CN110591718A - 微生物陈化改良水热炭及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微生物陈化改良水热炭的制备方法，包括以下步骤：在厌氧发酵罐中加入沼液和秸秆作为碳源，再加入有机养分以促进微生物发酵；将原始水热炭加入厌氧发酵罐中陈化发酵；将陈化发酵后的水热炭取出，冲洗、烘干，得到微生物陈化改良水热炭。本发明将制备的微生物陈化改良水热炭施加到稻田中，可促进水稻增产和提升籽粒游离氨基酸含量，同时可促进稻田氨挥发和温室气体减排。

Description

微生物陈化改良水热炭及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种微生物陈化改良水热炭及其制备方法和应用，属于水热炭改良技术领域。
背景技术
随着水稻种植业的不断发展，水稻高产优质栽培技术也在不断地提升，目前的水稻栽培开始向品种多样化、种植规范化以及管理科学化方向发展。近年来，水稻栽培技术已经实现了质的飞跃，主要技术发展也体现在了种植方式、种植形式与品种改良等方面上，我国是人口大国，粮食供给不足，因此水稻产量和质量的提升需要进一步研究。氮肥的过量使用导致了稻田氮素的严重流失。而氨挥发是农田氮肥损失的一个主要途径。研究表明，NH3挥发可达施氮量的10-60％。农业源NH3占全球人为NH3排放量的50％以上。挥发的气态氨与大气悬浮颗粒物中的酸性物质发生反应，再由大气沉降进入陆地生态生态系统，可能引起土壤酸化、森林退化、生物多样性下降和水体富营养化等严重的生态问题，同时也对大气质量产生了不利影响。
生物炭(Biochar)是在完全或部分缺氧条件下，以及相对较低的温度条件下(＜700℃)，经热解炭化产生的一种含碳量丰富、性质稳定的有机物质。生物炭因其较大的比表面积、丰富的空隙结构和稳定的理化性质而在土壤改良和固炭减排等方面具有重要作用。生物炭制备形式主要包括常规裂解生物炭和水热生物炭。常规裂解生物炭是含碳有机生物质在低氧或缺氧条件下经高温热解形成的稳定富碳产物。水热炭是以生物质为原料，在150～375℃和自生压力条件下，经水热反应得到的以碳为主体、含氧官能团丰富、热值高的黑色固体产物。
水热炭化法(HTC)是指在密封的压力容器中，以化合物为原料、以水为溶剂和反应介质、在自压力和150～375℃的反应温度下合成富碳产物的过程。水热炭化过程主要反应机理包括水解、脱水、脱羧、聚合和芳构化。生物质的水热解中间产物为糠类、醛类化合物，分子组成复杂，给组分的检测带来很大难度，因此其成炭机理还需进一步研究。与传统的热化学转化方法相比，HTC温度低，原料不受水分含量限制，耗能少，CO2释放量少，已经成为一种高效的生物质预处理手段和生物质全组分转化方法。
水热炭是一种具有微观结构、物理性质特殊的富碳材料，在环境领域和农业领域都有很强的应用前景。然而，由于水热炭的生物兼容性不佳，直接施用可能会产生负面的影响。另外，水热炭自身含有的可溶性有机物，将在一定程度上影响水稻对氮素的吸收利用效率。这些有机成分，特别是有机酚、酸类进入土壤后，会抑制生物活性，还有可能损害作物根部和作物本身从而抑制植物生长，导致产量减少和氮素流失，因此需要通过改性措施来改良水热炭的某些特性。改性方法可以分为物理改性，化学改性和生物改性。1、物理改性：一般指在生物质热解过程中通入CO2、氨、臭氧及水蒸气等活化气体，在一定温度下这些活化气体分子与表位碳发生了一系列的反应，从而活化传统生物炭:2、化学改性：指利用化学试剂活化生物炭，其机理主要是通过可增加生物炭表面的吸附点位，使生物炭的表面络合力、表面静电吸引力等增强。