泥炭产品
功能肥料是21世纪新型肥料的重要研究、发展方向之一。功能肥料已经跳出了肥料仅仅作为作物营养提供者的传统窠臼,功能肥料作为作物营养提供者的同时,同时还是土壤环境的改善者、作物病虫害的防控者、农产品品质的提升者。在科技创新、绿色发展的今天,土壤肥料研究进入新时代,功能肥料除了要保证作物增产需要的营养总量和营养品种外,还希望同时改变土壤的通气透水效率、酸碱高低、盐分高低,抑制土传性病虫草害发生。功能肥料研制和生产符合生态肥料工艺要求,功能肥料应用需要农学、土壤学、信息学等交叉融合,所以,功能肥料带给社会的是肥料理论的改变、生产工艺的改变,生产环境的改变、生产方式的改变。
与泥炭有关的功能肥料主要有泥炭有机肥、有机无机复混肥、悬浮肥和生物肥四种。研究这四种泥炭功能肥料市场需求和制备工艺,对加快泥炭功能肥料普及推广,加大开辟果菜茶药细分市场力度,助力绿色农业和质量农业,具有重要现实意义。这些肥料制备方式和制备成分不同,所以使用方式和使用对象也有很大差异。
1 泥炭有机肥料
泥炭是一种天然有机肥料。泥炭在形成和积累过程中已经经历耗氧分解过程将大部分易水解成分转化为小分子基团,经历厌氧发酵将分解产物缩合成为腐殖酸,一些耐分解成分如纤维素、木质素则形成泥炭纤维结构的骨架。泥炭中已经没有新鲜活性有机质,已经完成了发酵过程,所以基质世界使用泥炭育苗或栽培植物,也不会因为有机质发酵导致根系受伤。因此,以泥炭为主要原料生产有机质,完全没有必要重新发酵,造成天然有机质和腐殖酸的进一步丧失,直接使用泥炭作为有机肥骨干物料即可。但是,由于泥炭中天然矿物营养较低,为了达到农业部有机肥产品标准,需要人为补充适量矿物营养。根据使用土地和作物种类的不同,矿物营养补充量在3%-14%之间。如果矿物营养总量超过15%,就属于有机无机复混肥管理范畴。目前,市场上已经有经过有机认证的磷钾矿物肥料,可以直接使用。经过有机认证的含氮有机肥、矿物肥料国内比较少见,适量的发酵饼肥鸟粪成为泥炭有机肥氮源的重要来源。实际上,有机质含量在45%以上,腐植酸含量在20%以上,总养分在5%-10%之间的泥炭有机肥,添加总量为3%-5%的尿素氮不仅不会对肥料质量产生明显影响,还可以大幅度降低肥料制造成本,提高企业经济效益。
中高分解的藓类泥炭和草本泥炭是制备泥炭有机肥的最好原料。因为吸附性能不及草本泥炭和藓类泥炭,木本泥炭则更适合制备有机-无机复混肥和冲施肥。
首先,中高分解藓类、草本泥炭分解度高,腐殖酸含量大,对动物粪便发酵过程中释放出的气体小分子、矿物营养离子具有较强的吸附能力,可以减低环境臭气,减少矿物离子淋失。草本泥炭和藓类泥炭均有丰富的纤维,容易形成较多的空隙结构,有利于发酵过程中氧气的进入。泥炭具有的超强吸水能力,将风干泥炭与动物粪便混合,可以将动物粪便中的水分吸收到泥炭中,降低粪肥中的水分,有利于发酵过程中通气,促进发酵过程进行。由于泥炭本身就是富含腐殖酸的优质天然有机物,将泥炭和动物粪便混合发酵,可以充分发挥两者的优势,弥补各自的不足,生产出优质、绿色、安全、健康的有机肥。
传统的泥炭有机肥生产是利用泥炭的载体、结构和吸附作用,与畜禽粪便混合发酵后制备有机肥料。泥炭疏松通气,吸附性强,有利于消除畜禽粪便臭味,改善有机肥生产环境。在泥炭与畜禽混合发酵过程中,因为通气条件改善,可以让畜禽粪便迅速进入高温期,粪肥中易水解有机物迅速发酵,降低恶臭,缩短有机肥发酵时间,提高有机肥生产效率。由于泥炭具有良好的吸附作用,可以吸附粪肥中的氨气和其它消除臭味,减少养分挥发损失。常规的农家肥要通过完全熟化,才可施入土壤,并需要在土壤中长时间转化,最终转化成腐殖酸作物才能吸收,肥效缓慢。而泥炭有机肥可以给作物直接提供必要养分,比农家肥更容易吸收,利用率高,见效快。泥炭有机肥能改善土壤结构,促进团粒的形成,协调土壤水、肥、气、热状况,既能通气,又能保水,不板结。