CN109804746B - 一种田间砂土固碳方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生态土壤治理技术领域，具体涉及一种田间砂土固碳方法。本发明所述田间砂土固碳方法，通过将固碳调节剂与砂土相混合的方式，有效提高了砂土的固碳能力，同时有助于改善肥效的发挥，有效提高种植产量。而本发明所述固碳调节剂，以沼渣、木醋液、膨润土、海藻渣为原料，尤其是利用CO2超临界流体携带离子液体对沼渣进行改性处理，有效改善了沼渣的固碳性能，将沼渣废物还废于田，提高了废物利用率；而各原料同样具有较好的营养成分，有助于提高田间种植产量。
Description
技术领域
本发明属于生态土壤治理技术领域，具体涉及一种田间砂土固碳方法。
背景技术
温室效应引起的全球变暖已成为人类关注的焦点，而陆地生态系统碳循环是研究全球气候变化的关键。据研究，土壤碳库是大气碳库的3.3倍，是生物碳库的4.5倍，因而成为陆地生态系统最大的碳库，而土壤有机碳库更是占到土壤碳库的一半以上，与大气成分进行活性交换的土壤有机碳大约占到陆地生态系统碳的2/3，所以土壤有机碳的微小变化将会极大的缓和或加速大气CO2浓度的提高，并具有进而改变全球碳循环的潜力。因此，提高土壤固碳能力不仅对控制土壤温室气体排放、减缓温室效应具有重要意义，也有利于土壤肥力的提高，对于田间种植具有重要的意义。
固碳也叫碳封存，是指增加除大气之外的碳库碳含量的措施，大自然中植物的固碳作用对维持自然环境平衡起着至关重要的作用。固碳通常包括物理固碳和生物固碳：物理固碳是将二氧化碳长期储存在开采过的油气井、煤层和深海里；生物固碳是将无机碳即大气中的二氧化碳转化为有机碳即碳水化合物，固定在植物体内或土壤中。
生物固碳能够有效提高生态系统的碳吸收和储存能力，减少了二氧化碳在大气中的浓度，并引起广泛关注。现有技术中常见的生物固碳方法有两种：其一为光合作用，如各种绿色植物和光合自养微生物(如蓝藻等)；其二为化能合成作用，如硝化细菌利用氧化氨合成有机物等。光合作用法固碳主要是基于大量的植树造林予以实现，但是由于受植物自身性能的影响，单位植株固碳能力的提高十分有限。因此，如何有效提高诸如土壤等种植环境的固碳能力，对于进一步提高生物固碳效果具有积极的意义。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种田间砂土固碳方法，进而有效提高砂土的固碳性能。
为解决上述技术问题，本发明所述的一种田间砂土固碳方法，包括将田间种植砂土与固碳调节剂相混匀并进行种植的步骤；
所述固碳调节剂包括如下重量份的组分：沼渣30-50重量份、木醋液20-30重量份、膨润土8-15重量份、海藻渣5-15重量份。
优选的，所述固碳调节剂包括如下重量份的组分：沼渣40重量份、木醋液25重量份、膨润土12重量份、海藻渣10重量份。
更优的，所述沼渣为在离子液体存在下，经CO2超临界流体进行溶胀处理后的改性沼渣。
具体的，所述离子液体包括1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和/或1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐。
具体的，所述沼渣的改性方法具体包括：将所述沼渣置于装有选定量所述离子液体的密闭容器中，在不与所述离子液体相接触的情况下，对所述沼渣进行CO2超临界溶胀处理，慢速泄压，即得所需改性沼渣。
优选的，所述超临界溶胀处理步骤的温度为40-60℃，压力为20-30MPa，时间为5-15min。
优选的，所述离子液体的加入体积量占反应容器容积的0.5-1％。
具体的，所述沼渣包括畜禽粪便发酵形成的沼渣、植物秸秆发酵形成的沼渣、或污泥形成的沼渣。
优选的，在所述超临界溶胀处理步骤前，还包括将所述渣渣粉碎并进行真空干燥的步骤。
具体的，所述木醋液为以秸秆作物为原料，在350-550℃下限氧热裂解析出的液态产物。
具体的，所述固碳调节剂的添加量占所述田间种植砂土量的5-10wt％。