改性试剂包括酸、碱及矿物质盐类等。3、生物改性：一般指通过在微生物作用下加快微生物的陈化过程，关于水热炭生物改性的报道尚未发现。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种微生物陈化改良水热炭及其制备方法和应用。通过微生物作用下加快生物炭的陈化过程，利用生物方法改性水热炭的性质，通过厌氧发酵技术对水热炭进行微生物陈化，溶出并在一定程度上降解生物炭源可溶性有机质中普遍存在的有机酸和有机酚，以及炭化不彻底的其他有机成分，同时实现对水热炭表面特性的微生物改良，将微生物陈化改良水热炭施加到稻田中，可促进水稻增产和提升籽粒游离氨基酸含量，同时促进稻田氨挥发和温室气体减排。
为解决上述技术问题，本发明提供一种微生物陈化改良水热炭的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
在厌氧发酵罐中加入沼液和秸秆作为碳源，再加入有机养分以促进微生物发酵；
将原始水热炭加入厌氧发酵罐中陈化发酵；
将陈化发酵后的水热炭取出，冲洗、烘干，得到微生物陈化改良水热炭。
优选地，所述原始水热炭的制备方法为：首先将农林废弃物制备成粒径0.1-20mm大小的颗粒；然后将农林废弃物与水按照1:2-1:15(w/v)的比例进行混合，加入高压水热反应釜中进行水热反应，反应温度为220-280℃，压力为4-10MP，反应时间为30-180min；最后将制备的固体产物取出沥干备用。
优选地，所述沼液和秸秆的质量比10:1-20:1；所述沼液中可溶性有机碳为300-500mgL-1，pH为7.3-7.5,总固体含量为1-2g L-1，有机质为200-400g kg-1；所述秸秆为小麦或玉米秸秆，颗粒大小为1-30mm，含水率不高于30％。
优选地，所述陈化发酵的温度为10-60℃，pH不低于5.5，时间为20-60天。
优选地，所述有机养分为猪粪或牛粪，含水率不高于40％，有机质含量≥30％，总养分含量≥4.0％，酸碱度pH为5.5-8.0。
上述的制备方法制备的微生物陈化改良水热炭。
本发明还提供一种微生物陈化改良水热炭的应用，其特征是，将微生物陈化改良水热炭施加到稻田中，用于促进水稻增产和提升籽粒游离氨基酸含量。
本发明还提供一种微生物陈化改良水热炭的应用，其特征是，将微生物陈化改良水热炭施加到稻田中，用于促进稻田氨挥发和温室气体减排。
优选地，将微生物陈化改良水热炭施加到稻田中的方法为：施加方式为撒施或表层土混施；施加量为1t/ha-50t/ha；施加时间为水稻插秧前的1-5d；日常水分管理，施加微生物陈化改良水热炭之后，保持7-15天不主动排水；施加微生物陈化改良水热炭后，基肥施加量在原有基础上减少10-25％。
优选地，改良水热炭施加量在10-50t/ha时，对于pH＜6.5的酸性土壤，每年施加次数不超过1次，且连续施用≤2年；
改良水热炭施加量在10-50t/ha时，对于pH＞7.5的碱性土壤，每年施加次数不超过2次，且连续施用≤3年；
改良水热炭施加量在1-10t/ha时，对于pH＜6.5的酸性土壤，每年施加次数不超过2次，且连续施用≤4年；
改良水热炭施加量在1-10t/ha时，对于pH＞7.5的碱性土壤，每年施加次数不超过3次，且连续施用≤5年；
改良水热炭施加量不超过1t/ha时，每年施加次数不超过3次，连续施用≤6年。
