专利名称：一种二氧化碳液体肥料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液体肥料，尤其是将废气二氧化碳作为植物碳基营养应用，特别涉及一种二氧化碳液体肥料。
背景技术：
科学的实践证明，世界公认的植物生产所必需的营养元素有16种，即碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、硼、锰、铜、锌、钼和氯。其中，碳、氢、氧、氮、磷、钾为大量营养元素，钙、镁、硫为中量营养元素，铁、硼、锰、铜、锌、钼和氯为微量营养元素。需要强调的是，化学肥料行业中有一种奇怪的认识直到现在都没有得到纠正。即化学肥料主要营养只标明氮、磷、钾的养分含量，而对另外三种更重要的碳、氢、氧营养成分则没有足够的认识。自1840年德国学者李比希(J.V.Liebig)创建植物矿质营养学说，到化学肥料的诞生，至今不过100多年的历史，人们对肥料的认识尚不完善。依照植物吸收养分的形态来说，碳元素的主要形态是二氧化碳、碳酸氢根离子以及一些有机分子或离子基团；氢、氧元素的主要形态是水分子、氢氧根离子及氢、氧元素与其它元素形成的分子和离子。至于化学肥料为什么不把碳、氢、氧作为营养元素计算，人们解释的原因是碳元素主要以二氧化碳形式存在空气中，氢、氧元素主要以水的形式存在地球上，数量很大，没有必要计算。鉴于水在地球上的数量如此巨大，约占地球面积的3/4，而且作物吸收的水分，只有总量的0.001％参与光合作用，我们把它作为一种主要养分看待，而不计算它在肥料中的含量，也能自圆其说。而空气中二氧化碳仅占到总体积的0.03％，比例很小，作物又不能完全吸收。同样是营养元素的氮，空气中所占的比例高达78％，虽然一般作物不能直接吸收，但是下大雨雷鸣电闪的时候，作物还是可以吸收的，同时作物中的固氮菌(例如大豆根瘤菌)也可以直接吸收氮元素。尽管如此，氮元素仍然是计量的。而碳元素的形态在地球上大部分是以碳酸盐或有机物表现，空气中二氧化碳的含量比例在地球上并不大，所以，化学肥料中不计算碳的含量是不科学的。
碳的形态也可以象铵态氮、硝态氮、酰态氮、有机氮进行区分，即可分为碳酸态碳，例如NH4HCO3、(NH4)2CO3、KHCO3、K2CO3、CaCO3、MgCO3、Mg(HCO3)2等，酰态碳，例如CO(NH)2尿素，有机态碳，例如CH3COOH乙酸、C2H5COOH丙酸、CH3COCOOH丙酮酸、HCOOH甲酸、HOOC-CH2-CHOH-COOH苹果酸、C6H5OH(苯酚、俗名石炭酸)、CH3(CH2)14COOH软脂酸、CH3(CH2)16COOH硬脂酸、CH3OH甲醇、C2H5COOH乙醇等。按照它的溶解性也可以象水溶磷(速效磷)、枸溶磷、难溶磷那样进行区分，即可分为水溶性碳(速效碳)或有效碳，例如NH4HCO3、(NH4)2CO3、KHCO3、K2CO3和CH3COOH乙酸、C2H5COOH丙酸、CH3COCOOH丙酮酸、HCOOH甲酸、HOOC-CH2-CHOH-COOH苹果酸、CH3OH甲醇、C2H5COOH乙醇等。枸溶性碳，例如Mg(HCO3)2、C6H5OH(苯酚、俗名石炭酸)等。难溶碳，例如CaCO3、MgCO3和CH3(CH2)14COOH软脂酸、CH3(CH2)16COOH硬脂酸等。近年来，随着有机肥料的大量使用，也可以将有机质或有机碳的百分含量与无机碳，如二氧化碳、碳酸氢根加以区分。
碳营养作为植物的第一营养计量是“碳基营养学说”的核心，只有建立起这种意识，才能使人们进行主动的回收。
