CN102604645A - 一种炭基人参土壤调理剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业化学领域，特别涉及一种炭基人参土壤调理剂及其制备方法。该炭基人参土壤调理剂含有生物质颗粒炭、木醋、粘结剂，还可进一步包含其它肥料，如尿素、磷酸一铵粉、氯化钾、硫酸锌、硼肥、硫酸锰、钼酸铵、硫酸亚铁和硫酸铜等。生物质颗粒炭是生物质在低氧条件下不完全燃烧产生的黑色炭粉颗粒(生物炭)，性质稳定、吸附能力强，保水保肥效果显著。使用生物质颗粒炭和木醋制备的土壤调理剂可改善土壤结构、优化土壤生态环境、提高肥料利用效率，在促进人参增产增效的同时，更可将碳有效封存于土壤，实现农业减排，应用前景广阔。

Description

一种炭基人参土壤调理剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及农业化学领域，特别涉及一种炭基人参土壤调理剂及其制备方法。

背景技术

人参为多年生草本植物，素有“百草之王”的美誉，是名闻遐迩的东北三宝之一，是驰名中外、老幼皆知的名贵药材。西洋参与人参同属五加科，自我国引种成功后，发展迅速，一般也被笼统地成为人参。在我国东北林区，人参产业的发展已经成为发展特色林业经济、实现农民增收致富的重要途径，在区域经济发展中，乃至在我国制药行业中都占有非常重要的地位。

近年来，为避免伐林种参破坏森林生态环境、降低水土流失风险，我国开始大力发展农田栽参，人参连作土壤障碍已日趋成为参业发展中亟待解决的老大难问题。已有研究表明，随着种植年限的增加，人参根区土壤微生物群系发生显著变化，真菌数量急剧增加，细菌数量逐渐减少，真菌占总生物量的比例逐年迅速提高，可能是导致土传病害难以控制的原因之一。同时，人参连作也导致土壤pH值下降，不但可能导致“烧须”，还将增加土壤活性铝离子含量，降低人参品质。因此，消减人参连作土壤障碍、提高人参产量和品质是促进参业发展的迫切需要。

针对上述问题，微生态活性肥、生物复合菌肥等具有改善土壤连作障碍功能的肥料和一些专用的连作土壤调节剂相继出现，大多使用禽畜粪便、工业废渣、矿石粉和激素等作为配料。一方面，这些产品的加工过程相对复杂，需要堆沤等操作，另一方面，矿石粉、草炭土等资源类产品的加入也不可避免地对原材料产地环境带来影响。更重要的是，工业废渣中含有的重金属可能对人参品质产生负面影响。

本发明提供的炭基人参土壤调理剂是以有机的生物质颗粒炭为基质材料的环保型、高效、长效土壤调理剂。本发明使用的生物质颗粒炭(生物炭)是农林废弃生物质在低氧条件下不完全燃烧后形成的黑色生物质颗粒炭颗粒，具有突出的生物化学稳定性、抗降解性、以及对微生物的惰性，比通常的有机添加物更为稳定。生物炭还具有良好的孔隙度和较大的比表面积，吸附和保持氮磷钾等养分的能力强，保水保肥效果显著，有效降低参田化肥用量。生物炭呈碱性，可以显著降低土壤中真菌的比例、增加细菌数量，降低土壤重金属生物有效性，提高人参品质。进一步与其制备过程中产生的酸性木醋配伍，可灵活调整pH值，根据测土结果有针对性地制备专用产品。基于上述优点，使用生物炭制备炭基人参土壤调理剂，可以长期、有效地改善土壤团粒结构、优化土壤生态环境、提高肥料利用效率，增产增效，更可将碳有效封存于土壤，实现农业减排，应用前景广阔。

本发明提供的是一种价格相对合理，能够改善土壤结构，具有保水保肥和培肥地力功能的，符合旱田耕作环境的环保型人参长效土壤调理剂，可以更好地适应人参生产的需要。

发明内容

为了实现上述目的，本发明提供一种炭基人参土壤调理剂，含有：

1)生物质颗粒炭和

2)粘结剂(膨润土或/和粘土)；和

3)木醋液；

按重量百分比含量：生物质颗粒炭含量为65-80％，优选为75％；木醋液含量为5-15％，优选为5％。

为了起到更好的效果，根据人参需肥特点，还可进一步包含其它肥料，如尿素、磷酸一铵、硫酸铵、硫酸钾、硼砂、硫酸锌、钼酸铵中的一种或几种。其总重量百分含量为3-10％。本领域技术人员可根据公知常识对各组分含量自行调整。炭基人参土壤调理剂同时含有上述各种成分最有效。

