一种多元素高养分合成有机肥料制品及其应用

摘要

本发明介绍的一种多元素高养分合成有机肥料制品，它由矿物活化黄腐酸、矿物凝集剂氧化铝、矿石粉及长效缓释的脲甲醛合成的混合料；在上述混合料中，活性矿石粉料占组成物总量的30～40％，矿物活化黄腐酸占物料总量的25～45％，长效缓释脲甲醛站组成物总量的24～30％，矿物凝集剂粘物料总量的1～5％。在其应用时可与传统农家肥的以1∶3的配比进行混合使用。在制成多元素高养分合成有机肥料制品后，按照不同土壤自然特性、不同作物对肥力的要求，制成不同配比、大小不同颗粒或采用包被技术，制成一系列各种缓释性合成有机肥料产品。

说明书

技术领域

本发明涉及一种多元素高养分合成有机肥料制品及其应用，属于有机合成肥料配制方法及使用方法类。

背景技术

在世界农业植物栽培技术发展史中，农作物的肥料经历了从使用传统农家肥、化肥，直至目前十来年在全球普遍兴起的有机肥料这么几个阶段。从使用传统农家肥到使用无机化学肥料是一场变革，在这变革的数十年中他给人类带来了五谷丰登，也带来了深重的、长远的负面效应：土壤板结、地力下降乃至土壤的最终坏死以及农作物品质的下降，更为严重的是由于土壤和地下水也由此而受到其中的污染，不仅农业生态环境受到极其严重的破坏，而且也对全球自然环境造成破坏性的影响。

近十几年以来，随着世界各国正在兴起的绿色有机农业、发展绿色有机食品热潮的到来，放弃使用化学肥料和化学农药，重新回归使用有机肥料和生物农药已经成为现代农业发展的主流方向。

发明内容

本发明的目的旨在：提出一种多元素高养分合成有机肥料制品及其它的使用方法，希望由于这种有机肥料的推广使用，不仅能为农作物提供足够的生长养分，还能做到用地养地相结合，通过不断地为日益贫瘠的、被严重污染的土地增补多种有机养分，改善土壤的团粒结构和理化性状，提高土壤的自然肥力和保水功能；直至让其恢复到原始自然土壤的良好状态。

这种多元素高养分合成有机肥料制品，其特征在于：

a、它是由矿物活化黄腐酸、矿物凝集剂氧化铝、活性矿石粉及长效缓释的脲甲醛合成的混合料；

b、在上述混合料中，矿物活化黄腐酸占物料总量的25～45％，活性矿石粉料占组成物总量的30～40％，长效缓释脲甲醛站组成物总量的24～30％，矿物凝集剂粘物料总量的1～5％。

所述矿物活化黄腐酸(MFA)，是将广泛地存在于大自然中的过渡态有机废矿物质和尾矿物质的煤矿边缘残留物，经加工后形成的一种黑色粉末状物体。

所述的活性矿石粉料是由来自于自然界中的蒙皂石、高岭石类粘土、海泡石粘土、以及沸石、石灰石、白云石、基性或超基性岩石的自然风化成的颗粒料，其粒径范围在0.01-0.002mm之间。

所述的脲甲醛是利用化学合成的原理，将尿素和微量甲醛及其他树脂合成，经过发泡技术得到的长效、缓释的有机肥料。

所述的矿物凝集剂是氧化钙或氧化铝。

这种多元素高养分合成有机肥料制品，在其应用时与传统农家肥以1∶3的配比进行混合使用。

在制成多元素高养分合成有机肥料制品后，按照不同土壤自然特性、不同作物对肥力的要求，制成不同配比、大小不同颗粒或采用包被技术，制成一系列各种缓释性合成有机肥料产品。

具体实施方式

以下给出本发明的实施例，并结合实施例进一步阐述本发明。

实施例1(以重量百分比计)

