專利名稱：利用天然有機(jī)物快速降解生產(chǎn)水溶性腐植酸肥料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種肥料的生產(chǎn)方法，尤其是涉及一種利用天然有機(jī)物人工快速降解生產(chǎn)水溶性腐植酸肥料的方法。
背景技術(shù)：
土壤腐殖酸來源于天然有機(jī)物。自然界中有大量的天然有機(jī)物，牲畜糞便、人糞尿、農(nóng)田廢棄物、泥炭、褐煤、風(fēng)化煤等都是腐殖酸原料。土壤腐殖酸是天然有機(jī)物被土壤微生物緩慢分解的產(chǎn)物。由于各種有機(jī)物的生物學(xué)穩(wěn)定性不同，被天然微生物分解的難易差別很大，據(jù)前蘇聯(lián)科學(xué)家研究表明，纖維素可以在土壤中存在500年以上；木質(zhì)素可達(dá)1500-2000年。作為有機(jī)肥施入的天然有機(jī)物，只有被土壤微生物降解成腐殖酸時才具有肥效，所以，有機(jī)肥的肥效受制于微生物的分解速度和分解量，不會按植物需要量而供給，這就是有機(jī)肥料肥效長、肥效緩的原因。
在化肥大量、單一使用的今天，化肥效率遞減、土壤環(huán)境惡化、環(huán)境污染、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降等問題已引起人們的高度關(guān)注，有機(jī)肥全面性的優(yōu)勢顯現(xiàn)出來，但有機(jī)肥料肥效緩、勞動強(qiáng)度大的缺點不能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)要求又制約有機(jī)肥廣泛使用。要解決這一問題，需要速效的有機(jī)肥料，這種肥料就是腐殖酸。
除了牲畜糞便、人糞尿、農(nóng)田廢棄物作為有機(jī)肥在土壤中被微生物降解成腐殖酸外，自然界中有大量富含腐殖酸類物質(zhì)的天然有機(jī)物，包括泥炭、褐煤、風(fēng)化煤等。我國是天然腐殖酸類物質(zhì)資源豐富的國家之一，探明儲量2000億噸以上。
多年來，人類在腐殖酸農(nóng)用研究和應(yīng)用方面傾注了大量的心血，形成了幾種成熟的加工方法。(1.)研磨法用物理方法使之細(xì)化以提高腐殖酸含量，活化程度很??；(2.)氧化降解包括空氣氧化、硝酸氧化等，活化度因有機(jī)物來源而異，效果不穩(wěn)定；(3.)抽提法包括酸抽提和堿抽提，使腐植酸水溶性提高，活性沒有影響；(4.)微生物法用篩選的微生物菌劑在人工控制條件下降解有機(jī)物獲得水溶性腐殖酸，生化黃腐酸技術(shù)是我國的專利技術(shù)。但生化腐殖酸產(chǎn)率低、限制條件多，因為一種微生物功能有專一性，不可能同時降解多種有機(jī)物，如纖維素分解菌只能分解纖維素，對木質(zhì)素及其他有機(jī)物分解能力很??；其次，微生物為生命體，要求合適的溫度、濕度和營養(yǎng)，自然條件下，很難滿足微生物最適生活條件，微生物作用受到限制；再次，好癢微生物直接使有機(jī)物轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水，損失大量有機(jī)碳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種天然有機(jī)物人工無損失、快速降解生產(chǎn)水溶性腐植酸肥料的方法，所生產(chǎn)的水溶性腐植酸肥料能提高作物產(chǎn)量、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、提高土壤肥力。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為 一種利用天然有機(jī)物快速降解生產(chǎn)水溶性腐植酸肥料的方法，其特征在于以下步驟天然有機(jī)物----分揀去雜---粉碎----反應(yīng)釜降解活化---減壓爆破---濃縮----成品；其中溫度80-175℃、壓力3-12.5個大氣壓、光波364-468cm-1紫外光、水解劑KOH2.5-20％重量百分比、氧化劑TiO2 3-12.5％重量百分比、導(dǎo)向劑FeSO40.3-3％重量百分比。
