一种以生物质炭为基质的土壤改良剂及其制备方法
【专利说明】
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技术领域
本发明涉及农业废弃物资源循环利用技术领域，具体涉及一种以农林废弃生物质炭为基质的土壤改良剂及其制备方法。
[0002]
【背景技术】
土地是最重要的农业生产资料。改革开放以来，农业生产能力的稳步提升为我国经济的迅速发展提供了强有力的支撑，但同时也在一定程度上透支了土地生产潜能。一方面，化学肥料的长期、大量使用造成肥效下降、土壤板结、水体污染等一系列问题；另一方面，高强度的农业生产和土地使用导致土壤酸化、沙化等问题日益严重，这些都成为制约我国农业可持续发展的瓶颈。因此，改良土壤、培肥地力、提高土壤综合生产能力对于确保国家粮食安全、支撑国民经济快速发展具有十分重要的战略意义。
[0003]土壤改良剂是恢复土壤综合生产能力的有效方法之一。目前，常见的改良剂有两种，其一是天然改良剂，以腐殖酸类和多聚糖类为代表，通过烃链覆盖土壤粘粒表面，改变其水合性和胀缩性，形成水稳性团粒。其二是人工合成改良剂，包括聚乙烯醇、聚丙烯酰胺制剂、浙青乳剂等，通过粘结、包膜等方法稳定土壤团粒，从而起到改良土壤结构的作用。这些土壤改良剂的生产工艺相对复杂、造价较高，或属于化工产品、易导致次生环境污染，在大规模推广使用中均存在一定障碍。
[0004]生物质炭是植物生物质在低氧或厌氧条件下经碳化热解所得的一类具有高度芳香化物质，具有高度稳定性和较强吸附特性，施到土壤不仅增加土壤有机物质，提高肥力，而且耐降解，提高了碳在土壤中的封存时间。目前国际上一致公认生物质炭是一种无污染绿色土壤改良剂。虽然生物质炭能给人类带来很大利益，但是关于生物质炭及其应用研究方面还存在一些问题。例如，由于生物质炭密度少，较轻，不方便运输及施用，以及单独施入土壤后难以被微生物分解，不能起到立竿见影的效果等。因此急需开发施用效果好且便于运输及施用的新型生物质炭土壤改良剂。
[0005]
【发明内容】
针对现有技术的不足，本发明提供一种以生物质炭为基质的土壤改良剂及其制备方法，不但能够改善土壤结构，具有极好的保水保肥增温和培肥地力的功能，更可将碳有效封存于土壤，实现农业减排，符合农业可持续发展的方向。
[0006]为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为:
一种以生物质炭为基质的土壤改良剂，由下列物质组成，按重量百分比:
生物质炭 55 — 65 蚯蚓粪 25 — 35 木醋液 5 —10 益生菌剂 2— 6 粘结剂 I一 3
所述的生物质炭为玉米芯炭、稻壳炭、花生壳炭、稻杆炭、蘑燕盘炭中的一种或几种。
[0007]本发明中的生物质炭优选为采用亚高温条件下缺氧干馏分解工艺生产的农业废弃生物质炭。所述的农业废弃生物质可以是玉米芯、稻壳、花生壳、秸杆、食用菌基质等，但不限于此。
[0008]所述蚯蚓粪优选以畜禽粪便为原料经蚯蚓生物消解后生成的蚯蚓粪，含水率低于50%。
[0009]所述益生菌剂为多粘类芽孢杆菌、木霉菌、固氮菌、根瘤菌、解磷菌、解钾菌、纤维素分解菌、抗生素产生菌、光合菌中的一种或多种。
[0010]所述益生菌剂的总有效活菌数彡1000亿/ g。
[0011]所述粘结剂为膨润土或粘土。
[0012]所述一种以生物质炭为基质的土壤改良剂的制备方法为:将上述各原料按上述配比进行混合，然后经造粒机造粒，粒径3.5mm- 5.0_，称量后用有塑料内胆的包装袋包装入库。
