本發(fā)明屬于水熱生物炭緩解氨揮發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種緩解稻田氨揮發(fā)排放的改良水熱生物炭的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

氨氣是生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)的重要成分，也是大氣污染物之一。土壤氨揮發(fā)是農(nóng)田氮素?fù)p失的重要途徑之一，這不僅降低了氮肥利用率而且揮發(fā)釋放的氨氣還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。全世界施入土壤的氮肥中1%-47% 以土壤氨揮發(fā)的形式進(jìn)入大氣。我國(guó)是世界上最大的產(chǎn)稻國(guó)，水稻土的面積達(dá)2.53×10⁷ hm²，占世界水稻土面積的23%，占我國(guó)糧食耕地面積的29%。但我國(guó)稻田中氮肥的利用率只有30%-35%，損失高達(dá)50%以上。氮肥利用率低不僅直接影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益；同時(shí)也造成土壤、水和大氣環(huán)境的污染，對(duì)人類賴以生存的環(huán)境造成危害。因此，研究氨揮發(fā)損失途徑和機(jī)理，并探索控制氨揮發(fā)的施肥和農(nóng)田管理措施，對(duì)于節(jié)約養(yǎng)分資源、提高農(nóng)民種糧經(jīng)濟(jì)效益和保護(hù)生態(tài)環(huán)境均具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

減少氨揮發(fā)的方法包括改進(jìn)施肥技術(shù)、施用新型肥料、添加土壤改良劑等。其中生物炭作為一種土壤改良劑受到廣泛關(guān)注并迅速升溫成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。特別是近年來(lái)，在氣候變化、環(huán)境污染、能源短缺、糧食危機(jī)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等宏觀背景下，生物炭的潛在應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用空間被進(jìn)一步拓展。目前研究較為廣泛的是常規(guī)熱解生物炭（pyro-char）。常規(guī)熱解生物炭是農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)在缺氧或無(wú)氧條件下高溫裂解形成的穩(wěn)定的富碳產(chǎn)物。它具有良好的吸附性能，其吸附能力受原材料和制備溫度的影響顯著。常規(guī)熱解生物炭除了直接吸附NH₄⁺/NH₃，降低N的損失提高利用率外，生物炭加入土壤中還能夠促進(jìn)土壤中NH₄⁺向NO₃^--N 轉(zhuǎn)化，促進(jìn)土壤N 的轉(zhuǎn)化提高了N 的生物有效性。然而，常規(guī)熱解生物炭多少制備條件下均呈堿性，雖然生物炭較強(qiáng)的吸附能力會(huì)滯留一部分的銨根，但是土壤酸堿條件的變化，會(huì)促進(jìn)銨根向氨氣的轉(zhuǎn)化，進(jìn)而導(dǎo)致氨揮發(fā)損失的增加。因此，從控制稻田氨揮發(fā)的角度，施加常規(guī)熱解生物炭往往不是理想的技術(shù)措施。

水熱炭化作為一種新型的生物質(zhì)炭化技術(shù)，由于不受物料含水率的制約、制備過(guò)程簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和、生物炭產(chǎn)量較高且具有官能團(tuán)豐富等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是高含水率生物質(zhì)制備生物炭較為理想的方法。水熱炭化法（HTC）與傳統(tǒng)的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化方法相比，HTC 溫度低，原料不受水分含量限制，耗能少，CO₂釋放量少，保留了大量廢棄生物質(zhì)中的氧、氮元素，水熱炭化物表面具有豐富的含氧官能團(tuán)，因而親水性及金屬吸附性強(qiáng)。水熱生物炭炭產(chǎn)率較高，進(jìn)而產(chǎn)生較高的總能量，但炭化率較低，芳香結(jié)構(gòu)較少且生物穩(wěn)定性差。因此，通過(guò)水熱炭化技術(shù)利用農(nóng)林廢棄物生產(chǎn)生物炭，對(duì)于緩解資源浪費(fèi)和解決環(huán)境污染等問題有著巨大的潛力。因?yàn)樘厥獾纳蓷l件所導(dǎo)致的獨(dú)特的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)，水熱炭在吸附、制備多孔炭、催化劑載體和清潔能源等領(lǐng)域展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景。

