一种改良土壤的秸秆液化液及制备和改良土壤方法
【专利摘要】本发明涉及一种改良土壤的秸秆液化液及制备和改良土壤方法，以农作物秸秆为主要原料，不使用任何催化剂，将秸秆和水按一定的质量比在一定的条件下恒温下进行秸秆液化，然后将秸秆液化液与土壤进行混合搅拌、直接进行喷洒或淋灌。本发明的方法不使用任何催化剂，仅采用水为介质对秸秆进行液化处理,具有改良土壤酸碱度和补充营养的双重功能，施用后既平衡土壤的酸碱度又供给氮、磷、钾等有机质养分，促进作物生长，提高产量。秸秆液化方法简单，适用面广，可大量减少化肥使用量，减少秸秆焚烧，降低因焚烧秸秆而产生的环境污染。秸秆液化能够杀灭秸秆留存的有害病菌，降低秸秆携带有害病菌对后续耕作的危害。
【专利说明】
一种改良土壤的秸秆液化液及制备和改良土壤方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于土壤改良的液化液剂和改良方法，具体涉及一种用于土壤改良的秸杆液化液及液化液的制备和改良土壤的方法。
【背景技术】
[0002]全世界每年产农作物秸杆约1000?2000亿吨，我国每年产农作物秸杆达7亿吨以上。目前，秸杆主要应用于肥料、饲料、能源、工业原料和进行深加工。但由于秸杆本身质轻、体积大导致运输成本较大和开发技术的局限性，规模化利用秸杆还存在较多问题。由于在经济效益层面调动农民积极性不强，大量的秸杆被焚烧处理，不但降低了秸杆的经济性能，污染了环境，在局部还因焚烧秸杆导致了火灾的发生。
[0003]现有土壤改良剂或土壤肥料，要么以农业土壤为研究对象，要么以改善土壤退化(沙化、碱化等)为目的，很少有既可以增加土壤肥力，提高作物产量，又适用盐碱土壤改良的土壤改良剂。
[0004]现有秸杆制肥主要有发酵和生物炭制肥两种方法。发酵法耗时较长;而生物炭制肥法不但损失了秸杆中的大量有机质，降低了秸杆利用率，还由于生物炭本身呈碱性，在盐碱化土壤中使用会受到限制。因此急需研制一种具有改良土壤酸碱度和补充营养的双重功能，施用后既可以平衡土壤的酸碱度又可以供给土壤所缺乏氮、磷、钾、有机质营养养分，促进作物生长，提高产量，实现秸杆高利用率快速还田的土壤改良剂。
[0005]CN105418316A公开的“一种适用于盐碱化土壤的生物炭肥改良剂及其制备方法和施用方法”中的高温缺氧裂解温度为300?500°C，时间为3?5h。
[0006]CN105367343A公开的“一种环保型生物质土壤改良剂的制备”中的热解温度在400?500°C，时间为，2?3h。
【发明内容】
[0007]本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种不使用任何催化剂的改良土壤的秸杆液化液；
[0008]本发明的另一目的是提供一种不使用任何催化剂的改良土壤的秸杆液化液的制备方法；
[0009]本发明的另一目的是提供一种改良土壤的秸杆液化液及改良土壤方法。
[0010]本发明的思想是:我国秸杆产量大，利用率低，大量焚烧造成环境污染。而秸杆等农作物废弃物中含有丰富的N、P、K、有机质，如何将其快速还田、物尽其用称为我们研究的出发点。为了不产生二次污染，本发明不使用任何催化剂，仅采用水为介质对秸杆进行液化处理。得到的产物与秸杆自然腐化的产物腐殖酸成分非常接近，具有改良土壤酸碱度和补充营养的双重功能，施用后既可以平衡土壤的酸碱度又可以供给土壤所缺乏氮、磷、钾、有机质营养养分，促进作物生长，提高产量，实现秸杆高利用率快速还田。秸杆液化液既可以增加土壤肥力，提高作物产量，又适用盐碱土壤改良的土壤改良剂。
