一种海藻有机肥及其制备工艺 【技术领域】
本发明涉及一种海藻有机肥及其制备工艺。背景技术 目前， 长期施用化肥已使农田生态环境、 土壤的理化性状以及土壤有效菌群受到 了不同程度的破坏， 对农作物的品质影响很大。 尤其是过多施用单质化肥如氮素肥料， 使土 壤板结加剧， 土壤肥力下降， 使农作物产品的品质和营养难以满足人们的需要， 更达不到绿 色食品的要求， 而且造成严重的环境污染。
传统的化学肥料肥效单一、 污染严重， 长期使用会导致土壤被破坏。 据有关专家调 查， 我国单位面积上化肥的施用量已居世界首位， 由于化肥的过量施用已造成了农产品和 饮用水中亚硝酸盐含量的超标， 严重地威胁国民的健康。
海藻肥属天然海藻提取物， 对人、 畜无害， 对环境无污染， 在国外被列入有机食品 生产专用肥料， 是天然、 高效、 新型的有机肥。
海藻中含有海藻多糖、 酚类、 多聚合物、 甘露醇、 甜菜碱、 海藻酸、 植物生长调节物 质和氮、 磷、 钾及铁、 硼、 钼、 碘等元素， 而非化学合成， 对人、 畜无害， 大面积使用后， 可大大 降低对环境的污染， 用其种植的农产品可达到绿色无公害的标准。 因此， 海藻肥完全符合现 代农业发展趋势， 市场空间非常广阔。 目前， 海藻肥等天然有机肥料已在欧美等发达国家和 地区广泛使用， 并在逐步替代化肥。
海藻肥具有很高的生物活性， 极少的用量就可刺激植物生长， 增加农产品的营养 成分含量和含糖量， 提高产量， 提高果实的风味、 色泽和耐储藏性。海藻肥可在多方面改善 作物的健康状况， 满足作物对某些微量元素的特殊要求， 有效防治植物的生理病害， 提高作 物的抗寒、 抗旱、 抗逆能力。 海藻肥还能在保护农业生态环境、 涵养土壤上起着重要作用。 其 含有的天然生长调节物质， 易于植物吸收传导， 长期施用可直接使土壤 ( 或通过植物使土 壤增加有机质 ) 激活土地中的各种有益微生物， 使土壤的生物效力增加。另外， 它含有的天 然化合物如藻朊酸钠是天然土壤调整剂， 能促进土壤团粒结构的形成， 改善土壤内部孔隙 空间， 协调土壤中固、 液、 气三者比例， 可恢复由于土壤负担过重和化学污染而失去的天然 胶质平衡， 使土地通气更好， 植物根系更深， 增加土壤生物活动， 增加速效养分的释放， 提高 作物的抗逆性， 建立最佳植物 - 土壤生态系统。因此， 海藻肥作为新型有机肥料， 可弥补我 国传统有机肥的不足， 对农业的可持续发展提供有力的保障， 对改善生态环境具有重要意 义。
我国仅大型经济海藻就有 100 多种， 烟台、 威海、 青岛等沿海地区的海藻资源更是 丰富， 其中不乏有高肥效的海藻种类。 此外， 近年来烟台、 威海、 青岛等沿海地区浒苔等海藻 泛滥， 严重污染了环境， 更是影响沿海景观。
目前， 国内外绝大部分厂家主要采用化学水解法生产海藻肥， 即利用强酸、 强碱在 高温高压的剧烈条件下对海藻进行处理， 这种方法工艺较为复杂， 条件苛刻， 并且破坏了海 藻中大量的有效成分。
发明内容 针对上述现有技术， 本发明提供了一种海藻有机肥及其制备工艺。
本发明是通过以下技术方案实现的 ：
一种海藻有机肥的制备工艺， 包括以下步骤 ：
(1) 将海藻去砂， 晒干或 50 ～ 70℃烘干， 使水分的含量低于 10％ ( 质量百分数 )， 得干燥的海藻 ；
(2) 将 上 述 干 燥 的 海 藻 粉 碎， 得 海 藻 粉， 海藻粉中海藻的粒度不大于 0.5cm×0.5cm， 然 后 将 海 藻 粉 与 水 以 质 量 比 1 ∶ (15 ～ 25) 的 比 例 混 合， 用盐酸 ( 优 选 0.1mol/L 的盐酸 ) 将 pH 调至 2 ～ 3， 温度调至 45 ～ 50 ℃， 超声波破壁， 破壁时间 0 ＜ t ≤ 12min， 超声波功率 100 ～ 125w ； 破壁后， 用 NaOH 溶液 ( 优选 0.1mol/L 的 NaOH 溶 液 ) 将 pH 调至 4 ～ 5， 再用超声波提取 40 ～ 60min， 超声波功率 125 ～ 200w， 得浸提液 ；
