CN106006602A - 红壤丘陵区林业废弃物炭化方法及其土壤酸性改良应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红壤丘陵区林业废弃物炭化方法及其土壤酸性改良应用，属于废弃物资源化利用和土壤改良技术领域。炭化方法是：①将收集到的林业废弃物自然风干，然后粉碎至1‑5 cm；②在电炉或其它可密闭的炉体内进行炭化；③炭化结束后自然冷却即为生物炭产品。其应用是：①将生物炭产品粉碎至直径<1 mm于施用之前备用；②将生物炭产品单独施用或与其它肥料配合施用：③撒施于土壤表面，然后翻耕0‑30 cm的深度；④定期浇水，土壤湿度保持在15‑20%。本生物炭产品能较好地对土壤酸化问题进行改良，提高土壤质量，促进农业生产；就地取材，易于推广，兼具经济、环境和社会等多种效益。

Description

红壤丘陵区林业废弃物炭化方法及其土壤酸性改良应用

技术领域

本发明属于废弃物资源化利用和土壤改良技术领域，尤其涉及一种红壤丘陵区林业废弃物炭化方法及其土壤酸性改良应用。

背景技术

据2014年森林资源清查结果显示，我国森林面积2.08亿ha，其中人工林面积0.69亿ha，居世界首位，特别在我国南方红壤丘陵区，气候湿热，林业资源丰富，分布着大面积的人工林。人工林采伐和利用过程中产生了大量的诸如树皮、残枝和树根等绿色有机废弃物，传统做法是用于烧饭或取暖。然而，随着经济和社会的发展，以及城镇化的进程，这种对林业废弃物的传统应用已被抛弃。大量的林业废弃物在堆积和腐解过程中直接造成环境污染，产生甲烷、二氧化碳等温室气体，并存在安全隐患。

红壤丘陵区在我国农业生产中占有重要的地位，以占1/3的耕地面积提供了全国农业产值的一半左右。然而，因自然和人为原因，这一区域存在着严重的土壤酸化问题，严重威胁着耕地质量和农业生态环境。此外，我国面临着严峻的农业安全问题，耕地面积呈减少趋势，提高单位面积产量和土壤质量更具紧迫性。因而，土壤酸化改良不仅可提高土壤质量和保障农业生产安全，对我国经济和社会的稳定发展也具必要性。

生物炭是农林废弃物等绿色生物质在氧气不足条件下热解产生的一种富含稳定性碳的物质，是当前全球变化、土壤改良和环境修复领域的研究热点。与传统的石灰调节酸性土壤的做法相比，采用生物炭进行酸性土壤改良具有操作简单、材料来源广泛、时效长、环境友好和性质稳定等优点。因其性状稳定，生物炭可在土壤中稳定保存成千上百年，采用生物炭进行酸性土壤改良的同时，还可达到固碳减排的目的。更为重要的是，林业废弃物在红壤丘陵区有广泛的来源，以此制备生物炭改良当地的酸性土壤，快捷简便，不仅减少了运输成本，而且不会产生二次污染问题。

公布号为CN102671931A的专利说明书公开了一种利用花生壳制备生物炭用于改良酸性土壤的方法。该专利对花生壳进行炭化处理，需要专门设备和措施（真空管式炉体、氮气），并且针对我国北方的酸性土壤进行改良应用。而酸性土壤主要分布在我国南方红壤丘陵区，本专利以该区广泛分布的林业废弃物为原料对这一地区酸性土壤进行改良，就地取材，更有实际应用和推广价值。

公布号为CN103323574A的专利说明书公开了一种利用稻壳炭改良酸性土壤的方法。该专利中以稻壳为原料，其炭化过程需特殊设备（流化床反应器），成本较高，不适合大规模制备生物炭，并且炭化的关键参数——炭化时间未能明确，改良应用上主要面向茶园的酸性土壤。相比而言，本专利以林业废弃物为原料进行炭化改良更具有创新性，并且操作更简便，适合大规模生产，在农业酸性土壤改良方面更有现实意义。

公布号为CN104098406A的专利说明书公开了一种利用花生秸秆或蚕豆秸秆制备生物炭并进行酸性土壤改良的方法。该专利以花生秸秆或蚕豆秸秆为原料，应用对象为茶园土壤；炭化过程中，温度较低（300 °C），热解时间较长（4 h），并且酸性土壤改良的应用方法也较为复杂（粉碎至过100目筛）。本专利所述生物炭原料、制备方法、改良对象，以及改良方法均不同。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供了一种红壤丘陵区林业废弃物炭化方法及其土壤酸性改良应用。

