CN106675566A - 一种利用山药热解制备多功能土壤调理剂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用山药热解制备多功能土壤调理剂的方法，属于土壤调理剂制备技术领域。本发明本发明利用山药醇高温热解山药渣，使山药渣呈现多孔、高度芳香化以及表面富集活性官能团的特性，再通过高温炭化使山药渣炭具备巨大的比表面积，同时芳香化结构增强，灰分含量和pH升高，速效养分和钙镁含量增高，再辅以氨基酸富集液，在桃胶的固着作用下达到缓释的效果，实现了对土壤调理剂的有效缓释，本发明制得的土壤调理剂有效延长了土壤调理剂的作用时间，提高了土壤调理剂的利用率，为作物在生长期中长时间供应充足的营养，且调理剂功能多样，为作物营养强化提供了很好的技术支持，具有广泛的应用前景。

Description

一种利用山药热解制备多功能土壤调理剂的方法
技术领域
本发明公开了一种利用山药热解制备多功能土壤调理剂的方法，属于土壤调理剂制备技术领域。
背景技术
近年来，由于农药的大量和不合理使用以及工业废弃物向农田排放等原因造成的土壤问题日益严重，土壤有机质遭到严重破坏，土壤养分流失，释放速度减缓，同时由于土壤板结造成土壤通气性下降，渗透系数降低，土壤中微生物活动性降低，这些土壤问题都直接影响了农作物种植的质量和产量，所以开发高效环保的土壤调理剂迫在眉睫已成为当前我国农业发展急需解决的问题。
土壤调理剂是由农用保水剂及富含有机质、腐殖酸的天然泥炭或其他有机物为主要原料，辅以生物活性成分及营养元素组成，经科学工艺加工而成的产品，有极其显著的“保水、增肥、透气”三大土壤调理性能。能够打破土壤板结、疏松土壤、增强土壤肥水渗透力，具有改良土壤，治理荒漠、保水抗旱，增强农作物抗病能力，恢复农作物原生态等功能，同时能大幅度提高植树成活率，改善农林产品品质，恢复农林产品的天然风貌。
目前用作土壤改良调节剂的矿物或岩石主要有石灰石、白云岩、膨润土、泥炭、泥炭蓝铁矿、蛭石、硅藻土、皂石、海泡石等。这些土壤调理剂可以改善土壤pH，结合有害金属元素等，但是所需修复时间长、效果不够理想，同时，现有的土壤调理剂改善性能单一，不能有效地补充土壤中缺失的有机质和营养元素，并且在提高化肥利用率方面作用有限。
生物质炭有着巨大的表面积和繁多的小孔结构，这种孔洞结构更容易聚集吸收营养养分物，促进有益微生物的生长，从而使土壤变得更肥沃，有利于植物的生长，实现可持续发展的绿色农业。所以，生物质炭在提高作物产量、增强土壤养分、增加土壤肥力、土壤结构改良修复等各方面都展现出了巨大的应用潜力，作为一类新型土壤调理剂材料在当今社会引起广泛关注。
发明内容
本发明主要解决的技术问题：针对目前传统土壤调理剂改善性能单一，不能有效补充土壤中缺失的有机质和营养元素，并且在提高化肥利用率方面作用有限，土壤调理作用时间短的缺陷，本发明提供了一种将山药切块发酵，利用产生的山药醇热解山药渣，再炭化制得多孔山药渣炭，将其作为载体，负载爬岩鱼和凤梨发酵制备的氨基酸富集液，辅以其他原料制备土壤调理剂的方法，本发明利用山药醇高温热解山药渣，使山药渣呈现多孔、高度芳香化以及表面富集活性官能团的特性，再通过高温炭化使山药渣炭具备巨大的比表面积，同时芳香化结构增强，灰分含量和pH升高，速效养分和钙镁含量增高，再辅以氨基酸富集液，在桃胶的固着作用下达到缓释的效果，实现了对土壤调理剂的有效缓释，本发明制得的土壤调理剂有效延长了土壤调理剂的作用时间，提高了土壤调理剂的利用率，为作物在生长期中长时间供应充足的营养，且调理剂功能多样，为作物营养强化提供了很好的技术支持，具有广泛的应用前景。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）取山药洗净后去皮并切成边长为1cm的山药块，按质量比为10:5:3:1将山药块、去离子水、蔗糖和葡萄皮放入研钵中，研磨混合20～30min得到混合物，将混合物装入发酵罐中，直至装满发酵罐的3/4时停止加入，密封罐口后将发酵罐放在26～28℃的环境下保温发酵6～7天；
