本发明属于农业肥料技术领域，具体地说，涉及一种用于烟田土壤改良的生物炭及其制备方法。
背景技术：
中国是农业大国，农业资源严重不足，过度开发已导致生态失衡，环境污染恶化已成为了不争的事实。进入21世纪以来，人们逐渐遭到“环境、能源危机、粮食”等各种因素的影响，并且情况越来越严重。农业生产实践和大量研究表明，土壤理化性质已成为限制作物产量和品质的主要原因，切实有效的改善农田土壤理化性质，提高农作物的产量和质量，提升肥料利用效率，对于实现农业可持续发展至关重要。
生物炭的研究起源于人们对南美亚马逊流域一种叫印第安黑土(Terra preta)土壤的发现和关注。黑土是古人类通过刀耕火种的生活从而形成的一种独特的肥沃土壤，并且黑土到现在依旧是全世界最为肥沃的土壤之一。生物炭(biochar)又被称为生物质炭，一般是生物质原料在完全缺氧或部分缺氧的环境下，并且在一定温度条件，热解产生的一种含炭元素的固态物质。国内外大量研究表明，生物炭作为土壤改良剂，能够显著增加土壤团聚体，提高土壤的通气性和保水能力；改善土壤通气状况，提升活性有机碳库，促进土壤微生物的生长和繁衍；巨大的比表面积和多孔隙结构，能有效减少农田温室气体排放和土壤养分淋溶，同时吸附各种有机污染物及其重金属，减少环境风险；“长期、平衡、稳定”的显著特点，使其作为安全、有效的农田土壤改良剂，有着不可代替经济和社会效益。
虽然，已利用各种生物质原料开发了多种生物炭，但多以作物秸杆、林产品等废弃物为直接原料，其纤维素、半纤维素和木质素等主要成分含量存在较大差异，导致生物炭产品成分含量和理化性质不稳定；在作物生产上，只是简单的将各种生物炭以肥料形式施入土壤，在改善农田土壤理化性质和促进作物产、质量的效果上并不明显；在烤烟生产中，简单引用其他作物生产应用的生物炭，忽略生物炭本身性质和烟田土壤的个性需求，投入增加而未见烤烟增产增效；烤烟生产应用的生物炭种类繁杂，迫切需要烟田土壤理化性质改良需求吻合，利用生物炭性开发的具有烤烟所需养分的，针对烟田土壤和烤烟生长的专用型生物炭肥料产品。
因此，有必要针对烤烟生产研发一种针对性强，能满足烤烟生产需求的烟田专用生物炭。
技术实现要素：
为了克服背景技术中存在的问题，本发明提供了一种用于烟田土壤改良的生物炭及其制备方法，能改良烟田土壤的理化性质，起到增加土壤孔隙度，降低土壤容量，提高土壤最大持水量，增加土壤透气性的作用，能够显著提高土壤碳氮比，改善土壤微生物环境，促进烤烟根系生长，同时，采用本发明提供的方法制备得到的生物炭含碳量高，且含有丰富的微量营养元素，共同实现了烤烟产量、品质、肥效的同时提高。
为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：
一种用于烟田土壤改良的生物炭，所述的用于烟田土壤改良的生物炭的生产原料为酒糟。
一种用于烟田土壤改良的生物炭的制备方法，具体步骤为：
1)采用粮食原料发酵酿酒；
2)将步骤1)所得的酒糟置于煅烧炉内煅烧得到煅烧产物；
3)步骤2)所得的煅烧产物经淋水清洗得到生物炭产品。
作为优选，步骤1)中，酿酒的原料为：高粱、大米、糯米、小麦、玉米中的一种或多种。
作为优选，步骤2)中，煅烧炉内的温度为600～700℃，裂解时间为2～3min。
作为优选，步骤3)中，所述生物炭的有机碳≥30％，二氧化硅≥25％，含水量为≤45％，灰分≤20％，粒度(1.00㎜～4.75mm)≥80％，孔隙度≥40％，pH≤7.0。
淋水清洗有效去除灰分中的钙、镁、钾、钠等盐基离子。
