專利名稱：：一種秸稈磷肥及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及肥料領(lǐng)域，特別涉及一種新型磷肥及其制備方法。
背景技術(shù)：
：磷是地球生物有機體組成所必須的大量元素之一，也是植物生長所需營養(yǎng)三大要素的第二位重要元素，對作物產(chǎn)量和品質(zhì)的形成至關(guān)重要。目前我國耕地土壤有效磷低和極低的面積大概占50%-55%，其中土壤有效磷在臨界值以下的占42.7%。因此，磷肥的施用一直是保證農(nóng)業(yè)產(chǎn)量穩(wěn)定和提高的重要環(huán)節(jié)?，F(xiàn)有磷肥種類少，產(chǎn)量不足，利用率低。磷肥生產(chǎn)發(fā)展受自然資源限制，不但磷肥生產(chǎn)數(shù)量有限，類型也比較少，現(xiàn)在農(nóng)業(yè)使用的磷肥基本都是無機磷形態(tài)。目前我國磷肥種類主要是普通過磷酸鈣(SSP)，占磷肥產(chǎn)量的55%，其次是鈣鎂磷肥，占磷肥產(chǎn)量的10%，其他是復(fù)合或混合磷肥形式。多年來，中國磷肥產(chǎn)量不足，與氮肥相比比例偏低，只能滿足國內(nèi)市場需求的70%左右。2005年我國約需磷肥1110-1160萬噸(P205)，到2010年約需1153-1210萬噸(P205)，2010年我國磷肥的產(chǎn)出量和需要量仍舊有很大缺口。同時，現(xiàn)有的各種類型傳統(tǒng)磷肥施入土壤后，容易被土壤大量固定，有效態(tài)磷含量低，磷當(dāng)季利用率很低，造成因磷肥在土壤中大量累積而浪費有限的資源。有研究表明，磷肥利用率一般在5-20%之間，國際水稻研究所的研究表明，水稻上傳統(tǒng)無機磷肥利用率只有8-12%，英國蔬菜生產(chǎn)中，傳統(tǒng)無機磷肥利用率也只有6%。一方面是土壤大面積缺磷，另一方面是磷肥生產(chǎn)受自然資源的限制難以增加，所以利用率低就成為磷肥使用中的最大困難。因此，減少磷肥在3土壤中的固定，提高磷肥的利用率就成為解決磷肥問題的關(guān)鍵和行之有效的途徑。但是，傳統(tǒng)的無機態(tài)的礦質(zhì)磷肥施入土壤后會很快被大量固定，而農(nóng)業(yè)上使用的有機態(tài)磷主要是有毒農(nóng)藥，一般不宜作為磷肥使用，現(xiàn)在有機磷農(nóng)藥因其對農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)及環(huán)境污染負(fù)效應(yīng)更是被禁用。所以，開發(fā)新型的有機磷服，使其既能減少在土壤中的固定，提高磷肥的利用率，減少磷肥使用量，同時又能保持環(huán)境、食品安全，是解決目前磷肥生產(chǎn)和施用中的關(guān)鍵。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有磷肥的不足，本發(fā)明提供了一種秸稈磷肥，這種磷肥生產(chǎn)成本低廉，施入土壤后能有效減少磷的固定，增加土壤中有效磷含量，提高磷肥利用率，減少磷肥的施用量，節(jié)約有限的磷資源，同時還能保證環(huán)境、食品安全。為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種秸稈磷肥，所述磷肥的PH值為6.0-7.0，其有效成份包括植物秸稈先后與堿性溶液和磷酸經(jīng)過加熱反應(yīng)后生成的黑色粘稠狀液體，所述的堿性溶液為氫氧化鉀溶液或氫氧化鈉溶液。上述植物秸稈為大田作物秸稈。