CN102585835A

CN102585835A - 一种利用农作物秸秆的炭化产物制成的土壤保水剂

Info

Publication number: CN102585835A
Application number: CN2011104573901A
Authority: CN
Inventors: 陈静; 潘根兴; 李恋卿; 郑金伟; 郑聚锋; 张旭辉
Original assignee: Nanjing Agricultural University
Current assignee: Nanjing Agricultural University
Priority date: 2011-12-31
Filing date: 2011-12-31
Publication date: 2012-07-18

Abstract

一种利用农作物秸秆的炭化产物制成的土壤保水剂，其特征在于包括农作物秸秆的炭化产物以及PAM，PAM与生物黑炭重量比=1:10-2:10。农作物秸秆是小麦、玉米、稻壳、高粱或大豆秸秆。制备方法是将农作物秸秆炭化获得的生物黑炭制品磨碎后过60目筛孔，加水，混合均匀，加入PAM，混合均匀，烘至含水率为10%—30%即可取出，切成长、宽各约0.3-0.5cm的碎块；然后干燥至恒重，即得到保水剂。该产品能减缓土壤水分自然蒸发，提高土壤水分含量，从而可用于农田土壤保墒增墒。

Description

一种利用农作物秸秆的炭化产物制成的土壤保水剂

技术领域

本发明涉及一种利用农业废弃物生物质炭化产物与聚丙烯酰胺（PAM）共同制成的生物黑炭保水剂及其制备方法，主要用于提高旱地土壤的持水能力，解决或缓解由于干旱而引起的农业减产问题，属于农业保水技术领域。

技术背景

在我国北方，农田多为干旱半干旱地区，严重缺水，生产力低下；农田灌溉存在以下问题：节水灌溉理念不普及；灌溉用水量大，占用水总量的70%；灌溉成本高，利用系数低，仅为0.3-0.4，与发达国家的0.7-0.9有很大差距，因此迫切需提高灌溉水利用效率、发展土壤保墒节水措施。

我国是一个农业生产大国，秸秆是农业生产的主要副产品，2005年我国秸秆总产量达到8亿吨，40%以上被焚烧，污染空气，又成为温室气体的重要来源。近年来，我国农业废弃物生物质热裂解炭化的大生产工艺已经成熟，秸秆热裂解的产物是气态生物燃气、固态生物黑炭及液态木醋液，其中生物黑炭具有较大的比表面积，孔隙度高，储水性强的特点，但由于生物黑炭的有机物质多含疏水性基团，故保水作用有限。如果将生物黑炭用于农田土壤储水保水方面，需要对生物黑炭经过亲水性改性。

聚丙烯酰胺（PAM）属于表面改性物质，施用土壤后可以增加土壤团聚性，稳定土壤结构，防止土壤流失和抑制土壤水分蒸发及保水保肥等作用，特别是保水能力极强，但PAM成本高，限制了其在农业中的普遍使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用农作物秸秆的炭化产物制成的土壤保水剂，通过聚丙烯酰胺改性农业秸秆热裂解得到的生物黑炭，能够提高旱地土壤的保水能力，降低保水剂的成本。

为了实现上述的发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种利用农作物秸秆的炭化产物制成的土壤保水剂，其特征在于包括农作物秸秆炭化获得的生物黑炭以及PAM，PAM与农作物秸秆炭化获得的生物黑炭重量比=1:10-2:10。

一种利用农作物秸秆的炭化产物制成的土壤保水剂的制备方法，其特征在于将农作物秸秆炭化获得的生物黑炭，过60目筛，加水，混合均匀，加入PAM ，混合均匀，烘至含水率为10%-30%取出，切成长、宽各约0.3-0.5cm的碎块；然后干燥至恒重，即得到保水剂。所述农作物秸秆是小麦、玉米、稻壳、高粱或大豆秸秆原料。