泥炭有机肥能增强土壤保肥供肥能力,保持养肥能力强,减少有效养分损失,供肥时间持久,使各种速效化肥的肥效由“暴、猛、短”变得“缓、稳、长”。同时,泥炭有机肥能改善土壤酸碱性,减轻有毒因子的副作用。泥炭有机肥是土壤微生物的最佳碳源,能提供微生物生命活动所需要的营养,促进微生物的繁殖和活动,增强微生物的活性。泥炭腐殖酸与氮结合,氮肥增产率可提高10%左右,磷的利用率可提高1倍以上。泥炭有机肥能促进生根和提高根系吸水能力,作物出根快,根数多,根重增加,并增强根系对养分的吸收能力,增强繁殖器官的发育,提早开花,提高授粉率,增加粒重、果重。泥炭有机肥更特殊之处在于能增强作物抗逆性能,使作物抗寒抗旱,抗病能力明显增强,增强作物多种酶的活性,提高作物吸收水分和养分的能力,增强作物代谢能力,加速生长发育,提早成熟,提高品质。
2 泥炭有机-无机复混肥
有机-无机复混肥是一种既含有机质又含适量化肥的复混肥。它是对发酵动物粪便、泥炭等有机物料,添加适量化肥和微生物菌剂,经过造粒或直接掺混而制得的商品肥料。发达国家肥料总量的70~80%是有机-无机复混肥的方式生产。我国长期追求高产发展模式导致国内有机-无机复混肥产量较低,即使加入有机组分也以腐殖酸为主,用量一般在5%以下,有机物比例过低,对土壤的改良作用和环境效应有限。究其原因,主要与缺乏优质均质的有机物质来源有关。
传统有机无机复混肥的有机质部分主要为有机肥,是以动植物残体为主,并经过发酵并腐熟的有机质,能够有效为植物提供有机营养元素,其作物相当于农家肥,但畜禽粪便有机肥的突出问题是有机质含量低,要达到有机无机复混肥产品标准,必须加大用量,从而降低了矿物营养的比例。泥炭有机质含量高,进口的白泥炭和优质黑泥炭,干基有机质含量可达90%以上,这意味着有机无机复混肥要达到有机质含量大于15%的含量,使用添加17公斤泥炭(干基)即可,从而确保了氮磷钾等无机肥料的足量添加。目前国外有机泥炭引进渠道广阔而庞大,供应充足,质量稳定,使用泥炭作为有机-无机复混肥的有机物来源,对促进我国有机无机复混肥产业发展具有重大现实意义。
适合生产泥炭有机无机复混肥的泥炭应该是中高分解的草本泥炭和藓类泥炭,因为中高分解泥炭纤维细碎,易于粉碎,不会影响复混肥造粒。从这个意义上来说,木本泥炭也是有机无机复混肥的优质原料。木本泥炭腐殖酸含量高,质地坚硬,易于研磨到粉细粒级,有利于造粒。泥炭是无机肥料的挚友,是氮肥的缓释剂和稳定剂,磷肥的增效剂,钾肥的保护剂,是中、微量元素的调节剂和螯合剂,泥炭对化肥有显著地增效作用,泥炭有机-无机复混肥未来发展方向是智能化、专业化、复合化、长效化、颗粒化和地域化等傻瓜肥。我国化肥利用率只有35%,比发达国家利用率的75%低40个百分点。我国耕地面积虽然只占世界的7%,化肥使用量却占全球总量的35%。单位面积平均施用量达到434.3千克/公顷,是国际公认的化肥施用安全上限的1.93倍,这是对我国节能环保和绿色产业提出的严峻挑战。提高化肥利用率与肥效、降低养分流失和环境污染的根本措施,在于有机-无机复混和养分的科学搭配。泥炭腐植酸类物质是最廉价最有效的化肥增效剂和肥料有机助剂之一。使用腐植酸类复混肥料,可使等养分的化肥利用率平均提高10个百分点,如全国全部采用泥炭制备有机无机复混肥,一年就可少损失化肥680万吨,节约原料煤炭300多万吨、燃料煤炭450万吨,少排放1200万吨CO2和280万吨氨。
由于泥炭对化肥营养元素的吸附、螯合、固定、交换作用,使制备出的有机无机复混肥还有控释、缓释效果,也可以提高肥料的利用率,减少肥料的使用量,减少肥料的流失,减少肥料流失对环境的污染,达到增加产量的目的。15N示踪测定表明,泥炭对化肥有增加肥效的作用,尿素添加腐殖酸铵或硝基腐殖酸铵施用,氮的利用率可以从63.9%提高到73.3%。普钙添加腐殖酸铵后,1~8 cm土层有效磷利用率从9.28%提高到14%。泥炭有机无机复混肥主要用于底肥,在泥炭与无机非混配过程中,还可以添加植物生长调节剂,如复硝酚纳、DA-6、α-萘乙酸钠、芸苔素内酯、甲哌嗡等,以进一步提高植物对肥料的吸收和利用,提高肥料的利用率,提高肥料的速效性和高效性。
