CN100569900C - 一种秸秆木炭制备的土壤扩蓄增容剂及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种秸秆木炭制备的土壤扩蓄增容剂，制得的该土壤扩蓄增容剂由以下原料及其重量百分比组成：秸秆木炭：10%、粘土：25%～30%、磷酸二氢钾：10%～20%、磷酸二铵：15%～20%、油菜渣：10%～15%、尿素：1%～3%，高脂膜：1%～2%、作物混合秸秆：10%～18%。其制备方法先将秸秆木炭去杂，分级，经粉碎后研磨至1mm以下，过20目筛，与粘土混合，将辅料磷酸二氢钾，磷酸二铵，油菜渣，作物混合秸秆风干，分别粉碎并研磨至1mm以下，过20目筛，然后混合，搅拌均匀，经制粒、包装即得。每公顷施用750kg-1500kg。棉花等作物可增产10%以上，提高水分利用效率10%以上，在干旱半干旱地区，能充分利用天然降雨，保水保肥提高土壤肥力，有利于生态保护。

Description

一种秸秆木炭制备的土壤扩蓄增容剂及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种土壤扩蓄增容剂及其制备方法，特别是一种利用秸秆木炭为原料制备的土壤扩蓄增容剂及其生产方法，为合理利用农业资源开辟了一条新途径。

背景技术

1.我国秸秆木炭现状

木炭广泛用于冶金化工、烟花爆竹、冬季取暖、干果加工、食品烧烤等行业，需要量日趋增多。以木材为原料生产木炭，成本高，周期长，而且目前各地封山育林，不准乱砍滥伐，因木炭用途广、销量大，总是屡禁不止，严重破坏了当地的森林资源和生态平衡，损失惨重。用作物秸秆生产木炭，不破坏国家森林资源，保护生态环境，变废为宝，解决了这一老大难问题。农作物的秸秆，含有相当数量的作物必需的碳、氮、磷、钾等营养元素，既可以作为饲料，又可以直接还田作为有机肥源，具有改善土壤的理化性状和生物学性状、提高土壤肥力、增加作物产量等作用，是一种宝贵的生物资源，应该加以大力提倡。但是，许多地区在农作物收获后，为了方便，就地将其焚烧。烧毁树木、农作物的现象时有发生，最主要是对环境造成了严重污染。各种作物秸秆可燃物，不需粉碎，直接炭化一小时就可制成木炭。秸秆木炭原料广泛，产品性能优于普通木炭，燃烧时间是普通木炭的两倍，而且含碳好，无毒无味，无烟无残渣，产品用途广。

2.国外秸秆木炭综合利用现状

农业生产上，农作物的大量产品在很大程度上是依赖农药和化肥。现在农药，化肥的危害被越来越多的人们所认识，长期使用会破坏土壤环境，土壤微生物灭绝，地力下降。为寻找体贴环境的新农法，使用木炭(粉)的农户在日本、韩国、美国及欧洲一些国家愈来愈多。他们将木炭粉应用在蔬菜、果树、花卉、马铃薯等农作物或畜牧业及人类的药用上，被誉为21世纪绿色食品。这种新农法在国外正大力推广，国内发现的仅2005年山东省安丘市福华食品有限公司用木炭粉种植了“15亩春秋王大白菜”，被日本商人按国际有机食品改良协会OCIA标准，检验合格全部收购出口。

3.国内秸秆木炭综合利用现状

将木炭放入种植农作物的根部，撒在田里，其颗粒会改善土壤中空气和水分流通，而且对木炭中含有的矿物质，溶在土中促进作物生长。在中国的古代，人们把木炭置于身边，能够防止氧化、老化和腐败。1972年1月16日在长沙出土的马王堆一号汉墓，软侯夫人的尸体得以千年不腐，就是因为掩埋在5吨的木炭中，得益于碳素长年累月供应电子，同时有效地防止了地下害虫、细菌的侵入。古代人用刀切开马铃薯沾木炭下种，是祖先们摸索出的沾灰方法，起到了杀菌、消毒和防腐的三大作用。2005年9月陆良县君茂栗炭厂在陆良华侨农场2队苏德安菜农家，用炭粉种植蔬菜0.9亩获得成功，继后又种植4亩。

3.1木炭在农业方面的用途

(1)改良土壤：在农作物的根部施入木炭(粉)，具有很好的透水性或增强土壤的通气性。土壤通气性良好，氧气供给充分，在良好的水分及养分条件下新生根的数量多。同时在木炭表面上可以生成根粒菌，形成适合植物的农业土壤，更有效地解除根部虫害如蝼蛄类(拉拉蛄、拉蛄、土狗子等)、地老虎类(俗称土蚕、地蚕、切根虫、夜盗虫等)及金针虫类对根的侵害。

