专利名称：生物炭为基质的混配型设施菜田土壤调理剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及农业废弃物循环利用技术和土壤肥料技术，具体为生物炭为基质的混配型设施菜田土壤调理剂及其制备方法。
背景技术：
中国设施蔬菜栽培面积近280万公顷，具有以下特点一是利用强度高，利用频度高，复种指数高，种植密度大。设施菜田循环利用，基 本无休闲期；二是肥料用量大，无论是化肥还是有机肥都远远超过作物需要量，氮肥过量施用现象十分普遍。大量施肥造成土壤硝酸盐积累，通过淋溶下渗到地下水中，对饮用水安全造成潜在威胁；三是高温、高湿、封闭或半封闭环境导致的土壤次生盐溃化、土壤酸化、土传病害严重等。如辽宁新民地区使用年限为10年左右设施菜田，如果不通过置换表土等机械改良措施，土传病害发生十分严重，只能废弃，改种大田作物。随着设施菜田使用年限的增加，土壤溶液中硝酸根离子含量显著增加。我国菜田高强度利用、高量施肥的直接后果是菜田可持续利用能力下降、蔬菜产量和质量下降，因此土壤盐溃化、硝酸盐富集、土传病害是影响设施菜田可持续利用的主要限制性因子。针对设施菜田肥料利用率低，土传病害发生频繁，土地可持续利用能力不强等特点，有必要利用技术手段对设施菜田土壤进行调节。生物炭是生物质在无氧或微氧条件下低温热转化后的固体副产物，是有机碳含量高、多孔性、碱性、吸附能力强的多用途材料。生物炭能够提高土壤有机碳含量，改善土壤保水和保肥性能，减少养分损失，有益于土壤微生物栖息和活动，是良好的土壤改良剂。生物炭延缓肥料在土壤中的养分释放，降低养分损失，提高肥料养分利用率，是肥料养分增效的有效载体。生物炭在土壤中极为稳定，埋到地下后可以有几百至上千年不会消失，可长期将碳固贮于土壤，具有极强的土壤固碳潜力，有助于减缓全球变暖。利用废弃生物质生产生物炭，并将生物炭农用将是具有广阔前景的多赢技术。生物炭的制备方法已有较多技术和工艺，如中国发明专利申请公布号CN102602913A公布了生物炭的制备方法；CN102533293A公布了一种湿法制备生物炭的装置；CN102492509A公布了自动控温连续生产生物炭的工艺和设备；CN102272272A公布了用于使试剂沉积到生物炭上和生物炭内的方法和设备；CN102015977A公布了生物炭生产设备及用于生产生物炭的工艺；CN101979479A公布了利用废菌渣加工转化生物炭的技术方法；CN101875845A公布了利用农作物秸杆联产生物油和生物炭的工艺及专用装置；CN101787312A公开了一种垃圾渗浙液为原料制备的生物炭浆及其制备工艺；CN101730733A公布了一种生物炭生产设备及其控制方法和用于生产生物炭的工艺；CN102583311A公布了一种利用农林废弃物制备生物质炭的方法；CN102439116A公布了一种生成生物质炭和生物质能的热解过程和设备；CN101993701A公布了一种基于废弃农作物秸杆制备生物质炭的方法。CN1896180公布了一种高强防水后成型生物质炭的生产方法。授权公告号CN1710022授权了生产生物质炭化燃气的方法及反火生物质炭化燃气发生炉。上述技术的发展为生物炭的高效利用提供了支撑。
