CN106978187A - 一种植物源基土壤调理剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种植物源基土壤调理剂的制备方法，属于土壤调理剂技术领域。该植物源基土壤调理剂由松木制成，通过碱液浸泡、热解炭化、生物质液浸渍等步骤制得植物源基土壤调理剂。通过田间试验证明，具有较好的调理土壤的功效。

Description

一种植物源基土壤调理剂的制备方法
技术领域
本发明属于土壤调理剂技术领域，尤其涉及一种植物源基土壤调理剂。
背景技术
我国是一个农业大国，拥有世界10％的耕地，消费了世界30％的化学肥料，严重的土壤酸化、板结，特别是对土地退化地区，原始土壤肥力基础差，将导致土壤更加板结、化肥利用率降低，使土壤营养失去平衡、肥力下降。化学肥料中的化学药物、激素、氯根、亚硝酸盐等有害物质残留超标，也会使土壤微生态环境遭到破坏，使得耕地健康退化及安全受到严重影响。增加粮食产量的同时，破坏了土壤的结构。加上工业污水、废气的排放，使土壤中的重金属元素(如As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Zn等)的含量超过了国家土壤重金属污染标准，重金属污染已经成为对人类危害最大、最难以治理的环境问题之一。土壤污染可影响农作物产量和质量的下降，并可通过食物链危害人类的健康，也可以导致大气和水环境质量的进一步恶化。因此土壤污染的治理已经刻不容缓。目前，虽然已有多种多样的土壤调理剂，其功能比较单一，只能针对单一的土壤污染问题进行修复处理，见效缓慢，无法对土壤进行全面完整的调节。为适应现在化农业生产的需要，发明人经过不断地探索实验，研制出一种植物源基土壤调理剂。
发明内容
本发明的目的是提供一种植物源基土壤调理剂的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，该植物源基土壤调理剂由松木制成，其制备方法为：①碱液浸泡：将干燥的松木粉碎，过60-80目筛，放人质量分数为2％的NaOH溶液中浸泡48h，取出后用蒸馏水洗至中性后烘干，得到生物质材料；②热解炭化：将生物质材料加入到热解反应炉中，在无氧条件下，升温至260-320℃，进行热解炭化反应，保温30min后，以8℃/min的升温速度，升温至540-620℃保温70min，当温度降低至60℃时出料粗破碎得本发明生物质炭；③生物质液浸渍：将本发明生物质炭浸入生物质液中48h后干燥，加工至直径0.1-0.5mm得本发明植物源基土壤调理剂。
作为一种优选，在步骤②热解炭化中，将生物质材料加入到热解反应炉中，无氧条件为300ml/min的氮气保护的条件下，升温至290℃，进行热解炭化反应，并保温30min。
以松木为前驱物制备的生物质炭比表面积和孔体积虽然随着裂解温度的升高而升高。但当升温至260-320℃时，我们发现其热解炭化时的比表面积和孔结构变化不大，主要由于松木中含有松油不断溢出进入微孔，使其比表面积、总孔体积和微孔孔容变化不大；炉门口开始冒出白烟，经分析主要为水蒸气，此前为炭化的干燥阶段，因此需要保温30min，为松油和水蒸气全部溢出提供了足够的时间，同时大量的松油具有很好的粘性和延展性，为下一步高温热解时微孔的膨胀变大和微孔数量的增加提供了有利条件；当保温30min后，水蒸气全部溢出，烟气由白色转黄色，主要是因为原料已干燥完，开始进入了预炭化阶段。
作为一种优选，以8℃/min的升温速度，升温至580℃并保温70min，当温度降低至60℃时出料粗破碎得生物质炭。