(2)保持土壤水分：木炭具有吸湿放湿功能。木炭在相对湿度为50％以上，能迅速吸附20％左右的水分。在作物受干旱时，它还吸收四周土壤的水分，供给植物吸收。可以借助于土壤含水量调节作物的生长状况，促进作物健壮生长，适时成熟收割。

(3)提高地温。在大田作物的生长期间，向作物的表面及根部撒炭粉，由于黑色炭粒吸收太阳热能，可使作物土壤温度升高。

(4)对作物具有远红外线的放射效果

木炭原材料的木材本性温热，一旦烧成炭，更具有温热性，是木炭所具有的远红外线放射功能的效应。这种放射效果能促进作物体内的物质循环。用于蔬菜上，叶片呈绿色，未施炭粉的叶片呈紫色偏白。君茂栗炭厂试验的蔬菜，时间上提前上市。

(5)农药和肥料的缓释剂

利用木炭的吸附功能，使农药和有机肥含量保持一个平衡状态，利用这一平衡可以使农药或肥料均缓释放，供作物正常吸收。从而减少农药，化肥的流失，解决作物生长过程中有“粮”吃不了，无“粮”不生长的症状。

(6)具有木醋液的木炭

能解除农药药害，恢复正常生育，有效防治烟草病毒病，而且能改善土壤理化性质，有助于防治土壤病虫害。

此外，木炭还可增加土壤CO2含量，吸附土壤中有害金属；增强土壤微生物的活力。

3.2木炭在工业方面的用途

(1)冶金

木炭冶炼的生铁一般具有细粒结构，铸件紧密，没有裂纹的特点，用木炭生产的生铁含杂质少，适于生产优质钢。在有色金属生产中，木炭常用作表面助熔剂，既可减少熔融金属的飞溅损失，又可降低熔融物中气体的饱和度。大量木炭还用于结晶硅生产，但生产结晶硅用的木炭不应含有生炭头和过多的灰分。

(2)化工

凡是要求表面具有较高的硬度和耐磨性，而中心具有良好韧性的所有钢制品都要进行渗碳。用来对钢制品进行渗碳作用的含碳混合物称为渗碳剂。木炭作为原料，再加入一定数量的接触剂，制成渗碳剂。木炭是制造二硫化碳的最好原料，用来制造二硫化碳的木炭，应当是坚硬、容积重大、灰分和水分含量小，固定碳含量高。

还可以在医药、化妆品、环保方面的应用。

3.3木炭在生活领域的用途

(1)人们常用木炭取暖，烧烤、火锅用的燃料，特别是机制木炭，由于具有无烟，无毒，热量大，燃烧时间长，故越来越受到人们的青睐。

(2)木炭上有着纵横无数的洞孔，这些洞孔具有吸附各种各样的物质以及发放出吸附着的物质的功能，所以，人们用它作除湿剂。木炭砖具有吸湿性和吸水性小、比重大和热值高的优点，在潮湿时，木炭会吸收潮气，在干燥的时候，它会把吸收了的潮湿发放出来，从而出色地发挥调节湿度的作用。此外，木炭还能消除房间里的气味和有害物质等。

(3)多孔性木炭不仅可以蓄留植物根部所需水分，还可以改善土壤的透气性和排水性，为有益于植物的微生物提供良好的生存空间，因此在花木盆栽土里掺进5％～10％豆粒大小的木炭，能为植物提供健康的生长环境。而庭院树木，则增强很强的抗病虫害能力。当今的装修理念已开始注意环保、自然、健康、人性化的特点。装饰性木炭，利用木炭孔隙吸附装潢后停留在空气中的苯等有害物质；家庭绿色装饰中，利用多孔性木炭孔隙中小小空间，加上一撮土，便可育出一棵繁茂的盆景；另外，还可以将木炭放入鱼缸吸附水中杂质。木炭还可以帮助保存食品，如冰箱上可以用它作除臭剂。

4.木炭应用的意义

目前，国家提倡建设节约环保型社会，更需要不断提高农产品产量及品质，是新农业发展的方向。同时，国家又不断地鼓励各类科技人士自主创新，促进科技的进步，木炭应用在农业生产上，实现农业科学发展观必将产生深远的意义。

