專利名稱：生物炭為基質(zhì)的混配型設(shè)施菜田土壤調(diào)理劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)廢棄物循環(huán)利用技術(shù)和土壤肥料技術(shù)，具體為生物炭為基質(zhì)的混配型設(shè)施菜田土壤調(diào)理劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
中國設(shè)施蔬菜栽培面積近280萬公頃，具有以下特點(diǎn)一是利用強(qiáng)度高，利用頻度高，復(fù)種指數(shù)高，種植密度大。設(shè)施菜田循環(huán)利用，基 本無休閑期；二是肥料用量大，無論是化肥還是有機(jī)肥都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過作物需要量，氮肥過量施用現(xiàn)象十分普遍。大量施肥造成土壤硝酸鹽積累，通過淋溶下滲到地下水中，對(duì)飲用水安全造成潛在威脅；三是高溫、高濕、封閉或半封閉環(huán)境導(dǎo)致的土壤次生鹽潰化、土壤酸化、土傳病害嚴(yán)重等。如遼寧新民地區(qū)使用年限為10年左右設(shè)施菜田，如果不通過置換表土等機(jī)械改良措施，土傳病害發(fā)生十分嚴(yán)重，只能廢棄，改種大田作物。隨著設(shè)施菜田使用年限的增加，土壤溶液中硝酸根離子含量顯著增加。我國菜田高強(qiáng)度利用、高量施肥的直接后果是菜田可持續(xù)利用能力下降、蔬菜產(chǎn)量和質(zhì)量下降，因此土壤鹽潰化、硝酸鹽富集、土傳病害是影響設(shè)施菜田可持續(xù)利用的主要限制性因子。針對(duì)設(shè)施菜田肥料利用率低，土傳病害發(fā)生頻繁，土地可持續(xù)利用能力不強(qiáng)等特點(diǎn)，有必要利用技術(shù)手段對(duì)設(shè)施菜田土壤進(jìn)行調(diào)節(jié)。生物炭是生物質(zhì)在無氧或微氧條件下低溫?zé)徂D(zhuǎn)化后的固體副產(chǎn)物，是有機(jī)碳含量高、多孔性、堿性、吸附能力強(qiáng)的多用途材料。生物炭能夠提高土壤有機(jī)碳含量，改善土壤保水和保肥性能，減少養(yǎng)分損失，有益于土壤微生物棲息和活動(dòng)，是良好的土壤改良劑。生物炭延緩肥料在土壤中的養(yǎng)分釋放，降低養(yǎng)分損失，提高肥料養(yǎng)分利用率，是肥料養(yǎng)分增效的有效載體。生物炭在土壤中極為穩(wěn)定，埋到地下后可以有幾百至上千年不會(huì)消失，可長期將碳固貯于土壤，具有極強(qiáng)的土壤固碳潛力，有助于減緩全球變暖。利用廢棄生物質(zhì)生產(chǎn)生物炭，并將生物炭農(nóng)用將是具有廣闊前景的多贏技術(shù)。生物炭的制備方法已有較多技術(shù)和工藝，如中國發(fā)明專利申請(qǐng)公布號(hào)CN102602913A公布了生物炭的制備方法；CN102533293A公布了一種濕法制備生物炭的裝置；CN102492509A公布了自動(dòng)控溫連續(xù)生產(chǎn)生物炭的工藝和設(shè)備；CN102272272A公布了用于使試劑沉積到生物炭上和生物炭內(nèi)的方法和設(shè)備；CN102015977A公布了生物炭生產(chǎn)設(shè)備及用于生產(chǎn)生物炭的工藝；CN101979479A公布了利用廢菌渣加工轉(zhuǎn)化生物炭的技術(shù)方法；CN101875845A公布了利用農(nóng)作物秸桿聯(lián)產(chǎn)生物油和生物炭的工藝及專用裝置；CN101787312A公開了一種垃圾滲浙液為原料制備的生物炭漿及其制備工藝；CN101730733A公布了一種生物炭生產(chǎn)設(shè)備及其控制方法和用于生產(chǎn)生物炭的工藝；CN102583311A公布了一種利用農(nóng)林廢棄物制備生物質(zhì)炭的方法；CN102439116A公布了一種生成生物質(zhì)炭和生物質(zhì)能的熱解過程和設(shè)備；CN101993701A公布了一種基于廢棄農(nóng)作物秸桿制備生物質(zhì)炭的方法。CN1896180公布了一種高強(qiáng)防水后成型生物質(zhì)炭的生產(chǎn)方法。授權(quán)公告號(hào)CN1710022授權(quán)了生產(chǎn)生物質(zhì)炭化燃?xì)獾姆椒胺椿鹕镔|(zhì)炭化燃?xì)獍l(fā)生爐。上述技術(shù)的發(fā)展為生物炭的高效利用提供了支撐。