[0013]生物质炭(b1-char)是由植物生物质在完全或部分缺氧的情况下经热解炭化产生的一类高度芳香化难熔性固态物质。它是一种多孔炭，具有储水和保水、保肥的功能，能够减少氮、钾的淋溶，减轻肥料对地下水的污染。土壤中施入生物质炭，可以降低土壤容重，平抑土壤温度，提高土壤积温效果。另外生物秸杆炭中的大、中、微量元素还可被作物直接而有效的利用。
[0014]蚯蚓粪是蚯蚓消解有机固体废弃物的产物，具有很好的孔性、通气性、排水性和较高的持水量，有很大的表面积，使得许多有益微生物得以生存并具有良好的吸收和保持营养物质的能力。蚯蚓粪不仅具有丰富的营养物质，还含有较高含量的促进生根的GA、JAA等多种植物激素。蚯蚓粪同时富含腐殖酸类物质，而腐殖酸能影响植物营养吸收和蛋白合成。
[0015]木醋液是农业生物质原料热解碳化工艺过程中，经冷凝回收分离获得的活性有机混合物。含有酸、醇、酚、酯、羰基类及呋喃类等约500种有机成分。试验证实，木醋液具有促进植物生长、抑菌、除草、防腐等多种作用，农业生产上可作为植物生长促进剂、土壤改良齐IJ、抗菌剂、杀虫剂、驱避剂、消毒剂来使用。
[0016]益生菌剂是根据微生态学原理，为了调控微生物生态平衡，利用有益的微生物群成员或其促进物质制成的活性菌群，具有抗土壤板结，解磷解钾，分解有机质，促进土壤营养向作物的输送转化，促进作物根系生长，提高肥料利用率和土壤蓄水抗旱能力。益生菌剂施入土壤后可使微生物群落中的有益菌群成为优势菌群，使失调的微生态系统重新恢复平衡。
[0017]与现有土壤改良剂相比，本发明具有以下优点:
1、生产工艺简单，原料易得，成本低廉。本发明生产的炭基土壤改良剂的基质材料为玉米芯、花生壳、稻壳等生物质炭，来自于农林业生产的废弃生物质，所用设备为常用的粉碎机、简易碳化炉、搅拌机、圆盘造粒机等，生产设备简单，成本低廉，易于产业化。
[0018]2、保水保墒增温、稳定性好，长效性突出。本发明具有极强的吸附性、保水性和吸光增温性，施入土壤以后，不但可以持肥缓释，减少肥料淋失，而且由于在每个炭粒周围都形成一个小的吸光增温保水区，可在一定程度上缓解干旱缺水、低温对作物生长发育的影响。同时，产品理化性质稳定，长效性突出。
[0019]3、活菌存活率高，防治土传病害效果明显。本发明利用生物质炭较大的比表面积和孔隙结构，能为不同的微生物种类和群落的生长提供良好的生存环境，可有效保持益生菌剂的活性，使得生物菌的存活率得到显著提高。经实际检测，在常温下保存一年的生物质炭土壤改良剂，其有益菌的存活率达80%以上。由于活菌存活率高，施入土壤防治土传病害的效果明显。
[0020]4、对环境友好，安全环保。本发明所用的基质材料为纯有机生物质炭微粒，其主要成分90%以上是稳定的碳，理化性质稳定。既可以长期、持续地固碳减排，也没有次生污染，对环境友好、安全环保，符合农业可持续发展的方向。
[0021]
【具体实施方式】
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0022]实例I
(I)生物质亚高温厌氧升温碳化；
以玉米芯为例。将玉米芯颗粒送入可移动组合式高效生物质碳化装置(本公司另一发明)内，在厌氧条件下进行升温碳化(碳化时间为8H)。当温度加热到150°C以上时，颗粒的复杂结构开始分解；当温度大于260°C时分解加剧，生成木醋液、木焦油和气体；当温度达至IJ450°C时开始绝氧、雾化，生成黑色炭素颗粒。同时，利用碳化装置上与排气口连接的气体冷凝与净化系统，回收液化的木醋液焦油混合物，待自然冷却后备用。
[0023](2)蚯蚓处理畜禽粪便获得蚓粪；