[0011]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0012]—种改良土壤的秸杆液化液，以农作物秸杆为主要原料，不使用任何催化剂，将秸杆和水按1:10?1: 50的质量比在200?320°C、10?15PMa条件下恒温0.1?2h进行秸杆液化，然后将秸杆液化液与土壤进行混合搅拌，或将秸杆液化液直接进行喷洒或淋灌。
[0013]所述的秸杆包括:玉米秸杆、玉米芯、水稻秸杆、小麦秸杆、向日葵秸杆、棉花秸杆、高粱秸杆、番茄秸杆、辣椒秸杆等农作物秸杆及树枝、树叶、果壳等含有纤维素、半纤维素结构的植物废弃物。
[0014]一种改良土壤的秸杆液化液的制备方法，包括以下步骤:
[0015]A、将秸杆切割至长度I?20cm;
[0016]B、将切割后的秸杆装入反应釜，并按秸杆与水1:10?1:50的质量比加水，加水后的体积不大于反应釜体积的1/2;
[0017]C、密闭反应Il加料口，启动加热装置；
[0018]D、反应釜加热至200?320°C，控制反应釜内压强在10?15PMa;
[0019]E、恒温 0.1 ?2h;
[0020]F、关闭反应爸加热装置；
[0021]G、开启反应釜冷却装置，冷却至室温；
[0022 ] H、通过反应釜放料口放出秸杆液化液；
[0023]1、分析测秸杆液化液PH值、N、P、K、有机质含量；
[0024]J、检测未改良土壤的PH值、Ν、Ρ、Κ、有机质含量；
[0025]K、按农作物种植要求或土壤需求指标对使用秸杆液化液浓度及数量进行计算；
[0026]L、按计算结果将秸杆液化液与被改良土壤进行混合；
[0027]Μ、对混合后的土壤进行检测，依据检测结果进行修正，使之满足改良土壤的PH值、Ν、Ρ、Κ的技术指标。
[0028]改良土壤方法，是将满足改良土壤PH值、Ν、Ρ、Κ技术指标的秸杆液化液与拟改良土壤进行混合，或将满足技术指标的秸杆液化液与拟被改良土壤进行喷洒或淋灌;或对拟改良土壤种植的植株进行喷洒或淋灌。
[0029]有益效果:本发明提供的改良土壤的秸杆液化液及改良土壤的方法不使用任何催化剂，仅采用水为介质对秸杆进行液化处理。得到的产物与秸杆自然腐化的产物腐殖酸成分非常接近，具有改良土壤酸碱度和补充营养的双重功能，施用后既可以平衡土壤的酸碱度又可以供给土壤所缺乏氮、磷、钾、有机质营养养分，促进作物生长，提高产量。本发明的秸杆液化方法简单，实用性强，适用面广，运输半径短。在不改变原有耕作习惯基础上，可大量减少化肥的使用量，增加农民经济收入，提高农民使用积极性，减少秸杆的焚烧。在改善土壤结构的同时，降低因焚烧秸杆而产生的环境污染。本发明的秸杆液化方法能够杀灭秸杆留存的有害病菌，降低秸杆携带有害病菌对后续耕作的危害。
[0030]本发明的秸杆液化方法实现秸杆在2?4h液化，与发酵制肥法相比较时间短，温度条件为200?320°C，与利用秸杆制备生物炭肥方法相比较温度低，耗能小。实现了作物废弃物的全液化处理，过程产生的少量生物质炭对改善土壤结构亦有利，秸杆或农作物废弃物的利用率高。
[0031]本发明的秸杆液化液仅采用水为介质对秸杆进行液化处理。得到的产物与秸杆自然腐化的产物腐殖酸成分非常接近，具有改良土壤酸碱度和补充营养的双重功能，施用后既可以平衡土壤的酸碱度又可以供给土壤所缺乏氮、磷、钾、有机质营养养分，促进作物生长，提高产量，实现秸杆高利用率快速还田的一种改良土壤的秸杆液化液；
[0032]选取吉林省中西部盐碱化程度不同的土壤和长春黑土与秸杆液化液混合后进行小麦栽培实验。根据实验结果，施加秸杆液化液后，小麦的发芽率提升约8%?50%，生长高度提升9%?20%。实验结果证明秸杆液化液施用后既可以平衡土壤的酸碱度又可以供给土壤所缺乏氮、磷、钾、有机质营养养分，促进作物生长，提高产量，实现秸杆高利用率快速还田。秸杆液化液既可以增加土壤肥力，提高作物产量，又适用盐碱土壤改良的土壤改良剂。