將上述經(jīng)過活化水溶性腐植酸50-70重量份分別與氮素肥料30-50重量份、磷素肥料30-50重量份或微量元素肥料30-50重量份混合，反應(yīng)條件為pH5.5-9.5，2-6個大氣壓，溫度80-120℃，時間4-6小時，制成含N或P205或微量元素的水溶性腐植酸肥料。
天然有機(jī)物包括作物秸稈、干基牲畜糞便或風(fēng)化煤。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點和效果如下 本發(fā)明分別在不同地域、不同作物、不同土壤上做了試驗，均取得了顯著的效果。山西運城蘆筍化肥+腐殖酸+微肥處理比對照施等量化肥增產(chǎn)近100％；新疆農(nóng)八師三團(tuán)二連甜菜上試驗，每畝加40公斤腐殖酸比單施等量化肥增產(chǎn)34-46％；西北農(nóng)林科技大學(xué)甜瓜試驗基地在新建日光溫棚生土上栽培甜瓜，每畝使用腐殖酸160公斤(含水溶性腐殖酸35％)，比在熟土上栽培等量化肥+2立方純雞糞的大棚增產(chǎn)16％，甜瓜糖度提高18.3％；同撒可富肥料公司的″陜西省配方施肥″合作研究項目中，每畝加50公斤腐殖酸肥料比單施撒可富肥料旱地小麥增產(chǎn)11％，水地小麥增產(chǎn)20.3％玉米增產(chǎn)10.8％；近年同寧夏自治區(qū)馬鈴薯研究所的″馬鈴薯連作障礙與對應(yīng)措施″合作有機(jī)項目中，每畝120公斤腐殖酸有機(jī)肥+配方肥+螯合復(fù)合微肥處理比配方肥處理增產(chǎn)48％，比習(xí)慣施肥增產(chǎn)116％。
具體實施例方式 本發(fā)明為一種利用天然有機(jī)物快速降解生產(chǎn)水溶性腐植酸肥料的方法，其從單一有機(jī)物入手，分別得到其降解的最佳降解條件，制成經(jīng)過活化的腐植酸，物理條件包括溫度、壓力、光波等；化學(xué)條件包括水解劑、氧化劑、導(dǎo)向劑，將上述經(jīng)過活化的氮素肥料分別與氮素肥料、磷素肥料或微量元素肥料混合，制成水溶性腐植酸肥料。
實施例 將天然有機(jī)物----分揀去雜---粉碎----反應(yīng)釜降解活化---減壓爆破---濃縮----成品；其中溫度100℃、壓力8個大氣壓、光波400cm-1紫外光、水解劑KOH12％重量百分比、氧化劑TiO2 8％重量百分比、導(dǎo)向劑FeSO4 2％重量百分比。
將上述經(jīng)過活化水溶性腐植酸60重量份分別與氮素肥料40重量份、磷素肥料40重量份或微量元素肥料40重量份混合，反應(yīng)條件為pH8.5，2-6個大氣壓，溫度100℃，時間5小時，制成含N或P2O5或微量元素的水溶性腐植酸肥料。
天然有機(jī)物包括作物秸稈、干基牲畜糞便或風(fēng)化煤。
天然有機(jī)物的降解過程實質(zhì)其生成過程的逆過程，即降解過程是用″外力″將高分子聚合物中小分子間的化學(xué)鍵″打開″的過程，降解產(chǎn)物越接近″糖″越好。在總結(jié)現(xiàn)有腐殖酸活化技術(shù)優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，我們沿著″逆過程″的思路設(shè)計出一套物理化學(xué)活化方案，從單一有機(jī)物入手，分別得到其降解的最佳降解條件，然后研究天然有機(jī)物的降解條件。物理條件包括溫度、壓力、光波等；化學(xué)條件包括水解劑、氧化劑、導(dǎo)向劑等。這里水解劑、氧化劑相當(dāng)于植物有機(jī)物代謝過程中的各種酶，導(dǎo)向劑使反應(yīng)向降解方向進(jìn)行；溫度、壓力相當(dāng)于植物有機(jī)物代謝過程的環(huán)境條件，一定波長的光波可引發(fā)自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(有機(jī)反應(yīng)多為自由基反應(yīng))。