需要注意的是，水熱炭化技術(shù)制備的生物炭（HTC），若施加不當(dāng)，可能會(huì)造成負(fù)面效果，特別是其含有的較多有機(jī)酸和酚類物質(zhì)，在較高施加量條件下可能對(duì)植物生長(zhǎng)造成不利影響。此外，水熱炭比表面積偏小，需要經(jīng)過(guò)一定的預(yù)處理過(guò)程提高比表面積和對(duì)養(yǎng)分特別是銨根的吸附能力。因此，針對(duì)水熱炭這類生物質(zhì)炭材料，有必要通過(guò)一定的改良，并通過(guò)限定其制備條件、施加方式、施加時(shí)間等，實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益的最大化?；谒疅崽康膬?yōu)良特性和潛在不利影響，本發(fā)明著眼于控制稻田氨揮發(fā)排放，同時(shí)避免其負(fù)面作用，提出了一種緩解稻田氨揮發(fā)排放的改良水熱生物炭及其應(yīng)用，為我國(guó)稻田面源污染控制、大氣質(zhì)量的改善、化肥利用效率的提高提供一種低成本的、綠色友好的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供一種緩解稻田氨揮發(fā)排放的改良水熱生物炭的制備方法及其應(yīng)用，能夠減緩稻田氨揮發(fā)，增加土壤炭庫(kù)，提高生物質(zhì)資源的利用率，合理的使用量可以增加水稻產(chǎn)量。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種緩解稻田氨揮發(fā)排放的改良水熱生物炭的制備方法，包括以下步驟：

步驟（1）、制備水熱炭的原始材料：將土生農(nóng)作物和/或水生植物進(jìn)行破碎，

步驟（2）、制備原始材料和溶劑的混合材料：將原始材料與溶劑混合得到混合材料；

步驟（3）、制備水熱生物炭：將混合材料置于水熱反應(yīng)釜中，設(shè)定最高溫度為180-260℃，水熱反應(yīng)釜內(nèi)為密閉環(huán)境，且在缺氧的條件下進(jìn)行升溫并熱解，升溫速率為1-10℃/min，反應(yīng)釜內(nèi)壓力保持為4-10MP，溫度上升至設(shè)定的最高溫度后保持該溫度反應(yīng)0.5-10h，隨后關(guān)閉反應(yīng)釜，打開放氣閥，排出氣體并冷卻至常溫，最后將制備的炭基材料取出，瀝水干燥后得到原始水熱生物炭；為了減少原始水熱炭豐富的有機(jī)酸和有機(jī)酚可能對(duì)作物生長(zhǎng)帶來(lái)的負(fù)面影響，將制得的原始水熱炭在自然狀態(tài)下放置1-4周，進(jìn)行陳化；

步驟（4）、制備改良的水熱生物炭；將陳化后的水熱生物炭與檸檬酸溶液按照物料比為1:2-1:10 （w/v）充分混合，置于容器中浸漬1-2h，然后升溫至70℃保持1-2h，繼續(xù)升溫至120℃保持3-12h，冷卻至常溫；將反應(yīng)結(jié)束后的固體物質(zhì)取出，去離子水洗滌2-3次，晾干，得到改良的水熱生物炭。所述水熱生物炭與檸檬酸溶液按照物料比為1:2-1:10 （w/v），為兩者之間的質(zhì)量體積比，即1kg水熱生物炭對(duì)應(yīng)2-10L檸檬酸溶液。