3 液体肥料
泥炭富含腐殖酸,特别是富含黄腐酸,是最优良的植物生长调节剂,将黄腐酸与无机营养复合反应,可以制取腐殖酸液体肥料,满足目前广泛应用的水肥一体化施肥要求。与褐煤、风化煤相比,从泥炭中提取腐殖酸难度更大,提取效率更低。主要原因是泥炭腐植酸提取时的固液分离困难,提取回收率很低,经济成本较高。但是,当把泥炭腐殖酸提取残渣找到目标市场后,泥炭腐植酸残渣成为荆棘之甲不菲新贵,提取的腐植酸反而成了偏得,成本可以忽略不计,这就为泥炭腐植酸液体肥的推广应用打开了大门。泥炭腐植酸生产剩下的唯一问题只是化工设备造价偏高,化工生产的环境管控严格,并非所有工业园区允许上马泥炭腐植酸提取生产线。
泥炭水溶肥和悬浮肥的肥料形态不同,生产方式也有一定差异。前者可用水溶解,然后通过管道滴灌喷灌施肥。后者是一种悬浮肥,肥料质点颗粒可能不能完全溶于水,但因为肥料组分的颗粒质点事先经过超微研磨,颗粒粒径已经小于400目,不会阻塞滴灌滴头。
泥炭腐植酸水溶肥料是一种含腐植酸类物质的水溶肥料。泥炭腐植酸从泥炭中提取,能刺激植物生长、改土培肥、提高养分有效性和作物抗逆能力。产品质量需符合农业行业标准NY1106-2006。产品按腐植酸含量分为Ⅰ型和Ⅱ型。大量元素型固体产品的Ⅰ、Ⅱ型腐植酸含量分别不低于3%和4%,大量元素含量分别不低于35%和20%。大量元素型液体产品的Ⅰ、Ⅱ型腐植酸含量 (克/升)分别不低于30和40,大量元素含量(克/升)分别不低于350和200;含腐植酸微量元素型固体产品的腐植酸含量不低于3%,微量元素含量不低于6%。
泥炭腐殖酸是泥炭水溶肥的主要活性成分。从泥炭中提取的腐殖酸具有显著的抗盐性和抗絮凝能力,易于与氮、钾及其他微量元素经过鳌合、络合作用,制备成的水溶性肥料,提高肥料养分的有效性。泥炭腐殖酸水溶肥抗硬水能力强,适应区域广,促进生根、提高叶绿素含量,增加产量,改善品质效果显著。
泥炭腐殖酸水溶肥的主体还是大量元素,但这些氮、磷、钾三大元素主要为可水溶的,如氮为硝态氮NO3-N、铵态氮NH4-N、脲态氮Urea-N,磷元素为水溶性磷P2O5,钾为可溶性钾且吸收转化效果好的磷酸二氢钾或者硝酸钾,三者都可全溶解于清水无杂质沉淀,从而极大地提高了养分吸收。水溶肥应用中常配的有钙(Ca)、镁(Mg)、硫(S)、铜(Cu)、锰(Mn)、锌(Zn)、钼(Mo)、硼(B)等八大种中微量元素,大部分农作物都需要这些元素,如果在生长中后期大量短缺都会造成不同成的问题。但这些中微量元素的配合方式和顺序有严格的规定,操作不慎就可能造成絮凝沉淀,影响肥效。
泥炭腐殖酸水溶肥生产设备包括原料破碎研磨系统、杂物筛选系统、储料系统、电脑比例配料系统、原料输送部分、高效混合系统、成品输送系统、成品定量包装系统等八大系统装置。泥炭腐殖酸水溶肥生产制造流程,大体分七个流程,首先是原料粉碎并对其进行过滤杂质处理,其次是按照配方比例利用电脑进行准确计算,然后将各个研磨碎的原料进行混合,采用热法进行生产,其中微量元素为高温螯合而成于大量元素混合能过更好的吸收,接下来就是一些包装等简单流程。
水溶肥料和悬浮肥料都是液体肥料或流体肥料,水溶肥料是指把作物生长所需的养分全部溶解在水中,形成澄清无沉淀的液体,然后再喷施或滴灌施用。悬浮肥料中的养分和功能组分不能全部溶解,是通过添加助剂,使植物所需的养分悬浮在液体中。由于悬浮肥料颗粒已经完成超微化处理,可以通过各种规格的喷管。悬浮肥与水溶肥相比,悬浮肥中可以含有丰富的泥炭有机质,易于与无机肥料相互融合,在提高肥效的同时,可以有效改变根区土壤环境,用肥量小,施肥效果高。
4 泥炭生物肥
