一种基于水热炭功能材料的靶向土壤调理剂及其制备方法

本发明涉及土壤调理剂制备，尤其涉及一种基于水热炭功能材料的靶向土壤调理剂及其制备方法。

背景技术：

1、农业废弃物资源化利用不仅是消除面源污染源有效方式，也是提升土壤有机质的产品重要来源。土壤有机质是土壤的关键组分和肥力基础。当前，以土壤有机质提升驱动土壤团粒结构构建为核心的土壤健康培养成为了当前国际研究的热点。2015年联合国巴黎气候大会上启动了“千分之四倡议”，该协议旨在通过因地制宜的农业实践，增加土壤有机质的含量和碳固持，从而发挥农业土壤在粮食安全和气候方面的关键作用。

2、秸秆还田和有机肥施用是农业土壤培肥和作物增产的有效手段。有机物料单独施用和与化肥配施均能提高土壤有机碳含量和土壤有机碳库储量。在当前生产水平下，土壤有机质每提升1个单位，三大粮食作物平均可增产47-66kg/亩，稳产性提高5％-8％。然而，传统有机物料的土壤增碳效率偏低，土壤培肥效果较差，土壤有机质从当前1％的水平提升到3％的目标水平需要超过50年时间，加速土壤有机质含量提升是当前研究的重点。

3、水热炭具有多孔结构、高比表面积以及优异的吸附能力，并且原料来源广泛，可以利用农林废弃物等可再生资源制备，制备成本较低，在提升土壤有机质含量上具有良好的应用前景。但是常规方法制备得到的水热炭碳固持能力相对较差，并且单施水热炭作用效果单一，其本身不含有丰富的营养元素，无法满足植物的全面养分需求。

4、因此，目前需要寻找一种复合土壤调理剂，在提高水热炭固碳效果的同时，改良土壤结构、促进植物生长等，实现更全面的土壤改良，为农业生产和生态环境改善做出积极贡献。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明的目的是提供一种基于水热炭功能材料的靶向土壤调理剂及其制备方法，解决传统方法制备的水热炭固碳效果偏低、消障能力较差、作用效果较为单一不能对土壤进行良好综合改良的问题。

2、本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

3、一种基于水热炭功能材料的靶向土壤调理，所述调理剂包括以下质量份原料：

4、改性水热炭10-20份、微生物复合菌剂0.005-0.01份、腐植酸5-10份、发酵堆肥40-60份、微量元素0.1-0.5份。

5、进一步，所述调理剂包括以下质量份原料：

6、改性水热炭13-16份、微生物复合菌剂0.006-0.008份、腐植酸6-8份、发酵堆肥46-50份、微量元素0.2-0.4份。

7、进一步，所述调理剂包括以下质量份原料：

8、改性水热炭14份、微生物复合菌剂0.007份、腐植酸7份、发酵堆肥48份、微量元素0.3份。

9、进一步，所述微生物复合菌剂包括枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、沼泽红假单胞菌；所述枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、沼泽红假单胞菌的质量比为1：1：1。

10、进一步，所述发酵堆肥由牛粪、鸡粪、猪粪、羊粪、鸭粪中的一种或多种与木质纤维材料混合发酵得到；所述木质纤维材料包括菇渣、稻壳、秸秆中的一种或多种。

11、本发明还公开了所述调理剂的制备方法，具体如下：

12、将腐植酸与发酵堆肥混合均匀得到混合物料，将微生物复合菌剂加水稀释后均匀喷洒于混合物料并翻搅均匀，常温下静置处理1-2天，然后加入微量元素与改性水热炭，搅拌混合均匀得到调理剂。

13、进一步，所述改性水热炭具体制备方法如下：

14、a：以农业废弃物为原料，去除杂质后烘干、粉碎得到细化原料；将细化原料放入水热反应器中，加入水、弱酸或弱碱溶液中搅拌混合均匀，于160-240℃，15-20mpa压力下反应1-12h，然后去除液相得到水热炭前体；

