CN114933498A - 一种生物质炭基土壤调理剂、其制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物质炭基土壤调理剂、其制备方法及应用，涉及农业技术领域。生物质炭基土壤调理剂的原料包括：生物炭、羊粪、营养肥料和杭锦2#土，生物炭、羊粪、营养肥料和杭锦2#土的质量比为100:90‑110:1‑3:2‑4。利用生物炭、羊粪、营养肥料和杭锦2#土为原料制备生物质炭基生物质炭基土壤调理剂，制备得到的生物质炭基土壤调理剂不仅对土壤的修复效果好，而且原料易得制备成本低，实现了变废为宝的目的。
Description
技术领域
本发明涉及农业技术领域，具体而言，涉及一种生物质炭基土壤调理剂、其制备方法及应用。
背景技术
生物炭及系列炭基土壤调理剂可以应用于农田种植和盐碱地改良，效果十分突出，具体表现在如下方面：(1)作物可以增产增收，还可以节水节肥；(2)秸秆应收尽收，资源化利用；(3)生物炭肥的缓释与吸附效应，减少面源污染排放；(4)有效降低温室气体的排放总量和排放强度。
基于生物质炭基土壤调理剂的优势，目前对生物质炭基土壤调理剂的制备以及作为肥源应用的研究也在逐渐增多。但目前关于生物质炭基土壤调理剂的研究仍处于初级阶段，制备生物质炭基土壤调理剂的生物炭与肥料的混合比、实际施用量的不同对土壤与作物产生作用的差异，还未有深入研究，生物质炭基土壤调理剂的肥效随时间动态变化的研究不足，生物炭基肥应用后对农业生态环境的影响研究尚浅。同样的，以生物炭为基质和载体，促进其它固体废物的资源化利用，制备炭基土壤改良修复剂的研究与应用才刚刚起步。
总体上看，现有的生物质炭基土壤调理剂存在制备成本高、当地农业废弃物未能资源化利用的问题。鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物质炭基土壤调理剂及其制备方法，旨在制备满足要求的生物质炭基土壤调理剂，同时提高资源化利用率降低制备成本。
本发明的目的还在于提供上述生物质炭基土壤调理剂在土壤调理中的应用。
本发明是这样实现的：
第一方面，本发明提供一种生物质炭基土壤调理剂，其原料包括：生物炭、羊粪、营养肥料和杭锦2#土，生物炭、羊粪、营养肥料和杭锦2#土的质量比为100:90-110:1-3:2-4。
在可选的实施方式中，生物炭、羊粪、营养肥料和杭锦2#土的质量比为100:95-105:1.5-2.5:2.5-3.5；
其中，营养肥料的用量是指稀释前的用量。
在可选的实施方式中，营养肥料选自氨基酸水溶肥料和木醋液中的至少一种；优选为木醋液。
在可选的实施方式中，生物质炭基土壤调理剂的成品pH值为7-8，有机质含量≥7.51wt％，总汞含量≤0.431mg/kg，镉含量≤0.83mg/kg，砷含量≤11.84mg/kg，总铅含量≤22.86mg/kg，总铬含量≤32.82mg/kg；
优选地，生物质炭基土壤调理剂的成品水分含量≤10wt％，通过250μm标准筛的比例大于等于70％。
第二方面，本发明提供一种前述实施方式中任一项的生物质炭基土壤调理剂的制备方法，包括：将生物炭、羊粪、营养肥料和杭锦2#土按照用量比进行混合，以制备生物质炭基土壤调理剂。
在可选的实施方式中，营养肥料为木醋液，将配方比例用量的木醋液稀释之后再与生物炭和羊粪混合得到半成品，将半成品晾制脱水之后再与杭锦2#土混合；
优选地，木醋液稀释是控制半成品中水含量为20-30％，晾制是进行自然晾制20-30h；
优选地，木醋液的原料满足如下条件：有机质酸含量≥10wt％。
在可选的实施方式中，生物炭是将农作物秸秆粉碎之后进行高温炭化而得；
优选地，农作物秸秆采用葵花秸秆，葵花秸秆的水分小于5％；