一、红壤丘陵区林业废弃物炭化方法

①将收集到的林业废弃物自然风干，然后粉碎至1-5 cm；

所述林业废弃物为红壤丘陵区广泛分布的马尾松、杉木和湿地松树种的树皮、树根和树干残枝；

②在电炉或其它可密闭的炉体内进行炭化；

炭化温度为450-500°C，升温速率为15-20°C/min；

炭化时间为40 min-2h；

③炭化结束后自然冷却即为生物炭产品。

二、利用生物炭产品对土壤酸性改良应用

①将生物炭产品粉碎至直径<1 mm于施用之前备用；

②将生物炭产品单独施用或与其它肥料配合施用：

单独施用的施用量为0.1-10t/ha，

与其它肥料配合施用的施用量为0.1-10 t/ha，

其它肥料为氮肥或复合肥，其施用量为150-350 kg/ha；

③撒施于土壤表面，然后翻耕0-30cm的深度；

④定期浇水，土壤湿度保持在15-20%。

本发明具有下列优点和积极效果：

①本生物炭产品能较好地对土壤酸化问题进行改良，提高土壤质量，促进农业生产，具有长远意义；

②就地取材，易于推广，兼具经济、环境和社会等多种效益。

③对林业废弃物炭化改良酸性土壤的同时，还可达到固碳和减缓气候变化的目的；

④适用于我国南方红壤丘陵区广泛分布的林业废弃物进行资源化的利用，易于推广。

具体实施方式

实施例1：红壤丘陵区林业废弃物生物炭改良酸性土壤应用

将在红壤丘陵区收集到的马尾松和杉木残枝废弃物，自然风干后粉碎至直径1-5 cm，在常规马弗炉中以15-20°C/min的速率升温至480°C，保持1.5 h；然后，自然冷却至室温，即为生物炭产品。

所得生物炭粉碎至直径<1mm，与这一区域典型酸性土壤第四纪红黏土（0-30 cm）以0.7 t/ha的折算比例混匀，在25°C条件下避光培养，培养过程中各处理定期加去离子水，湿度保持在16%左右，培养持续时间为65 d；

培养结束后，结果如下表1，相比不施生物炭的土壤对照，施入马尾松和杉木残枝生物炭的土壤中，表征土壤酸性的pH和交换性酸，以及阳离子交换量，均有显著的改善。因而，马尾松和杉木废弃物生物炭在短时间内即可明显改良土壤酸性。

表1 生物炭改良第四纪红黏土土壤酸性的效果

注：同一列中，不同的字母表示差异显著（P < 0.05）。

实施例2：红壤丘陵区林业废弃物生物炭配施氮肥改良酸性土壤应用

将在红壤丘陵区收集到的马尾松和杉木残枝废弃物，自然风干后粉碎至直径1-5 cm，在常规马弗炉中以15-20°C/min的速率升温至450°C，保持1h；然后，自然冷却至室温，即为生物炭产品。

两种生物炭与这一区域典型酸性土壤“黄筋泥”（0-30 cm）以0.7 t/ha的折算比例混匀，并配施氮肥（以350 kg/ha的施用量折算）。在25°C条件下避光培养，培养过程中各处理定期加去离子水，湿度保持在16%左右，培养持续时间为60 d。培养结束后，结果如下表2所示，相比单施氮的对照，两种生物炭与氮配施均可显著提高土壤pH值，达到改良土壤酸性的效果。

表2 生物炭配施氮肥改良“黄筋泥”土壤酸性的效果

处理	pH
		土壤+马尾松生物炭+氮	4.31 b
土壤+杉木生物炭+氮	4.33 b
		土壤+氮对照	4.21 a

注：同一列中，不同的字母表示差异显著（P < 0.05）。

Claims (2)

1.一种红壤丘陵区林业废弃物炭化方法，其特征在于：

①将收集到的林业废弃物自然风干，然后粉碎至1-5 cm；

所述林业废弃物为红壤丘陵区广泛分布的马尾松、杉木和湿地松树种的树皮、树根和树干残枝；

②在电炉或其它可密闭的炉体内进行炭化；

炭化温度为450-500°C，升温速率为15-20°C/min,炭化时间为40 min-2h；

③炭化结束后自然冷却即为生物炭产品。

2.利用权利要求1所述生物炭产品对土壤酸性改良应用，其特征在于：

①将生物炭产品粉碎至直径<1 mm于施用之前备用；

②将生物炭产品单独施用或与其它肥料配合施用：

单独施用的施用量为0.1-10t/ha，

与其它肥料配合施用的施用量为0.1-10 t/ha，

其它肥料为氮肥或复合肥，其施用量为150-350 kg/ha；

③撒施于土壤表面，然后翻耕0-30cm的深度；

④定期浇水，土壤湿度保持在15-20%。