一種秸稈木炭製備的土壤擴蓄增容劑及其生產方法
2023-12-05 03:18:41 1
專利名稱：一種秸稈木炭製備的土壤擴蓄增容劑及其生產方法
技術領域：
本發明涉及一種土壤擴蓄增容劑及其製備方法，特別是一種利用秸稈木炭為原料製備的土壤擴蓄增容劑及其生產方法，為合理利用農業資源開闢了一條新途徑。
背景技術：
1.我國秸稈木炭現狀木炭廣泛用於冶金化工、煙花爆竹、冬季取暖、乾果加工、食品燒烤等行業，需要量日趨增多。以木材為原料生產木炭，成本高，周期長，而且目前各地封山育林，不準亂砍濫伐，因木炭用途廣、銷量大，總是屢禁不止，嚴重破壞了當地的森林資源和生態平衡，損失慘重。用作物秸稈生產木炭，不破壞國家森林資源，保護生態環境，變廢為寶，解決了這一老大難問題。農作物的秸稈，含有相當數量的作物必需的碳、氮、磷、鉀等營養元素，既可以作為飼料，又可以直接還田作為有機肥源，具有改善土壤的理化性狀和生物學性狀、提高土壤肥力、增加作物產量等作用，是一種寶貴的生物資源，應該加以大力提倡。但是，許多地區在農作物收穫後，為了方便，就地將其焚燒。燒毀樹木、農作物的現象時有發生，最主要是對環境造成了嚴重汙染。各種作物秸稈可燃物，不需粉碎，直接炭化一小時就可製成木炭。秸稈木炭原料廣泛，產品性能優於普通木炭，燃燒時間是普通木炭的兩倍，而且含碳好，無毒無味，無煙無殘渣，產品用途廣。
2.國外秸稈木炭綜合利用現狀農業生產上，農作物的大量產品在很大程度上是依賴農藥和化肥。現在農藥，化肥的危害被越來越多的人們所認識，長期使用會破壞土壤環境，土壤微生物滅絕，地力下降。為尋找體貼環境的新農法，使用木炭(粉)的農戶在日本、韓國、美國及歐洲一些國家愈來愈多。他們將木炭粉應用在蔬菜、果樹、花卉、馬鈴薯等農作物或畜牧業及人類的藥用上，被譽為21世紀綠色食品。這種新農法在國外正大力推廣，國內發現的僅2005年山東省安丘市福華食品有限公司用木炭粉種植了「15畝春秋王大白菜」，被日本商人按國際有機食品改良協會OCIA標準，檢驗合格全部收購出口。
3.國內秸稈木炭綜合利用現狀將木炭放入種植農作物的根部，撒在田裡，其顆粒會改善土壤中空氣和水分流通，而且對木炭中含有的礦物質，溶在土中促進作物生長。在中國的古代，人們把木炭置於身邊，能夠防止氧化、老化和腐敗。1972年1月16日在長沙出土的馬王堆一號漢墓，軟侯夫人的屍體得以千年不腐，就是因為掩埋在5噸的木炭中，得益於碳素長年累月供應電子，同時有效地防止了地下害蟲、細菌的侵入。古代人用刀切開馬鈴薯沾木炭下種，是祖先們摸索出的沾灰方法，起到了殺菌、消毒和防腐的三大作用。2005年9月陸良縣君茂慄炭廠在陸良華僑農場2隊蘇德安菜農家，用炭粉種植蔬菜0.9畝獲得成功，繼後又種植4畝。
3.1木炭在農業方面的用途(1)改良土壤在農作物的根部施入木炭(粉)，具有很好的透水性或增強土壤的通氣性。土壤通氣性良好，氧氣供給充分，在良好的水分及養分條件下新生根的數量多。同時在木炭表面上可以生成根粒菌，形成適合植物的農業土壤，更有效地解除根部蟲害如螻蛄類(拉拉蛄、拉蛄、土狗子等)、地老虎類(俗稱土蠶、地蠶、切根蟲、夜盜蟲等)及金針蟲類對根的侵害。(2)保持土壤水分木炭具有吸溼放溼功能。木炭在相對溼度為50％以上，能迅速吸附20％左右的水分。在作物受乾旱時，它還吸收四周土壤的水分，供給植物吸收。可以藉助於土壤含水量調節作物的生長狀況，促進作物健壯生長，適時成熟收割。
(3)提高地溫。在大田作物的生長期間，向作物的表面及根部撒炭粉，由於黑色炭粒吸收太陽熱能，可使作物土壤溫度升高。