添加的肥料种类不限于上述的肥料，可根据生产需要，按照人参品种、土肥条件等自行调整。

本发明所使用的生物质颗粒炭原料可为玉米芯颗粒炭、稻壳颗粒炭、花生壳颗粒炭、秸秆颗粒炭、蘑菇盘颗粒炭中的一种或几种。

本发明进一步提供了炭基人参土壤调理剂的制备方法，将所述组分混合压力造粒，粒径3.35-5.0mm。

本发明还进一步提供了炭基人参土壤调理剂的使用方法，将所述的炭基人参土壤调理剂一次性施入农田中，施用量200-300公斤/亩，优选为250公斤/亩。施入后翻耕20厘米；或者

将所述的炭基人参土壤调理剂一次性施入农田中，施用量40-50公斤/亩，优选为50公斤/亩。开沟深20厘米，条施；或者

将所述的炭基人参土壤调理剂在人参移栽后一次性施入农田中，施用量40-50公斤/亩，优选为50公斤/亩。株间挖20厘米深，穴施；

所述的尿素、磷酸一铵、硫酸铵、硫酸钾、硼砂、硫酸锌、钼酸铵在市场上均可买到，在农资商店均有售。

与现有人参土壤改良剂相比，本发明具有以下优点：

1、生产工艺简单，原料易得，成本低廉。本发明生产的炭基人参土壤调理剂的基质材料为玉米芯、花生壳、稻壳等生物质颗粒炭，来自于农林业生产的废弃生物质，所用设备为常用的粉碎机、简易炭化炉、搅拌器、圆盘造粒机等，生产设备简单，成本低廉，易于产业化。

2、保水保肥、改善微生态环境、降低重金属有效性、稳定长效。本发明生产的炭基人参土壤调理剂的基质材料为玉米芯、花生壳、稻壳等生物质颗粒炭，具有极强的吸附性，施入土壤以后，不但可以持肥缓释，减少肥料淋失，而且理化性质稳定，可以在土壤中长期发挥作用，改良效果持久。同时，土壤pH提高、重金属生物有效性减低，真菌比例降低、细菌数量增加，消减土传病害威胁。

3、固碳减排，安全环保。本发明所用的基质材料为纯有机生物质颗粒炭微粒，其主要成分是稳定的碳元素，可以在消减参田连作障碍的同时，长期、持续地固碳减排，没有次生污染，对环境友好，安全环保。

附图说明

图1中所示为炭基人参土壤调理剂制成品样品。

具体实施方式

本发明是将生物质颗粒炭用于制备炭基人参土壤调理剂，以生物质颗粒炭为基质。该炭基人参土壤调理剂可单独施用，也可与其他产品配合使用。

利用生物质颗粒炭微孔多、吸附能力强的特点，与木醋液等复合，并用粘土作粘结剂，制成颗粒状炭基人参土壤调理剂。该土壤改良剂制备工艺简单、经济环保、安全高效，有助于提高肥料利用率，降低施肥成本及能耗，适于大规模推广应用。

一种炭基人参土壤调理剂，含有如下重量百分含量的组分：

1)生物质颗粒炭和

2)粘结剂(膨润土或/和粘土)；和

3)木醋液；

还可进一步包含其它肥料，如尿素、磷酸一铵、硫酸铵、硫酸钾、硼砂、硫酸锌、钼酸铵中的一种或几种。为了起到更好的效果，根据人参需肥特点，炭基人参土壤调理剂同时含有上述各种成分最有效。

按重量比或重量百分比含量：生物质颗粒炭重量百分比含量为65-80％，优选为75％。木醋含量为5-15％，优选为5％。

其它成分的使用量，本领域技术人员可根据公知常识自行调整。

添加的肥料种类不限于上述的肥料，可根据生产需要，按照作物种类、土肥条件等自行调整。

生物质颗粒炭和木醋可优选采用专利号是ZL200710086505.4的中国发明专利所描述的半封闭式颗粒炭化炉以及中国专利申请201110073104.1(公开号CN102092709A，公开日2011-6-15))所描述的一种组合式生物质颗粒炭化炉进行生产，在此引用全文，就如同重新描述一样。

