CN102671931A - 一种利用生物炭改良北方酸化土壤的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用生物炭改良北方酸化土壤的方法，将花生壳粉碎成直径为2cm的小片，60℃烘干后放入真空管式炉中，以500ml/min的流速通N230分钟，排净炉体中的气体，在升温速率5℃/min的条件下加热至400℃，保持400℃2小时，随后冷却至室温，得到黑色生物碳。将生物炭粉碎成直径小于2mm的粉末，按照生物炭与土壤为1%～5%的质量比施入到待修复的果园土壤或农田中；本发明优点在于在使用简单，明显改善了土壤质量，提高了土壤养分利用率，使用简单，效果明显、持久，为改良北方酸化土壤提供了新途径。

Description

一种利用生物炭改良北方酸化土壤的方法
技术领域
本发明涉及土壤生态修复技术领域，具体来讲涉及一种利用生物炭改良北方酸化土壤的方法。
 
背景技术
随着社会经济和农业的发展，由于长期氮肥过量施用等原因，致使我国北方酸化性土壤的面积和酸化程度呈逐渐增加趋势。氮肥过量施用是导致农田土壤酸化的主要原因，过去20多年来高达90%的北方农田土壤均发生不同程度的酸化现象。其中，以大棚蔬菜和果园为主的经济作物土壤酸化程度更为严重。土壤酸化不仅使土壤中营养元素流失，而且使土壤中各种金属和重金属化合物的溶解度增加，导致土壤的加大重金属元素对环境的危害，污染致使土壤质量持续恶化，成为我国农业生产能力的隐患。另外，土壤酸化过程中氮肥的大量淋失，在增加了农业成本的同时，也引起了诸如水体富营养化、地下水污染等严重的环境问题。
现有的酸化土壤改良剂大多是一些工业副产品，虽然比较廉价，但是这些改良剂中的大多数含有一定量的有毒金属元素，对环境存在潜在的污染风险。因此建立和研发安全、环保、高效的土壤改良技术及其产品，成为酸化土壤环境修复的关键。
花生是我国主要的油料作物和传统的出口农产品，其总产量和出口量均居世界首位。2005年我国花生年总产量达1450万吨以上，占世界花生总产量的42%，每年约可产450万吨花生壳。然而目前还有相当多的花生壳未被利用，已经利用的也多是粗放的低水平利用，这就造成了这些农业残留物的综合利用经济性差、商品化和产业化程度低。
 
发明内容
本发明的目的是针对北方果园和农田土壤酸化程度不断加剧的问题，通过多次试验提供一种在资源化利用农产品残留物的基础上，高效、环保地改良酸化土壤的方法。
本发明的技术方案是：将花生在无氧条件下热解得到生物碳，再将生物碳施入酸化土壤。
为达到更好的效果，本发明的技术方案可以采取以下措施：
1、所述花生壳粉碎成直径为0.1cm～2cm的小片。这样可以使花生壳充分地进行反应。
2、所述花生壳粉碎后在60℃恒温下烘干。这样烘干效果较好。
3、所述无氧条件通过以下方式完成：在真空管式炉体中以流速500ml/min向花生壳通N2，而后排净炉体中气体。
4、所述通入N2的时间为30分钟。
5、所述热解温度为400℃。
6、所述热解时间为加热1～2小时。
7、所述热解温度是通过在升温速率5～10℃/min的条件下加热而达到。
8、所述生物碳需要与土壤以1～5%的质量比混合后再一起施入酸化土壤。
9、所述生物碳与土壤混合前需粉碎成直径小于2mm的粉末。
本发明通过对花生壳热解制备生物炭，将农业废料制备成土壤改良剂，明显改善了土壤质量，提高了土壤养分利用率。该土壤改性方法使用简单，效果明显持久，具有环保、低碳、资源循环利用的优点，为改良北方酸化土壤提供了新途径；同时该方法在高效、资源化利用农产品残留物的基础上，开发了适宜北方酸化土壤改良的高效生物炭材料，为实现资源的保护性开发提供一种新模式。
 
