一种缓释有机肥料及其制备方法
技术领域
本发明涉及有机肥料的技术领域，尤其涉及一种缓释有机肥料及其制备方法。
背景技术
凡以有机物质(含有碳元素的化合物)作为肥料的均称为有机肥料。有机肥料的原料来源广泛，包括工业废弃物、农业废弃物、牲畜粪便、生活垃圾、城市污泥等，按制作方法不同，又可以分为堆肥、沤肥、沼气肥、废弃物肥料、天然矿物质肥等。
有机肥料富含有机物质和作物生长所需的营养物质，充分合理利用有机肥料能增加作物产量、培肥地力、改善农产品品质、提高土壤养分的有效性。但是目前市场上已有的各种有机肥料，生产和使用时，有机肥料中的营养成分能有效起到增肥作用，但是由于采用传统的制备工艺，制备得到的有机肥料均一性较差，容易出现局部团聚现象，有机肥料对土壤和作物的作用功效不一，最终导致栽培的作物品质相差甚远，无法给农户带来最大的经济价值。
因此，亟需一种缓释有机肥料，可长期有效的作用于土壤，改良土壤土质，改善作物品质，实现作物经济价值的最大化。
发明内容
鉴于以上现有技术的不足之处，本发明要解决的技术问题就是针对缓释有机肥料其颗粒易于团聚失效、功效发挥不佳等问题，提供一种缓释有机肥料及其制备方法，使有机肥料颗粒粒径和生物活性剂分布均匀，两者在土壤中的协同缓释作用明显，功效发挥一致，可长久持续地改良土壤土质，并改善作物品质，实现作物经济价值的最大化。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
一种缓释有机肥料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
S1：将海藻酸钠、有机膨润土、PEG600、柠檬酸钠和去离子水，在40～60℃温度条件下搅拌混合均匀，得到混合溶液；
S2：将该混合溶液和有机肥料置于高压釜中，通入二氧化碳，并加压升温至超临界状态，所述混合溶液在超临界二氧化碳的作用下，搅拌混合均匀，形成有机肥料乳液；
S3：降低高压釜的出口操作压力，将步骤S2得到的有机肥料乳液随超临界二氧化碳一同从出口喷嘴喷射析出，得到微胶囊包覆的有机肥料颗粒；
S4：将有机肥料颗粒置于冰浴中，加入相当于所述有机肥料颗粒总质量1～12wt％的生物活性剂溶液，超声辅助机械搅拌进行混合，冷冻干燥后取出，得到缓释有机肥料中间体；
S5：按重量份数计，称取10～20份纤维素、0.5～3.5份PEG6000、15～30份乙醇和100份去离子水，混合均匀配制成包衣液，将所述包衣液通过高压喷枪均匀喷洒在缓释有机肥料中间体颗粒表面，干燥得到所述缓释有机肥料。
本发明通过有机膨润土的负载，使有效的生物活性剂成分负载于微胶囊包覆的有机肥料颗粒表面和内部，既节省了生物活性剂的用量又改善了生物活性剂的分布形态，增大其与土壤的接触机会，有利于增强有机肥料和生物活性剂的协同效力及持续释放作用。
本发明通过使用先进的超临界技术实现海藻酸钠和有机膨润土对有机肥料的内层包覆，进一步实现了颗粒的均匀包覆，减轻了常规手段中容易出现的团聚倾向，从而改善了微胶囊的均匀性，使有机肥料具有更突出的缓释性能，同时也具有现有的超临界包覆方法的普遍优点。
本发明通过在冰浴中将微胶囊包覆的有机肥料与生物活性剂混合，通过超声辅助机械搅拌的方式，使生物活性剂均匀地负载在微胶囊包覆的有机肥料颗粒表面，再进一步地，通过配制的包衣液实现有机肥料的外层包覆；通过内外两层包覆层的协同缓释作用，使有机肥料和生物活性剂的缓释持续长效地作用于土壤中，不仅能提供作物生长所需养分，改良土壤，还可以改善作物品质，提高作物产量，促进作物高产稳产，保持土壤肥力，同时可提高肥料利用率，降低生产成本。
进一步的，在所述步骤S1中，所述海藻酸钠、有机膨润土、PEG600、柠檬酸钠和去离子水的质量比为30～50：10～15：3～8：1～7：50～100。
进一步的，在所述步骤S2中，所述有机肥料的原料由农业废弃物、牲畜粪便、河道淤泥组成，所述有机肥料经过好氧堆肥工艺发酵腐熟而成。
进一步的，在所述步骤S2中，所述超临界状态的温度为38～42℃、压力为8～10MPa。
进一步的，在所述步骤S2中，所述有机肥料加入量相当于所述混合溶液总质量的5～10％。
进一步的，在所述步骤S3中，所述有机肥料颗粒粒径为0.5～3mm。
进一步的，在所述步骤S4中，所述生物活性剂溶液由质量比为1～5：4～15：100的腐殖酸、生物活性酶和去离子水组成。所述生物活性酶为固氮酶、解磷酶、解钾酶、植物助长酶、重金属吸附酶、防病酶中的至少一种；进一步，所述生物活性酶是一种无生命的活性物质，其不受生产、时间、运输、存放、环境等制约，施入土壤后激活土壤中的有益微生物，确保生物有机肥的肥效。
