一種用於煙田土壤改良的生物炭及其製備方法與流程

2023-06-14 09:21:36 1

本發明屬於農業肥料技術領域，具體地說，涉及一種用於煙田土壤改良的生物炭及其製備方法。

背景技術：

中國是農業大國，農業資源嚴重不足，過度開發已導致生態失衡，環境汙染惡化已成為了不爭的事實。進入21世紀以來，人們逐漸遭到「環境、能源危機、糧食」等各種因素的影響，並且情況越來越嚴重。農業生產實踐和大量研究表明，土壤理化性質已成為限制作物產量和品質的主要原因，切實有效的改善農田土壤理化性質，提高農作物的產量和質量，提升肥料利用效率，對於實現農業可持續發展至關重要。

生物炭的研究起源於人們對南美亞馬遜流域一種叫印第安黑土(Terra preta)土壤的發現和關注。黑土是古人類通過刀耕火種的生活從而形成的一種獨特的肥沃土壤，並且黑土到現在依舊是全世界最為肥沃的土壤之一。生物炭(biochar)又被稱為生物質炭，一般是生物質原料在完全缺氧或部分缺氧的環境下，並且在一定溫度條件，熱解產生的一種含炭元素的固態物質。國內外大量研究表明，生物炭作為土壤改良劑，能夠顯著增加土壤團聚體，提高土壤的通氣性和保水能力；改善土壤通氣狀況，提升活性有機碳庫，促進土壤微生物的生長和繁衍；巨大的比表面積和多孔隙結構，能有效減少農田溫室氣體排放和土壤養分淋溶，同時吸附各種有機汙染物及其重金屬，減少環境風險；「長期、平衡、穩定」的顯著特點，使其作為安全、有效的農田土壤改良劑，有著不可代替經濟和社會效益。

雖然，已利用各種生物質原料開發了多種生物炭，但多以作物秸杆、林產品等廢棄物為直接原料，其纖維素、半纖維素和木質素等主要成分含量存在較大差異，導致生物炭產品成分含量和理化性質不穩定；在作物生產上，只是簡單的將各種生物炭以肥料形式施入土壤，在改善農田土壤理化性質和促進作物產、質量的效果上並不明顯；在烤菸生產中，簡單引用其他作物生產應用的生物炭，忽略生物炭本身性質和煙田土壤的個性需求，投入增加而未見烤菸增產增效；烤菸生產應用的生物炭種類繁雜，迫切需要煙田土壤理化性質改良需求吻合，利用生物炭性開發的具有烤菸所需養分的，針對煙田土壤和烤菸生長的專用型生物炭肥料產品。

因此，有必要針對烤菸生產研發一種針對性強，能滿足烤菸生產需求的煙田專用生物炭。

技術實現要素：

為了克服背景技術中存在的問題，本發明提供了一種用於煙田土壤改良的生物炭及其製備方法，能改良煙田土壤的理化性質，起到增加土壤孔隙度，降低土壤容量，提高土壤最大持水量，增加土壤透氣性的作用，能夠顯著提高土壤碳氮比，改善土壤微生物環境，促進烤菸根系生長，同時，採用本發明提供的方法製備得到的生物炭含碳量高，且含有豐富的微量營養元素，共同實現了烤菸產量、品質、肥效的同時提高。

為實現上述目的，本發明是通過如下技術方案實現的：

一種用於煙田土壤改良的生物炭，所述的用於煙田土壤改良的生物炭的生產原料為酒糟。

一種用於煙田土壤改良的生物炭的製備方法，具體步驟為：

1)採用糧食原料發酵釀酒；

2)將步驟1)所得的酒糟置於煅燒爐內煅燒得到煅燒產物；

3)步驟2)所得的煅燒產物經淋水清洗得到生物炭產品。

作為優選，步驟1)中，釀酒的原料為：高粱、大米、糯米、小麥、玉米中的一種或多種。

作為優選，步驟2)中，煅燒爐內的溫度為600～700℃，裂解時間為2～3min。

作為優選，步驟3)中，所述生物炭的有機碳≥30％，二氧化矽≥25％，含水量為≤45％，灰分≤20％，粒度(1.00㎜～4.75mm)≥80％，孔隙度≥40％，pH≤7.0。