矿物活化黄腐酸(MFA)           25％

活性矿石粉料(高岭土类粘土)    40％

长效缓释脲甲醛(脲醛泡沫)      30％

矿物凝集剂(氧化铝)            5％

配方中的活性矿石粉料，也可以采用其粒径范围在0.01-0.002mm之间蒙皂石、海泡石粘土、以及沸石、石灰石、白云石、基性或超基性岩石的自然风化成的颗粒料。

实施例2(以重量百分比计)

矿物活化黄腐酸(MFA)         35％

活性矿石粉料(蒙皂石土)      35％

长效缓释脲甲醛(脲醛泡沫)    27％

矿物凝集剂(氧化钙)          3％

配方中的活性矿石粉料，也可以采用其粒径范围在0.01-0.002mm之间高岭石类粘土、海泡石粘土、以及沸石、石灰石、白云石、基性或超基性岩石的自然风化成的颗粒料。

实施例3(以重量百分比计)

矿物活化黄腐酸(MFA)               45％

活性矿石粉料(沸石型土)            30％

长效缓释脲甲醛(脲醛泡沫)          24％

矿物凝集剂(氧化铝氧化钙的混合物)  1％

配方中的活性矿石粉料，也可以采用其粒径范围在0.01-0.002mm之间的蒙皂石、高岭石类粘土、海泡石粘土、以及石灰石、白云石、基性或超基性岩石的自然风化成的颗粒料。

关于上述技术的机理分析

在上述技术方案中我们采用的有机矿物活化黄腐酸(简称MFA)，这种矿物活化黄腐酸(简称MFA)，是近些年问世的、取之于煤矿煤层开采中边缘残留物，经过粉碎后通过氨水或者生物活化处理后，形成富含有机质的一种活性添加剂。据有关资料的介绍，MFA是具有高度活性的生物大分子(其游离态分子的含量在40％以上)，并含有较高比例的活性基团(在其所含有的50多个功能基团中，活性基团占三分之一)。因此它与金属离子相互交换能力比较强。研究表明：MFA与金属离子的相互作用主要通过离子交换、络合(或鳌合)和表面吸附作用等，其中尤以离子交换、络合(或鳌合)两种形式为主。

1、关于它的离子交换作用

离子交换从广义上讲，离子交换是指当一种电解质溶液与不溶性固体相接触时，而该固体基质上带有正电荷或负电荷的取代基结合着可以移动的离子时，离子交换的作用就可以发生。

对于MFA来说，这种离子交换过程的进行是通过金属阳离子和MFA所形成的大分子阳离子原子团相互作用而发生的。

在水溶液中，MFA的离子交换功能团(如-COOH)，可以发生电离：

        FA-COOH＝＝＝＝＝＝＝＝＝FA-COO^-+H⁺

        HA-COOH＝＝＝＝＝＝＝＝＝HA-COO^-+H⁺

电离出来的氢离子可以与溶液中的金属阳离子进行离子交换，这一离子交换过程可以简单地以以下形式表示：

nFA-COOH+Mⁿ⁺＝＝＝＝＝＝(FA-COO)nM+nH⁺

nHA-COOH+Mⁿ⁺＝＝＝＝＝＝(HA-COO)nM+nH⁺

其中Mⁿ⁺表示n价金属阳离子。

一般情况下，离子交换后生成的“结合体”如上式中的(FA-COO)nM或(HA-COO)nM均是可以发生电离的离子型基团。目前学术界认为：在酸性和中性环境中的MFA具有基型离子交换剂样的行为，在碱性环境中氢离子和苯酚羟基能够参加离子交换作用。

2、关于它的整合(或鳌合络合)作用

经典化学理论认为：络合是指由电子供体(配位体，以L表示)的弧电子对，给予电子受体(金属离子，以M表示)，形成带有共价键性质的配位键。在金属络合物中，一个金属原子结合了比简单化合价概念所预料的更多的离子或分子。