泥炭生物肥料都以泥炭有机质为基础,然后配以菌剂和无机肥混合而成。现代生物肥料产品则已经既能提供作物营养,又能改良土壤,同时还应对土壤进行消毒,即利用生物(主要是微生物)分解和消除土壤中的农药(杀虫剂和杀菌剂)、除莠剂以及石油化工等产品的污染物,并同时对土壤起到修复作用。狭义生物肥料是指微生物(细菌)肥料,简称菌肥,又称微生物接种剂。它是由具有特殊效能的微生物经过发酵(人工培制)、然后混合于泥炭载体而成的,因含有大量有益微生物,施入土壤后,或能固定空气中的氮素,或能活化土壤中的养分,改善植物的营养环境,或在微生物的生命活动过程中,产生活性物质,刺激植物生长的特定微生物制品。广义的生物肥料泛指利用生物技术制造的、对作物具有特定肥效(或有肥效又有刺激作用)的生物制剂,其有效成分可以是特定的活生物体、生物体的代谢物或基质的转化物等,这种生物体既可以是微生物,也可以是动、植物组织和细胞。泥炭作为生物肥料的重要功能成分,主要起到载体作用、碳源作用、能源作用和保护作用。
现代生物肥已经从简单的微生物菌剂扩展到生物复合肥阶段。生物复合肥是天然有机物质与生物技术的有效组合。它所包含的菌剂,具有加速有机物质分解作用,为作物制造或转化速效养分提供“动力”。同时菌剂兼具有提高化肥利用率和活化土壤中潜在养分的作用。生物有机复合肥料一般是以有机物质为主体,配合少量的化学肥料,按照农作物的需肥规律和肥料特性进行科学配比,与生物“活化剂”完美组合,除含有氮、磷、钾大量营养元素和钙、镁、硫、铁、硼、锌、硒、钼等中微量元素外,还含有大量有机物质、腐殖酸类物质和保肥增效剂,养分齐全,速缓相济,供肥均衡,肥效持久。生物肥料具有协助释放土壤中潜在养分的功效。对土壤中氮的转化率达到5%~13.6%;对土壤中磷、钾的转化率可达到7%~15.7%和8%~16.6%。由于生物复合肥中的活化剂和保肥增效剂的双重作用,可促进农作物中硝酸盐的转化,减少农产品硝酸盐的积累。与施用化学肥料相比,可使产品中硝酸盐含量降低20%~30%,VC含量提高30%~40%,可溶性糖可提高1~4度。产品口味好、保鲜时间长、耐储存。生物肥中的活化菌所溢出的孢外多糖是土壤团粒结构的粘合剂,能够疏松土壤,增强土壤团粒结构,提高保水保肥能力,增加土壤有机质,活化土壤中的潜在养分。生物肥能促进作物根际有益,微生物的增殖,改善作物根际生态环境。有益微生物和抗病因子的增加,还可明显地降低土传病害的侵染,降低重茬作物的病情指数,连年施用可大大缓解连作障碍。促进作物早熟。生物肥料的作用:生物肥料的功效是一种综合作用,主要是与营养元素的来源和有效性有关,或与作物吸收营养、水分和抗病虫有关。
泥炭生物肥料与泥炭有机肥料、泥炭有机-无机复混肥和冲施肥一样,是农业生产中的重要肥源。由于化学肥料和化学农药的大量不合理施用,不仅耗费了大量不可再生的资源,破坏了土壤结构,污染了农产品品质和环境,影响了人类的健康生存。因此,从现代农业生产中倡导的绿色农业、生态农业的发展趋势看,不污染环境的泥炭生物肥料,必将会在未来农业生产中发挥重要作用。生物有机复合肥是汲取传统有机肥料之精华,结合现代生物技术,加工而成的高科技产品。其营养元素集速效、长效、增效为一体,具有提高农产品品质、抑制土传病害、增强作物抗逆性、促进作物早熟的作用。
推动泥炭肥料研究和产业化开发是国际、国内肥料发展大趋势,是一项多学科合作的系统工程,需要科学家和肥料行业的共同努力,更需要国家在政策上进行扶持和推进。为了我国泥炭肥料大力发展,不落后于世界,我们需要做好许多方面的工作,第一,增加机理性研究;第二增加配方技术、生产工艺技术研究;第三,增加宣传力度,增加企业、农民对功能性肥料的了解;第四,加大对泥炭肥料研究的投入,改善研发条件,壮大发展队伍;第五,给予功能性肥料的推广应用以资金、信贷扶持及优惠政策;第六,由国家倡议建立功能性肥料研究基地和示范性企业等。