本发明所使用的生物质颗粒炭原料可为玉米芯颗粒炭、稻壳颗粒炭、花生壳颗粒炭、秸秆颗粒炭、蘑菇盘颗粒炭中的一种或几种。

利用专利号是ZL200710086505.4的颗粒炭化炉或中国专利申请201110073104.1的颗粒炭化炉在制备生物质颗粒炭过程中所产生的气体经冷凝后得到的液体即为木醋，在静置48小时后得到的悬浊液，经与水1∶1混合后得到的酸性液体，即为本发明所使用的木醋液原料。

本发明进一步提供了炭基人参土壤调理剂的制备方法，将生物质颗粒炭+粘结剂+木醋液用圆盘造粒机进行混合压力造粒，粒径3.35-5.0mm；或者

将生物质颗粒炭+粘结剂+木醋液+其它肥料混合造粒，粒径3.35-5.0mm。

本发明还进一步提供了炭基人参土壤调理剂的使用方法，将所述的炭基人参土壤调理剂一次性施入农田中，施用量200-300公斤/亩，优选为250公斤/亩。施入后翻耕20厘米；或者

将所述的炭基人参土壤调理剂一次性施入农田中，施用量40-50公斤/亩，优选为50公斤/亩。开沟深20厘米，条施；或者

将所述的炭基人参土壤调理剂在人参移栽后一次性施入农田中，施用量40-50公斤/亩，优选为50公斤/亩。株间挖20厘米深，穴施；

可针对不同土质调整使用量。所述的尿素、磷酸一铵、硫酸铵、硫酸钾、硼砂、硫酸锌、钼酸铵在市场上均可买到，在农资商店均有售。

所述的尿素可以是大颗粒尿素(也称之为尿素粉)。

优选的，本发明是利用专利号是ZL200710086505.4的中国发明专利所描述的半封闭式颗粒炭化炉生产生物质颗粒炭及其所生产的木醋。正如该专利中所描述的，该半封闭式颗粒炭化炉采用亚高温条件下缺氧干馏分解工艺生产农林废弃生物质颗粒炭。

另一种优选的，本发明是利用专利号是中国专利申请2011100731041(公开号CN102092709A，公开日2011-6-15))的所描述的一种组合式生物质颗粒炭化炉生产的生物质颗粒炭及其所产生的木醋。正如该专利中所描述的，该半封闭式颗粒炭化炉采用亚高温条件下缺氧干馏分解工艺生产农林废弃生物质颗粒炭。

所述的农林废弃生物质可以是玉米芯、秸秆、花生壳、稻壳、生产用废弃蘑菇盘等，但不限于此。

通过对不同生物质进行炭化，生产出玉米芯颗粒炭、稻壳颗粒炭、花生壳颗粒炭、秸秆颗粒炭或蘑菇盘颗粒炭等，可进一步加工成粒度为80-100目。

实施例1 玉米芯颗粒炭示例性生产方法

本实施例示例性描述了利用专利号是ZL200710086505.4的中国发明专利所描述的半封闭式颗粒炭化炉生产玉米芯颗粒炭的方法，包括选料、物料加工、装炉炭化、冷却出炉、计量包装等步骤，但并不限于此。

选料：将农副产品的玉米芯自然风干使其含水量降至20％以下。

物料加工：采用现有技术中任何破碎方式将上述的合格玉米芯加工粉碎，粉碎后的玉米芯颗粒直径为2-10mm。粉碎后的玉米芯颗粒可过筛筛选，对于不符合要求的玉米芯颗粒可重新加工。

装炉炭化：将加工好的玉米芯颗粒装入炉体中，最初的物料加入量以覆盖在燃烧器上10-25厘米为宜。将燃烧器点火盘内引燃物点燃。所述的引燃物是柴油。物料被点燃后，持续自燃，无需外加热源。物料在150-450℃亚高温条件下缺氧炭化。当温度加热到150℃以上时，颗粒的复杂结构开始分解；当温度大于260℃时分解加剧，生成焦油和气体；当温度达到450℃时开始绝氧、雾化，生成黑色炭素颗粒。人工控制炉体内缺氧条件。采用XMT-121型数字式温控仪进行监测。XMT-121型数字式温控仪是本领域的常用仪器，在市场上仪器仪表商店均可买到。当炉体内温度达到450℃时，及时补充物料控制氧气供应量。每次追加物料的厚度为6-12厘米。待全部物料添加完毕后，加上一层成品炭覆盖，厚度为15-30厘米。

