CN107474847A - 一种牦牛粪生物炭制作及其草地恢复方法 - Google Patents

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尚占环
刘振恒
范晓岚
丁路明
邵新庆
董全民
周华坤
王虎成
龙瑞军
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G7/00—Botany in general
    • A01G7/06—Treatment of growing trees or plants, e.g. for preventing decay of wood, for tingeing flowers or wood, for prolonging the life of plants

Abstract

本发明涉及农业生态技术领域，特别是一种牦牛粪生物炭制作及其草地恢复方法。选择7天以内牦牛粪，牦牛粪含水率40%以上，自然风干期间自然发酵；自然风干的牦牛粪进行碎化处理，粒径2厘米，碎粉后的牦牛粪在采用60℃恒温下烘干至恒重；采用较低温度进行烘干有效保证牦牛粪中干物质保留有效成分，牦牛粪在反应釜内5小时由20℃升温至300‑500℃超高温下处理，并保持超高温处理10小时后停止加热自然冷却至室温，制得牦牛粪生物炭。超高温处理形成性能稳定的生物炭。牦牛粪生物炭通过土壤翻耕施入，改善并恢复土壤活力。

Description

一种牦牛粪生物炭制作及其草地恢复方法
技术领域
本发明涉及农业生态技术领域，特别是一种牦牛粪生物炭制作及其草地恢复方法。
背景技术
生物炭作为一种环境、肥料、土壤等改善材料已经逐渐得到广泛关注和应用。目前在环境修复、水净化等方面，生物炭越来越多的作为优先发展材料，特别是原始生物炭再加工处理后，作为更加环境友好的生物源材料。不仅在清洁材料产业方面受到广泛关注，更在循环农牧业经济、材料发展上有着重要作用。在肥料高效利用领域，生物炭有着非常大优势，其缓释作用已经广被关注，并且引领着生物炭产业的发展。作为土壤改良剂，生物炭正在广泛的应用，在农牧业废弃物再利用方面，土壤改良剂是非常有广阔前景的发展产业方向。
生物炭在原材料，制作工艺，加工设备等方面，都有不同的方面。不同的原料、工艺得到不同生物炭材料，不同的理化特征有着不同应用效果。因此，目前在广泛的将农林牧废弃物进行生物炭加工过程中，针对不同原料尽可能的开发不同的工艺，获得最优生物炭材料。目前被广泛应用的高温裂解，水域裂解等都是制作生物炭的必要条件，而且在这些方法中，也进行了很大的改进，来生产不同目的的生物炭材料。
生物炭材料的开发一般针对特定目的设计材料处理、加工工艺，以及后期处理等。在环境、肥料、土壤改良等方面很少有通用的生物炭材料。因此，不同的材料，不同的使用目的一般根据加工过程和使用效果，进行不断的调整，才能制作出更加合适的生物炭材料。
生物炭基材料首先它在温室气体减排领域得到重视，并迅速应用到集约化农业生产中。生物炭基材料（及肥料）在环境及地力调控中的作用，目前主要集中于以下几个特性的认识：(1)、长期的水肥投入使得集约化农业土壤偏酸性，生物炭的碱性特点，正好发挥其“石灰效应”调控土壤酸碱度；(2)、生物炭吸附作用，形成的“肥力库效应”能够提高肥料，特别是氮肥的持续性和有效性；(3)、生物炭的“多孔性”，能够保持水分和降低养分淋洗损失；(4)、生物炭的“电子梭”作用，给微生物传递电子，降低硝化减少N2O排放。上述生物炭基材料的环境改善、肥力调控作用决定了利用农牧业废弃物加工的生物炭基肥料巨大的应用前景，和产业潜力。
在我国西部农牧业生产重要基地这种现象已经十分明显，而相应的农牧业废弃物再利用技术、产业没有发展起来，造成了大量农牧业废弃物闲置，浪费，导致循环农牧业系统始终难以建立，致使为两国西部仍然是农牧业高度单向性产业模式，势必导致土地退化、资源浪费严重。同时，农牧废弃物原料长距离运输、异地再利用显然造成高成本化，难以受市场接受，也不可持续。因此，有效的、本地化的农牧业废弃物资源再利用技术、产业亟待发展起来。占据我国国土面积1/4的青藏高原是牦牛粪重要产生地区，是牦牛粪长期以来作为当地燃料和肥料，缺乏进一步加工，提高牦牛粪的经济、生态效益。因此将牦牛粪作为生物炭材料进行开发，可以开拓牦牛粪的利用价值，促进青藏高原地区农牧业废弃物循环利用和清洁资源产业发展。
基于上述分析，我们以青藏高原大量生产的牦牛粪为原料，制作生物炭，开发适用于退化草地生态恢复的生物炭材料和应用技，为进一步提升牦牛粪生态、经济价值提供技术。本发明根据实验室制作工艺，原料、成品的理化性质检测，实地应用效果等工作，确定发明内容。
发明内容
本发明解决现有技术的不足提供一种可循环利用、清洁环保、性能优良的牦牛粪生物炭制作方法及其草地恢复应用。
本发明解决技术问题所采用的技术方案为：
一种牦牛粪生物炭制作方法，包括如下步骤：
A、牛粪选择
选择7天以内牦牛粪，牦牛粪含水率40%以上，自然风干；
B、碎化处理
自然风干的牦牛粪进行碎化处理，粒径2厘米，碎粉后的牦牛粪在恒温下烘干至恒重；
C、超高温处理
牦牛粪在反应釜内5小时由20℃升温至300-500℃超高温下处理，并保持超高温处理10小时后停止加热自然冷却至室温，制得牦牛粪生物炭。
所述步骤C的牦牛粪在反应釜内5小时由20℃升温至300、400或500℃超高温下处理，并保持超高温处理10小时后停止加热自然冷却至室温。
所述步骤B中碎粉后的牦牛粪在60℃恒温下烘干至恒重。
一种牦牛粪生物炭的草地恢复方法，包括如下步骤：
D、土地表层翻耕
土地表层翻耕深度5-10cm，翻耕土壤挖出后备用；
E、生物炭混合
挖出土壤内添加重量分数2-10%的牦牛粪生物炭，并混合均匀；
