CN108586123A

CN108586123A - 一种生物炭土壤改良剂及用于侵蚀劣地的改良方法

Info

Publication number: CN108586123A
Application number: CN201810318208.6A
Authority: CN
Inventors: 毛艳玲; 赵壮; 邹双全; 黄昭昶; 王晓朋
Original assignee: Fujian Agriculture and Forestry University
Current assignee: Fujian Agriculture and Forestry University
Priority date: 2018-04-11
Filing date: 2018-04-11
Publication date: 2018-09-28

Abstract

本发明公开了一种生物炭土壤改良剂及用于侵蚀劣地的改良方法。本发明所述生物炭改良剂为海鲜菇废菌棒在限氧条件下热解炭化制备成的生物炭，同时添加复合肥、猪粪，土壤改良效果突出、植物生长状况良好，可作为土壤改良剂，提供了一种新的废菌棒利用方式，有利于解决海鲜菇废菌棒的高效、环保、资源利用化问题。

Description

一种生物炭土壤改良剂及用于侵蚀劣地的改良方法

技术领域

本发明涉及一种土壤改良剂，尤其是涉及一种生物炭土壤改良剂及用于侵蚀劣地的改良方法。

背景技术

近年来，我国食用菌产业得到了蓬勃的发展。据中国食用菌协会调查结果显示，2015年全国食用菌总产量3476.15万吨，产值2516.38亿元。食用菌产业不断强大和废菌棒废弃物产量也不断增加，任意丢弃、堆制废料或直接焚烧是目前食用菌废料处理的主要方式，造成了严重的资源损失和环境污染。如何合理、科学地处理食用菌废菌棒已成为食用菌产业发展和环境保护需要共同解决的一个问题。

生物炭是指生物质在缺氧或无氧条件下形成的稳定富碳固体。生物炭富含微孔，具有高的比表面积，同时含有丰富的表面官能团，它不但可以补充土壤的有机物含量，还可以有效地保存水分和养料，提高土壤肥力，利于植物生长，实现增产的同时让农业更具持续性。因此，将废弃生物质炭化成生物炭，被认为是一种能有效固碳和生物质资源化的方法。

我国南方红壤区崩岗侵蚀是水土流失的典型代表。经过多年的治理，使大面积的“火焰山”重新披上了“绿装”，但单纯采取工程措施不足以提高土壤肥力，土壤结构、肥力、微生态极差，植物生长极差。只有不断改善土壤结构、肥力和微生态，才能使土壤肥力不断提高，促进植物生产持续增长。因此需要一种充分利用食用菌废菌棒、农业生产废弃物及微生物改善南方红壤区崩岗侵蚀地治理的方法。

发明内容

基于上述考虑，本发明提出了将海鲜菇废菌棒热解炭化制备成为生物炭，同时添加复合肥和堆肥发酵后的猪粪制成一种生物炭土壤改良剂，并用于严重侵蚀劣地的土壤改良方法；该制剂制造方便，应用操作简单，成本低廉，效果良好，实现了农业废弃物的资源化利用，同时能显著地改良土壤的物理、化学和生物学性能，具有经济和环境的双重效益。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种生物炭土壤改良剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）生物炭制备：是由海鲜菇废菌棒在限氧条件下热解炭化制备成的生物炭，制备方法如下：将采摘海鲜菇后的废菌棒去除PVC袋以及残留的食用菌体杂物，将其碎成直径1~2 cm的块状后自然风干5~7天，使含水量降至10~15wt%；将风干的废菌棒进行限氧条件下高温热解炭化，设置升温速率为10 ℃/min，热解炭化温度为500 ℃，该条件下保温时间2 h，然后自然冷却至室温后，研磨使之通过100目筛子；

（2）猪粪的堆肥发酵处理：将猪粪的含水量调节到55~65wt%，按质量比加入0.1~0.2%的高温发酵菌种并混合均匀，堆制成高度1.2~1.5 m的小堆、覆膜，当堆肥温度到达65℃时进行翻堆，翻倒2~3次，物料呈黑褐色，温度降至常温时，堆肥完成；

（3）复合肥中养分的质量比为N:P₂O₅:K₂O=15:15:15；

（4）将生物炭、堆肥发酵后的猪粪与复合肥按照质量比为40~80:30:1的比例混合，得到生物炭土壤改良剂。

生物炭土壤改良剂用于侵蚀劣地的改良方法：将生物炭土壤改良剂按照17~33t·hm^-2施用量在植物种植前施入耕层土壤并进行1~2次翻耕与土壤混合均匀或在种植后每年开沟放入土壤。