选择商品性好、耐高水分的蚯蚓品种(如:大平一号)，选取生长健壮，活力强，表皮光亮的蚯蚓，通过饵料胁迫诱导法驯化成工作蚓。采用条垛蚓粪薄层覆盖技术将工作蚓接种到畜禽粪便上。通过低温薄膜覆盖，高温遮荫的方式，控制蚯蚓工作环境的温度在5°C -30°C,通过人工补水和自然晾晒的方式控制水分在60% -70%。畜禽粪便经过蚯蚓15天左右的消解即可得到灰褐色，有泥土气息的物质即是蚯蚓粪。
[0024](3)益生菌扩大培养成益生菌剂
选择枯草芽孢杆菌、解磷菌、解钾菌和纤维素分解菌进行培养，其重量配比为2:1:1:1.将已筛选好的菌种接入液体培养基活化后，取5ml的活化菌种接入装有250ml培养基的三角瓶中进行液体摇床培养，再将得到的菌种经过15L、lt种子罐逐级扩大培养而获得800kg的发酵液，利用碟式离心机对其进行固液分离，再经过闪蒸干燥机闪蒸干燥，即得4.2kg益生菌剂。
[0025](3)原料复配造粒
先将生物质炭粉碎后，用80-100目方孔筛进行过筛，再按重量百分比将生物质炭粉60份、蚯蚓粪28份、木醋液6份、益生菌剂4份和粘土 2份放入旋转式搅拌机中均匀搅拌，然后经圆盘造粒机造粒，粒径3.5mm- 5.0mm,称量后用有塑料内胆的包装袋包装入库。
【主权项】
1.一种以生物质炭为基质的土壤改良剂，由下列物质组成，按重量百分比: 生物质炭 55 — 65 蚯蚓粪 25 — 35 木醋液 5 —10 益生菌剂 2— 6 粘结剂 I一 3。
2.根据权利要求1所述的一种以生物质炭为基质的土壤改良剂，其特征在于:所述的生物质炭为玉米芯炭、稻壳炭、花生壳炭、稻杆炭、蘑燕盘炭中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种以生物质炭为基质的土壤改良剂，其特征在于:所述蚯蚓粪为以畜禽粪便为原料经蚯蚓生物消解后生成的蚯蚓粪，含水率低于50%。
4.根据权利要求1所述的一种以生物质炭为基质的土壤改良剂，其特征在于:所述益生菌剂为多粘类芽孢杆菌、木霉菌、固氮菌、根瘤菌、解磷菌、解钾菌、纤维素分解菌、抗生素产生菌、光合菌中的一种或多种。
5.根据权利要求1、4所述的一种以生物质炭为基质的土壤改良剂，其特征在于:所述益生菌剂的总有效活菌数> 1000亿/ g。
6.根据权利要求1所述的一种以生物质炭为基质的土壤改良剂，其特征在于:所述粘结剂为膨润土或粘土。
7.根据权利要求1所述的一种以生物质炭为基质的土壤改良剂，其特征在于:将上述各原料按上述配比进行混合，然后经造粒机造粒，粒径3.5mm- 5.0mm，称量后用有塑料内胆的包装袋包装入库。
【专利摘要】本发明公开了一种以生物质炭为基质的土壤改良剂及其制备方法。其特征在于：由下列物质按重量百分比：生物质炭55—65份、蚯蚓粪25—35份、木醋液5—10份、益生菌剂2—6份、粘结剂1—3份组成。本发明使用的生物质炭是农林废弃生物质在低氧或厌氧条件下不完全燃烧后形成的黑色生物质炭颗粒，具有突出的生物化学稳定性、抗降解性、以及对微生物的惰性，比通常的有机添加物更为稳定。生物质炭还具有良好的孔隙度和较大的比表面积，吸附和保持氮磷钾等养分的能力强，保水保肥和培肥地力效果显著，有效降低农田化肥用量。本发明施入土壤后可以长期、有效地改善土壤团粒结构、优化土壤生态环境、提高肥料利用效率，增产增效，更可将碳有效封存于土壤，实现农业减排，符合农业可持续发展的方向。
【IPC分类】C05G3-00
【公开号】CN104860739
【申请号】CN201410066274
【发明人】李辰淼, 李应超, 赵林丹
【申请人】上海孚祥生物科技有限公司
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2014年2月26日