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。如何將園林廢棄物“變廢為寶”，實現(xiàn)資源的循環(huán)利用成為了研究的熱點和發(fā)展趨勢。同樣，隨著我國人口急劇增長，畜牧業(yè)的快速發(fā)展，也產生了大量的畜禽養(yǎng)殖廢棄物等農業(yè)廢棄物。目前，最主要的回收利用途徑是將養(yǎng)殖廢棄物直接排放或進行厭氧發(fā)酵制成沼液沼渣等做沼肥。由于固有的廢物處理方式粗放不合理，沼液，隨意排放與直接作肥，使沼液的處理和利用受到較大的限制。經多年研究和應用發(fā)現(xiàn)，園林廢棄物和沼液本身資源含量豐富易取得，且均含有大量營養(yǎng)元素，對植物生長和土地改良都有潛在價值?，F(xiàn)有技術中，多數(shù)生物質炭原料多為農作物秸稈、竹子等燒制而成，營養(yǎng)元素含量少，成炭率低。制成的生物質炭基肥料系由生物質炭與尿素等無機化肥混合制備，還存在或多或少的缺陷，使用量過多導致成本提高、污染土壤和水源或改良效果不全面等不同程度的負面影響。技術實現(xiàn)要素：為了解決現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種園林廢棄物生物質炭基沼液肥料及其制備方法與應用。為了實現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明的技術方案如下：本發(fā)明首先提供一種園林廢棄物生物質炭基沼液肥料，由以下原料制成：園林廢棄物400℃燒制而成的生物質炭、牛糞沼液、凹凸棒石黏土和沸石粉。所述原料的配比為：生物質炭100-300重量份，牛糞沼液100-300體積份，凹凸棒石黏土10-20重量份，沸石粉20-40重量份。所述重量份/體積份為g/ml，即生物質炭100-300g，牛糞沼液100-300ml，凹凸棒石黏土10-20g，沸石粉20-40g，或在此基礎上等比例增加或減少。作為優(yōu)選，所述原料的配比為：生物質炭100重量份，牛糞沼液300體積份，凹凸棒石黏土20重量份，沸石粉40重量份。其中，所述生物質炭的粒徑為0.1mm-1mm；所述凹凸棒石黏土的粒徑為0.01mm-0.1mm；所述沸石粉末的粒徑為0.03mm-0.06mm。所述生物質炭的制備方法為：將園林廢棄物過篩，應用粉碎機粉碎，放入馬弗爐中，設置熱解溫度為380-420℃，密封厭氧熱解6h燒制而成生物炭。其中園林廢棄物的成炭率為81％，碘吸附值500％，比表面積為415m2/g；燒制的生物炭具有的較大比表面積和大孔隙，使其有較強的吸附能力，為制備園林廢棄物生物質炭基沼液肥料及改良土壤質地提供了有利支持。所述牛糞沼液以牛糞為原料，經厭氧發(fā)酵后，沉淀處理所得的沼液，不溶物含量<5.48％。在本發(fā)明的具體實施方式中，所述牛糞沼液取自北京市順義區(qū)某牛糞沼氣工程厭氧發(fā)酵罐經沉淀處理后的沼液，不溶物含量<5.48％，其中所含的有毒重金屬均遠低于國家土地環(huán)境質量標準，與園林廢棄物燒制的生物炭混合后可進一步吸附有毒物質，施入土壤不會造成土壤環(huán)境污染，牛糞沼液中富含的n、p、k等營養(yǎng)元素也為制備的園林廢棄物生物質炭基沼液肥料提供元素基礎，有利于土壤性質改良及促進植物生長。其中，所述園林廢棄物指在城市綠化及園林維護過程中產生的枯枝、落葉、草屑等有機廢棄物。來源于植物，是植物進行光合作用后的產物，主要由c、h、o、n、s等元素組成，成分以有機質為主，富含纖維素、木質素；園林廢棄物屬于可再生資源，具有可再生性的特點；隨著園林綠化面積逐步擴大，園林廢棄物資源豐富，獲取途徑較容易。凹凸棒石黏土是一種層鏈狀過渡結構的以含水富鎂硅酸鹽為主的黏土礦，具有滑感、質輕、吸水性強、遇水不膨脹、濕時具有黏性和可塑性等特性。