一種利用山藥熱解製備多功能土壤調理劑的方法與流程
2024-03-27 16:14:05 1
本發明公開了一種利用山藥熱解製備多功能土壤調理劑的方法，屬於土壤調理劑製備技術領域。
背景技術：
近年來，由於農藥的大量和不合理使用以及工業廢棄物向農田排放等原因造成的土壤問題日益嚴重，土壤有機質遭到嚴重破壞，土壤養分流失，釋放速度減緩，同時由於土壤板結造成土壤通氣性下降，滲透係數降低，土壤中微生物活動性降低，這些土壤問題都直接影響了農作物種植的質量和產量，所以開發高效環保的土壤調理劑迫在眉睫已成為當前我國農業發展急需解決的問題。
土壤調理劑是由農用保水劑及富含有機質、腐殖酸的天然泥炭或其他有機物為主要原料，輔以生物活性成分及營養元素組成，經科學工藝加工而成的產品，有極其顯著的「保水、增肥、透氣」三大土壤調理性能。能夠打破土壤板結、疏鬆土壤、增強土壤肥水滲透力，具有改良土壤，治理荒漠、保水抗旱，增強農作物抗病能力，恢復農作物原生態等功能，同時能大幅度提高植樹成活率，改善農林產品品質，恢復農林產品的天然風貌。
目前用作土壤改良調節劑的礦物或巖石主要有石灰石、白雲巖、膨潤土、泥炭、泥炭藍鐵礦、蛭石、硅藻土、皂石、海泡石等。這些土壤調理劑可以改善土壤pH，結合有害金屬元素等，但是所需修復時間長、效果不夠理想，同時，現有的土壤調理劑改善性能單一，不能有效地補充土壤中缺失的有機質和營養元素，並且在提高化肥利用率方面作用有限。
生物質炭有著巨大的表面積和繁多的小孔結構，這種孔洞結構更容易聚集吸收營養養分物，促進有益微生物的生長，從而使土壤變得更肥沃，有利於植物的生長，實現可持續發展的綠色農業。所以，生物質炭在提高作物產量、增強土壤養分、增加土壤肥力、土壤結構改良修復等各方面都展現出了巨大的應用潛力，作為一類新型土壤調理劑材料在當今社會引起廣泛關注。
技術實現要素：
本發明主要解決的技術問題：針對目前傳統土壤調理劑改善性能單一，不能有效補充土壤中缺失的有機質和營養元素，並且在提高化肥利用率方面作用有限，土壤調理作用時間短的缺陷，本發明提供了一種將山藥切塊發酵，利用產生的山藥醇熱解山藥渣，再炭化製得多孔山藥渣炭，將其作為載體，負載爬巖魚和鳳梨發酵製備的胺基酸富集液，輔以其他原料製備土壤調理劑的方法，本發明利用山藥醇高溫熱解山藥渣，使山藥渣呈現多孔、高度芳香化以及表面富集活性官能團的特性，再通過高溫炭化使山藥渣炭具備巨大的比表面積，同時芳香化結構增強，灰分含量和pH升高，速效養分和鈣鎂含量增高，再輔以胺基酸富集液，在桃膠的固著作用下達到緩釋的效果，實現了對土壤調理劑的有效緩釋，本發明製得的土壤調理劑有效延長了土壤調理劑的作用時間，提高了土壤調理劑的利用率，為作物在生長期中長時間供應充足的營養，且調理劑功能多樣，為作物營養強化提供了很好的技術支持，具有廣泛的應用前景。
為了解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是：
（1）取山藥洗淨後去皮並切成邊長為1cm的山藥塊，按質量比為10:5:3:1將山藥塊、去離子水、蔗糖和葡萄皮放入研缽中，研磨混合20～30min得到混合物，將混合物裝入發酵罐中，直至裝滿發酵罐的3/4時停止加入，密封罐口後將發酵罐放在26～28℃的環境下保溫發酵6～7天；
（2）待上述發酵結束後過濾分離，分別收集濾液和濾渣，濾渣備用，將所得濾液再次裝入玻璃發酵罐中，並向罐中加入濾液總質量1～3%的α-澱粉酶，密封罐口，繼續在26～28℃下發酵20～30天，發酵結束後取出發酵液並離心分離得到上清液，即為山藥醇；
（3）將上述得到的山藥醇和備用濾渣按質量比為4:1混合後裝入高壓反應釜中，向釜中通入氮氣直至釜內空氣完全排盡，開啟反應釜加熱器升高溫度至500～600℃，保溫熱解3～4h，再將熱解產物轉入炭化爐中，在氮氣氛圍下以200～300℃的溫度保溫炭化1～2h，得到山藥渣多孔炭，備用；