上述大田作物秸稈為選自玉米秸稈、小麥秸稈、水稻秸稈、棉花秸稈或豆類作物秸稈中的一種或幾種。本發(fā)明還提供了一種上述秸稈磷肥的制備方法，包括以下步驟第一步，將35-45%的氫氧化鉀溶液或氫氧化鈉溶液與粉碎的植物秸稈以體積與重量比為0.2-0.6:l毫升/克的比例充分混合，常壓下在90-ll(TC的溫度下反應(yīng)5-15分鐘，生成植物秸稈軟化物；第二步，向所述植物秸稈軟化物中加入工業(yè)磷酸，工業(yè)磷酸與植物秸稈軟化物的體積與重量比為3-4:1毫升/克，充分混合后，常壓下以70-90°C的溫度反應(yīng)20-40分鐘，生成黑色粘稠狀液體；第三步，將所述黑色粘稠狀液體用堿性溶液調(diào)節(jié)其pH值至6.0-7.0，所述堿性溶液為氫氧化鉀溶液或氫氧化鈉溶液。所述氫氧化鉀溶液或氫氧化鈉溶液的濃度為35-45%。所述金屬氫氧化物與秸稈的體積與重量比為0.4:1毫升/克。所述磷酸與秸稈軟化物的體積與重量比為3.4:1毫升/克。與現(xiàn)有技術(shù)的磷肥相比，本發(fā)明采用上述技術(shù)方案的有益效果在于1、本發(fā)明選用了的大田作物秸稈等有機物為原材料，這種原材料不僅可以就地取材而且成本低廉，其本身分解后還可被植物吸收利用，既環(huán)保又廉價，而傳統(tǒng)磷肥的材料大都選用無機礦物質(zhì)；2、利用有機合成技術(shù)將無機態(tài)的磷以磷酸根離子的形態(tài)結(jié)合到秸稈分子結(jié)構(gòu)上，而不是傳統(tǒng)磷肥生產(chǎn)中簡單的混合，磷酸根離子與有機分子結(jié)合，可大大降低磷酸根離子在土壤中的固定，使磷的有效性提高易被植物吸收利用。從而用這種方法生產(chǎn)出來的磷肥的利用率得到顯著提高。3、本發(fā)明的生產(chǎn)成本較傳統(tǒng)磷肥更低。圖1是盆栽試驗中低磷水平各處理的植物干重對照；圖2是盆栽試驗中高磷水平各處理的植物干重對照；圖3是盆栽試驗中低磷水平各處理的植物吸磷量對照；圖4是盆栽試驗中高磷水平各處理的植物吸磷量對照；圖5是盆栽試驗中低磷水平各處理的磷利用率對照；圖6是盆栽試驗中高磷水平各處理的磷利用率對照；圖7是盆栽試驗中低磷水平各處理土壤中的速效磷含量對照；圖8是盆栽試驗中高磷水平各處理土壤中的速效磷含量對照；圖9是磷肥擴散試驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖10是圖9磷肥擴散試驗裝置平放的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是磷肥移動試驗中磷肥在沙土中的移動曲線圖；圖12是磷肥移動試驗中磷肥在褐土中的移動曲線圖；圖13是磷肥移動試驗中磷肥在紅土中的移動曲線圖。具體實施例方式下面通過具體實施例，并結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以下各實施例僅僅是用于說明而不是限制本發(fā)明。實施例140%的氫氧化鉀與粉碎的秸稈以體積與重量比0.4:1毫升/克的比例在常壓下以IO(TC的溫度下加熱10分鐘軟化其結(jié)構(gòu)，秸稈顏色呈綠色。然后，再用工業(yè)磷酸與變色的秸稈以體積與重量比3:l毫升/克的比例充分混合后，在常壓下，以80。C的溫度下加熱IO分鐘，使其發(fā)生反應(yīng)后生成黑色粘稠固體，反應(yīng)完成后再用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)其pH值至6.5。實施例245%的氫氧化鉀與粉碎的秸稈以體積與重量比0.2:1毫升/克的比例在常壓下以ll(TC的溫度下加熱15分鐘軟化其結(jié)構(gòu)，秸稈顏色呈綠色。