(3) 将上述浸提液过滤、 离心以除去不溶物， 然后将得到的清液通过 5 ％ ( 质量 百分数 ) 活性炭进行脱色， 脱色后， 浓缩， 控制浓缩温度 45 ～ 50 ℃， 浓缩蒸汽压力保持在 0.03 ～ 0.05Mpa， 浓缩至固形物的含量在 20％～ 50％ ( 质量百分数 ) ； 干燥后即得海藻有 机肥 ； 进一步地， 为强化营养， 可根据需求， 加入尿素、 磷酸二氢钾和微量元素等营养成分， 得到所需要的海藻有机肥， 加入方式有以下几种 ：
A. 向干燥后的海藻有机肥中加入尿素、 磷酸二氢钾和微量元素等营养成分， 进行 复配， 得到所需要的海藻有机肥。
B. 向上述脱色后、 浓缩前的溶液中加入尿素、 磷酸二氢钾和微量元素等营养成分， 得到所需要的海藻有机肥。
C. 向干燥后得到的海藻有机肥中加水配成 10 ～ 100g/L 的溶液， 然后再加入尿素、 磷酸二氢钾和微量元素等营养成分， 得到所需要的海藻有机肥。
优选的， 以加入方式 C 为例， 加入的尿素和磷酸二氢钾的量， 按加入后溶液中氮 ≥ 10g/L、 磷 (P2O5) ≥ 30g/L、 钾 (K2O) ≥ 60g/L 计 ； 加入微量元素的量， 按加入后溶液中锌 ≥ 4g/L、 铁≥ 3/、 L 硼≥ 3g/L 计， 加入微量元素是以加入 EDTA-Zn、 EDTA-Fe 和硼砂实现的。
所述海藻为浒苔 [Enteromorpha prolifera(Muller)J.Agardh]， 裙带菜 [Undaria pinnatifida(Harvey)Suringar]， 羊栖菜 [Sargassum fusiforme(Harvey)Setch] 或 / 和海 带 [Laminaria japonica Areschoug] 等。
一种利用上述制备工艺制备得到的海藻有机肥。
本发明的海藻有机肥采用超声提取， 其具有以下优点 ： 超声提取技术的基本原理 主要是利用超声波的空化作用加速植物有效成分的浸出提取， 另外超声波的次级效应， 加 机械振动、 乳化、 扩散、 击碎、 化学效应等也能加速欲提取成分的扩散释放并充分与溶剂混 合， 利于提取。 与常规提取法相比， 具有提取时间短、 产率高、 避免长时间高温条件下降解变 性避免高温高压对有效成分的破坏， 无需加热等优点， 具体如下 ：
1. 提取效率高 ： 超声波独具的物理特性能促使植物细胞组织破壁或变形， 提取更 充分， 提取率比传统工艺显著提高达 50 ～ 500％ ；
2. 提取时间短 ： 超声波提取通常在 24 ～ 40 分钟即可获得最佳提取率， 提取时间 较传统方法大大缩短 2/3 以上， 原料处理量大 ；
3. 提取温度低 ： 超声提取最佳温度在 40 ～ 60℃， 对遇热不稳定、 易水解或氧化的 有效成分具有保护作用， 同时大大节能能耗 ；
4. 适应性广 ；
5. 提取药液杂质少， 有效成分易于分离、 纯化 ；
6. 提取工艺运行成本低， 综合经济效益显著 ；
7. 操作简单易行， 设备维护、 保养方便。
本发明的海藻有机肥最大程度上保留了海藻的海藻酸、 海藻多糖、 甘露醇、 甜菜碱 等原生态营养成分， 能够增加农产品的营养成分含量， 提高产量， 并能提高农作物的抗病、 抗寒、 抗旱等抗逆性， 增强作物吸水、 吸肥及保水能力。 本发明的海藻有机肥， 产品水不溶物 ≤ 50g/L(1 ∶ 250 倍稀释 ) ； pH 值 (1 ∶ 250 倍稀释 ) ： 3.0-9.0 ； 总砷 ( 以 pb 计 ) ≤ 0.5mg/ kg ； 铅 ( 以 pb 计 ) ≤ 1.0mg/kg。本发明以海藻为原料生产海藻肥， 解决了环境污染问题， 变废为宝， 节约了生产成本， 具有巨大的经济价值和深远的环境意义。 具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。 实施例 1 制备海藻有机肥
步骤如下 ：
(1) 将海藻去砂， 晒干， 使水分的含量低于 10％ ( 质量百分数 )， 得干燥的海藻 ；