优选地，生物炭的原料满足如下条件：pH值为6-8，有机质含量≥10.73wt％，总氮含量≥6.01wt％，总磷含量≥7.13wt％，总钾含量≥10.5wt％，总养分含量≥23.6wt％，水分含量≤16.92wt％。
在可选的实施方式中，羊粪的原料满足如下条件：pH值为8-9，有机质含量≥26.14wt％，总氮含量≥1.36wt％，总磷含量≥1.22wt％，总钾含量≥6.82wt％，总养分含量≥9.4wt％，水分含量≤18.95wt％，粪大肠菌落≤43MPN/g。
在可选的实施方式中，杭锦2#土的原料满足如下条件：pH值为7-8，粒径小于77μm，有机质含量≥5wt％，稀土含量≥150.00－220.00ug/g。
第三方面，本发明提供前述实施方式中任一项生物质炭基土壤调理剂或前述实施方式中任一项制备方法制备得到的生物质炭基土壤调理剂在土壤调理中的应用；
优选地，生物质炭基土壤调理剂的用量为19-21t/hm2。
本发明具有以下有益效果：利用生物炭、羊粪、营养肥料和杭锦2#土为原料制备生物质炭基生物质炭基土壤调理剂，制备得到的生物质炭基土壤调理剂不仅对土壤的修复效果好，而且原料易得制备成本低，实现了变废为宝的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的生物质炭基土壤调理剂pH值变化示意图；
图2为本发明实施例提供的生物质炭基土壤调理剂EC值示意图；
图3为本发明实施例提供的生物质炭基土壤调理剂对土壤含水率变化示意图；
图4为本发明实施例提供的生物质炭基土壤调理剂对作物生长指标的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明实施例提供一种生物质炭基土壤调理剂的制备方法，制备原料包括：生物炭、羊粪、营养肥料和杭锦2#土，生物炭、羊粪、营养肥料和杭锦2#土的质量比为100:90-110:1-3:2-4。发明人改进了土壤调理剂的原料和用量比，使制备得到的土壤调理剂达到很好的土壤修复的目的，且原料易得，符合变废为宝的理念，具有很好的推广利用价值。
其中，生物炭是由农林废弃物炭化后形成的，是土壤调理剂的基础组分，生物炭的多孔性、巨大的比表面积及高C/N比，使其能够改善通气状况，增加土壤营养元素的有效性，营造更好的微生物生存环境，促进某些特殊类群微生物的繁衍与扩张及土壤团聚体的形成，从而达到固碳减排的目的。生物炭作为肥料载体，与肥料复合制备成为生物炭肥，不仅弥补了生物炭养分不足的缺陷，而且赋予肥料缓释功能，提高肥效，在供给作物养分的同时，实现了生物炭对土壤的改良功能和固碳作用。总之，生物炭作为土壤改良剂施用到土壤中，能够改善土壤的理化性质，对土壤培肥、作物增产有很大的功效。生物炭施用到土壤中，可以缓解温室效应、大气污染、减少土壤的重金属污染；运用到能源领域，是清洁、可再生、环境友好型的新能源。在本发明实施例中，生物炭的加入可以提高土壤的持水性能，提高土壤的盐基饱和度，提高土壤pH值，增加土壤中的矿质营养。
其中，羊粪是指羊的粪便，其取材方便，以羊粪为原料可以实现变废为宝。发明人发现，采用羊粪为原料制备得到的土壤调理剂各方面性能更为优异，若改用其他类型的动物粪便如鸡粪，则制备得到的土壤调理剂的重金属含量等指标均不能满足产品要求。在本发明实施例中，羊粪所含养分丰富，既有容易分解可被作物吸收利用的有效养分，又有不易分解的迟效养分，适用于碱性土地、贫瘠土地，提高作物产量，有机肥可减少对土地的危害。
其中，营养肥料可以为一般的肥料，用于补充营养成分。在实际操作过程中，营养肥料选自氨基酸水溶肥料和木醋液中的至少一种；优选为木醋液。采用木醋液为原料避免了市购肥料，实现自产自用，提高资源化利用率。在本发明实施例中，木醋液具有杀菌抗虫、促进堆肥发酵、提高植物活力、肥料除臭、土壤改良等功效。
