本發(fā)明屬于生物質(zhì)炭基肥料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于土壤培肥的荷葉炭基肥料及其制備方法。

背景技術(shù)：

目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，我國(guó)單位面積化肥使用量是世界平均水平的1.6倍，全年總用量高達(dá)一億多噸。近10年，我國(guó)化肥總量增加了90％以上，而對(duì)于糧食總產(chǎn)量增加僅為9％左右，氮、磷和鉀肥利用率低，造成了經(jīng)濟(jì)損失和資源浪費(fèi)的同時(shí)，也造成了生態(tài)環(huán)境污染和土壤質(zhì)量嚴(yán)重惡化。因此，科學(xué)合理的使用肥料，改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤肥力，對(duì)于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。

生物炭基肥料主要成分為生物質(zhì)炭，具有較大的比表面積和較多的孔，含有豐富的有機(jī)碳以及礦物營(yíng)養(yǎng)元素，作為土壤改良劑和肥料施加于土壤，增加土壤有機(jī)質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)元素，提高土壤微生物活性，提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，減緩溫室效應(yīng)。此外，生物炭特殊的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)使其具有吸附無機(jī)和有機(jī)污染物的能力，對(duì)改善產(chǎn)地環(huán)境，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全具有重要意義。生物炭施用可改變土壤物理化學(xué)性質(zhì)，增加土壤保水保肥性能，且能增加土壤肥力。生物炭的輕質(zhì)多孔結(jié)構(gòu)可直接降低土壤容重，增加總孔隙率，能提高土壤肥力并增加土壤有機(jī)質(zhì)的穩(wěn)定性和含量，與秸稈、綠肥、堆肥等其他增肥措施比，生物炭的穩(wěn)定性更強(qiáng)，在土壤里面的存留時(shí)間更長(zhǎng)。生物炭產(chǎn)生的電荷以及巨大的比表面積對(duì)土壤和植物所需的營(yíng)養(yǎng)元素具有較強(qiáng)的吸附作用，減少養(yǎng)分流失，增加土壤保肥性能。同時(shí)，生物炭本身含有一定的C、N、P、K等養(yǎng)分，在與土壤生態(tài)環(huán)境的交互作用下緩慢釋放一些營(yíng)養(yǎng)元素供作物吸收利用，增加土壤肥力。由于生物炭具有這些良好的理化和生物學(xué)特性，合理開發(fā)和研究以廢棄生物質(zhì)為原料的炭基肥料是農(nóng)村經(jīng)濟(jì)和生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要途徑之一。

現(xiàn)有生物炭制備中，熱解炭化方法存在溫度過高、能源消耗過大等缺點(diǎn)，而水熱炭化是指生物質(zhì)在低氧環(huán)境下，通過高溫裂解得到的碳含量極其豐富的炭。且現(xiàn)有技術(shù)中沒有報(bào)道過將廢棄荷葉為原料的水熱炭化，水熱炭化更適用于廢棄荷葉的處理，因此，本領(lǐng)域亟待一種處理廢棄荷葉的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題之一是提供一種水熱炭化制備廢棄荷葉生物炭基專用肥料的方法，為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，所采取的技術(shù)方案如下：

一種荷葉炭基肥料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟，

A.將新鮮荷葉清洗干凈，得到生物質(zhì)材料；

B.將生物質(zhì)材料置入密封的水熱炭化反應(yīng)釜中，加入一定比例的水，密閉無氧條件下，進(jìn)行炭化；其中生物質(zhì)材料按干重計(jì)與水質(zhì)量比為1：5～1：20；攪拌轉(zhuǎn)速為100～800r·min^-1；溫度為180～260℃；反應(yīng)壓強(qiáng)為1.0～4.0MPa，反應(yīng)時(shí)間為2～8h；

C.反應(yīng)完成后冷卻至室溫，用蒸餾水洗滌，干燥，即得到荷葉生物炭。

進(jìn)一步地，步驟B中生物質(zhì)材料按干重計(jì)與水質(zhì)量比為1：12～15。

步驟B中水熱炭化反應(yīng)溫度優(yōu)選為200～220℃；反應(yīng)壓強(qiáng)優(yōu)選為2-3MPa。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，隔絕空氣條件下，攪拌速度為200r·min^-1；溫度為200℃；時(shí)間為6h；比表面積為32.0034m²/g，有機(jī)碳含量為510g/kg，全氮含量為9570mg/kg，總磷為2100mg/kg，總鉀含量為3780mg/kg。