(2) 将 上 述 干 燥 的 海 藻 粉 碎， 得 海 藻 粉， 海藻粉中海藻的粒度不大于 0.5cm×0.5cm， 然后将海藻粉与水以质量比 1 ∶ 20 的比例混合， 用 0.1mol/L 的盐酸将 pH 调至 3， 温度调至 50℃， 超声波破壁， 破壁时间 10min， 超声波功率 125w ； 破壁后， 用 0.1mol/ L 的 NaOH 溶液将 pH 调至 5， 再用超声波提取 50min， 超声波功率 150w， 得浸提液 ；
(3) 将上述浸提液过滤、 离心以除去不溶物， 然后将得到的清液通过 5％ ( 质量百 分数 ) 活性炭进行脱色， 脱色后， 浓缩， 控制浓缩温度 50 ℃， 浓缩蒸汽压力保持在 0.03 ～ 0.05Mpa， 浓缩至固形物的含量在 40％ ( 质量百分数 ) ； 干燥后即得海藻有机肥。
所制备得到的海藻有机肥， 其水不溶物≤ 50g/L(1 ∶ 250 倍稀释 ) ； pH 值 (1 ∶ 250 倍稀释 ) ： 3.0-9.0 ； 总砷 ( 以 pb 计 ) ≤ 0.5mg/kg ； 铅 ( 以 pb 计 ) ≤ 1.0mg/kg。
(4) 进一步地， 为强化营养， 向干燥后得到的海藻有机肥中加水配成 50g/L 的溶 液， 然后再加入尿素、 磷酸二氢钾和微量元素等营养成分， 得到营养强化的海藻有机肥， 加 入的尿素和磷酸二氢钾的量， 按加入后溶液中氮＝ 10g/L、 磷 (P2O5) ＝ 30g/L、 钾 (K2O) ＝ 60g/L 计 ； 加入微量元素的量， 按加入后溶液中锌＝ 4g/L、 铁＝ 3/、 L 硼＝ 3g/L 计， 加入微量 元素是以加入 EDTA-Zn、 EDTA-Fe 和硼砂实现的。
本实施例中所用海藻为浒苔 [Enteromorpha prolifera(Muller)J.Agardh]， 通过 烟台、 威海、 青岛海面漂浮海藻中收集。
实施例 2 海藻有机肥的功效
藻酸水溶性肥料在黄瓜上应用试验报告
为了验证海藻有机肥在黄瓜生产上应用的效果， 以探讨该肥对黄瓜生理性状和产 量的影响， 为黄瓜的高产、 优质、 高效种植提供依据， 设置了本试验， 现将试验情况报告如 下：
5CN 102491798 A
土壤类型 棕壤土 有机质 (g/kg) 9.14说明书4/7 页1. 试验时间和地点 ： 1.1 试验时间 ： 2010 年 9 月 30 日—— 1 月 20 日 1.2 试验地点 ： 文登市宋村镇硝一村 2. 试验材料与方法 2.1 供试土壤碱解氮 (mg/kg) 95.2 有效磷 (mg/kg) 速效钾 (mg/kg) 124.7 131.1 PH 值 6.12.2 供试肥料 ： 实施例 1 制备的营养强化的海藻有机肥 ； 有机肥料 ( 为常规农家粪 肥， 其总养分 (N+P2O5+K2O) ≥ 4％， 有机质≥ 30％ ) ； 尿素 ； 有机无机复混肥 ( 为有机肥料与 无机肥料尿素、 磷酸二氢钾的混合， 其 N、 P2O5、 K2O 的含量分别是 15％、 6％、 9％ )。
2.3 供试作物 ： 黄瓜
2.4 试验方案与方法 ：
处理 1 ： 常规施肥 + 实施例 1 制备的营养强化的海藻有机肥的 800 倍 ( 体积倍数 ) 稀释液 ( 每亩 40L 稀释液 )。
处理 2 ： 常规施肥 + 与处理 1 等量清水。
处理 3 ： 常规施肥 ： 每 666.7m2 基施有机肥料 5000kg， 尿素 25kg， 有机无机复混肥 料 75kg。
小区面积 30m2， 重复 3 次， 随机排列， 四周设保护行， 一般南北向， 行距 60cm 株距 30cm， 每亩 3500 株左右， 分别在黄瓜移栽后 10 天、 25 天、 40 天喷施至叶片湿润。各处理土 壤理化性质相同， 试验小区苗数一致， 浇、 排水条件较好 ( 小区单灌单排 )， 采用相同的田间 管理措施， 符合生产要求， 并由专人在同一天完成。
3. 试验结果与分析
