一種二氧化碳液體肥料的製作方法
2023-04-22 19:11:41 1
專利名稱：一種二氧化碳液體肥料的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種液體肥料，尤其是將廢氣二氧化碳作為植物碳基營養應用，特別涉及一種二氧化碳液體肥料。
背景技術：
科學的實踐證明，世界公認的植物生產所必需的營養元素有16種，即碳、氫、氧、氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫、鐵、硼、錳、銅、鋅、鉬和氯。其中，碳、氫、氧、氮、磷、鉀為大量營養元素，鈣、鎂、硫為中量營養元素，鐵、硼、錳、銅、鋅、鉬和氯為微量營養元素。需要強調的是，化學肥料行業中有一種奇怪的認識直到現在都沒有得到糾正。即化學肥料主要營養只標明氮、磷、鉀的養分含量，而對另外三種更重要的碳、氫、氧營養成分則沒有足夠的認識。自1840年德國學者李比希(J.V.Liebig)創建植物礦質營養學說，到化學肥料的誕生，至今不過100多年的歷史，人們對肥料的認識尚不完善。依照植物吸收養分的形態來說，碳元素的主要形態是二氧化碳、碳酸氫根離子以及一些有機分子或離子基團；氫、氧元素的主要形態是水分子、氫氧根離子及氫、氧元素與其它元素形成的分子和離子。至於化學肥料為什麼不把碳、氫、氧作為營養元素計算，人們解釋的原因是碳元素主要以二氧化碳形式存在空氣中，氫、氧元素主要以水的形式存在地球上，數量很大，沒有必要計算。鑑於水在地球上的數量如此巨大，約佔地球面積的3/4，而且作物吸收的水分，只有總量的0.001％參與光合作用，我們把它作為一種主要養分看待，而不計算它在肥料中的含量，也能自圓其說。而空氣中二氧化碳僅佔到總體積的0.03％，比例很小，作物又不能完全吸收。同樣是營養元素的氮，空氣中所佔的比例高達78％，雖然一般作物不能直接吸收，但是下大雨雷鳴電閃的時候，作物還是可以吸收的，同時作物中的固氮菌(例如大豆根瘤菌)也可以直接吸收氮元素。儘管如此，氮元素仍然是計量的。而碳元素的形態在地球上大部分是以碳酸鹽或有機物表現，空氣中二氧化碳的含量比例在地球上並不大，所以，化學肥料中不計算碳的含量是不科學的。
碳的形態也可以象銨態氮、硝態氮、醯態氮、有機氮進行區分，即可分為碳酸態碳，例如NH4HCO3、(NH4)2CO3、KHCO3、K2CO3、CaCO3、MgCO3、Mg(HCO3)2等，醯態碳，例如CO(NH)2尿素，有機態碳，例如CH3COOH乙酸、C2H5COOH丙酸、CH3COCOOH丙酮酸、HCOOH甲酸、HOOC-CH2-CHOH-COOH蘋果酸、C6H5OH(苯酚、俗名石炭酸)、CH3(CH2)14COOH軟脂酸、CH3(CH2)16COOH硬脂酸、CH3OH甲醇、C2H5COOH乙醇等。按照它的溶解性也可以象水溶磷(速效磷)、枸溶磷、難溶磷那樣進行區分，即可分為水溶性碳(速效碳)或有效碳，例如NH4HCO3、(NH4)2CO3、KHCO3、K2CO3和CH3COOH乙酸、C2H5COOH丙酸、CH3COCOOH丙酮酸、HCOOH甲酸、HOOC-CH2-CHOH-COOH蘋果酸、CH3OH甲醇、C2H5COOH乙醇等。枸溶性碳，例如Mg(HCO3)2、C6H5OH(苯酚、俗名石炭酸)等。難溶碳，例如CaCO3、MgCO3和CH3(CH2)14COOH軟脂酸、CH3(CH2)16COOH硬脂酸等。近年來，隨著有機肥料的大量使用，也可以將有機質或有機碳的百分含量與無機碳，如二氧化碳、碳酸氫根加以區分。
碳營養作為植物的第一營養計量是「碳基營養學說」的核心，只有建立起這種意識，才能使人們進行主動的回收。