生物炭采用塘施的方式施入，配合烤烟生产规程，于烤烟移栽期进行烟田理墒、打塘，墒高30cm左右，塘大小约为30×30cm，株距50cm，行距1.2m。按照先施基肥，再栽烟的顺序，生物炭用量为100g/株，预先称取所需生物炭，与基肥一同施入塘内，将生物炭和基肥与塘土拌匀，栽入烟苗，每株浇定根水2kg，最后盖一层薄土。
本发明的有益效果：
1、本发明提供的生物炭能明显改良烟田土壤理化性质，显著提高了烟田土壤碳氮比，增加土壤孔隙度，降低土壤容量，提高土壤最大持水量，改善土壤微生物环境。
2、本发明在应用过程中，随烤烟移栽的基肥一同施入，无需增加用工量。
3、本发明选用酒糟为原料，并采用特定的制备方法，所得产品实用性强，含碳量高，且含有丰富的微量营养元素，有效提高了烤烟产量、品质和肥料利用效率。
具体实施方式
实施例1
采用高粱36％、大米22％、糯米18％、小麦16％、玉米8％混合发酵酿酒；将所得的酒糟置于煅烧炉内煅烧得到煅烧产物，煅烧炉内的温度为700℃，裂解时间为3min；煅烧产物经淋水清洗得到生物炭产品，所述生物炭的有机碳≥30％，二氧化硅≥25％，含水量为≤45％，灰分≤20％，粒度(1.00㎜～4.75mm)≥80％，孔隙度≥40％，pH≤7.0。
实施例2
采用高粱55％、大米20％、小麦15％、玉米10％混合发酵酿酒；将所得的酒糟置于煅烧炉内煅烧得到煅烧产物，煅烧炉内的温度为600℃，裂解时间为3min；煅烧产物经淋水清洗得到生物炭产品，所述生物炭的有机碳≥30％，二氧化硅≥25％，含水量为≤45％，灰分≤20％，粒度(1.00㎜～4.75mm)≥80％，孔隙度≥40％，pH≤7.0。
实施例3
采用高粱52％、小麦28％、玉米20％混合发酵酿酒；将所得的酒糟置于煅烧炉内煅烧得到煅烧产物，煅烧炉内的温度为650℃，裂解时间为2min；煅烧产物经淋水清洗得到生物炭产品，所述生物炭的有机碳≥30％，二氧化硅≥25％，含水量为≤45％，灰分≤20％，粒度(1.00㎜～4.75mm)≥80％，孔隙度≥40％，pH≤7.0。
实验分析
开展田间试验，供试烤烟品种为玉溪市主栽烤烟品种K326，漂浮育苗65天烟苗；供试肥料为玉溪烤烟专用复合肥N:P:K＝12:6:24(％)和硫酸钾(K2O，50％)；供试土壤类型为当地典型红壤，pH值6.02，有机质24.9g/kg，全碳1.46(％)，全氮0.06(％)，全磷0.04(％)，全钾1.91(％)，有效氮36.07mg/kg，有效磷3.81mg/kg，有效钾66.15mg/kg。
试验以植烟、不施肥处理为对照(CK，用于计算肥料利用率)，设置常规施肥(T1)、常规施肥添加常规生物炭(T2，以甘蔗渣、作物秸秆为原料烧制，C≥60％)、常规施肥添加本发明实施例1提供的生物炭(T3)，共4个处理，每个处理小区占地1亩，植烟1100株，采用随机区组设计，三次重复。
烤烟移栽前进行烟田理墒、打塘，墒高30cm左右，塘大小约为30×30cm，株距50cm，行距1.2m。CK处理栽入烟苗，每株统一浇定根水2kg，最后盖一层薄土。T1、T2、T3处理统一施入25kg/亩烤烟专用复合肥作为基肥；T2处理施入常规生物炭，T3处理施入本发明实施例1提供的生物炭，用量均为100g/株，与基肥一同施入塘内，将生物炭和基肥与塘土拌匀；三处理栽入烟苗，每株统一浇定根水2kg，最后盖一层薄土；剩余肥料平均三次，每次间隔10天，通过追肥施入。各处理田间管理的按照当地优质烤烟管理方法进行，具体试验处理见表1。
表1烟田专用生物炭试验设计