本发明所达到的有益效果：
(1)通过微生物作用下加快生物炭的陈化过程，利用生物方法改性水热炭的性质，通过厌氧发酵技术对水热炭进行微生物陈化，由于水热炭自身含有的可溶性有机物，将在一定程度上影响水稻对氮素的吸收利用效率。这些有机成分，特别是有机酚、酸类进入土壤后，会抑制生物活性，还有可能损害作物根部和作物本身从而抑制植物生长，导致产量减少和氮素流失。水热炭经过微生物陈化过程，其中一些有机物质会被释放或者被微生物所利用，可以溶出并在一定程度上降解可溶性有机质中存在的有机酸、有机酚等有机物，减少后续继续释放的可能，改善水热炭的生物兼容性，同时实现对水热炭表面特性的微生物改良。
(2)在资源化利用农林废弃物的同时，可以显著提升水稻产量以及籽粒氨基酸含量，其主要原因，在于微生物陈化过程导致水热炭表面可溶性酚类和酸类物质的减少，这些成分可能存在潜在的胁迫效应，对植物生长和产量产生负面影响。微生物陈化改良水热炭的比表面积和孔隙率的增加，会增加土壤对养分的吸收能力，从而使更多的养分被植物所利用。水热炭改良后水溶性养分的增加，给植物提供更多的养分。微生物改良水热炭自身pH的回升，使其更接近土壤本底值，缓解了土壤酸化，更利于水稻生长。同时可以提升稻田经济效益，间接降低水稻生产的环境成本。
(3)充分利用微生物陈化改良水热炭表面特性的提升，如比表面积和孔隙率的增加，提高了炭材料的吸附性能，从而增加了水稻的氮素利用效率，降低了稻田氨挥发量和温室气体的排放量。另外，土壤脲酶活性受到水热炭施加的显著抑制，同时土壤amoA基因(AOA,AOB)丰度的增加导致土壤氨氧化作用增强，这对于田面水NH4+-N浓度有削减作用，从而降低稻田氨挥发排放通量、氨挥发排放累积量和单位产量氨挥发排放累积量。
附图说明
图1为原始锯末水热炭(SHC)的扫描电镜图；
图2为微生物陈化锯末水热炭(M-SHC)的扫描电镜图；
图3为水洗锯末水热炭(W-SHC)的扫描电镜图；
图4微生物陈化改良水热炭对水稻产量的影响；
图5微生物陈化改良水热炭对水稻氮肥吸收利用率和农学效应的影响；
图6微生物陈化改良水热炭对水稻籽粒游离氨基酸总量的影响；
图7微生物陈化改良水热炭对稻田单位产量氨挥发排放累积量的影响；
图8微生物陈化改良水热炭对稻田土壤脲酶活性的影响；
图9微生物陈化改良水热炭对稻田土壤AOA和AOB基因丰度的影响；
图10微生物陈化改良水热炭对稻田田面水氨氮浓度的影响。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明提供一种微生物陈化改良水热炭的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备原始水热炭：首先将农林废弃物制备成粒径0.1-20mm大小的颗粒；然后将农林废弃物与水按照1:2-1:15(w/v)的比例进行混合，加入高压水热反应釜中进行水热反应，反应温度为220-280℃，压力为4-10MP，反应时间为30-180min；最后将制备的固体产物取出沥干备用。
(2)在厌氧发酵罐中加入沼液和秸秆作为碳源，所述沼液和秸秆的质量比为10:1-20:1。所述沼液中可溶性有机碳为300-500mgL-1，pH为7.3-7.5,总固体含量为1-2g L-1，有机质为200-400g kg-1；所述秸秆为小麦秸秆，颗粒大小为1-30mm，含水率不高于30％。再加入有机养分以促进微生物发酵；所述有机养分为猪粪或牛粪，含水率不高于40％，有机质含量≥30％，总养分含量≥4.0％，酸碱度pH为5.5-8.0。