由于各种配位体中所含的配位原子数不同，如果配位体中只含有一个可供电子对的配位原子，如H₂O：、NH₃、2CN^-、：F^-等，称为单齿配位体；如果配位体中含有两个以上的配位原子，如二乙胺(H₂N-CH₂-CH₂-NH₂)、氨基三乙酸〔：N(CH·COOH)₃〕等，称为多齿配位体。单齿配位体以配位键与金属离子结合时，只有一个结合点，若金属离子的配位数是n，则一个金属离子可以与n个配位体结合，形成ML型络合物，如Ag(CN)^-等。

单齿配位络合物ML是逐级形成的，络合物多数不稳定，相邻两级的稳定常数相差较小。多齿配位体以配位键与金属离子结合时，每个配位体与金属离子将有两个以上的结合点，这样就形成了环状结构，配位体好似蟹钳一样抓住金属离子，这类络合物称为鳌合物(五元环体)。由于形成了环状结构，络合物的稳定性增高。鳌合物的稳定性与成环数目相关，当配位原子相同时，环越多鳌合物越稳定(如MFA和重金属离子铅、砷、镉、汞等的鳌合均为多环鳌合物)；鳌合物的稳定还与大小有关，一般五元环或六元环最为稳定(如MFA的铅鳌合物)。在MFA与金属离子相互作用时，通常认为对一价金属离子可能是离子交换，而对于多价金属离子则可能既有离子交换又有鳌合(或络合)作用。同离子交换作用一样，MFA分子中的羧基和酚羟基也是金属离子进行鳌合(或络合)的主要部位。特别是邻苯二甲酸型的邻为羧基和水杨酸型的邻位羧基与酚羟基是发生鳌合(或络合)的主要部位。

实际上，在分子较大、结构较复杂的MFA分子中，不仅会存在一种类型的鳌合(或络合)位点，而是几种类型同时共存，即便是同一类鳌合(或络合)位点，由于所处的化学环境不同，其络合能力也有所不同。因此，MFA对金属离子的鳌合(或络合)，有可能是多个位点同时发生，而最终得到混合型的金属鳌合(或络合)物。

正是由于MFA的上述化学特性，表明在MFA的活性基团中有着活动性强大的甲氧基、羟基、羧基、羰基、酚羟基等功能基团，它们对含虫卵微生物中的虫卵有破坏细胞壁的作用。因此，对污泥中的有害微生物和有毒有机物有直接的“化合”作用，能迅速使污泥达到无害化。对此，我们作了大量的研究和实践，并取得了权威部门的认定(附检测报告)。在这个生物化学化合转化作用的过程中，有大量的被土壤固定的微量元素被释放出来。由于其作用机理十分复杂，涉及到分子生物学、分子化学、有机高分子化学等诸多领域，不宜在此展开详细论述。

MFA和污泥反应有机肥的技术优势及机理

利用MFA和城市污泥直接反应生产“多用途生态防虫型长效有机肥”具有众多无可替代的优势，然而结合MFA和污泥中的有效成分及两者相互作用产生新的有效成分(指这种新型有机肥中的活性功能基团和具有特殊功能的游离态物质)，除上述已简略阐述的外，对土壤和植物的积极作用，归纳起来可概括为六个方面：

(1)能缩小气孔的开张度，减少水分蒸腾，使植株和土壤保持较多水分。同时，促进根系发育，提高根系活力，使作物能吸收到较多的水分和养料。二者相辅相成，开源节流，达到提高作物抗旱能力的目的，是一种较理想的抗蒸腾剂。

(2)提高植物体的多种酶的活性和叶绿素含量，使新陈代谢旺盛，光合作用加强，糖分和干物质积累增多，从而提高植物抗寒、抗病等抗逆能力，提高作物的产量和品质，是一种新型的植物生长刺激素。