在试验期间，记录各处理的烤烟移栽、团棵、现蕾和采收的日期；并进行土壤样品的采集和测定(取烤烟移栽前耕层(0-30cm)基础土样，测定pH值、有机质、全碳、总氮、总磷、总钾、速效氮、速效磷、速效钾含量；烤烟团棵期，在烟墒上两株烟株之间，距烟株10cm处环刀法测定各处理耕层土壤容重，计算土壤孔隙度，取各处理耕层土样，测定全碳、总氮含量，计算C/N。)；于烤烟团棵期和现蕾期，调查各处理田间烟株农艺性状，对株高、茎围、有效叶数、最大叶长、最大叶宽进行测定；烟叶采收后，统计各处理单株烟叶产量、等级、产值；取各处理烟杆，测定总氮、总磷、总钾含量；取各处理C3F烟叶，测定总氮、总磷、总钾、总糖、还原糖、烟碱含量。
肥料利用效率(％)＝(施肥处理烟株养分吸收量-无肥处理烟株养分吸收量)/施肥量×100。
统计结果与分析：
表2烤烟团棵期耕层土壤物理特性
注：同列不同小写字母表示处理间差异显著(p<0.05)。
表2表明，不施肥CK)和常规施肥(T1)处理耕层土壤孔隙度、C/N、容重无明显差异，与常规施肥相比，施入常规生物炭(T2)和本发明提供的生物炭(T3)处理均显著提高了耕层土壤孔隙度、C/N，同时显著降低土壤容重；其中，土壤孔隙度增加和容重降低以T3处理效果最佳，土壤C/N以T2最高。
表3烤烟团棵期农艺性状
表4烤烟现蕾期农艺性状
烤烟团棵期农艺性状调查表明(表3)，不施肥处理(CK)烤烟团棵期各农艺性状均最低，常规施肥处理(T1)各农艺性状显著提高。常规生物炭(T2)和发明生物炭(T3)处理均显著促进了烟株生长，烤烟株高、茎围、有效叶数和最大叶长、宽均显著高于常规施肥(T1)处理，各性状以本发明生物炭(T3)处理最大。烤烟现蕾期农艺性状调查结果(表4)与团棵期类似，处理间差异进一步增大。常规生物炭(T2)处理株高、茎围显著高于T1，其他农艺性状与T1无显著差异。本发明生物炭处理(T3)对烤烟农艺性状的促进作用更加明显，各农艺性状均显著高于常规施肥处理。
表5烤烟产值量
各处理烤烟产质量如表5所示，不施肥处理(CK)各项指标均最低。与常规施肥(T1)，常规生物炭处理(T2)除均价外，中等烟产量及比例显著下降，上等烟及比例、产值量大幅提高；本发明生物炭处理(T3)中等烟及比例下降，而其他指标显著高于常规生物炭处理。生物炭处理能够显著提高烟叶产量，促进中等烟相上等烟转化，提高烟叶质量，从而大幅提高产值；发明生物炭施用的增产提质效果明显高于常规生物炭。
表6烟叶内在化学成分
各处理烟叶内在成分分析表明(表6)，生物炭处理有效促进了烟叶内在品质的提高。与常规施肥(T1)相比，常规生物炭处理(T2)促进了养分元素的吸收和利用，N、K和烟碱含量显著升高，总糖、还原糖含量下降，从而烟叶糖/碱和氮/碱均趋向协调。本发明生物炭(T3)处理烟叶N、K、烟碱养分略高于T2，两糖含量进一步下降，从而其烟叶糖/碱和氮/碱接近最优比例(糖/碱≈10，氮/碱≈0.9)。本发明生物炭施入有效提高烟叶品质，同时促进烟叶成分的比例达到最优烟叶水平。
表7烟株养分吸收量及肥料利用效率
各处理肥料利用率计算表明(表7)，相对常规施肥处理(T1)，常规生物炭处理(T2)显著提高了N、P、K肥料的利用效率，而发明生物炭处理(T3)肥料利用率进一步提高，且显著高于T2处理。显著提高产量和烟叶质量的同时，生物炭的施入有效促进了肥料利用率的提高，且发明生物炭的促进效果优于常规生物炭。
综上说明，本发明生物炭能明显改良烟田土壤理化性质，显著提高了烟田土壤碳氮比，增加土壤孔隙度，降低土壤容量，改善土壤微生物环境；能够有效提高了烤烟产量、品质和肥料利用效率；应用时随烤烟移栽的基肥一同施入，无需增加用工量。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。