本发明的显著优点：

本发明提供一种生物炭土壤改良剂及用于侵蚀劣地的改良方法，利用海鲜菇废菌棒制备生物炭，并添加复合肥和猪粪来改良侵蚀劣地土壤。海鲜菇废菌棒热解得到的生物炭对土壤的改良是碳的固定，将碳封存于土壤中，有效地减少了温室气体二氧化碳的排放，对减缓气候变暖具有重要意义，解决了农业废弃物的利用问题，同时，该生物炭与水稻、小麦、玉米秸秆，花生壳，木材等生物炭相比，具有较高的pH值（10.82）、全氮、全磷含量，将本发明的海鲜菇废菌棒制得的生物炭与复合肥和猪粪制成土壤改良剂，生物炭的高pH有助于对酸性土壤酸碱度的调节，改善土壤性质，同时促进植物对土壤改良剂中氮、磷、复合肥和猪粪中养分的吸收，促进植物生长发育效果明显。

具有良好的经济效益和环境效益，真正实现了经济和环境的双赢。

具体实施方式

下面将通过具体实施例对本发明作进一步的描述，这些描述并不是说本发明的内容仅限于此。本领域的相关技术人员应了解，对本发明内容的技术特征所做的等同替换，或相应的改进，仍属于本发明的保护范围之内。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市场购获得的常规产品。

实施例1

生物炭制备：将采摘海鲜菇后的废菌棒去除PVC袋以及残留的食用菌体等杂物，将其碎成直径1cm的块状后自然风干5天，使含水量降至15wt%；将风干的废菌棒进行限氧条件下高温热解炭化；设置升温速率为10 ℃/min，热解炭化温度为500 ℃，该条件下保温时间2 h，然后自然冷却至室温后，研磨使之通过100目筛子；得到的生物炭性质如下：pH10.82，全碳含量491.08 g kg^-1，全氮20.50 g kg^-1，全磷7.80 g kg^-1、全钾12.11 g kg^-1。通过查阅相关文献后统计分析可知：该生物炭pH值比水稻、小麦、玉米秸秆，花生壳，木材生物炭pH值分别高13.42%、15.85%、16.85%、30.05%、16.72%；全氮含量分别高173.33%、188.73%、89.81%、23.49%、11.09；全磷含量分别高358.82%、73.33%、116.67%、69.57%、34.48%。

猪粪堆肥发酵：将猪粪的含水量调节到55wt%，按质量比加入0.1%的高温发酵菌种并混合均匀，堆制成高度1.5m的小堆、覆膜；当堆肥温度到达65℃时进行翻堆，翻倒2次，物料呈黑褐色，温度降至常温时，堆肥完成。全碳含量为377.31 g kg^-1，全氮23.01 g kg^-1。

复合肥：从市场直接采购，其养分的质量比为N:P₂O₅:K₂O=15:15:15。

将上述的废菌棒生物炭、堆肥发酵后的猪粪和复合肥的按质量比为40:30:1混合均匀即为一种生物炭土壤改良剂。

实施例2

如实施例1，上述的废菌棒生物炭、堆肥发酵后的猪粪和复合肥的按质量比为80:30:1混合均匀即为一种生物炭土壤改良剂。

实施例3

一种生物炭土壤改良剂用于侵蚀劣地的改良方法：

采用盆栽实施：取自三明市益晟农林有限公司清流基地土壤，为土壤严重侵蚀地，经工程治理为梯田，土壤pH 5.43，有机质5.76 g kg^-1，全氮0.43 g kg^-1，全磷0.26 g kg^-1、全钾8.13 g kg^-1，碱解氮24.58 mg kg^-1，速效磷6.41 mg kg^-1、速效钾81.54 mg kg^-1。

盆栽试验花盆规格330*240 cm，为聚乙烯塑料花盆，试验植物为2年生竹柏苗；盆栽土壤经风干后，过5 mm筛子备用，每盆装7 kg土，取实施例1所得生物炭土壤改良剂0.1kg与土壤混合均匀后种植竹柏，每个处理重复3盆，每盆种2棵树。同时试验设置空白对照组与施用复合肥常规组。

盆栽试验开始于2017年1月，设置于福建农林大学田间实验室，试验前及试验结束时分别对每盆竹柏幼苗进行株高、地径的测量，共测量2次数据。其中株高用直尺测定，精确到0.1 cm。地径的测定用游标卡尺，精确到0.01 mm。8月份采用混合样品采样法，每个处理3盆均匀采取土壤，混合后四分法保留1 kg土样，部分样品置于4℃冰箱中冷藏，另一半样品剔除可见的植物残体和石块后，自然风干备用。测定土壤理化性质与植物生长指标，试验结果如下：