然后，再用工業(yè)磷酸與變色的秸稈以體積與重量比3:l毫升/克的比例充分混合后，在常壓下，以7(TC的溫度下加熱20分鐘，使其發(fā)生反應(yīng)后生成黑色粘稠固體，反應(yīng)完成后再用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)其pH值至60-7.0。實施例335%的氫氧化鉀與粉碎的秸稈以體積與重量比0.6:1毫升/克的比例在常壓下以9(TC的溫度下加熱5分鐘軟化其結(jié)構(gòu)，秸稈顏色呈綠色。然后，再用工業(yè)磷酸與變色的秸稈以體積與重量比4:1毫升/克的比例充分混合后，在常壓下，以9(TC的溫度下加熱40分鐘，使其發(fā)生反應(yīng)后生成黑色粘稠固體，反應(yīng)完成后再用氫氧化鉀溶液調(diào)節(jié)其pH值至6.7。實施例440%的氫氧化鈉與粉碎的秸稈以體積與重量比0.4:1毫升/克的比例在常壓下以IO(TC的溫度下加熱10分鐘軟化其結(jié)構(gòu)，秸稈顏色呈綠色。然后，再用工業(yè)磷酸與變色的秸稈以體積與重量比3.5:1毫升/克的比例充分混合后，在常壓下，以10(TC的溫度下加熱35分鐘，使其發(fā)生反應(yīng)后生成黑色粘稠固體，反應(yīng)完成后再用氫氧化鉀溶液調(diào)節(jié)其pH值至7.0。實施例548%的氫氧化鈉與粉碎的秸稈以體積與重量比0.3:1毫升/克的比例在常壓下以11(TC的溫度下加熱5分鐘軟化其結(jié)構(gòu)，秸稈顏色呈綠色。然后，再用工業(yè)磷酸與變色的秸稈以體積與重量比4:l毫升/克的比例充分混合后，在常壓下，以12(TC的溫度下加熱20分鐘，使其發(fā)生反應(yīng)后生成黑色粘稠固體，反應(yīng)完成后再用堿性溶液調(diào)節(jié)其pH值至6.9。實施例6先用32%的氫氧化鈉與粉碎的秸稈以體積與重量比0.4:1毫升/克的比例在常壓下以IO(TC的溫度下加熱15分鐘軟化其結(jié)構(gòu)，秸稈顏色呈綠色。然后，再用工業(yè)磷酸與變色的秸稈以體積與重量比3.4:1毫升/克的比例充分混合后，在常壓下，以8(TC的溫度下加熱30分鐘，使其發(fā)生反應(yīng)后生成黑色粘稠固體，反應(yīng)完成后再用堿性溶液調(diào)節(jié)其pH值至6.0-7.0。本發(fā)明制備秸稈磷肥采用的主要原料為植物秸稈、堿性溶液和工業(yè)磷酸。先用35-45%的氫氧化鉀或氫氧化鈉與粉碎的秸稈以體積與重量比0.2-0.6:1毫升/克的比例在常壓下進(jìn)行加熱，并在90-ll(TC的溫度下反應(yīng)5-15分鐘，來軟化植物秸稈的結(jié)構(gòu)，待植物秸稈顏色呈綠色后，得到植物秸稈軟化物，再向植物秸稈軟化物中加入工業(yè)磷酸，工業(yè)磷酸與植物秸稈軟化物的體積與重量比3-4:1毫升/克，將其充分混合后，在常壓下，加熱至以70-8(TC的溫度，并在此溫度下反應(yīng)20-40分鐘，反應(yīng)后生成黑色粘稠液體，然后再用堿性溶液將所得的黑色生成物的pH值調(diào)節(jié)至6.0-7.0。如上所述的秸稈可以選擇任何大田作物秸稈為原料，可以是玉米、小麥、紫云英、水稻、棉花、小麥等植物秸稈中的一種或幾種。上述工業(yè)磷酸可以選用任何級別的工業(yè)磷酸，可以是工業(yè)用原料磷酸，也可以是一些副產(chǎn)品磷酸，只要不含有超標(biāo)的污染物質(zhì)即可。上述堿性溶液選用氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液，其濃度可為40。