本發(fā)明另一個(gè)目的是提供一種荷葉炭基肥料，其特征在于：所述荷葉炭基肥料的比表面積為1.9642-32.0034m²/g，有機(jī)碳含量為402-510g/kg，全氮含量為9100-10500mg/kg，總磷含量為258-2100mg/kg，總鉀含量為3210-4690mg/kg；由以下步驟制備而成：

A.將新鮮荷葉清洗干凈，得到生物質(zhì)材料；

B.將生物質(zhì)材料置入密封的水熱炭化反應(yīng)釜中，加入一定比例的水，密閉無氧條件下，進(jìn)行炭化；其中生物質(zhì)材料按干重計(jì)與水質(zhì)量比為1：5～1：20；攪拌轉(zhuǎn)速為100～800r·min^-1；溫度為180～260℃；反應(yīng)壓強(qiáng)為1.0～4.0MPa，反應(yīng)時(shí)間為2～8h；

C.反應(yīng)完成后冷卻至室溫，用蒸餾水洗滌，干燥，即得到荷葉生物炭。

步驟B中生物質(zhì)材料按干重計(jì)與水質(zhì)量比為1：12～15。

步驟B中水熱炭化反應(yīng)溫度優(yōu)選為200～220℃；反應(yīng)壓強(qiáng)優(yōu)選為2-3MPa。

本發(fā)明的荷葉炭基肥料可應(yīng)用于土壤培肥中，可提高土壤有機(jī)碳含量、氮、磷和鉀含量，促進(jìn)作物增產(chǎn)，提高蓮藕淀粉和蛋白質(zhì)含量。

本發(fā)明的具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明采用水熱炭化技術(shù)制備的用于土壤培肥和改良的荷葉生物炭基肥料，比熱解炭化反應(yīng)條件更溫和，能耗低。

2.采用水熱炭化制備土壤改良生物炭工藝更為簡(jiǎn)單，操作容易，更有利于廢棄生物質(zhì)資源化利用的推廣和應(yīng)用。

3.以廢棄荷葉為原材料，有利于資源的循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)能減排，顯著地改善生態(tài)環(huán)境。

4.以廢棄荷葉為原料的水熱炭含有豐富的蓮藕生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)元素，且有較高的比表面積，作為蓮藕專用肥，有利于促進(jìn)蓮藕的生長(zhǎng)和增產(chǎn)增收。

5.以廢棄荷葉為原料的水熱炭基肥料，比直接還田增肥增產(chǎn)作用更明顯，同時(shí)也降低了土壤病菌增加和作物病害的風(fēng)險(xiǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明荷葉生物炭基肥料微觀形態(tài)的掃描電鏡圖。

圖2是實(shí)施例1～4獲得的荷葉炭基肥料在研究基地進(jìn)行模擬試驗(yàn)中，收獲期土壤理化性質(zhì)示意圖。

具體實(shí)施方式

若未特別說明，實(shí)施例中所用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)手段。

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

基于土壤培肥和改良的荷葉生物炭專用肥制備方法，包括以下步驟：

1.將新鮮荷葉清洗干凈、切成<2cm²大小、曬干，得到干燥的原材料；

2.將原材料與水按1：12混合，置入密封的水熱炭化反應(yīng)釜中，混勻使水充分浸沒生物質(zhì)原料。反應(yīng)釜反應(yīng)條件為：攪拌轉(zhuǎn)速200r·min^-1、以10℃/min升溫至200℃恒溫反應(yīng)6h。待反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，用蒸餾水洗滌，在80℃下干燥；研磨，過10目篩，得到荷葉生物炭基肥料，其微觀形態(tài)見圖1。

本實(shí)例得到的荷葉炭基肥料產(chǎn)率為65.83％，比表面積為32.0034m²/g，有機(jī)碳含量為510g/kg，全氮含量為9570mg/kg，總磷為2100mg/kg，總鉀含量為3780mg/kg。

其中，荷葉炭基肥產(chǎn)率＝(固相產(chǎn)物干物質(zhì)質(zhì)量/原料干物質(zhì)質(zhì)量)×100％

實(shí)施例2

基于土壤培肥和改良的荷葉生物炭專用肥制備方法，包括以下步驟：

1.將新鮮荷葉清洗干凈、切成<2cm²大小，得到生物質(zhì)原材料；

2.將生物質(zhì)原材料按干重計(jì)與水質(zhì)量比為1：12混合，置入密封的水熱炭化反應(yīng)釜中，混勻使水充分浸沒生物質(zhì)原料。反應(yīng)釜反應(yīng)條件為：攪拌轉(zhuǎn)速300r·min^-1、以10℃/min升溫至240℃恒溫反應(yīng)6h。待反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，用蒸餾水洗滌，在80℃下干燥；研磨，過10目篩，得到荷葉生物炭基肥料。

