本发明涉及肥料技术领域，更具体地，涉及到一种适用于盐碱地土壤的酸性生物炭肥及其制备方法。
背景技术：
我国盐碱地面积大，约3.5×108hm2，占全国耕地面积的36％，分布广泛，类型多样。由土壤盐碱化导致的土壤生产力低下，微生物多样性下降，有机质含量降低都加剧了生态环境的恶化，阻碍了农业生产的发展，并且传统肥料的施用往往会加剧土壤的盐碱化程度。我国牦牛粪的年产量大，其资源化利用问题急需解决，在当前环境保护和循环经济的要求下，研发一种以生物质为原料的适用于盐碱地土壤的肥料及制备技术是当前重要的研究课题。
生物炭是指生物质在缺氧环境下，经高温热解产生的一类多孔隙结构、高比表面积、吸附能力强的富碳类物质。传统热解生物炭一般具有疏松微孔的结构，常作为一种良好的土壤改良剂，由于其多呈碱性，在南方酸性土壤中应用较广泛。中国专利申请cn104211545a公开了一种酸性土壤专用生物炭基有机无机复混肥及其制备方法，该方法利用传统生物炭呈碱性的特点，以其作为控释材料和吸附材料与尿素、磷酸一铵等物质结合制备复混肥，可提高土壤ph，有效改善酸性土壤，但是在盐碱地土壤中因其碱性特征受到限制。中国专利申请cn105542785a公开了一种碱性土壤改良剂及其制备方法，该方法由磷酸、糠醛渣、小麦粉和磷酸铵等物质按特定比例配比而成，具备制备简单的优点，但其不能显著降低土壤的ph值，不能为盐碱地土壤提供足够的有机质。目前，急需研发一种适用于盐碱地土壤的酸性生物炭肥，既能直接作为生物炭肥施用改善碱性土壤，又能提高肥料利用率。
水热炭化技术是指生物质在缺氧条件下，以水为反应介质热解制备生物炭，具有弱酸性、表面官能团丰富、养分含量高等特点，因此，水热炭化技术制备的生物炭是一种理想的生物炭肥。同时，水热炭本身会带有少量的酸性官能团，以降低碱性土壤ph，但是降低土壤ph能力有限，并且施加进土壤后会随着时间慢慢又碱化，不能达到长期改良的效果。针对此现状，研究开发一种适用于盐碱地土壤的酸性生物炭肥及其制备方法，具有巨大的经济效益及环境效益。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种适用于盐碱地土壤的酸性生物炭肥及其制备方法，以解决上述的问题。
本发明提供了一种酸性生物炭肥，为由牦牛粪为原料制成的生物炭。
本发明还提供了一种适用于盐碱地土壤的酸性生物炭肥的制备方法，包括如下步骤：
(1)生物炭制备：将收集的牦牛粪清理干净，烘干后粉碎过40-60目筛，过筛后的牦牛粪与去离子水混合置于水热反应釜中，在150-300℃下进行水热反应，以100-150r/min的转速进行搅拌，到达终温时停留0.5-2h，冷却至室温，水热液通过无水乙醇洗至无色，再由蒸馏水洗至中性后抽滤，将固体产物烘干后得到生物炭；
(2)酸性生物炭肥制备：取步骤(1)获得的生物炭与0.05-0.1mol/l的硝酸混合，在25-30℃，120-180r/min条件的摇床中振荡6-24h，结束后用去离子水洗涤调节ph值为4-6.5并抽滤，在100-110℃烘干后过60-80目筛得到酸性生物炭，将酸性生物炭放入圆盘造粒机中进行造粒，得到粒径为3-5mm的酸性生物炭肥颗粒，用干燥机对肥料颗粒进行干燥处理，即得所述的酸性生物炭肥。
在步骤(1)中，水热处理中，牦牛粪干基重量与去离子水的重量比为1:5-10。
在步骤(1)中，水热反应釜搅拌轴转速为100-120r/min。