二氧化碳是碳基營養最重要的物質，長期以來人們將其作為廢氣大量排放，導致溫室效應愈演愈烈。而它作為重要資源進行回收是完全可行的。我國的合成氨工業在全球範圍內佔的比例相當大，脫除二氧化碳的技術比較成熟。將此工藝合理的引入其它非化肥行業並不困難。回收的二氧化碳經過加壓，可以使其變成液體或固體乾冰，作為植物養料。因此二氧化碳雖然是汙染環境的廢氣，但也是植物的重要養料資源，進行回收是最好的選擇，而且應當是科學發展觀和循環經濟的首要題目。
我國西部地區大多乾旱缺水，生態環境極為惡劣，如不加速治理，後果不堪設想。按照植物光合作用規律，改善這一地區的生態環境的基礎條件，第一是水，這無可非議，第二應該是二氧化碳，第三是銨態氮和鉀、磷等。後兩項其實就是肥料工程(也可以說全部是肥料工程)。西部地區人煙稀少、氣溫偏低，大氣中二氧化碳的濃度相對較低，非常適合建設溫室大棚，二氧化碳及碳基化肥在此應當大有用武之地。另外，西部地區土地遼闊，又非常適合滴灌、滲灌等節水灌溉，特別是地埋式節水灌溉設施研究的突破，二氧化碳和碳基化肥更加便於使用。東部的工業發達，排放的二氧化碳多，將西部送往東部的天然氣使用後產生的二氧化碳再送回來，使這部分原本汙染環境、造成溫室效應的廢氣變成資源再送回來，完全合理，也是一種平衡。生態環境得到改善，人們就可以大量遷徙，完成西部開發的宏偉大業。這不僅是一種節約經濟的模式，也是一種循環經濟的模式，具備操作的可行性。隨著綠色植物的大量繁殖，生態環境的有效改善，利用這些有機體綠色植物再生重新製造和產生能源，挽救地球上的人類就可以成為現實。
排放二氧化碳主要是發達國家，我國主要是東部發達地區，二氧化碳資源十分豐富，如果將二氧化碳有效得到大量應用，其意義重大，將是一件利國利民的大好事。
目前已有利用二氧化碳進行作物增產的實際例子，常用的方法一種是在溫室大棚內用碳酸氫銨和硫酸反應，產生二氧化碳氣體；另一種是採用盛有液體二氧化碳的鋼瓶緩慢釋放出氣體，供作物吸收。但還沒有將水和二氧化碳同時製作成近飽和的水溶液作為液體肥料的相關報導。
發明內容
本發明的目的在於，提供一種二氧化碳液體肥料，將水和二氧化碳同時製作成近飽和的水溶液而一併使用，該肥料能夠發揮二氧化碳和水的耦合效應，兩者產生協同作用(而不只是疊加作用)，使作物產量呈幾何級數增加。
為了實現上述任務，本發明給出的技術解決方案是一種二氧化碳液體肥料，其特徵在於製得的該肥料含有二氧化碳濃度為0.14％，pH＝6.0，碳酸氫鉀為0.005％，碳酸氫鎂為0.005％，餘量為水。
上述二氧化碳液體肥料的製備方法，按照作物對於二氧化碳的需要量，將液態或氣態的二氧化碳溶解到水中，配製成接近飽和的二氧化碳水溶液(常溫常壓下飽和的二氧化碳水溶液濃度為0.145％)即可。
本發明的二氧化碳液體肥料，在使用時直接噴施到作物的葉面進行光合作用，這樣的效果比常用的其它方式更好，鑑於鉀、鎂等離子可以促進光合作用，因此用二氧化碳配製成水溶液，特別是配製成近飽和的含有鉀、鎂營養水溶液，符合植物光合作用機理，而且具有量的概念。作為液體肥料與同類型的二氧化碳肥料相比，效果更好。為二氧化碳的大量應用提出了一種新的途徑。
具體實施例方式
按照本發明的技術方案，將工廠生產的液體二氧化碳鋼瓶，緩慢通入到盛有清水的水槽中，製成含二氧化碳的二氧化碳液體肥料，其二氧化碳濃度為0.14％(接近飽和)，PH＝6.0，具體配方如下(25℃，重量比)水99.85％，二氧化碳0.14％，碳酸氫鉀0.005％，碳酸氫鎂0.005％。
其製備方法是，將工廠生產的液體二氧化碳鋼瓶，緩慢通入到盛有清水的水槽中，即可製成二氧化碳的接近飽和的二氧化碳液體肥料。
應用本發明的二氧化碳液體肥料，採用噴灌的設備將其溶液噴施到大棚內作物的葉面上，從而達到增加產量和保護環境的效果，在一座0.5畝溫室大棚二氧化碳的日用量是2.1千克，可在每天上午8時左右，採用噴灌的設備將其溶液噴施到大棚內作物的葉面即可。太陽光強烈、無風的時候也可採用這種方法在大田中推廣。