经过实践证明，以8℃/min的升温速度升温制得的生物质炭比表面积、总孔体积较好，如果升温速度过快，得到的生物质炭裂纹现象严重，内部微孔不能最大限度的膨胀扩大，产生的微孔数量较少，膨大后的孔隙结构不够均匀；升温速度过慢影响生产率，增加生产费用。升温至580℃保温70min可得到理想的生物质炭，如果温度过高保温时间太长，生物质炭的产率降低，灰分含量上升，随着裂解温度的升高，酸性基团的数量减少，而碱性基团的数量增加，酸性基团减少量大于碱性基团增量，生物质炭的官能团总量逐渐减少；如果温度过低保温时间太短，得到的生物质炭比表面积、总孔体积和微孔孔容较小，达不到理想的使用效果。
所述生物质液是由雀榕叶400g、胡桃根800g、辟汗草580g、酸藤木650g加入180L水，先以武火煮沸后，改用文火加热1h过滤制得。
本发明的有益效果：本发明的土壤调理剂具有化学和热稳定性，可以长期保存在土壤中而不易矿化，施入土壤后会改良土壤酸碱度，提高土壤持水性、养分和阳离子交换能力，从而提高作物产量。同时还可以吸附农药和一些重金属离子。对除草剂也有强烈吸附作用，降低了土壤微生物群对除草剂的降解作用和除草剂的流失，从而直接降低农业除草剂的使用量，减少土壤和环境污染以及这些污染物通过食物链对人体造成的危害。实现了自然界中碳的长期固，显著改善了土壤环境。
试验资料
为了更好地说明本发明的有益效果，特做以下实验，将本发明的植物源基土壤调理剂设为A组；利用松木在大型炭化设备中以700℃缺氧条件下持续热解1.5h制备而成的松木质炭设为B组；利用实验室小型热解装置将松木于600℃缺氧条件下热解2h制成的松木质炭设为C组；利用实验室小型热解装置将松木于450℃缺氧条件下热解3h制成的松木质炭设为D组。通过BET方程、Langmuir方程、BJH和DFT法计算各种不同制备方法下活性炭的比表面积、总孔容、平均孔径。各种生物质炭的实验数据如下表。
组别 比表面积 总孔容 平均孔径 碘吸附值 亚甲基蓝吸附值
A组 1408.985m2/g 0.8465cm3/g 4.986nm 2156.762mg/g 400mg/g
B组 1012.367m2/g 0.6119cm3/g 3.897nm 1809.658mg/g 331mg/g
C组 989.487m2/g 0.5889cm3/g 3.784nm 1699.992mg/g 322mg/g
D组 968.442m2/g 0.5997cm3/g 3.799nm 1756.872mg/g 328mg/g
称300kg风干的供试污染土壤分成10份，分别置于塑料盆中，以不添加松木质炭的处理为空白对照(CK)，将本发明的土壤调理剂与各组松木质炭分别施入塑料盆内混匀，共5个处理，每个处理重复2次，2个月后实验结果如下表。
采用原子荧光光谱法(AFS)，对土壤中几种重金属的检测结果见下表。
组别 Pb(mg/kg) Cd(mg/kg) Cr(mg/kg) As(mg/kg)
A组 28 0.1 50 9
B组 143 0.3 98 18
C组 135 0.3 97 27
D组 151 0.3 103 23
CK 240 0.6 188 38
研究表明，A组虽然添加较少量的本发明土壤调理剂，却取得了理想的实验效果。
挑选均匀一致的番茄苗，移植到以上塑料盆中，每盆4株，各盆番茄管理一致，成熟时收获，收获时测定番茄挂果数、平均果重、产量及质量；并观察记录生长情况。
组别 平均果重(g) 挂果数 发病率(％) 虫害率(％) 产量增幅(％)
A组 280 12 0 0 68
B组 200 10 12.5 25 35
C组 220 9 25 12.5 33
D组 210 10 25 25 24
CK 170 8 25 50 0
对质量的影响
组别 胡萝卜素 维生素A 维生素B 维生素C 钙含量
A组 420微克 68微克 80毫克 22毫克 8毫克
B组 363微克 60微克 62毫克 16毫克 6毫克
C组 340微克 58微克 64毫克 17毫克 6毫克
D组 350微克 56微克 60毫克 18毫克 5毫克
CK 330微克 50微克 55毫克 14毫克 4毫克
