[發明專利]生物炭基聚天冬氨酸緩釋尿素、其制備方法及應用

有效

• 申請號: 201410026050.7
• 申請日: 2014-01-20
• 公開（公告）號: CN103804075A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 劉宏斌;楊晉輝;王洪媛;陳艷雪;翟麗梅;劉申;陳秉翼
• 申請（專利權）人: 中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所
• 主分類號: C05G3/00
• 分類號: C05G3/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王文君

技術領域

本發明涉及肥料制備領域，具體地說，涉及一種生物炭基聚天冬氨酸緩釋尿素、其制備方法及應用。

背景技術

肥料是農作物的糧食，是農業生產中必不可少的基本生產資料。然而，我國化肥的利用率僅30-40%，其余部分被土壤固定或淋溶造成資源浪費，同時產生水體污染或土地面源污染等環境問題。而且，隨著經濟發展，偏施化肥不但無法滿足優質農產品生產的需要，反而會加劇土壤酸化、土壤板結。但是化肥對于農作物生長不可或缺，因此施用緩釋化肥成為解決此問題的有效途徑。緩釋肥料能有效控制養分釋放速度，延長肥效期，滿足作物整個生育期對養分的需求，能最大限度地提高肥料利用率，提高施肥的經濟效益、社會效益和環境效益，因而成為世界肥料研究的熱點。

生物炭具有獨特的理化性質，如較大的比表面積，較高的碳含量，具有化學惰性和生物穩定性。將農業廢棄物轉化為生物炭，變廢為寶，即解決了農作物秸稈等廢棄物的回收利用問題，又解決了焚燒給環境帶來的負面影響，明顯降低了大氣中二氧化碳的排放量，并且能夠持久地保持碳穩定性，起到增匯減排的作用。將生物炭添加到土壤中不但可以改善土壤理化性質，延緩肥料中養分釋放速度，增長持肥時效，促進作物生長，同時還可對土壤中有機和無機污染物的遷移轉化造成影響，增進土壤對養分離子的吸附和保持，減少了因施肥對水體的富營養化影響和土地面源污染，有利于農業的可持續發展。

對于生物炭的研究目前已有較多報道，值得肯定的是，生物炭具有長效機制，一次施入，可多年發揮積極作用。而根據生物炭相關研究報道來看，主要分為兩大類，一類認為生物炭對植物生長和肥料利用起積極作用，而另一類認為生物炭對植物生長和肥料利用起反作用。報道認為這兩種情況與土壤情況以及農作物種類和天氣等因素均有關系，而除了不可預測的天氣因素之外，其中影響最大的是土壤情況。一般來說，對于貧瘠的土壤，植物對土壤中肥料的利用率極低，加入生物炭后，生物炭可以有效地富集土壤中的各種有效元素，然后再供給植物，提高了土壤中有限肥料的利用率，與不施生物炭相比，有利于植物生長；而對于肥沃的土壤來說，生物炭在第一次施入時，生物炭與植物對土壤中的肥料存在一種競爭關系，生物炭對肥料的強吸附作用相對減少了植物對肥料的利用量，生物炭反而起到了反作用，與不施生物炭相比，反而不利于植物生長。而對于目前已開發的土地而言，由于每年大量化肥的施入，特別貧瘠的土壤相對較少，因此為了防止肥料流失和提高肥料利用率，有必要在向土壤中首次加入生物炭時，進行必要的改性。

聚天冬氨酸/鹽是一種肥料高效增效劑和新型植物營養吸收促進劑和調節劑。對植物所需營養成分具有極強的螯合功能，能有效富集土壤中氮、磷、鉀及微量元素供植物吸收利用，能夠促進植物對營養元素的吸收，促進根系生長，健壯植株，增強抗逆性，改善品質，可作為良好的植物養分促進劑、助長劑、浸種劑、葉面肥、水分保持劑，且具有不含激素、無毒、無殘留等特點。聚天冬氨酸/鹽本身就是一種生物可降解材料，其分子結構中含有氨基，在土壤中被微生物分解后亦可以給植物提供養分。

尿素直接施入土壤中利用率較低，將尿素進行化學改性使其緩慢分解，可更長時間給植物提供營養，提高肥料利用率，減少面源污染，從而提高施肥的經濟效益、社會效益和環境效益。

發明內容

本發明的目的將生物炭、改性尿素和聚天冬氨酸及其衍生物進行復合，使各組分發揮最大作用，提高肥料利用率，使農作物增產增收，從而開發出一種新型的生物炭基聚天冬氨酸緩釋尿素。

本發明的另一目的提供上述緩釋尿素的制備方法及應用。

為了實現本發明目的，本發明首先提供一種制備生物炭基聚天冬氨酸緩釋尿素的方法，包括以下步驟：

1）以農業廢棄物作為生物質原料在400-600℃炭化形成多孔的生物炭顆粒；

2）將尿素與甲醛進行反應制備改性尿素溶液；

3）將聚天冬氨酸及其衍生物加入到上述改性尿素溶液中，攪拌均勻；

4）將生物炭顆粒浸泡于步驟3）所得混合液中3-10小時后，將泡好的生物炭顆粒烘干；

5）使淀粉與次氯酸鈉溶液發生氧化反應，將得到的氧化淀粉溶液作為粘結劑；

6）將步驟4）所得烘干的生物炭顆粒加入到上述粘結劑中，造粒后烘干，即得生物炭基聚天冬氨酸緩釋尿素。

所述農業廢棄物包括但不限于樹枝、稻草、秸稈、果實外殼、牲畜糞便等。

步驟2）中尿素與甲醛摩爾比為1:1-2。所述改性尿素溶液中總氮含量≥23.33%，水分≤0.5%。反應在弱堿性條件下進行，反應溫度為40-45℃，反應時間3-4小時。