CN110819359A - 一种复合寡糖土壤修复剂的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种复合寡糖土壤修复剂的制造方法，包括以下步骤：1、准备修剪下的废果树枝条进行自然风干；2、将风干后的废果树枝条进行粉碎，粉碎颗粒直径在0.25～1mm之间；3、将步骤二中粉碎后的废果树枝条过筛；4、将步骤二中过筛所得细粉置于管式炭化炉中进行热解，制得生物炭，热解温度选择300～600℃；5、将步骤四中制得的生物炭冷却至室温，喷入含耦合剂的寡糖水溶液，寡糖与生物炭质量比为1：8000～12000，然后混合均匀；6、将步骤五中制得的混合物干燥，制得复合寡糖土壤修复剂。采用上述制造方法制造的复合寡糖土壤修复剂，为大量林果枝条废弃物开辟了新的利用途径，具有十分广阔的应用前景及市场价值。

Description

一种复合寡糖土壤修复剂的制造方法
技术领域
本发明涉及农用制剂领域，具体涉及一种复合寡糖土壤修复剂的制造方法。
背景技术
我国是水果生产大国，果树栽培历史悠久，资源丰富。近年来，随着水果产业的快速发展，果树枝条的修剪量也在逐年增加，每年已高达约4650万吨。对果树枝条传统的处理方法主要是堆放和焚烧，而堆放占用了大量的土地，焚烧则造成了环境污染，而且还浪费了宝贵的生物资源。因此，如何变废为宝，合理利用这笔巨大的废弃资源，实现资源化利用并开辟一条新的助农增收渠道，无疑已成为当前急需解决的重要问题。
近年来，随着农业的发展和农产品数量的增加，农业废弃物的排放呈日益增长的态势，其合理利用与管理已成为当前世界上大多数国家共同面临的一个重要的农业和环境问题。另一方面，这些废弃物种类繁多、取材方便，而且含有丰富的植物生长所需的各类养分，因而被称作“放错位置的资源”。
对于果树枝条而言，它既是水果生产过程中不可避免的残留物，又是一种可利用的资源，处理好两者的关系，对于保证水果产业的健康发展和支持相关产业的发展都具有十分重要的意义。当前，对废弃果树枝条的利用途径主要集中在堆放、焚烧、制作有机肥等方面。例如，在北京地区，果树枝条可利用量为23.83万吨，其中32％用于直接燃烧，26％被直接丢弃，25％粉碎后制作有机肥，13％用作秸秆气化装置燃料。然而，就直接燃烧而言，这种对果树枝条最直接、最常见的利用方式仅利用了有机物所固定的热量，而有机物本身的c、H、O和N等元素在燃烧时被氧化而形成挥发性气体所浪费。此外，燃烧枝条还存在危害公众健康的隐患，其中大量的易燃木质素，在燃烧过程中能产生苯并芘、儿茶酚、对苯二酚菲和萘等多环芳烃类化合物，这类化合物为抑制剂，如果人体长期接触和吸入，会诱发癌症。
近年来，在一些水果产量较大的地方，由于农民收入的增加和生活水平的提高，农村生活能源结构发生了变化，以煤和石油液化气代替了传统的燃料，从而使得果树枝条相对过剩。再加上果树枝条的其它利用途径较少，用量不大，而且价值低，收集出售不经济，进而导致大部分残枝被随意丢弃在田边、路旁和宅院附近，极易产生不良后果：一是由于残枝带有许多病原菌极易诱发病害，威胁果树生长；二是干燥的树枝露天堆放，腐烂后易产生细菌污染土质和水源，也容易造成火灾，影响生活环境；三是一些残枝被散放在田边沟渠等处，容易造成河道堵塞。
因此，解决好果树枝条的资源化利用问题，对于减少环境污染、改善农村生态环境、发展农业循环经济、实现农业可持续发展都具有十分重要的意义。
另一方面，土壤中添加生物炭，可以改善土壤理化性质，可以防治土壤中的重金属和一些污染物质沉积，有利于土壤改良与修复。在土壤中添加生物炭，由于生物炭富含微孔，不但可以补充土壤的有机物含量，还可以有效地截留住水分和养分，提高土壤肥力。生物炭还田，由于生物炭几乎为纯碳，等于把碳封存进了土壤中，减少了二氧化氮和甲烷等温室气体的排放，这有利于减轻现今地球的温室效应。因此，生物炭具有很大的开发潜力。生物质炭的作用已经得到普遍肯定。尤其在解决可持续发展和全球生态环境问题中。目前，很多国家已经开展了生物炭更广泛作用有关的系统深入的研究，在美国和英国有专门的“生物炭研究中心”，这些研究中心在关于生物炭方面的理论知识与操作技术研究方面都取得了一定进展。生物炭的综合利用有助于构建新型发展模式，追求低碳高效经济发展，对保障国家环境、能源、粮食安全等有是十分重大的意义。