活性腐殖酸與風(fēng)化煤元素測定結(jié)果 上表表明風(fēng)化煤經(jīng)活化(腐殖化)后，主要元素含量和結(jié)構(gòu)組成都有變化，碳含量降低氧含量增加，水溶性大幅度提高；顯微結(jié)構(gòu)從無序的非晶態(tài)轉(zhuǎn)變成膜膠態(tài)，活化過程使風(fēng)化煤產(chǎn)生了深度實質(zhì)性改變成為活性腐殖酸。
活性腐殖酸與植物營養(yǎng) (1)腐殖酸與氮素肥料 處理A碳酸氫銨 B尿素 C碳酸氫銨與活性腐殖酸反應(yīng)物 D尿素與腐殖酸反應(yīng)物 實驗方法 土壤培養(yǎng)試驗 取樣時間和測定項目從施肥起每隔兩天取一批樣，濕樣用1摩爾的氯化鉀溶液浸提，測定硝態(tài)氮和氨態(tài)氮含量。
實驗結(jié)果碳酸氫銨第7天時、尿素11天是全部轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮；碳酸氫銨與活性腐殖酸反應(yīng)物和尿素與腐殖酸反應(yīng)物第46天時只有36％的氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，說明腐殖酸可以大幅度延長氨態(tài)氮的硝化時間，從而提高氮肥利用率。
紅外光譜顯示，碳酸氫銨與活性腐殖酸反應(yīng)物和尿素與腐殖酸反應(yīng)物酰胺鍵振動峰大于腐殖酸原物，提示大分子酰胺氮能夠抑制硝化細(xì)菌和亞硝化細(xì)菌的攻擊，生物學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。
(2)腐殖酸與磷素肥料 腐殖酸與磷肥反應(yīng)物和無機(jī)磷肥等有效磷田間施肥對照試驗表明，腐殖酸與磷肥反應(yīng)物不但作物生物量增加，而且土壤中有效磷含量高于使用無機(jī)磷對照，說明腐殖酸既能減少磷肥固定，又能促進(jìn)作物對磷肥吸收。
(3)腐殖酸與微量元素肥料 從事植物營養(yǎng)者都清楚植物小葉病是缺鋅；黃葉病缺鐵；水心病缺鈣；爛心病、花而不實缺硼，一般采用拌種或葉面噴施無機(jī)微量元素補(bǔ)充，因為無機(jī)微量元素肥料根施效果很差。
用腐殖酸螯合微量元素離子，不管葉面噴施還是根施都取得良好效果。初步測定作物對腐殖酸螯合微肥的吸收速度和吸收量都有所提高。
(1)腐殖酸研究應(yīng)該從基礎(chǔ)和整體兩個方面入手，基礎(chǔ)是土壤有機(jī)物的形成、其各物質(zhì)之間的相互關(guān)系及各物質(zhì)物理化學(xué)性質(zhì)的相似點和不同點；整體是指有機(jī)反應(yīng)是一個過程(有機(jī)物合成代謝和降解均如此)，伴隨著許多副反應(yīng)和中間產(chǎn)物，這些中間產(chǎn)物在反應(yīng)條件不變情況下，仍然向生成物方向發(fā)展，也就是說，中間產(chǎn)物不具有隨意性和無序性。因此，制定腐殖酸活化研究方案和對腐殖酸生物效應(yīng)評價度應(yīng)該從整體考慮。例如，黃腐酸是一種復(fù)雜的混合復(fù)合體，其中含有水溶性糖類、醇類、醛類、酮類、脂類等有機(jī)物，每一類又有不同分子量和化學(xué)構(gòu)象之分；更重要的是這些物質(zhì)主要是不飽和烴類，自身和相互之間都可以發(fā)生縮合反應(yīng)，形成新的物質(zhì)。因此，黃腐酸的物質(zhì)組成、平均分子量會隨溫度、濃度、Ph、電解質(zhì)的變化而改變，我們不可能，也沒有必要企圖將其分離，即使分離出某種有機(jī)物，也僅說明在某一條件下、采用某種分離方法這種物質(zhì)是存在的，它的生物活性也不能代表黃腐酸的生物活性。由此可以推斷，沒有兩種完全相同的腐殖酸存在。