在生物炭肥料和土壤改良方面，中国发明专利申请公布号CN102424642A公开了一种将玉米秸杆、或苹果树废枝干木屑经热裂解或气化后得到的生物炭；将生物炭和硝酸铵溶液、或尿素-硝酸铵溶液混合，搅拌烘干，加入粘结剂，造粒烘干，生产生物炭基缓释氮肥的方法，具提高氮肥利用率的功效；CN102515914A公布了一种生物质碳肥料的制备及使用方法，特征是将生物质原料风干、粉碎，于250 650°C缺氧或无氧条件下进行碳化后，研磨过筛，制备生物质碳肥料并直接在农田使用；CN102405706A公布了一种利用农业废弃物生物质炭化产物改良熟化盐碱土的方法；CN102358714A公布了一种利用秸杆、厨余废弃物生物质炭生产的多功能生物质炭肥；CN102342301A公布了一种利用秸杆和生活橱余生物质炭化副产品的叶面调理剂及其应用方法。上述利用生物炭制作肥料的土壤改良的方法中，提供了生物炭农用的一些技术途径，但生物炭本身养分含量低，作为土壤改良剂或调理剂单独使用具有一定的局限性，实际应用中有待改进。设施蔬菜土地利用频度高，土壤处理的难度相对较大，目前的土壤改良剂功效较为单一，若在设施菜田土壤处理时单独使用各种药剂，费工费力，因此有必要开发出针对设施菜田的多功能土壤调理剂，从而达到防病和肥料增效的多重效果。目前，解决设施土壤障 碍的技术需求十分迫切，开发防病和肥料增效技术和产品，对于实现我国设施菜田的高产、稳产和可持续利用，保障农产品安全生产，具有重要的实践意义和广阔的应用前景，是循环农业发展、减少购买性农用资源投入的的一项重大技术需求，是推进社会主义新农村建设的一项重要支撑技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用生物炭为基质的混配型设施菜田土壤调理剂及其制备方法，它是一种工艺简单、原料充足、成本低廉、应用效果明显的以生物炭、麦饭石粉、沸石粉、石灰氮为主要原料制作混配型设施菜田土壤调理剂的方法，用于防控设施菜田病害、提高肥料利用率，降低土壤容重，提高土壤缓冲性能，解决设施菜田因土壤质量下降而影响其可持续利用的问题。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下一种生物炭为基质的混配型设施菜田土壤调理剂，按重量百分比计，土壤调理剂为生物炭60 80%，麦饭石粉5 15%、沸石粉5 15%和石灰氮5 15%。所述生物炭为农作物生产的废弃物在炭化炉中经300 - 500°C炭化后得到的固体产物，用粉碎机粉碎或球磨机磨碎，过20目筛。所述农作物生产的废弃物为玉米、大豆、高粱秸杆、稻草、稻壳或玉米芯生产所产生的废弃物中的一种或几种。所述麦饭石粉为过60目筛的麦饭石粉；所述沸石粉为过60目筛的沸石粉；所述石灰氮为颗粒状。混配型设施菜田土壤调理剂的制备方法，按重量百分比计，先将麦饭石粉、沸石粉与石灰氮混合，搅拌均勻，再与生物炭混合，充分搅拌，混合均勻后，制成土壤调理剂。所述生物炭为农作物生产的废弃物在炭化炉中经300 - 500°C炭化后得到的固体产物，用粉碎机粉碎或球磨机磨碎，过20目筛。所述农作物生产的废弃物为玉米、大豆、高粱秸杆、稻草、稻壳或玉米芯生产所产生的废弃物中的一种或几种。所述麦饭石粉为过60目筛的麦饭石粉，其主要化学成分按重量百分比计二氧化硅63 67%、二氧化钛O. 5 I. 0%、三氧化二铝14 16%、氧化铁4 6%、氧化镁I 2%、氧化I丐3 4%、氧化钠3 5%、氧化钾3 5%,其余为杂质。所述沸石粉为过60目筛的沸石粉，沸石粉的铵交换能力为1000 2000毫摩尔/千克、pH值7. 2 9. O。所述石灰氮为颗粒状，石灰氮成分按重量百分比计含氮17 23%，含氧化钙40 50%，其余为杂质，pH为11.0 ~ 12.5。本发明利用各种配方成分的特定功效，通过各成分的协同增效作用，达到提高设施菜田土壤缓冲性能，降低土壤容重，提高化学氮肥和磷肥的利用率，防治土传病害的效果O