進(jìn)一步的，所述步驟（1）中，原始材料為廢棄的土生農(nóng)作物和/或水生植物殘?bào)w、林業(yè)副產(chǎn)物，其中土生農(nóng)作物為玉米秸稈、小麥秸稈、水稻秸稈中的一種或多種；所述水生植物為水葫蘆、黑麥草、水花生、水芹中的一種或多種；所述林業(yè)副產(chǎn)物為鋸末、樹木殘?bào)w中的一種或多種。

進(jìn)一步的，所述步驟（1）中，土生農(nóng)作物和水生植物破碎為長(zhǎng)度0.1-2 cm的碎塊。

進(jìn)一步的，所述步驟（2）中，溶劑為水，原始材料和溶劑的固液比為1:5-1:10，即每1 kg原始材料對(duì)應(yīng)的水的體積為5-10L。

進(jìn)一步的，所述步驟（3）中，炭基材料瀝水后，烘干或晾干得到原始水熱生物炭。

進(jìn)一步的，所述步驟（4）中檸檬酸溶液濃度為0.4-0.7 mol/L，制得改良的水熱生物炭pH為3-6，改良的水熱生物炭比表面積為10-100 m²/g。

一種緩解稻田氨揮發(fā)排放的改良水熱生物炭的應(yīng)用，改良的水熱生物炭作為土壤改良劑，施加于水稻稻田中，控制稻田氨揮發(fā)。

進(jìn)一步的，改良的水熱生物炭的施加方法為表層混施，將改良的生物炭與稻田表層2-20cm的水稻土混合。

進(jìn)一步的，改良的水熱生物炭的施加時(shí)間為基肥前1-10d或與其它基肥混合后一起施加。

進(jìn)一步的，改良的水熱生物炭的施加量為0.1%-3%（w/w），即每1kg表土中施加改良的水熱生物炭的量為1-30g。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

在水稻稻田中，按照本發(fā)明提供的施加方法施加水熱生物炭，能夠減緩稻田氨揮發(fā)，增加土壤炭庫(kù)，提高生物質(zhì)資源的利用率，合理的使用量還可以增加水稻產(chǎn)量。

附圖說(shuō)明

圖1是試驗(yàn)例中基肥期氨揮發(fā)通量；

圖2是試驗(yàn)例中分蘗肥期氨揮發(fā)通量；

圖3是試驗(yàn)例中穗肥期氨揮發(fā)通量；

圖4是試驗(yàn)例中三個(gè)肥期不同處理氨揮發(fā)通量。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。

實(shí)施例1

一種緩解稻田氨揮發(fā)排放的改良水熱生物炭的制備方法，包括以下步驟：

步驟（1）、制備水熱炭的原始材料：將小麥秸稈、水稻秸稈、水花生、水芹破碎為長(zhǎng)度0.1-2 cm的碎塊，

步驟（2）、制備原始材料和溶劑的混合材料：將原始材料與溶劑水按照固液比為1:5進(jìn)行混合得到混合材料；

步驟（3）、制備水熱生物炭：將混合材料置于水熱反應(yīng)釜中，設(shè)定最高溫度為180℃，水熱反應(yīng)釜內(nèi)為密閉環(huán)境，且在缺氧的條件下進(jìn)行升溫并熱解，升溫速率為1℃/min，反應(yīng)釜內(nèi)壓力保持為4MP，溫度上升至設(shè)定的最高溫度后保持該溫度反應(yīng)0.5h，隨后關(guān)閉反應(yīng)釜，打開放氣閥，排出氣體并冷卻至常溫，最后將制備的炭基材料取出，瀝水晾干后得到原始水熱生物炭；為了減少原始水熱炭豐富的有機(jī)酸和有機(jī)酚可能對(duì)作物生長(zhǎng)帶來(lái)的負(fù)面影響，將制得的原始水熱炭在自然狀態(tài)下放置1周，進(jìn)行陳化；