【具体实施方式】
[0033]下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明:
[0034]一种改良土壤的秸杆液化液，以农作物秸杆为主要原料，将秸杆和水按1:10?1:50的质量比在200?320°C、10?15PMa条件下恒温0.1?2h进行秸杆液化，然后将秸杆液化液与土壤进行混合搅拌，或将秸杆液化液直接进行喷洒或淋灌。
[0035]所述的秸杆包括:玉米秸杆、玉米芯、水稻秸杆、小麦秸杆、向日葵秸杆、棉花秸杆、高粱秸杆、番茄秸杆、辣椒秸杆等农作物秸杆及树枝、树叶、果壳等含有纤维素、半纤维素结构的植物废弃物。
[0036]一种改良土壤的秸杆液化液的制备方法，包括以下步骤:
[0037]A、将秸杆切割至长度I?20cm;
[0038]B、将切割后的秸杆装入反应釜，并按秸杆与水1:10?1:50的质量比加水，加水后的体积不大于反应釜体积的1/2;
[0039]C、密闭反应釜加料口，启动加热装置；
[0040]D、反应釜加热至200?320°C，控制反应釜内压强在10?15PMa;
[0041]E、恒温0.l?2h;
[0042I F、关闭反应爸加热装置；
[0043]G、开启反应釜冷却装置，冷却至室温；
[0044]H、通过反应釜放料口放出秸杆液化液；
[0045]1、分析测秸杆液化液PH值、N、P、K、有机质含量；
[0046]J、检测未改良土壤的PH值、Ν、Ρ、Κ、有机质含量；
[0047]K、按农作物种植要求或土壤需求指标对使用秸杆液化液浓度及数量进行计算；
[0048]L、按计算结果将秸杆液化液与被改良土壤进行混合；
[0049]Μ、对混合后的土壤进行检测，依据检测结果进行修正，使之满足改良土壤的PH值、Ν、Ρ、Κ的技术指标。
[0050]改良土壤方法，是将满足改良土壤pH值、Ν、Ρ、Κ技术指标的秸杆液化液与拟改良土壤进行混合，或将满足技术指标的秸杆液化液与拟被改良土壤进行喷洒或淋灌;或对拟改良土壤种植的植株进行喷洒或淋灌。
[0051 ] 实施例1
[0052]选取农业废弃物玉米秸杆为原料，将15g玉米秸杆切割成长20cm;将切割好的玉米秸杆和500g水放入密闭反应釜中液化，温度控制在320°C，压强控制在15PMa保温时间为
0.5h，冷却后得到稻杆液化液；
[0053]经分析测得秸杆液化液pH值为3.80，氮、磷、钾、有机质的含量分别为1948.0mg/kg、422.4mg/kg、52000.0mg/kg、26.5g/kg。
[0054]将200ml玉米秸杆液化液与Ikg吉林省中西部盐碱土搅拌混合，经分析测得，改良后盐碱土的pH值由8.65变为6.72；氮含量由18.84mg/kg提升至86.12mg/kg、磷含量由15.95mg/kg提升至24.50mg/kg、钾含量由136.80mg/kg提升至1451.25mg/kg。种植小麦的发芽率相比改良前由66.67%变为80%，小麦的株高相比改良前增加了8.2%。
[0055]实施例2
[0056]选取农业废弃物玉米芯为原料，将15g玉米芯切割成长Icm;将切割好的玉米芯和500g水放入密闭反应釜中液化，温度控制在2600C，压强控制在13PMa，保温时间为0.1h，冷却后得到玉米芯液化液；
[0057]经分析测得液相部分的pH值为3.20，氮、磷、钾、有机质的含量分别为2280.0mg/kg、420mg/kg、21000.0mg/kg、27.4g/kg。
