CN106698392A - 一种用于烟田土壤改良的生物炭及其制备方法 - Google Patents
一种用于烟田土壤改良的生物炭及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于烟田土壤改良的生物炭及其制备方法,属于农业肥料技术领域,所述的用于烟田土壤改良的生物炭其生产原料为酒糟,具体步骤为:采用高粱、大米、糯米、小麦、玉米等一种或多种原料混合发酵酿酒;将所得的酒糟置于煅烧炉内煅烧得到煅烧产物;所得的煅烧产物经淋水清洗得到生物炭产品。本发明选用酒糟为原料,并采用特定的制备方法,所得产品实用性强,含碳量高,且含有丰富的微量营养元素,有效提高了烤烟产量、品质和肥料利用效率;能明显改良烟田土壤理化性质,显著提高了烟田土壤碳氮比,增加土壤孔隙度,降低土壤容量,提高土壤最大持水量,改善土壤微生物环境;在应用过程中,随烤烟移栽的基肥一同施入,无需增加用工量。
Description
技术领域
本发明属于农业肥料技术领域,具体地说,涉及一种用于烟田土壤改良的生物炭及其制备方法。
背景技术
中国是农业大国,农业资源严重不足,过度开发已导致生态失衡,环境污染恶化已成为了不争的事实。进入21世纪以来,人们逐渐遭到“环境、能源危机、粮食”等各种因素的影响,并且情况越来越严重。农业生产实践和大量研究表明,土壤理化性质已成为限制作物产量和品质的主要原因,切实有效的改善农田土壤理化性质,提高农作物的产量和质量,提升肥料利用效率,对于实现农业可持续发展至关重要。
生物炭的研究起源于人们对南美亚马逊流域一种叫印第安黑土(Terra preta)土壤的发现和关注。黑土是古人类通过刀耕火种的生活从而形成的一种独特的肥沃土壤,并且黑土到现在依旧是全世界最为肥沃的土壤之一。生物炭(biochar)又被称为生物质炭,一般是生物质原料在完全缺氧或部分缺氧的环境下,并且在一定温度条件,热解产生的一种含炭元素的固态物质。国内外大量研究表明,生物炭作为土壤改良剂,能够显著增加土壤团聚体,提高土壤的通气性和保水能力;改善土壤通气状况,提升活性有机碳库,促进土壤微生物的生长和繁衍;巨大的比表面积和多孔隙结构,能有效减少农田温室气体排放和土壤养分淋溶,同时吸附各种有机污染物及其重金属,减少环境风险;“长期、平衡、稳定”的显著特点,使其作为安全、有效的农田土壤改良剂,有着不可代替经济和社会效益。
虽然,已利用各种生物质原料开发了多种生物炭,但多以作物秸杆、林产品等废弃物为直接原料,其纤维素、半纤维素和木质素等主要成分含量存在较大差异,导致生物炭产品成分含量和理化性质不稳定;在作物生产上,只是简单的将各种生物炭以肥料形式施入土壤,在改善农田土壤理化性质和促进作物产、质量的效果上并不明显;在烤烟生产中,简单引用其他作物生产应用的生物炭,忽略生物炭本身性质和烟田土壤的个性需求,投入增加而未见烤烟增产增效;烤烟生产应用的生物炭种类繁杂,迫切需要烟田土壤理化性质改良需求吻合,利用生物炭性开发的具有烤烟所需养分的,针对烟田土壤和烤烟生长的专用型生物炭肥料产品。
因此,有必要针对烤烟生产研发一种针对性强,能满足烤烟生产需求的烟田专用生物炭。
发明内容
为了克服背景技术中存在的问题,本发明提供了一种用于烟田土壤改良的生物炭及其制备方法,能改良烟田土壤的理化性质,起到增加土壤孔隙度,降低土壤容量,提高土壤最大持水量,增加土壤透气性的作用,能够显著提高土壤碳氮比,改善土壤微生物环境,促进烤烟根系生长,同时,采用本发明提供的方法制备得到的生物炭含碳量高,且含有丰富的微量营养元素,共同实现了烤烟产量、品质、肥效的同时提高。
为实现上述目的,本发明是通过如下技术方案实现的:
一种用于烟田土壤改良的生物炭,所述的用于烟田土壤改良的生物炭的生产原料为酒糟。
一种用于烟田土壤改良的生物炭的制备方法,具体步骤为:
1)采用粮食原料发酵酿酒;
2)将步骤1)所得的酒糟置于煅烧炉内煅烧得到煅烧产物;
3)步骤2)所得的煅烧产物经淋水清洗得到生物炭产品。
作为优选,步骤1)中,酿酒的原料为:高粱、大米、糯米、小麦、玉米中的一种或多种。
作为优选,步骤2)中,煅烧炉内的温度为600~700℃,裂解时间为2~3min。
作为优选,步骤3)中,所述生物炭的有机碳≥30%,二氧化硅≥25%,含水量为≤45%,灰分≤20%,粒度(1.00㎜~4.75mm)≥80%,孔隙度≥40%,pH≤7.0。
淋水清洗有效去除灰分中的钙、镁、钾、钠等盐基离子。