二氧化碳是碳基营养最重要的物质，长期以来人们将其作为废气大量排放，导致温室效应愈演愈烈。而它作为重要资源进行回收是完全可行的。我国的合成氨工业在全球范围内占的比例相当大，脱除二氧化碳的技术比较成熟。将此工艺合理的引入其它非化肥行业并不困难。回收的二氧化碳经过加压，可以使其变成液体或固体干冰，作为植物养料。因此二氧化碳虽然是污染环境的废气，但也是植物的重要养料资源，进行回收是最好的选择，而且应当是科学发展观和循环经济的首要题目。
我国西部地区大多干旱缺水，生态环境极为恶劣，如不加速治理，后果不堪设想。按照植物光合作用规律，改善这一地区的生态环境的基础条件，第一是水，这无可非议，第二应该是二氧化碳，第三是铵态氮和钾、磷等。后两项其实就是肥料工程(也可以说全部是肥料工程)。西部地区人烟稀少、气温偏低，大气中二氧化碳的浓度相对较低，非常适合建设温室大棚，二氧化碳及碳基化肥在此应当大有用武之地。另外，西部地区土地辽阔，又非常适合滴灌、渗灌等节水灌溉，特别是地埋式节水灌溉设施研究的突破，二氧化碳和碳基化肥更加便于使用。东部的工业发达，排放的二氧化碳多，将西部送往东部的天然气使用后产生的二氧化碳再送回来，使这部分原本污染环境、造成温室效应的废气变成资源再送回来，完全合理，也是一种平衡。生态环境得到改善，人们就可以大量迁徙，完成西部开发的宏伟大业。这不仅是一种节约经济的模式，也是一种循环经济的模式，具备操作的可行性。随着绿色植物的大量繁殖，生态环境的有效改善，利用这些有机体绿色植物再生重新制造和产生能源，挽救地球上的人类就可以成为现实。
排放二氧化碳主要是发达国家，我国主要是东部发达地区，二氧化碳资源十分丰富，如果将二氧化碳有效得到大量应用，其意义重大，将是一件利国利民的大好事。
目前已有利用二氧化碳进行作物增产的实际例子，常用的方法一种是在温室大棚内用碳酸氢铵和硫酸反应，产生二氧化碳气体；另一种是采用盛有液体二氧化碳的钢瓶缓慢释放出气体，供作物吸收。但还没有将水和二氧化碳同时制作成近饱和的水溶液作为液体肥料的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种二氧化碳液体肥料，将水和二氧化碳同时制作成近饱和的水溶液而一并使用，该肥料能够发挥二氧化碳和水的耦合效应，两者产生协同作用(而不只是叠加作用)，使作物产量呈几何级数增加。
为了实现上述任务，本发明给出的技术解决方案是一种二氧化碳液体肥料，其特征在于制得的该肥料含有二氧化碳浓度为0.14％，pH＝6.0，碳酸氢钾为0.005％，碳酸氢镁为0.005％，余量为水。
上述二氧化碳液体肥料的制备方法，按照作物对于二氧化碳的需要量，将液态或气态的二氧化碳溶解到水中，配制成接近饱和的二氧化碳水溶液(常温常压下饱和的二氧化碳水溶液浓度为0.145％)即可。
本发明的二氧化碳液体肥料，在使用时直接喷施到作物的叶面进行光合作用，这样的效果比常用的其它方式更好，鉴于钾、镁等离子可以促进光合作用，因此用二氧化碳配制成水溶液，特别是配制成近饱和的含有钾、镁营养水溶液，符合植物光合作用机理，而且具有量的概念。作为液体肥料与同类型的二氧化碳肥料相比，效果更好。为二氧化碳的大量应用提出了一种新的途径。
具体实施例方式
按照本发明的技术方案，将工厂生产的液体二氧化碳钢瓶，缓慢通入到盛有清水的水槽中，制成含二氧化碳的二氧化碳液体肥料，其二氧化碳浓度为0.14％(接近饱和)，PH＝6.0，具体配方如下(25℃，重量比)水99.85％，二氧化碳0.14％，碳酸氢钾0.005％，碳酸氢镁0.005％。
其制备方法是，将工厂生产的液体二氧化碳钢瓶，缓慢通入到盛有清水的水槽中，即可制成二氧化碳的接近饱和的二氧化碳液体肥料。
应用本发明的二氧化碳液体肥料，采用喷灌的设备将其溶液喷施到大棚内作物的叶面上，从而达到增加产量和保护环境的效果，在一座0.5亩温室大棚二氧化碳的日用量是2.1千克，可在每天上午8时左右，采用喷灌的设备将其溶液喷施到大棚内作物的叶面即可。太阳光强烈、无风的时候也可采用这种方法在大田中推广。