[0058]以每10ml玉米芯液化液淋灌改良1.5kg吉林省中西部盐碱土为例，经分析测得，改良后盐碱土的PH值由8.25变为7.33;氮含量由45.22mg/kg提升为186.88mg/kg;磷含量由29.74mg/kg提升为54.12mg/kg ；钾含量由60.81mg/kg提升为1431.25mg/kg，种植小麦的发芽率相比改良前由70%变为85%，小麦的株高相比改良前增加了 10%，小麦的的抗病、生长，果实的饱满度得到明显改善。
[0059]实施例3
[0000]选取农业废弃物小麦稻杆为原料，将50g小麦稻杆切割成长20cm;将切割好的小麦秸杆和500g水放入密闭反应釜中液化，温度控制在200 °C，压强控制在1PMa保温时间为Ih，冷却后得到秸杆液化液；
[0061]经分析测得秸杆液化液pH值为3.30，氮、磷、钾、有机质的含量分别为6023.2mg/kg、1478.lmg/kg、33796.5mg/kg、80.6g/kg。
[0062]将300ml小麦秸杆液化液与Ikg吉林省中西部盐碱土搅拌混合，经实验分析测得，改良后盐碱土的PH值由9.05变为7.12;氮含量由15.14mg/kg提升至89.12mg/kg、磷含量由13.18mg/kg提升至36.50mg/kg、钾含量由56.80mg/kg提升至1151.25mg/kg。种植小麦后，每7天对植株喷洒上述秸杆液化液的30%水稀释液50ml。种植小麦的发芽率相比改良前由28.17%变为78.20%，小麦的株高相比改良前增加了19.2%。
[0063]实施例4
[0064]选取农业废弃物棉花秸杆为原料，将1g棉花秸杆切割成长2cm;将切割好的棉花秸杆和500g水放入密闭反应釜中液化，温度控制在200 °C，压强控制在1PMa保温时间为2h，冷却后得到秸杆液化液；
[0065]经分析测得秸杆液化液pH值为4.20，氮、磷、钾、有机质的含量分别为1321.8mg/kg、329.lmg/kg、28796.5mg/kg、14.6g/kg。
[0066]将200ml棉花秸杆液化液与Ikg吉林省中西部盐碱土搅拌混合，经实验分析测得，改良后盐碱土的PH值由8.65变为7.33；氮含量由18.84mg/kg提升至66.12mg/kg、磷含量由15.95mg/kg提升至20.59mg/kg、钾含量由 136.80mg/kg提升至 1011.36mg/kg。种植棉花后，棉花的株高相比改良前增加了 9.2%。
[0067]实施例5
[0068]选取农业废弃物向日葵秸杆为原料，将50g向日葵秸杆切割成长5cm;将切割好的向日葵秸杆和500g水放入密闭反应釜中液化，温度控制在200°C，压强控制在15PMa保温时间为Ih，冷却后得到秸杆液化液；
[0069]经分析测得稻杆液化液pH值为3.75，氮、磷、钾、有机质的含量分别为6153.6mg/kg、1392.6mg/kg、136986mg/kg、41.8g/kg。
[0070]将200ml向日葵秸杆液化液与Ikg吉林省中西部盐碱土搅拌混合，经实验分析测得，改良后盐碱土的pH值由8.65变为6.83;氮含量由18.8411^/1^提升至136.921^/1^、磷含量由15.95mg/kg提升至30.99mg/kg、钾含量由136.80mg/kg提升至2158.26mg/kg。种植向日葵后，向日葵的株高相比改良前增加了 13.5 %。
[0071 ] 实施例6
[0072]选取农业废弃物番茄秸杆为原料，将50g番茄秸杆切割成长5cm;将切割好的番茄秸杆和500g水放入密闭反应釜中液化，温度控制在200°C，压强控制在1PMa保温时间为
0.5h，冷却后得到稻杆液化液；
[0073]经分析测得秸杆液化液pH值为3.54，氮、磷、钾、有机质的含量分别为5986.Smg/kg、1286.3mg/kg、96396mg/kg、41.2g/kg。