在生物炭肥料和土壤改良方面，中國發(fā)明專利申請(qǐng)公布號(hào)CN102424642A公開了一種將玉米秸桿、或蘋果樹廢枝干木屑經(jīng)熱裂解或氣化后得到的生物炭；將生物炭和硝酸銨溶液、或尿素-硝酸銨溶液混合，攪拌烘干，加入粘結(jié)劑，造粒烘干，生產(chǎn)生物炭基緩釋氮肥的方法，具提高氮肥利用率的功效；CN102515914A公布了一種生物質(zhì)碳肥料的制備及使用方法，特征是將生物質(zhì)原料風(fēng)干、粉碎，于250 650°C缺氧或無氧條件下進(jìn)行碳化后，研磨過篩，制備生物質(zhì)碳肥料并直接在農(nóng)田使用；CN102405706A公布了一種利用農(nóng)業(yè)廢棄物生物質(zhì)炭化產(chǎn)物改良熟化鹽堿土的方法；CN102358714A公布了一種利用秸桿、廚余廢棄物生物質(zhì)炭生產(chǎn)的多功能生物質(zhì)炭肥；CN102342301A公布了一種利用秸桿和生活櫥余生物質(zhì)炭化副產(chǎn)品的葉面調(diào)理劑及其應(yīng)用方法。上述利用生物炭制作肥料的土壤改良的方法中，提供了生物炭農(nóng)用的一些技術(shù)途徑，但生物炭本身養(yǎng)分含量低，作為土壤改良劑或調(diào)理劑單獨(dú)使用具有一定的局限性，實(shí)際應(yīng)用中有待改進(jìn)。設(shè)施蔬菜土地利用頻度高，土壤處理的難度相對(duì)較大，目前的土壤改良劑功效較為單一，若在設(shè)施菜田土壤處理時(shí)單獨(dú)使用各種藥劑，費(fèi)工費(fèi)力，因此有必要開發(fā)出針對(duì)設(shè)施菜田的多功能土壤調(diào)理劑，從而達(dá)到防病和肥料增效的多重效果。目前，解決設(shè)施土壤障 礙的技術(shù)需求十分迫切，開發(fā)防病和肥料增效技術(shù)和產(chǎn)品，對(duì)于實(shí)現(xiàn)我國設(shè)施菜田的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和可持續(xù)利用，保障農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)，具有重要的實(shí)踐意義和廣闊的應(yīng)用前景，是循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展、減少購買性農(nóng)用資源投入的的一項(xiàng)重大技術(shù)需求，是推進(jìn)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)的一項(xiàng)重要支撐技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用生物炭為基質(zhì)的混配型設(shè)施菜田土壤調(diào)理劑及其制備方法，它是一種工藝簡單、原料充足、成本低廉、應(yīng)用效果明顯的以生物炭、麥飯石粉、沸石粉、石灰氮為主要原料制作混配型設(shè)施菜田土壤調(diào)理劑的方法，用于防控設(shè)施菜田病害、提高肥料利用率，降低土壤容重，提高土壤緩沖性能，解決設(shè)施菜田因土壤質(zhì)量下降而影響其可持續(xù)利用的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種生物炭為基質(zhì)的混配型設(shè)施菜田土壤調(diào)理劑，按重量百分比計(jì)，土壤調(diào)理劑為生物炭60 80%，麥飯石粉5 15%、沸石粉5 15%和石灰氮5 15%。