(3)将原始水热炭加入厌氧发酵罐中陈化发酵，所述陈化发酵的温度为10-60℃，pH不低于5.5，时间为20-60天。
(4)将陈化发酵后的水热炭取出，冲洗、烘干，得到微生物陈化改良水热炭。
(5)将改良后的水热炭施加到稻田中，施加时需注意：
a)改良水热炭的施加方式为撒施或表层土混施；
b)改良水热炭的施加量为1t/ha-50t/ha；
c)改良水热炭的施加时间为水稻插秧前的1-5d；
d)改良水热炭施加量在10-50t/ha时，对于酸性土壤(pH＜6.5时)每年施加次数不超过1次，且连续施用≤2年；
e)改良水热炭施加量在10-50t/ha时，对于碱性土壤(pH＞7.5时)每年施加次数不超过2次，且连续施用≤3年；
f)改良水热炭施加量在1-10t/ha时，对于酸性土壤(pH＜6.5时)每年施加次数不超过2次，且连续施用≤4年；
g)改良水热炭施加量在1-10t/ha时，对于碱性土壤(pH＞7.5时)每年施加次数不超过3次，且连续施用≤5年；
h)改良水热炭施加量不超过1t/ha时，每年施加次数不超过3次，连续施用≤6年；
i)日常水分管理，施加改良水热炭之后，除非强降雨，需保持7-15天不主动排水；
j)施加改良水热炭后，基肥施加量在原有基础上相应减少10-25％。
应用一、将微生物陈化改良水热炭施加到稻田中，用于促进水稻增产和提升籽粒游离氨基酸含量。
本实施例考察了微生物陈化改良水热炭对水稻产量、水稻生长指标、水稻氮素利用率、水稻籽粒游离氨基酸含量的影响。本实施例通过建立水稻土柱实验，设定8个处理，分别为原始锯末水热炭(SHC)、微生物陈化锯末水热炭(M-SHC)、水洗锯末水热炭(W-SHC)、不施加氮肥和水热炭对照处理(CK0)、施加氮肥且不加水热炭的对照处理(CKU)，设置两个施加量:0.5％(w/w)和1.5％(w/w)。水热炭为杨树锯末在260℃烧制而成。在水稻成熟期收割水稻籽粒，计算产量，千粒重等农学指标。水稻移栽深度为2-3cm。
实施例1、微生物陈化改良水热炭的基本理化性质
本实施例所用的微生物陈化改良水热炭在发酵过程中，温度逐渐降低，在发酵过程的0-20d，20-40d,40-60d平均温度分别为26.56℃，22.60℃,17.31℃，发酵前期温度较高。如表1所示，水热炭经过微生物陈化改良处理，pH显著上升，炭材料比表面积显著提高。
表1不同水热炭材料的基本性质
注：SHC,M-SHC和W-SHC分别代表锯末水热炭，微生物陈化改良水热炭和水洗水热炭；SSA代表比表面积。
如图1所示，通过不同炭材料的扫描电镜图(SEM)可以发现，微生物陈化改良水热炭相比改良之前的水热炭，表面呈现更加丰富且密集的孔隙结构，颗粒表面更加粗糙，且孔径更大。可以看出，微生物陈化改良水热炭具有更加良好的表面特性。
实施例2、微生物陈化改良水热炭对水稻生长和生理指标的影响
本实施例考察了微生物陈化改良水热炭对水稻生长和生理指标的影响。
表2不同处理对水稻生理指标在不同关键生育期的影响
如表2所示，在施用基肥、分蘖肥和穗肥后，与施用肥料但未施用生物炭的处理对比，微生物陈化水热炭处理株高在分蘖期和抽穗期，低施用量(0.5％,w/w)条件下，均呈现增加的趋势，微生物陈化水热炭处理株高在三个关键生育期均高于原始水热炭处理和水洗改良处理，在分蘖期和成熟期较为显著，分别增加了3.60％～11.5％和3.4％～5.3％，且低施用量(0.5％,w/w)条件下对水稻株高促进作用更为明显。三组水热炭处理对水稻SPAD值的影响均无显著性差异，微生物陈化水热炭处理NDVI值在分蘖期普遍相比CKU增加了4.61％～10.77％。可以看出，新型的水热炭施用方案能显著提升水稻生长和生理指标。