本发明的理论基础是，光合作用是绿色植物最重要的生理机能，这一点举世公认。众所周知，光合作用主要化学反应为；6CO2+6H2O＝C6H12O6+6O2即植物在阳光的作用下，由叶绿素和酶的催化，吸收二氧化碳和水，生成葡萄糖并释放出氧气。CO2进入植物体内，水化形成H+和HCO3，经过细胞液相向叶绿体扩散。在叶绿体内含有大量碳酸酐酶(锌金属酶)的作用下，它能促进H++HCO3-＝CO2+H2O释放出CO2，提供了二磷酸核酮糖羧化酶的底物，促进光合作用中CO2的固定。有人测定植物光合作用最适合的CO2％浓度为0.1％，当大棚内CO2浓度提高900PPm～1800PPm时(即0.09％～0.18％)，黄瓜增产36％～69％，空气中CO2浓度为0.03％增加到0.04％时，果树产量几乎增加一倍。在保护地种植的蔬菜，二氧化碳浓度高于空气中2～4倍时，具有提高产量、缩短生育期、增强作物抗病力、改善品质等作用。
水肥耦合效应是上个世纪80年代提出的田间水肥管理的新概念，其核心是强调影响植物生长的两大环境因素“水”及“肥”之间的有机联系，利用其间存在的协同效应，利用水肥及植物综合管理，以提高植物生产力和水肥利用效率《水肥耦合效应与协同管理·穆兴民著；中国林业出版社，1999.12》。
本发明的二氧化碳液体肥料研制的指导思想是碳基营养计量学说，碳基营养计量的创立意义在于1.对肥料中碳营养做出全面的客观评价；植物的组成颇为复杂，一般新鲜植物含有75％～95％的水分和25％～5％的干物质。如果将水分蒸发，再以氧煅烧来处理干物质，就可以证明组成植物的主要元素是C、H、O、N四种，约占95％以上。同时由于物质经煅烧后，留下一些不挥发的物质，称为灰分。它的成分包括P、K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、Zn、Cu、Mo、B、Cl、Si、Na、Se、Al等几十种灰分元素，只占到1％～5％。以小麦的子粒和茎杆为例，C、H、O三元素分别占到91.81％和93.98％，N元素占到2.21％和0.67％％，P元素占到0.41％和0.11％，K元素占到0.50％和0.61％。由此可以看出，植物吸收的主要营养元素，首先是C、H、O，而后才是N、P、K。碳元素作为植物第一营养，只有通过计量才能予以准确的表达，才可以找出并确定它与其它营养元素的平衡关系，进一步寻找出土壤与作物养分需求的主要矛盾。
我国从上个世纪60年代以来，氮肥工业发展异乎寻常。从一个很少生产氮肥的国家，发展成为世界氮肥第一生产大国。目前的情况应该不缺氮或者不太缺氮，而目前土壤中由于中国传统的农家肥不施或少施。所以多氮少碳的局面已经形成，即碳氮比(或者说碳与氮磷钾的比例)的失衡已经成为主要矛盾。当前土壤养分的主要矛盾是土壤中有机碳的下降，有机-无机营养之间的失衡。氮、磷、钾等无机元素之间的失衡只是第二位的矛盾。实际上碳、氢、氧、氮是植物的四大主要营养元素，碳氮比的失衡是土壤生态平衡的决定因素，这个矛盾的位置如果摆的不正确，后患无余。世界各国的化肥工业国家政策主要是调整氮磷钾的不平衡，而很少在有机无机之间的不平衡上做文章，所以对有机复混肥的投资远远不如氮肥、钾肥、磷肥那么多。类似城市垃圾、污水、生物秸秆、农林废料、畜禽粪便等这些天然有机物转化为商品肥料或化学肥料的发展速度滞后，应当引起足够的重视。碳基营养计量学说的建立，必将促进肥料工业调整的布局。