所述生物炭為農(nóng)作物生產(chǎn)的廢棄物在炭化爐中經(jīng)300 - 500°C炭化后得到的固體產(chǎn)物，用粉碎機(jī)粉碎或球磨機(jī)磨碎，過20目篩。所述農(nóng)作物生產(chǎn)的廢棄物為玉米、大豆、高粱秸桿、稻草、稻殼或玉米芯生產(chǎn)所產(chǎn)生的廢棄物中的一種或幾種。所述麥飯石粉為過60目篩的麥飯石粉；所述沸石粉為過60目篩的沸石粉；所述石灰氮為顆粒狀?；炫湫驮O(shè)施菜田土壤調(diào)理劑的制備方法，按重量百分比計(jì)，先將麥飯石粉、沸石粉與石灰氮混合，攪拌均勻，再與生物炭混合，充分?jǐn)嚢?，混合均勻后，制成土壤調(diào)理劑。所述生物炭為農(nóng)作物生產(chǎn)的廢棄物在炭化爐中經(jīng)300 - 500°C炭化后得到的固體產(chǎn)物，用粉碎機(jī)粉碎或球磨機(jī)磨碎，過20目篩。所述農(nóng)作物生產(chǎn)的廢棄物為玉米、大豆、高粱秸桿、稻草、稻殼或玉米芯生產(chǎn)所產(chǎn)生的廢棄物中的一種或幾種。所述麥飯石粉為過60目篩的麥飯石粉，其主要化學(xué)成分按重量百分比計(jì)二氧化硅63 67%、二氧化鈦O. 5 I. 0%、三氧化二鋁14 16%、氧化鐵4 6%、氧化鎂I 2%、氧化I丐3 4%、氧化鈉3 5%、氧化鉀3 5%,其余為雜質(zhì)。所述沸石粉為過60目篩的沸石粉，沸石粉的銨交換能力為1000 2000毫摩爾/千克、pH值7. 2 9. O。所述石灰氮為顆粒狀，石灰氮成分按重量百分比計(jì)含氮17 23%，含氧化鈣40 50%，其余為雜質(zhì)，pH為11.0 ~ 12.5。本發(fā)明利用各種配方成分的特定功效，通過各成分的協(xié)同增效作用，達(dá)到提高設(shè)施菜田土壤緩沖性能，降低土壤容重，提高化學(xué)氮肥和磷肥的利用率，防治土傳病害的效果O
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)I.本發(fā)明工藝簡單，無污染，原料充足，容易實(shí)施，所用主要原料價(jià)格低廉，不僅適合工廠化生產(chǎn)，也適合個(gè)體業(yè)戶生產(chǎn)。2.本發(fā)明中原料配伍合理，每種原料均有特有的功效(I)生物炭是生物質(zhì)在無氧或微氧條件下低溫?zé)徂D(zhuǎn)化后的固體副產(chǎn)物，是有機(jī)碳含量高、多孔性、堿性、吸附能力強(qiáng)的多用途材料。生物炭能夠提高土壤有機(jī)碳含量，改善土壤保水、保肥性能，減少養(yǎng)分損失，是肥料養(yǎng)分增效的有效載體，有益于土壤微生物棲息和活動(dòng)，特別是菌根真菌，是良好的土壤改良劑；(2)麥飯石是一種優(yōu)質(zhì)環(huán)保性天然礦物材料，是一種風(fēng)化或半風(fēng)化的淺成或超淺成中酸性巖，可為作物生長提供硅、鉀、鈣、鎂等營養(yǎng)元素，同時(shí)具有較強(qiáng)的吸附性，可提高植株酶活性等功效，提高作物抗病和抗逆性、提高氮磷肥料利用率；(3)沸石具有很強(qiáng)的離子交換和離子吸附能力，可有效吸附銨離子、硝酸根以及其他陽離子，有效提高化學(xué)肥料和有機(jī)肥料的利用率，提高土壤鹽基交換量10 15%，中和設(shè)施菜田土壤中的酸度，使土壤中大于O. 25毫米團(tuán)聚體含量明顯增加。(4)石灰氮是一種氮素肥料(含氮20%左右)，也是一種硝化抑制劑，可有效防止土壤中硝酸鹽淋溶遷移，污染地下水；同時(shí)，石灰氮在土壤中的水解，產(chǎn)生氰胺類化合物，可清除剛發(fā)芽的雜草，殺滅土傳病菌以及作物根結(jié)線蟲等，從而具有很好的防治設(shè)施菜田土傳病蟲害的效果；3.本發(fā)明為有機(jī)調(diào)配劑、離子吸附劑、硝化抑制劑相結(jié)合的土壤調(diào)理劑，可有效抑制土壤和肥料中銨離子的氧化，減少土壤中硝酸鹽含量，促進(jìn)蔬菜對(duì)銨離子的吸收利用，可直接提高土壤持水性，降低土壤容重，提高土地生產(chǎn)力。4.