（2）待上述发酵结束后过滤分离，分别收集滤液和滤渣，滤渣备用，将所得滤液再次装入玻璃发酵罐中，并向罐中加入滤液总质量1～3%的α-淀粉酶，密封罐口，继续在26～28℃下发酵20～30天，发酵结束后取出发酵液并离心分离得到上清液，即为山药醇；
（3）将上述得到的山药醇和备用滤渣按质量比为4:1混合后装入高压反应釜中，向釜中通入氮气直至釜内空气完全排尽，开启反应釜加热器升高温度至500～600℃，保温热解3～4h，再将热解产物转入炭化炉中，在氮气氛围下以200～300℃的温度保温炭化1～2h，得到山药渣多孔炭，备用；
（4）按重量份数计，称取20～30份爬岩鱼、3～5份白方腐乳、20～30份凤梨、20～30份黄豆和100～150份去离子水搅拌均匀后装入玻璃瓶中作为发酵底物，按接种量为3～5%向瓶中接入酵母菌，密封瓶口后在30～40℃下保温发酵7～9天，过滤去除滤渣，得到滤液即为氨基酸富集液；
（5）按质量比为10:1将上述氨基酸富集液和桃胶混合加热升温至60～70℃，继续搅拌混合20～30min，待混合液变粘稠时，将粘稠混合液转入反应釜中，再向釜中加入粘稠混合液总质量30～40%的牛粪、5～10%的蘑菇渣、3～5份壳聚糖，在60～70℃下搅拌混合20～30min得到土壤调理浆料；
（6）将上述得到的土壤调理浆料通过螺杆泵输送至喷雾干燥器，控制进料量为15～20mL/min，调节干燥器离心喷头转速为200～220r/min，以进风温度为180～190℃，出风口温度为60～65℃的条件进行喷雾干燥，最后将干燥物粉碎后过100目筛，装袋后即得多功能土壤调理剂。
本发明的应用方法是：首先对板结土壤进行除草工序，随后在下雨后土壤湿润时，按照质量比1：1200～1：1500，将本发明制得的多功能土壤调理剂与水装入容器并搅拌混合10～15min，再将混合液用农用喷雾机直接喷施于板结土壤中，使药液吸附在土壤表面，随着水分的渗透进入土壤深层，控制每次土壤调理剂用量为250～350g/亩，每5～7个月使用一次，共施用3～5次，待板结土壤结块松散，即可恢复耕种。经检测，本发明多功能土壤调理剂疏松土壤深度可达地表以下100～130cm，真正实现免深耕，土壤容重较原先下降了0.05～0.07g/cm3，同时提高肥料利用率55%以上，具有较好的保水节肥作用，且使用本发明土壤调理剂调理的土壤在恢复耕种后，使农作物中营养成分含量提高了5～8%，使种植的农作物增产20～25%。
本发明的有益效果是：
（1）本发明多功能土壤调理剂对土壤调理的作用时间持久，调理效果好，且本发明土壤调理剂添加的生物质炭能对土壤有机质起了激发作用，有利于土壤中原有的有机质的分解，进一步提高土壤的肥力，协调了土壤的供肥与保肥能力，保证了植物有充足的养分供应；
（2）本发明土壤调理剂功能丰富，所含营养物质较多，营养元素持久释放，可有效提高肥料利用率，增加土壤有机质含量，同时降低土壤容重，提高土壤保水保肥能力，在促进作物生长的同时使作物产量、品质得到显著提高。
具体实施方式