由于它本身的特殊結構，具有較強的吸附性、催化性、離子交換性、廣泛應用于化肥、農藥、食品中，用作粘結劑。沸石粉末是一種無毒無害的天然礦物，具有很強的吸附能力和很高的陽離子交換量，可促進土壤中養(yǎng)分的釋放。有研究發(fā)現(xiàn)沸石可吸附nh4+和p，所吸附的nh4+和p大部分是可解吸的?？梢蕴岣咄寥赖谋７誓芰Α７惺哂匈A水能力，施入土壤后可提高耕層土壤的含水量1％～2％，在干旱條件下使耕層土壤田間持水量增加5％—15％。沸石也可活化土壤難溶性p，沸石還能改善土壤供鉀狀況，可促進土壤中養(yǎng)分的釋放，提高土壤保肥能力和增加土壤肥力。牛糞沼液是牛糞經厭氧發(fā)酵過濾產生的一種成分復雜、營養(yǎng)全面的有機液體，含多種微量元素。生物質炭采用園林廢棄物經高溫限氧燒制成的固體碳化物，具有高碳、強吸附性、含多種營養(yǎng)物質，促進植物的有效生長，還能起到改良土壤的作用。牛糞沼液取自北京市順義區(qū)某牛糞沼氣工程厭氧發(fā)酵罐經沉淀處理后的沼液，其重金屬含量檢測結果見表1，符合《土壤環(huán)境質量》標準(gb15618-2008)；生物質炭及牛糞沼液各營養(yǎng)物質檢測結果見表2。表1牛糞沼液重金屬含量檢測結果表2生物質炭及牛糞沼液營養(yǎng)元素檢測結果檢測項目生物質炭牛糞沼液ph6.27.6tn(g·kg-1)0.894.20tp(g·kg-1)11.20.27tk(g·kg-1)8.61.15an(mg·kg-1)-335.6ap(mg·kg-1)-982.0ak(mg·kg-1)-895.7c(％)70.02-h(％)3.02-0(％)1.01-ash(％)13.43-進一步地，本發(fā)明提供了園林廢棄物生物質炭基沼液肥料的制備方法，具體為，將原料物質混合均勻，放入圓盤造粒機器中，置圓盤造粒機的傾斜角度為60°，轉速為27r/min，旋轉1h造粒而成的顆粒狀肥料。經過試驗研究發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明所提供的肥料能改善土壤的理化性狀，并提供植物生長所需的營養(yǎng)元素，促進植物生長、提高植物生物量、增強植物的抗逆性，同時該生物質肥料能有效增加植物的光合速率，提高植物的光合作用效率，適用于干旱區(qū)與半干旱區(qū)的植被恢復與牧草種植，從而提高牧草種植的成活率和產量。因此，所述園林廢棄物生物質炭基沼液肥料在上述方面的應用均屬于本發(fā)明的保護范圍，例如，所述肥料在提高植物光合作用效率中的應用等。本發(fā)明涉及到的原料或試劑均為普通市售產品，涉及到的操作如無特殊說明均為本領域常規(guī)操作。在符合本領域常識的基礎上，上述各優(yōu)選條件，可以相互組合，得到具體實施方式。本發(fā)明的有益效果在于：1、本發(fā)明探索了農林廢棄物資源化利用的新途徑。本發(fā)明原料采用園林廢棄物燒制而成的生物炭、牛糞沼液等農林廢棄物，以及天然無毒無害的粘土礦物，沸石等，通過特定工藝制備成一種對植物生長有效的生物質炭基沼液肥料，原材料成本低廉，來源易得，通過脫水厭氧處理并經過高溫炭化方式粉碎形成生物炭粉，炭化效果好，炭含量、炭肥成品率高，沸石粉末很強的吸附能力和很高的陽離子交換量，可促進土壤中養(yǎng)分的釋放，且具有貯水能力，還可以提高土壤保肥能力和增加土壤肥力。本發(fā)明中園林廢棄物處理新方式為限氧高溫燒制成生物質炭，相關研究證明，生物質炭由于其自身具備的物理化學性質，將其單獨制成肥料或者與其他肥料混合制成生物質炭基肥料，能有效改良土壤的理化性狀，提高土壤的保水保肥，同時還可以促進植物對水分、養(yǎng)分的吸收，并對植物生長有較好的促進作用。為我國廢物資源循環(huán)利用提供新的參考，展示出了園林廢棄物生物質炭基沼液肥料的應用潛能和發(fā)展前景。