一种稻田废弃物多元化利用制备稻虾共作专用功能肥的方法与流程

1.本发明涉及一种稻田废弃物多元化利用制备稻虾共作专用功能肥的方法，为一种通过稻田废弃物多方向资源化处置，专性优化稻虾共作过程土壤供肥功能，实现稻虾生态种养过程物质养分高效循环的相关技术，属于有机废弃物资源化利用与稻虾种养模式供肥技术交叉领域。


背景技术：

[0002]“稻虾(克氏原螯虾(以下简称“小龙虾”))”生态种养模式实现了“一水两用、一田双收、稳粮增效、一举多赢”的目标，有效提高了农田资源利用率和产出效益，已成为我国长江中下游稻作区重要的生态农业模式。“稻虾”共作过程是“稻虾”种养模式重要组成部分，其在水稻插秧前投放规格虾苗(3
‑
5g/尾)，水稻生育期间陆续收获成虾。该模式可大幅缓解市场销售旺季“求大于供”局面，有效提升模式综合效益。随着稻虾模式不断发展，生产实践中存在“养分特征性缺失”和“资源闲置性浪费”两种问题。
[0003]
一、稻虾种养模式及其特殊水分管理模式所致“养分特征性缺失”问题；
[0004]
为提升小龙虾养殖效果，稻虾共作过程中，畦面常采取淹育方式进行水分管理(长期保持20cm水位)，直接影响稻田土壤的理化性质，其主要表现为：
[0005]
(1)土壤潜育化风险加深，不利于根系生长，影响养分吸收效率；
[0006]
(2)诸如硝氮等易流失土壤养分风险增加，影响养分有效供给过程；
[0007]
(3)避逆特性致使淹水管理方式下的水稻株高增加，硅、钾等功能元素有效性随着共作周期延长而下降，倒伏风险增加，无助于水稻稳产目标实现。
[0008]
目前，“稻虾”专用肥料产品种类繁多，以有机无机肥料配施模式为主，此种方式主要考虑小龙虾生产安全性和稻米品质。但在生产实际中，存在如下问题：
[0009]
(1)稻虾肥有机组分大都采用重金属风险较小的食品下脚料等来源制备，其分布具备一定地域性，导致购置成本较高；
[0010]
(2)由于发展时间较短，该模式对稻田土壤养分供应能力影响研究刚起步，功能性养分供应不足等问题尚未得到重视；
[0011]
(3)考虑小龙虾养殖过程，稻虾共作过程中穗肥施用大多省略，不利于水稻产量稳定性。
[0012]
总之，目前市场销售的稻虾专用肥产品种类较多，但针对性较强的相关产品市场鲜见。
[0013]
二、稻虾种养模式作物废弃物资源低效利用所致“资源闲置性浪费”；
[0014]
稻虾种养模式运行过程中，稻秸秆作为产量最高的有机废弃物，如何实现其资源化有效利用，事关模式可持续发展目标。秸秆还田有助于培肥土壤，保障水稻稳产目标实现，但在该模式中，秸秆全量还田常常导致稻后水体环境恶化，影响翌年稻前虾苗、稻前成虾养殖效果。
[0015]
通过秸秆为主稻田废弃物“适度还田肥料利用”与“适量收获碳化利用”相结合：
[0016]
(1)有助于通过有效肥水，控制水体过瘦所致青苔高发问题，保证小龙虾养殖效果；
[0017]
(2)将秸秆与稻壳等稻田废弃物通过粉碎破壁 好氧堆肥过程，促进有机组分矿化和腐解程度，提升稻季土壤养分供给和保肥能力；
[0018]
(3)稻田废弃物为主有机组分的农用重金属风险较低，廉价易得，有助于控制专用肥生产成本；
[0019]
(4)将稻田废弃物(秸秆、稻壳)碳化形成生物碳资源，既解决功能性微量元素缺失问题，实现速效养分缓释过程，提升养分利用效率，且其相较于市售树脂包膜缓释剂更为绿色环保。
[0020]
综合有助于解决“一”中所涉及“养分特征性缺失”问题，控制专用肥生产成本同时，提升专用肥针对性和多样化，一举多得。


