CN112794758A

CN112794758A - 一种滩涂盐碱地改良专用生物炭基肥及制备方法和应用

Info

Publication number: CN112794758A
Application number: CN202010608419.0A
Authority: CN
Inventors: 高红贝; 单胜道; 郑若楠
Original assignee: Zhejiang Lover Health Science and Technology Development Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Lover Health Science and Technology Development Co Ltd
Priority date: 2020-06-29
Filing date: 2020-06-29
Publication date: 2021-05-14
Also published as: EP3932896B1; EP3932896A1; AU2020102331A4

Abstract

本发明涉及一种滩涂盐碱地改良专用生物炭基肥及制备方法，属于滨海盐碱地改良技术领域。本发明所述滩涂盐碱地改良专用生物炭基肥包括以下重量份的组分：生物质炭40～60份，腐殖酸类物质20～40份，无机复合肥10～20份，脱硫石膏5～15份，粉煤灰5～15份和水解聚马来酸酐3～5份。本发明所述生物炭基肥具有原料广泛易取，营养物质丰富，比表面积大，离子吸附作用强，改良效果显著的特点。本发明不仅能够实现对盐碱地快速有效的改良，同时可实现对废弃物质的资源化利用。

Description

一种滩涂盐碱地改良专用生物炭基肥及制备方法和应用

技术领域

本发明涉及滨海盐碱地改良技术领域，具体涉及一种滩涂盐碱地改良专用生物炭基肥及制备方法和应用。

背景技术

盐碱土是盐土和碱土以及各种盐化、碱化土壤的总称。其中，盐土主要指含氯化物或硫酸盐较高的盐渍化土壤；碱土是指含碳酸盐或重磷酸盐的碱性土壤，pH值较高。通常情况下盐碱土壤易板结，孔隙度低，土壤透气透水性能差，会严重影响到土壤中微生物和植物根系的代谢活性以及营养物质的转化，造成土壤贫瘠，肥力低下。特别是盐碱地土壤含有的大量钠、镁等碱性阳离子会严重影响到植被作物的各项生理机能，抑制其生长、发育和繁殖。随着社会经济的不断发展，粮食需求的持续增加以及可利用耕地面积的不断减少，开发滨海盐碱地并提高其利用效率受到越来越多的关注，对于促进农业发展需求、人民生活水平和环境保护要求具有重要的现实意义，也符合国家可持续发展战略的总体要求。

目前盐碱地改良方法主要包括物理改良法、化学改良法以及生物改良法等。物理改良主要以水利淋洗排盐为主，结合翻耕、淤积等措施达到改良盐碱土的目的。物理法通常需要建立较大的排灌系统，成本较高，对于缺少淡水地区，缺乏有效性。化学改良是通过添加一些酸性化学品以及吸附性有机高分子材料等来降低土壤盐碱化程度，见效较快，但却易引发土壤及水体的二次污染。生物改良是通过种植耐盐碱植物和施用微生物菌肥等方法改善土壤理化性质，从而实现盐碱土壤的改良，但见效慢，特别是对于重度盐碱地，植被往往难以成活。因此，统筹开发新的更为广适、易行和高效的技术来实现对盐碱地的修复和改良具有重要现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种滩涂盐碱地改良专用生物炭基肥及制备方法和应用。本发明所述基肥具有养分缓释作用，能够有效降低土壤盐分含量，改善土壤结构，提高土壤肥力，优化作物根区生长环境。

本发明提供了一种滩涂盐碱地改良专用生物炭基肥，包括以下重量份的组分：生物质炭40～60份，腐殖酸类物质20～40份，无机复合肥10～20份，脱硫石膏5～15份，粉煤灰5～15份和水解聚马来酸酐3～5份。

优选的是，所述生物质炭的制备方法包括以下步骤：

将作物秸秆和/或人畜粪便和/或易腐垃圾在300～700℃，含氧量<1％的条件下进行1～2h的炭化处理，冷却，粉碎得到粒径≤2mm的生物质炭。

优选的是，所述作物秸秆包括玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆和油菜秸秆中的一种或多种。