表1 试验处理对苗木生长的影响

从表1中可以看出，试验组的植物株高、地径较对照组、常规组均有显著提高，株高较对照组增长幅度达9.07%，较常规组增长幅度达8.69%；地径较对照组增长幅度达8.98%，较常规组增长幅度达8.20%。

表2试验处理对pH、容重的影响

从表2中可以看出，试验组的土壤pH值较对照组、常规组均有显著提高，pH值较对照组提高了16.01%，较常规组提高了15.40%；试验组的土壤容重较对照组、常规组均有显著降低，容重较对照组降低了7.41%，较常规组降低了8.09%。说明上述的生物炭土壤改良剂显著提高了土壤pH，降低了土壤土壤容重，对土壤改善有重要意义。

表3试验处理对土壤全量养分的影响

从表3中可以看出，试验组的土壤养分全量值对照组、常规组均有显著提高。试验组与对照相比，土壤全碳、全氮含量分别增加了113.32%、72.73%，与常规组相比，土壤全碳、全氮含量分别增加了99.80%、55.10%，土壤碳氮也得到了显著增加。试验组与对照相比，土壤全磷、全钾含量分别增加了136.79%、7.21%，与常规组相比，土壤全磷、全钾含量分别增加了53.47%、6.03%。

表4试验处理对土壤速效养分的影响

从表4中可以看出，试验组的土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量对照组、常规组均有显著提高。试验组与对照相比，土壤碱解氮增加了16.54%，土壤速效磷增加了3.84倍，速效钾含量增加了9.44%，与常规组相比，土壤碱解氮增加了11.45%，土壤速效磷增加了35.98%，速效钾含量增加了10.43%。

实施例4

一种生物炭土壤改良剂用于侵蚀劣地的改良方法步骤与实施例3相同，取实施例2所得生物炭土壤改良剂0.16 kg改良土壤替代。测定土壤理化性质与植物生长指标，试验结果如下：

表5 试验处理对苗木生长的影响

从表5中可以看出，试验组的植物株高、地径较对照组、常规组均有显著提高，株高较对照组增长幅度达10.85%，较常规组增长幅度达10.47%；地径较对照组增长幅度达9.90%，较常规组增长幅度达9.12%。

表6试验处理对pH、容重的影响

从表6中可以看出，试验组的土壤pH值较对照组、常规组均有显著提高，pH值较对照组提高了24.20%，较常规组提高了23.54%；试验组的土壤容重较对照组、常规组均有显著降低，容重较对照组降低了11.11%，较常规组降低了11.76%。说明上述的生物炭土壤改良剂显著提高了土壤pH，降低了土壤土壤容重，对土壤改善有重要意义。

表7试验处理对土壤全量养分的影响

从表7中可以看出，试验组的土壤养分全量值对照组、常规组均有显著提高。试验组与对照相比，土壤全碳、全氮含量分别增加了204.23%、115.91%，与常规组相比，土壤全碳、全氮含量分别增加了99.80%、55.10%，土壤碳氮也得到了显著增加。试验组与对照相比，土壤全磷、全钾含量分别增加了190.63%、17.70%，与常规组相比，土壤全磷、全钾含量分别增加了88.47%、16.40%。

表8试验处理对土壤速效养分的影响

从表8中可以看出，试验组的土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量对照组、常规组均有显著提高。试验组与对照相比，土壤碱解氮增加了24.12%，土壤速效磷增加了4.81倍，速效钾含量增加了18.02%，与常规组相比，土壤碱解氮增加了18.70%，土壤速效磷增加了62.72%，速效钾含量增加了19.09%。

综合分析上述结果可知，添加生物炭土壤改良剂对于提高土壤质量、加快苗木生长具有促进作用。尽管已经描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种生物炭土壤改良剂，其特征在于，将海鲜菇废菌棒热解炭化制备成为生物炭，并添加复合肥、堆肥发酵后的猪粪制成生物炭土壤改良剂，具体制备方法包括以下步骤：

（1）生物炭制备：将采摘海鲜菇后的废菌棒去除PVC袋以及残留的食用菌体杂物，将其碎成直径1~2 cm的块状后自然风干5~7天，使含水量降至10~15wt%；将风干的废菌棒进行限氧条件下高温热解炭化，设置升温速率为10 ℃/min，热解炭化温度为500 ℃，该条件下保温时间2 h，然后自然冷却至室温后，研磨使之通过100目筛子；

（3）复合肥中养分的质量比为N:P₂O₅:K₂O=15:15:15；

2.一种如权利要求1所述的生物炭土壤改良剂用于侵蚀劣地的改良方法，其特征在于，将生物炭土壤改良剂按照17~33 t·hm^-2施用量在植物种植前施入耕层土壤并进行1~2次翻耕与土壤混合均匀或在种植后每年开沟放入土壤。