步驟（4）、制備改良的水熱生物炭；將陳化后的水熱生物炭與檸檬酸溶液（濃度為0.4 mol/L）按照物料比為1:2（w/v）充分混合，置于容器中浸漬1h，然后升溫至70℃保持1h，繼續(xù)升溫至120℃保持3h，冷卻至常溫；將反應(yīng)結(jié)束后的固體物質(zhì)取出，去離子水洗滌2次，晾干，得到改良的水熱生物炭，所述步驟（4）中，制得改良的水熱生物炭pH為3-6，改良的水熱生物炭比表面積為10-100 m²/g。

一種緩解稻田氨揮發(fā)排放的改良水熱生物炭的應(yīng)用，改良的水熱生物炭作為土壤改良劑，施加于水稻稻田中，控制稻田氨揮發(fā)。改良的水熱生物炭的施加方法為表層混施，將改良的生物炭與稻田表層2-5cm的水稻土混合。改良的水熱生物炭的施加時(shí)間為基肥前1-10d。改良的水熱生物炭的施加量為0.1%（w/w）。

實(shí)施例2

一種緩解稻田氨揮發(fā)排放的改良水熱生物炭的制備方法，包括以下步驟：

步驟（1）、制備水熱炭的原始材料：將玉米秸稈破碎為長(zhǎng)度0.5-1.0cm的碎塊，

步驟（2）、制備原始材料和溶劑的混合材料：將原始材料與溶劑水按照固液比為1:8進(jìn)行混合得到混合材料；

步驟（3）、制備水熱生物炭：將混合材料置于水熱反應(yīng)釜中，設(shè)定最高溫度為200℃，水熱反應(yīng)釜內(nèi)為密閉環(huán)境，且在缺氧的條件下進(jìn)行升溫并熱解，升溫速率為5℃/min，反應(yīng)釜內(nèi)壓力保持為8MP，溫度上升至設(shè)定的最高溫度后保持該溫度反應(yīng)5h，隨后關(guān)閉反應(yīng)釜，打開放氣閥，排出氣體并冷卻至常溫，最后將制備的炭基材料取出，瀝水晾干后得到原始水熱生物炭；為了減少原始水熱炭豐富的有機(jī)酸和有機(jī)酚可能對(duì)作物生長(zhǎng)帶來(lái)的負(fù)面影響，將制得的原始水熱炭在自然狀態(tài)下放置2周，進(jìn)行陳化；

步驟（4）、制備改良的水熱生物炭；將陳化后的水熱生物炭與檸檬酸溶液（濃度為0.55mol/L）按照物料比為1：5 （w/v）充分混合，置于容器中浸漬1.5h，然后升溫至70℃保持1.5h，繼續(xù)升溫至120℃保持5h，冷卻至常溫；將反應(yīng)結(jié)束后的固體物質(zhì)取出，去離子水洗滌3次，晾干，得到改良的水熱生物炭，所述步驟（4）中，制得改良的水熱生物炭pH為3-6，改良的水熱生物炭比表面積為10-100 m²/g。

一種緩解稻田氨揮發(fā)排放的改良水熱生物炭的應(yīng)用，改良的水熱生物炭作為土壤改良劑，施加于水稻稻田中，控制稻田氨揮發(fā)。改良的水熱生物炭的施加方法為表層混施，將改良的生物炭與稻田表層5-12cm的水稻土混合。改良的水熱生物炭的施加時(shí)間為與其它基肥混合后一起施加。改良的水熱生物炭的施加量為2%（w/w）。

