一种生物炭基土壤改良剂及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种生物炭基土壤改良剂，其目的在于提供一种成本低廉、改良效果好、经济环保、提高土壤持水性、透气性、持肥缓释和缓解土壤酸化等功能的白浆土土壤改良剂，同时可于有机、无机肥料混用。本发明所述土壤改良剂包括生物质炭，所述生物质炭由生物质炭原料在限氧条件下进行热裂解炭化后制得，将所述生物质炭通过深翻施用，改善不良白浆土土质。
【专利说明】一种生物炭基土壤改良剂及其应用
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种土壤改良剂，特别是涉及一种生物炭基土壤改良剂及其应用。
【背景技术】
[0002]目前，国内外对于生物质炭的研究源于对巴西亚马逊盆地中部黑土(Terra pretade indio)的认识，早在数千年前，木炭曾被南美亚马逊地区古印第安人用作土壤改良剂，改良南美热带强风化强淋溶土壤，形成当地至今土壤肥力仍是当地未改良土壤肥力2-3倍的黑土(terra preta)，黑土是古人类刀耕火种形成的一种非常特殊的肥沃土壤，至今仍是全球最为肥沃的土壤之一。
[0003]生物质炭作为将木材、稻壳、松枝、玉米秸杆或其它农作物废物等生物质原料经过高温热裂解而得到的一种含碳量及其丰富的固态产物，其自身具有非常特殊的理化性质。生物质炭中碳含量达到70%_90%，几乎为纯碳，因此稳定性极高，埋到地下后可以有几百至上千年不会消失，实现了碳封存。生物质炭具有丰富的微孔结构，具有持水性强，比表面积大等特点，国内外在生物质炭对土壤肥力、作物生长和环境保护等方面展开了广泛的研究，20世纪80年代以来，生物质炭被作为土壤改良剂和固碳剂等研究相继展开，生物质炭作为土壤改良剂，可以实现持肥缓释效用，改善土壤理化性质，提高作物养分吸收有效利用率，从而提升土壤肥力和农作物产量。有研究结果表明，生物质炭因其自身强大的吸附作用，可以有效吸收土壤中重金属、农药、除草剂等，显著降低在农作物中的聚积，同时有效降低农业面源污染，为我国粮食安全、食品安全和生态安全作出贡献。生物质炭已经成为农业领域研究的热点之一，并且扩展到生态系统高度。
[0004]白浆土是我国东北地区分布广泛的耕地土壤之一，主要分布在黑龙江省和吉林省东部。仅黑龙江省白浆土总面积达332万公顷，占全省总土地面积7.47%，全省总耕地面积的10.08%，在耕地土壤中居第三位。类似于白浆土的土壤在我国长江流域和黄淮海平原也有分布。此外，全世界有32个国家或地区亦有类似于白浆土的土壤分布。
[0005]白浆土中的白浆层具有容重高、硬度大、透水透气及持水性差等特点，被列为旱田当中典型的低产田，有研究结果表明，白浆土地区的大田作物产量较临近黑土区的作物产量低20%左右，同时该土壤极差的渗透性也容易造成水土流失。白浆土的性状已对土壤数量和质量构成影响，我国在保证18亿亩耕地红线“量”的前提下，对土壤“质”的提升和改良对于保障国家粮食安全和食品安全具有重大意义。
[0006]以往改良白浆土的措施如白浆层掺沙、深松土壤、秸杆还田等对白浆土具有一定的改善作用，但这些措施和技术均未真正触及障碍性白浆土，属于治标不治本，并未从根本上改善白浆土的理化性质。
[0007]本发明通过以生物质炭为基质添加畜禽粪便改良白浆土不良的理化性质，通过生物质炭的特殊结构降低白浆层的容重，提高白浆层的持水、透水和透气性，增加土壤微生物含量和保水保肥能力，从根本上改良白浆层的较差的理化性质，为促进农业可持续发展达到增产增效目的。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是要提供一种以生物质炭为基质的白浆土土壤改良剂，具有成本低、效果好、使用方便、环保等特点，同时可与有机、无机肥料混用且不受影响。
[0009]为达以上目的，本发明所述土壤改良剂包括生物质炭，所述生物质炭由生物质炭原料在限氧条件下进行热裂解炭化后制得。
[0010]其中所述生物质炭原料选自玉米秸杆、大豆秸杆、水稻秸杆或稻壳中的任意一种或两种以上。
[0011]其中所述热裂解炭化温度为500~700°C。
[0012]其中所述热裂解炭化时间为2~3小时。
[0013]其中所述土壤改良剂还包括鸡粪。
[0014]其中所述鸡粪经由发酵菌剂好氧发酵制得。
[0015]其中所述发酵菌剂选自有机肥生产专用RW发酵菌剂或有机物料腐熟剂。
[0016]其中所述生物质炭与所述鸡粪的重量比为1:0.3-1。
[0017]其中所述土壤改良剂在改良白浆土方面的应用。