实施例3、微生物陈化改良水热炭对水稻产量构成因子和水稻产量的影响
本实施例考察了微生物陈化改良水热炭对水稻产量构成因子和水稻产量的影响。
表3不同处理对水稻产量构成因子的影响
如图2和表3所示，与原始水热炭处理相比，微生物陈化水热炭处理有效增加了水稻千粒重、结实率、有效穗数，且在低施用量(0.5％,w/w)条件下效果更明显。与施用肥料但未施用生物炭的处理对比，微生物陈化改良水热炭均显著增加了水稻的产量，增幅17.13％～22.99％。在低施用量下，微生物陈化改良水热炭处理对水稻产量的提升效果相较于原始水热炭不明显，但是，在高施用量(1.5％,w/w)下，微生物陈化水热炭处理和水洗处理水稻产量显著高于原始水热炭处理。
实施例4、微生物陈化改良水热炭对水稻吸氮量和氮肥偏生产力的影响
本实施例考察了微生物陈化改良水热炭对水稻吸氮量和氮肥偏生产力的影响。
表4不同处理对水稻吸氮量及氮肥偏生产力的影响
如表4所示，与施用肥料但未施用生物炭的处理对比，微生物陈化水热炭处理和水洗处理地上部吸氮量平均提高了21.00％和18.25％，微生物陈化水热炭处理和水洗处理氮肥偏生产力平均提高了17.48％和20.68％。与原始水热炭处理相比，微生物陈化水热炭处理地上部吸氮量在低施用量(0.5％,w/w)条件下增幅2.07％～6.93％。在高施用量(1.5％,w/w)条件下，微生物陈化水热炭处理氮肥偏生产力高于原始水热炭处理。总体来说，微生物陈化改良水热炭处理对水稻吸氮量和氮肥偏生产力有明显的提升效果。
实施例5、微生物陈化改良水热炭对水稻氮素利用率和氮肥农学效率的影响
本实施例考察了微生物陈化改良水热炭对水稻氮素利用率和氮肥农学效率的影响。
如图3所示，与施用肥料但未施用生物炭的处理对比，微生物陈化改良处理和水洗改良处理氮肥利用率分别平均提高了145.72％和130.40％。与原始水热炭相比，微生物陈化水热炭处理氮肥利用率提高5.63％～37.98％，在高施用量(1.5％,w/w)下更为显著。氮肥农学效率也体验出类似的规律。
实施例6、微生物陈化改良水热炭对水稻籽粒游离氨基酸含量的影响
本实施例考察了微生物陈化改良水热炭对水稻籽粒游离氨基酸含量的影响。
表5不同处理对水稻籽粒17种游离氨基酸含量的影响
注：Ala＝丙氨酸，Arg＝精氨酸，Asp＝天冬氨酸，Cys＝半胱氨酸，Glu＝谷氨酸，His＝组氨酸，Ile＝异亮氨酸，Gly＝甘氨酸，Leu＝亮氨酸，Lys＝赖氨酸，Met＝蛋氨酸，Phe＝苯丙氨酸，Pro＝缬氨酸，Ser＝丝氨酸，Thr＝苏氨酸，Tyr＝酪氨酸，Val＝脯氨酸
如表5所示，与施用肥料但未施用生物炭的处理对比，微生物陈化改良水热炭处理显著提高了水稻籽粒中丙氨酸，天冬氨酸，谷氨酸，组氨酸，甘氨酸，亮氨酸，赖氨酸，蛋氨酸，苏氨酸的含量。如图4所示，微生物陈化改良水热炭处理和水洗改良水热炭处理水稻籽粒中17种游离氨基酸的总量均得到提高，其中，微生物陈化改良水热炭处理水稻籽粒17种游离氨基酸的总量在高施加量(1.5％，w/w)下相比原始水热炭处理和水洗改良处理增幅17.30％～19.76％。在低施加量(0.5％，w/w)下，水洗改良处理水稻籽粒17种游离氨基酸的总量高于原始水热炭处理和微生物陈化改良水热炭处理。新型水热炭处理能有效提高水稻籽粒中的游离氨基酸含量，并且使水稻籽粒品质得到提升。
