CN106833656A - 一种基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂及其制备方法，基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂中包括猪毛菜生物碳、氨基酸、柠檬酸、膨润土和沸石，具体制备方法为：将风干的猪毛菜切成1‑2cm的小段，置于耐高温的密闭容器中，炭化处理，冷却至室温后，粉碎过筛形成猪毛菜生物碳；将沸石粉碎后过筛形成沸石粉，将膨润土粉碎过筛形成膨润土粉，将沸石粉、膨润土粉、氨基酸和柠檬酸混合，形成辅料；将猪毛菜生物碳加入辅料中，加入水，搅拌形成基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂。本发明制备方法简单，成本低廉，将猪毛菜运用于土壤改良剂中，赋予了土壤改良剂药用性能，也拓宽了猪毛菜的应用领域。

Description

一种基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂及其制备方法

技术领域

本发明属于土壤改良剂技术领域，具体涉及一种基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂及其制备方法。

背景技术

农田土壤有机碳化释放二氧化碳是温室气体排放的重要途径，随着温室气体排放任务实施的日益简单，如何减少土地中温室气体的排放、增加陆地生态系统碳汇成为当前研究的热点问题。

生物质炭是生物质在无氧或者限氧条件下热解得到一种细粒度、多孔性碳质材料。生物质炭的主要成分为碳、氢、氧，还有钾、钙、钠、镁和硅等灰分元素。生物质炭的元素组成与炭化温度以及织物的生长地的土壤类型、植物种类有关。生物质炭具有发达的孔隙结构，巨大的比表面积，还含有羧基、羟基、醛基等含氧官能团，因此生物炭具有较高的阳离子交换量和较强的吸附性能，对土壤中的水分、无机离子、极性或者非极性有机化合物具有很好的吸附作用，还可以改良土壤结构，降低农田温室气体排放，持留土壤养分，修复土壤污染，特别适合用于土壤改良。

中国专利CN 101818067B公开的生物碳土壤改良剂及其制备方法，该生物碳土壤改良剂包括秸秆、木屑、枯枝或落叶制备的生物碳、浮石和膨润土，该生物碳土壤改良剂能改善土壤的理化性能，提高土壤有机质含量和肥料利用率，减少二氧化碳释放量。中国专利CN 102771217B公开的一种植物-污泥至生物碳土联合生态修复沙化土壤的方法，将污泥制生物碳作为改良剂，添加到土壤中，配合种植果树，修复沙化土壤。由上述现有技术可知，生物碳土壤改良剂多是以枯叶树枝或者污泥作为生物碳的原料，这种生物碳虽然是对废物进行利用，但是生物碳的功能性也十分有限。

猪毛菜为藜科猪毛菜属植物，是一种典型的盐生植物，广泛分布于我国各地及周边国家地区，资源丰富，具有药用和生态价值，猪毛菜中含有生物碱、黄酮、甾醇等多种成分，具有淡凉，降血压等功效。目前猪毛菜在化学和药学领域的应用较为广泛，但是作为土壤改良剂方面的研究并不多见。

本发明的申请人将猪毛菜作为原料制备生物碳，将猪毛菜生物碳制备土壤改良剂，不仅可以改良土壤的理化性能，降低温室气体排放，还具有杀菌抑菌，调节植物生长的功效。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂及其制备方法，将猪毛菜生物碳粉碎炭化形成猪毛菜生物碳，再与氨基酸、柠檬酸、膨润土粉末和沸石粉末混合，得到基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂。本发明制备方法简单，成本低廉，将猪毛菜运用于土壤改良剂中，赋予了土壤改良剂药用性能，也拓宽了猪毛菜的应用领域。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂，所述基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂中包括猪毛菜生物碳、氨基酸、柠檬酸、膨润土和沸石，所述猪毛菜生物碳由猪毛菜在高温缺氧条件下热裂解而成。

作为上述技术方案的优选，所述基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂的各组分用量，按重量份计，包括猪毛菜生物碳50-60份、氨基酸3-10份、柠檬酸0.5-1.5份、膨润土20-30份和沸石15-25份。

本发明还提供一种基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将风干的猪毛菜切成1-2cm的小段，置于耐高温的密闭容器中，炭化处理，冷却至室温后，粉碎过筛形成猪毛菜生物碳；