在步骤(2)中，生物炭与硝酸溶液的固液比(g/ml)为1:10-20。
在步骤(2)中，摇床的振荡频率为120-150r/min。
在步骤(2)中，去离子水洗涤生物炭肥至溶液ph值为4.5—6.5。
在步骤(2)中，圆盘造粒机的造粒温度为60-80℃。
在步骤(2)中，干燥机的温度为180-250℃。
一种适用于盐碱地土壤的酸性生物炭肥及其制备方法，本发明的有益效果：
通过水热炭化技术制备的生物炭，保留其养分含量的同时，与硝酸溶液混合比例搭配合理，得到酸性生物炭，再经由圆盘造粒机造粒后得到酸性生物炭肥，可以直接作为生物炭肥应用于盐碱地土壤，降低土壤碱化度，提高耕地质量；同时对大量牦牛粪等禽畜粪便进行合理有效地回收利用，提高资源化利用效率，减少固废环境污染，具有极其深远的社会意义和经济价值。本发明还提供了酸性生物炭肥的制备方法，制备方法简单可控、易实施，不会造成附加的环境危害，制得的酸性生物炭肥施用后效果好，可提升粮食及农业安全。结合本发明改性处理，大大提高了生物炭表面的酸性官能团，提高了其对于盐碱地土壤中ph的中和能力。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明。此处描述的具体实施例仅用于解释本发明，但并不限定本发明的保护范围。
实施例1：
(1)生物炭制备：将收集的牦牛粪清理干净，烘干后粉碎过40目筛，取过筛后的牦牛粪10g与去离子水50ml混合置于水热反应釜中，密闭后用0.5mpa的氮气反复吹扫反应釜3次，在150℃下进行水热反应，以100r/min的转速进行搅拌，到达终温时停留0.5h，冷却至室温，水热液通过无水乙醇洗至无色，再由蒸馏水洗涤至中性后抽滤，将固体产物烘干后得到生物炭；
(2)酸性生物炭肥制备：取步骤(1)获得的生物炭2g与0.05mol/l的硝酸20ml混合，在25℃，120r/min条件的摇床中振荡6h，结束后用去离子水洗涤调节ph值并抽滤，在100℃烘干后过60目筛得到酸性生物炭，将酸性生物炭放入圆盘造粒机中进行造粒，造粒温度为60℃，得到粒径为3mm的酸性生物炭肥颗粒，干燥机的进入温度为180℃，对肥料颗粒进行干燥处理，即得所述的酸性生物炭肥。
该生物炭肥的ph值为6.13，酸性官能团含量为2.28mmol/g。
实施例2：
(1)生物炭制备：将收集的牦牛粪清理干净，烘干后粉碎过50目筛，取过筛后的牦牛粪10g与去离子水60ml混合置于水热反应釜中，密闭后用0.5mpa的氮气反复吹扫反应釜3次，在180℃下进行水热反应，以110r/min的转速进行搅拌，到达终温时停留1h，冷却至室温，水热液通过无水乙醇洗至无色，再由蒸馏水洗涤至中性后抽滤，将固体产物烘干后得到生物炭；
(2)酸性生物炭肥制备：取步骤(1)获得的生物炭2g与0.06mol/l的硝酸30ml混合，在28℃，140r/min条件的摇床中振荡12h，结束后用去离子水洗涤调节ph值并抽滤，在105℃烘干后过70目筛得到酸性生物炭，将酸性生物炭放入圆盘造粒机中进行造粒，造粒温度为65℃，得到粒径为3.5mm的酸性生物炭肥颗粒，干燥机的进入温度为200℃，对肥料颗粒进行干燥处理，即得所述的酸性生物炭肥。
该生物炭肥的ph值为5.62，酸性官能团含量为2.64mmol/g。
实施例3：
