一种园林废弃物生物质炭基土壤调理剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及土壤调理剂技术领域，具体涉及一种园林废弃物生物质炭基土壤调理剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]施肥已经成为农业生产不可或缺的技术措施之一，对作物生产的贡献率超过一半。中国肥料利用率一直比较低，如氮肥当季作物的利用率平均只有30%左右，比发达国家低近20个百分点，这一方面是因为非科学的施肥方法，另一方面则是由于肥料本身的特性。提高肥料利用率刻不容缓，研发施用新型多功能肥料，是提高肥料利用效率重要的途径之一O
[0003]生物质炭是生物质高温裂解的固体产物，具有很多特异的性质，如多孔、高度稳定性、高度芳香化、表面有大量的多种官能团，同时带有正负2种电荷，能够吸附分子和阴阳离子、极性和非极性物质。原材料、裂解温度、裂解时间等是影响生物质炭物理、化学特性的主要因素，一般说来，在一定范围内，随着裂解温度的升高、反应时间的延长，生物质炭的比表面积增大、芳香化结构增强，灰分含量及PH升高，速效养分和钙、镁含量也随之升高。
[0004]目前，随着我国城市化进程的发展，园林绿化在改善城市环境质量、缓解城市热岛效应、保持城市生态平衡等方面作用越来越受到人们的重视，并得以迅速发展；但随之而来的树木枝干、枯枝、落叶、草肩、以及其他绿化修剪物等园林绿化废弃物也在急剧增大，园林绿化废弃物的资源化再利用关键技术研宄及产业化成为迫在眉睫需要解决的事情。
[0005]土壤调理剂是由农用保水剂及富含有机质、腐殖酸的天然泥炭或其他有机物为主要原料，辅以生物活性成分及营养元素组成，经科学工艺加工而成的产品，有极其显著的“保水、增肥、透气”三大土壤调理性能。能够打破土壤板结、疏松土壤、提高土壤透气性、降低土壤容重，促进土壤微生物活性、增强土壤肥水渗透力；具有改良土壤，治理荒漠.保水抗旱，增强农作物抗病能力，提高农作物产量，改善农产品品质，恢复农作物原生态等功能，大幅度提尚植树成活率和农广品广量；改善农林广品品质，恢复农林广品的天然风貌。完全无公害，无污染，无生物激素，不同于国际市场上各种化肥、农药、叶面肥和生物激素，是世界农林业种植的新型绿色生产资料。
[0006]但是，目前未见利用园林废弃物生物质炭和土壤调理剂的研宄报道。因此，研发一种园林废弃物生物质炭基土壤调理剂以显得尤为重要。
【发明内容】
[0007]为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种园林废弃物生物质炭基土壤调理剂的制备方法，该制备方法将废弃资源园林废弃物制得园林废弃物生物质炭，再和土壤调理剂复配制得园林废弃物生物质炭基土壤调理剂，大大降低了生产成本，减少了环境污染，可以带来良好的社会经济效益和推广应用的价值；且该制备方法工艺简单，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，可大规模工业化生产。
[0008]本发明的另一目的在于提供一种园林废弃物生物质炭基土壤调理剂，该园林废弃物生物质炭基土壤调理剂利用园林废弃物生物质炭的物理性能，实现了对土壤调理剂的有效缓释，延长了土壤调理剂的作用时间，提高了土壤调理剂的利用率，为作物在生长期中长时间充足的营养供应，并且为作物营养强化提供了很好的技术支持。该园林废弃物生物质炭基土壤调理剂在玉米、大豆、水稻等多种粮食作物及蔬菜、果树中施用，可以实现一次施肥后期不用追肥，有效提高土壤有效成分的水平，作物籽粒营养成分的含量及产量明显提升，肥效持久，增产增收。
[0009]本发明的目的通过下述技术方案实现:一种园林废弃物生物质炭基土壤调理剂的制备方法，包括如下步骤:
(1)将园林废弃物高温裂解，得到园林废弃物生物质炭和可燃性气体；
(2)将土壤调理剂的原料和占土壤调理剂总原料重量16-20%的园林废弃物生物质炭混合后熔融、造粒，收集粒料；其中，熔融所需的热量由所述可燃性气体燃烧提供；
所述土壤调理剂包括如下重量份的原料:贝壳粉8-12份、氧化钙1-5、氢氧化钾2-6份、复合氨基酸液4-8份、高吸水树脂1-3份、复合菌剂0.5-1.5份；
(3)将收集的粒料负压冷却，进行筛选；
(4)将筛选后的粒料进行包膜，包装出货，制得园林废弃物生物质炭基土壤调理剂。
[0010]本发明的制备方法将废弃资源园林废弃物制得园林废弃物生物质炭，再和土壤调理剂复配制得园林废弃物生物质炭基土壤调理剂，大大降低了生产成本，减少了环境污染，可以带来良好的社会经济效益和推广应用的价值；且该制备方法工艺简单，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，可大规模工业化生产。