(2)将沸石粉碎后过筛形成沸石粉，将膨润土粉碎过筛形成膨润土粉，将沸石粉、膨润土粉、氨基酸和柠檬酸混合，形成辅料；

(3)将步骤(1)制备的猪毛菜生物碳加入步骤(2)制备的辅料中，加入水，搅拌形成基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，炭化处理的条件为在缺氧条件下，以300-700℃下处理2h。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，猪毛菜生物碳的粒径为0.1-1mm，平均孔径为0.5-4.5μm。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，沸石粉的粒径为0.1-1mm。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，膨润土粒径为0.1-0.5mm。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂可为颗粒状或者溶液状，所述颗粒状基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂的粒径为2-5mm，所述溶液状的基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂的固含量为45-65％。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂用于吸附土壤中的非极性和极性有机污染物。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂还可用作生物生长促进剂。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明制备的基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂中含有猪毛菜生物碳，猪毛菜经高温缺氧裂解炭化后，氢元素、氧元素、氮元素、氢氮比、氧氮比、水溶性有机碳、水溶性氮、水溶性磷和二价镁离子的含量都降低，而且裂解温度越高，这些元素的含量会随之降低，但是钾离子、钠离子的含量、pH值、EC、灰分的含量都增加，说明猪毛菜生物碳随着裂解温度的升高，炭化程度变高，芳香度越高，表面会带有更多的负电荷，因此制备猪毛菜生物碳的吸附性能更加优异，也赋予一定的矿物营养元素，补充土壤中的营养元素。

(2)本发明制备的基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂中还含有氨基酸、柠檬酸、膨润土和沸石，调节土地的酸碱度，提高土壤中细菌和放线菌的活力，加快有机物的矿化，而且改善土壤的通透性、蓄水性和结持性，而且锁住大量的二氧化碳和热量，促进织物根系的生长，防止过多的二氧化碳流失到空气中，加剧温室污染。

(3)本发明的制备技术简单，成本低廉，能量消耗低，不污染环境，改善土壤污染，减少温室污染，对环境有益，绿色安全，制备的基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂不仅可以改善土壤的性能，而且可以提高生物的产量，经济环保，综合高效。

具体实施方式

下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例1：

(1)将风干的猪毛菜切成1-2cm的小段，置于耐高温的马弗炉中，在缺氧条件下，以300℃下炭化处理2h，冷却至室温后，粉碎过筛形成猪毛菜生物碳，其中猪毛菜生物碳的粒径为1mm，平均孔径为4.5μm。

(2)按重量份计，将沸石粉碎后过筛形成粒径为0.1-1mm的沸石粉，将膨润土粉碎过筛形成粒径为0.1-0.5mm的膨润土粉，将15份的沸石粉、20份的膨润土粉、3份氨基酸和0.5份柠檬酸混合，形成辅料。

(3)将50份的猪毛菜生物碳加入上述的辅料中，加入15份水，搅拌形成粒径为2mm的颗粒状基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂。

实施例2：

(1)将风干的猪毛菜切成1-2cm的小段，置于耐高温的马弗炉中，在缺氧条件下，以700℃下炭化处理2h，冷却至室温后，粉碎过筛形成猪毛菜生物碳，其中猪毛菜生物碳的粒径为0.1mm，平均孔径为0.5μm。

(2)按重量份计，将沸石粉碎后过筛形成粒径为0.1-1mm的沸石粉，将膨润土粉碎过筛形成粒径为0.1-0.5mm的膨润土粉，将25份的沸石粉、30份的膨润土粉、10份氨基酸和1.5份柠檬酸混合，形成辅料。

(3)将60份的猪毛菜生物碳加入上述的辅料中，加入20份水，搅拌形成粒径为5mm的颗粒状基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂。

实施例3：

(1)将风干的猪毛菜切成1-2cm的小段，置于耐高温的马弗炉中，在缺氧条件下，以500℃下炭化处理2h，冷却至室温后，粉碎过筛形成猪毛菜生物碳，其中猪毛菜生物碳的粒径为0.5mm，平均孔径为0.6μm。

(2)按重量份计，将沸石粉碎后过筛形成粒径为0.1-1mm的沸石粉，将膨润土粉碎过筛形成粒径为0.1-0.5mm的膨润土粉，将20份的沸石粉、25份的膨润土粉、5份氨基酸和1份柠檬酸混合，形成辅料。

(3)将50份的猪毛菜生物碳加入上述的辅料中，加入60份水，搅拌形成固含量为45％的溶液状的基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂。

实施例4：

(1)将风干的猪毛菜切成1-2cm的小段，置于耐高温的马弗炉中，在缺氧条件下，以400℃下炭化处理2h，冷却至室温后，粉碎过筛形成猪毛菜生物碳，其中猪毛菜生物碳的粒径为0.7mm，平均孔径为1.3μm。

(2)按重量份计，将沸石粉碎后过筛形成粒径为0.1-1mm的沸石粉，将膨润土粉碎过筛形成粒径为0.1-0.5mm的膨润土粉，将17份的沸石粉、24份的膨润土粉、8份氨基酸和0.8份柠檬酸混合，形成辅料。

(3)将52份的猪毛菜生物碳加入上述的辅料中，加入50份水，搅拌形成固含量为60％的溶液状的基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂。

实施例5：

(1)将风干的猪毛菜切成1-2cm的小段，置于耐高温的马弗炉中，在缺氧条件下，以600℃下炭化处理2h，冷却至室温后，粉碎过筛形成猪毛菜生物碳，其中猪毛菜生物碳的粒径为0.3mm，平均孔径为0.8μm。