本發明的理論基礎是，光合作用是綠色植物最重要的生理機能，這一點舉世公認。眾所周知，光合作用主要化學反應為；6CO2+6H2O＝C6H12O6+6O2即植物在陽光的作用下，由葉綠素和酶的催化，吸收二氧化碳和水，生成葡萄糖並釋放出氧氣。CO2進入植物體內，水化形成H+和HCO3，經過細胞液相向葉綠體擴散。在葉綠體內含有大量碳酸酐酶(鋅金屬酶)的作用下，它能促進H++HCO3-＝CO2+H2O釋放出CO2，提供了二磷酸核酮糖羧化酶的底物，促進光合作用中CO2的固定。有人測定植物光合作用最適合的CO2％濃度為0.1％，當大棚內CO2濃度提高900PPm～1800PPm時(即0.09％～0.18％)，黃瓜增產36％～69％，空氣中CO2濃度為0.03％增加到0.04％時，果樹產量幾乎增加一倍。在保護地種植的蔬菜，二氧化碳濃度高於空氣中2～4倍時，具有提高產量、縮短生育期、增強作物抗病力、改善品質等作用。
水肥耦合效應是上個世紀80年代提出的田間水肥管理的新概念，其核心是強調影響植物生長的兩大環境因素「水」及「肥」之間的有機聯繫，利用其間存在的協同效應，利用水肥及植物綜合管理，以提高植物生產力和水肥利用效率《水肥耦合效應與協同管理·穆興民著；中國林業出版社，1999.12》。
本發明的二氧化碳液體肥料研製的指導思想是碳基營養計量學說，碳基營養計量的創立意義在於1.對肥料中碳營養做出全面的客觀評價；植物的組成頗為複雜，一般新鮮植物含有75％～95％的水分和25％～5％的乾物質。如果將水分蒸發，再以氧煅燒來處理乾物質，就可以證明組成植物的主要元素是C、H、O、N四種，約佔95％以上。同時由於物質經煅燒後，留下一些不揮發的物質，稱為灰分。它的成分包括P、K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、Zn、Cu、Mo、B、Cl、Si、Na、Se、Al等幾十種灰分元素，只佔到1％～5％。以小麥的子粒和莖杆為例，C、H、O三元素分別佔到91.81％和93.98％，N元素佔到2.21％和0.67％％，P元素佔到0.41％和0.11％，K元素佔到0.50％和0.61％。由此可以看出，植物吸收的主要營養元素，首先是C、H、O，而後才是N、P、K。碳元素作為植物第一營養，只有通過計量才能予以準確的表達，才可以找出並確定它與其它營養元素的平衡關係，進一步尋找出土壤與作物養分需求的主要矛盾。
我國從上個世紀60年代以來，氮肥工業發展異乎尋常。從一個很少生產氮肥的國家，發展成為世界氮肥第一生產大國。目前的情況應該不缺氮或者不太缺氮，而目前土壤中由於中國傳統的農家肥不施或少施。所以多氮少碳的局面已經形成，即碳氮比(或者說碳與氮磷鉀的比例)的失衡已經成為主要矛盾。當前土壤養分的主要矛盾是土壤中有機碳的下降，有機-無機營養之間的失衡。氮、磷、鉀等無機元素之間的失衡只是第二位的矛盾。實際上碳、氫、氧、氮是植物的四大主要營養元素，碳氮比的失衡是土壤生態平衡的決定因素，這個矛盾的位置如果擺的不正確，後患無餘。世界各國的化肥工業國家政策主要是調整氮磷鉀的不平衡，而很少在有機無機之間的不平衡上做文章，所以對有機復混肥的投資遠遠不如氮肥、鉀肥、磷肥那麼多。類似城市垃圾、汙水、生物秸稈、農林廢料、畜禽糞便等這些天然有機物轉化為商品肥料或化學肥料的發展速度滯後，應當引起足夠的重視。碳基營養計量學說的建立，必將促進肥料工業調整的布局。