其中，杭锦2#土是目前国内所发现陆相湖盆沉积形成的巨厚层的含稀土元素和稀有元素，以凹凸棒石、伊利石、绿泥石、长石、方解石为主要矿物结合的一种新型混合黏土矿种，具有自然粒度小、比表面积大、吸蓝量大、吸附脱色能力强的特点。发明人发现，杭锦2#土特别适合于本发明实施例所提供的土壤调理剂配方体系，其自然粒度小的优点保证了产品更高的成品率。在本发明实施例中，杭锦2#土作为粘结剂具有植物生理调节剂功能、微量多元素营养补给调节功能和土壤改良功能。
为达到更好的土壤修复的效果，发明人对原料的用量做了进一步的优化。在优选的实施例中，生物炭、羊粪、营养肥料和杭锦2#土的质量比为100:95-105:1.5-2.5:2.5-3.5；其中，营养肥料的用量是指稀释前的用量，若采用木醋液作为营养肥料则需要稀释后才能和其他原料混合。
在一些实施例中，营养肥料为木醋液，将配方比例用量的木醋液稀释之后再与生物炭和羊粪混合得到半成品，将半成品晾制脱水之后再与杭锦2#土混合；优选地，木醋液稀释是控制半成品中水含量为20-30％，晾制是进行自然晾制20-30h(如20h、22h、24h、26h、28h、30h等)，以较充分地脱除水分。
进一步地，生物炭是将农作物秸秆粉碎之后进行高温炭化而得，通过在炭化炉内进行高温热解炭化即得到生物炭。优选地，农作物秸秆采用葵花秸秆，葵花秸秆的水分小于5％，采用葵花秸秆能够将内蒙古当地的主要农作物秸秆进行利用，提升当地的资源利用率。
生物炭、羊粪、木醋液和杭锦2#土的原料，满足如下要求为宜，若不满足要求不能与指标相差很大。
生物炭的指标为：外观灰褐色、均匀、无恶臭、有杂质，pH＝6-8，有机质≥10.73wt％，总氮≥6.01wt％，总磷≥7.13wt％，总钾≥10.5wt％，总养分≥23.6wt％，水分≤16.92wt％。
羊粪的指标为：外观灰褐色、均匀、无恶臭、无杂质，pH＝8-9，有机质≥26.14wt％，总氮≥1.36wt％，总磷≥1.22wt％，总钾≥6.82wt％，总养分≥9.4wt％，水分≤18.95wt％，粪大肠菌落≤43MPN/g。
木醋液的指标为：有机质酸含量≥10wt％，含有K，Ca，Mg，Zn，Ge，Mn，Fe等矿物质，此外还含有少量维他命B1和B2。
杭锦2#土的指标为：pH＝7-8，有机质≥5wt％，吸水率91wt％，杭锦2#土的自然粘度较细，储存状态较好的矿体，粒径基本都小于77微米(200目)，稀土含量较高一般≥150.00－220.00ug/g。
本发明实施例提供一种生物质炭基土壤调理剂，通过上述制备方法制备而得，调理剂有碱性矿物、生物菌落。
经检测，生物质炭基土壤调理剂的成品pH值为7-8，有机质含量≥7.51wt％，总汞含量≤0.431mg/kg，镉含量≤0.83mg/kg，砷含量≤11.84mg/kg，总铅含量≤22.86mg/kg，总铬含量≤32.82mg/kg；生物质炭基土壤调理剂的成品水分含量≤10wt％，通过250μm标准筛的比例大于等于70％。
本发明实施例还提供生物质炭基土壤调理剂在土壤调理中的应用，可以增加土壤的养分，促进作物的生长。在实际应用过程中，生物质炭基土壤调理剂的用量为19-21t/hm2为宜。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种生物质炭基土壤调理剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将葵花秸秆粉碎后送入炭化炉内进行高温热解炭化得到生物炭，葵花秸秆水分控制在小于5％。