技术实现要素：

[0021]
本发明的目的就是针对上述现有问题，提供一种稻田废弃物多元化利用制备稻虾共作专用功能肥的方法。
[0022]
本发明的目的是这样实现的：一种稻田废弃物多元化利用制备稻虾共作专用功能肥的方法，其特征是，具体实施步骤为：
[0023]
(1)、生物炭材料制备；
[0024]
准备稻秸秆和稻壳，稻秸秆和稻壳重量比例为3
‑
4:1，将稻秸秆和稻壳烘干粉碎至粒径1
‑
3cm；再在粒径为1
‑
3cm的稻秸秆和稻壳混合物中添加氢氧化钠，氢氧化钠的添加量为稻秸秆和稻壳混合物总重量的5
‑
10％，混匀后缓速升温至500℃
‑
700℃区间，限氧热解2h后，粉碎过筛得到粒径为1cm的生物炭；
[0025]
(2)、缓释载氮生物炭颗粒制备；
[0026]2‑
1)、采用0.1mol/l硫酸溶液调节去离子水ph至5
‑
6，将生物炭在去离子水中浸渍1
‑
3h，然后将生物炭从去离子水取出，105℃烘干；
[0027]
在ph为5
‑
6的去离子水中添加硫酸铵，配置含有10％硫酸铵的水溶液，接着将烘干后的生物炭置于水溶液中浸渍2
‑
4h，然后将生物炭从水溶液中取出，低温烘干，得到载氮生物炭；
[0028]2‑
2)、对经步骤2
‑
1)得到的载氮生物炭进行圆盘造粒，造粒过程喷施固定浓度缓释剂封孔，以增强氮肥缓释效果和干化机械硬度，最终形成缓释载氮生物炭颗粒备用；
[0029]
(3)、秸秆为主腐熟颗粒有机肥料制备；
[0030]3‑
1)、将收获后的水稻秸秆，预先粉碎至1
‑
3cm长度，然后将预先粉碎后的水稻秸秆膨化破壁处理，再将膨化破壁处理后的水稻秸秆与菌渣、稻壳按照体积比4:1:1
‑
3:1:1混匀，然后将混匀后的水稻秸秆、菌渣、稻壳混合物调节水分至55
‑
65％，碳氮比至20
‑
30:1，进行40
‑
60天好氧发酵过程，其中堆温持续≥55℃时间高于10天，最终粉碎过筛形成腐熟堆肥；
[0031]3‑
2)、将腐熟堆肥与猪场沼液按照重量比4
‑
5:1采用圆盘机喷施混拌，并经过隧道式烘干窑低温造粒处理，形成颗粒有机肥料备用；
[0032]
(4)、稻虾共作专用功能肥复配；
[0033]
将缓释载氮生物炭颗粒、颗粒有机肥料、颗粒尿素按照氮素养分重量供应量2
‑
3：3
‑
4：2
‑
3设置，颗粒过磷酸钙、颗粒氯化钾复配用量则按照专用肥中n：p2o5：k2o固定重量比例进行，缓释载氮生物炭颗粒、颗粒有机肥料、颗粒尿素、颗粒过磷酸钙、颗粒氯化钾混拌均匀后，最终形成稻虾共作专用功能肥。
[0034]
步骤2
‑
1)、3
‑
2)中，低温烘干温度范围均为55
‑
65℃。
[0035]
步骤(3)中，缓释剂包括聚天冬氨酸、植物蛋白中的一种或两种，聚天冬氨酸用量为生物炭载氮量的1
‑3‰
，植物蛋白种类包括玉米蛋白、大豆蛋白中的一种或多种，植物蛋白用量为生物炭质量的1
‑4‰
。
[0036]
步骤3
‑
2)中，猪场沼液为过滤处理猪场沼液，猪场沼液过滤采用增压过滤，且其过滤孔径为0.2
‑
0.5mm，以控制圆盘造粒喷施处理堵塞风险。
[0037]
步骤(4)中，过磷酸钙中p2o5有效含量为12％
‑
14％，氯化钾中k2o有效含量50％
‑
60％；
[0038]
过磷酸钙和氯化钾用量依据稻种类型不同，分别设置不同亩用量，粳稻采用n：p2o5：k2o＝18
‑
20kg：4
‑
6kg：6
‑
8kg；籼稻采用n：p2o5：k2o＝12
‑
14kg：4
‑
6kg：6
‑
8kg进行添加复配。
[0039]
综上，通过本发明，本发明属于有机废弃物资源化利用与稻虾种养模式供肥技术交叉领域，具体涉及一种通过稻田废弃物多方向资源化处置，专性优化稻虾共作过程土壤供肥功能，实现稻虾生态种养过程物质养分高效循环的相关技术。本发明中稻虾共作专用功能肥，主要通过稻田废弃物高效肥料化利用，满足由于稻虾田特殊生产过程及水分管理模式所致特征性养分缺乏问题，并缓解稻田废弃物无序资源化利用所致稻虾共作生产安全问题，控制生产成本。其主要通过稻秸秆等安全性就较高废弃物快速高效腐解，提升保肥和供肥能力；通过稻秸秆、稻壳等废弃物燃烧剩余物
‑
碳渣的多孔吸附特性，高分子氨基酸、植物蛋白等助剂的螯合特性等综合实现部分氮肥缓释，以满足稻虾共作过程水稻穗肥需求，有助于稻虾提质稳产目标的实现。
附图说明
[0040]
图1为试验小区图。
[0041]
图2为试验小区俯视方向示意图。
[0042]
图3为试验小区剖面图。
[0043]
具体实施方法
[0044]