/^左右。上述加熱方式可以選擇用砂浴或油浴，也可以選擇其它能夠方便靈敏地控制反應(yīng)溫度的加熱方式。下面結(jié)合發(fā)明人的盆栽試驗和磷肥擴散試驗，說明本發(fā)明施用效果。本發(fā)明的秸稈磷肥。一、盆栽試驗布置供試土壤潮土供試作物玉米(浚單20號)試驗處理試驗主要分析說明常規(guī)磷肥與秸稈磷肥在玉米盆栽上各自的施用效果。試驗施用量設(shè)兩個水平，低磷水平，0.025g/kg;高磷水平，0.05g/kg。7個處理CK、秸稈、磷酸二氫鈣、磷酸、焦磷酸鈉、(秸稈+磷酸)和秸稈磷肥。向高為20cm，直徑為15cm的塑料盆中裝入過5mm篩的土壤2.5kg，每個處理施入相同量的適宜的氮肥(尿素，CO(NH2)2)，0.15g/kg土；鉀肥(K2S04)0.1g/kg土。重復(fù)三次。培養(yǎng)一周后種植玉米，玉米種子經(jīng)催芽處理，生長37天后土壤樣品與植株樣品進(jìn)行測定。二、試驗結(jié)果分析參照試驗數(shù)據(jù)表以及相應(yīng)的分析圖，對試驗結(jié)果分析如下1、表觀癥狀觀察種植一個月后，CK、秸稈、磷酸處理玉米表現(xiàn)明顯的缺磷癥狀，具體表現(xiàn)為莖稈為暗紅色；秸稈+磷酸的簡單混合處理、磷酸二氫鈣和焦磷酸鈉處理也有輕微程度的缺磷癥狀；而秸稈磷肥處理生長正常。2、本發(fā)明顯著提高植株生長量如圖1、圖2所示，圖1和圖2中橫坐標(biāo)為處理樣，縱坐標(biāo)為干物重(g)，從植物干物質(zhì)生長量可見，與其他處理相比較，秸稈磷肥處理的植株的莖烘干重和根系干重都顯著高提高，達(dá)到極顯著水平(p<0.05)。結(jié)果說明在生物量上秸稈磷肥處理好于磷酸二氫轉(zhuǎn)、焦磷酸鈉。3、本發(fā)明磷利用率顯著提高如圖3、圖4所示，圖3和圖4中橫坐標(biāo)為處理樣，縱坐標(biāo)為磷含量(mg/kg)，與對照相比較玉米莖根的吸磷量只有秸稈磷肥處理上達(dá)到了極顯著水平(p<0.01)。如圖5、圖6所示，圖5和圖6中橫坐標(biāo)為處理樣，縱坐標(biāo)為利用率(%)，兩個水平下，與磷酸二氫鈣相比較秸稈磷肥的利用率都達(dá)到極顯著水平(p<0.01)，分別是6.33%和4.08%。4、本發(fā)明增加土壤中速效磷的含量如圖7、圖8所示，圖7和圖8中橫坐標(biāo)為處理樣，縱坐標(biāo)為速效磷含量，(mg/kg)土壤速效磷含量在低磷水平下相對增加了67.15%;高磷水平下相對增加了112.36%。5、盆栽有機磷形態(tài)如表l、表2所示，與試驗前土壤相比較，秸稈磷肥處理明顯增加了土壤中活性有機磷與中活性有機磷的含量，達(dá)極顯著水平(p<0.05)。表l低磷水平下各有機磷組分(％)處理活性比例％中活性比例％中穩(wěn)性比例％高穩(wěn)性比例％總有機磷量ck3.193.5665.7873.4611.0512.349.5310.6489.55秸稈1-13.163.3868.1372.8411.6112.4210.6311.3693.53鈣1-13.903.0999.0678.5812.099.5911.028.74126.07磷1-14.573.46102.8877.8312.299.3012.449.41132.17焦1-14.883.32117.0079.6811.337.7213.639.28146.84(秸稈+磷)1-14.693.47105.3477.8812.699.3812.559.28135.27秸稈磷肥4.983.19125.0379.9713.238.4613.118.38156.35表2高磷水平下各有機磷組分