(2)将生物炭、羊粪、木醋液混合均匀成土壤调理剂半成品，生物炭、羊粪、木醋液的质量比为100:100:2，木醋液是将20mL原料稀释至1L再与生物炭和羊粪混合。
(3)土壤调理剂半成品自然晾制24h，添加杭锦2#土作粘接剂，成为土壤调理剂成品，杭锦2#土与木醋液的质量比为3:2。
原料的指标如下：
生物炭的指标为：外观灰褐色、均匀、无恶臭、有杂质，pH＝6-8，有机质≥10.73wt％，总氮≥6.01wt％，总磷≥7.13wt％，总钾≥10.5wt％，总养分≥23.6％，水分≤16.92％。
羊粪的指标为：外观灰褐色、均匀、无恶臭、无杂质，pH＝8-9，有机质≥26.14％，总氮≥1.36％，总磷≥1.22％，总钾≥6.82％，总养分≥9.4％，水分≤18.95％，粪大肠菌落≤43MPN/g。
杭锦2#土的指标为：pH＝7-8，有机质≥5％，吸水率91％，杭锦2#土的自然粘度较细，储存状态较好的矿体，粒径基本都小于77微米(200目)，稀土含量较高(为150.00－220.00ug/g)。
木醋液的指标为：有机质酸含量≥10％，含有K，Ca，Mg，Zn，Ge，Mn，Fe等矿物质，此外还含有少量维他命B1和B2。
经检测：土壤调理剂成品的指标为：pH＝7-8，有机质≥7.51％，总汞≤0.431mg/kg，镉≤0.83mg/kg，砷≤11.84mg/kg，总铅≤22.86mg/kg，总铬≤32.82mg/kg。土壤调理剂成品的水分不大于10％，通过250μm标准筛的细度不小于70％。
本发明实施例还公开了一种土壤调理剂的应用，将所制备的土壤调理剂成品应用至土壤调理中。
试验例1
在土壤加入实施例1中制备得到的调理剂之前，先对实验土壤进行了pH等理化性质的测定，土壤理化性质如下表1和表2所示：
表1土壤理化性质
表2土壤理化性质
将本发明实施例1所制备的生物质炭基土壤调理剂在作物(酿酒高粱吉杂127号)播种前施加；设定不施加生物质炭基土壤调理剂作为空白对照组。分别在作物出苗期、拔节期、灌浆期、成熟期取样，土壤取样深度为0cm-10cm、10cm-20cm、20cm-40cm、40cm-60cm。测定土壤含水率、pH、EC，结果如图1和图2所示，具体测试值如表3-表6所示。作物成熟后选取典型代表植株，测定其产量、百粒重、叶绿素含量，结果如图3和图4所示。
从图1中可以看出，实验后，相较于空白对照组，施加土壤调理剂可以减少土壤pH值，降低土壤碱性，但pH降低幅度不明显，约有4％。
从图2中可以看出，实验后，相较于空白对照组，施加土壤调理剂可以不同程度地降低土壤盐分(EC)，且随着土壤深度增大，降低盐分愈不明显。
表3土壤出苗期EC值
表4土壤拔节期EC值
表5土壤灌浆期EC值
表6土壤成熟期EC值
土壤的盐分与Na+、SO4 2-、Cl-等离子有关，Na+、SO4 2-、Cl-有较强的吸附能力。由表3-表6，加入生物质炭基土壤调理剂后，不同程度地减少土壤中八大离子地含量，且改良后Na+含量减少了23％，Cl-含量减少了18％，SO4 2-含量减少了43％。生物质炭基土壤调理剂的施入，明显改善了土壤离子含量，降低碱化度，从而达到改土、脱盐的目的，使土壤向有利于植物生长的方向发展，交换捕捉土壤中的有害金属离子，降低土壤含盐量，效果明显，脱盐率可达18％-33.1％。
由图3可以看出，生物炭颗粒由于其多孔性构造，对水分具有缓释效果，减少土壤中水分的流失，保水效果约为23％。
表7土壤养分含量
从表7可以看出，施加生物质炭基土壤调理剂试验后，随着土层深度增加，土壤养分含量分布均匀，有机质、全氮、水解氮、速效钾明显增加。生物炭、畜禽粪便等原料生产的炭粒本身具有较高肥效，因此以炭颗粒为基础生产的生物炭基复合肥，不仅具有降低生产成本、提供产品附加值的效果，且可为农民降低农田劳作强度、提高作物产量，减少肥料的流失。