首先取山药洗净后去皮并切成边长为1cm的山药块，按质量比为10:5:3:1将山药块、去离子水、蔗糖和葡萄皮放入研钵中，研磨混合20～30min得到混合物，将混合物装入发酵罐中，直至装满发酵罐的3/4时停止加入，密封罐口后将发酵罐放在26～28℃的环境下保温发酵6～7天；待上述发酵结束后过滤分离，分别收集滤液和滤渣，滤渣备用，将所得滤液再次装入玻璃发酵罐中，并向罐中加入滤液总质量1～3%的α-淀粉酶，密封罐口，继续在26～28℃下发酵20～30天，发酵结束后取出发酵液并离心分离得到上清液，即为山药醇；随后将上述得到的山药醇和备用滤渣按质量比为4:1混合后装入高压反应釜中，向釜中通入氮气直至釜内空气完全排尽，开启反应釜加热器升高温度至500～600℃，保温热解3～4h，再将热解产物转入炭化炉中，在氮气氛围下以200～300℃的温度保温炭化1～2h，得到山药渣多孔炭，备用；再按重量份数计，称取20～30份爬岩鱼、3～5份白方腐乳、20～30份凤梨、20～30份黄豆和100～150份去离子水搅拌均匀后装入玻璃瓶中作为发酵底物，按接种量为3～5%向瓶中接入酵母菌，密封瓶口后在30～40℃下保温发酵7～9天，过滤去除滤渣，得到滤液即为氨基酸富集液；再按质量比为10:1将上述氨基酸富集液和桃胶混合加热升温至60～70℃，继续搅拌混合20～30min，待混合液变粘稠时，将粘稠混合液转入反应釜中，再向釜中加入粘稠混合液总质量30～40%的牛粪、5～10%的蘑菇渣、3～5份壳聚糖，在60～70℃下搅拌混合20～30min得到土壤调理浆料；最后将上述得到的土壤调理浆料通过螺杆泵输送至喷雾干燥器，控制进料量为15～20mL/min，调节干燥器离心喷头转速为200～220r/min，以进风温度为180～190℃，出风口温度为60～65℃的条件进行喷雾干燥，最后将干燥物粉碎后过100目筛，装袋后即得多功能土壤调理剂。
实例1
首先取山药洗净后去皮并切成边长为1cm的山药块，按质量比为10:5:3:1将山药块、去离子水、蔗糖和葡萄皮放入研钵中，研磨混合20min得到混合物，将混合物装入发酵罐中，直至装满发酵罐的3/4时停止加入，密封罐口后将发酵罐放在26℃的环境下保温发酵6天；待上述发酵结束后过滤分离，分别收集滤液和滤渣，滤渣备用，将所得滤液再次装入玻璃发酵罐中，并向罐中加入滤液总质量1%的α-淀粉酶，密封罐口，继续在26℃下发酵20天，发酵结束后取出发酵液并离心分离得到上清液，即为山药醇；随后将上述得到的山药醇和备用滤渣按质量比为4:1混合后装入高压反应釜中，向釜中通入氮气直至釜内空气完全排尽，开启反应釜加热器升高温度至500℃，保温热解3h，再将热解产物转入炭化炉中，在氮气氛围下以200℃的温度保温炭化1h，得到山药渣多孔炭，备用；再按重量份数计，称取20份爬岩鱼、3份白方腐乳、20份凤梨、20份黄豆和100份去离子水搅拌均匀后装入玻璃瓶中作为发酵底物，按接种量为3%向瓶中接入酵母菌，密封瓶口后在30℃下保温发酵7天，过滤去除滤渣，得到滤液即为氨基酸富集液；再按质量比为10:1将上述氨基酸富集液和桃胶混合加热升温至60℃，继续搅拌混合20min，待混合液变粘稠时，将粘稠混合液转入反应釜中，再向釜中加入粘稠混合液总质量30%的牛粪、5%的蘑菇渣、3份壳聚糖，在60℃下搅拌混合20min得到土壤调理浆料；最后将上述得到的土壤调理浆料通过螺杆泵输送至喷雾干燥器，控制进料量为15mL/min，调节干燥器离心喷头转速为200r/min，以进风温度为180℃，出风口温度为60℃的条件进行喷雾干燥，最后将干燥物粉碎后过100目筛，装袋后即得多功能土壤调理剂。
本实例操作简便，使用时，首先对板结土壤进行除草工序，随后在下雨后土壤湿润时，按照质量比1：1200，将本发明制得的多功能土壤调理剂与水装入容器并搅拌搅动混合10min，再将混合液用农用喷雾机直接喷施于板结土壤中，使药液吸附在土壤表面，随着水分的渗透进入土壤深层，控制每次土壤调理剂用量为250g/亩，每5个月使用一次，共施用3次，待板结土壤结块松散，即可恢复耕种。经检测，本发明多功能土壤调理剂疏松土壤深度可达地表以下100cm，真正实现免深耕，土壤容重较原先下降了0.05g/cm3，同时提高肥料利用率56%，具有较好的保水节肥作用，且使用本发明土壤调理剂调理的土壤在恢复耕种后，使农作物中营养成分含量提高了5%，使种植的农作物增产20%。