优选的是，所述人畜粪便包括猪粪、鸡粪和人类粪便中的一种或多种。

优选的是，所述易腐垃圾包括生活厨余垃圾、商业餐余垃圾和商场生鲜垃圾中的一种或多种。

优选的是，所述腐殖酸类物质中腐殖酸的含量为30～60％，所述腐殖酸类物质包括腐殖酸钾、腐殖酸铵和泥炭中的一种或多种。

优选的是，所述生物炭基肥的pH值为4～7。

优选的是，所述无机复合肥包括以下重量份的组分：25～50份的尿素，15～30份的磷酸二氢钾和15～30份的硝酸钾或氯化钾。

本发明还提供了上述技术方案所述生物炭基肥的制备方法，包括以下步骤：

1)分别将腐殖酸类物质、脱硫石膏和粉煤灰进行干燥、研磨，得到粉末状腐殖酸类物质、粉末状脱硫石膏和粉末状粉煤灰；

2)将步骤1)得到的粉末状腐殖酸类物质、粉末状脱硫石膏和粉末状粉煤灰和生物质炭混合，搅拌，得到混合料；

3)将无机复合肥溶于水，得到无机复合肥溶液；

4)将步骤3)得到的无机复合肥溶液与水解聚马来酸酐混合，得到混合液；

5)将步骤4)得到的混合液喷洒于步骤2)得到的混合料上，搅拌后烘干，得到生物炭基肥；

所述步骤1)和步骤3)没有时间先后顺序的限定。

本发明还提供了上述技术方案所述生物炭基肥在改良滩涂盐碱地中的应用，所述应用中，所述生物炭基肥的用量为1～1.5吨/亩，所述生物炭基肥以播撒或旋耕的方式施入滩涂盐碱地下0～30cm。

本发明提供了一种滩涂盐碱地改良专用生物炭基肥。本发明所述基肥中的生物炭组分可对土壤中盐分的运移起到显著的吸附和阻抗，降低土壤盐分的生物毒性；腐殖酸类物质能够快速提高土壤有机质含量，促进土壤团聚结构的形成；无机复合肥能够快速改善土壤氮磷钾等植物生长必须营养元素；脱硫石膏提高土壤阳离子交换量，利于土壤Na⁺等碱性离子的快速淋洗；粉煤灰改善土壤孔隙结构，提高微量元素含量；水解聚马来酸酐则用于平衡土壤酸碱性。

本发明所述生物炭基肥具有原料广泛易取，营养物质丰富，比表面积大，离子吸附作用强，改良效果显著的特点。本发明不仅能够实现对盐碱地快速有效的改良，同时可实现对废弃物质的资源化利用。本发明针对滩涂盐碱地盐分含量高、土壤板结严重和肥力低下的问题，保护的生物炭基肥具有能显著改善土壤结构，提高土壤养分含量和对碱性阳离子的吸附和置换能力，能够提高水土资源的利用效率和增加农作物产量。

附图说明

图1为本发明提供的工艺流程图；

图2为本发明提供的改良效果示意图。

具体实施方式

在本发明中，所述生物炭基肥更优选包括以下重量份的组分：生物质炭40份，腐殖酸类物质20份，无机复合肥10份，脱硫石膏5份，粉煤灰5份和水解聚马来酸酐3份；或生物质炭60份，腐殖酸类物质40份，无机复合肥20份，脱硫石膏15份，粉煤灰15份和水解聚马来酸酐5份。