3.1 不同处理对黄瓜生物性状的影响 ： 喷施叶面肥后， 喷施区黄瓜植株生育性状 较对照区有明显改善， 叶色浓绿， 茎秆粗壮， 长势旺盛， 抗逆性增强， 且衰老延缓， 盛果期长， 如表 1 所示。
表 1 不同处理对黄瓜生物性状的影响
不同处理 处理 1 处理 2 处理 3 定植期 9.30 9.30 9.30 开花期 10.13 10.15 10.15 座果期 10.16 10.18 10.18 始收期 10.28 10.30 10.30 瓜长 (cm) 36.6 34.9 34.6 瓜重 (g) 186.1 177.4 175.9 叶色 深绿色 绿色 绿色 果型 正常 少量畸形 少量畸形
从表 1 可以看出， 开花期、 座果期、 始收期处理 1 均早于处理 2 和处理 3， 处理 2 和 处理 3 相同， 瓜长、 瓜重处理 1 明显好于处理 2 和处理 3， 处理 2 和处理 3 相差不大， 处理 1 叶色深绿， 果型正常， 由此推断该肥可提高光合作用， 促进开花， 提前座果， 促进生长， 瓜型生长良好， 单果重增加， 叶片肥厚鲜绿。
3.2 不同处理对黄瓜产量及产值的影响
表 2 不同处理对黄瓜产量及产值的影响
注： 当时黄瓜销售的平均价格为 2.8 元 / 公斤， 每亩每次喷施 93.75 克有机水溶肥 料， 共计 281.25 克， 每公斤有机水溶肥料 60000 元 / 吨， 处理 1 的生产成本 3716.9 元， 处理 2 的生产成本 3700 元， 处理 3 生产成本 3550 元。
从表 2 可以看出处理 1 的产量明显高于处理 2 和处理 3， 处理 2 略高于处理 3， 处 理 1 增收效果明显， 并且投入产出比最高。由此可推断该肥有明显的增产增效作用。
3.3 方差分析
表 3 方差分析表
表 4LSR 法最小显著平准表
表 5 各处理平均产量多重比较表从表 3、 表 4、 表 5 中可以看出， 处理 1 和处理 2， 处理 1 和处理 3 相差显著， 处理 2 和处理 3 无显著差异。
3. 试验结论 3..1 海藻有机肥能有效改善生长性状， 且抗逆性增强， 病虫害降低， 促进黄瓜的生 3.2 黄瓜叶面喷施海藻有机肥具有极显著的增产效果。 实施例 3 制备海藻有机肥 步骤如下 ： (1) 将海藻去砂， 60℃烘干， 使水分的含量低于 10％ ( 质量百分数 )， 得干燥的海长发育。
藻； (2) 将 上 述 干 燥 的 海 藻 粉 碎， 得 海 藻 粉， 海藻粉中海藻的粒度不大于 0.5cm×0.5cm， 然后将海藻粉与水以质量比 1 ∶ 15 的比例混合， 用 0.1mol/L 的盐酸将 pH 调至 2， 温度调至 50℃， 超声波破壁， 破壁时间 12min， 超声波功率 150w ； 破壁后， 用 0.1mol/ L 的 NaOH 溶液将 pH 调至 4， 再用超声波提取 50min， 超声波功率 150w， 得浸提液 ；
(3) 将上述浸提液过滤、 离心以除去不溶物， 然后将得到的清液通过 5％ ( 质量百 分数 ) 活性炭进行脱色， 脱色后， 浓缩， 控制浓缩温度 45 ℃， 浓缩蒸汽压力保持在 0.03 ～ 0.05Mpa， 浓缩至固形物的含量在 50％ ( 质量百分数 ) ； 干燥后即得海藻有机肥。
所制备得到的海藻有机肥， 其水不溶物≤ 50g/L(1 ∶ 250 倍稀释 ) ； pH 值 (1 ∶ 250 倍稀释 ) ： 3.0-9.0 ； 总砷 ( 以 pb 计 ) ≤ 0.5mg/kg ； 铅 ( 以 pb 计 ) ≤ 1.0mg/kg。
(4) 进一步地， 为强化营养， 向干燥后得到的海藻有机肥中加水配成 100g/L 的溶 液， 然后再加入尿素、 磷酸二氢钾和微量元素等营养成分， 得到营养强化的海藻有机肥， 加 入的尿素和磷酸二氢钾的量， 按加入后溶液中氮＝ 15g/L、 磷 (P2O5) ＝ 35g/L、 钾 (K2O) ＝ 65g/L 计 ； 加入微量元素的量， 按加入后溶液中锌＝ 5g/L、 铁＝ 4/、 L 硼＝ 4g/L 计， 加入微量 元素是以加入 EDTA-Zn、 EDTA-Fe 和硼砂实现的。