[0011]优选的，所述步骤(I)具体为:将园林废弃物粉碎至粒径l-2mm，将粉碎后的园林废弃物干燥至含水率小于5%，得到生物质物料；将裂解催化剂和生物质物料按重量比0.5-1.5:100放入高温热解炉裂解内进行高温裂解，得到园林废弃物生物质炭和可燃性气体；其中，高温裂解的温度为500-700°C，高温裂解的时间为60-120min。
[0012]生物质经高温裂解会产生生物质炭、焦油和可燃性气体，裂解催化剂的加入可以催化焦油裂解，裂解催化剂能够在较低反应温度下得到较高的焦油去除率，而且还能提高气体热值和产量。
[0013]优选的，所述裂解催化剂的制备方法为:按照等体积浸渍法，将碳纳米管载体加入足量的镍盐的水溶液中，超声处理并静置；然后对上述物料进行干燥，并在氢气和氮气条件下还原，制得载镍碳纳米管催化剂，并使得Ni的质量百分比含量为10-20% ;其中，所述镍盐是由硝酸镍、氯化镍和醋酸镍以重量比1:0.8-1.2:1.2-1.8组成的混合物。
[0014]生物质炭在提高作物产量、增强土壤养分、增加土壤肥力、土壤结构改良修复、受污染环境修复以及温室气体减排等各方面都展现出了巨大的应用潜力，作为一类新型环境功能材料在当今社会弓I起广泛关注。
[0015]生物炭有着巨大的表面积和繁多的小孔结构，这种孔洞结构更容易聚集吸收营养养分物，促进有益微生物的生长，从而使土壤变得更肥沃，有利于植物的生长，实现可持续发展的绿色农业。所以，生物质炭不仅能减少温室气体，如甲烷、氧化亚氮和二氧化碳排放的效果，而且对改善土壤健康、减少养分流失、恢复土壤肥力、提高肥料的利用效率、提高土壤生产力具有积极作用。
[0016]生物质炭中含有丰富的空隙和有机大分子结构，在和肥料配施的情况下，在土壤中较易形成大团聚体，增进土壤的养分离子的吸附和保持，土壤中的NH4+吸附与固持作用得以明显增强，提高了作物对氮的利用率，从而使氮素损失得到降低。另外，生物质炭在土壤中存在一定时间后表面部分会被轻度氧化形成羰基、酚基等，这有助于增加土壤的阳离子交换量。生物质炭对NH4+和NO3-具有较强的吸附特性，从而能够持留土壤中的氮素，有效降低农田土壤氨的挥发和控制土壤氮养分的淋沥流失，这些特性使生物质炭能够有效降低农田土壤氮养分的流失，提高农作物产量，同时减少了化肥施用量和农田氮养分流失引起的面源污染。
[0017]生物质炭含有各种丰富的灰分元素，可在土壤中作为可溶性养分被作物吸收利用，从而提高了土壤有机质含量和土壤碳保持容量，并且生物质炭本身也可以作为肥料提高上壤肥力。生物质炭含有的丰富灰分元素如K、Ca、Mg等都呈可溶态，进入土壤后成为溶液中的可溶性盐基离子，提高土壤的盐基饱和度，降低其交换性酸和交换性铝含量，有利于提高其它阳离子交换量，并降低铝离子活化，降低酸性土壤中铝的饱和度，从而提高土壤的pH值。土壤中铝离子过多会对植物生长与土壤微生物活动产生不良影响。
[0018]生物质炭的表面具有大量的负电荷，具有大量的孔洞结构及巨大的比表面积，对土壤的化学性质和物理性状都有不同程度的影响，对土壤极性或非极性有机化合物、土壤有效水、土壤养分元素或沉积物中的无机离子都具有很强的吸附能力。将生物质炭施入土壤后，其多孔性结构有利于土壤水的保持，土壤的保水性得到增强，土壤中施入大量的生物质炭后，其田间持水量会比周围对照土壤高18%。生物质炭的添加到土壤后，土壤通气性和孔隙度得到提高，使土壤具有良好的耕作结构。为微生物提供更多的生存空间，有利于土壤中好氧微生物的生长，提高了上壤中有机质的矿化进程，增加土壤肥力和有效态养分含量，有利于促进植物对营养元素的吸收和土壤团聚体的形成。
[0019]生物质炭具有良好的化学性质、物理结构和养分调控作用，对土壤中可交换态的养分物质有强烈吸附作用。生物质炭和肥料的合理配施，可以增强土壤中铵态氮的吸附与固持，提高植物对养分元素的利用效率，特别是提高作物对氮的利用率，降低氮素在田间的挥发量。施入黑炭的土壤更容易形成较大的团聚体，而使养分离子更容易吸附在生物质炭表面和孔隙中，特别有利于铵态氮离子的吸附性。黑炭的吸附作用有利于植物对吸附养分的利用，可以显著促进种子萌发和生长，从而促进作物生长。
[0020]生物质炭含有丰富的有机质，土壤中施入生物质炭，可提高土壤中的有机质含量，最终使其植物能利用的阳离子和可交换态阳离子含量提高。生物质炭的添加对土壤有机质起了激发作用，有利于土壤中原有的有机质的分解，进一步提高土壤的肥力，协调了土壤的供肥与保肥能力，保证了植物有充足的养分供应。
[0021]综上所述，生物质炭的多孔性、巨大的比表面积、表面负电荷和电荷密度等特性使其能够吸附和固持肥料中的养分，实现其缓释效果，显著削减土壤N流失量，提高土壤肥力，促进作物增产和维持土壤生态系统平衡的作用。
[0022]目前，生物质炭的活化方法主要采用化学活化法，化学活化分为:酸活化(主要是磷酸、硫酸活化)、碱活化(主要是氢氧化钾、氢氧化钠活化)、盐活化(主要是氯化锌活化)。盐活化具有活化温度低和工艺简单的优点。
[0023]优选的，所述步骤(I)和步骤(2)之间还包括步骤(Γ):将园林废弃物生物质炭与活化剂混合，在惰性气氛中升温至活化温度进行活化处理