(1)生物炭制备：将收集的牦牛粪清理干净，烘干后粉碎过60目筛，取过筛后的牦牛粪10g与去离子水70ml混合置于水热反应釜中，密闭后用0.5mpa的氮气反复吹扫反应釜3次，在200℃下进行水热反应，以120r/min的转速进行搅拌，到达终温时停留1.5h，冷却至室温，水热液通过无水乙醇洗至无色，再由蒸馏水洗涤至中性后抽滤，将固体产物烘干后得到生物炭；
(2)酸性生物炭肥制备：取步骤(1)获得的生物炭2g与0.1mol/l的硝酸40ml混合，在30℃，150r/min条件的摇床中振荡24h，结束后用去离子水洗涤调节ph值并抽滤，在110℃烘干后过80目筛得到酸性生物炭，将酸性生物炭放入圆盘造粒机中进行造粒，造粒温度为70℃，得到粒径为4mm的酸性生物炭肥颗粒，干燥机的进入温度为220℃，对肥料颗粒进行干燥处理，即得所述的酸性生物炭肥。
该生物炭肥的ph值为4.68，酸性官能团含量为2.86mmol/g。
实施例4：
(1)生物炭制备：将收集的牦牛粪清理干净，烘干后粉碎过40目筛，取过筛后的牦牛粪10g与去离子水80ml混合置于水热反应釜中，密闭后用0.5mpa的氮气反复吹扫反应釜3次，在250℃下进行水热反应，以100r/min的转速进行搅拌，到达终温时停留2h，冷却至室温，水热液通过无水乙醇洗至无色，再由蒸馏水洗涤至中性后抽滤，将固体产物烘干后得到生物炭；
(2)酸性生物炭肥制备：取步骤(1)获得的生物炭2g与0.08mol/l的硝酸20ml混合，在27℃，180r/min条件的摇床中振荡15h，结束后用去离子水洗涤调节ph值并抽滤，在100℃烘干后过60目筛得到酸性生物炭，将酸性生物炭放入圆盘造粒机中进行造粒，造粒温度为75℃，得到粒径为4.5mm的酸性生物炭肥颗粒，干燥机的进入温度为235℃，对肥料颗粒进行干燥处理，即得所述的酸性生物炭肥。
该生物炭肥的ph值为4.17，酸性官能团含量为3.34mmol/g。
实施例5：
(1)生物炭制备：将收集的牦牛粪清理干净，烘干后粉碎过60目筛，取过筛后的牦牛粪10g与去离子水100ml混合置于水热反应釜中，密闭后用0.5mpa的氮气反复吹扫反应釜3次，在300℃下进行水热反应，以120r/min的转速进行搅拌，到达终温时停留0.5h，冷却至室温，水热液通过无水乙醇洗至无色，再由蒸馏水洗涤至中性后抽滤，将固体产物烘干后得到生物炭；
(2)酸性生物炭肥制备：取步骤(1)获得的生物炭2g与0.05mol/l的硝酸30ml混合，在30℃，120r/min条件的摇床中振荡6h，结束后用去离子水洗涤调节ph值并抽滤，在105℃烘干后过80目筛得到酸性生物炭，将酸性生物炭放入圆盘造粒机中进行造粒，造粒温度为80℃，得到粒径为5mm的酸性生物炭肥颗粒，干燥机的进入温度为250℃，对肥料颗粒进行干燥处理，即得所述的酸性生物炭肥。
该生物炭肥的ph值为6.47，酸性官能团含量为2.24mmol/g。
以小白菜为目标作物，同时以等量硝酸铵(盐碱地土壤的常规使用化肥)作为对照例。实施例1-5所得酸性生物炭肥分析结果见表1。
表1：本发明制备的酸性生物炭肥的试验结果
由表1可以看出通过本发明技术制备的5种酸性生物炭肥与对照肥料相比，对降低盐碱地土壤的ph有较好的效果，改善了土壤质量，提高了作物产量，达到省工增产、培肥地力的效果。
本发明公开和提出的技术方案，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件路线等环节实现，尽管本发明的方法和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。