15、b：将水热炭前体放入5wt％盐酸溶液中浸泡0.5-1h后取出，再放入水中浸泡0.5-1h，之后用去离子水清洗2-3次，于105℃干燥5-10h得到水热炭；

16、c：将环甲基硅酮加入60％乙醇溶液中溶解得到环甲基硅酮溶液；将碳酸二苯酯加入15wt％氢氧化钠溶液中，100-200r/min转速下搅拌20-30min，然后加入环甲基硅酮溶液搅拌均匀，调节ph至4-5后得到混合液，待用；

17、d.将对氨基苯甲醇加入水中搅拌分散后加入水热炭混合均匀，80-90℃恒温反应1-2h，然后加入混合液和10wt％氯化铁溶液，继续恒温反应4-6h后冷却至室温，过滤取固相，去离子水洗涤后于105℃烘干得到改性水热炭。

18、进一步，所述农业废弃物包括但不限于秸秆、核桃壳、杏核壳、枣核、玉米芯、废竹、葡萄藤、树枝。

19、在制备水热炭时，原料的性质和裂解温度对水热炭的性质具有重要的影响，秸秆、核桃壳、玉米芯等原料木质素含量高，制备得到的水热炭稳定性适中，有利于延长其土壤固碳效率。

20、选用木质素含量高的农业废弃物为原料，通过水热法制备得到稳定性适中的水热炭前体，放入盐酸溶液和水中浸泡后用去离子水清洗，疏通堵塞孔隙，去除杂质及残留物，防止孔隙堵塞造成吸附性能下降。然后用氯化铁溶液对其进行改性制备得到负载铁、铁氧化物的改性水热炭，制备得到的水热炭表面积增加，孔隙结构丰富，有助于提升其固碳以及促团聚体形成、改良土壤结构的效果。

21、在制备改性水热炭的过程中，由于氯化铁生成的铁氧化物易于团聚，负载效果差、稳定性差，较难实现上述目的，因此先将水热炭与氨基苯甲醇反应，增加水热炭表面以及孔隙内氨基含量，使生成的铁氧化物保持稳定，防止因土壤环境变化导致的铁氧化物的溶解、解吸，使改性后的水热炭作用效果降低，并增加环境污染风险。与此同时，在反应过程中加入混合液，进一步优化反应，不仅促使生成的铁氧化物均匀分散于水热炭内壁，还可以使形成的铁氧化物内部结构改变，增加其比表面积、提升其活性。改性后的水热炭具有更好的稳定性，有利于土壤增碳与固碳；通过负载铁，特别是铁氧化物，在保护水热炭的同时通过化学保护作用增强土壤有机碳的稳定性，进一步提高材料的增碳潜力；并且铁氧化物作为胶结剂促使土壤团聚体的形成，更好改良土壤结构。

22、进一步，所述步骤c中碳酸二苯酯、氢氧化钠溶液、环甲基硅酮溶液的质量比为(0.2-0.3)：(0.5-0.7)：(0.5-1)。

23、进一步，所述步骤d中对氨基苯甲醇、水热炭、混合液、氯化铁溶液的质量比(0.2-0.5)：(10-20)：(1-2)：(3-5)。

24、有益效果：

25、1.本发明采用农业废弃物为原料制备水热炭，然后采用氯化铁进行改性得到负载铁氧化物的水热炭，进而通过化学保护作用增强土壤有机碳的稳定性，并更好促进土壤团聚体形成、改良土壤机构。将改性后的水热炭与腐植酸、堆肥等原料混合制成复合土壤调理剂，原料之间协同作用，不仅可以提高土壤增碳固碳效果、改良土壤结构，还可以有效增加土壤有机质、提升土壤肥力、促进植物良好生长，对土壤具有良好的综合改良效果，在农业生产和环境保护上具有良好的应用前景。

26、2.本发明还在改性水热炭制备过程中先后添加对氨基苯甲醇以及环甲基硅酮和碳酸二苯酯在特定条件下制备的混合液进行反应，提高铁氧化物的负载效率和稳定性，解决铁氧化物易于团聚导致负载效率差，并且易受土壤环境变化溶解、解吸，影响水热炭固碳效率和促团聚体形成效果的问题。