(3)络合微量元素，能提高植物对微量元素的吸收与运转能力，减少土壤中微量元素的流失，表明MFA是一种优良的络合剂。

(4)通过物理化学作用与农药形成农药-MFA复合体，即可降低土壤农药毒性、减少农药用量、提高农药药效、提高对人畜的安全性，又可减少环境污染，表明MFA是一种不可多得的农药稀释增效剂。

(5)与化肥复配成有机-无机复合肥，或和无机肥配合使用，以增加肥效(能使无机肥的利用率提高两倍左右)、减少化肥被固定和流失，提高化肥的利用率，并有改良土壤的作用。

(6)MFA在与活性矿物粉相结合后，可以提高植物对微量元素的利用率，达到植物对养分需求的动态平衡吸收，增强植物的有效养分含量，提高植物对人体起到强身健体抗病的效果。

上述六个方面的作用相辅相成，在实际效果上表现为提高作物的抗旱、抗寒能力，增加作物的抗病能力，刺激作物的生长，从而提高作物的产量，改善作物品质和功效。

另外，在本技术方案中，由于配置了相当量的活性矿石粉料、矿物凝集剂和长效缓释脲甲醛，实际上好像是给MFA进行化合作用提供了丰富的物质资源。

其中的活性矿石粉料，主要是来自于自然界中的蒙皂石、高岭石类粘土、海泡石粘土、以及沸石、石灰石、白云石、基性或超基性岩石的自然风化成的颗粒料，其粒径范围在0.01-0.002mm之间。掺入量为配料总量的30-40％，其作用的某些方面与目前已公开土壤污染改良剂相似：参与土壤团粒结构的形成，当然这是对粘土类土壤的作用更大一些。但是在本发明人提出的上述技术方案中，其更重要的作用是参与土壤中的物理、化学、生化、化合作用，使其在土壤的生态环境中、水化学环境以及微生物活动环境中，积极参与土壤良性循环及生态恢复进程中去。因为处于某种畸形、中毒似的生态环境中的土壤，除了缺少有机肥力以外，更重要的是缺少各种农作物生长必需的微量元素和矿物质。这些微量元素和矿物质，虽然在施入的有机肥和腐殖酸物料中也含有，但总因数量少和不会再生而供不应求。而在本发明人提出加入一定数量的活化矿物颗粒粉料以后，由于土壤环境具有一定的酸碱度，同时又有微生物的参予，因此原来赋存于各种岩石、矿物中的微量元素和矿物质就会源源不断地析出，即转变为土壤中的重要营养组成成分，也成为易被农作物根系所吸收的微量元素和矿物质；这些微量元素和矿物质是土壤给人类提供高质量、高品位农产品的重要因素。尤其是在本发明人提出这种技术方案中，这种微量元素和矿物质的提供，在有微生物的参与下是长期的、可再生的(其实际使用效果见附表)。

除此之外，活性矿石粉在MFA生物大分子的化合中，可以借助于配位体进行化合作用，在MFA有空位时，可以将多余的活性矿质元素暂时储存起来，不会被予以流失。在土壤中有高价位有害金属元素时，可以被作为营养元素替换出来，既消除土壤重金属的危害，并增加土壤有益营养元素。

长效缓释脲甲醛或脲醛泡沫是一种缓释的有机合成肥料。脲甲醛(UF)是一个甲醛和两个尿素分子反应，即可形成次甲基尿素的链状化合物，它是国外应用最早、最普通的一种长效缓释性商品氮肥。脲醛树脂发泡是用尿素、甲醛的加成反应及部分加成物缩聚而成，最初由尿素与甲醛生成双羟甲基脲-单羟甲基脲两种预聚体，随着两种预聚体生成，反应介质的pH由碱性逐渐降低，在pH5左右两种预聚体缩聚生成亲水性树脂，进一步复杂化成网状结构，使树脂呈固态、有弹性，这也是最近开发成功的商品。日本将晶状六甲基四胺和十水硼酸钠加入甲醛和尿素制得羟甲基脲长效肥料。