（4）按重量份數計，稱取20～30份爬巖魚、3～5份白方腐乳、20～30份鳳梨、20～30份黃豆和100～150份去離子水攪拌均勻後裝入玻璃瓶中作為發酵底物，按接種量為3～5%向瓶中接入酵母菌，密封瓶口後在30～40℃下保溫發酵7～9天，過濾去除濾渣，得到濾液即為胺基酸富集液；
（5）按質量比為10:1將上述胺基酸富集液和桃膠混合加熱升溫至60～70℃，繼續攪拌混合20～30min，待混合液變粘稠時，將粘稠混合液轉入反應釜中，再向釜中加入粘稠混合液總質量30～40%的牛糞、5～10%的蘑菇渣、3～5份殼聚糖，在60～70℃下攪拌混合20～30min得到土壤調理漿料；
（6）將上述得到的土壤調理漿料通過螺杆泵輸送至噴霧乾燥器，控制進料量為15～20mL/min，調節乾燥器離心噴頭轉速為200～220r/min，以進風溫度為180～190℃，出風口溫度為60～65℃的條件進行噴霧乾燥，最後將乾燥物粉碎後過100目篩，裝袋後即得多功能土壤調理劑。
本發明的應用方法是：首先對板結土壤進行除草工序，隨後在下雨后土壤溼潤時，按照質量比1：1200～1：1500，將本發明製得的多功能土壤調理劑與水裝入容器並攪拌混合10～15min，再將混合液用農用噴霧機直接噴施於板結土壤中，使藥液吸附在土壤表面，隨著水分的滲透進入土壤深層，控制每次土壤調理劑用量為250～350g/畝，每5～7個月使用一次，共施用3～5次，待板結土壤結塊鬆散，即可恢復耕種。經檢測，本發明多功能土壤調理劑疏鬆土壤深度可達地表以下100～130cm，真正實現免深耕，土壤容重較原先下降了0.05～0.07g/cm3，同時提高肥料利用率55%以上，具有較好的保水節肥作用，且使用本發明土壤調理劑調理的土壤在恢復耕種後，使農作物中營養成分含量提高了5～8%，使種植的農作物增產20～25%。
本發明的有益效果是：
（1）本發明多功能土壤調理劑對土壤調理的作用時間持久，調理效果好，且本發明土壤調理劑添加的生物質炭能對土壤有機質起了激發作用，有利於土壤中原有的有機質的分解，進一步提高土壤的肥力，協調了土壤的供肥與保肥能力，保證了植物有充足的養分供應；
（2）本發明土壤調理劑功能豐富，所含營養物質較多，營養元素持久釋放，可有效提高肥料利用率，增加土壤有機質含量，同時降低土壤容重，提高土壤保水保肥能力，在促進作物生長的同時使作物產量、品質得到顯著提高。
具體實施方式
首先取山藥洗淨後去皮並切成邊長為1cm的山藥塊，按質量比為10:5:3:1將山藥塊、去離子水、蔗糖和葡萄皮放入研缽中，研磨混合20～30min得到混合物，將混合物裝入發酵罐中，直至裝滿發酵罐的3/4時停止加入，密封罐口後將發酵罐放在26～28℃的環境下保溫發酵6～7天；待上述發酵結束後過濾分離，分別收集濾液和濾渣，濾渣備用，將所得濾液再次裝入玻璃發酵罐中，並向罐中加入濾液總質量1～3%的α-澱粉酶，密封罐口，繼續在26～28℃下發酵20～30天，發酵結束後取出發酵液並離心分離得到上清液，即為山藥醇；隨後將上述得到的山藥醇和備用濾渣按質量比為4:1混合後裝入高壓反應釜中，向釜中通入氮氣直至釜內空氣完全排盡，開啟反應釜加熱器升高溫度至500～600℃，保溫熱解3～4h，再將熱解產物轉入炭化爐中，在氮氣氛圍下以200～300℃的溫度保溫炭化1～2h，得到山藥渣多孔炭，備用；再按重量份數計，稱取20～30份爬巖魚、3～5份白方腐乳、20～30份鳳梨、20～30份黃豆和100～150份去離子水攪拌均勻後裝入玻璃瓶中作為發酵底物，按接種量為3～5%向瓶中接入酵母菌，密封瓶口後在30～40℃下保溫發酵7～9天，過濾去除濾渣，得到濾液即為胺基酸富集液；再按質量比為10:1將上述胺基酸富集液和桃膠混合加熱升溫至60～70℃，繼續攪拌混合20～30min，待混合液變粘稠時，將粘稠混合液轉入反應釜中，再向釜中加入粘稠混合液總質量30～40%的牛糞、5～10%的蘑菇渣、3～5份殼聚糖，在60～70℃下攪拌混合20～30min得到土壤調理漿料；最後將上述得到的土壤調理漿料通過螺杆泵輸送至噴霧乾燥器，控制進料量為15～20mL/min，調節乾燥器離心噴頭轉速為200～220r/min，以進風溫度為180～190℃，出風口溫度為60～65℃的條件進行噴霧乾燥，最後將乾燥物粉碎後過100目篩，裝袋後即得多功能土壤調理劑。