在本发明中，所述生物质炭的制备方法优选包括以下步骤：

将作物秸秆和/或人畜粪便和/或易腐垃圾在300～700℃，含氧量<1％的条件下进行1～2h的炭化处理，冷却，粉碎得到粒径≤2mm的生物质炭。本发明制备方法得到生物质炭持水量可达420g/kg。本发明所述生物炭基肥以生物炭作为核心原料，本发明所述生物炭是在高温低氧的环境下将废弃作物秸秆、人畜粪便和易腐生活垃圾裂解炭化而成，不仅能够实现废弃物的循环利用，且本发明生物炭的碳含量在60％以上，作为肥料进入土壤后能够缓慢分解转换为有机碳而逐渐被植物吸收，同时生物炭巨大的比表面积能够有效吸附作物生长所必须的营养元素(如图2所示)，不仅防止营养物质的流失，还起到了营养缓释的作用。本发明通过合理施用生物质炭能够显著优化土壤结构，有效改善土壤理化性质，提高土壤阳离子交换量和吸附能力；同时具有肥料缓释和固碳的功能，能够有效降低土壤养分淋失量，提高肥料利用效率，特别是对土壤有机质含量的提高具有显著效果。生物炭与粉煤灰相结合，可显著提高土壤有效孔隙含量，缓解盐碱土板结问题，同时也实现了工业废弃物的资源化利用。在本发明中，所述炭化处理更优选在绝氧条件下进行，即含氧量为0％。在本发明中，所述炭化处理的时间更优选为1.5h。在本发明中，所述炭化处理更优选在300℃、500℃或700℃下进行高温炭化，然后将同温度下不同生物质原料(作物秸秆、人畜粪便、易腐垃圾)炭化所得生物质炭进行等量混合。在本发明中，所述作物秸秆优选包括玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆和油菜秸秆中的一种或多种。在本发明中，所述人畜粪便优选包括猪粪、鸡粪和人类粪便中的一种或多种。在本发明中，所述易腐垃圾包括生活厨余垃圾、商业餐余垃圾和商场生鲜垃圾中的一种或多种。在本发明中，所述易腐垃圾更优选包括易腐菜蔬、餐余或生鲜中的一种或多种。本发明原料获取方便，能够实现农业、生活废弃物的资源化利用，即在一定程度上实现了资源的循环利用和变废为宝，同时降低了环境污染的风险。在本发明中，所述腐殖酸类物质中腐殖酸的含量优选为30～60％，更优选为50％，所述腐殖酸类物质优选包括腐殖酸钾、腐殖酸铵和泥炭中的一种或多种。在本发明中，所述生物炭基肥的pH值为4～7。在本发明中，所述无机复合肥优选包括以下重量份的组分：25～50份的尿素，15～30份的磷酸二氢钾和15～30份的硝酸钾或氯化钾，更优选包括25～30份的尿素，15～20份的磷酸二氢钾和15～20份的硝酸钾或氯化钾。在本发明中，所述尿素、磷酸二氢钾和硝酸钾(或氯化钾)的添加质量比更优选为1:(0.5～1)：(0.5～1)。在本发明中，所述生物质炭的粒径更优选为0.5～2mm。在本发明中，所述水解聚马来酸酐优选商售固含量为50％的水解聚马来酸酐溶液。本发明使用水解聚马来酸酐(HPMA)作为酸性调节剂易溶于水，具有无毒、无害、化学稳定性高的特点，其缓释作用对盐碱地的盐碱化调节具有长效机制，且不会威胁作物和人体健康。

本发明还提供了上述技术方案所述生物炭基肥的制备方法(流程图详见图1)，包括以下步骤：

3)将无机复合肥溶于水，得到无机复合肥溶液；

所述步骤1)和步骤3)没有时间先后顺序的限定。

本发明分别将腐殖酸类物质、脱硫石膏和粉煤灰进行干燥、研磨，得到粉末状腐殖酸类物质、粉末状脱硫石膏和粉末状粉煤灰。在本发明中，所述粉末状腐殖酸类物质的粒径优选<50μm；所述粉末状脱硫石膏的粒径优选<50μm；所述粉末状粉煤灰的粒径优选<100μm。本发明对所述干燥的方式没有特殊限定，采用常规晾晒烘干方法即可。本发明对所述研磨的方法没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的粉碎研磨方法即可。

得到粉末状腐殖酸类物质、粉末状脱硫石膏和粉末状粉煤灰后，本发明将粉末状腐殖酸类物质、粉末状脱硫石膏和粉末状粉煤灰和生物质炭混合，搅拌，得到混合料。本发明对所述搅拌的方式没有特殊限定，采用常规的搅拌桶进行搅拌即可。在本发明中，所述搅拌的时间优选为20～30min，所述搅拌的转速优选为200～800rpm。