[0018]其中将所述土壤改良剂单施用量为7.5-30吨/公顷深翻施用于白浆土。
[0019]将本发明提供的将生物质炭化后再施用于土壤的步骤是:将生物质原料(木材、稻壳、松枝、玉米秸杆等)在500-700°C和限氧条件下进行高温热裂解炭化2-3小时，获得生物质炭，伴随大马力机械深翻土壤时将其将施在土壤中，深翻深度30-40cm。
[0020]将生物质炭与鸡粪混合施入土壤的步骤是:鸡粪在温室内加入发酵菌剂(如有机肥生产专用RW发酵菌剂或有机物料腐熟剂)进行好氧发酵(鸡粪与发酵菌剂重量比为50:1)，搅拌均匀，发酵期保证通风，发酵期为20-25天。将制备好的所述生物质炭和所述鸡粪二者混合均匀后，伴随大马力机械深翻土壤时将其将施在土壤中，深翻深度30-40cm。
[0021]本发明所述的生物质炭在土壤中的单施用量为7.5-30吨/公顷。
[0022]本发明所述的混施中的生物质炭:鸡粪的重量比为1:0.3-1。
[0023]本发明与现有技术不同之处在于本发明取得了如下技术效果:
[0024](1) “深翻混施”:通过大马力机械耕作深翻混施(30-40cm)，将生物质炭直接施入到白浆层中，从根本上改善白浆层的不良的物理性质，提高其通气、持水性，生物质炭本身为黑色，具有吸光增温等特性，对于解决早春地温偏低出苗和生长缓慢等问题具有重要作用。
[0025](2) “持肥缓释”:本发明以秸杆炭为原料，比表面积大，孔隙丰富等特点，对水、肥等有极强的吸附能力，施入土壤后，不但可以显著降低肥料的淋失现象，延长肥效和提高肥料利用率，同时可增加土壤的透水、透气性，降低土壤容重，其丰富的孔隙可有效增加土壤微生物生存环境和数量。
[0026](3) “缓解酸化”:生物质炭呈碱性，施入土壤后可有效解决并抑制土壤酸化现象，改良白浆层的化学性质。
[0027](4) “经济环保”:生物质炭的原料主要是农林废弃物，是生物质热裂解的产物之一，原料来源广，成本低廉，生物质炭在限氧高 温热裂解过程中，可显著减少因秸杆等农业废弃物燃烧产生的污染气体，降低温室气体的排放和“雾霾”等现象的发生，同时可将碳长期固定在土壤中，有效降低大气中二氧化碳浓度。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为本发明实施例1生物炭基土壤改良剂对白浆土理化性质的影响变化图；
[0029]图2为本发明实施例2生物炭基土壤改良剂对白浆土理化性质的影响变化图。
【具体实施方式】
[0030]以下结合实施例，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
[0031]实施例1
[0032]黑龙江省东部农场白浆土种植水稻添加生物质炭对土壤容重和孔隙度影响试验，试验设以下处理:
[0033]生物质秸杆炭的制备:将水稻秸杆干燥、粉碎处理后，在500°C炉内进行高温热裂解炭化处理3小时,炭化经冷却、粉碎后,过2_筛得到生物质炭原料。
[0034](I)不添加生物质炭(CF, Conventional fertilizer),空白对照；
[0035](2)生物质炭处理 I (BCF1, Biological conventional fertilizer):单施生物质炭，施用量7.5吨/公顷；
[0036](3)生物质炭处理 2 (BCF2, Biological conventional fertilizer):单施生物质炭，施用量10吨/公顷；
[0037](4)生物质炭处理 3 (BCF3, Biological conventional fertilizer):单施生物质炭，施用量30吨/公顷；
[0038]4个处理，每个处理重复4次，土壤深翻深度40cm，小区面积为40m2，采用随机区组排列。水稻成熟后用环刀收集白浆层原样。小区间有宽Im的保护行，单排单灌。
[0039]试验结果如图1所示，表明:当施用量7.5吨/公顷时，白浆层的容重为1.45g ? cm_3，较CF (1.51g ? cm_3)降低了 3.97%，当施用量为10、30吨/公顷时，白浆层的容重分别为1.36g ? cnT3和1.28g ? cnT3，分别较对照降低了 9.93%和15.23%。可见生物质炭可显著降低白浆层的容重，并随着施用量的增加降低。当施用量为10吨/公顷时，土壤容重最接近适宜土壤(1.2-1.4g ? cnT3)。