F、土壤回填
将混合土壤回填至翻耕地块。
所述步骤E中挖出土壤内添加重量分数2、5或10%的牦牛粪生物炭，并混合均匀。
本发明的有益效果为：
一种牦牛粪生物炭制作方法，选择7天以内牦牛粪，牦牛粪含水率40%以上，自然风干期间自然发酵；自然风干的牦牛粪进行碎化处理，粒径2厘米，碎粉后的牦牛粪在采用60℃恒温下烘干至恒重；采用较低温度进行烘干有效保证牦牛粪中干物质保留有效成分，牦牛粪在反应釜内5小时由20℃升温至300-500℃超高温下处理，并保持超高温处理10小时后停止加热自然冷却至室温，制得牦牛粪生物炭。超高温处理形成性能稳定的生物炭。牦牛粪生物炭通过土壤翻耕施入，改善并恢复土壤活力。
本发明特别适合我国西北地区推广使用，西北地区存在大量生产的农牧业废弃物-牦牛粪，可以通过牦牛粪制备退化草地土壤改良生物炭。为了保证该工艺和产品的有效性，进行了实地操作和验证。本发明保证在该技术的方案下，能够获得较高产出率生物炭，以及较好表面积比，孔隙度及热重参数，以及较好的土壤改良效果；获得的结果能够提供一种值得推广的技术，这对大量本地牦牛粪的有效回收，循环利用，清洁材料开发都具有重要价值。
具体实施方式
一种牦牛粪生物炭制作方法，包括如下步骤：
A、牛粪选择
选择7天以内牦牛粪，牦牛粪含水率40%以上，自然风干；
B、碎化处理
自然风干的牦牛粪进行碎化处理，粒径2厘米，碎粉后的牦牛粪在恒温下烘干至恒重；
C、超高温处理
牦牛粪在反应釜内5小时由20℃升温至300-500℃超高温下处理，并保持超高温处理10小时后停止加热自然冷却至室温，制得牦牛粪生物炭；
所述步骤C的牦牛粪在反应釜内5小时由20℃升温至300、400或500℃超高温下处理，并保持超高温处理10小时后停止加热自然冷却至室温。所述步骤B中碎粉后的牦牛粪在60℃恒温下烘干至恒重。
一种牦牛粪生物炭的草地恢复方法，包括如下步骤：
D、土地表层翻耕
土地表层翻耕深度5-10cm，翻耕土壤挖出后备用；
E、生物炭混合
挖出土壤内添加重量分数2-10%的牦牛粪生物炭，并混合均匀；
F、土壤回填
将混合土壤回填至翻耕地块。
所述步骤E中挖出土壤内添加重量分数2、5或10%的牦牛粪生物炭，并混合均匀。
实施例1
一种牦牛粪生物炭制作方法，包括如下步骤：
A、牛粪选择
选择7天以内牦牛粪，牦牛粪含水率40%以上，自然风干；
B、碎化处理
自然风干的牦牛粪进行碎化处理，粒径2厘米，碎粉后的牦牛粪在60℃恒温下烘干至恒重；
C、超高温处理
步骤C的牦牛粪在反应釜内5小时由20℃升温至300℃超高温下处理，并保持300℃超高温处理10小时后停止加热自然冷却至室温，制得牦牛粪生物炭。
一种牦牛粪生物炭的草地恢复方法，包括如下步骤：
D、土地表层翻耕
土地表层翻耕深度10cm，翻耕土壤挖出后备用；
E、生物炭混合
挖出土壤内添加重量分数2%的牦牛粪生物炭，并混合均匀；
F、土壤回填
将混合土壤回填至翻耕地块。
实施例2
一种牦牛粪生物炭制作方法，包括如下步骤：
A、牛粪选择
选择7天以内牦牛粪，牦牛粪含水率40%以上，自然风干；
B、碎化处理
自然风干的牦牛粪进行碎化处理，粒径2厘米，碎粉后的牦牛粪在60℃恒温下烘干至恒重；
C、超高温处理
步骤C的牦牛粪在反应釜内5小时由20℃升温至400℃超高温下处理，并保持400℃超高温处理10小时后停止加热自然冷却至室温，制得牦牛粪生物炭。
一种牦牛粪生物炭的草地恢复方法，包括如下步骤：
D、土地表层翻耕
土地表层翻耕深度5cm，翻耕土壤挖出后备用；
E、生物炭混合
挖出土壤内添加重量分数5%的牦牛粪生物炭，并混合均匀；
F、土壤回填
将混合土壤回填至翻耕地块。
实施例3
一种牦牛粪生物炭制作方法，包括如下步骤：
A、牛粪选择
选择7天以内牦牛粪，牦牛粪含水率40%以上，自然风干；
B、碎化处理
自然风干的牦牛粪进行碎化处理，粒径2厘米，碎粉后的牦牛粪在60℃恒温下烘干至恒重；
C、超高温处理
步骤C的牦牛粪在反应釜内5小时由20℃升温至500℃超高温下处理，并保持500℃超高温处理10小时后停止加热自然冷却至室温，制得牦牛粪生物炭。
一种牦牛粪生物炭的草地恢复方法，包括如下步骤：
D、土地表层翻耕
土地表层翻耕深度5cm，翻耕土壤挖出后备用；
E、生物炭混合
挖出土壤内添加重量分数10%的牦牛粪生物炭，并混合均匀；
F、土壤回填
将混合土壤回填至翻耕地块。
实施例1-3采用JSM-5600LV 型扫描电镜Scanning Electron Microscope(SEM)分析表面形态。用比表面积仪(NOVA4200e United State)测定比表面积(BET-N2法)。用红外光谱仪(Nexus 670 FTIR，United State)测定生物碳的红外谱图，扫描范围400-4000 cm-1，分辨率 0.5cm-1。采用Boehm 滴定法测定表面酸性含氧官能团的含量。采用加速表面积孔分析仪对生物炭孔大小和体积进行分析。吸附动力学参数试验在实验25±0.5℃，180 r.min-1水平振荡条件下进行。气质连用方法(MS-HPLC)测定生物炭中有机化合物种类和含量。上述测试参数用来分析生物炭理化性质。实施例具体参数如下：
表1 不同温度牦牛粪生物炭获得率及基本特性
表2 退化草地土壤改良结果
本发明关于牦牛粪作为原料制作适用于退化草地土壤改良的生物炭材料与其他材料和方法相比有如下特点：（1）牦牛粪纤维量较高，因此在原料处理中尽量粉碎，且大小不能超过2cm，生物炭获得率相对高；（2）采用反应釜限氧升温要求过程每个梯度变化要求在5个小时，相对时间长，而且总制作时间要求在15个小时。（3）制作的生物炭改善土壤酸碱度、碳氮比例、磷含量。（4）本生物炭对环境影响低，促进土壤自然恢复。