[0074]将200ml番茄秸杆液化液与Ikg吉林省中西部盐碱土搅拌混合，经分析测得，改良后盐碱土的pH值由8.65变为6.71;氮含量由18.8411^/1^提升至119.1811^/1^、磷含量由15.95mg/kg提升至27.65mg/kg、钾含量由136.8011^/1^提升至1568.2mg/kg。栽培番茄秧苗后，每7天对植株喷洒上述秸杆液化液的30%水稀释液50ml。番茄产量相比改良前增加了18.6%。
[0075]实施例7
[0076]选取农业废弃物辣椒秸杆为原料，将50g辣椒秸杆切割成长5cm;将切割好的辣椒秸杆和500g水放入密闭反应釜中液化，温度控制在200°C，压强控制在1PMa保温时间为
0.1h，冷却后得到稻杆液化液；
[0077]经分析测得秸杆液化液pH值为3.62，氮、磷、钾、有机质的含量分别为6586.Smg/kg、1486.3mg/kg、112396mg/kg、41.4g/kg。
[0078]将200ml辣椒秸杆液化液与Ikg吉林省中西部盐碱土搅拌混合，经分析测得，改良后盐碱土的pH值由8.65变为6.83;氮含量由18.8411^/1^提升至123.5211^/1^、磷含量由15.95mg/kg提升至29.18mg/kg、钾含量由136.8011^/1^提升至1756.9mg/kg。栽培辣椒秧苗后，每7天对植株喷洒上述秸杆液化液的30%水稀释液50ml。辣椒产量相比改良前增加了17.3%。
【主权项】
1.一种改良土壤的秸杆液化液，其特征在于，以农作物秸杆为主要原料，不加任何催化剂，将秸杆和水按1:1O?1: 50的质量比在200?320 °C、1?15PMa条件下恒温0.I?2h进行秸杆液化，然后将秸杆液化液与土壤进行混合搅拌或将秸杆液化液直接进行喷洒和淋灌。2.根据权利要求1所述的一种改良土壤的秸杆液化液，其特征在于，所述的秸杆包括:秸杆包括玉米秸杆、玉米芯、水稻秸杆、小麦秸杆、向日葵秸杆、棉花秸杆、高粱秸杆、番茄秸杆、辣椒秸杆等农作物秸杆及树枝、树叶、果壳等纤维素、半纤维素结构的植物废弃物。3.根据权利要求1所述的一种改良土壤的秸杆液化液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: A、将秸杆切割至长度I?20cm; B、将切割后的秸杆装入反应釜，并按秸杆与水1:10?1:50的质量比加水，加水后的体积不大于反应釜体积的1/2; C、密闭反应爸加料口，启动加热装置； D、反应釜加热至200?320°C，控制反应釜内压强在10?15PMa; E、恒温0.1?2h; F、关闭反应釜加热装置； G、开启反应釜冷却装置，冷却至室温； H、通过反应釜放料口放出秸杆液化液； 1、分析测秸杆液化液PH值、N、P、K、有机质含量； J、检测未改良土壤的PH值、N、P、K、有机质含量； K、按农作物种植要求或土壤需求指标对使用秸杆液化液浓度及数量进行计算； L、按计算结果将秸杆液化液与被改良土壤进行混合； M、对混合后的土壤进行检测，依据检测结果进行修正，使之满足改良土壤的PH值、N、P、K的技术指标。4.根据权利要求1所述的一种改良土壤的秸杆液化液的土壤改良方法，其特征在于，将满足改良土壤PH值、N、P、K技术指标的秸杆液化液与拟改良土壤进行混合，或将满足技术指标的秸杆液化液与拟被改良土壤进行喷洒或淋灌;或对拟改良土壤种植的植株进行喷洒或淋灌。
【文档编号】C05G3/04GK105967942SQ201610289311
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】高岩, 屈兵兵, 崔学军, 李俊锋, 王洪艳
【申请人】吉林大学