專利名稱：利用天然有機物快速降解生產水溶性腐植酸肥料的方法
技術領域：
本發明涉及一種肥料的生產方法，尤其是涉及一種利用天然有機物人工快速降解生產水溶性腐植酸肥料的方法。
背景技術：
土壤腐殖酸來源于天然有機物。自然界中有大量的天然有機物，牲畜糞便、人糞尿、農田廢棄物、泥炭、褐煤、風化煤等都是腐殖酸原料。土壤腐殖酸是天然有機物被土壤微生物緩慢分解的產物。由于各種有機物的生物學穩定性不同，被天然微生物分解的難易差別很大，據前蘇聯科學家研究表明，纖維素可以在土壤中存在500年以上；木質素可達1500-2000年。作為有機肥施入的天然有機物，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、土壤環境惡化、環境污染、農產品品質下降等問題已引起人們的高度關注，有機肥全面性的優勢顯現出來，但有機肥料肥效緩、勞動強度大的缺點不能滿足現代農業要求又制約有機肥廣泛使用。要解決這一問題，需要速效的有機肥料，這種肥料就是腐殖酸。
除了牲畜糞便、人糞尿、農田廢棄物作為有機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的天然有機物，包括泥炭、褐煤、風化煤等。我國是天然腐殖酸類物質資源豐富的國家之一，探明儲量2000億噸以上。
多年來，人類在腐殖酸農用研究和應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化以提高腐殖酸含量，活化程度很小；(2.)氧化降解包括空氣氧化、硝酸氧化等，活化度因有機物來源而異，效果不穩定；(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物獲得水溶性腐殖酸，生化黃腐酸技術是我國的專利技術。但生化腐殖酸產率低、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物，如纖維素分解菌只能分解纖維素，對木質素及其他有機物分解能力很小；其次，微生物為生命體，要求合適的溫度、濕度和營養，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物轉化成二氧化碳和水，損失大量有機碳。
發明內容
本發明的目的在于提供一種天然有機物人工無損失、快速降解生產水溶性腐植酸肥料的方法，所生產的水溶性腐植酸肥料能提高作物產量、改善農產品品質、提高土壤肥力。
為實現上述目的，本發明采用的技術方案為 一種利用天然有機物快速降解生產水溶性腐植酸肥料的方法，其特征在于以下步驟天然有機物----分揀去雜---粉碎----反應釜降解活化---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、導向劑FeSO40.3-3％重量百分比。
將上述經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。
天然有機物包括作物秸稈、干基牲畜糞便或風化煤。
與現有技術相比，本發明具有的優點和效果如下 本發明分別在不同地域、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近100％；新疆農八師三團二連甜菜上試驗，每畝加40公斤腐殖酸比單施等量化肥增產34-46％；西北農林科技大學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11％，水地小麥增產20.3％玉米增產10.8％；近年同寧夏自治區馬鈴薯研究所的″馬鈴薯連作障礙與對應措施″合作有機項目中，每畝120公斤腐殖酸有機肥+配方肥+螯合復合微肥處理比配方肥處理增產48％，比習慣施肥增產116％。
具體實施例方式 本發明為一種利用天然有機物快速降解生產水溶性腐植酸肥料的方法，其從單一有機物入手，分別得到其降解的最佳降解條件，制成經過活化的腐植酸，物理條件包括溫度、壓力、光波等；化學條件包括水解劑、氧化劑、導向劑，將上述經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 將天然有機物----分揀去雜---粉碎----反應釜降解活化---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、導向劑FeSO4 2％重量百分比。
將上述經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。
天然有機物包括作物秸稈、干基牲畜糞便或風化煤。
天然有機物的降解過程實質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鍵″打開″的過程，降解產物越接近″糖″越好。在總結現有腐殖酸活化技術優缺點的基礎上，我們沿著″逆過程″的思路設計出一套物理化學活化方案，從單一有機物入手，分別得到其降解的最佳降解條件，然后研究天然有機物的降解條件。物理條件包括溫度、壓力、光波等；化學條件包括水解劑、氧化劑、導向劑等。這里水解劑、氧化劑相當于植物有機物代謝過程中的各種酶，導向劑使反應向降解方向進行；溫度、壓力相當于植物有機物代謝過程的環境條件，一定波長的光波可引發自由基鏈式反應(有機反應多為自由基反應)。
活性腐殖酸與風化煤元素測定結果 上表表明風化煤經活化(腐殖化)后，主要元素含量和結構組成都有變化，碳含量降低氧含量增加，水溶性大幅度提高；顯微結構從無序的非晶態轉變成膜膠態，活化過程使風化煤產生了深度實質性改變成為活性腐殖酸。
活性腐殖酸與植物營養 (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物 D尿素與腐殖酸反應物 實驗方法 土壤培養試驗 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，測定硝態氮和氨態氮含量。
實驗結果碳酸氫銨第7天時、尿素11天是全部轉化為硝態氮；碳酸氫銨與活性腐殖酸反應物和尿素與腐殖酸反應物第46天時只有36％的氨態氮轉化為硝態氮，說明腐殖酸可以大幅度延長氨態氮的硝化時間，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物和尿素與腐殖酸反應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菌和亞硝化細菌的攻擊，生物學性質穩定。
(2)腐殖酸與磷素肥料 腐殖酸與磷肥反應物和無機磷肥等有效磷田間施肥對照試驗表明，腐殖酸與磷肥反應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磷對照，說明腐殖酸既能減少磷肥固定，又能促進作物對磷肥吸收。