本發(fā)明為一種環(huán)境友好型防治設(shè)施菜田土傳病害的藥劑，并集防病害和肥料增效功效與一體，可單獨(dú)施入設(shè)施菜田，也可與底肥混拌后施用，使用時(shí)省工省力。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明中，生物炭為玉米、大豆、高粱秸桿、稻草、稻殼、玉米芯等農(nóng)作物生產(chǎn)的廢棄物中的至少一種在炭化爐中經(jīng)300 - 500°C炭化后得到的固體產(chǎn)物，用粉碎機(jī)粉碎或球磨機(jī)磨碎，過20目篩?？蛇x用市售產(chǎn)品，如遼寧金和福發(fā)展有限公司生產(chǎn)的生物炭產(chǎn)品，亦可按農(nóng)作物秸桿制作生物炭的方法自行生產(chǎn)。本發(fā)明中，麥飯石為市售產(chǎn)品，主要礦物成分為斜長石、鉀長石，其次為石英、普通角閃石、黑云母等。麥飯石過60目篩，按重量百分比計(jì)，產(chǎn)品的主要化學(xué)成分應(yīng)達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)二氧化硅63 67%、二氧化鈦O. 5 I. 0%、三氧化二鋁14 16%、氧化鐵4 6%、氧化鎂I 2%、氧化I丐3 4%、氧化鈉3 5%、氧化鉀3 5%,余量為雜質(zhì)。本發(fā)明中，沸石粉為天然沸石經(jīng)粉碎后過60目篩的市售產(chǎn)品，按重量百分比計(jì)，天然沸石粉的產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)二氧化硅64 69%、二氧化鈦O. 08 O. 13%、三氧化二鋁12 13%、三氧化二鐵O. 8 I. 5%、氧化鎂O. I I. 2%、氧化鈣I. 7 3. 6%、氧化鈉O. 3 2. 6%、氧化鉀I. I 3. 0%,余量為雜質(zhì)。物理化學(xué)指標(biāo)達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)銨交換能力1000 2000毫摩爾/千克、pH值7. 2 9. O。本發(fā)明中，石灰氮(學(xué)名為氰胺化鈣)為市售顆粒狀產(chǎn)品，黑灰色油性顆粒，按重量百分比計(jì)，產(chǎn)品達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)石灰氮含氮17 23%，含氧化鈣40 50%，其余為雜質(zhì)，pH為11. O 12. 5。寧夏大榮化工冶金有限公司等20多家廠家生產(chǎn)該產(chǎn)品。實(shí)施例I 將過60目篩的麥飯石粉10千克、過60目篩的沸石粉10千克與顆粒狀石灰氮10千克混合，攪拌均勻，再與過20目篩的生物炭70千克混合,充分?jǐn)嚢?混合均勻后，制成土
壤調(diào)理劑。實(shí)施例2 10與實(shí)施例I不同之處在于原料配比有所差別(見表1)，制備方法同實(shí)施例I。表I
德口~ 生物炭麥飯石粉珠石粉 ^顆粒石灰氮^ (千克)__(ft)__(ft)__(千克)
260101515
360151015
4601515 0
57051510
67010551
77015105
8805510
9805 5 0801055應(yīng)用例I選擇遼寧省沈陽市新民市大民屯鎮(zhèn)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)基地使用年限為10年的設(shè)施蔬菜大棚3座，每座設(shè)5米X 6米小區(qū)共12塊，試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理，其中3個(gè)處理施入實(shí)施例I中的調(diào)理劑，I個(gè)為對(duì)照，每個(gè)處理3次重復(fù)。按照每667平方米均勻施入6000千克腐熟雞糞，化學(xué)肥料為三元復(fù)合肥(含氮、五氧化二磷、氧化鉀均為15wt%)，試驗(yàn)處理中按施入調(diào)理劑量不同，相應(yīng)減少三元復(fù)合肥用量10%、20%和30%。于11月末種植番茄，按常規(guī)要求進(jìn)行田間管理，試驗(yàn)處理和結(jié)果見表2。表2試驗(yàn)處理、產(chǎn)量效果及化肥相對(duì)利用率