生物炭采用塘施的方式施入,配合烤烟生产规程,于烤烟移栽期进行烟田理墒、打塘,墒高30cm左右,塘大小约为30×30cm,株距50cm,行距1.2m。按照先施基肥,再栽烟的顺序,生物炭用量为100g/株,预先称取所需生物炭,与基肥一同施入塘内,将生物炭和基肥与塘土拌匀,栽入烟苗,每株浇定根水2kg,最后盖一层薄土。
本发明的有益效果:
1、本发明提供的生物炭能明显改良烟田土壤理化性质,显著提高了烟田土壤碳氮比,增加土壤孔隙度,降低土壤容量,提高土壤最大持水量,改善土壤微生物环境。
2、本发明在应用过程中,随烤烟移栽的基肥一同施入,无需增加用工量。
3、本发明选用酒糟为原料,并采用特定的制备方法,所得产品实用性强,含碳量高,且含有丰富的微量营养元素,有效提高了烤烟产量、品质和肥料利用效率。
具体实施方式
实施例1
采用高粱36%、大米22%、糯米18%、小麦16%、玉米8%混合发酵酿酒;将所得的酒糟置于煅烧炉内煅烧得到煅烧产物,煅烧炉内的温度为700℃,裂解时间为3min;煅烧产物经淋水清洗得到生物炭产品,所述生物炭的有机碳≥30%,二氧化硅≥25%,含水量为≤45%,灰分≤20%,粒度(1.00㎜~4.75mm)≥80%,孔隙度≥40%,pH≤7.0。
实施例2
采用高粱55%、大米20%、小麦15%、玉米10%混合发酵酿酒;将所得的酒糟置于煅烧炉内煅烧得到煅烧产物,煅烧炉内的温度为600℃,裂解时间为3min;煅烧产物经淋水清洗得到生物炭产品,所述生物炭的有机碳≥30%,二氧化硅≥25%,含水量为≤45%,灰分≤20%,粒度(1.00㎜~4.75mm)≥80%,孔隙度≥40%,pH≤7.0。
实施例3
采用高粱52%、小麦28%、玉米20%混合发酵酿酒;将所得的酒糟置于煅烧炉内煅烧得到煅烧产物,煅烧炉内的温度为650℃,裂解时间为2min;煅烧产物经淋水清洗得到生物炭产品,所述生物炭的有机碳≥30%,二氧化硅≥25%,含水量为≤45%,灰分≤20%,粒度(1.00㎜~4.75mm)≥80%,孔隙度≥40%,pH≤7.0。
实验分析
开展田间试验,供试烤烟品种为玉溪市主栽烤烟品种K326,漂浮育苗65天烟苗;供试肥料为玉溪烤烟专用复合肥N:P:K=12:6:24(%)和硫酸钾(K2O,50%);供试土壤类型为当地典型红壤,pH值6.02,有机质24.9g/kg,全碳1.46(%),全氮0.06(%),全磷0.04(%),全钾1.91(%),有效氮36.07mg/kg,有效磷3.81mg/kg,有效钾66.15mg/kg。
试验以植烟、不施肥处理为对照(CK,用于计算肥料利用率),设置常规施肥(T1)、常规施肥添加常规生物炭(T2,以甘蔗渣、作物秸秆为原料烧制,C≥60%)、常规施肥添加本发明实施例1提供的生物炭(T3),共4个处理,每个处理小区占地1亩,植烟1100株,采用随机区组设计,三次重复。
烤烟移栽前进行烟田理墒、打塘,墒高30cm左右,塘大小约为30×30cm,株距50cm,行距1.2m。CK处理栽入烟苗,每株统一浇定根水2kg,最后盖一层薄土。T1、T2、T3处理统一施入25kg/亩烤烟专用复合肥作为基肥;T2处理施入常规生物炭,T3处理施入本发明实施例1提供的生物炭,用量均为100g/株,与基肥一同施入塘内,将生物炭和基肥与塘土拌匀;三处理栽入烟苗,每株统一浇定根水2kg,最后盖一层薄土;剩余肥料平均三次,每次间隔10天,通过追肥施入。各处理田间管理的按照当地优质烤烟管理方法进行,具体试验处理见表1。
表1烟田专用生物炭试验设计
在试验期间,记录各处理的烤烟移栽、团棵、现蕾和采收的日期;并进行土壤样品的采集和测定(取烤烟移栽前耕层(0-30cm)基础土样,测定pH值、有机质、全碳、总氮、总磷、总钾、速效氮、速效磷、速效钾含量;烤烟团棵期,在烟墒上两株烟株之间,距烟株10cm处环刀法测定各处理耕层土壤容重,计算土壤孔隙度,取各处理耕层土样,测定全碳、总氮含量,计算C/N。);于烤烟团棵期和现蕾期,调查各处理田间烟株农艺性状,对株高、茎围、有效叶数、最大叶长、最大叶宽进行测定;烟叶采收后,统计各处理单株烟叶产量、等级、产值;取各处理烟杆,测定总氮、总磷、总钾含量;取各处理C3F烟叶,测定总氮、总磷、总钾、总糖、还原糖、烟碱含量。
肥料利用效率(%)=(施肥处理烟株养分吸收量-无肥处理烟株养分吸收量)/施肥量×100。
统计结果与分析:
表2烤烟团棵期耕层土壤物理特性