通过以上实验可知，在相同条件下，使用本发明的土壤调理剂取得了理想的实验效果，有效的控制了植株的发病率和虫害率，减少了农药的使用量，提高了产品的质量和产量。
采用原子荧光光谱法(AFS)，对采收的番茄中几种重金属的检测结果见下表。
组别 Pb(mg/kg) Cd(mg/kg) Hg(mg/kg) As(mg/kg)
A组 0.1 0.04 0.005 0.2
B组 0.4 0.07 0.013 0.5
C组 0.3 0.06 0.014 0.4
D组 0.3 0.05 0.017 0.4
CK 0.3 0.09 0.021 0.6
通过以上结果可知，使用本发明植物源基土壤调理剂生产的番茄质量最好，符合NY/T655-2002食品茄果类蔬菜质量要求。在大田试验中，同样取得了理想的实验效果，本发明的植物源基土壤调理剂制得推广应用。
具体实施方式
实施例一：该植物源基土壤调理剂由松木制成，制备步骤为：①碱液浸泡：将干燥的松木粉碎，过60-80目筛，放人质量分数为2％的NaOH溶液中浸泡48h，取出后用蒸馏水洗至中性后烘干，得到生物质材料；②热解炭化：将生物质材料加入到热解反应炉中，在无氧条件下，升温至260-320℃，进行热解炭化反应，保温30min后，以8℃/min的升温速度，升温至540-620℃保温70min，当温度降低至60℃时出料粗破碎得本发明生物质炭；③生物质液浸渍：将本发明生物质炭浸入生物质液中48h后干燥，加工至直径0.1-0.5mm得本发明植物源基土壤调理剂。其生物质液是由雀榕叶400g、胡桃根800g、辟汗草580g、酸藤木650g加入180L水，先以武火煮沸后，改用文火加热1h过滤制得。
实施例二：该植物源基土壤调理剂由松木制成，制备步骤为：①碱液浸泡：将干燥的松木粉碎，过60-80目筛，放人质量分数为2％的NaOH溶液中浸泡48h，取出后用蒸馏水洗至中性后烘干，得到生物质材料；②热解炭化：将生物质材料加入到热解反应炉中，无氧条件为300ml/min的氮气保护的条件下，升温至290℃，进行热解炭化反应，并保温30min，以8℃/min的升温速度，升温至540-620℃保温70min，当温度降低至60℃时出料粗破碎得本发明生物质炭；③生物质液浸渍：将本发明生物质炭浸入生物质液中48h后干燥，加工至直径0.1-0.5mm得本发明植物源基土壤调理剂。其生物质液是由雀榕叶400g、胡桃根800g、辟汗草580g、酸藤木650g加入180L水，先以武火煮沸后，改用文火加热1h过滤制得。

Claims (3)

1.一种植物源基土壤调理剂的制备方法，其特征在于该植物源基土壤调理剂由松木制成，制备步骤为：①碱液浸泡：将干燥的松木粉碎，过60-80目筛，放人质量分数为2％的NaOH溶液中浸泡48h，取出后用蒸馏水洗至中性后烘干，得到生物质材料；②热解炭化：将生物质材料加入到热解反应炉中，在无氧条件下，升温至260-320℃，进行热解炭化反应，保温30min后，以8℃/min的升温速度，升温至540-620℃保温70min，当温度降低至60℃时出料粗破碎得本发明生物质炭；③生物质液浸渍：将本发明生物质炭浸入生物质液中48h后干燥，加工至直径0.1-0.5mm得本发明植物源基土壤调理剂。
2.如权利要求1所述的一种植物源基土壤调理剂的制备方法，其特征在于在步骤②热解炭化中，将生物质材料加入到热解反应炉中，无氧条件为300ml/min的氮气保护的条件下，升温至290℃，进行热解炭化反应，并保温30min。
3.如权利要求1所述的一种植物源基土壤调理剂的制备方法，其特征在于所述生物质液是由雀榕叶400g、胡桃根800g、辟汗草580g、酸藤木650g加入180L水，先以武火煮沸后，改用文火加热1h过滤制得。
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