本发明所述田间砂土固碳方法，通过将固碳调节剂与砂土相混合的方式，有效提高了砂土的固碳能力，同时有助于改善肥效的发挥，有效提高种植产量。而本发明所述固碳调节剂，以沼渣、木醋液、膨润土、海藻渣为原料，尤其是利用CO2超临界流体携带离子液体对沼渣进行改性处理，有效改善了沼渣的固碳性能，将沼渣废物还废于田，提高了废物利用率；而各原料同样具有较好的营养成分，有助于提高田间种植产量。
具体实施方式
实施例1
本实施例所述固碳调节剂包括如下重量份的组分：沼渣30kg、木醋液30kg、膨润土8kg、海藻渣15kg。
所述木醋液按照如下步骤制得：以秸秆作物为原料，按照现有技术已知方法，在350-550℃下进行限氧热裂解炭化生产生物质炭时热解气喷淋、降温产生的水溶性酸性液体，收集析出的液态产物，即为粗木醋液；并将所得粗木醋液以核桃壳和硅藻土进行过滤以除去含有的焦油和杂质，即得精制木醋液，经简单蒸馏，即得。
所述沼渣为按照如下步骤进行改性制得：
(1)取畜禽粪便发酵形成的沼渣用粉碎机搅碎并进行真空干燥，至含水率低于10％；
(2)在装有1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体的密闭容器中，控制所述沼渣在与所述离子液体不接触，所述1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐的加入体积量占所述反应容器容积的0.5％；
(3)将反应容器进行升温至40℃，并排出空气，随后向容器中充入CO2气体，并调节所述密闭容器内部空间的压力为30MPa，使密闭容器内部空间处于超临界CO2状态，进行处理5min后，慢速泄压，即获得处理后的改性沼渣。
本实施例所述固碳调节剂是通过将上述选定量的各组分混合均匀后，经常温干燥并粉碎至适合的粒径制得。本实施例所述固碳调节剂在使用时，按照5：100的质量比与田间种植砂土相混合，即可进行常规种植。
实施例2
本实施例所述固碳调节剂包括如下重量份的组分：沼渣50kg、木醋液20kg、膨润土15kg、海藻渣5kg。
所述木醋液与实施例1中相同。
所述沼渣为按照如下步骤进行改性制得：
(1)取污泥形成的沼渣用粉碎机搅碎并进行真空干燥，至含水率低于10％；
(2)在装有1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体的密闭容器中，控制所述沼渣在与所述离子液体不接触，所述1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐的加入体积量占所述反应容器容积的1％；
(3)将反应容器进行升温至60℃，并排出空气，随后向容器中充入CO2气体，并调节所述密闭容器内部空间的压力为20MPa，使密闭容器内部空间处于超临界CO2状态，进行处理15min后，慢速泄压，即获得处理后的改性沼渣。
本实施例所述固碳调节剂是通过将上述选定量的各组分混合均匀后，经常温干燥并粉碎至适合的粒径制得。本实施例所述固碳调节剂在使用时，按照8：100的质量比与田间种植砂土相混合，即可进行常规种植。
实施例3
本实施例所述固碳调节剂包括如下重量份的组分：沼渣40kg、木醋液25kg、膨润土12kg、海藻渣10kg。
所述木醋液与实施例1中相同。
所述沼渣为按照如下步骤进行改性制得：
(1)取植物秸秆发酵形成的沼渣用粉碎机搅碎并进行真空干燥，至含水率低于10％；
(2)在装有1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体(1：1v/v)的密闭容器中，控制所述沼渣在与所述离子液体不接触，所述离子液体的加入体积量占所述反应容器容积的0.8％；
(3)将反应容器进行升温至50℃，并排出空气，随后向容器中充入CO2气体，并调节所述密闭容器内部空间的压力为25MPa，使密闭容器内部空间处于超临界CO2状态，进行处理10min后，慢速泄压，即获得处理后的改性沼渣。
本实施例所述固碳调节剂是通过将上述选定量的各组分混合均匀后，经常温干燥并粉碎至适合的粒径制得。本实施例所述固碳调节剂在使用时，按照10：100的质量比与田间种植砂土相混合，即可进行常规种植。
实施例4
