引言

目前，我國化肥當季利用率平均為 30% 。其中，氮肥利用率僅為 30% ～ 35% ，磷肥約為 10% ～ 25% ，鉀肥為 35% ～50%，不僅遠遠低于歐美發達國家60% ～ 70% 的水平，而且近年來還有下降的趨勢。以氮肥為例，20 世紀 90 年代利用率平均約為 35% ，現今已降至 27% 左右。此外，化肥過量投入、盲目施用、作物利用率不高，都會引起土壤、水體、大氣和農產品的污染，化肥已被視為僅次于農藥的污染源，造成的危害也與農藥旗鼓相當?？?緩釋肥是解決這一問題的良好措施，國內外均在大力發展氮肥的控/緩釋技術。用于肥料養分緩/控釋的控釋材料種類較多，然而目前的控釋材料缺少補充土壤有機碳的功能，且大部分材料受資源制約、不可再生。生物質是可再生的，因而生物炭是可再生的，資源無窮。生物炭具有土壤改良和土壤固碳的作用，還可吸附和負載肥料養分，延緩肥料養分在土壤中釋放和降低淋洗損失，是有益功能更多的肥料緩釋綠色控釋材料。目前，生物炭與肥料復合為土壤 － 肥料 － 環境提出了綜合解決方案，生物炭作為肥料增效載體有生物炭載體肥料、生物炭包膜肥料、生物炭基肥料及生物菌劑肥料等形式。

本文以擠出造粒機上在 500℃溫度下制備的稻殼炭為基質，以改性玉米淀粉為粘結劑，以尿素為肥料，研究了生物質炭基緩釋肥的成型特性，分析了緩釋肥的抗壓強度、成型率、干燥特性和 N 損失情況。

1 材料與方法

1． 1 試驗材料與設備

1． 1． 1 試驗材料試驗采用生物質連續熱解制炭，設備采用華南農業大學設計的連續熱解裝置。該裝置采用變螺距的特殊螺旋輸送器，密螺旋保證順暢送料的同時系統具有良好的密閉性。將稻殼在熱解溫度 500℃、熱解時間 8min 的條件下進行熱解，獲得的稻殼炭利用工業分析儀、ICP 等儀器進行工業分析及養分離子檢測，分析結果如表 1 所示。稻殼炭經研磨過 40 目標準篩后使用?！颈?】

試驗所用的化學試劑:H2O2\\(30% \\)、NaOH、Fe-SO4、CO\\(NH2\\)2、Na2B4O7·10H2O、Na2S2O3·5H2O、TBP、H2SO4、HNO3、HCL、CuSO4、K2SO4\\(以上為分析純級別\\)和玉米淀粉\\(GB/T 12309 －1990\\)。

1． 1． 2 試驗設備試驗采用的設備如表 2 所示?！颈?】

1． 2 試驗方法

1． 2． 1 粘結劑的制取在徐鵬翔、佟金等對改性淀粉粘結劑的研究基礎上，制作新型緩釋肥玉米淀粉粘結劑。其合成步驟如下:①調漿。向反應釜中加入適量的溫水，加入工業級玉米淀粉和適量催化劑 FeSO4溶液\\(6% \\)，攪拌，直至成均勻的漿料。②氧化。緩慢向體系中加入一定量的 H2O2溶液\\(30% \\)，并加入適量的 NaOH\\(10% \\)溶液，連續攪拌 60min 使淀粉充分氧化。③糊化。繼續加入一定量的 NaOH\\(10% \\)溶液，確保氧化后的玉米淀粉充分糊化，此過程持續 20min。④系統中加入適量硼砂、少量尿素溶液以及 Na2S2O3溶液，繼續攪拌之后進行定容，待冷卻至室溫即可。整個反應在恒溫水浴環境中進行。

1． 2． 2 肥料造粒將計量好的尿素和稻殼炭粉，按照比例 A1\\(2:1\\)、A2\\(1:1\\)、A3\\(1:2\\)充分混合\\(具體比例見表 3\\)，加入一定量的改性玉米淀粉粘結劑，混勻，置于擠出造粒機中進行造粒。將制造出來的炭肥分別置于溫度 B1\\(60℃\\)、B2\\(80℃\\)、B3\\(100℃\\) 下分別進行烘干，持續 2h，每隔 10min 取出，干燥器冷卻至室溫后稱重。由于造粒機造粒直徑固定，造出的顆粒肥直徑范圍約為 6． 5 ～7． 5mm，將烘干后的肥料顆粒進行人工篩分，計算篩剩的顆粒質量占全部質量的百分率;將制作好的球形肥料置于谷物硬度計上測定其抗壓強度，分析其顆粒性能?！颈?】

造粒機結構如圖 1 所示，生物質碳基緩釋肥樣品

2 結果與分析

2． 1 成型肥料干燥特性

各組干燥特性曲線如圖 3 所示?！緢D3】

根據圖 3 分析可知:各組肥料在 90min 左右基本達到質量平衡。在 A1 條件下，烘干所需時間為 B1 ＞B2 ＞ B3，溫度越高，需要的烘干時間越少;而在 A3 條件下則相反，溫度越高，需要的烘干時間越多。這主要是由于生物炭具有多孔隙結構，在高炭氮比條件下，炭含量較高，大毛細管中的水脫出較為容易;而在低炭氮比條件下，尿素含量較高，尿素暴露在空氣中時容易吸收空氣中的水分并粘附在顆粒表面，烘干初期容易表面結殼，阻止了物料內部的水分以氣態或液態的形式向物料表面擴散，不利于在很薄的邊界層內存在著較大的溫度梯度和水蒸氣的濃度度，不利于水分的散發，延長了干燥時間。

2． 2 顆粒成型性

各組抗壓強度如圖 4 所示，成型率如圖 5 所示?！緢D4-5】

根據表 4 分析可知，A1 各組尿素接近理論值，而A2 各組明顯低于理論值，炭氮比越低，其 N 損失率越高。這主要是因為低炭氮比下尿素含量較多，暴露在空氣中容易吸收空氣中的水分，在造粒過程中黏附在造粒機上造成損失。因此，過低的炭氮比會增加 N 損失率?！颈?】

根據表 4 分析可知，A1 各組尿素接近理論值，而A2 各組明顯低于理論值，炭氮比越低，其 N 損失率越高。這主要是因為低炭氮比下尿素含量較多，暴露在空氣中容易吸收空氣中的水分，在造粒過程中黏附在造粒機上造成損失。因此，過低的炭氮比會增加 N 損失率。

3 結論

1\\)各組肥料在烘干 90min 左右基本達到質量平衡，低炭氮比肥料的干燥時間較長。當炭肥比≥1:1時，溫度越高，烘干所需時間越短;而當炭肥比≤1:2時，溫度越高，烘干所需時間反而增長。生物炭本身的多孔隙結構易于水分的散發，而尿素暴露在空氣中時容易吸收空氣中的水分并粘附在顆粒表面，烘干初期容易表面結殼，不利于水分的散發，從而延長了干燥時間。

2\\)采用擠出式造粒法可獲得良好的抗壓強度和成型率，當烘干溫度為 60 ～ 100℃、炭肥比≤1:1 時，成型肥料的抗壓強度 ＞ 40N;炭肥比≥1:1 時，成型率＞ 95% 。過低的炭氮比會降低成型率。

3\\)低炭氮比下尿素含量較多，暴露在空氣中容易吸收空氣中的水分，在造粒過程中黏附在造粒機上造成損失。因此，過低的炭氮比會增加 N 損失率。

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