一種利用農作物秸稈的炭化產物製成的土壤保水劑的製作方法
2023-04-26 10:07:26
專利名稱：一種利用農作物秸稈的炭化產物製成的土壤保水劑的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用農業廢棄物生物質炭化產物與聚丙烯醯胺(PAM)共同製成的生物黑炭保水劑及其製備方法，主要用於提高旱地土壤的持水能力，解決或緩解由於乾旱而引起的農業減產問題，屬於農業保水技術領域。
背景技術：
在我國北方，農田多為乾旱半乾旱地區，嚴重缺水，生產力低下；農田灌溉存在以下問題節水灌溉理念不普及；灌溉用水量大，佔用水總量的70% ；灌溉成本高，利用係數低，僅為0. 3-0. 4，與發達國家的0. 7-0. 9有很大差距，因此迫切需提高灌溉水利用效率、發展土壤保墒節水措施。我國是一個農業生產大國，秸稈是農業生產的主要副產品，2005年我國秸稈總產量達到8億噸，40%以上被焚燒，汙染空氣，又成為溫室氣體的重要來源。近年來，我國農業廢棄物生物質熱裂解炭化的大生產工藝已經成熟，秸稈熱裂解的產物是氣態生物燃氣、 固態生物黑炭及液態木醋液，其中生物黑炭具有較大的比表面積，孔隙度高，儲水性強的特點，但由於生物黑炭的有機物質多含疏水性基團，故保水作用有限。如果將生物黑炭用於農田土壤儲水保水方面，需要對生物黑炭經過親水性改性。聚丙烯醯胺(PAM)屬於表面改性物質，施用土壤後可以增加土壤團聚性，穩定土壤結構，防止土壤流失和抑制土壤水分蒸發及保水保肥等作用，特別是保水能力極強，但PAM 成本高，限制了其在農業中的普遍使用。
發明內容
本發明的目的在於提供一種利用農作物秸稈的炭化產物製成的土壤保水劑，通過聚丙烯醯胺改性農業秸稈熱裂解得到的生物黑炭，能夠提高旱地土壤的保水能力，降低保水劑的成本。為了實現上述的發明目的，本發明採用了以下技術方案一種利用農作物秸稈的炭化產物製成的土壤保水劑，其特徵在於包括農作物秸稈炭化獲得的生物黑炭以及PAM， PAM與農作物秸稈炭化獲得的生物黑炭重量比=1 10-2:10。—種利用農作物秸稈的炭化產物製成的土壤保水劑的製備方法，其特徵在於將農作物秸稈炭化獲得的生物黑炭，過60目篩，加水，混合均勻，加入PAM，混合均勻，烘至含水率為10%-30%取出，切成長、寬各約0. 3-0. 5cm的碎塊；然後乾燥至恆重，即得到保水劑。所述農作物秸稈是小麥、玉米、稻殼、高粱或大豆秸稈原料。PAM具有高的吸水性、保水性和表面結合能力，且可降解；生物黑炭經PAM改性製得的保水劑保水效果顯著，能夠減少水分蒸發，增加土壤墒情，起到農田土壤保水作用；且生物黑炭其為穩定有機質，可以快速提高土壤有機質含量。本發明獲得的保水劑不同於粉末狀生物黑炭，外觀呈顆粒狀態，疏鬆多孔，比表面積大、有較高持水能力，且便於使用。改性生物黑炭製品中PAM比例越大，其保水能力也越強，可通過增加施用量達到提高土壤的水分含量的要求。
具體實施例方式實施例1
利用農作物秸稈的炭化產物製成的土壤保水劑，取IOOg過60目篩孔的農作物秸稈炭化獲得的生物黑炭(商丘三利新能源有限公司)，加水65mL，混合均勻，加入IOg PAM (購自國藥集團化學試劑有限公司，型號麗1000萬)，混合均勻，烘至含水率為10%-30%即可取出， 切成長、寬各約0. 3-0. 5cm的碎塊；然後乾燥至恆重，即得到保水劑。所述農作物秸稈是小麥、玉米、稻殼、高粱或大豆秸稈原料。實施例2
利用農作物秸稈的炭化產物製成的土壤保水劑，取IOOg過60目篩孔的農作物秸稈炭化獲得的生物黑炭，加水70mL，混合均勻，加入15g PAM,混合均勻，烘至含水率為10%—30% 即可取出，切成長、寬各約0. 3-0. 5cm的碎塊；然後乾燥至恆重，即得到保水劑。所述農作物秸稈是小麥、玉米、稻殼、高粱或大豆秸稈原料。實施例3
不同於實施例1的內容在於取IOOg過60目篩孔的生物黑炭，加水75mL，PAM質量為
20g。實施例4實施例1-3製得的保水劑對室內土壤水分蒸發的影響實驗對照組不施加保水劑；
樣品組施加實施例1-3製得的保水劑，用量3% ；
實驗過程稱50g過10目的風乾土於容器中，分為2組，分別為對照組、樣品組，土壤與施加材料混勻後向每個杯中加入30mL蒸餾水，記下初始重後每隔12小時稱重一次，實驗持續2周。結果說明與對照組相比，施用實施例1、2、3的保水劑，可分別降低土壤水分蒸發 8. 66g/100g 土、10. 42g/100g 土、7. 98g/100g 土，降低幅度分別是 8. 66%、10. 42%,7. 98%，均能顯著降低土壤水分蒸發，說明施加實施例1-3的保水劑可提高土壤的保水能力，達到顯著高於對照組的作用。實施例5實施例1-3製得的保水劑吸水能力考察