權(quán)利要求
1.一種生物炭為基質(zhì)的混配型設(shè)施菜田土壤調(diào)理劑，其特征在于，按重量百分比計(jì)，土壤調(diào)理劑為 生物炭60 80%，麥飯石粉5 15%、沸石粉5 15%和石灰氮5 15%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的混配型設(shè)施菜田土壤調(diào)理劑，其特征在于所述生物炭為農(nóng)作物生產(chǎn)的廢棄物在炭化爐中經(jīng)300 - 500°C炭化后得到的固體產(chǎn)物，用粉碎機(jī)粉碎或球磨機(jī)磨碎，過20目篩。
3.據(jù)權(quán)利要求2所述的混配型設(shè)施菜田土壤調(diào)理劑，其特征在于所述農(nóng)作物生產(chǎn)的廢棄物為玉米、大豆、高粱秸桿、稻草、稻殼或玉米芯生產(chǎn)所產(chǎn)生的廢棄物中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的混配型設(shè)施菜田土壤調(diào)理劑的制備方法，其特征在于所述麥飯石粉為過60目篩的麥飯石粉；所述沸石粉為過60目篩的沸石粉；所述石灰氮為顆粒狀。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求I所述的混配型設(shè)施菜田土壤調(diào)理劑的制備方法，其特征在于按重量百分比計(jì)，先將麥飯石粉、沸石粉與石灰氮混合，攪拌均勻，再與生物炭混合，充分?jǐn)嚢?，混合均勻后，制成土壤調(diào)理劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的混配型設(shè)施菜田土壤調(diào)理劑的制備方法，其特征在于所述生物炭為農(nóng)作物生產(chǎn)的廢棄物在炭化爐中經(jīng)300 - 500°C炭化后得到的固體產(chǎn)物，用粉碎機(jī)粉碎或球磨機(jī)磨碎，過20目篩。
7.據(jù)權(quán)利要求5所述的混配型設(shè)施菜田土壤調(diào)理劑的制備方法，其特征在于所述農(nóng)作物生產(chǎn)的廢棄物為玉米、大豆、高粱秸桿、稻草、稻殼或玉米芯生產(chǎn)所產(chǎn)生的廢棄物中的一種或幾種。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的混配型設(shè)施菜田土壤調(diào)理劑的制備方法，其特征在于所述麥飯石粉為過60目篩的麥飯石粉；所述沸石粉為過60目篩的沸石粉；所述石灰氮為顆粒狀。
全文摘要
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)廢棄物循環(huán)利用技術(shù)和土壤肥料技術(shù)，具體為生物炭為基質(zhì)的混配型設(shè)施菜田土壤調(diào)理劑及其制備方法。按重量百分比計(jì)，土壤調(diào)理劑為生物炭60～80%，麥飯石粉5～15%、沸石粉5～15%和石灰氮5～15%。土壤調(diào)理劑的制備方法先將過60目篩的麥飯石粉、過60目篩的沸石粉與顆粒狀石灰氮混合，攪拌均勻，再與生物炭混合，充分?jǐn)嚢?，混合均勻后，制成土壤調(diào)理劑。本發(fā)明制備方法簡單，無污染，能降低土壤容重，提高土壤緩沖性能，提高肥料氮和磷的利用率，防治土傳病害的效果。
文檔編號(hào)C05G3/04GK102807459SQ20121029929
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月21日
發(fā)明者姜勇, 張玉革, 陳利軍, 徐柱文, 王汝振 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所