本发明具有如下优点I.本发明工艺简单，无污染，原料充足，容易实施，所用主要原料价格低廉，不仅适合工厂化生产，也适合个体业户生产。2.本发明中原料配伍合理，每种原料均有特有的功效(I)生物炭是生物质在无氧或微氧条件下低温热转化后的固体副产物，是有机碳含量高、多孔性、碱性、吸附能力强的多用途材料。生物炭能够提高土壤有机碳含量，改善土壤保水、保肥性能，减少养分损失，是肥料养分增效的有效载体，有益于土壤微生物栖息和活动，特别是菌根真菌，是良好的土壤改良剂；(2)麦饭石是一种优质环保性天然矿物材料，是一种风化或半风化的浅成或超浅成中酸性岩，可为作物生长提供硅、钾、钙、镁等营养元素，同时具有较强的吸附性，可提高植株酶活性等功效，提高作物抗病和抗逆性、提高氮磷肥料利用率；(3)沸石具有很强的离子交换和离子吸附能力，可有效吸附铵离子、硝酸根以及其他阳离子，有效提高化学肥料和有机肥料的利用率，提高土壤盐基交换量10 15%，中和设施菜田土壤中的酸度，使土壤中大于O. 25毫米团聚体含量明显增加。(4)石灰氮是一种氮素肥料(含氮20%左右)，也是一种硝化抑制剂，可有效防止土壤中硝酸盐淋溶迁移，污染地下水；同时，石灰氮在土壤中的水解，产生氰胺类化合物，可清除刚发芽的杂草，杀灭土传病菌以及作物根结线虫等，从而具有很好的防治设施菜田土传病虫害的效果；3.本发明为有机调配剂、离子吸附剂、硝化抑制剂相结合的土壤调理剂，可有效抑制土壤和肥料中铵离子的氧化，减少土壤中硝酸盐含量，促进蔬菜对铵离子的吸收利用，可直接提高土壤持水性，降低土壤容重，提高土地生产力。4.本发明为一种环境友好型防治设施菜田土传病害的药剂，并集防病害和肥料增效功效与一体，可单独施入设施菜田，也可与底肥混拌后施用，使用时省工省力。
具体实施例方式本发明中，生物炭为玉米、大豆、高粱秸杆、稻草、稻壳、玉米芯等农作物生产的废弃物中的至少一种在炭化炉中经300 - 500°C炭化后得到的固体产物，用粉碎机粉碎或球磨机磨碎，过20目筛。可选用市售产品，如辽宁金和福发展有限公司生产的生物炭产品，亦可按农作物秸杆制作生物炭的方法自行生产。本发明中，麦饭石为市售产品，主要矿物成分为斜长石、钾长石，其次为石英、普通角闪石、黑云母等。麦饭石过60目筛，按重量百分比计，产品的主要化学成分应达到以下标准二氧化硅63 67%、二氧化钛O. 5 I. 0%、三氧化二铝14 16%、氧化铁4 6%、氧化镁I 2%、氧化I丐3 4%、氧化钠3 5%、氧化钾3 5%,余量为杂质。本发明中，沸石粉为天然沸石经粉碎后过60目筛的市售产品，按重量百分比计，天然沸石粉的产品质量应达到以下标准二氧化硅64 69%、二氧化钛O. 08 O. 13%、三氧化二铝12 13%、三氧化二铁O. 8 I. 5%、氧化镁O. I I. 2%、氧化钙I. 7 3. 6%、氧化钠O. 3 2. 6%、氧化钾I. I 3. 0%,余量为杂质。物理化学指标达到以下标准铵交换能力1000 2000毫摩尔/千克、pH值7. 2 9. O。本发明中，石灰氮(学名为氰胺化钙)为市售颗粒状产品，黑灰色油性颗粒，按重量百分比计，产品达到以下标准石灰氮含氮17 23%，含氧化钙40 50%，其余为杂质，pH为11. O 12. 5。宁夏大荣化工冶金有限公司等20多家厂家生产该产品。实施例I 将过60目筛的麦饭石粉10千克、过60目筛的沸石粉10千克与颗粒状石灰氮10千克混合，搅拌均勻，再与过20目筛的生物炭70千克混合,充分搅拌,混合均勻后，制成土