(4)對作物具有遠紅外線的放射效果木炭原材料的木材本性溫熱，一旦燒成炭，更具有溫熱性，是木炭所具有的遠紅外線放射功能的效應。這种放射效果能促進作物體內的物質循環。用於蔬菜上，葉片呈綠色，未施炭粉的葉片呈紫色偏白。君茂慄炭廠試驗的蔬菜，時間上提前上市。
(5)農藥和肥料的緩釋劑利用木炭的吸附功能，使農藥和有機肥含量保持一個平衡狀態，利用這一平衡可以使農藥或肥料均緩釋放，供作物正常吸收。從而減少農藥，化肥的流失，解決作物生長過程中有「糧」吃不了，無「糧」不生長的症狀。
(6)具有木醋液的木炭能解除農藥藥害，恢復正常生育，有效防治菸草病毒病，而且能改善土壤理化性質，有助於防治土壤病蟲害。
此外，木炭還可增加土壤CO2含量，吸附土壤中有害金屬；增強土壤微生物的活力。
3.2木炭在工業方面的用途(1)冶金木炭冶煉的生鐵一般具有細粒結構，鑄件緊密，沒有裂紋的特點，用木炭生產的生鐵含雜質少，適於生產優質鋼。在有色金屬生產中，木炭常用作表面助熔劑，既可減少熔融金屬的飛濺損失，又可降低熔融物中氣體的飽和度。大量木炭還用於結晶矽生產，但生產結晶矽用的木炭不應含有生炭頭和過多的灰分。
(2)化工凡是要求表面具有較高的硬度和耐磨性，而中心具有良好韌性的所有鋼製品都要進行滲碳。用來對鋼製品進行滲碳作用的含碳混合物稱為滲碳劑。木炭作為原料，再加入一定數量的接觸劑，製成滲碳劑。木炭是製造二硫化碳的最好原料，用來製造二硫化碳的木炭，應當是堅硬、容積重大、灰分和水分含量小，固定碳含量高。
還可以在醫藥、化妝品、環保方面的應用。
3.3木炭在生活領域的用途(1)人們常用木炭取暖，燒烤、火鍋用的燃料，特別是機制木炭，由於具有無煙，無毒，熱量大，燃燒時間長，故越來越受到人們的青睞。
(2)木炭上有著縱橫無數的洞孔，這些洞孔具有吸附各種各樣的物質以及發放出吸附著的物質的功能，所以，人們用它作除溼劑。木炭磚具有吸溼性和吸水性小、比重大和熱值高的優點，在潮溼時，木炭會吸收潮氣，在乾燥的時候，它會把吸收了的潮溼發放出來，從而出色地發揮調節溼度的作用。此外，木炭還能消除房間裡的氣味和有害物質等。
(3)多孔性木炭不僅可以蓄留植物根部所需水分，還可以改善土壤的透氣性和排水性，為有益於植物的微生物提供良好的生存空間，因此在花木盆栽土裡摻進5％～10％豆粒大小的木炭，能為植物提供健康的生長環境。而庭院樹木，則增強很強的抗病蟲害能力。當今的裝修理念已開始注意環保、自然、健康、人性化的特點。裝飾性木炭，利用木炭孔隙吸附裝潢後停留在空氣中的苯等有害物質；家庭綠色裝飾中，利用多孔性木炭孔隙中小小空間，加上一撮土，便可育出一棵繁茂的盆景；另外，還可以將木炭放入魚缸吸附水中雜質。木炭還可以幫助保存食品，如冰箱上可以用它作除臭劑。
4.木炭應用的意義目前，國家提倡建設節約環保型社會，更需要不斷提高農產品產量及品質，是新農業發展的方向。同時，國家又不斷地鼓勵各類科技人士自主創新，促進科技的進步，木炭應用在農業生產上，實現農業科學發展觀必將產生深遠的意義。
(1)提高土地效率。地力下降，是一個普遍存在的問題。如何改良土壤，克服連作障礙，增強土壤的透氣性，改善土壤的酸鹼性，是當今的一大課題。
(2)有效地解決地下蟲害對作物的危害。病蟲害的三大傳播方式空氣、水、土壤。木炭有殺菌、抵制地下害蟲侵入的作用，從水源上杜絕細菌的傳播；對土壤進行改良，達到減少蟲害目的。
(3)改變生理性病害的有效途徑。土壤中缺少某種元素和某種元素過多引起中毒；水分過多或過少；農藥的藥害以及環境汙染等等，木炭能吸附沉積在土壤中的毒素，能吸附殘留在農田的藥害等，如果用木炭、木醋液和其他混合使用，可為當前改變生理性病害的有效途徑。
發明內容