从图4中可以看出，施加生物质炭基土壤调理剂试验后，可明显地增加作物株高、茎粗、叶绿素含量。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种生物质炭基土壤调理剂，其特征在于，其原料包括：生物炭、羊粪、营养肥料和杭锦2#土，所述生物炭、所述羊粪、所述营养肥料和所述杭锦2#土的质量比为100:90-110:1-3:2-4。
2.根据权利要求1所述的生物质炭基土壤调理剂，其特征在于，所述生物炭、所述羊粪、所述营养肥料和所述杭锦2#土的质量比为100:95-105:1.5-2.5:2.5-3.5；
其中，所述营养肥料的用量是指稀释前的用量。
3.根据权利要求1或2所述的生物质炭基土壤调理剂，其特征在于，所述营养肥料选自氨基酸水溶肥料和木醋液中的至少一种；优选为木醋液。
4.根据权利要求3所述的生物质炭基土壤调理剂，其特征在于，所述生物质炭基土壤调理剂的成品pH值为7-8，有机质含量≥7.51wt％，总汞含量≤0.431mg/kg，镉含量≤0.83mg/kg，砷含量≤11.84mg/kg，总铅含量≤22.86mg/kg，总铬含量≤32.82mg/kg；
优选地，所述生物质炭基土壤调理剂的成品水分含量≤10wt％，通过250μm标准筛的比例大于等于70％。
5.一种权利要求1-4中任一项所述的生物质炭基土壤调理剂的制备方法，其特征在于，包括：将所述生物炭、所述羊粪、所述营养肥料和所述杭锦2#土按照用量比进行混合，以制备所述生物质炭基土壤调理剂。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述营养肥料为木醋液，将配方比例用量的所述木醋液稀释之后再与所述生物炭和所述羊粪混合得到半成品，将所述半成品晾制脱水之后再与所述杭锦2#土混合；
优选地，所述木醋液稀释是控制所述半成品中水含量为20-30％，所述晾制是进行自然晾制20-30h；
优选地，所述木醋液的原料满足如下条件：有机质酸含量≥10wt％。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述生物炭是将农作物秸秆粉碎之后进行高温炭化而得；
优选地，所述农作物秸秆采用葵花秸秆，所述葵花秸秆的水分小于5％；
优选地，所述生物炭的原料满足如下条件：pH值为6-8，有机质含量≥10.73wt％，总氮含量≥6.01wt％，总磷含量≥7.13wt％，总钾含量≥10.5wt％，总养分含量≥23.6wt％，水分含量≤16.92wt％。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述羊粪的原料满足如下条件：pH值为8-9，有机质含量≥26.14wt％，总氮含量≥1.36wt％，总磷含量≥1.22wt％，总钾含量≥6.82wt％，总养分含量≥9.4wt％，水分含量≤18.95wt％，粪大肠菌落≤43MPN/g。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，杭锦2#土的原料满足如下条件：pH值为7-8，粒径小于77μm，有机质含量≥5wt％，稀土含量≥150.00－220.00ug/g。
10.权利要求1-4中任一项所述生物质炭基土壤调理剂或权利要求5-9中任一项所述制备方法制备得到的生物质炭基土壤调理剂在土壤调理中的应用；
优选地，所述生物质炭基土壤调理剂的用量为19-21t/hm2。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220823 |