(3)腐殖酸與微量元素肥料 從事植物營養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微量元素補充，因為無機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)腐殖酸研究應該從基礎和整體兩個方面入手，基礎是土壤有機物的形成、其各物質之間的相互關系及各物質物理化學性質的相似點和不同點；整體是指有機反應是一個過程(有機物合成代謝和降解均如此)，伴隨著許多副反應和中間產物，這些中間產物在反應條件不變情況下，仍然向生成物方向發展，也就是說，中間產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評價度應該從整體考慮。例如，黃腐酸是一種復雜的混合復合體，其中含有水溶性糖類、醇類、醛類、酮類、脂類等有機物，每一類又有不同分子量和化學構象之分；更重要的是這些物質主要是不飽和烴類，自身和相互之間都可以發生縮合反應，形成新的物質。因此，黃腐酸的物質組成、平均分子量會隨溫度、濃度、Ph、電解質的變化而改變，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物，也僅說明在某一條件下、采用某種分離方法這種物質是存在的，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看，腐殖酸的作用用傳統的腐殖酸通過改良土壤結構、活化土壤養分、提高土壤微生物活性等理論來解釋腐殖酸的生物效應恐怕不夠，應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″有機營養″概念(已設計好有機方案，正在實施)，如果試驗證明如此，則在解釋肥料效率遞減，農產品品質下降，制定更科學的施肥方法方面具有積極意義。
(3)通過對比無機態礦物質和螯合態礦物質植物吸收、運輸和儲藏方面的差異，發現植物對礦物質和螯合態礦物質植物吸收、運輸和儲藏與礦物質的化學形態有關，即A如果礦物質的離子半徑越大，植物越難吸收和運輸；B如果礦物質離子(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病；用腐殖酸硒生產富硒農產品就已經證明。
(4)總結以上研究結果和推理，提出了″全營養施肥″技術，即活性腐殖酸+配方化肥+螯合復合微肥，兩年的多點示范結果表明全營養施肥在提高作物產量、改善農產品品質、提高土壤肥力、解決連作障礙方面效果極顯著，第三條應用效果中大部分是用全營養施肥法取得的。腐殖酸是連接土壤、土壤微生物、植物礦物質營養的紐帶并直接參與植物的代謝過程，是植物營養的中心因子，她在農業生產上的作用還沒有深刻被我們認知，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報告 一、試驗目的 為了摸清撒可富專用肥在我市小麥上的增產增收效果，指導農戶科學合理的使用撒可富專用肥，使其發揮最佳效果，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、試驗設在耀州區演池鄉演池村王永民的承包地，試驗地土壤為黃土質石灰性褐土，土層深厚，PH值為8.7，有機質1.5％，全氮0.88mg/kg，速效氮76mg/kg，速效磷16mg/kg，速效鉀108mg/kg。當地農戶習慣施肥純氮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、試驗設四個處理，三次重復，小區面積30M2，處理1為空白對照；處理2為當地習慣施肥；處理3為撒可富25千克/畝，在小麥返青-拔節期追純氮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日劃區施肥，采用撒施法，施后旋耕機覆蓋，10月3日播種，畝播種9千克，10月9日出苗，出苗后恢復小區，其它管理同大田。來年3月18日追施氮肥，4月22日對小麥畝穗數調查，6月30日采樣對小麥各項性狀測定，結果見表一、表二，并烤種測產。
表一 試驗調查結果表 表二 示范調查結果表 四、結果分析 1、試驗結果經方差分析，(見附件)各處理較對照都達到顯著的增產性，處理四最好畝產508.7千克較對照畝產329.0千克畝增產179.7千克，增幅54.6％。
2、通過試驗結果(表三和表四)可以看出，處理三效果最好，新增投入產出比為1∶2.67，但是產量不是最高，建議將處理四的腐殖酸調低用量，可以降低投入成本，產生良好的增效效果。
3、從調查數據看，撒可富對提高小麥莖高、增加穗長有一定作用，特別能增強小麥的分蘗能力，增多穗粒數。
4、從示范結果看，畝施60千克最好，畝產530.7千克，較大田畝產421千克畝增產109.7千克，增幅26.1％，但再增加用量，產量下降，說明撒可富在我市的最佳用量應控制在畝施40千克以內。
表三 試驗結果表 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 示范結果表 附件 試驗結果方差分析 1、試驗結果表
2 結果分析 2.1 方差分析(x-不顯著，*-顯著，**-極顯著) 2.2多重比較 2.2.1比較標準(LSD法) 2.2.2比較結果(字母標注法凡具有一個相同字母的表示無差異) 2.2.2比較結果(字母標注法凡具有一個相同字母的表示無差異)
權利要求
1.一種利用天然有機物快速降解生產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物----分揀去雜---粉碎----反應釜降解活化---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、導向劑FeSO40.3-3％重量百分比。
2.根據權利要求1所述的利用天然有機物快速降解生產水溶性腐植酸肥料的方法，其特征在于將上述經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.根據權利要求1所述的一種有機全營養施肥方法，其特征在于天然有機物包括作物秸稈、干基牲畜糞便或風化煤。
全文摘要
本發明涉及一種利用天然有機物快速降解生產水溶性腐植酸肥料的方法，所生產的水溶性腐植酸肥料能提高作物產量、改善農產品品質、提高土壤肥力。本發明包括以下步驟天然有機物—分揀去雜—粉碎—反應釜降解活化—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 優先權日2010年1月22日
發明者劉存壽, 同延安, 朱渭兵, 劉浩 申請人:西北農林科技大學