进一步的，在所述步骤S4中，所述冰浴的温度为0～5℃，所述超声操作中超声波功率为100～200W，所述机械搅拌的搅拌速度为500～800rpm。
进一步的，在所述步骤S5中，所述包衣液喷洒在缓释有机肥料中间体颗粒表面，使其颗粒表面增重5～10％。
相应的、一种采用如上述缓释有机肥料的制备方法制备得到的缓释有机肥料。
本发明的有益效果：
本发明通过超临界流体技术制备内层海藻酸钠和有机膨润土包覆材料为主的有机肥料，不仅得到的有机肥料颗粒粒径分布窄，而且包覆的海藻酸钠和有机膨润土分布均匀，减轻了常规手段中容易出现的团聚倾向，从而改善了微胶囊的均匀性，使有机肥料具有更突出的缓释性能。
本发明内层利用海藻酸钠和有机膨润土协同作为包覆主体材料，外层利用纤维素作为包覆材料，通过内外双层缓释材料的结合，更大程度的保证有机肥料和生物活性剂的缓释作用，通过两者的协同作用，促进土壤土质的改良，并使土壤上生长的农作物品质得到提高。
本发明制备得到的有机肥料，方便运输存储，环境友好，土壤改良和作物品质改善功效明显。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
实施例1
一种缓释有机肥料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
S1：将质量比为40：12：5：4：70的海藻酸钠、有机膨润土、PEG600、柠檬酸钠和去离子水，在40℃温度条件下搅拌混合均匀，得到混合溶液；
S2：将该混合溶液和有机肥料置于高压釜中，所述有机肥料加入量相当于所述混合溶液总质量的8.6％，通入二氧化碳，并加压升温至超临界状态，所述超临界状态的温度为38℃、压力为8MPa，所述混合溶液在超临界二氧化碳的作用下，搅拌混合均匀，形成有机肥料乳液；
S3：降低高压釜的出口操作压力，将步骤S2得到的有机肥料乳液随超临界二氧化碳一同从出口喷嘴喷射析出，得到微胶囊包覆的有机肥料颗粒，所述有机肥料颗粒粒径为1.5mm；
S4：将有机肥料颗粒置于温度为2℃的冰浴中，加入相当于所述有机肥料颗粒总质量6wt％的生物活性剂溶液，超声辅助机械搅拌进行混合，设置超声波功率为100W，机械搅拌的搅拌速度为500rpm，冷冻干燥后取出，得到缓释有机肥料中间体；所述生物活性剂溶液由质量比为3：10：100的腐殖酸、生物活性酶和去离子水组成；所述生物活性酶由3重量份固氮酶、1.5重量份解磷酶、2重量份解钾酶、2重量份重金属吸附酶和1.5重量份防病酶组成；
S5：按重量份数计，称取15份纤维素、2份PEG6000、25份乙醇和100份去离子水，混合均匀配制成包衣液，将所述包衣液通过高压喷枪均匀喷洒在缓释有机肥料中间体颗粒表面，使其颗粒表面增重8％后，干燥得到所述缓释有机肥料。
在所述步骤S2中，所述有机肥料的原料由农业废弃物、牲畜粪便、河道淤泥组成，所述有机肥料经过好氧堆肥工艺发酵腐熟而成，按现有成熟的好氧堆肥工艺，将农业废弃物、牲畜粪便、河道淤泥按重量比为20：30：25，在温度60℃以上发酵7天，发酵过程中需翻倒三次，进行充分发酵腐熟后得到所述有机肥料。
实施例2
一种缓释有机肥料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
S1：将质量比为30：10：3：1：50的海藻酸钠、有机膨润土、PEG600、柠檬酸钠和去离子水，在50℃温度条件下搅拌混合均匀，得到混合溶液；
S2：将该混合溶液和有机肥料置于高压釜中，所述有机肥料加入量相当于所述混合溶液总质量的5％，通入二氧化碳，并加压升温至超临界状态，所述超临界状态的温度为40℃、压力为8MPa，所述混合溶液在超临界二氧化碳的作用下，搅拌混合均匀，形成有机肥料乳液；
S3：降低高压釜的出口操作压力，将步骤S2得到的有机肥料乳液随超临界二氧化碳一同从出口喷嘴喷射析出，得到微胶囊包覆的有机肥料颗粒，所述有机肥料颗粒粒径为1mm；
S4：将有机肥料颗粒置于温度为0～5℃的冰浴中，加入相当于所述有机肥料颗粒总质量3wt％的生物活性剂溶液，超声辅助机械搅拌进行混合，设置超声波功率为150W，机械搅拌的搅拌速度为600rpm，冷冻干燥后取出，得到缓释有机肥料中间体；所述生物活性剂溶液由质量比为2：6：100的腐殖酸、生物活性酶和去离子水组成；所述生物活性酶由2重量份固氮酶、1.5重量份解磷酶、2重量份解钾酶、2.5重量份重金属吸附酶和2重量份防病酶组成；