實(shí)施例3

一種緩解稻田氨揮發(fā)排放的改良水熱生物炭的制備方法，包括以下步驟：

步驟（1）、制備水熱炭的原始材料：將黑麥草破碎為長(zhǎng)度0.8-2 cm的碎塊，

步驟（2）、制備原始材料和溶劑的混合材料：將原始材料與溶劑水按照固液比為1:10進(jìn)行混合得到混合材料；

步驟（3）、制備水熱生物炭：將混合材料置于水熱反應(yīng)釜中，設(shè)定最高溫度為260℃，水熱反應(yīng)釜內(nèi)為密閉環(huán)境，且在缺氧的條件下進(jìn)行升溫并熱解，升溫速率為10℃/min，反應(yīng)釜內(nèi)壓力保持為10MP，溫度上升至設(shè)定的最高溫度后保持該溫度反應(yīng)10h，隨后關(guān)閉反應(yīng)釜，打開放氣閥，排出氣體并冷卻至常溫，最后將制備的炭基材料取出，瀝水晾干后得到原始水熱生物炭；為了減少原始水熱炭豐富的有機(jī)酸和有機(jī)酚可能對(duì)作物生長(zhǎng)帶來(lái)的負(fù)面影響，將制得的原始水熱炭在自然狀態(tài)下放置4周，進(jìn)行陳化；

步驟（4）、制備改良的水熱生物炭；將陳化后的水熱生物炭與檸檬酸溶液（濃度為0.7mol/L）按照物料比為1：8 （w/v）充分混合，置于容器中浸漬2h，然后升溫至70℃保持2h，繼續(xù)升溫至120℃保持12h，冷卻至常溫；將反應(yīng)結(jié)束后的固體物質(zhì)取出，去離子水洗滌3次，晾干，得到改良的水熱生物炭，所述步驟（4）中，制得改良的水熱生物炭pH為3-6，改良的水熱生物炭比表面積為10-100 m²/g。

一種緩解稻田氨揮發(fā)排放的改良水熱生物炭的應(yīng)用，改良的水熱生物炭作為土壤改良劑，施加于水稻稻田中，控制稻田氨揮發(fā)。改良的水熱生物炭的施加方法為表層混施，將改良的生物炭與稻田表層8-15cm的水稻土混合。改良的水熱生物炭的施加時(shí)間為基肥前5-10d。改良的水熱生物炭的施加量為3%（w/w）。

實(shí)施例4

一種緩解稻田氨揮發(fā)排放的改良水熱生物炭的制備方法，包括以下步驟：

步驟（1）、制備水熱炭的原始材料：將小麥秸稈破碎為長(zhǎng)度0.1-2 cm的碎塊，

步驟（2）、制備原始材料和溶劑的混合材料：將原始材料與溶劑水按照固液比為1:5進(jìn)行混合得到混合材料；

步驟（3）、制備水熱生物炭：將混合材料置于水熱反應(yīng)釜中，設(shè)定最高溫度為210℃，水熱反應(yīng)釜內(nèi)為密閉環(huán)境，且在缺氧的條件下進(jìn)行升溫并熱解，升溫速率為8℃/min，反應(yīng)釜內(nèi)壓力保持為8MP，溫度上升至設(shè)定的最高溫度后保持該溫度反應(yīng)8h，隨后關(guān)閉反應(yīng)釜，打開放氣閥，排出氣體并冷卻至常溫，最后將制備的炭基材料取出，瀝水、烘干或晾干后得到原始水熱生物炭；為了減少原始水熱炭豐富的有機(jī)酸和有機(jī)酚可能對(duì)作物生長(zhǎng)帶來(lái)的負(fù)面影響，將制得的原始水熱炭在自然狀態(tài)下放置3周，進(jìn)行陳化；

步驟（4）、制備改良的水熱生物炭；將陳化后的水熱生物炭與檸檬酸溶液（濃度為0.6mol/L）按照物料比為1：10 （w/v）充分混合，置于容器中浸漬1.5h，然后升溫至70℃保持1.5h，繼續(xù)升溫至120℃保持10h，冷卻至常溫；將反應(yīng)結(jié)束后的固體物質(zhì)取出，去離子水洗滌2-3次，晾干，得到改良的水熱生物炭，所述步驟（4）中，制得改良的水熱生物炭pH為3-6，改良的水熱生物炭比表面積為10-100 m²/g。