分別稱取實施例1、2、3的保水劑5g置於燒杯中，各加入IOOmL蒸餾水，吸水24h後用 400目的尼龍篩過濾，1小時後(保證多餘的水漏幹)稱重，計算出每克保水劑的吸水倍數(每克保水劑吸收水分的克數即為吸水倍數)。實施例1、2、3的保水劑的吸水倍數分別是2. 32士0. 18,6. 39士0. 06,8. 18士0. 21， 吸水倍數隨著PAM在保水劑內的比例提高而提高。實施例6不同肥料溶液對實施例1-3的保水劑吸水能力的影響
分別取實施例1、2、3的保水劑5g，加入燒杯中，向燒杯中加入IOOmL A、B、C三種肥料溶液=A 尿素 0. 01mol/L、B 磷酸二氫鈣 0. 01mol/L、C 硫酸鉀 0. 01mol/L, 24h 後用 400 目的尼龍篩過濾，1小時後(保證多餘的水漏幹)稱重，計算出每克保水劑的吸水倍數。結果說明尿素溶液對實施例1和2的保水劑的吸水能力沒有顯著性影響，實施例 3的保水劑製品在尿素溶液中的吸水倍數顯著性增加；磷酸二氫鈣及硫酸鉀溶液則顯著降低了對實施例1-3的保水劑的吸水能力，磷酸二氫鈣溶液的影響作用更大。
可見溶液中離子的存在會降低本發明保水劑的吸水能力，且隨著離子價數的增加吸水能力下降；這是由於PAM的吸水能力受離子類型的影響造成的，保水劑中PAM含量越多所受影響越大；因此在實際施加本發明的保水劑時需要考慮肥料施用的類型，儘量減少肥料對保水能力的影響。實施例7實施例1的保水劑對苗期玉米生長和土壤水分保持的影響實驗
對照組是不施加保水劑只施加肥料，施用肥料量為N 0. lg/kg 土、P2O5O. lg/kg 土、K2O 0. lg/kg 土;
樣品組施加實施例1製備的保水劑和肥料，保水劑的施用量為2. 5%、5%(相當於風乾土重量)兩個水平，施用肥料量為 N 0. lg/kg 土、P2O5O. lg/kg 土、K2O 0. lg/kg 土;
具體操作是稱取過10目的風乾土 1. 5kg於塑料盆缽中，按照各組的要求施加材料，混勻裝好後向每個塑料盆缽中加600mL蒸餾水，隔夜後每盆播4粒玉米種子，等出苗後留2株長勢相似的玉米苗，將盆缽移到大棚中，20天後收穫並測定玉米苗農藝性狀(株高、葉面積、 生物量、根係數和根重)及盆栽土的含水量。玉米苗生長期間要進行水分管理，具體做法是通過稱重法及目測盆栽土壤乾濕程度進行澆水，時間為2天一個間隔，每次澆水200mL/盆， 遇到雨天或陰天則澆水間隔長於2天，從盆缽移到大棚至收穫共澆水4次共800 mL/盆，結果見表1所示。表1不同處理對玉米苗各生長指標的影響結果
權利要求
1.一種利用農作物秸稈的炭化產物製成的土壤保水劑，其特徵在於包括農作物秸稈炭化獲得的生物黑炭以及PAM，PAM與農作物秸稈炭化獲得的生物黑炭重量比=1:10-2:10。
2.根據權利要求1所述的利用農作物秸稈的炭化產物製成的土壤保水劑，其特徵在於所述農作物秸稈是小麥、玉米、稻殼、高粱或大豆秸稈。
3.一種利用農作物秸稈的炭化產物製成的土壤保水劑的製備方法，其特徵在於將農作物秸稈炭化獲得的生物黑炭粉碎、過篩，加水，混合均勻，加入PAM，混合均勻，烘至含水率為10%-30%取出，切成長、寬各約0. 3-0. 5cm的碎塊；然後乾燥至恆重，即得到保水劑。
4.根據權利要求2所述的利用農作物秸稈的炭化產物製成的土壤保水劑的製備方法， 其特徵在於所述農作物秸稈是小麥、玉米、稻殼、高粱或大豆秸稈。
5.根據權利要求2所述的利用農作物秸稈的炭化產物製成的土壤保水劑的製備方法， 其特徵在於將生物黑炭過60目篩。
全文摘要
一種利用農作物秸稈的炭化產物製成的土壤保水劑，其特徵在於包括農作物秸稈的炭化產物以及PAM，PAM與生物黑炭重量比=1:10-2:10。農作物秸稈是小麥、玉米、稻殼、高粱或大豆秸稈。製備方法是將農作物秸稈炭化獲得的生物黑炭製品磨碎後過60目篩孔，加水，混合均勻，加入PAM，混合均勻，烘至含水率為10%—30%即可取出，切成長、寬各約0.3-0.5cm的碎塊；然後乾燥至恆重，即得到保水劑。該產品能減緩土壤水分自然蒸發，提高土壤水分含量，從而可用於農田土壤保墒增墒。
文檔編號C09K17/40GK102585835SQ201110457390
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月31日 優先權日2011年12月31日
發明者張旭輝, 李戀卿, 潘根興, 鄭聚鋒, 鄭金偉, 陳靜 申請人:南京農業大學