具体实施方式
花生壳制备生物碳改良酸化果园和农田的详细方法如下，包括两大步骤：
一、制备生物炭，包括以下步骤：
1、将花生壳粉碎成直径为0.1cm～2cm的小片；
2、在60℃恒温下烘干；
3、放入真空管式炉中，以500ml/min的流速向花生壳通N2半小时后排净炉体中的气体；
4、在升温速率5～10℃/min的条件下加热至400℃；
5、保持400℃热解1～2小时；
6、冷却至室温，得到黑色物质，即为生物碳。
二、生物炭施用，包括以下步骤：
1、将生物炭粉碎成直径小于2mm的粉末；
2、按照生物炭与土壤为1%～5%的质量比施入到待修复的果园土壤或农田中。 
下面通过实施例来进一步说明本发明。
实施例1
将花生壳粉碎成直径为0.1cm的小片，60℃烘干后放入真空管式炉中，以500ml/min的流速通N230分钟，排净炉体中的气体，在升温速率5℃/min的条件下加热至400℃，保持400℃ 1小时，随后冷却至室温，得到黑色生物碳。将生物炭粉碎成直径小于2mm的粉末，按照生物炭：土壤=1:100的质量比例施入到待修复的果园土壤中。
施入生物炭49天后，土壤PH提高了0.5个单位，土壤容重由1.23g/ml降低为1.17g/ml，有机质含量由14.2g/kg提高到16.8g/kg，土壤品质得到改善。
实施例2
将花生壳粉碎成直径为2cm的小片，60℃烘干后放入真空管式炉中，以500ml/min的流速通N230分钟，排净炉体中的气体，在升温速率5℃/min的条件下加热至400℃，保持400℃ 2小时，随后冷却至室温，得到黑色生物碳。将生物炭粉碎成直径小于2mm的粉末，按照生物炭：土壤=5：100的质量比例施入到待修复的果园土壤中。
施入生物炭49天后，土壤PH提高了1.4个单位，土壤容重由1.23g/ml降低为1.13g/ml，有机质含量由14.2g/kg提高到22.8g/kg，土壤品质得到极大改善。
实施例3
将花生壳粉碎成直径为2cm的小片，60℃烘干后放入真空管式炉中，以500ml/min的流速通N230分钟，排净炉体中的气体，在加热速率5℃/min的条件下升温至400℃，保持400℃ 1.5小时，随后冷却至室温，得到黑色生物碳。将生物炭粉碎成直径小于2mm的粉末，按照生物炭：土壤=3：100的质量比例施入到待修复的果园土壤中。
施入生物炭49天后，土壤PH提高了1.1个单位，土壤容重由1.23g/ml降低为1.18g/ml，有机质含量由14.2g/kg提高到20.8g/kg，土壤品质得到较大改善。

Claims (10)

1.一种利用生物炭改良北方酸化土壤的方法， 其特征在于将花生壳在无氧条件下热解得到生物碳，将生物碳施入酸化土壤。
2.根据权利要求1所述的一种利用生物炭改良北方酸化土壤的方法， 其特征在于所述花生壳粉碎成直径为0.1cm～2cm的小片。
3.根据权利要求2所述的一种利用生物炭改良北方酸化土壤的方法， 其特征在于所述花生壳粉碎后在60℃恒温下烘干。
4.根据权利要求1所述的一种利用生物炭改良北方酸化土壤的方法， 其特征在于所述无氧条件通过以下方式完成：在真空管式炉体中以流速500ml/min向花生壳通N2，而后排净炉体中气体。
5.根据权利要求4所述的一种利用生物炭改良北方酸化土壤的方法， 其特征在于所述通入N2的时间为30分钟。
6.根据权利要求1所述的一种利用生物炭改良北方酸化土壤的方法， 其特征在于所述热解温度为400℃。
7.根据权利要求6所述的一种利用生物炭改良北方酸化土壤的方法， 其特征在于所述热解时间为加热1～2小时。
8.根据权利要求7所述的一种利用生物炭改良北方酸化土壤的方法， 其特征在于所述热解温度是通过在升温速率5～10℃/min的条件下加热而达到。
9.根据权利要求1至8任一所述的一种利用生物炭改良北方酸化土壤的方法， 其特征在于所述生物碳需要与土壤以1～5%的质量比混合后再一起施入酸化土壤中。
10.根据权利要求9所述的一种利用生物炭改良北方酸化土壤的方法， 其特征在于所述生物碳与土壤混合前需粉碎成直径小于2mm的粉末。
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