(%)處理活性比例％中活性比例％中穩(wěn)性比例％高穩(wěn)性比例％總有機磷量ck3.193.5665.7873.4611.0512.349.5310.6489.55秸稈2-13.173.3568.8472.7611.7612.4310.8411.4694.62鈣2-l4.393.39101.1678.2112.159.3911.669.01129.35磷2-l4.823.59103.6377.2813.099.7712.559.36134.08焦2-l5.613.77115.8177.7114.139.4813.489.05149.03(秸稈+磷)2-14.863.62103.2576.7913.5010.0412.849.55134.46秸稈磷肥-2-16.243.77132.0979.7514.618.8212.687.66165.63三、試驗結(jié)論1、從表觀癥狀觀察可以看出，秸稈磷肥在生育前期沒有表現(xiàn)出缺磷癥狀，而其它處理缺磷癥狀明顯。2、從生物量上看，較其它處理秸稈磷肥也達(dá)到了顯著水平。3、從植株吸磷量和磷素利用率上也能得出秸稈磷肥好于其它處理。4、試驗結(jié)果表明，秸稈磷肥處理能顯著提高土壤中的活性有機磷與中活性有機磷，所以秸稈磷肥更利于植物從土壤中吸收有效態(tài)磷。5、盆栽試驗結(jié)果，與無機磷肥磷酸二氫鈣對比，本發(fā)明施用后，土壤速效磷含量在低磷水平下相對增加了67.15%;高磷水平下相對增加了112.36%;作物吸磷量在低磷水平下與磷酸二氫鈣相比，提高了107.73%;高磷水平下提高了105.93%;兩個磷水平下磷當(dāng)季利用率均提高了3倍。四、磷肥擴散試驗1、試驗設(shè)計供試土壤選用河北寧晉縣四芝蘭鎮(zhèn)韓家莊沙土，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院昌平基地褐土和湖南祁陽縣官山坪紅壤為供試土壤，均取0-20cm表土。土樣去除雜物后風(fēng)干磨碎并過lmm篩備用。試驗選用的磷肥為無機磷肥和秸稈磷肥兩種。無機磷肥為過磷酸鈣、磷酸二氫鈣和焦磷酸鈉；秸稈磷肥。沙土、褐土和紅壤試驗處理相同，均為CK、過磷酸鈣、磷酸二氫鈣、焦磷酸鈉和秸稈磷肥。磷肥施用量2g按全磷量(P)算，每個處理重復(fù)三次。磷肥擴散試驗裝置見圖9、圖IO，為長a為10cm，寬b為6cm，高c為10cm的PVC材質(zhì)長方形容器，上下中空，平放后見圖10右側(cè)一面可以滑動，兩側(cè)刻有以2mm為單位的刻度尺。試驗前，先裝上便于拆卸的底部，即可用于試驗。2、試驗結(jié)果分析與結(jié)論(1)圖11、圖12和圖13中橫坐標(biāo)為距離(mm)，縱坐標(biāo)為磷擴散量(mg/kg)，對圖ll、圖12、圖13的研究表明，隨著培養(yǎng)時間延長，三種土壤中磷擴散量呈下降趨勢。在沙土中，56mm以下秸稈磷肥的速效磷含量為130458mg/kg，是過磷酸鈣的26-90倍；褐土36mm處秸稈磷肥的10Olsen-P含量均為800mg/kg左右，是過磷酸鈣的160倍；紅壤46腿處秸稈磷肥的Olsen-P含量均206340mg/kg左右，是過磷酸鈣的4068倍。(2)從表3可以看出隨著土層的增加磷擴散量呈下降趨勢。沙土中秸稈磷肥在40mm處的擴散量是過磷酸鈣、磷酸二氫鈣和焦磷酸鈉的3.5~4.9倍；褐土中秸稈磷肥在40mm處的擴散量是過磷酸鈣、磷酸二氫鈣和焦磷酸鈉的1.347倍；紅壤中秸稈磷肥在40mm處的擴散量是過磷酸鈣、<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>3、試驗結(jié)論(1)從擴散曲線一圖中說明秸稈磷肥擴散的量大且擴散距離遠(yuǎn)。