本發明目的在於提供一種秸稈木炭製備的土壤擴蓄增容劑及其生產方法，該方法原料採用秸稈木炭、粘土以及農作物混合秸稈廢棄物，能夠潔淨生產出有利生態農業的新型土壤擴蓄增容劑，可廣泛應用於生態農業節水工程中，有利於充分利用天然降水，保水保肥，增產增收。
為實現上述目的，本發明採取如下技術方案一種秸稈木炭製備的土壤擴蓄增容劑，其特徵在於，製得的該土壤擴蓄增容劑由以下原料及其重量百分比組成秸稈木炭10％～20％、粘土25％～35％、磷酸二氫鉀10％～20％、磷酸二銨15％～20％、油菜渣10％～15％、尿素1％～3％，高脂膜1％～2％、農作物混合秸稈10％～18％，上述原料的百分比之和為100％。
上述土壤擴蓄增容劑的製備方法，其特徵在於，該方法選用經篩選分級的廢棄磚塊砂漿和泥土為主要原料，並加入磷酸二氫鉀、磷酸二銨、油菜渣、秸稈、尿素、高脂膜，具體包括下列步驟首先將秸稈木炭去雜，經粉碎後研磨至1mm以下，過20目篩，得到秸稈木炭粉末；再將輔料粘土，磷酸二氫鉀，磷酸二銨，油菜渣，農作物混合秸稈風乾，分別粉碎並研磨至1mm以下，過20目篩備用；將秸稈木炭10％～20％、粘土25％～30％、磷酸二氫鉀10％～20％、磷酸二銨15％～20％、油菜渣10％～15％、尿素1％～3％，高脂膜1％～2％、作物混合秸稈10％～18％混合，攪拌均勻，經制粒、包裝即得。
採用本發明製備的土壤擴蓄增容劑可充分提高農田秸稈的綜合利用效率，變廢為寶。用其製備的土壤保水保肥劑，可提高水分利用率10％以上，更能增產增收。經實驗研究證明，本發明製備的保水保肥劑，施用於棉花等作物，離地表面20cm-30cm的土壤層含水量增高2％，每公頃節水900m3～1000m3，可增產12％以上，農民節約投資2250元/hm2～3000元/hm2。日產100噸的企業，年可生產30000餘噸保水保肥劑產品，產值3000餘萬元，節約天然雨水1800萬m3～3000萬m3。可安排農村剩餘勞動力300-500人，農民增收300-500萬元，每年產品可施用土地面積200萬公頃，增產增收7500萬元。因此具有良好的社會效益，環境效益和生態效益。
圖1是本發明的製備方法工藝流程圖；圖2是基礎材料吸水效果圖；圖3是基礎材料保水效果圖；圖4是保水保肥劑對苗乾重的影響圖。
以下結合附圖和發明人給出的實施例對本發明作進一步的詳細說明。
具體實施例方式
本發明所述的土壤擴蓄增容劑是指能有效改善土壤團粒結構、增加土壤有效孔隙的擴蓄增容，抑制土壤表面無效蒸發、有效改善土壤持水保水能力的複合材料。
以下是發明人給出的實施例，需要說明的是這些實施例均為本發明較優的實例，本發明並不限於這些實施例，本領域的技術人員按照本發明公開的方案，對其中的技術特徵所作的等效替換、添加，均包含在本發明的保護範圍。
實施例1本實施例的土壤擴蓄增容劑，由以下原料及其重量百分比組成秸稈木炭粉末10％、粘土30％、磷酸二氫鉀10％、磷酸二銨20％、油菜渣10％、尿素1％，高脂膜1％、作物混合秸稈18％。
製作上述環保土壤保水保肥劑方法，具體包括下列步驟(1)原料秸稈木炭研磨至1mm(20目)以下，研磨後過篩備用。
(2)再將輔料粘土，磷酸二氫鉀，磷酸二銨，油菜渣，混合作物秸稈等風乾，粉碎，研磨，過1毫米(20目)篩備用。
(3)將秸稈木炭粉末10％、粘土30％、磷酸二氫鉀10％、磷酸二銨20％、油菜渣10％、尿素1％，高脂膜1％、作物混合秸稈18％混合，攪拌均勻。
經常規的制粒機(採用山東青山市制粒機)制粒、包裝(25公斤/袋)即可得到土壤擴蓄增容劑。
上述作物混合秸稈可以是麥秸杆和高梁杆的混合物，或者是玉米秸稈和麥秸杆的混合物或其它作物秸稈的混合物。