实例2
首先取山药洗净后去皮并切成边长为1cm的山药块，按质量比为10:5:3:1将山药块、去离子水、蔗糖和葡萄皮放入研钵中，研磨混合25min得到混合物，将混合物装入发酵罐中，直至装满发酵罐的3/4时停止加入，密封罐口后将发酵罐放在27℃的环境下保温发酵6天；待上述发酵结束后过滤分离，分别收集滤液和滤渣，滤渣备用，将所得滤液再次装入玻璃发酵罐中，并向罐中加入滤液总质量2%的α-淀粉酶，密封罐口，继续在27℃下发酵25天，发酵结束后取出发酵液并离心分离得到上清液，即为山药醇；随后将上述得到的山药醇和备用滤渣按质量比为4:1混合后装入高压反应釜中，向釜中通入氮气直至釜内空气完全排尽，开启反应釜加热器升高温度至550℃，保温热解3h，再将热解产物转入炭化炉中，在氮气氛围下以250℃的温度保温炭化1h，得到山药渣多孔炭，备用；再按重量份数计，称取25份爬岩鱼、4份白方腐乳、25份凤梨、25份黄豆和125份去离子水搅拌均匀后装入玻璃瓶中作为发酵底物，按接种量为4%向瓶中接入酵母菌，密封瓶口后在35℃下保温发酵8天，过滤去除滤渣，得到滤液即为氨基酸富集液；再按质量比为10:1将上述氨基酸富集液和桃胶混合加热升温至65℃，继续搅拌混合25min，待混合液变粘稠时，将粘稠混合液转入反应釜中，再向釜中加入粘稠混合液总质量35%的牛粪、8%的蘑菇渣、4份壳聚糖，在65℃下搅拌混合25min得到土壤调理浆料；最后将上述得到的土壤调理浆料通过螺杆泵输送至喷雾干燥器，控制进料量为18mL/min，调节干燥器离心喷头转速为210r/min，以进风温度为185℃，出风口温度为63℃的条件进行喷雾干燥，最后将干燥物粉碎后过100目筛，装袋后即得多功能土壤调理剂。
本实例操作简便，使用时，首先对板结土壤进行除草工序，随后在下雨后土壤湿润时，按照质量比1：1350，将本发明制得的多功能土壤调理剂与水装入容器并搅拌搅动混合13min，再将混合液用农用喷雾机直接喷施于板结土壤中，使药液吸附在土壤表面，随着水分的渗透进入土壤深层，控制每次土壤调理剂用量为300g/亩，每6个月使用一次，共施用4次，待板结土壤结块松散，即可恢复耕种。经检测，本发明多功能土壤调理剂疏松土壤深度可达地表以下115cm，真正实现免深耕，土壤容重较原先下降了0.06g/cm3，同时提高肥料利用率57%，具有较好的保水节肥作用，且使用本发明土壤调理剂调理的土壤在恢复耕种后，使农作物中营养成分含量提高了7%，使种植的农作物增产23%。
实例3
首先取山药洗净后去皮并切成边长为1cm的山药块，按质量比为10:5:3:1将山药块、去离子水、蔗糖和葡萄皮放入研钵中，研磨混合30min得到混合物，将混合物装入发酵罐中，直至装满发酵罐的3/4时停止加入，密封罐口后将发酵罐放在28℃的环境下保温发酵7天；待上述发酵结束后过滤分离，分别收集滤液和滤渣，滤渣备用，将所得滤液再次装入玻璃发酵罐中，并向罐中加入滤液总质量3%的α-淀粉酶，密封罐口，继续在28℃下发酵30天，发酵结束后取出发酵液并离心分离得到上清液，即为山药醇；随后将上述得到的山药醇和备用滤渣按质量比为4:1混合后装入高压反应釜中，向釜中通入氮气直至釜内空气完全排尽，开启反应釜加热器升高温度至600℃，保温热解4h，再将热解产物转入炭化炉中，在氮气氛围下以300℃的温度保温炭化2h，得到山药渣多孔炭，备用；再按重量份数计，称取30份爬岩鱼、5份白方腐乳、30份凤梨、30份黄豆和150份去离子水搅拌均匀后装入玻璃瓶中作为发酵底物，按接