2.碳元素的计量问题是关系到环境保护的重要议题如果仅从理论上承认碳元素的重要，而实质应用上却是可有可无。这种抽象的理论，必将导致生态平衡的破坏，我国的情况更是如此。60年代以前，农田基本上用的是农家肥，化学肥料发展起来以后，基本上用的是化肥，农家肥停止了使用。这就带来了碳元素和其它营养元素之间的失衡。大量使用过量的氮肥，造成土壤反硝化的污染、空气质量的破坏。我国化学污染严重，化肥污染首当其冲。长期过量使用氮素化肥，会造成土壤酸化和板结，降低土壤肥力，并活化重金属元素，土壤中过量的氮元素在微生物作用下，形成氮氧化物进入大气，形成酸雨，破坏臭氧层，成为温室气体。化学氮肥的使用每年产生N2O约150万吨，占人类活动向大气输入氮氧化物量的44％，而N2O的增温作用是CO2的290倍～300倍。补充碳营养、利用二氧化碳作为肥料，是消除温室效应的有效途径。
3.碳元素的计量解决，必将促使人们更好的寻找碳基肥料碳基营养计量学说是客观存在的现实，只是没有引起人们的重视。尿素和碳铵习惯上称作氮肥，其实也是碳肥，它们诞生的时间都不长。伴随着这种理念的深入人心，必将开发出更多的碳基化肥，特别是一些碳氮比较高的商品化的化肥，以改善目前存在的碳氮比营养失衡问题。自从1860年以来，由于工业和交通所燃烧的碳(煤、石油、天然气)使得大气中二氧化碳含量提高了约14％(1976年数据)，今后还会继续增加。像二氧化碳含量迅速增长的这类现象对今后地球上的生计不能不令人关注。其实，排放并不是主要矛盾，关键是回收。如果人们都能按照本发明的意图，从最简单的二氧化碳饱和水溶液使用开始，树立起碳基营养计量学说的观点，真正认识到排放的二氧化碳是作物的营养肥料，那么开发这个庞大的市场、治理温室效应就为期不远了。
作为本发明的具体优点、效果可用以下试验说明本发明的二氧化碳液体肥料采用喷施方法用于作物，肥料容易配制，操作简单，能够大量应用二氧化碳。一座0.5亩温室大棚二氧化碳的用量是每日2.1千克(溶质)，可采用喷灌的设备将其直接喷施到大棚内作物的叶面即可，并符合光合作用吸收机理，容易推广，其效果优于常规的方法，申请人在温室大棚中做了西瓜种植试验，多重分析见附表。
附表1喷施二氧化碳水溶液对西瓜产量和品质的影响
附表1表明西瓜产量比空白对照增加9.0％，比二氧化碳气体肥料增产4.65％，而且喷施二氧化碳水溶液后西瓜糖分增加，比清水对照和二氧化碳气体肥料分别提高了0.8％和0.7％，西瓜品质改善显著。
附表2多重比较表
多重比较结果显示，喷施二氧化碳水溶液对产量影响存在1％差异显著性，二氧化碳气体肥料只存在5％显著性。
附表3喷施二氧化碳水溶液对柑橘产量的影响
由附表3可看出喷施二氧化碳水溶液和二氧化碳气体肥料对柑橘都有不同程度的增产作用，二氧化碳水溶液比对照产量增长10.2％；二氧化碳气体肥料增长6.9％；而且二氧化碳水溶液比二氧化碳气体肥料处理增长3.1％。
附表4多重比较表
多重比较结果显示，喷施二氧化碳水溶液(本发明)和二氧化碳气体肥料对柑橘产量都存在1％差异显著性影响。
权利要求
1.一种二氧化碳液体肥料，其特征在于制得的该肥料含有二氧化碳浓度为0.14％，pH＝6.0；具体重量比配方如下二氧化碳0.14％，碳酸氢钾0.005％，碳酸氢镁0.005％，余量为水。
全文摘要
本发明公开了一种二氧化碳液体肥料，制得的该肥料含有二氧化碳浓度为0.14％，pH＝6.0，具体重量比配方如下二氧化碳为0.14％，碳酸氢钾为0.005％，碳酸氢镁为0.005％，余量为水。其制备方法是将工厂生产的液体二氧化碳钢瓶，缓慢通入到盛有清水的水槽中，制成二氧化碳的接近饱和溶液即可。应用本发明的二氧化碳液体肥料，采用喷灌设备将其溶液喷施到大棚内作物的叶面上，从而达到增加产量和保护环境的效果，在一座0.5亩温室大棚二氧化碳的日用量是2.1千克。
文档编号C05D7/00GK101033151SQ20071001738
公开日2007年9月12日 申请日期2007年2月6日 优先权日2007年2月6日
发明者卓泽凡, 刘长有 申请人:西安巨川国际投资有限公司