注:同列不同小写字母表示处理间差异显著(p<0.05)。
表2表明,不施肥CK)和常规施肥(T1)处理耕层土壤孔隙度、C/N、容重无明显差异,与常规施肥相比,施入常规生物炭(T2)和本发明提供的生物炭(T3)处理均显著提高了耕层土壤孔隙度、C/N,同时显著降低土壤容重;其中,土壤孔隙度增加和容重降低以T3处理效果最佳,土壤C/N以T2最高。
表3烤烟团棵期农艺性状
表4烤烟现蕾期农艺性状
烤烟团棵期农艺性状调查表明(表3),不施肥处理(CK)烤烟团棵期各农艺性状均最低,常规施肥处理(T1)各农艺性状显著提高。常规生物炭(T2)和发明生物炭(T3)处理均显著促进了烟株生长,烤烟株高、茎围、有效叶数和最大叶长、宽均显著高于常规施肥(T1)处理,各性状以本发明生物炭(T3)处理最大。烤烟现蕾期农艺性状调查结果(表4)与团棵期类似,处理间差异进一步增大。常规生物炭(T2)处理株高、茎围显著高于T1,其他农艺性状与T1无显著差异。本发明生物炭处理(T3)对烤烟农艺性状的促进作用更加明显,各农艺性状均显著高于常规施肥处理。
表5烤烟产值量
各处理烤烟产质量如表5所示,不施肥处理(CK)各项指标均最低。与常规施肥(T1),常规生物炭处理(T2)除均价外,中等烟产量及比例显著下降,上等烟及比例、产值量大幅提高;本发明生物炭处理(T3)中等烟及比例下降,而其他指标显著高于常规生物炭处理。生物炭处理能够显著提高烟叶产量,促进中等烟相上等烟转化,提高烟叶质量,从而大幅提高产值;发明生物炭施用的增产提质效果明显高于常规生物炭。
表6烟叶内在化学成分
各处理烟叶内在成分分析表明(表6),生物炭处理有效促进了烟叶内在品质的提高。与常规施肥(T1)相比,常规生物炭处理(T2)促进了养分元素的吸收和利用,N、K和烟碱含量显著升高,总糖、还原糖含量下降,从而烟叶糖/碱和氮/碱均趋向协调。本发明生物炭(T3)处理烟叶N、K、烟碱养分略高于T2,两糖含量进一步下降,从而其烟叶糖/碱和氮/碱接近最优比例(糖/碱≈10,氮/碱≈0.9)。本发明生物炭施入有效提高烟叶品质,同时促进烟叶成分的比例达到最优烟叶水平。
表7烟株养分吸收量及肥料利用效率
各处理肥料利用率计算表明(表7),相对常规施肥处理(T1),常规生物炭处理(T2)显著提高了N、P、K肥料的利用效率,而发明生物炭处理(T3)肥料利用率进一步提高,且显著高于T2处理。显著提高产量和烟叶质量的同时,生物炭的施入有效促进了肥料利用率的提高,且发明生物炭的促进效果优于常规生物炭。
综上说明,本发明生物炭能明显改良烟田土壤理化性质,显著提高了烟田土壤碳氮比,增加土壤孔隙度,降低土壤容量,改善土壤微生物环境;能够有效提高了烤烟产量、品质和肥料利用效率;应用时随烤烟移栽的基肥一同施入,无需增加用工量。
最后说明的是,以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述,但本领域技术人员应当理解,可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变,而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (5)
1.一种用于烟田土壤改良的生物炭,其特征在于:所述的用于烟田土壤改良的生物炭的生产原料为酒糟。
2.根据权利要求1所述的一种用于烟田土壤改良的生物炭的制备方法,其特征在于:具体步骤为:
1)采用粮食原料发酵酿酒;
2)将步骤1)所得的酒糟置于煅烧炉内煅烧得到煅烧产物;
3)步骤2)所得的煅烧产物经淋水清洗得到生物炭产品。
3.根据权利要求2所述的一种用于烟田土壤改良的生物炭的制备方法,其特征在于:步骤1)中,酿酒的原料为:高粱、大米、糯米、小麦、玉米中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的一种用于烟田土壤改良的生物炭的制备方法,其特征在于:步骤2)中,煅烧炉内的温度为600~700℃,裂解时间为2~3min。
5.根据权利要求2所述的一种用于烟田土壤改良的生物炭的制备方法,其特征在于:步骤3)中,所述生物炭的有机碳≥30%,二氧化硅≥25%,含水量为≤45%,灰分≤20%,1.00㎜~4.75mm粒度≥80%,孔隙度≥40%,pH≤7.0。
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