(2)不同土層磷的擴散量說明秸稈磷肥在擴散性方面效果好于無機磷肥。(3)表觀系數(shù)中秸稈磷肥的擴散系數(shù)高于無機磷肥，說明秸稈磷肥的移動性強，不易被土固定。權(quán)利要求1、一種秸稈磷肥，其特征在于，所述磷肥的PH值為6.0-7.0，其有效成份包括植物秸稈先后與堿性溶液和磷酸經(jīng)過加熱反應(yīng)后生成的黑色粘稠狀液體，所述的堿性溶液為氫氧化鉀溶液或氫氧化鈉溶液。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種秸稈磷肥，其特征在于，所述植物秸稈為大田作物秸稈。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種秸稈磷肥，其特征在于，所述大田作物秸稈為選自玉米秸稈、小麥秸稈、水稻秸稈、棉花秸稈或豆類作物秸稈中的一種或幾種。4、根據(jù)權(quán)利要求l、2或3所述的一種秸稈磷肥的制備方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，將35-45%的氫氧化鉀溶液或氫氧化鈉溶液與粉碎的植物秸稈以體積與重量比為0.2-0.6:l毫升/克的比例充分混合，常壓下在90-110。C的溫度下反應(yīng)5-15分鐘，生成植物秸稈軟化物；第二步，向所述植物秸稈軟化物中加入工業(yè)磷酸，工業(yè)磷酸與植物秸稈軟化物的體積與重量比為3-4:1毫升/克，充分混合后，常壓下以70-90°C的溫度反應(yīng)20-40分鐘，生成黑色粘稠狀液體；第三步，將所述黑色粘稠狀液體用堿性溶液調(diào)節(jié)其pH值至6.0-7.0，所述堿性溶液為氫氧化鉀溶液或氫氧化鈉溶液。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種秸稈磷肥的制備方法，其特征在于，所述氫氧化鉀溶液或氫氧化鈉溶液的濃度為35-45%。6、根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種秸稈磷肥的制備方法，其特征在于，所述金屬氫氧化物與秸稈的體積與重量比為0.4:1毫升/克。7、根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種秸稈磷肥的制備方法，其特征在于，所述磷酸與秸稈軟化物的體積與重量比為3.4:1毫升/克。全文摘要本發(fā)明涉及肥料領(lǐng)域，特別涉及一種新型磷肥及其制備方法。具體的先用40％的堿性溶液與植物秸稈以體積與重量比0.4∶1毫升/克的比例在常壓下以90-110℃的溫度反應(yīng)10分鐘，得到植物秸稈軟化物，再加入工業(yè)磷酸，其體積與重量比3.4∶1毫升/克，將其充分混合后，在常壓下，以70-80℃的溫度反應(yīng)30分鐘，反應(yīng)后生成黑色粘稠液體，然后再用堿性溶液將所得的黑色生成物的pH值調(diào)節(jié)至6.0-7.0。這種磷肥生產(chǎn)成本低廉，施入土壤后能有效減少磷的固定，增加土壤中有效磷含量，提高磷肥利用率，減少磷肥的施用量，節(jié)約有限的磷資源，同時還能保證環(huán)境、食品安全。文檔編號C05B17/00GK101519318SQ20091008131公開日2009年9月2日申請日期2009年4月2日優(yōu)先權(quán)日2009年4月2日發(fā)明者文方芳,李菊梅,馬義兵申請人:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所