PAM具有高的吸水性、保水性和表面结合能力，且可降解；生物黑炭经PAM改性制得的保水剂保水效果显著，能够减少水分蒸发，增加土壤墒情，起到农田土壤保水作用；且生物黑炭其为稳定有机质，可以快速提高土壤有机质含量。本发明获得的保水剂不同于粉末状生物黑炭，外观呈颗粒状态，疏松多孔，比表面积大、有较高持水能力，且便于使用。改性生物黑炭制品中PAM比例越大，其保水能力也越强，可通过增加施用量达到提高土壤的水分含量的要求。

具体实施方式

实施例1

利用农作物秸秆的炭化产物制成的土壤保水剂，取100g过60目筛孔的农作物秸秆炭化获得的生物黑炭（商丘三利新能源有限公司），加水65mL，混合均匀，加入10g PAM（购自国药集团化学试剂有限公司，型号MW1000万），混合均匀，烘至含水率为10%-30%即可取出，切成长、宽各约0.3-0.5cm的碎块；然后干燥至恒重，即得到保水剂。所述农作物秸秆是小麦、玉米、稻壳、高粱或大豆秸秆原料。

实施例2

利用农作物秸秆的炭化产物制成的土壤保水剂，取100g过60目筛孔的农作物秸秆炭化获得的生物黑炭，加水70mL，混合均匀，加入15g PAM，混合均匀，烘至含水率为10%—30%即可取出，切成长、宽各约0.3-0.5cm的碎块；然后干燥至恒重，即得到保水剂。所述农作物秸秆是小麦、玉米、稻壳、高粱或大豆秸秆原料。

实施例3

不同于实施例1的内容在于取100g过60目筛孔的生物黑炭，加水75mL，PAM质量为20g。

实施例4 实施例1-3制得的保水剂对室内土壤水分蒸发的影响实验

对照组不施加保水剂；

样品组施加实施例1-3制得的保水剂，用量3%；

实验过程：称50g过10目的风干土于容器中，分为2组，分别为对照组、样品组，土壤与施加材料混匀后向每个杯中加入30mL蒸馏水，记下初始重后每隔12小时称重一次，实验持续2周。

结果说明：与对照组相比，施用实施例1、2、3的保水剂，可分别降低土壤水分蒸发8.66g/100g土、10.42g/100g土、7.98g/100g土，降低幅度分别是8.66%、10.42%、7.98%，均能显著降低土壤水分蒸发，说明施加实施例1-3的保水剂可提高土壤的保水能力，达到显著高于对照组的作用。

实施例5 实施例1-3制得的保水剂吸水能力考察

分别称取实施例1、2、3的保水剂5g置于烧杯中，各加入100mL蒸馏水，吸水24h后用400目的尼龙筛过滤，1小时后（保证多余的水漏干）称重，计算出每克保水剂的吸水倍数（每克保水剂吸收水分的克数即为吸水倍数）。

实施例1、2、3的保水剂的吸水倍数分别是2.32±0.18、6.39±0.06、8.18±0.21，吸水倍数随着PAM在保水剂内的比例提高而提高。

实施例6不同肥料溶液对实施例1-3的保水剂吸水能力的影响

分别取实施例1、2、3的保水剂5g，加入烧杯中，向烧杯中加入100mL A、B、C三种肥料溶液：A：尿素 0.01mol/L、B：磷酸二氢钙 0.01mol/L、C：硫酸钾 0.01mol/L，24h后用400目的尼龙筛过滤，1小时后（保证多余的水漏干）称重，计算出每克保水剂的吸水倍数。

结果说明：尿素溶液对实施例1和2的保水剂的吸水能力没有显著性影响，实施例3的保水剂制品在尿素溶液中的吸水倍数显著性增加；磷酸二氢钙及硫酸钾溶液则显著降低了对实施例1-3的保水剂的吸水能力，磷酸二氢钙溶液的影响作用更大。

可见溶液中离子的存在会降低本发明保水剂的吸水能力，且随着离子价数的增加吸水能力下降；这是由于PAM的吸水能力受离子类型的影响造成的，保水剂中PAM含量越多所受影响越大；因此在实际施加本发明的保水剂时需要考虑肥料施用的类型，尽量减少肥料对保水能力的影响。