淋水清洗有效去除灰分中的鈣、鎂、鉀、鈉等鹽基離子。

生物炭採用塘施的方式施入，配合烤菸生產規程，於烤菸移栽期進行煙田理墒、打塘，墒高30cm左右，塘大小約為30×30cm，株距50cm，行距1.2m。按照先施基肥，再栽煙的順序，生物炭用量為100g/株，預先稱取所需生物炭，與基肥一同施入塘內，將生物炭和基肥與塘土拌勻，栽入煙苗，每株澆定根水2kg，最後蓋一層薄土。

本發明的有益效果：

1、本發明提供的生物炭能明顯改良煙田土壤理化性質，顯著提高了煙田土壤碳氮比，增加土壤孔隙度，降低土壤容量，提高土壤最大持水量，改善土壤微生物環境。

2、本發明在應用過程中，隨烤菸移栽的基肥一同施入，無需增加用工量。

3、本發明選用酒糟為原料，並採用特定的製備方法，所得產品實用性強，含碳量高，且含有豐富的微量營養元素，有效提高了烤菸產量、品質和肥料利用效率。

具體實施方式

實施例1

採用高粱36％、大米22％、糯米18％、小麥16％、玉米8％混合發酵釀酒；將所得的酒糟置於煅燒爐內煅燒得到煅燒產物，煅燒爐內的溫度為700℃，裂解時間為3min；煅燒產物經淋水清洗得到生物炭產品，所述生物炭的有機碳≥30％，二氧化矽≥25％，含水量為≤45％，灰分≤20％，粒度(1.00㎜～4.75mm)≥80％，孔隙度≥40％，pH≤7.0。

實施例2

採用高粱55％、大米20％、小麥15％、玉米10％混合發酵釀酒；將所得的酒糟置於煅燒爐內煅燒得到煅燒產物，煅燒爐內的溫度為600℃，裂解時間為3min；煅燒產物經淋水清洗得到生物炭產品，所述生物炭的有機碳≥30％，二氧化矽≥25％，含水量為≤45％，灰分≤20％，粒度(1.00㎜～4.75mm)≥80％，孔隙度≥40％，pH≤7.0。

實施例3

採用高粱52％、小麥28％、玉米20％混合發酵釀酒；將所得的酒糟置於煅燒爐內煅燒得到煅燒產物，煅燒爐內的溫度為650℃，裂解時間為2min；煅燒產物經淋水清洗得到生物炭產品，所述生物炭的有機碳≥30％，二氧化矽≥25％，含水量為≤45％，灰分≤20％，粒度(1.00㎜～4.75mm)≥80％，孔隙度≥40％，pH≤7.0。

實驗分析

開展田間試驗，供試烤菸品種為玉溪市主栽烤菸品種K326，漂浮育苗65天煙苗；供試肥料為玉溪烤菸專用複合肥N:P:K＝12:6:24(％)和硫酸鉀(K2O，50％)；供試土壤類型為當地典型紅壤，pH值6.02，有機質24.9g/kg，全碳1.46(％)，全氮0.06(％)，全磷0.04(％)，全鉀1.91(％)，有效氮36.07mg/kg，有效磷3.81mg/kg，有效鉀66.15mg/kg。

試驗以植煙、不施肥處理為對照(CK，用於計算肥料利用率)，設置常規施肥(T1)、常規施肥添加常規生物炭(T2，以甘蔗渣、作物秸稈為原料燒制，C≥60％)、常規施肥添加本發明實施例1提供的生物炭(T3)，共4個處理，每個處理小區佔地1畝，植煙1100株，採用隨機區組設計，三次重複。

烤菸移栽前進行煙田理墒、打塘，墒高30cm左右，塘大小約為30×30cm，株距50cm，行距1.2m。CK處理栽入煙苗，每株統一澆定根水2kg，最後蓋一層薄土。T1、T2、T3處理統一施入25kg/畝烤菸專用複合肥作為基肥；T2處理施入常規生物炭，T3處理施入本發明實施例1提供的生物炭，用量均為100g/株，與基肥一同施入塘內，將生物炭和基肥與塘土拌勻；三處理栽入煙苗，每株統一澆定根水2kg，最後蓋一層薄土；剩餘肥料平均三次，每次間隔10天，通過追肥施入。各處理田間管理的按照當地優質烤菸管理方法進行，具體試驗處理見表1。