生物炭是由有机废弃生物质原料在缺氧条件下燃烧或热解产生的含碳物质，具有疏松多孔结构、高表面积及独特的理化性。生物炭的基本特征因生物质材料、热解温度和热解时间不同而变化较大，理化性质决定其在土壤中的作用，生物炭的pH值一般为7～10，呈碱性，且裂解温度越高碱性越强，其对酸性土壤的改良和修复作用越好。
而且在土壤微生物的作用下生物炭本身也会发生某种程度分解可直接或间接提升土壤有机质。因此生物炭施用于土壤具有提高土壤碳汇、增加土壤有机质/腐殖质含量以及提升土壤pH值等多重作用，从而可能为土壤退化、土壤养分失调、酸化加剧、肥力下降、养分利用率低等多种土壤问题的解决发挥重要作用。
现在农业中，因长期使用化学农药，病虫害的抗药性越来越强，传统农药的用量越来越大，对生态环境保护和资源的可持续开发与利用造成较大负面影响。壳寡糖是国际最新发现的一类信号分子，也是研究最多、最细致的一类信号物质，具有调控植物生长、发育、繁殖、防病和抗病等方面的功能,能够刺激植物的免疫系统反应，激活防御反应和调控植物生长，产生具有抗病害的活性物质，抑制病害的形成，特别是不同来源的寡聚糖可针对不同的病原菌，从而可解决基因工程遗传育种也很难解决的病原菌生态变异小种的问题。而且，壳寡糖具有吸附及螯合性，可以和重金属离子形成螯合物，再加上其生物可分解特性，不至于造成二次公害，因此为一良好的土壤重金属污染处理材料。因此将壳寡糖应用于农业生产具有十分广阔的应用前景及市场价值。
发明内容
本发明主要是针对上述问题，提供一种利用废果树枝条转化成生物炭并耦合寡糖制备一种复合寡糖土壤修复剂的制造方法，为大量林果枝条废弃物开辟了新的利用途径，具有十分广阔的应用前景及市场价值。
本发明的技术方案如下：
一种复合寡糖土壤修复剂的制造方法，包括以下步骤：
步骤一：准备修剪下的废果树枝条进行自然风干；
步骤二：将风干后的废果树枝条进行粉碎，粉碎颗粒直径在0.25～1mm之间；
步骤三：将步骤二中粉碎后的废果树枝条过筛；
步骤四：将步骤二中过筛所得细粉置于管式炭化炉中进行热解，制得生物炭，热解温度选择300～600℃；
步骤五：将步骤四中制得的生物炭冷却至室温，喷入含耦合剂的寡糖水溶液，寡糖与生物炭质量比为1：8000～12000，然后混合均匀；
步骤六：将步骤五中制得的混合物干燥，制得复合寡糖土壤修复剂。
如上所述的复合寡糖土壤修复剂的制造方法，所述步骤二中风干后的废果树枝条含水率小于10％。
进一步的，所述步骤三中所使用筛网的目数不大于60目。
进一步的，所述步骤四中管式炭化炉的加热管包括刚玉管，耐温性好，可在高温下长期使用。
进一步的，所述管式炭化炉内氮气流量不小于1L/min，保证炉内一直处于无氧环境。
优选的，所述步骤四中的热解温度选择400～500℃。
如上所述的复合寡糖土壤修复剂的制造方法，所述步骤四中的热解时间在30～120min之间，保证热解完全。
如上所述的复合寡糖土壤修复剂的制造方法，所述所述寡糖包括壳寡糖。壳寡糖具有良好的抗病虫害功能，且有安全、微量、高效、成本低等优势，因而可以应用于生物农药产品，部分替代化学农药。
本发明的有益效果在于：
1、本复合寡糖土壤修复剂的制造方法中，将寡糖与生物炭相结合，原料来源丰富、生产成本低、药效高、无毒、无公害，利于在农业上进行推广应用，对我国的农业可持续发展具有重要意义。
2、本复合寡糖土壤修复剂的制造方法中，使用的壳寡糖具有良好的抗病虫害功能，且有安全、微量、高效、成本低等优势，可使水果、蔬菜、粮食增产10～30％，能够部分替代化学农药，减少化学农药的施放。
3、本复合寡糖土壤修复剂的制造方法制得的土壤修复剂，可以显著提高土壤碳、氮及其相关组分含量，促进土壤碳、氮积累，从而提高土壤碳、氮储量，对农作物具有良好的增产效果。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和进一步的实施例对本发明作进一步的描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明的具体实施方式如下：