下面结合具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
[0045]
实施例1
[0046]
采用秸秆及稻壳压制而成的生物质燃料，燃烧供热后的碳渣替代生物炭，以控制制肥成本，但需保证其中有效硅含量(sio2)≥5％，全硅含量(sio2)≥25％，其中全硅、有效硅测定方法参考《土壤化学分析方法》(鲁如坤)中的偏硼酸锂熔融
‑
icp法和乙酸缓冲液提取
‑
钼蓝比色法。
[0047]
实施例2
[0048]
将稻秸秆和稻壳按照4:1，烘干粉碎至粒径2cm后，分别按照下述三种方式进行处
理：
[0049]
1)按照前述生物质重量的1％、5％、10％，分别添加氢氧化钠；
[0050]
2)将前述生物质采用10％、20％、40％双氧水浸泡2h，滤除溶液并不清洗将；
[0051]
3)前述生物质采用5％、10％、20％硫酸浸泡2h，滤除溶液并不清洗。
[0052]
将前述三种处理于500℃
‑
700℃温度区间限氧热解2h，粉碎过筛得到粒径为1cm的生物炭材料，并测定生物炭中有效硅和速效钾含量。结果表明(表1)，采用10％氢氧化钠混合热解方式，更有利于秸秆蜡质包膜和纤维聚集结构，稻壳层状结构破解软化，有利于其中富硅钾结构均匀受热，提升生物炭材料硅、钾有效性，增强其替代抗倒伏化学肥料施用潜力。
[0053]
表1不同前处理对生物炭硅钾有效性影响
[0054][0055]
实施例3
[0056]
水稻秸秆(含水率15.2％)粉碎至2cm长度，后管式炉500℃、氮气氛围热解2h。取热解结束生物炭，粉碎过筛(80目)，0.1mol/l硫酸溶液浸渍2h，去离子水清洗至ph稳定。10％硫酸铵溶液浸渍0.5h、1h、2h、4h(固定烘干温度为60℃)，50℃、60℃、70℃、80℃分别烘干1h(固定浸渍时间为4h)，测定不同浸渍时间和烘干温度下，生物炭最终氮素搭载含量。结果表明(表2)，浸渍时间、烘干温度分别设定为1h、50℃，生物炭中搭载铵氮含量最高，但考虑烘干效率，1h和60℃为载氮生物炭更为适宜的烘干条件。
[0057]
表2不同烘干条件下生物炭搭载铵氮浓度
[0058][0059]
实施例4
[0060]
将收获后的水稻秸秆，预先粉碎至2cm长度，设置膨化破壁处理(a)与未膨化破壁处理(ck)，并与菌渣按照体积比4:1
‑
3:1混匀后，调节水分至55
‑
65％，进行高温好氧堆肥。依据堆肥结束时堆体全氮、全磷、全钾、铵氮、硝氮、速效磷、速效钾，测算得到不同速效养分矿化比例。结果表明(表3)，预先膨化处理，更有助于通过秸秆复合包裹结构打开，提升内外部结构腐解均匀度，促进养分矿化效率，提升秸秆养分供应能力。
[0061]
表3秸秆为主腐熟堆体养分含量
[0062][0063]
实施例5
[0064]
按照图2、3土方结构，构筑如图1田间，模拟开展“稻虾共作”模式(以下简称稻虾模式)生产过程。如表4所示，按照适宜稻虾模式水稻品种
‑
丰优香占需肥量，在等量氮磷钾供应条件下，通过以单施树脂包衣尿素 常规尿素为对照(ck)，比较载氮生物炭 腐熟秸秆堆肥 常规尿素(a)与硅肥 树脂包衣尿素 常规尿素(b)两种配方使用对水稻抗倒伏性状、产量构成，及小龙虾产量性状的影响。ck、a和b处理肥料全量基施，ck和b处理硅肥用量按照a处理中生物炭有效硅含量确定。
[0065]
表4试验设计
[0066][0067]
稻虾模式中，水稻抗倒伏性状测定结果表明，相较于市售缓释氮肥而言(ck)，增硅有效提升水稻茎秆抗倒伏相关指标，部分达到显著水平，而采用生物炭有效硅替代硅肥 生物炭多孔吸附功能、有机部分替代实现氮肥缓释方式，抗倒伏指标进一步得到提升，尤其在倒伏指数中，第2、3、4节均显著低于其他两个处理。
[0068]
表5水稻茎秆抗倒伏指标
[0069][0070]
水稻产量角度而言，生物炭替代硅肥，且通过多孔吸附、有机部分替代实现氮肥缓释处理(a)，其稻米实际和理论均高于其他处理(ck、b)；产量构成中，穴穗数和每穗粒数指标的优势，是导致处理a产量偏高的原因。
[0071]
表6水稻产量构成
[0072][0073]
小龙虾产量分析结果表明，生物炭替代硅肥，且通过多孔吸附、有机部分替代实现氮肥缓释处理(a)实现提升小龙虾产量提升，且从规格分布角度而言，处理a氮素运筹配方更有利于通过化肥减施或缓释，降低稻田环境对小龙虾产生的不良应激反应，培育小龙虾适宜环境和丰富饵料供应源，提升模式中大规格(6钱
‑
1两)小龙虾产出效果，有助于应对当前小龙虾养殖“丰产不丰收”的生产问题，提升模式抗风险能力。
[0074]
表7小龙虾产量及其规格分布
[0075]