壤调理剂。实施例2 10与实施例I不同之处在于原料配比有所差别(见表1)，制备方法同实施例I。表I
德口~ 生物炭麦饭石粉珠石粉 ^颗粒石灰氮^ (千克)__(ft)__(ft)__(千克)
260101515
360151015
4601515 0
57051510
67010551
77015105
8805510
9805 5 0801055应用例I选择辽宁省沈阳市新民市大民屯镇设施蔬菜生产基地使用年限为10年的设施蔬菜大棚3座，每座设5米X 6米小区共12块，试验设置4个处理，其中3个处理施入实施例I中的调理剂，I个为对照，每个处理3次重复。按照每667平方米均匀施入6000千克腐熟鸡粪，化学肥料为三元复合肥(含氮、五氧化二磷、氧化钾均为15wt%)，试验处理中按施入调理剂量不同，相应减少三元复合肥用量10%、20%和30%。于11月末种植番茄，按常规要求进行田间管理，试验处理和结果见表2。表2试验处理、产量效果及化肥相对利用率
权利要求
1.一种生物炭为基质的混配型设施菜田土壤调理剂，其特征在于，按重量百分比计，土壤调理剂为 生物炭60 80%，麦饭石粉5 15%、沸石粉5 15%和石灰氮5 15%。
2.根据权利要求I所述的混配型设施菜田土壤调理剂，其特征在于所述生物炭为农作物生产的废弃物在炭化炉中经300 - 500°C炭化后得到的固体产物，用粉碎机粉碎或球磨机磨碎，过20目筛。
3.据权利要求2所述的混配型设施菜田土壤调理剂，其特征在于所述农作物生产的废弃物为玉米、大豆、高粱秸杆、稻草、稻壳或玉米芯生产所产生的废弃物中的一种或几种。
4.根据权利要求I所述的混配型设施菜田土壤调理剂的制备方法，其特征在于所述麦饭石粉为过60目筛的麦饭石粉；所述沸石粉为过60目筛的沸石粉；所述石灰氮为颗粒状。
5.一种根据权利要求I所述的混配型设施菜田土壤调理剂的制备方法，其特征在于按重量百分比计，先将麦饭石粉、沸石粉与石灰氮混合，搅拌均匀，再与生物炭混合，充分搅拌，混合均勻后，制成土壤调理剂。
6.根据权利要求5所述的混配型设施菜田土壤调理剂的制备方法，其特征在于所述生物炭为农作物生产的废弃物在炭化炉中经300 - 500°C炭化后得到的固体产物，用粉碎机粉碎或球磨机磨碎，过20目筛。
7.据权利要求5所述的混配型设施菜田土壤调理剂的制备方法，其特征在于所述农作物生产的废弃物为玉米、大豆、高粱秸杆、稻草、稻壳或玉米芯生产所产生的废弃物中的一种或几种。
8.根据权利要求5所述的混配型设施菜田土壤调理剂的制备方法，其特征在于所述麦饭石粉为过60目筛的麦饭石粉；所述沸石粉为过60目筛的沸石粉；所述石灰氮为颗粒状。
全文摘要
本发明涉及农业废弃物循环利用技术和土壤肥料技术，具体为生物炭为基质的混配型设施菜田土壤调理剂及其制备方法。按重量百分比计，土壤调理剂为生物炭60～80%，麦饭石粉5～15%、沸石粉5～15%和石灰氮5～15%。土壤调理剂的制备方法先将过60目筛的麦饭石粉、过60目筛的沸石粉与颗粒状石灰氮混合，搅拌均匀，再与生物炭混合，充分搅拌，混合均匀后，制成土壤调理剂。本发明制备方法简单，无污染，能降低土壤容重，提高土壤缓冲性能，提高肥料氮和磷的利用率，防治土传病害的效果。
文档编号C05G3/04GK102807459SQ20121029929
公开日2012年12月5日 申请日期2012年8月21日 优先权日2012年8月21日
发明者姜勇, 张玉革, 陈利军, 徐柱文, 王汝振 申请人:中国科学院沈阳应用生态研究所