表1煙田專用生物炭試驗設計

在試驗期間，記錄各處理的烤菸移栽、團棵、現蕾和採收的日期；並進行土壤樣品的採集和測定(取烤菸移栽前耕層(0-30cm)基礎土樣，測定pH值、有機質、全碳、總氮、總磷、總鉀、速效氮、速效磷、速效鉀含量；烤菸團棵期，在煙墒上兩株煙株之間，距煙株10cm處環刀法測定各處理耕層土壤容重，計算土壤孔隙度，取各處理耕層土樣，測定全碳、總氮含量，計算C/N。)；於烤菸團棵期和現蕾期，調查各處理田間煙株農藝性狀，對株高、莖圍、有效葉數、最大葉長、最大葉寬進行測定；菸葉採收後，統計各處理單株菸葉產量、等級、產值；取各處理煙杆，測定總氮、總磷、總鉀含量；取各處理C3F菸葉，測定總氮、總磷、總鉀、總糖、還原糖、菸鹼含量。

肥料利用效率(％)＝(施肥處理煙株養分吸收量-無肥處理煙株養分吸收量)/施肥量×100。

統計結果與分析：

表2烤菸團棵期耕層土壤物理特性

註：同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(p<0.05)。

表2表明，不施肥CK)和常規施肥(T1)處理耕層土壤孔隙度、C/N、容重無明顯差異，與常規施肥相比，施入常規生物炭(T2)和本發明提供的生物炭(T3)處理均顯著提高了耕層土壤孔隙度、C/N，同時顯著降低土壤容重；其中，土壤孔隙度增加和容重降低以T3處理效果最佳，土壤C/N以T2最高。

表3烤菸團棵期農藝性狀

表4烤菸現蕾期農藝性狀

烤菸團棵期農藝性狀調查表明(表3)，不施肥處理(CK)烤菸團棵期各農藝性狀均最低，常規施肥處理(T1)各農藝性狀顯著提高。常規生物炭(T2)和發明生物炭(T3)處理均顯著促進了煙株生長，烤菸株高、莖圍、有效葉數和最大葉長、寬均顯著高於常規施肥(T1)處理，各性狀以本發明生物炭(T3)處理最大。烤菸現蕾期農藝性狀調查結果(表4)與團棵期類似，處理間差異進一步增大。常規生物炭(T2)處理株高、莖圍顯著高於T1，其他農藝性狀與T1無顯著差異。本發明生物炭處理(T3)對烤菸農藝性狀的促進作用更加明顯，各農藝性狀均顯著高於常規施肥處理。

表5烤菸產值量

各處理烤菸產質量如表5所示，不施肥處理(CK)各項指標均最低。與常規施肥(T1)，常規生物炭處理(T2)除均價外，中等煙產量及比例顯著下降，上等煙及比例、產值量大幅提高；本發明生物炭處理(T3)中等煙及比例下降，而其他指標顯著高於常規生物炭處理。生物炭處理能夠顯著提高菸葉產量，促進中等煙相上等煙轉化，提高菸葉質量，從而大幅提高產值；發明生物炭施用的增產提質效果明顯高於常規生物炭。

表6菸葉內在化學成分

各處理菸葉內在成分分析表明(表6)，生物炭處理有效促進了菸葉內在品質的提高。與常規施肥(T1)相比，常規生物炭處理(T2)促進了養分元素的吸收和利用，N、K和菸鹼含量顯著升高，總糖、還原糖含量下降，從而菸葉糖/鹼和氮/鹼均趨向協調。本發明生物炭(T3)處理菸葉N、K、菸鹼養分略高於T2，兩糖含量進一步下降，從而其菸葉糖/鹼和氮/鹼接近最優比例(糖/鹼≈10，氮/鹼≈0.9)。本發明生物炭施入有效提高菸葉品質，同時促進菸葉成分的比例達到最優菸葉水平。

表7煙株養分吸收量及肥料利用效率

各處理肥料利用率計算表明(表7)，相對常規施肥處理(T1)，常規生物炭處理(T2)顯著提高了N、P、K肥料的利用效率，而發明生物炭處理(T3)肥料利用率進一步提高，且顯著高於T2處理。顯著提高產量和菸葉質量的同時，生物炭的施入有效促進了肥料利用率的提高，且發明生物炭的促進效果優於常規生物炭。

綜上說明，本發明生物炭能明顯改良煙田土壤理化性質，顯著提高了煙田土壤碳氮比，增加土壤孔隙度，降低土壤容量，改善土壤微生物環境；能夠有效提高了烤菸產量、品質和肥料利用效率；應用時隨烤菸移栽的基肥一同施入，無需增加用工量。

最後說明的是，以上優選實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管通過上述優選實施例已經對本發明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發明權利要求書所限定的範圍。