2、本發(fā)明所提供的肥料能有效改善土壤的物理性狀，降低土壤比重，增加土壤孔隙度，提高土壤的透水性和透氣性，促進植物對養(yǎng)分元素的吸收；同時園林廢棄物生物質炭基沼液肥料中含有植物生長的主要營養(yǎng)元素，可顯著提高土壤中堿解氮、有效磷和速效鉀的含量，從而促進植物生長，提高植物生物量。3、本發(fā)明所提供的肥料能增加植物葉片光合速率，提高植物葉片葉水勢，增強植株的抗干旱能力，提高干旱、半干旱地區(qū)的牧草成活率，促進牧草增產與土壤快速恢復。4、本發(fā)明所提供的肥料能顯著促進植株株高、出苗率，提高植株總生物量。5、本發(fā)明所述肥料的制備方法簡單、生產工藝條件容易控制，產品質量穩(wěn)定，生產成本低廉，具有推廣價值以及顯著的經濟效益、環(huán)境效益和社會效益。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例中草地早熟禾株高變化曲線圖；圖2為本發(fā)明實施例中草地早熟禾生物量變化柱狀圖；圖3為本發(fā)明實施例中草地早熟禾光合速率日變化曲線圖；圖4為本發(fā)明實施例中草地早熟禾葉水勢日變化曲線圖；圖5為本發(fā)明實施例中草地早熟禾葉綠素含量變化曲線圖。具體實施方式下面將結合實施例對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行詳細說明。需要理解的是以下實施例的給出僅是為了起到說明的目的，并不是用于對本發(fā)明的范圍進行限制。本領域的技術人員在不背離本發(fā)明的宗旨和精神的情況下，可以對本發(fā)明進行各種修改和替換。下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。實施例1選取園林廢棄物生物質炭100g，牛糞沼液100ml，凹凸棒石黏土10g，沸石粉末20g?；旌暇鶆蚝?，放入圓盤造粒機中，設置傾角60°，轉速27r/min，造粒制成肥料1。實施例2選取園林廢棄物生物質炭200g，牛糞沼液100ml，凹凸棒石黏土15g，沸石粉末30g?；旌暇鶆蚝?，放入圓盤造粒機中，設置傾角60°，轉速27r/min，造粒制成肥料2。實施例3選取園林廢棄物生物質炭100g，牛糞沼液300ml，凹凸棒石黏土20g，沸石粉末40g?；旌暇鶆蚝螅湃雸A盤造粒機中，設置傾角60°，轉速27r/min，造粒制成肥料3。實施例4選取園林廢棄物生物質炭300g，牛糞沼液300ml，凹凸棒石黏土20g，沸石粉末40g?；旌暇鶆蚝?，放入圓盤造粒機中，設置傾角60°，轉速27r/min，造粒制成肥料4。實驗例1土壤理化性狀指標的測定試驗區(qū)概況：試驗區(qū)位于北京林業(yè)大學八家苗圃，苗圃地處北京市海淀區(qū)八家村村委會北側，北鄰八家郊野公園，地鐵13號線從苗圃西側穿過，分為西院、東院和東南院三個區(qū)域，總面積31206平方米。試驗地位于東南院，其中心地理坐標為n40°00′17.81″，e116°58′48″，海拔52米。該地區(qū)處在暖溫帶，受季風影響，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨，年平均氣溫10-12℃，其中7月溫度最高，1月溫度最低，晝夜溫差較大。年平均降水量為428mm，集中在7、8、9三個月，大約占全年降水量的70％。年平均蒸發(fā)量為1270mm，約為降水量的3倍。土壤主要是褐土，土壤容重為1.23g/cm3。試驗材料：于5月中旬選取種子飽滿，無病蟲害的草地早熟禾種子作為供試植物種。供試土樣來源于山西省呂梁半干旱區(qū)的黃綿土，質地均勻，土壤容重為1.32g/cm3，其中，土壤堿解氮含量為106.2mg/kg，有效磷含量為4.86mg/kg，速效鉀含量為107.3mg/kg，有機質含量為1.52mg/kg，ph為7.9，電導率為0.42ms/cm。實施例1-4制備的四種園林廢棄物生物質炭基沼液肥料；對照例1：生物質炭，園林廢棄物400℃限氧燒制而成，300g；對照例2：普通黃綿土。