實例1
首先取山藥洗淨後去皮並切成邊長為1cm的山藥塊，按質量比為10:5:3:1將山藥塊、去離子水、蔗糖和葡萄皮放入研缽中，研磨混合20min得到混合物，將混合物裝入發酵罐中，直至裝滿發酵罐的3/4時停止加入，密封罐口後將發酵罐放在26℃的環境下保溫發酵6天；待上述發酵結束後過濾分離，分別收集濾液和濾渣，濾渣備用，將所得濾液再次裝入玻璃發酵罐中，並向罐中加入濾液總質量1%的α-澱粉酶，密封罐口，繼續在26℃下發酵20天，發酵結束後取出發酵液並離心分離得到上清液，即為山藥醇；隨後將上述得到的山藥醇和備用濾渣按質量比為4:1混合後裝入高壓反應釜中，向釜中通入氮氣直至釜內空氣完全排盡，開啟反應釜加熱器升高溫度至500℃，保溫熱解3h，再將熱解產物轉入炭化爐中，在氮氣氛圍下以200℃的溫度保溫炭化1h，得到山藥渣多孔炭，備用；再按重量份數計，稱取20份爬巖魚、3份白方腐乳、20份鳳梨、20份黃豆和100份去離子水攪拌均勻後裝入玻璃瓶中作為發酵底物，按接種量為3%向瓶中接入酵母菌，密封瓶口後在30℃下保溫發酵7天，過濾去除濾渣，得到濾液即為胺基酸富集液；再按質量比為10:1將上述胺基酸富集液和桃膠混合加熱升溫至60℃，繼續攪拌混合20min，待混合液變粘稠時，將粘稠混合液轉入反應釜中，再向釜中加入粘稠混合液總質量30%的牛糞、5%的蘑菇渣、3份殼聚糖，在60℃下攪拌混合20min得到土壤調理漿料；最後將上述得到的土壤調理漿料通過螺杆泵輸送至噴霧乾燥器，控制進料量為15mL/min，調節乾燥器離心噴頭轉速為200r/min，以進風溫度為180℃，出風口溫度為60℃的條件進行噴霧乾燥，最後將乾燥物粉碎後過100目篩，裝袋後即得多功能土壤調理劑。
本實例操作簡便，使用時，首先對板結土壤進行除草工序，隨後在下雨后土壤溼潤時，按照質量比1：1200，將本發明製得的多功能土壤調理劑與水裝入容器並攪拌攪動混合10min，再將混合液用農用噴霧機直接噴施於板結土壤中，使藥液吸附在土壤表面，隨著水分的滲透進入土壤深層，控制每次土壤調理劑用量為250g/畝，每5個月使用一次，共施用3次，待板結土壤結塊鬆散，即可恢復耕種。經檢測，本發明多功能土壤調理劑疏鬆土壤深度可達地表以下100cm，真正實現免深耕，土壤容重較原先下降了0.05g/cm3，同時提高肥料利用率56%，具有較好的保水節肥作用，且使用本發明土壤調理劑調理的土壤在恢復耕種後，使農作物中營養成分含量提高了5%，使種植的農作物增產20%。
實例2
首先取山藥洗淨後去皮並切成邊長為1cm的山藥塊，按質量比為10:5:3:1將山藥塊、去離子水、蔗糖和葡萄皮放入研缽中，研磨混合25min得到混合物，將混合物裝入發酵罐中，直至裝滿發酵罐的3/4時停止加入，密封罐口後將發酵罐放在27℃的環境下保溫發酵6天；待上述發酵結束後過濾分離，分別收集濾液和濾渣，濾渣備用，將所得濾液再次裝入玻璃發酵罐中，並向罐中加入濾液總質量2%的α-澱粉酶，密封罐口，繼續在27℃下發酵25天，發酵結束後取出發酵液並離心分離得到上清液，即為山藥醇；隨後將上述得到的山藥醇和備用濾渣按質量比為4:1混合後裝入高壓反應釜中，向釜中通入氮氣直至釜內空氣完全排盡，開啟反應釜加熱器升高溫度至550℃，保溫熱解3h，再將熱解產物轉入炭化爐中，在氮氣氛圍下以250℃的溫度保溫炭化1h，得到山藥渣多孔炭，備用；再按重量份數計，稱取25份爬巖魚、4份白方腐乳、25份鳳梨、25份黃豆和125份去離子水攪拌均勻後裝入玻璃瓶中作為發酵底物，按接種量為4%向瓶中接入酵母菌，密封