[0040]随着生物质炭的施用量增加白浆层的总孔隙度从46.09% (CF)增加到66.71%，当施用量为7.5和10吨/公顷时，白浆层的孔隙度为59.13%和64.27%，较对照提高了 22.05%和28.29%，7.5吨/公顷时接近最适孔隙度50-60%。表明随着生物质炭的施入量增多，白浆层的总孔隙度逐渐增大，对持水性和透气性有效改善。
[0041]实施例2
[0042]黑龙江省东部农场白浆土种植水稻，生物质炭加鸡粪对白浆土养分流失的对比淋溶试验:
[0043]生物质秸杆炭的制备:将玉米秸杆干燥、粉碎处理后，在700°C炉内进行高温热裂解炭化处理2小时，炭化经冷却、粉碎后，过2_筛得到生物质炭原料。
[0044]鸡粪的预处理:常温下将生鸡粪加入有机肥生产专用RW发酵菌剂(也可为有机物料腐熟剂)进行好氧发酵，所述生鸡粪与所述有机肥生产专用RW发酵菌剂重量比为50:1，通过推翻搅拌确保有机肥生产专用RW发酵菌剂能够与鸡粪混合均匀，发酵处理过程中，确保通风，发酵期为20天，中间重新搅拌翻动一次，发酵处理后干燥至水分含量20%，过2mm筛备用。
[0045](I)不添加生物质炭与鸡粪，空白对照；
[0046](2)常规有机肥(CF, Conventional fertilizer):施鸡粪7.5吨/公顷作基肥；
[0047](3)生物质炭处理 I (BCF1,Biological conventional fertilizerl):生物质炭 +鸡粪，施入量7.5吨/公顷，其中生物质炭与鸡粪组分比为50%:50% ；
[0048](4)生物质炭处理 2 (BCF2, Biological conventional fertilizer2):生物质炭 +鸡粪，施入量15吨/公顷，其中生物质炭与鸡粪组分比为50%:50% ；
[0049](5)生物质炭有机肥处理3 (BCF3,Biological conventional fertilizer3):生物质炭+鸡粪，施入量30吨/公顷，其中生物质炭与鸡粪组分比为75%:25% ；
[0050]5个处理，生物质炭与鸡粪均通过深翻(40cm)混入土壤，每个处理重复3次，小区面积为30m2，采用随机区组排列。小区间有宽Im的保护行，单排单灌。
[0051]如图2所示，根据淋溶试验水样的测定可知，试验区表层土壤的径流量减少7%-11%，总氮流失量与硝态氮流失量分别比(I)减少了 28.47%和26.31%。随着生物质炭的施用量的增加，土壤的pH由5.4增加到6.8，阳离子交换量由对照的4.21cmol/kg增加到4.65cmol/kg，水稻产量较对照提高5-8%。
[0052]结果表明生物质炭在持水保肥，提高土壤肥力，缓解土壤酸化等方面具有显著作用，可以有效改良白浆土不良性状，提闻地力。
[0053]以上实施例为生鸡粪为例制得的生物炭基有机肥料，生鸡粪可有其他动物类粪便替代。
[0054]以上所述的实施仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种生物炭基土壤改良剂，其特征在于:所述土壤改良剂包括生物质炭，所述生物质炭由生物质炭原料在限氧条件下进行热裂解炭化后制得。
2.根据权利要求1所述的生物炭基土壤改良剂，其特征在于:所述生物质炭原料选自玉米秸杆、大豆秸杆、水稻秸杆或稻壳中的任意一种或两种以上。
3.根据权利要求1所述的生物炭基土壤改良剂，其特征在于:所述热裂解炭化温度为500 ~700。。。
4.根据权利要求1所述的生物炭基土壤改良剂，其特征在于:所述热裂解炭化时间为2~3小时。
5.根据权利要求1所述的生物炭基土壤改良剂，其特征在于:所述土壤改良剂还包括鸡粪。
6.根据权利要求5所述的生物炭基土壤改良剂，其特征在于:所述鸡粪经由发酵菌剂好氧发酵制得。
7.根据权利要求6所述的生物炭基土壤改良剂，其特征在于:所述发酵菌剂选自有机肥生产专用RW发酵菌剂或有机物料腐熟剂。
8.根据权利要求5所述的生物炭基土壤改良剂，其特征在于:所述生物质炭与所述鸡粪的重量比为1:0.3-1。
9.根据权利要求1 -8中任一项所述的生物炭基土壤改良剂，其特征在于:所述土壤改良剂在改良白浆土方面的应用。
10.根据权利要求9所述的生物炭基土壤改良剂，其特征在于:将所述土壤改良剂单施用量为7.5-30吨/公顷深翻施用于白浆土。
【文档编号】C10B53/02GK103788954SQ201410053068
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月17日 优先权日:2014年2月17日
【发明者】王宏燕, 王大庆, 代琳, 聂颖, 范金霞, 李传宝, 许毛毛 申请人:东北农业大学