(2)按重量份计，将沸石粉碎后过筛形成粒径为0.1-1mm的沸石粉，将膨润土粉碎过筛形成粒径为0.1-0.5mm的膨润土粉，将23份的沸石粉、28份的膨润土粉、6份氨基酸和1.2份柠檬酸混合，形成辅料。

(3)将57份的猪毛菜生物碳加入上述的辅料中，加入25水，搅拌形成粒径为3.5mm的颗粒状基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂。

实施例6：

(1)将风干的猪毛菜切成1-2cm的小段，置于耐高温的马弗炉中，在缺氧条件下，以650℃下炭化处理2h，冷却至室温后，粉碎过筛形成猪毛菜生物碳，其中猪毛菜生物碳的粒径为0.8mm，平均孔径为2.3μm。

(2)按重量份计，将沸石粉碎后过筛形成粒径为0.1-1mm的沸石粉，将膨润土粉碎过筛形成粒径为0.1-0.5mm的膨润土粉，将17份的沸石粉、23份的膨润土粉、7份氨基酸和0.6份柠檬酸混合，形成辅料。

(3)将55份的猪毛菜生物碳加入上述的辅料中，加入35水，搅拌形成粒径为4mm的颗粒状基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂。

对比例1：

(1)按重量份计，将沸石粉碎后过筛形成粒径为0.1-1mm的沸石粉，将膨润土粉碎过筛形成粒径为0.1-0.5mm的膨润土粉，将15-25份的沸石粉、20-30份的膨润土粉、3-10份氨基酸和0.5-1.5份柠檬酸混合，形成辅料。

(2)将50-60份的风干的猪毛菜粉末加入上述的辅料中，加入15-60水，搅拌形成粒径为2-5mm的颗粒状基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂的，固含量为45-65％的溶液状的基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂。

对比例2：

按重量份计，将沸石粉碎后过筛形成粒径为0.1-1mm的沸石粉，将膨润土粉碎过筛形成粒径为0.1-0.5mm的膨润土粉，将15-25份的沸石粉、20-30份的膨润土粉、3-10份氨基酸和0.5-1.5份柠檬酸混合，形成土壤改良剂。

经检测，实施例1-3制备的猪毛菜生物碳与未炭化处理的猪毛菜的化学成分结果，如下所示：

经检测，实施例1-6制备的基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂以及现有技术的未炭化处理的猪毛菜土壤改良剂和不添加猪毛菜的土壤改良剂的CEC以及对碘元素和亚甲基蓝的吸附的结果如下所示：

由上表可见，本发明制备的基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂的CEC受炭化温度影响较大，基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂对甲基蓝和碘的吸附也受炭化温度影响，但是其性能均优于未炭化处理的猪毛菜土壤改良剂和不添加猪毛菜的土壤改良剂，说明对极性和非极性有机污染物均有良好的吸附性能。

此外，将实施例1-6制备的基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂用玉米试验田中，发现玉米的产量增产可达15％，说明基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂对农作物的生长具有一定的促进作用。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂，其特征在于：所述基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂中包括猪毛菜生物碳、氨基酸、柠檬酸、膨润土和沸石，所述猪毛菜生物碳由猪毛菜在高温缺氧条件下热裂解而成。

2.根据权利要求1所述的一种基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂，其特征在于：所述基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂的各组分用量，按重量份计，包括猪毛菜生物碳50-60份、氨基酸3-10份、柠檬酸0.5-1.5份、膨润土20-30份和沸石15-25份。

3.一种基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将风干的猪毛菜切成1-2cm的小段，置于耐高温的密闭容器中，炭化处理，冷却至室温后，粉碎过筛形成猪毛菜生物碳；

(2)将沸石粉碎后过筛形成沸石粉，将膨润土粉碎过筛形成膨润土粉，将沸石粉、膨润土粉、氨基酸和柠檬酸混合，形成辅料；

(3)将步骤(1)制备的猪毛菜生物碳加入步骤(2)制备的辅料中，加入水，搅拌形成基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂。

4.根据权利要求3所述的一种基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，炭化处理的条件为在缺氧条件下，以300-700℃下处理2h。

5.根据权利要求3所述的一种基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，猪毛菜生物碳的粒径为0.1-1mm，平均孔径为0.5-4.5μm。

6.根据权利要求3所述的一种基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，沸石粉的粒径为0.1-1mm。

7.根据权利要求3所述的一种基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，膨润土粒径为0.1-0.5mm。

8.根据权利要求3所述的一种基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂可为颗粒状或者溶液状，所述颗粒状基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂的粒径为2-5mm，所述溶液状的基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂的固含量为45-65％。

9.根据权利要求3所述的一种基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂用于吸附土壤中的非极性和极性有机污染物。

10.根据权利要求3所述的一种基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，基于猪毛菜生物碳的土壤改良剂还可用作生物生长促进剂。