試驗方法：試驗共設6個處理，每個處理設置10個重復。將實施例1制備的園林廢棄物生物質炭基沼液肥料300g、實施例2制備的園林廢棄物生物質炭基沼液肥料300g、實施例3制備的園林廢棄物生物質炭基沼液肥料300g、實施例4制備的園林廢棄物生物質炭基沼液肥料300g、對照例1的生物質炭300g分別與黃綿土均勻混合，對照例2為空白對照，基質僅為黃綿土。選用上口徑為40cm、下口徑為30cm、高35cm的塑料花盆，每盆中分別加入相應的基質5kg，將草地早熟禾種子播種在塑料花盆中，并壓實，使盆內土壤的容重接近自然狀態(tài)(約1.30g/cm3)；適時澆水，采用trimetdr土壤水分測定系統(tǒng)(德國imko公司生產)測定土壤絕對含水量，保持土壤絕對含水率為25％左右。土壤的理化性狀：土壤容重和孔隙度采用環(huán)刀法測定，不同實施例土壤物理性狀的變化如表3所示；采用k2cr2o7容量法——外加熱法測定土壤有機質含量；采用堿解擴散法測定土壤有效氮含量，不同實施例土壤化學性狀的變化如表4所示。表3不同實施例對土壤物理性狀的影響表3的檢測結果表明：添加園林廢棄物生物質炭基沼液肥料的處理，其土壤比重和容重較對照例都有明顯的降低，與對照例2相比，實施例3的土壤比重和容重分別降低19.9％和22.4％，與對照例1相比，實施例3的土壤比重和容重分別降低13.5％和13.2％，由于土壤孔隙度與土壤容重呈負相關，容重越小，孔隙度越大，其中實施例3的土壤孔隙度較對照例2增加27.2％。說明本發(fā)明的園林廢棄物生物質炭基沼液肥料能降低土壤容重，增加土壤孔隙度，改善土壤的物理性狀。實施例3含水率相對對照例1、2分別增加了29.29％、60.01％。說明本發(fā)明的園林廢棄物生物質炭基沼液肥料能提高土壤含水率，具有很強的保水性。實施例4相對實施例1、2、3，施加了更高量的生物質炭，土壤的各項物理性質指標均較好，優(yōu)于其他各實施例，但相對實施例3對土壤物理性質改善程度相差不大，比如土壤含水率相對實施例3僅提高0.06％、土壤孔隙度僅提高0.08％。說明生物質炭的添加量的增加可以改善黃綿土土壤的物理性質，但用量過高改善程度減弱。表4不同實施例對土壤化學性狀的影響表4的檢測結果表明：實施例1、2、3、4與對照例1和對照例2相比，土壤中有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀的含量明顯提高，其中實施例3增加量最大，說明本發(fā)明的園林廢棄物生物質炭基沼液肥料能增加土壤中植物可利用的營養(yǎng)元素含量，改善土壤的化學性狀，有利于促進植物的生長。實施例4的土壤有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀各項化學指標均高于實施例1、2，說明制肥原料增加在一定程度上可促進土壤化學性質的改良，而相對于實施例3較低，說明在所制肥料的牛糞沼液添加量均為300ml時，增加生物質炭的量對于土壤化學性質改良并不具有促進作用，添加越多生物質炭會減弱土壤化學性質的改善。實驗例2植物生長指標的測定草地早熟禾株高、出苗率的測定：采用人工統(tǒng)計方法，利用卷尺測出植物從基部至葉頂端的高度。出苗率的測量在播種10d后，根據(jù)出苗棵數(shù)計算得出，出苗率＝發(fā)芽棵數(shù)/播種總數(shù)╳100％。不同實施例對草地早熟禾出苗率的影響見表5。圖1的測定結果表明：草地早熟禾在6-9月間株高增長迅速，添加本發(fā)明園林廢棄物生物質炭基沼液肥料的處理，其株高明顯大于對照例，說明本發(fā)明園林廢棄物生物質炭基沼液肥料可以促進植物株高的增長，其中實施例3效果最好。實施例4相對實施例3對草地早熟禾株高的促進作用有所減弱，說明生物質炭在所制肥料中含量過高會影響肥料對植物株高的生長促進。