(2)從大量的、極為顯著的，甚至近乎神奇的腐殖酸生物效應(yīng)看，腐殖酸的作用用傳統(tǒng)的腐殖酸通過改良土壤結(jié)構(gòu)、活化土壤養(yǎng)分、提高土壤微生物活性等理論來解釋腐殖酸的生物效應(yīng)恐怕不夠，應(yīng)該說腐殖酸中的某些成分可以被植物直接吸收，參與植物的代謝。基于這種判斷，我們提出植物″有機(jī)營養(yǎng)″概念(已設(shè)計好有機(jī)方案，正在實施)，如果試驗證明如此，則在解釋肥料效率遞減，農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降，制定更科學(xué)的施肥方法方面具有積極意義。
(3)通過對比無機(jī)態(tài)礦物質(zhì)和螯合態(tài)礦物質(zhì)植物吸收、運輸和儲藏方面的差異，發(fā)現(xiàn)植物對礦物質(zhì)和螯合態(tài)礦物質(zhì)植物吸收、運輸和儲藏與礦物質(zhì)的化學(xué)形態(tài)有關(guān)，即A如果礦物質(zhì)的離子半徑越大，植物越難吸收和運輸；B如果礦物質(zhì)離子(或酸根離子)的化合價絕對值越大，植物越難吸收和運輸。我們用腐殖酸鐵治療獼猴桃和桃樹黃花?。挥酶乘嵛a(chǎn)富硒農(nóng)產(chǎn)品就已經(jīng)證明。
(4)總結(jié)以上研究結(jié)果和推理，提出了″全營養(yǎng)施肥″技術(shù)，即活性腐殖酸+配方化肥+螯合復(fù)合微肥，兩年的多點示范結(jié)果表明全營養(yǎng)施肥在提高作物產(chǎn)量、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、提高土壤肥力、解決連作障礙方面效果極顯著，第三條應(yīng)用效果中大部分是用全營養(yǎng)施肥法取得的。腐殖酸是連接土壤、土壤微生物、植物礦物質(zhì)營養(yǎng)的紐帶并直接參與植物的代謝過程，是植物營養(yǎng)的中心因子，她在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的作用還沒有深刻被我們認(rèn)知，對其研究的重要性不言而喻。2008年度銅川市 旱地小麥專用肥肥效試驗示范總結(jié)報告 一、試驗?zāi)康? 為了摸清撒可富專用肥在我市小麥上的增產(chǎn)增收效果，指導(dǎo)農(nóng)戶科學(xué)合理的使用撒可富專用肥，使其發(fā)揮最佳效果，受省土肥所劉博士委托，在銅川旱塬安排了撒可富小麥專用肥的試驗及示范。
二、試驗示范基本情況 1、試驗設(shè)在耀州區(qū)演池鄉(xiāng)演池村王永民的承包地，試驗地土壤為黃土質(zhì)石灰性褐土，土層深厚，PH值為8.7，有機(jī)質(zhì)1.5％，全氮0.88mg/kg，速效氮76mg/kg，速效磷16mg/kg，速效鉀108mg/kg。當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶習(xí)慣施肥純氮6-7千克/畝，純磷6-8千克/畝，不施鉀。
2、試驗示范肥料品種選用撒可富小麥專用肥(25-15-6)，小麥品種選用普冰143。
3、試驗設(shè)四個處理，三次重復(fù)，小區(qū)面積30M2，處理1為空白對照；處理2為當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥；處理3為撒可富25千克/畝，在小麥返青-拔節(jié)期追純氮3千克/畝；處理四為撒可富25千克/畝，加50千克活性腐殖酸做底肥一次施入。示范設(shè)4個處理，分別為畝施40千克、50千克、60千克、70千克撒可富小麥專用肥，示范面積80畝。
三、試驗示范過程 于10月2日劃區(qū)施肥，采用撒施法，施后旋耕機(jī)覆蓋，10月3日播種，畝播種9千克，10月9日出苗，出苗后恢復(fù)小區(qū)，其它管理同大田。來年3月18日追施氮肥，4月22日對小麥畝穗數(shù)調(diào)查，6月30日采樣對小麥各項性狀測定，結(jié)果見表一、表二，并烤種測產(chǎn)。