(1)提高土地效率。地力下降，是一个普遍存在的问题。如何改良土壤，克服连作障碍，增强土壤的透气性，改善土壤的酸碱性，是当今的一大课题。

(2)有效地解决地下虫害对作物的危害。病虫害的三大传播方式：空气、水、土壤。木炭有杀菌、抵制地下害虫侵入的作用，从水源上杜绝细菌的传播；对土壤进行改良，达到减少虫害目的。

(3)改变生理性病害的有效途径。土壤中缺少某种元素和某种元素过多引起中毒；水分过多或过少；农药的药害以及环境污染等等，木炭能吸附沉积在土壤中的毒素，能吸附残留在农田的药害等，如果用木炭、木醋液和其他混合使用，可为当前改变生理性病害的有效途径。

发明内容

本发明目的在于提供一种秸秆木炭制备的土壤扩蓄增容剂及其生产方法，该方法原料采用秸秆木炭、粘土以及农作物混合秸秆废弃物，能够洁净生产出有利生态农业的新型土壤扩蓄增容剂，可广泛应用于生态农业节水工程中，有利于充分利用天然降水，保水保肥，增产增收。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种秸秆木炭制备的土壤扩蓄增容剂，其特征在于，制得的该土壤扩蓄增容剂由以下原料及其重量百分比组成：秸秆木炭：10％～20％、粘土：25％～35％、磷酸二氢钾：10％～20％、磷酸二铵：15％～20％、油菜渣：10％～15％、尿素：1％～3％，高脂膜：1％～2％、农作物混合秸秆：10％～18％，上述原料的百分比之和为100％。

上述土壤扩蓄增容剂的制备方法，其特征在于，该方法选用经筛选分级的废弃砖块砂浆和泥土为主要原料，并加入磷酸二氢钾、磷酸二铵、油菜渣、秸秆、尿素、高脂膜，具体包括下列步骤：

首先将秸秆木炭去杂，经粉碎后研磨至1mm以下，过20目筛，得到秸秆木炭粉末；

再将辅料粘土，磷酸二氢钾，磷酸二铵，油菜渣，农作物混合秸秆风干，分别粉碎并研磨至1mm以下，过20目筛备用；

将秸秆木炭10％～20％、粘土25％～30％、磷酸二氢钾10％～20％、磷酸二铵15％～20％、油菜渣10％～15％、尿素1％～3％，高脂膜1％～2％、作物混合秸秆10％～18％混合，搅拌均匀，经制粒、包装即得。

采用本发明制备的土壤扩蓄增容剂可充分提高农田秸秆的综合利用效率，变废为宝。用其制备的土壤保水保肥剂，可提高水分利用率10％以上，更能增产增收。经实验研究证明，本发明制备的保水保肥剂，施用于棉花等作物，离地表面20cm-30cm的土壤层含水量增高2％，每公顷节水900m³～1000m³，可增产12％以上，农民节约投资2250元/hm²～3000元/hm²。日产100吨的企业，年可生产30000余吨保水保肥剂产品，产值3000余万元，节约天然雨水1800万m³～3000万m³。可安排农村剩余劳动力300-500人，农民增收300-500万元，每年产品可施用土地面积200万公顷，增产增收7500万元。因此具有良好的社会效益，环境效益和生态效益。

附图说明

图1是本发明的制备方法工艺流程图；

图2是基础材料吸水效果图；

图3是基础材料保水效果图；

图4是保水保肥剂对苗干重的影响图。

以下结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

本发明所述的土壤扩蓄增容剂是指能有效改善土壤团粒结构、增加土壤有效孔隙的扩蓄增容，抑制土壤表面无效蒸发、有效改善土壤持水保水能力的复合材料。

以下是发明人给出的实施例，需要说明的是这些实施例均为本发明较优的实例，本发明并不限于这些实施例，本领域的技术人员按照本发明公开的方案，对其中的技术特征所作的等效替换、添加，均包含在本发明的保护范围。

实施例1：

本实施例的土壤扩蓄增容剂，由以下原料及其重量百分比组成：秸秆木炭粉末：10％、粘土：30％、磷酸二氢钾：10％、磷酸二铵：20％、油菜渣：10％、尿素：1％，高脂膜：1％、作物混合秸秆：18％。