种量为5%向瓶中接入酵母菌，密封瓶口后在40℃下保温发酵9天，过滤去除滤渣，得到滤液即为氨基酸富集液；再按质量比为10:1将上述氨基酸富集液和桃胶混合加热升温至70℃，继续搅拌混合30min，待混合液变粘稠时，将粘稠混合液转入反应釜中，再向釜中加入粘稠混合液总质量40%的牛粪、10%的蘑菇渣、5份壳聚糖，在70℃下搅拌混合30min得到土壤调理浆料；最后将上述得到的土壤调理浆料通过螺杆泵输送至喷雾干燥器，控制进料量为20mL/min，调节干燥器离心喷头转速为220r/min，以进风温度为190℃，出风口温度为65℃的条件进行喷雾干燥，最后将干燥物粉碎后过100目筛，装袋后即得多功能土壤调理剂。
本实例操作简便，使用时，首先对板结土壤进行除草工序，随后在下雨后土壤湿润时，按照质量比1：1500，将本发明制得的多功能土壤调理剂与水装入容器并搅拌搅动混合15min，再将混合液用农用喷雾机直接喷施于板结土壤中，使药液吸附在土壤表面，随着水分的渗透进入土壤深层，控制每次土壤调理剂用量为350g/亩，每7个月使用一次，共施用5次，待板结土壤结块松散，即可恢复耕种。经检测，本发明多功能土壤调理剂疏松土壤深度可达地表以下130cm，真正实现免深耕，土壤容重较原先下降了0.07g/cm3，同时提高肥料利用率58%，具有较好的保水节肥作用，且使用本发明土壤调理剂调理的土壤在恢复耕种后，使农作物中营养成分含量提高了8%，使种植的农作物增产25%。

Claims (1)

1.一种利用山药热解制备多功能土壤调理剂的方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）取山药洗净后去皮并切成边长为1cm的山药块，按质量比为10:5:3:1将山药块、去离子水、蔗糖和葡萄皮放入研钵中，研磨混合20～30min得到混合物，将混合物装入发酵罐中，直至装满发酵罐的3/4时停止加入，密封罐口后将发酵罐放在26～28℃的环境下保温发酵6～7天；
（2）待上述发酵结束后过滤分离，分别收集滤液和滤渣，滤渣备用，将所得滤液再次装入玻璃发酵罐中，并向罐中加入滤液总质量1～3%的α-淀粉酶，密封罐口，继续在26～28℃下发酵20～30天，发酵结束后取出发酵液并离心分离得到上清液，即为山药醇；
（3）将上述得到的山药醇和备用滤渣按质量比为4:1混合后装入高压反应釜中，向釜中通入氮气直至釜内空气完全排尽，开启反应釜加热器升高温度至500～600℃，保温热解3～4h，再将热解产物转入炭化炉中，在氮气氛围下以200～300℃的温度保温炭化1～2h，得到山药渣多孔炭，备用；
（4）按重量份数计，称取20～30份爬岩鱼、3～5份白方腐乳、20～30份凤梨、20～30份黄豆和100～150份去离子水搅拌均匀后装入玻璃瓶中作为发酵底物，按接种量为3～5%向瓶中接入酵母菌，密封瓶口后在30～40℃下保温发酵7～9天，过滤去除滤渣，得到滤液即为氨基酸富集液；
（5）按质量比为10:1将上述氨基酸富集液和桃胶混合加热升温至60～70℃，继续搅拌混合20～30min，待混合液变粘稠时，将粘稠混合液转入反应釜中，再向釜中加入粘稠混合液总质量30～40%的牛粪、5～10%的蘑菇渣、3～5份壳聚糖，在60～70℃下搅拌混合20～30min得到土壤调理浆料；
（6）将上述得到的土壤调理浆料通过螺杆泵输送至喷雾干燥器，控制进料量为15～20mL/min，调节干燥器离心喷头转速为200～220r/min，以进风温度为180～190℃，出风口温度为60～65℃的条件进行喷雾干燥，最后将干燥物粉碎后过100目筛，装袋后即得多功能土壤调理剂。
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