表一 試驗調(diào)查結(jié)果表 表二 示范調(diào)查結(jié)果表 四、結(jié)果分析 1、試驗結(jié)果經(jīng)方差分析，(見附件)各處理較對照都達(dá)到顯著的增產(chǎn)性，處理四最好畝產(chǎn)508.7千克較對照畝產(chǎn)329.0千克畝增產(chǎn)179.7千克，增幅54.6％。
2、通過試驗結(jié)果(表三和表四)可以看出，處理三效果最好，新增投入產(chǎn)出比為1∶2.67，但是產(chǎn)量不是最高，建議將處理四的腐殖酸調(diào)低用量，可以降低投入成本，產(chǎn)生良好的增效效果。
3、從調(diào)查數(shù)據(jù)看，撒可富對提高小麥莖高、增加穗長有一定作用，特別能增強(qiáng)小麥的分蘗能力，增多穗粒數(shù)。
4、從示范結(jié)果看，畝施60千克最好，畝產(chǎn)530.7千克，較大田畝產(chǎn)421千克畝增產(chǎn)109.7千克，增幅26.1％，但再增加用量，產(chǎn)量下降，說明撒可富在我市的最佳用量應(yīng)控制在畝施40千克以內(nèi)。
表三 試驗結(jié)果表 注撒可富3元/千克，腐殖酸1.3元/千克，純氮4.6元/千克，純磷6元/千克，小麥1.7元/千克. 表四 示范結(jié)果表 附件 試驗結(jié)果方差分析 1、試驗結(jié)果表
2 結(jié)果分析 2.1 方差分析(x-不顯著，*-顯著，**-極顯著) 2.2多重比較 2.2.1比較標(biāo)準(zhǔn)(LSD法) 2.2.2比較結(jié)果(字母標(biāo)注法凡具有一個相同字母的表示無差異) 2.2.2比較結(jié)果(字母標(biāo)注法凡具有一個相同字母的表示無差異)
權(quán)利要求
1.一種利用天然有機(jī)物快速降解生產(chǎn)水溶性腐植酸肥料的方法，其特征在于包括以下步驟天然有機(jī)物----分揀去雜---粉碎----反應(yīng)釜降解活化---減壓爆破---濃縮----成品；其中溫度80-175℃、壓力3-12.5個大氣壓、光波364-468cm-1紫外光、水解劑KOH2.5-20％重量百分比、氧化劑TiO23-12.5％重量百分比、導(dǎo)向劑FeSO40.3-3％重量百分比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用天然有機(jī)物快速降解生產(chǎn)水溶性腐植酸肥料的方法，其特征在于將上述經(jīng)過活化水溶性腐植酸50-70重量份分別與氮素肥料30-50重量份、磷素肥料30-50重量份或微量元素肥料30-50重量份混合，反應(yīng)條件為pH5.5-9.5，2-6個大氣壓，溫度80-120℃，時間4-6小時，制成含N或P205或微量元素的水溶性腐植酸肥料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有機(jī)全營養(yǎng)施肥方法，其特征在于天然有機(jī)物包括作物秸稈、干基牲畜糞便或風(fēng)化煤。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用天然有機(jī)物快速降解生產(chǎn)水溶性腐植酸肥料的方法，所生產(chǎn)的水溶性腐植酸肥料能提高作物產(chǎn)量、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、提高土壤肥力。本發(fā)明包括以下步驟天然有機(jī)物—分揀去雜—粉碎—反應(yīng)釜降解活化—減壓爆破—濃縮—成品；其中溫度80-175℃、壓力3-12.5個大氣壓、光波364-468cm-1紫外光、水解劑KOH2.5-20％重量百分比、氧化劑TiO23-12.5％重量百分比、導(dǎo)向劑FeSO40.3-3％重量百分比。
文檔編號C05F11/02GK101768019SQ201010101028
公開日2010年7月7日 申請日期2010年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月22日
發(fā)明者劉存壽, 同延安, 朱渭兵, 劉浩 申請人:西北農(nóng)林科技大學(xué)