制作上述环保土壤保水保肥剂方法，具体包括下列步骤：

(1)原料秸秆木炭研磨至1mm(20目)以下，研磨后过筛备用。

(2)再将辅料粘土，磷酸二氢钾，磷酸二铵，油菜渣，混合作物秸秆等风干，粉碎，研磨，过1毫米(20目)筛备用。

(3)将秸秆木炭粉末：10％、粘土：30％、磷酸二氢钾10％、磷酸二铵20％、油菜渣10％、尿素1％，高脂膜1％、作物混合秸秆18％混合，搅拌均匀。

经常规的制粒机(采用山东青山市制粒机)制粒、包装(25公斤/袋)即可得到土壤扩蓄增容剂。

上述作物混合秸秆可以是麦秸杆和高梁杆的混合物，或者是玉米秸秆和麦秸杆的混合物或其它作物秸秆的混合物。

实施例2：

本实施例与实施例1所不同的是原料的成分有所不同，其制备方法与实施例1相同。

原料及其重量百分比组成为：秸秆木炭粉末：15％、粘土：30％、磷酸二氢钾：15％、磷酸二铵：15％、油菜渣：10％、尿素：2％，高脂膜：1.5％、作物混合秸秆：11.5％。

实施例3：

本实施例与实施例1所不同的是原料的成分有所不同，其制备方法与实施例1相同。

原料及其重量百分比组成为：秸秆木炭粉末：20％、粘土：25％、磷酸二氢钾：18％、磷酸二铵：15％、油菜渣：10％、尿素：1％，高脂膜：1％、作物混合秸秆：10％。

实施例4：

本实施例与实施例1所不同的是原料的成分有所不同，其制备方法与实施例1相同。

原料及其重量百分比组成为：秸秆木炭粉末：10％、粘土：30％、磷酸二氢钾：16％、磷酸二铵：15％、油菜渣：15％、尿素：1％，高脂膜：2％、作物混合秸秆：11％。

实施例5：

本实施例与实施例1所不同的是原料的成分有所不同，其制备方法与实施例1相同。

原料及其重量百分比组成为：秸秆木炭粉末：15％、粘土：25％、磷酸二氢钾：15％、磷酸二铵：15％、油菜渣：12％、尿素：3％，高脂膜：1％、作物混合秸秆：14％。

实施例6：

本实施例与实施例1所不同的是原料的成分有所不同，其制备方法与实施例1相同。

原料及其重量百分比组成为：秸秆木炭粉末：10％、粘土：25％、磷酸二氢钾：15％、磷酸二铵：15％、油菜渣：20％、尿素：2％，高脂膜：1％、作物混合秸秆：12％。

采用本发明的土壤扩蓄增容剂，每公顷用量为750kg-1500kg。实验表明，棉花等作物可增产12％以上，提高水分利用效率10％以上，在干旱半干旱地区，能充分利用天然降雨，保水保肥提高土壤肥力，有利于生态保护。

上述实施例中的高脂膜是20年前由北京农业大学韩金声教授研究成功，在果树等作物上应用有一定效果。高脂膜是一种油性物质，实验证明加入适量的高脂膜对保水保墒有一定的促进作用。

本发明采取室内与大田试验相结合的方法，对制备的土壤扩蓄增容剂进行了验证，实验采取基础材料粉碎、研磨后装营养钵、置于瓷盘内自行吸水、失水的方法。土壤为对照，重复四次，连续实验2-3次，然后计算其吸水性、吸水速率、保水性以及失水特性。优先选择吸水、保水、失水效果好的基楚材料为扩蓄增容剂主要原料，辅料选择有利扩蓄增容无机有机肥料和化合物，进一步粉碎、研磨，搅拌均匀后再进行营养钵自行吸水、保水、失水实验，土壤为对照，重复4次，连续实验2-3次，然后计算吸水性、吸水速率、保水性以及失水特性。优先选择吸水、保水、失水效果良好的扩蓄增容剂配方，进行土壤不同水平模拟实验，按材料特性和产品成本进行不同作物苗期鲜、干重鉴定，进一步测试扩蓄增容剂新产品对作物苗期鲜、干重的影响，从中筛选最佳的配方及施用量。在此基楚上，再行大田试验示范。经多年多点试验示范，选择效果最好的配方，加工，生产，检验，在大田推广。

保水、失水实验实施例：

保水保肥剂的基础材料的选择最重要，所有合成剂所使用的原料及辅料均有吸水、保水、失水等功能。据此，发明人设计了不同质地基础材料的吸水、保水、失水实验，实验结果见表1、表2、图1、图2。

基础材料吸水表(克)

一次

二次

三次

四次

五次

土壤(CK)	52.13	58.38	61.33	62.49	64.92
						秸秆木炭	103.93	132.65	134.96	136.95	155.59
煤矸石	75.21	75.72	76.49	77.24	85.06
						玉米秸秆	75.90	400.15	421.55	442.45	1011.75
小麦秸秆	94.41	543.15	601	652.25	1066.95
						生活炉渣	97.08	124.53	126.7	128.28	133.75
建筑垃圾	56.86	57.88	58.76	59.29	61.4
						油菜籽渣	72.56	93.65	95.14	95.61	182.03