實施例2本實施例與實施例1所不同的是原料的成分有所不同，其製備方法與實施例1相同。
原料及其重量百分比組成為秸稈木炭粉末15％、粘土30％、磷酸二氫鉀15％、磷酸二銨15％、油菜渣10％、尿素2％，高脂膜1.5％、作物混合秸稈11.5％。
實施例3本實施例與實施例1所不同的是原料的成分有所不同，其製備方法與實施例1相同。
原料及其重量百分比組成為秸稈木炭粉末20％、粘土25％、磷酸二氫鉀18％、磷酸二銨15％、油菜渣10％、尿素1％，高脂膜1％、作物混合秸稈10％。
實施例4本實施例與實施例1所不同的是原料的成分有所不同，其製備方法與實施例1相同。
原料及其重量百分比組成為秸稈木炭粉末10％、粘土30％、磷酸二氫鉀16％、磷酸二銨15％、油菜渣15％、尿素1％，高脂膜2％、作物混合秸稈11％。
實施例5本實施例與實施例1所不同的是原料的成分有所不同，其製備方法與實施例1相同。
原料及其重量百分比組成為秸稈木炭粉末15％、粘土25％、磷酸二氫鉀15％、磷酸二銨15％、油菜渣12％、尿素3％，高脂膜1％、作物混合秸稈14％。
實施例6本實施例與實施例1所不同的是原料的成分有所不同，其製備方法與實施例1相同。
原料及其重量百分比組成為秸稈木炭粉末10％、粘土25％、磷酸二氫鉀15％、磷酸二銨15％、油菜渣20％、尿素2％，高脂膜1％、作物混合秸稈12％。
採用本發明的土壤擴蓄增容劑，每公頃用量為750kg-1500kg。實驗表明，棉花等作物可增產12％以上，提高水分利用效率10％以上，在乾旱半乾旱地區，能充分利用天然降雨，保水保肥提高土壤肥力，有利於生態保護。
上述實施例中的高脂膜是20年前由北京農業大學韓金聲教授研究成功，在果樹等作物上應用有一定效果。高脂膜是一種油性物質，實驗證明加入適量的高脂膜對保水保墒有一定的促進作用。
本發明採取室內與大田試驗相結合的方法，對製備的土壤擴蓄增容劑進行了驗證，實驗採取基礎材料粉碎、研磨後裝營養缽、置於瓷盤內自行吸水、失水的方法。土壤為對照，重複四次，連續實驗2-3次，然後計算其吸水性、吸水速率、保水性以及失水特性。優先選擇吸水、保水、失水效果好的基楚材料為擴蓄增容劑主要原料，輔料選擇有利擴蓄增容無機有機肥料和化合物，進一步粉碎、研磨，攪拌均勻後再進行營養缽自行吸水、保水、失水實驗，土壤為對照，重複4次，連續實驗2-3次，然後計算吸水性、吸水速率、保水性以及失水特性。優先選擇吸水、保水、失水效果良好的擴蓄增容劑配方，進行土壤不同水平模擬實驗，按材料特性和產品成本進行不同作物苗期鮮、乾重鑑定，進一步測試擴蓄增容劑新產品對作物苗期鮮、乾重的影響，從中篩選最佳的配方及施用量。在此基楚上，再行大田試驗示範。經多年多點試驗示範，選擇效果最好的配方，加工，生產，檢驗，在大田推廣。保水、失水實驗實施例保水保肥劑的基礎材料的選擇最重要，所有合成劑所使用的原料及輔料均有吸水、保水、失水等功能。據此，發明人設計了不同質地基礎材料的吸水、保水、失水實驗，實驗結果見表1、表2、圖1、圖2。
表2基礎材料失水效果表(克)
由表1表2、圖2、圖3可知小麥和玉米秸稈吸水性最強，為本身重量的20倍以上；秸稈木炭平均吸水量相當於土壤(對照)的2倍以上；經六天(溫度50℃、溼度30％)失水後，含水量比對照高6個百分點，因此，具有一定保水性；且是磷酸二銨、磷酸二氫鉀的良好載體；油菜渣吸水性明顯高於土壤(對照)。因此，以上基礎材料是合成保水保肥劑的優質材料。
保水保肥劑的實驗研究結果利用基礎材料合成保水保肥劑後，經實驗研究，對作物(棉花等)苗期鮮、乾重具有良好的促進作用，詳見表3、圖4。
表3合成劑不同水平對棉苗乾重的影響