应用二、将微生物陈化改良水热炭施加到稻田中，用于促进水稻增产和提升籽粒游离氨基酸含量。
本实施例考察了微生物陈化改良水热炭对稻田氨挥发排放通量、氨挥发排放累积量、单位产量氨挥发排放累积量、CH4和N2O排放累积排放量的影响。建立水稻盆栽实验，设定5个处理，分别为原始锯末水热炭(SHC)、微生物陈化水热炭(M-SHC)、水洗水热炭(W-SHC)、不施加氮肥和水热炭对照处理(CK0)、施加氮肥且不加水热炭的对照处理(CKU)，水热炭施加量为1.5％(w/w)。水热炭为杨树锯末在260℃烧制而成。在基肥以及分蘖期和穗期追肥后的7天内(施肥量分别为96，96和48kg N/ha)。
实施例7、微生物陈化改良水热炭对稻田氨挥发排放累积量的影响
本实施例考察了微生物陈化改良水热炭对稻田氨挥发排放累积量的影响。
表6不同处理对稻田氨挥发排放累积量的影响
如表6所示，在施用基肥、分蘖肥和穗肥后，与施用肥料但未施用水热炭的处理对比，微生物陈化改良水热炭处理下，稻田氨挥发排放总量平均下降11.52％，水洗改良水热炭反而增加了稻田氨挥发排放总量4.77％。而常规施用方案下，稻田氨挥发平均下降5.75％。微生物陈化改良水热炭施用方案能显著降低稻田氨挥发排放累积量。
实施例8、微生物陈化改良水热炭对稻田单位产量氨挥发排放累积量的影响
本实施例考察了微生物陈化改良水热炭对水稻单位产量氨挥发排放累积量的影响。
如图5所示，微生物陈化水热炭施用方案处理与施用肥料但未施用水热炭的处理对比，水稻单位产量氨挥发排放累积量降低24.40％。水洗改良处理单位产量氨挥发排放累积量降低了15.30％，而常规施用方案下，稻田单位产量氨挥发排放累积量平均下降14.77％。微生物陈化改良水热炭施用方案对稻田单位产量氨挥发减排效果最好。
实施例9、微生物陈化改良水热炭对稻田土壤脲酶活性的影响
本实施例考察了微生物陈化改良水热炭对土壤脲酶活性的影响。
如图6所示，与施用肥料但未施用水热炭的处理对比，微生物陈化水热炭施用方案处理下，土壤脲酶活性降低了27.06％，水洗改良水热炭脲酶活性降低了0.75％。常规施用方案下，土壤脲酶活性降低了34.63％。
实施例10、微生物陈化改良水热炭对稻田土壤AOA和AOB基因丰度的影响
本实施例考察了微生物陈化改良水热炭对土壤AOA和AOB基因丰度的影响。
如图7所示，与施用肥料但未施用水热炭的处理对比，微生物陈化水热炭施用方案处理下，土壤AOA和AOB基因丰度分别增加了24.74％和25.53％。而水洗改良水热炭处理和原始水热炭处理均降低了土壤AOA和AOB基因丰度。
实施例11、微生物陈化改良水热炭对稻田田面水氨氮浓度的影响
本实施例考察了微生物陈化改良水热炭对稻田田面水氨氮浓度的影响。
如图8所示，与施用肥料但未施用生物炭的处理对比，微生物陈化处理在基肥期峰值降低了21.67mg/L,水洗改良水热炭处理下，田面水氨氮峰值降低了7.4mg/L,常规施用方案下，田面水氨氮峰值降低了10.27mg/L。微生物陈化改良水热炭施用方案能显著降低稻田田面水氨氮含量，而常规施用方案对稻田田面水氨氮的吸附能力较弱。
实施例12、微生物陈化改良水热炭对稻田CH4和N2O排放累积量的影响
本实施例考察了微生物陈化改良水热炭对稻田CH4和N2O排放累积量的影响。
表7不同处理对稻田CH4和N2O排放累积量的影响