本實(shí)例得到的荷葉炭基肥料產(chǎn)率為59.56％，比表面積為11.4321m²/g，有機(jī)碳含量為484g/kg，全氮含量為9420mg/kg，總磷為1420mg/kg，總鉀含量為3590mg/kg。

實(shí)施例3

基于土壤培肥和改良的荷葉生物炭專用肥制備方法，包括以下步驟：

1.將新鮮荷葉清洗干凈、切成<2cm²大小、曬干，得到干燥的原材料；

2.將原材料與水按1：5混合，置入密封的水熱炭化反應(yīng)釜中，混勻使水充分浸沒生物質(zhì)原料。反應(yīng)釜反應(yīng)條件為：攪拌轉(zhuǎn)速200r·min^-1、以10℃/min升溫至200℃恒溫反應(yīng)6h。待反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，用蒸餾水洗滌，在80℃下干燥；研磨，過10目篩，得到荷葉生物炭基肥料。

本實(shí)例得到的荷葉炭基肥料產(chǎn)率為68.67％，比表面積為6.528m²/g，有機(jī)碳含量為499g/kg，全氮含量為9830mg/kg，總磷為1940mg/kg，總鉀含量為3920mg/kg。

實(shí)施例4

基于土壤培肥和改良的荷葉生物炭專用肥制備方法，包括以下步驟：

1.將新鮮荷葉清洗干凈、切成<2cm²大小，得到生物質(zhì)原材料；

2.將生物質(zhì)原材料按干重計(jì)與水質(zhì)量比為1：20混合，置入密封的水熱炭化反應(yīng)釜中，混勻使水充分浸沒生物質(zhì)原料。反應(yīng)釜反應(yīng)條件為：攪拌轉(zhuǎn)速200r·min^-1、以10℃/min升溫至200℃恒溫反應(yīng)6h。待反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，用蒸餾水洗滌，在80℃下干燥；研磨，過10目篩，得到荷葉生物炭基肥料。

本實(shí)例得到的荷葉炭基肥料產(chǎn)率為64.15％，比表面積為15.7682m²/g，有機(jī)碳含量為512g/kg，全氮含量為9458mg/kg，總磷為1880mg/kg，總鉀含量為3690mg/kg。

實(shí)施例5

將實(shí)施例1～實(shí)施例4制得的荷葉炭基肥料在研究基地進(jìn)行模擬試驗(yàn)。

試驗(yàn)?zāi)M盆栽試驗(yàn)如下：試驗(yàn)用缸：200L陶瓷缸；試驗(yàn)用土：安徽銅陵土；每缸60kg風(fēng)干土；蓮藕品種：鄂蓮6號(hào)。供試土壤性質(zhì)為：酸堿度pH為6.25，陽離子交換量為11.05cmol(+)/kg，有機(jī)碳含量為13.1g/kg；全氮含量為850mg/kg；全磷含量為298mg/kg；全鉀含量為1.58*10⁴mg/kg；堿解氮含量為65.8mg/kg；有效磷含量為6.5mg/kg，速效鉀含量為65.7mg/kg。栽種前(基肥)、蓮藕立葉期、花果期每缸各施入20g復(fù)合肥(N：P₂O₅：K₂O≥60％，N：P₂O₅：K₂O＝20：20：20)。實(shí)施例1～實(shí)施例4制得的荷葉炭基肥料均勻撒施后翻耕入土，用量為300g/缸。收獲期土壤和蓮藕性質(zhì)見圖2和表1。

表1收獲期蓮藕產(chǎn)量和品質(zhì)

施用荷葉炭基肥后，使土壤pH、陽離子交換量、有機(jī)碳含量、全氮含量、總磷、總鉀含量均有提高，且有效磷和速效鉀含量增加較為明顯，同時(shí)提高了蓮藕產(chǎn)量以及淀粉和蛋白質(zhì)含量，說明荷葉炭基肥具有改善土壤性質(zhì)、保肥增肥和提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量的性能。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下的改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。