表5不同實施例對草地早熟禾出苗率的影響表5的檢測結果表明：草地早熟禾在6月初計算每個處理的出苗率，添加本發(fā)明園林廢棄物生物質炭基沼液肥料的處理，其植株出苗率均高于對照例，其中實施例3出苗率最高。說明本發(fā)明的園林廢棄物生物質炭基沼液肥料對植物出苗率有促進作用。植物生物量的測定：在生長季末，將各不同處理的草地早熟禾所有地上部分沿地表面收割下來稱重，將整個植株根系從塑料盆中倒出，用水沖洗、浮選、晾干、稱重，并裝入密封袋中備用。接著將植株所有部分置于85℃的鼓風烘箱中，烘干30min后接著將樣品裝入布袋中，再在65℃的鼓風烘箱中烘干24h，然后稱量烘干處理后植株的總干重，換算成總生物量，草地早熟禾的生物量變化如圖2所示。添加園林廢棄物生物質炭基沼液肥料的處理，其生物量明顯高于對照例，說明本發(fā)明的園林廢棄物生物質炭基沼液肥料能有效提高植物的生物量。實施例4中草地早熟禾生物量低于實施例3，說明原料添加量的增加并不會持續(xù)促進肥料肥效作用?？傊褂帽景l(fā)明園林廢棄物生物質炭基沼液肥料后，草地早熟禾的株高、出苗率和生物量均有顯著增長，其中實施例3效果最好，而當肥料中生物質炭添加量過高時可能會抑制對植物生長的促進作用。實驗例3植物生理指標的測定在植物生長旺季中選取晴朗天氣進行，采用li-6400型便捷式光合測定系統(tǒng)測定植株光合速率；采用美國產的psypro露點水勢儀測量植株葉片的葉水勢；從8:00-18:00時，每隔2小時測量一次。采用spad-502葉綠素儀測定植株的葉片葉綠素含量。草地早熟禾光合速率日變化如圖3所示；草地早熟禾葉水勢日變化如圖4所示，草地早熟禾葉綠素含量變化曲線如圖5所示。圖3的測定結果表明：草地早熟禾光合速率日變化趨勢總體呈現(xiàn)不規(guī)則的拋物線型變化規(guī)律，早晨光合速率較低，隨著太陽有效輻射的增強，至中午12:00時光合速率達到最大值，此后隨著葉片氣孔的關閉及光照強度的降低，光合速率逐漸開始持續(xù)下滑，至傍晚18:00時左右光合速率下降到最低值。實施例4的光合速率較實施例3較低，但高于實施例1、2及對照例1、2，說明施用本發(fā)明園林廢棄物生物質炭基沼液肥料后，草地早熟禾的光合速率明顯降低，減少了植物水分損失，具有一定的抗旱效果。但添加過量的生物質炭對肥料促進植物光合作用起到了抑制作用。圖4的測定結果表明：草地早熟禾葉水勢的日變化曲線變化規(guī)律大致呈“v”型變化趨勢，在早晨8:00時左右各處理的植物葉水勢最高，隨著氣溫的升高和太陽有效輻射的增強，植物蒸騰作用越趨強烈，葉水勢開始持續(xù)下降，至中午12:00時五個處理的葉水勢都達最低值，午后蒸騰作用隨著氣溫的降低和太陽有效輻射的減弱而減弱，植物葉水勢又逐漸升高，至傍晚18:00時葉水勢達次高值。施用本發(fā)明園林廢棄物生物質炭基沼液肥料之后，草地早熟禾的葉水勢提高，也就說明植物體的持水能力和植物根系從土壤中吸收水分的能力增強，有利于提高植物的抗旱性。實施例4的草地早熟禾葉水勢低于實施例3，說明所制的園林廢棄物生物質炭基沼液肥料中生物質炭的添加量存在優(yōu)選范圍，并非添加越多肥料的肥效越好。圖5的測定結果表明：施用本發(fā)明園林廢棄物生物質炭基沼液肥料之后，草地早熟禾的spad值較對照例明顯提高，表明植物的葉綠素含量增加，有利于植物進行光合作用，促進有機物質的積累。但實施例4低于實施例3，同樣印證了生物質炭在肥料中的含量存在一定的限度，添加過多會影響肥料對植物葉綠素含量的合成促進。綜上，使用本發(fā)明園林廢棄物生物質炭基沼液肥料后，草地早熟禾的光合速率、葉水勢、葉綠素含量均有顯著提高，其中實施例3的效果最好。雖然，上文中已經用一般性說明及具體實施方案對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬于本發(fā)明要求保護的范圍。當前第1頁12