一种复合寡糖土壤修复剂的制造方法，包括以下步骤：
步骤一：准备修剪下的废果树枝条进行自然风干，风干后的废果树枝条含水率小于10％；
步骤二：将风干后的废果树枝条进行粉碎，粉碎颗粒直径在0.25～1mm之间；
步骤三：将步骤二中粉碎后的废果树枝条过筛，所使用筛网的目数不大于60目；
步骤四：将步骤二中过筛所得细粉置于管式炭化炉中进行热解，制得生物炭，热解温度选择300～600℃，热解时间在30～120min之间，保证热解完全；
步骤五：将步骤四中制得的生物炭冷却至室温，喷入含耦合剂的寡糖水溶液，寡糖与生物炭质量比为1：8000～12000，然后混合均匀；
步骤六：将步骤五中制得的混合物干燥，制得复合寡糖土壤修复剂。
优选的，所述步骤四中管式炭化炉的加热管采用刚玉管，耐温性好，可在高温下长期使用，所述管式炭化炉内氮气流量不小于1L/min，保证炉内一直处于无氧环境。
优选的，所述步骤四中的热解温度选择400～500℃。
优选的，所述寡糖采用具有良好的抗病虫害功能的壳寡糖。
本发明更进一步的实施例如下：
实施例1
一种复合寡糖土壤修复剂的制造方法，包括以下步骤：
步骤一：准备修剪下的废果树枝条进行自然风干，风干后的废果树枝条含水率小于10％；
步骤二：将风干后的废果树枝条进行粉碎，粉碎颗粒直径在0.25～1mm之间；
步骤三：将步骤二中粉碎后的废果树枝条过筛，所使用筛网的目数为18目；
步骤四：将步骤二中过筛所得细粉置于管式炭化炉中进行热解，管式炭化炉中的加热管采用刚玉管，管式炭化炉内氮气流量为2L/min，热解温度选择600℃，热解120min后制得生物炭；
步骤五：将步骤四中制得的生物炭冷却至室温，喷入含耦合剂的壳寡糖水溶液，壳寡糖与生物炭质量比为1：8000，然后混合均匀；
步骤六：将步骤五中制得的混合物干燥，制得复合寡糖土壤修复剂，然后进行称重包装。
实施例2
一种复合寡糖土壤修复剂的制造方法，包括以下步骤：
步骤一：准备修剪下的废果树枝条进行自然风干，风干后的废果树枝条含水率小于8％；
步骤二：将风干后的废果树枝条进行粉碎，粉碎颗粒直径在0.25～0.7mm之间；
步骤三：将步骤二中粉碎后的废果树枝条过筛，所使用筛网的目数为25目；
步骤四：将步骤二中过筛所得细粉置于管式炭化炉中进行热解，管式炭化炉中的加热管采用刚玉管，管式炭化炉内氮气流量为2L/min，热解温度选择480℃，热解90min后制得生物炭；
步骤五：将步骤四中制得的生物炭冷却至室温，喷入含耦合剂的壳寡糖水溶液，壳寡糖与生物炭质量比为1：10000，然后混合均匀；
步骤六：将步骤五中制得的混合物干燥，制得复合寡糖土壤修复剂，然后进行称重包装。
实施例3
一种复合寡糖土壤修复剂的制造方法，包括以下步骤：
步骤一：准备修剪下的废果树枝条进行自然风干，风干后的废果树枝条含水率小于5％；
步骤二：将风干后的废果树枝条进行粉碎，粉碎颗粒直径在0.25～0.5mm之间；
步骤三：将步骤二中粉碎后的废果树枝条过筛，所使用筛网的目数为35目；
步骤四：将步骤二中过筛所得细粉置于管式炭化炉中进行热解，管式炭化炉中的加热管采用刚玉管，管式炭化炉内氮气流量为2L/min，热解温度选择350℃，热解60min后制得生物炭；
步骤五：将步骤四中制得的生物炭冷却至室温，喷入含耦合剂的壳寡糖水溶液，壳寡糖与生物炭质量比为1：11000，然后混合均匀；
步骤六：将步骤五中制得的混合物干燥，制得复合寡糖土壤修复剂，然后进行称重包装。
实施例4
一种复合寡糖土壤修复剂的制造方法，包括以下步骤：
步骤一：准备修剪下的废果树枝条进行自然风干，风干后的废果树枝条含水率小于5％；
步骤二：将风干后的废果树枝条进行粉碎，粉碎颗粒直径在0.25～0.35mm之间；
步骤三：将步骤二中粉碎后的废果树枝条过筛，所使用筛网的目数为45目；
步骤四：将步骤二中过筛所得细粉置于管式炭化炉中进行热解，管式炭化炉中的加热管采用刚玉管，管式炭化炉内氮气流量为2L/min，热解温度选择580℃，热解35min后制得生物炭；