将排气管和气体冷凝系统连接，用于回收炭化炉生产生物质颗粒炭时所产生的木醋。

冷却出炉：当最上一层的成品炭烧红后(目测即可)，及时喷冷水熄灭炉火，自然冷却出炉。

可根据需要对出炉的玉米芯颗粒炭进一步粉碎加工成粒度为80-100目的微粒。

秸秆颗粒炭、蘑菇盘颗粒炭的生产工艺除原料不同外，其它工艺与本实施例基本相同，可以此实施例作为参考。

实施例2 花生壳颗粒炭生产方法

本实施例示例性的描述了利用专利号是ZL200710086505.4的中国发明专利所描述的半封闭式颗粒炭化炉生产花生壳颗粒炭的方法，包括选料、装炉炭化、冷却出炉、计量包装等步骤，但并不限于此。

选料：将农副产品的花生壳自然风干使其含水量降至20％以下。

装炉炭化：将清选好的花生壳装入炉体中，最初的物料加入量以覆盖在燃烧器上10-25厘米为宜。将燃烧器点火盘内引燃物点燃。所述的引燃物是柴油。物料被点燃后，持续自燃，无需外加热源。物料在150-450℃亚高温条件下缺氧炭化。当温度加热到150℃以上时，颗粒的复杂结构开始分解；当温度大于260℃时分解加剧，生成焦油和气体；当温度达到450℃时开始绝氧、雾化，生成黑色炭素颗粒。人工控制炉体内缺氧条件。采用XMT-121型数字式温控仪进行监测。XMT-121型数字式温控仪是本领域的常用仪器，在市场上仪器仪表商店均可买到。当炉体内温度达到450℃时，及时补充物料控制氧气供应量。每次追加物料的厚度为6-12厘米。待全部物料添加完毕后，加上一层成品炭覆盖，厚度为15-30厘米。

将排气管和气体冷凝系统连接，用于回收炭化炉生产生物质颗粒炭时所产生的木醋。

冷却出炉：当最上一层的成品炭烧红后(目测即可)，及时喷冷水熄灭炉火，自然冷却出炉。

稻壳颗粒炭的生产工艺除原料不同外，其它工艺与本实施例基本相同，可以此实施例作为参考。

将实施例1或2生产的颗粒炭和木醋用于生产炭基人参土壤调理剂，所使用的原料颗粒炭可以是玉米芯颗粒炭、稻壳颗粒炭、花生壳颗粒炭、秸秆颗粒炭或蘑菇盘颗粒炭中一种或几种混合。根据需要可对出炉的颗粒炭进一步粉碎加工成粒度为80-100目的微粒。

实施例3：炭基人参土壤调理剂生产工艺

(1)将80目的生物质颗粒炭、粘结剂和木醋，按75％、20％和5％的比例混合，用ZLC-300型搅拌机搅拌均匀。

(2)将(1)用圆盘造粒机进行压力造粒，制成含颗粒炭75％的炭基人参土壤调理剂。

(3)计量、包装。

所述的粘结剂为粘土。

实施例4：炭基人参土壤调理剂生产工艺

按照下述步骤以重量比或重量百分比混合：

(1)将100目的生物质颗粒炭、粘结剂和木醋，按70％、20％和10％的比例混合，用ZLC-300型搅拌机搅拌均匀。

(2)将(1)用圆盘造粒机进行压力造粒，制成含颗粒炭70％的炭基人参土壤调理剂。

(3)计量、包装。

所述的粘结剂为粘土。

实施例5：炭基人参土壤调理剂生产工艺

按照下述步骤以重量比或重量百分比混合：

(1)将80目的生物质颗粒炭、粘结剂和木醋，按75％、15％和10％的比例混合。

(2)将(1)和硫酸锰、硫酸铜按99％、0.5％、0.5％的比例混合，用ZLC-300型搅拌机搅拌均匀。

(3)将(2)用圆盘造粒机进行压力造粒，制成炭基人参土壤调理剂。

(4)计量、包装。

所述的粘结剂为膨润土。

实施例6：炭基人参土壤调理剂生产工艺

按照下述步骤以重量比或重量百分比混合：

(1)将生石灰、100目的生物质颗粒炭、粘结剂和木醋，按5％、75％、15％和5％的比例混合。

(2)将(1)和尿素、钼酸铵、硫酸铜按95％、4％、0.5％、0.5％的比例混合，用ZLC-300型搅拌机搅拌均匀。

(3)将(2)用圆盘造粒机进行压力造粒，制成含颗粒炭接近70％的炭基人参土壤调理剂。

(4)计量、包装。

所述的粘结剂为粘土。

实施例7：炭基人参土壤调理剂生产工艺

按照下述步骤以重量比或重量百分比混合：

(1)将100目的生物质颗粒炭、粘结剂和木醋，按75％、15％和10％的比例混合。

(2)将(1)和尿素、磷酸一铵、硫酸铵、硫酸钾、硼砂、硫酸锌、钼酸铵按95％、2％、1％、1％、0.3％、0.2％、0.3％、0.2％的比例混合，用ZLC-300型搅拌机搅拌均匀。