由表3、圖3可知，利用秸稈木炭生產保水保肥劑，在棉花苗期實驗結果顯示，比土壤(對照)高2個百分點，說明保水保肥劑不僅節水保墒，而且能提高土壤肥力，促進棉苗生長，增加乾物質積累，因此，利用秸稈木炭生產土壤保水保肥劑，無疑是節水農業，生態農業的一項創新技術。
本發明帶來的技術效果是(1)環境效益利用秸稈木炭、城鄉建築垃圾、汙水汙泥、作物秸稈、活性炭、煤矸石、油菜渣和生活垃圾等輔料，混合後生產保水保肥有機複合肥，大大減少蚊蠅等的滋生機會，降低病原菌存活時間，切斷了病原菌傳播到人類的途徑，避免了城市汙水汙泥二次汙染和城市垃圾的潛在威脅。將城市固體廢物回用到自然中，在保護城市環境的同時，又解決了農業上造成的偏施無機肥，使土壤養分比例失調、土壤退化等問題，有利於農業生態環境良性循環和農業經濟的可持續發展。
(2)社會效益把農田秸稈充分綜合利用，生產農用有機複合肥，為農業部門提供了優質、價廉、高效的生態肥料，也使作物增產增收，同時變廢為寶，既發展了環保產業，同時也為城市、鄉村增加了新的就業機會。
(3)經濟效益若按年產3000萬噸的生產能力進行經濟核算，按照本研究的方法生產出的有機複合肥成本價為800～850元/噸，而市售高效三元複合肥市場售價一般為1100～1200元/噸，每年可增加3000萬元產值。因此本發明研究的有機複合肥有較好的經濟效益，市場應用前景廣泛。
權利要求
1.一種秸稈木炭製備的土壤擴蓄增容劑，其特徵在於，製得的該土壤擴蓄增容劑由以下原料及其重量百分比組成秸稈木炭10％～20％、粘土25％～30％、磷酸二氫鉀10％～20％、磷酸二銨15％～20％、油菜渣10％～15％、尿素1％～3％，高脂膜1％～2％、作物混合秸稈10％～18％，上述原料的百分比之和為100％。
2.權利要求1所述的秸稈木炭製備的土壤擴蓄增容劑的生產方法，其特徵在於，該方法選用秸稈木炭和粘土為主要原料，並加入磷酸二氫鉀、磷酸二銨、油菜渣、作物混合秸稈、尿素、高脂膜，具體包括下列步驟首先將秸稈木炭去雜，分級，經粉碎後研磨至1mm以下，過20目篩，得到秸稈木炭粉末，再與定量的粘土混合；將輔料粘土，磷酸二氫鉀，磷酸二銨，油菜渣，作物混合秸稈風乾，分別粉碎並研磨至1mm以下，過20目篩備用；將秸稈木炭10％～20％、粘土25％～30％、磷酸二氫鉀10％～20％、磷酸二銨15％～20％、油菜渣10％～15％、尿素1％～3％，高脂膜1％～2％、作物混合秸稈10％～18％混合，攪拌均勻，經制粒、包裝即得。
全文摘要
本發明公開了一種秸稈木炭製備的土壤擴蓄增容劑，製得的該土壤擴蓄增容劑由以下原料及其重量百分比組成秸稈木炭10％、粘土25％～30％、磷酸二氫鉀10％～20％、磷酸二銨15％～20％、油菜渣10％～15％、尿素1％～3％，高脂膜1％～2％、作物混合秸稈10％～18％。其製備方法先將秸稈木炭去雜，分級，經粉碎後研磨至1mm以下，過20目篩，與粘土混合，將輔料磷酸二氫鉀，磷酸二銨，油菜渣，作物混合秸稈風乾，分別粉碎並研磨至1mm以下，過20目篩，然後混合，攪拌均勻，經制粒、包裝即得。每公頃施用750kg－1500kg。棉花等作物可增產10％以上，提高水分利用效率10％以上，在乾旱半乾旱地區，能充分利用天然降雨，保水保肥提高土壤肥力，有利於生態保護。
文檔編號C05C9/00GK101045661SQ20071001779
公開日2007年10月3日 申請日期2007年4月30日 優先權日2007年4月30日
發明者馮浩, 吳普特, 杜健, 趙西寧, 杜璇, 張燕, 許曉平, 李卓, 洪小強, 張月麗, 胡森, 李瑛 申請人:西北農林科技大學, 中國科學院水利部水土保持研究所