步骤五：将步骤四中制得的生物炭冷却至室温，喷入含耦合剂的壳寡糖水溶液，壳寡糖与生物炭质量比为1：12000，然后混合均匀；
步骤六：将步骤五中制得的混合物干燥，制得复合寡糖土壤修复剂，然后进行称重包装。
试验例
试验通过向试验用地的土壤中分别添加试验土壤10％的实施例1-4得到的复合寡糖土壤修复剂，每处理设3次平行试验。同时设定不添加寡糖土壤修复剂的空白对照用地。
试验用地为蔬菜大棚地，长18m，宽7.6m，左右两边各为1.1m宽保护行，中间平均分为12个小区，每个小区按处理用量撒施复合寡糖土壤修复剂后，用翻土机进行深翻。生长期间试验用地和空白对照用地进行常规管理，并施用等量复合肥。
由于蔬菜品种及生长季节不尽相同，且各茬蔬菜生育期差别较大，试验中复合肥用量有所不同。下面为试验用地和空白对照用地种植各茬蔬菜的生长周期：
第1茬为上海青 直接播种 生育期42d
第2茬为油麦菜 移栽 生育期47d
第3茬为生菜 移栽 生育期52d
第4茬为上海青 移栽 生育期25d
第5茬为油麦菜 移栽 生育期45d
第6茬为生菜 移栽 生育期31d
第7茬为生菜 移栽 生育期43d
第8茬为上海青 直接播种 生育期39d
第9茬为油麦菜 移栽 生育期46d
试验结果：
Figure BDA0002284927040000071
试验用地与空白对照用地的种植结果相比，各茬蔬菜产量提高效果显著，对照结果表明各茬产量中最低的提高了35.4％，最高的幅度达到92.3％。
试验用地与空白对照用地对土壤的影响，空白对照用地的土壤成分基本无变化，而试验用地的土壤PH值提高了0.3～0.8，土壤有机碳含量提升了4.6％～19.0％。即使连续种植多茬蔬菜后，土壤PH值仍然能提高1.53％～1.69％，土壤有机碳能提升5.8％～8.5％，对农田土壤的酸性改良、土壤有机碳提升作用明显，而且对收获的各茬蔬菜均具有较明显的增产效果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或增减替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种复合寡糖土壤修复剂的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：准备修剪下的废果树枝条进行自然风干；
步骤二：将风干后的废果树枝条进行粉碎，粉碎颗粒直径在0.25～1mm之间；
步骤三：将步骤二中粉碎后的废果树枝条过筛；
步骤四：将步骤二中过筛所得细粉置于管式炭化炉中进行热解，制得生物炭，热解温度选择300～600℃；
步骤五：将步骤四中制得的生物炭冷却至室温，喷入含耦合剂的寡糖水溶液，寡糖与生物炭质量比为1：8000～12000，然后混合均匀；
步骤六：将步骤五中制得的混合物干燥，制得复合寡糖土壤修复剂。
2.根据权利要求1所述的一种复合寡糖土壤修复剂的制造方法，其特征在于，所述步骤二中风干后的废果树枝条含水率小于10％。
3.根据权利要求1所述的一种复合寡糖土壤修复剂的制造方法，其特征在于，所述步骤三中所使用筛网的目数不大于60目。
4.根据权利要求1所述的一种复合寡糖土壤修复剂的制造方法，其特征在于，所述步骤四中管式炭化炉的加热管包括刚玉管。
5.根据权利要求1所述的一种复合寡糖土壤修复剂的制造方法，其特征在于，所述管式炭化炉内氮气流量不小于1L/min。
6.根据权利要求1所述的一种复合寡糖土壤修复剂的制造方法，其特征在于，所述步骤四中的热解温度选择400～500℃。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种复合寡糖土壤修复剂的制造方法，其特征在于，所述步骤四中的热解时间在30～120min之间。
8.根据权利要求1任一项所述的一种复合寡糖土壤修复剂的制造方法，其特征在于，所述所述寡糖包括壳寡糖。
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