(3)将(2)用圆盘造粒机进行压力造粒，制成含颗粒炭接近70％的炭基人参土壤调理剂。

(4)计量、包装。

所述的粘结剂为粘土尿素、磷酸一铵、硫酸铵、硫酸钾、硼砂、硫酸锌、钼酸铵

实施例8：人参土壤改良实验

以实施例3生产的炭基人参土壤调理剂进行土壤改良实验。在黑龙江东度参业科技发展有限公司位于牡丹江海林市的参场进行了该土壤改良剂试验。试验设对照和改良剂两个处理。春季深松整地后，每亩施用有机肥1吨，改良剂处理在对照基础上施用人参专用土壤改良剂200公斤/亩，翻耕深度20cm。移栽2年生参苗，密度为3.5万株/亩。田间管理同生产田。

实验结果表明，应用本发明生产的炭基人参土壤调理剂可使土壤pH值增加约0.27个单位，可以有效提升应试作物的多个产量性状。其中，3年生参重增加13.6％，地上部分参果产量增加15.2％。

以实施例7生产的炭基人参土壤调理剂进行土壤改良实验。在黑龙江东度参业科技发展有限公司位于牡丹江海林市的参场进行了该土壤改良剂试验。试验设对照和改良剂两个处理。春季深松整地后，每亩施用有机肥1吨，改良剂处理在对照基础上施用人参专用土壤改良剂50公斤/亩，条施深度20cm。移栽2年生参苗，密度为3.5万株/亩。田间管理同生产田。

实验结果表明，应用本发明生产的炭基人参土壤调理剂可使土壤pH值增加约0.24个单位，可以有效提升应试作物的多个产量性状。其中，3年生参重增加15.3％，地上部分参果产量增加17.1％。

Claims (12)

1.一种炭基人参土壤调理剂，含有：

1)生物质颗粒炭；

2)粘结剂；和

3)木醋液；

按重量百分比含量：生物质颗粒炭含量为65-80％；木醋液含量为5-15％。

2.如权利要求1所述的调理剂，生物质颗粒炭重量百分比含量为75％，木醋液重量百分比含量为5％。

3.如权利要求1或2所述的调理剂，还进一步包含尿素、磷酸一铵、硫酸铵、硫酸钾、硼砂、硫酸锌、钼酸铵中的一种或几种。

4.如权利要求3所述的调理剂，尿素、磷酸一铵、硫酸铵、硫酸钾、硼砂、硫酸锌、钼酸铵中的一种或几种的总重量百分含量为3-10％。

5.如权利要求3所述的调理剂，同时含有尿素、磷酸一铵、硫酸铵、硫酸钾、硼砂、硫酸锌和钼酸铵。

6.如权利要求5所述的调理剂，尿素、磷酸一铵、硫酸铵、硫酸钾、硼砂、硫酸锌和钼酸铵的重量比为2％、1％、1％、0.3％、0.2％、0.3％、0.2％。

7.如权利要求1、2或4-6任一所述的调理剂，其中所述的粘结剂为膨润土或/和粘土。

8.如权利要求3所述的调理剂，其中所述的粘结剂为膨润土或/和粘土。

9.如权利要求1、2或4-6、8任一所述的调理剂，其中所述的生物质颗粒炭为玉米芯颗粒炭、稻壳颗粒炭、花生壳颗粒炭、秸秆颗粒炭、蘑菇盘颗粒炭中的一种或几种。

10.如权利要求3所述的调理剂，其中所述的生物质颗粒炭为玉米芯颗粒炭、稻壳颗粒炭、花生壳颗粒炭、秸秆颗粒炭、蘑菇盘颗粒炭中的一种或几种。

11.权利要求1-10任一所述的炭基人参土壤调理剂的制备方法，将各组分混合压力造粒，粒径3.35-5.0mm。

12.权利要求1-10任一所述的炭基人参土壤调理剂的使用方法，将所述的炭基人参土壤调理剂一次性施入农田中，施用量200-300公斤/亩，施入后翻耕20厘米；或者

将所述的炭基人参土壤调理剂一次性施入农田中，施用量40-50公斤/亩，开沟深20厘米条施或者株间挖20厘米深穴施。

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