瓶口後在35℃下保溫發酵8天，過濾去除濾渣，得到濾液即為胺基酸富集液；再按質量比為10:1將上述胺基酸富集液和桃膠混合加熱升溫至65℃，繼續攪拌混合25min，待混合液變粘稠時，將粘稠混合液轉入反應釜中，再向釜中加入粘稠混合液總質量35%的牛糞、8%的蘑菇渣、4份殼聚糖，在65℃下攪拌混合25min得到土壤調理漿料；最後將上述得到的土壤調理漿料通過螺杆泵輸送至噴霧乾燥器，控制進料量為18mL/min，調節乾燥器離心噴頭轉速為210r/min，以進風溫度為185℃，出風口溫度為63℃的條件進行噴霧乾燥，最後將乾燥物粉碎後過100目篩，裝袋後即得多功能土壤調理劑。
本實例操作簡便，使用時，首先對板結土壤進行除草工序，隨後在下雨后土壤溼潤時，按照質量比1：1350，將本發明製得的多功能土壤調理劑與水裝入容器並攪拌攪動混合13min，再將混合液用農用噴霧機直接噴施於板結土壤中，使藥液吸附在土壤表面，隨著水分的滲透進入土壤深層，控制每次土壤調理劑用量為300g/畝，每6個月使用一次，共施用4次，待板結土壤結塊鬆散，即可恢復耕種。經檢測，本發明多功能土壤調理劑疏鬆土壤深度可達地表以下115cm，真正實現免深耕，土壤容重較原先下降了0.06g/cm3，同時提高肥料利用率57%，具有較好的保水節肥作用，且使用本發明土壤調理劑調理的土壤在恢復耕種後，使農作物中營養成分含量提高了7%，使種植的農作物增產23%。
實例3
首先取山藥洗淨後去皮並切成邊長為1cm的山藥塊，按質量比為10:5:3:1將山藥塊、去離子水、蔗糖和葡萄皮放入研缽中，研磨混合30min得到混合物，將混合物裝入發酵罐中，直至裝滿發酵罐的3/4時停止加入，密封罐口後將發酵罐放在28℃的環境下保溫發酵7天；待上述發酵結束後過濾分離，分別收集濾液和濾渣，濾渣備用，將所得濾液再次裝入玻璃發酵罐中，並向罐中加入濾液總質量3%的α-澱粉酶，密封罐口，繼續在28℃下發酵30天，發酵結束後取出發酵液並離心分離得到上清液，即為山藥醇；隨後將上述得到的山藥醇和備用濾渣按質量比為4:1混合後裝入高壓反應釜中，向釜中通入氮氣直至釜內空氣完全排盡，開啟反應釜加熱器升高溫度至600℃，保溫熱解4h，再將熱解產物轉入炭化爐中，在氮氣氛圍下以300℃的溫度保溫炭化2h，得到山藥渣多孔炭，備用；再按重量份數計，稱取30份爬巖魚、5份白方腐乳、30份鳳梨、30份黃豆和150份去離子水攪拌均勻後裝入玻璃瓶中作為發酵底物，按接種量為5%向瓶中接入酵母菌，密封瓶口後在40℃下保溫發酵9天，過濾去除濾渣，得到濾液即為胺基酸富集液；再按質量比為10:1將上述胺基酸富集液和桃膠混合加熱升溫至70℃，繼續攪拌混合30min，待混合液變粘稠時，將粘稠混合液轉入反應釜中，再向釜中加入粘稠混合液總質量40%的牛糞、10%的蘑菇渣、5份殼聚糖，在70℃下攪拌混合30min得到土壤調理漿料；最後將上述得到的土壤調理漿料通過螺杆泵輸送至噴霧乾燥器，控制進料量為20mL/min，調節乾燥器離心噴頭轉速為220r/min，以進風溫度為190℃，出風口溫度為65℃的條件進行噴霧乾燥，最後將乾燥物粉碎後過100目篩，裝袋後即得多功能土壤調理劑。
本實例操作簡便，使用時，首先對板結土壤進行除草工序，隨後在下雨后土壤溼潤時，按照質量比1：1500，將本發明製得的多功能土壤調理劑與水裝入容器並攪拌攪動混合15min，再將混合液用農用噴霧機直接噴施於板結土壤中，使藥液吸附在土壤表面，隨著水分的滲透進入土壤深層，控制每次土壤調理劑用量為350g/畝，每7個月使用一次，共施用5次，待板結土壤結塊鬆散，即可恢復耕種。經檢測，本發明多功能土壤調理劑疏鬆土壤深度可達地表以下130cm，真正實現免深耕，土壤容重較原先下降了0.07g/cm3，同時提高肥料利用率58%，具有較好的保水節肥作用，且使用本發明土壤調理劑調理的土壤在恢復耕種後，使農作物中營養成分含量提高了8%，使種植的農作物增產25%。