2.碳元素的計量問題是關係到環境保護的重要議題如果僅從理論上承認碳元素的重要，而實質應用上卻是可有可無。這種抽象的理論，必將導致生態平衡的破壞，我國的情況更是如此。60年代以前，農田基本上用的是農家肥，化學肥料發展起來以後，基本上用的是化肥，農家肥停止了使用。這就帶來了碳元素和其它營養元素之間的失衡。大量使用過量的氮肥，造成土壤反硝化的汙染、空氣品質的破壞。我國化學汙染嚴重，化肥汙染首當其衝。長期過量使用氮素化肥，會造成土壤酸化和板結，降低土壤肥力，並活化重金屬元素，土壤中過量的氮元素在微生物作用下，形成氮氧化物進入大氣，形成酸雨，破壞臭氧層，成為溫室氣體。化學氮肥的使用每年產生N2O約150萬噸，佔人類活動向大氣輸入氮氧化物量的44％，而N2O的增溫作用是CO2的290倍～300倍。補充碳營養、利用二氧化碳作為肥料，是消除溫室效應的有效途徑。
3.碳元素的計量解決，必將促使人們更好的尋找碳基肥料碳基營養計量學說是客觀存在的現實，只是沒有引起人們的重視。尿素和碳銨習慣上稱作氮肥，其實也是碳肥，它們誕生的時間都不長。伴隨著這種理念的深入人心，必將開發出更多的碳基化肥，特別是一些碳氮比較高的商品化的化肥，以改善目前存在的碳氮比營養失衡問題。自從1860年以來，由於工業和交通所燃燒的碳(煤、石油、天然氣)使得大氣中二氧化碳含量提高了約14％(1976年數據)，今後還會繼續增加。像二氧化碳含量迅速增長的這類現象對今後地球上的生計不能不令人關注。其實，排放並不是主要矛盾，關鍵是回收。如果人們都能按照本發明的意圖，從最簡單的二氧化碳飽和水溶液使用開始，樹立起碳基營養計量學說的觀點，真正認識到排放的二氧化碳是作物的營養肥料，那麼開發這個龐大的市場、治理溫室效應就為期不遠了。
作為本發明的具體優點、效果可用以下試驗說明本發明的二氧化碳液體肥料採用噴施方法用於作物，肥料容易配製，操作簡單，能夠大量應用二氧化碳。一座0.5畝溫室大棚二氧化碳的用量是每日2.1千克(溶質)，可採用噴灌的設備將其直接噴施到大棚內作物的葉面即可，並符合光合作用吸收機理，容易推廣，其效果優於常規的方法，申請人在溫室大棚中做了西瓜種植試驗，多重分析見附表。
附表1噴施二氧化碳水溶液對西瓜產量和品質的影響
附表1表明西瓜產量比空白對照增加9.0％，比二氧化碳氣體肥料增產4.65％，而且噴施二氧化碳水溶液後西瓜糖分增加，比清水對照和二氧化碳氣體肥料分別提高了0.8％和0.7％，西瓜品質改善顯著。
附表2多重比較表
多重比較結果顯示，噴施二氧化碳水溶液對產量影響存在1％差異顯著性，二氧化碳氣體肥料只存在5％顯著性。
附表3噴施二氧化碳水溶液對柑橘產量的影響
由附表3可看出噴施二氧化碳水溶液和二氧化碳氣體肥料對柑橘都有不同程度的增產作用，二氧化碳水溶液比對照產量增長10.2％；二氧化碳氣體肥料增長6.9％；而且二氧化碳水溶液比二氧化碳氣體肥料處理增長3.1％。
附表4多重比較表
多重比較結果顯示，噴施二氧化碳水溶液(本發明)和二氧化碳氣體肥料對柑橘產量都存在1％差異顯著性影響。
權利要求
1.一種二氧化碳液體肥料，其特徵在於製得的該肥料含有二氧化碳濃度為0.14％，pH＝6.0；具體重量比配方如下二氧化碳0.14％，碳酸氫鉀0.005％，碳酸氫鎂0.005％，餘量為水。
全文摘要
本發明公開了一種二氧化碳液體肥料，製得的該肥料含有二氧化碳濃度為0.14％，pH＝6.0，具體重量比配方如下二氧化碳為0.14％，碳酸氫鉀為0.005％，碳酸氫鎂為0.005％，餘量為水。其製備方法是將工廠生產的液體二氧化碳鋼瓶，緩慢通入到盛有清水的水槽中，製成二氧化碳的接近飽和溶液即可。應用本發明的二氧化碳液體肥料，採用噴灌設備將其溶液噴施到大棚內作物的葉面上，從而達到增加產量和保護環境的效果，在一座0.5畝溫室大棚二氧化碳的日用量是2.1千克。
文檔編號C05D7/00GK101033151SQ20071001738
公開日2007年9月12日 申請日期2007年2月6日 優先權日2007年2月6日
發明者卓澤凡, 劉長有 申請人:西安巨川國際投資有限公司