长效缓释肥料能改变传统的施肥方式，在多种作物上可实现一次性施肥，不用追肥，简化了施肥程序，使播种与施肥同步进行，从而大大降低了农业劳动强度，提高劳动生产率。它与MFA相结合就具有缓释长效氮的作用，可大幅度提高肥料利用率，在同种作物同等产量水平上可节约资源，减少肥料施用量，减少氮的逃逸、固定、流失，延长了土壤中的肥效，并改良土壤，降低生产成本，增加农民收益。同时，也提高了土壤中，由MFA替换释放出来矿物质营养元素的利用率，减少营养元素在土壤中的流失和增加植物直接吸收利用。脲甲醛类缓释肥完全可以脱离水溶解的限制，以土壤中微生物的活性来促进肥料的分解。植物生长旺盛的时候，土壤中的微生物活性相对也会很高，这样会促进肥料的分解，满足植物生长对营养的大量需求。在植物进入休眠期的时候，土壤中微生物的活性相对降低，肥料就可以在土壤中很好的保存下去，不会过多的分解浪费掉了。所以，缓释肥料与MFA相结合它具有高利用率、低污染的特点是今后世界有机肥料的发展方向。腐殖酸是高分子的有机化合物，为黑色或棕色的无定型胶体物质，是以芳香核为主体，含有多种官能团结构、组成、性质的酸性物质的聚合体，由碳、氢、氧、氮、硫和少量磷等元素组成，溶解于碱和有机溶剂，难溶于水。

在其应用时可与传统农家肥的以1∶3的配比进行混合使用。

在制成多元素高养分合成有机肥料制品后，按照不同土壤自然特性、不同作物对肥力的要求，制成不同配比、大小不同颗粒或采用包被技术，制成一系列各种缓释性合成有机肥料产品。

下表给出的是使用本发明提供的多元素高养分合成有机肥料以后，一种原本已处于品质严重下降的土壤恢复活性后，合成肥料中组成物的分析结果。

分析结果

测定项目分析结果N％3.20 P₂O₅％1.50K₂O％2.4l有机质％35.01水分％19.66 PH 6.50腐植酸含量8.90Cu  mg/kg67.2Zn  mg/kg39.2Fe  mg/kg11342.1Ca  mg/kg37401.3Mg  mg/kg938.2Pb  mg/kg10.3Cd  mg/kgCr  mg/kg5.13B   mg/kg3.95As  mg/kgO.02Hg  mg/kgO.008Mn  mg/kg49.32

从上述分析结果可以明显地看出：

在各元素中，N、P、K三大大量元素已经恢复了正常水平，比单一纯有机肥(鸡粪)的含量略高一些，达到7.11。而主要微量营养元素，如：Cu、zn、Mg、Fe、Ca、Mn等，都有显著增加。这一结果可以说明：MFA生物大分子的各种基团能够将各种金属离子络合或螯合起来，而将活化矿物粉中低价的营养金属元素全部释放出来，从而达到消除重金属的危害，增加了土壤中各种微量营养元素。尤其是：Ca元素达到37401.3、Fe元素达到11342.1水平，这是传统有机肥料的含量成分钟是无法达到的。这就是一种完全以自然矿化物质合成的多元素高养分的有机肥料制品。

现将发明人应用多元素高养分合成有机肥料种植蔬菜的对比效果列于下表：

  样品名称  Fe(mg/kg)  Mn(mg/kg)  Ca(mg/kg)  丝瓜(市售CK)  2.67  0.63  245.6  丝瓜(使用修复剂)  2.86  0.48  286.4  黄瓜(市售CK)  2.72  0.60  200.4  黄瓜(使用修复剂)  2.92  0.42  244.7  毛豆(市售CK)  8.74  8.80  528.8  毛豆(使用修复剂)  14.42  6.71  731.0