本实施例中所用海藻为羊栖菜 [Sargassum fusiforme(Harvey)Setch]， 通过烟 台、 威海、 青岛海面漂浮海藻中收集。
实施例 4 制备海藻有机肥
步骤如下 ：
(1) 将海藻去砂， 70℃烘干， 使水分的含量低于 10％ ( 质量百分数 )， 得干燥的海 藻；
(2) 将 上 述 干 燥 的 海 藻 粉 碎， 得 海 藻 粉， 海藻粉中海藻的粒度不大于 0.5cm×0.5cm， 然后将海藻粉与水以质量比 1 ∶ 25 的比例混合， 用 0.1mol/L 的盐酸将 pH 调至 3， 温度调至 50℃， 超声波破壁， 破壁时间 6min， 超声波功率 200w ； 破壁后， 用 0.1mol/L 的 NaOH 溶液将 pH 调至 5， 再用超声波提取 50min， 超声波功率 200w， 得浸提液 ；
(3) 将上述浸提液过滤、 离心以除去不溶物， 然后将得到的清液通过 5％ ( 质量百 分数 ) 活性炭进行脱色， 脱色后， 浓缩， 控制浓缩温度 50 ℃， 浓缩蒸汽压力保持在 0.03 ～ 0.05Mpa， 浓缩至固形物的含量在 30％ ( 质量百分数 ) ； 干燥后即得海藻有机肥。
所制备得到的海藻有机肥， 其水不溶物≤ 50g/L(1 ∶ 250 倍稀释 ) ； pH 值 (1 ∶ 250 倍稀释 ) ： 3.0-9.0 ； 总砷 ( 以 pb 计 ) ≤ 0.5mg/kg ； 铅 ( 以 pb 计 ) ≤ 1.0mg/kg。
(4) 进一步地， 为强化营养， 向干燥后得到的海藻有机肥中加水配成 10g/L 的溶 液， 然后再加入尿素、 磷酸二氢钾和微量元素等营养成分， 得到营养强化的海藻有机肥， 加
入的尿素和磷酸二氢钾的量， 按加入后溶液中氮＝ 12g/L、 磷 (P2O5) ＝ 32g/L、 钾 (K2O) ＝ 63g/L 计 ； 加入微量元素的量， 按加入后溶液中锌＝ 4g/L、 铁＝ 3/、 L 硼＝ 3g/L 计， 加入微量 元素是以加入 EDTA-Zn、 EDTA-Fe 和硼砂实现的。
本实施例中所用海藻为裙带菜 [Undaria pinnatifida(Harvey)Suringar]， 通过 烟台、 威海、 青岛海面漂浮海藻中收集。
实施例 5 制备海藻有机肥
步骤如下 ：
(1) 将海藻去砂， 50℃烘干， 使水分的含量低于 10％ ( 质量百分数 )， 得干燥的海 藻；
(2) 将 上 述 干 燥 的 海 藻 粉 碎， 得 海 藻 粉， 海藻粉中海藻的粒度不大于 0.5cm×0.5cm， 然后将海藻粉与水以质量比 1 ∶ 20 的比例混合， 用 0.1mol/L 的盐酸将 pH 调至 3， 温度调至 50℃， 超声波破壁， 破壁时间 10min， 超声波功率 125w ； 破壁后， 用 0.1mol/ L 的 NaOH 溶液将 pH 调至 5， 再用超声波提取 50min， 超声波功率 150w， 得浸提液 ；
(3) 将上述浸提液过滤、 离心以除去不溶物， 然后将得到的清液通过 5％ ( 质量百 分数 ) 活性炭进行脱色， 脱色后， 浓缩， 控制浓缩温度 50 ℃， 浓缩蒸汽压力保持在 0.03 ～ 0.05Mpa， 浓缩至固形物的含量在 20％ ( 质量百分数 ) ； 干燥后即得海藻有机肥。 所制备得到的海藻有机肥， 其水不溶物≤ 50g/L(1 ∶ 250 倍稀释 ) ； pH 值 (1 ∶ 250 倍稀释 ) ： 3.0-9.0 ； 总砷 ( 以 pb 计 ) ≤ 0.5mg/kg ； 铅 ( 以 pb 计 ) ≤ 1.0mg/kg。
本实施例中所用海藻为海带 [Laminaria japonica Areschoug]， 通过烟台、 威海、 青岛海面漂浮海藻中收集。
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