实施例7实施例1的保水剂对苗期玉米生长和土壤水分保持的影响实验

对照组是不施加保水剂只施加肥料，施用肥料量为 N 0.1g/kg土、P₂O₅0.1g/kg土、K₂O 0.1g/kg土；

样品组施加实施例1制备的保水剂和肥料，保水剂的施用量为2.5%、5%（相当于风干土重量）两个水平，施用肥料量为 N 0.1g/kg土、P₂O₅0.1g/kg土、K₂O 0.1g/kg土；

具体操作是称取过10目的风干土1.5kg于塑料盆钵中，按照各组的要求施加材料，混匀装好后向每个塑料盆钵中加600mL蒸馏水，隔夜后每盆播4粒玉米种子，等出苗后留2株长势相似的玉米苗，将盆钵移到大棚中，20天后收获并测定玉米苗农艺性状（株高、叶面积、生物量、根系数和根重）及盆栽土的含水量。玉米苗生长期间要进行水分管理，具体做法是通过称重法及目测盆栽土壤干湿程度进行浇水，时间为2天一个间隔，每次浇水200mL/盆，遇到雨天或阴天则浇水间隔长于2天，从盆钵移到大棚至收获共浇水4次共800 mL/盆，结果见表1所示。

表1 不同处理对玉米苗各生长指标的影响结果

注：对表中同列数据进行了差异显著性检验，所选方法是LSD法，其中不同小写字母a、b、c表示处理组间差异显著（P=0.05），数值表示方式为“平均值±标准差”，n=3。

从表1可见玉米苗叶面积指标方面，对照组的玉米叶面积平均为102.67cm²，样品组2.5%水平的玉米苗叶面积为115.02cm²，比对照组增加了12.35 cm²，两者玉米苗的叶面积之间没有显著性差异；

玉米苗干物质总重方面，对照组干物质总重平均为2.97g/盆，样品组2.5%水平的干物质总重平均为3.40g/盆，增加了0.43 g/盆，两者玉米苗的干物质总重之间没有显著性差异；

盆栽土含水量指标方面，对照组盆栽土含水量平均为15.31%，2.5%水平的盆栽土含水量平均为23.63%，与对照相比提高了8.32%，显著提高盆栽土壤的含水量。与对照组相比，样品组5%水平的盆栽土含水量增加了22.21%，但叶面积与干物质总重均低于对照组，说明施加高水平的保水剂可显著提高盆栽土壤的含水量，但水分过多会影响土壤的通气状况，抑制作物根系的呼吸作用，从而抑制作物的生长。

因为玉米苗叶面积影响植物的蒸腾作用，从而影响植物的光合作用，叶面积越大，说明玉米苗长得越好，但由于植物蒸腾作用所引起的土壤水分损失也就越多。施加2.5%本发明实施例1的保水剂后玉米苗长势良好，同时由于蒸腾作用土壤水分损失相对增多，但基本与对照组持平。综合来讲，本发明的保水剂可显著提高土壤的保水能力，但超过一定施用量后，由于土壤水分含量过多会出现抑制作物生长的现象。

Claims

1.一种利用农作物秸秆的炭化产物制成的土壤保水剂，其特征在于包括农作物秸秆炭化获得的生物黑炭以及PAM，PAM与农作物秸秆炭化获得的生物黑炭重量比=1:10-2:10。

2.根据权利要求1所述的利用农作物秸秆的炭化产物制成的土壤保水剂，其特征在于所述农作物秸秆是小麦、玉米、稻壳、高粱或大豆秸秆。

3. 一种利用农作物秸秆的炭化产物制成的土壤保水剂的制备方法，其特征在于将农作物秸秆炭化获得的生物黑炭粉碎、过筛，加水，混合均匀，加入PAM ，混合均匀，烘至含水率为10%-30%取出，切成长、宽各约0.3-0.5cm的碎块；然后干燥至恒重，即得到保水剂。

4.根据权利要求2所述的利用农作物秸秆的炭化产物制成的土壤保水剂的制备方法，其特征在于所述农作物秸秆是小麦、玉米、稻壳、高粱或大豆秸秆。

5.根据权利要求2所述的利用农作物秸秆的炭化产物制成的土壤保水剂的制备方法，其特征在于将生物黑炭过60目筛。