表2基础材料失水效果表(克)

	土壤(ck)	木炭	煤矸石	玉米秸秆	小麦秸秆	生活炉渣	建筑垃圾	油菜籽渣
									六天后含水量(g)	11.098	68.098	23.426	526.215	565.363	27.403	13.39	108.444

由表1表2、图2、图3可知：小麦和玉米秸秆吸水性最强，为本身重量的20倍以上；秸秆木炭平均吸水量相当于土壤(对照)的2倍以上；经六天(温度50℃、湿度30％)失水后，含水量比对照高6个百分点，因此，具有一定保水性；且是磷酸二铵、磷酸二氢钾的良好载体；油菜渣吸水性明显高于土壤(对照)。因此，以上基础材料是合成保水保肥剂的优质材料。

保水保肥剂的实验研究结果

利用基础材料合成保水保肥剂后，经实验研究，对作物(棉花等)苗期鲜、干重具有良好的促进作用，详见表3、图4。

表3合成剂不同水平对棉苗干重的影响

	对照1	配方对照2	对照2	配方1	配方2	配方3	配方4	配方5	配方6
											1-28CK	9-12CK	1-24CK	平均	平均	平均	平均	平均	平均
苗干重(g/株)	0.039	0.046	0.064	0.064	0.048	0.062	0.069	0.063	0.068

由表3、图3可知，利用秸秆木炭生产保水保肥剂，在棉花苗期实验结果显示，比土壤(对照)高2个百分点，说明保水保肥剂不仅节水保墒，而且能提高土壤肥力，促进棉苗生长，增加干物质积累，因此，利用秸秆木炭生产土壤保水保肥剂，无疑是节水农业，生态农业的一项创新技术。

本发明带来的技术效果是：

(1)环境效益

利用秸秆木炭、城乡建筑垃圾、污水污泥、作物秸秆、活性炭、煤矸石、油菜渣和生活垃圾等辅料，混合后生产保水保肥有机复合肥，大大减少蚊蝇等的滋生机会，降低病原菌存活时间，切断了病原菌传播到人类的途径，避免了城市污水污泥二次污染和城市垃圾的潜在威胁。将城市固体废物回用到自然中，在保护城市环境的同时，又解决了农业上造成的偏施无机肥，使土壤养分比例失调、土壤退化等问题，有利于农业生态环境良性循环和农业经济的可持续发展。

(2)社会效益

把农田秸秆充分综合利用，生产农用有机复合肥，为农业部门提供了优质、价廉、高效的生态肥料，也使作物增产增收，同时变废为宝，既发展了环保产业，同时也为城市、乡村增加了新的就业机会。

(3)经济效益

若按年产3000万吨的生产能力进行经济核算，按照本研究的方法生产出的有机复合肥成本价为800～850元/吨，而市售高效三元复合肥市场售价一般为1100～1200元/吨，每年可增加3000万元产值。因此本发明研究的有机复合肥有较好的经济效益，市场应用前景广泛。

Claims (2)

1.一种秸秆木炭制备的土壤扩蓄增容剂，其特征在于，制得的该土壤扩蓄增容剂由以下原料及其重量百分比组成：秸秆木炭：10％～20％、粘土：25％～30％、磷酸二氢钾：10％～20％、磷酸二铵：15％～20％、油菜渣：10％～15％、尿素：1％～3％，高脂膜：1％～2％、麦秸秆和高粱秸秆混合物或玉米秸秆和麦秸秆的混合物：10％～18％，上述原料的百分比之和为100％。

2.权利要求1所述的秸秆木炭制备的土壤扩蓄增容剂的生产方法，其特征在于，具体包括下列步骤：

首先将秸秆木炭去杂，分级，经粉碎后研磨至1mm以下，过20目筛，得到秸秆木炭粉末，再与定量的粘土混合；

将辅料粘土，磷酸二氢钾，磷酸二铵，油菜渣，麦秸秆和高粱秸秆混合物或玉米秸秆和麦秸秆的混合物风干，分别粉碎并研磨至1mm以下，过20目筛备用；

将秸秆木炭10％～20％、粘土25％～30％、磷酸二氢钾10％～20％、磷酸二铵15％～20％、油菜渣10％～15％、尿素1％～3％，高脂膜1％～2％、麦秸秆和高粱秸秆混合物或玉米秸秆和麦秸秆的混合物10％～18％，混合搅拌均匀，经制粒、包装即得。

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