本实施例所述固碳调节剂包括如下重量份的组分：沼渣35kg、木醋液28kg、膨润土10kg、海藻渣12kg。
所述木醋液与实施例1中相同。
所述沼渣为按照实施例3中方法进行改性处理的沼渣。
本实施例所述固碳调节剂是通过将上述选定量的各组分混合均匀后，经常温干燥并粉碎至适合的粒径制得。本实施例所述固碳调节剂在使用时，按照10：100的质量比与田间种植砂土相混合，即可进行常规种植。
实施例5
本实施例所述固碳调节剂包括如下重量份的组分：沼渣45kg、木醋液22kg、膨润土14kg、海藻渣8kg。
所述木醋液与实施例1中相同。
所述沼渣为按照实施例3中方法进行改性处理的沼渣。
本实施例所述固碳调节剂是通过将上述选定量的各组分混合均匀后，经常温干燥并粉碎至适合的粒径制得。本实施例所述固碳调节剂在使用时，按照10：100的质量比与田间种植砂土相混合，即可进行常规种植。
对比例1
本对比例所述调节剂的组成和比例以及与田间砂土的添加比例均与实施例3相同，其区别仅在于，所述沼渣为未经改性处理的沼渣。
实验例
将上述制得的固碳调节剂进行田间小白菜种植实验，选取6块基本相同种植条件的田间地块，分别以实施例1-5及对比例1中掺混调节剂后制得的种植砂土进行小白菜的田间种植，并以不添加调节剂的砂土种植为对照。确保整个种植过程中的种植条件和田间管理条件完全相同，以测定对砂土固碳能力的调节作用。
收获后，通过土壤取样，并利用H2SO4-K2Cr2O7外加热法分别测定各地块的土壤有机碳(SOC)量，并测定各地块的小白菜产量，记录于下表1。
表1田间种植结果
从上表数据可知，本发明所述田间砂土固碳方法，通过将固碳调节剂与砂土相混合的方式，有效提高了砂土的固碳能力，同时有助于改善肥效的发挥，有效提高种植产量。而本发明所述固碳调节剂，利用CO2超临界流体携带离子液体对沼渣进行改性处理，有效改善了沼渣的固碳性能，将沼渣废物还废于田，提高了废物利用率。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种田间砂土固碳方法，其特征在于，包括将田间种植砂土与固碳调节剂相混匀并进行种植的步骤；
所述固碳调节剂包括如下重量份的组分：沼渣30-50重量份、木醋液20-30重量份、膨润土8-15重量份、海藻渣5-15重量份；
所述沼渣为在离子液体存在下，经CO2超临界流体进行溶胀处理后的改性沼渣；
所述沼渣的改性方法具体包括：将所述沼渣置于装有选定量所述离子液体的密闭容器中，在不与所述离子液体相接触的情况下，对所述沼渣进行CO2超临界溶胀处理，慢速泄压，即得所需改性沼渣。
2.根据权利要求1所述的田间砂土固碳方法，其特征在于，所述固碳调节剂包括如下重量份的组分：沼渣40重量份、木醋液25重量份、膨润土12重量份、海藻渣10重量份。
3.根据权利要求2所述的田间砂土固碳方法，其特征在于，所述离子液体包括1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和/或1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐。
4.根据权利要求3所述的田间砂土固碳方法，其特征在于，所述超临界溶胀处理步骤的温度为40-60℃，压力为20-30MPa，时间为5-15min。
5.根据权利要求4所述的田间砂土固碳方法，其特征在于，所述离子液体的加入体积量占反应容器容积的0.5-1%。
6.根据权利要求1-5任一项所述的田间砂土固碳方法，其特征在于，所述沼渣包括畜禽粪便发酵形成的沼渣、植物秸秆发酵形成的沼渣或污泥形成的沼渣；
在所述超临界溶胀处理步骤前，还包括将所述沼渣粉碎并进行真空干燥的步骤。
7.根据权利要求1-5任一项所述的田间砂土固碳方法，其特征在于，所述木醋液为以秸秆作物为原料，在350-550℃下限氧热裂解析出的液态产物。
8.根据权利要求1-5任一项所述的田间砂土固碳方法，其特征在于，所述固碳调节剂的添加量占所述田间种植砂土量的5-10wt%。
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