S5：按重量份数计，称取10份纤维素、0.5份PEG6000、15份乙醇和100份去离子水，混合均匀配制成包衣液，将所述包衣液通过高压喷枪均匀喷洒在缓释有机肥料中间体颗粒表面，使其颗粒表面增重5％后，干燥得到所述缓释有机肥料。
在所述步骤S2中，所述有机肥料的原料由农业废弃物、牲畜粪便、河道淤泥组成，所述有机肥料经过好氧堆肥工艺发酵腐熟而成，按现有成熟的好氧堆肥工艺，将农业废弃物、牲畜粪便、河道淤泥按重量比为25：40：35，在温度60℃以上发酵8天，发酵过程中需翻倒三次，进行充分发酵腐熟后得到所述有机肥料。
实施例3
一种缓释有机肥料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
S1：将质量比为50：15：8：7：100的海藻酸钠、有机膨润土、PEG600、柠檬酸钠和去离子水，在60℃温度条件下搅拌混合均匀，得到混合溶液；
S2：将该混合溶液和有机肥料置于高压釜中，所述有机肥料加入量相当于所述混合溶液总质量的10％，通入二氧化碳，并加压升温至超临界状态，所述超临界状态的温度为42℃、压力为8.5MPa，所述混合溶液在超临界二氧化碳的作用下，搅拌混合均匀，形成有机肥料乳液；
S3：降低高压釜的出口操作压力，将步骤S2得到的有机肥料乳液随超临界二氧化碳一同从出口喷嘴喷射析出，得到微胶囊包覆的有机肥料颗粒，所述有机肥料颗粒粒径为2mm；
S4：将有机肥料颗粒置于温度为0℃的冰浴中，加入相当于所述有机肥料颗粒总质量10wt％的生物活性剂溶液，超声辅助机械搅拌进行混合，设置超声波功率为180W，机械搅拌的搅拌速度为700rpm，冷冻干燥后取出，得到缓释有机肥料中间体；所述生物活性剂溶液由质量比为5：12：100的腐殖酸、生物活性酶和去离子水组成；所述生物活性酶由2.5重量份固氮酶、2.5重量份解磷酶、1.5重量份解钾酶、1.5重量份重金属吸附酶和2重量份防病酶组成；
S5：按重量份数计，称取20份纤维素、3.5份PEG6000、30份乙醇和100份去离子水，混合均匀配制成包衣液，将所述包衣液通过高压喷枪均匀喷洒在缓释有机肥料中间体颗粒表面，使其颗粒表面增重10％后，干燥得到所述缓释有机肥料。
在所述步骤S2中，所述有机肥料的原料由农业废弃物、牲畜粪便、河道淤泥组成，所述有机肥料经过好氧堆肥工艺发酵腐熟而成，按现有成熟的好氧堆肥工艺，将农业废弃物、牲畜粪便、河道淤泥按重量比为30：50：45，在温度60℃以上发酵10天，发酵过程中需翻倒三次，进行充分发酵腐熟后得到所述有机肥料。
实施例4
本实施例缓释有机肥料，其缓释有机肥料的原料组成、制备方法基本与实施例1相似，其主要不同之处在于，所述有机肥料加入量相当于所述混合溶液总质量的10％，所述有机肥料颗粒粒径为0.5mm；
所述生物活性剂溶液加入量相当于所述有机肥料颗粒总质量的1wt％；所述生物活性剂溶液由质量比为5：8：100的腐殖酸、生物活性酶和去离子水组成；所述生物活性酶由2.5重量份固氮酶、1.5重量份解磷酶、2重量份解钾酶、1.5重量份重金属吸附酶和2.5重量份防病酶组成；
按重量份数计，称取10份纤维素、0.5份PEG6000、15份乙醇和100份去离子水，混合均匀配制成包衣液。
实施例5
本实施例缓释有机肥料，其缓释有机肥料的原料组成、制备方法基本与实施例1相似，其主要不同之处在于，所述有机肥料加入量相当于所述混合溶液总质量的5％，所述有机肥料颗粒粒径为3mm；
所述生物活性剂溶液加入量相当于所述有机肥料颗粒总质量的12wt％；所述生物活性剂溶液由质量比为1：4：100的腐殖酸、生物活性酶和去离子水组成；所述生物活性酶由2重量份固氮酶、2重量份解磷酶、2重量份解钾酶、2重量份重金属吸附酶和2重量份防病酶组成；
按重量份数计，称取17份纤维素、2.5份PEG6000、18份乙醇和100份去离子水，混合均匀配制成包衣液。
将实施例1至5的有机肥料施肥于大棚种植黄瓜的土壤中，其施用效果如表1所示，其中将施用常规化肥的土壤上种植的作物作为对比例：
表1
在相同条件的黄瓜种植大棚和土壤环境下，将实施例1至5的有机肥料和作为对比例的常规化肥，按相同重量各称取20份，分别施用后，在相同的成熟期，采摘黄瓜并称重，计算每个实施例种植的20份黄瓜的重量偏差值，其结果如表2所示：
表2
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。