如表7所示，与原始锯末水热炭相比，微生物陈化改良水热炭显著降低了CH4和N2O累积排放量,分别降低了53.04％和25.00％，微生物陈化改良处理在也显著降低了GWP值，和原始锯末水热炭相比，降低了48.49％。微生物陈化改良水热炭施用方案能显著降低温室气体的排放量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.微生物陈化改良水热炭的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
在厌氧发酵罐中加入沼液和秸秆作为碳源，再加入有机养分以促进微生物发酵；
将原始水热炭加入厌氧发酵罐中陈化发酵；
将陈化发酵后的水热炭取出，冲洗、烘干，得到微生物陈化改良水热炭。
2.根据权利要求1所述的微生物陈化改良水热炭的制备方法，其特征是，所述原始水热炭的制备方法为：首先将农林废弃物制备成粒径0.1-20 mm大小的颗粒；然后将农林废弃物与水按照1:2-1:15 （w/v）的比例进行混合，加入高压水热反应釜中进行水热反应，反应温度为220-280℃，压力为4-10 MP，反应时间为30-180 min；最后将制备的固体产物取出沥干备用。
3.根据权利要求1所述的微生物陈化改良水热炭的制备方法，其特征是，所述沼液和秸秆的质量比10:1-20:1；所述沼液中可溶性有机碳为300-500 mgL-1，pH为7.3-7.5, 总固体含量为1-2 g L-1，有机质为200-400 g kg-1；所述秸秆为小麦或玉米秸秆，颗粒大小为1-30mm，含水率不高于30%。
4.根据权利要求1所述的微生物陈化改良水热炭的制备方法，其特征是，所述陈化发酵的温度为10-60 oC， pH不低于5.5，时间为20-60天。
5.根据权利要求1所述的微生物陈化改良水热炭的制备方法，其特征是，所述有机养分为猪粪或牛粪，含水率不高于40%，有机质含量≥ 30%，总养分含量≥ 4.0%，酸碱度 pH 为5.5-8.0。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的制备方法制备的微生物陈化改良水热炭。
7.微生物陈化改良水热炭的应用，其特征是，将微生物陈化改良水热炭施加到稻田中，用于促进水稻增产和提升籽粒游离氨基酸含量。
8.微生物陈化改良水热炭的应用，其特征是，将微生物陈化改良水热炭施加到稻田中，用于促进稻田氨挥发和温室气体减排。
9.根据权利要求7或8所述的微生物陈化改良水热炭的应用，其特征是，将微生物陈化改良水热炭施加到稻田中的方法为：施加方式为撒施或表层土混施；施加量为1t/ha- 50t/ha；施加时间为水稻插秧前的1-5d；日常水分管理，施加微生物陈化改良水热炭之后，保持7-15天不主动排水；施加微生物陈化改良水热炭后，基肥施加量在原有基础上减少10-25%。
10.根据权利要求9所述的微生物陈化改良水热炭的应用，其特征是，
改良水热炭施加量在10-50 t/ha时，对于pH＜6.5的酸性土壤，每年施加次数不超过1次，且连续施用≤2年；
改良水热炭施加量在10-50 t/ha时，对于pH＞7.5的碱性土壤，每年施加次数不超过2次，且连续施用≤3年；
改良水热炭施加量在1-10 t/ha时，对于pH＜6.5的酸性土壤，每年施加次数不超过2次，且连续施用≤4年；
改良水热炭施加量在1-10 t/ha时，对于pH＞7.5的碱性土壤，每年施加次数不超过3次，且连续施用≤5年；
改良水热炭施加量不超过1 t/ha 时，每年施加次数不超过3次，连续施用≤6年。
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