本发明将无机复合肥溶于水，得到无机复合肥溶液。在本发明中，所述水优选为去离子水。本发明在溶于水的过程中，优选进行充分搅拌，所述搅拌的速度优选为200～800rpm。

得到无机复合肥溶液后，本发明将无机复合肥溶液与水解聚马来酸酐混合，得到混合液。在本发明中，所述水解聚马来酸酐优选固含量为50％的商售水解聚马来酸酐。本发明所述混合后，优选充分搅拌。

得到混合料和混合液后，本发明将混合液喷洒于混合料上，搅拌后烘干，得到生物炭基肥。在本发明中，在喷洒的同时，优选对混合料进行充分搅拌，所述搅拌的速度优选为300～500rpm。在本发明中，所述充分搅拌后，优选通过水解聚马来酸酐稀释液进行pH值的调节，所述pH值优选调节值4～7。在本发明中，所述水解聚马来酸酐稀释液的制备方法优选为：取固含量为50％的商售水解聚马来酸酐(HPMA)水溶液加去离子水配置成1:1000的水解聚马来酸酐稀释液。在本发明中，所述烘干优选分两次进行，第一次烘干的条件优选为在130～200℃，更优选为150～180℃下烘干至含水量低于15％，自然冷却；自然冷却后，本发明优选利用球磨机进行磨球处理，得到粒径为3～5mm的球状颗粒，在本发明中，所述球磨机的转速优选为100～180rpm；得到球状颗粒后，本发明优选进行第二次烘干，所述第二次烘干的条件优选为90～130℃烘干至含水量低于8％，烘干后优选自然冷却。本发明第一次烘干能够易于磨球，第二次烘干能够防治分散并易于长期存储。本发明得到生物炭基肥后，优选进行冷却和分装。

本发明还提供了上述技术方案所述生物炭基肥在改良滩涂盐碱地中的应用，所述应用中，所述生物炭基肥的用量为1～1.5吨/亩，所述生物炭基肥以播撒或旋耕的方式施入滩涂盐碱地下0～30cm。本发明所述生物炭基肥优选以基肥的形势施入土壤进行旋耕混合。

下面结合具体实施例对本发明所述的一种滩涂盐碱地改良专用生物炭基肥及制备方法和应用做进一步详细的介绍，本发明的技术方案包括但不限于以下实施例。

实施例1

一种滩涂盐碱地改良专用生物炭基肥，包括以下重量份组分：生物质炭40份，腐殖酸类物质20份，复合肥10份，脱硫石膏5份，粉煤灰5份，水解聚马来酸酐3份。

所述生物炭是在300℃，含氧量<0.1％的条件下对玉米秸秆，猪粪和易腐垃圾分别热解炭化后混合而成。

所述腐殖酸类物质是指腐殖酸含量60％的腐殖酸钾。

所述复合肥是指尿素、磷酸二氢钾和硝酸钾安装1:0.5:0.5的比例混合而成。

所述脱硫石膏和粉煤灰经研磨粉碎至粒径<50μm；

一种滩涂盐碱地改良专用生物炭基肥的制备方法包含以下步骤：

(1)将收集的玉米秸秆、猪粪和易腐垃圾进行晾晒、烘干后，分别在300℃进行隔氧裂解炭化处理，炭化时间为1～1.5h；待所得三种生物炭冷却后粉碎成粒径<2mm的颗粒，并按照1:1:1的比例进行充分混合。

(2)将腐殖酸类物质、脱硫石膏和粉煤灰分别进行晾晒或烘干后充分粉碎研磨，研磨后腐殖酸类物质、脱硫石膏粒径<50μm，粉煤灰粒径<100μm。

(3)将步骤(1)，步骤(2)所得颗粒状生物炭、粉末状腐殖酸类物质、脱硫石膏和粉煤灰置于搅拌桶内进行充分搅拌混合，搅拌时间为20min，搅拌速度300rpm。

(4)将尿素、磷酸二氢钾和硝酸钾按照1：0.5：0.5的比例充分混合后完全溶解于去离子水，溶解过程中充分搅拌，搅拌速度300rpm。

(5)取固含量50％水解聚马来酸酐(HPMA)置入步骤(4)所得混合溶液中，充分搅拌使其完全混合；同时取固含量50％水解聚马来酸酐(HPMA)加去离子水配置成1:1000的稀释HPMA溶液作为酸度调节剂以备用。