Claims (5)

1.一种牦牛粪生物炭制作方法，其特征在于包括如下步骤：
A、牛粪选择
选择7天以内牦牛粪，牦牛粪含水率40%以上，自然风干；
B、碎化处理
自然风干的牦牛粪进行碎化处理，粒径2厘米，碎粉后的牦牛粪在恒温下烘干至恒重；
C、超高温处理
牦牛粪在反应釜内5小时由20℃升温至300-500℃超高温下处理，并保持超高温处理10小时后停止加热自然冷却至室温，制得牦牛粪生物炭。
2.根据权利要求1所述的一种牦牛粪生物炭制作方法，其特征在于所述步骤C的牦牛粪在反应釜内5小时由20℃升温至300、400或500℃超高温下处理，并保持超高温处理10小时后停止加热自然冷却至室温。
3.根据权利要求1所述的一种牦牛粪生物炭制作方法，其特征在于所述步骤B中碎粉后的牦牛粪在60℃恒温下烘干至恒重。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种牦牛粪生物炭的草地恢复方法，其特征在于包括如下步骤：
D、土地表层翻耕
土地表层翻耕深度5-10cm，翻耕土壤挖出后备用；
E、生物炭混合
挖出土壤内添加重量分数2-10%的牦牛粪生物炭，并混合均匀；
F、土壤回填
将混合土壤回填至翻耕地块。
5.根据权利要求4所述的一种牦牛粪生物炭的草地恢复方法，其特征在于所述步骤E中挖出土壤内添加重量分数2、5或10%的牦牛粪生物炭，并混合均匀。
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