(6)将步骤(5)所得溶液以雾状均匀喷洒于步骤(4)所得粉末状混合物，喷洒同时对粉末状混合物充分搅拌，搅拌速度为300rpm。

(7)测定搅拌后混合物质的酸碱度，利用步骤(5)所得的稀释水解聚马来酸酐(HPMA)溶液来调控混合物值的pH＝4。

(8)将步骤(7)所得混合物质进行在150℃条件下进行干燥化处理，湿度15％后自然冷却。

(9)将步骤(8)所得干燥后生物炭基混合物质后送入120rpm的磨球机中进行磨球处理，得到3～5mm的球状颗粒，再次进行烘干，即得本发明所述生物炭基肥。

实施例2

一种滩涂盐碱地改良专用生物炭基肥，包括以下重量份组分：生物质炭50份，腐殖酸物质30份，无机复合肥15份，脱硫石膏10份，粉煤灰10份，水解聚马来酸酐4份。

所述生物炭是在500℃，含氧量<0.1％的条件下对水稻秸秆，牛粪和易腐垃圾分别热解炭化后混合而成。

所述腐殖酸类物质是指腐殖酸含量60％的腐殖酸钾和30％的泥炭按照1:1混合而成。

所述复合肥是指尿素、磷酸二氢钾和硝酸钾安装1:0.7:0.7的比例混合而成。

所述脱硫石膏和粉煤灰经研磨粉碎至粒径<50μm。

(1)将收集的水稻秸秆、牛粪和易腐垃圾进行晾晒、烘干后，分别在500℃进行隔氧裂解炭化处理，炭化时间为1～1.5h；待所得三种生物炭冷却后粉碎成粒径<2mm的颗粒，并按照1:1:1的比例进行充分混合。

(3)将步骤(1)，步骤(2)所得颗粒状生物炭、粉末状腐殖酸类物质、脱硫石膏和粉煤灰置于搅拌桶内进行充分搅拌混合，搅拌时间为30min，搅拌速度500rpm。

(4)将尿素、磷酸二氢钾和硝酸钾按照1：0.7：0.7的比例充分混合后完全溶解于去离子水，溶解过程中充分搅拌，搅拌速度300rpm。

(5)按既定组分取50％水解聚马来酸酐(HPMA)置入步骤(4)所得混合溶液中，充分搅拌使其完全混合；同时取50％水解聚马来酸酐(HPMA)加去离子水配置成1:1000的稀释HPMA溶液作为酸度调节剂以备用。

(6)将步骤(5)所得溶液以雾状均匀喷洒于步骤(4)所得粉末状混合物，喷洒同时对粉末状混合物充分搅拌，搅拌速度为500rpm。

(7)测定搅拌后混合物质的酸碱度，利用步骤(5)所得的稀释水解聚马来酸酐(HPMA)溶液来调控混合物值的pH＝5。

(9)将步骤(8)所得干燥后生物炭基混合物质后送入150rpm的磨球机中进行磨球处理，得到3～5mm的球状颗粒，再次进行烘干，即得本发明所述生物炭基肥。

实施例3

一种滩涂盐碱地改良专用生物炭基肥，包括以下重量份组分：生物质炭60份，腐殖酸物质40份，无机复合肥20份，脱硫石膏15份，粉煤灰15份，水解聚马来酸酐5份。

所述生物炭是在700℃，含氧量<0.1％的条件下对玉米秸秆，水稻秸秆、猪粪、牛粪和易腐垃圾分别热解炭化后混合而成。

所述腐殖酸类物质是指腐殖酸含量30％的泥炭。

所述复合肥是指尿素、磷酸二氢钾和硝酸钾安装1:0.8:0.8的比例混合而成，

所述脱硫石膏和粉煤灰经研磨粉碎至粒径<50μm；

(1)将收集的玉米秸秆、水稻秸秆、猪粪、牛粪和易腐垃圾进行晾晒、烘干后，分别在700℃进行隔氧裂解炭化处理，炭化时间为1～1.5h；待所得三种生物炭冷却后粉碎成粒径<2mm的颗粒，并按照1:1:1:1:1的比例进行充分混合。

(3)将步骤(1)，步骤(2)所得颗粒状生物炭、粉末状腐殖酸类物质、脱硫石膏和粉煤灰置于搅拌桶内进行充分搅拌混合，搅拌时间为10min，搅拌速度800rpm。

(4)将尿素、磷酸二氢钾和硝酸钾按照1：0.8：0.8的比例充分混合后完全溶解于去离子水，溶解过程中充分搅拌，搅拌速度800rpm。

(6)将步骤(5)所得溶液以雾状均匀喷洒于步骤(4)所得粉末状混合物，喷洒同时对粉末状混合物充分搅拌，搅拌速度为800rpm。

(7)测定搅拌后混合物质的酸碱度，利用步骤(5)所得的稀释水解聚马来酸酐(HPMA)溶液来调控混合物值的pH＝6。

(8)将步骤(7)所得混合物质进行在150℃条件下进行干燥化处理，湿度15％后自然冷却

(9)将步骤(8)所得干燥后生物炭基混合物质后送入180rpm的磨球机中进行磨球处理，得到3～5mm的球状颗粒，再次进行烘干，即得本发明所述生物炭基肥。

实例性能对比分析：

以浙江省舟山市岱山县岱西镇滨海滩涂盐碱地为改良对象，选取相邻的四个地块开展分别施用实施例1，实施例2和实施例3和未施用生物炭基肥的对比试验。试验区土壤含盐量高，0～25cm土壤水溶性盐平均含量在34.4g kg^-1之间，平均pH为8.3，土壤容重均质1.4g·cm^-3，施肥前后测定四个地块0～25cm深度范围内土壤pH，土壤EC，土壤有机碳含量及土壤孔隙度作为基本性能指标。施肥后种植作物为油菜。测定结果如下表所示：

表1土壤基本理化指标对比分析

由表1可以看出，实施例1、2、3与对照组相比，pH值和盐份EC指标上都有显著降低，在土壤透气度与渗透系数指标上有显著升高，土壤有机质含量和渗透吸收都显著升高，与滩涂盐碱地改良目标相符。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种滩涂盐碱地改良专用生物炭基肥，其特征在于，包括以下重量份的组分：生物质炭40～60份，腐殖酸类物质20～40份，无机复合肥10～20份，脱硫石膏5～15份，粉煤灰5～15份和水解聚马来酸酐3～5份。

2.根据权利要求1所述的生物炭基肥，其特征在于，所述生物质炭的制备方法包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的生物炭基肥，其特征在于，所述作物秸秆包括玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆和油菜秸秆中的一种或多种。

4.根据权利要求2所述的生物炭基肥，其特征在于，所述人畜粪便包括猪粪、鸡粪和人类粪便中的一种或多种。

5.根据权利要求2所述的生物炭基肥，其特征在于，所述易腐垃圾包括生活厨余垃圾、商业餐余垃圾和商场生鲜垃圾中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的生物炭基肥，其特征在于，所述腐殖酸类物质中腐殖酸的含量为30～60％，所述腐殖酸类物质包括腐殖酸钾、腐殖酸铵和泥炭中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的生物炭基肥，其特征在于，所述生物炭基肥的pH值为4～7。

8.根据权利要求1所述的生物炭基肥，其特征在于，所述无机复合肥包括以下重量份的组分：25～50份的尿素，15～30份的磷酸二氢钾和15～30份的硝酸钾或氯化钾。

9.权利要求1～8任一项所述生物炭基肥的制备方法，包括以下步骤：

3)将无机复合肥溶于水，得到无机复合肥溶液；

所述步骤1)和步骤3)没有时间先后顺序的限定。

10.权利要求1～8任一项所述生物炭基肥在改良滩涂盐碱地中的应用，其特征在于，所述应用中，所述生物炭基肥的用量为1～1.5吨/亩，所述生物炭基肥以播撒或旋耕的方式施入滩涂盐碱地下0～30cm。