一種緩解稻田氨揮發(fā)排放的改良水熱生物炭的應(yīng)用，改良的水熱生物炭作為土壤改良劑，施加于水稻稻田中，控制稻田氨揮發(fā)。改良的水熱生物炭的施加方法為表層混施，將改良的生物炭與稻田表層3-5cm的水稻土混合。改良的水熱生物炭的施加時(shí)間為基肥前1-10d。改良的水熱生物炭的施加量為0.5%（w/w）。

實(shí)施例5

一種緩解稻田氨揮發(fā)排放的改良水熱生物炭的制備方法，包括以下步驟：

步驟（1）、制備水熱炭的原始材料：將玉米秸稈和水葫蘆破碎為長(zhǎng)度0.1-2 cm的碎塊，

步驟（2）、制備原始材料和溶劑的混合材料：將原始材料與溶劑水按照固液比為1:7進(jìn)行混合得到混合材料；

步驟（3）、制備水熱生物炭：將混合材料置于水熱反應(yīng)釜中，設(shè)定最高溫度為190℃，水熱反應(yīng)釜內(nèi)為密閉環(huán)境，且在缺氧的條件下進(jìn)行升溫并熱解，升溫速率為4℃/min，反應(yīng)釜內(nèi)壓力保持為6MP，溫度上升至設(shè)定的最高溫度后保持該溫度反應(yīng)3h，隨后關(guān)閉反應(yīng)釜，打開放氣閥，排出氣體并冷卻至常溫，最后將制備的炭基材料取出，瀝水、烘干或晾干后得到原始水熱生物炭；為了減少原始水熱炭豐富的有機(jī)酸和有機(jī)酚可能對(duì)作物生長(zhǎng)帶來(lái)的負(fù)面影響，將制得的原始水熱炭在自然狀態(tài)下放置3周，進(jìn)行陳化；

步驟（4）、制備改良的水熱生物炭；將陳化后的水熱生物炭與檸檬酸溶液（濃度為0.6mol/L）按照物料比為1：10 （w/v）充分混合，置于容器中浸漬2h，然后升溫至70℃保持1h，繼續(xù)升溫至120℃保持12h，冷卻至常溫；將反應(yīng)結(jié)束后的固體物質(zhì)取出，去離子水洗滌3次，晾干，得到改良的水熱生物炭，所述步驟（4）中，制得改良的水熱生物炭pH為3-6，改良的水熱生物炭比表面積為10-100 m²/g。

一種緩解稻田氨揮發(fā)排放的改良水熱生物炭的應(yīng)用，改良的水熱生物炭作為土壤改良劑，施加于水稻稻田中，控制稻田氨揮發(fā)。改良的水熱生物炭的施加方法為表層混施，將改良的生物炭與稻田表層15-20cm的水稻土混合。改良的水熱生物炭的施加時(shí)間為基肥前1-10d。改良的水熱生物炭的施加量為1%（w/w）。

實(shí)施例6

一種緩解稻田氨揮發(fā)排放的改良水熱生物炭的制備方法，包括以下步驟：

步驟（1）、制備水熱炭的原始材料：將鋸末破碎為長(zhǎng)度0.1-0.3cm的碎塊，

步驟（2）、制備原始材料和溶劑的混合材料：將原始材料與溶劑水按照固液比為1:5進(jìn)行混合得到混合材料；

步驟（3）、制備水熱生物炭：將混合材料置于水熱反應(yīng)釜中，設(shè)定最高溫度為180℃，水熱反應(yīng)釜內(nèi)為密閉環(huán)境，且在缺氧的條件下進(jìn)行升溫并熱解，升溫速率為1℃/min，反應(yīng)釜內(nèi)壓力保持為4MP，溫度上升至設(shè)定的最高溫度后保持該溫度反應(yīng)0.5h，隨后關(guān)閉反應(yīng)釜，打開放氣閥，排出氣體并冷卻至常溫，最后將制備的炭基材料取出，瀝水晾干后得到原始水熱生物炭；為了減少原始水熱炭豐富的有機(jī)酸和有機(jī)酚可能對(duì)作物生長(zhǎng)帶來(lái)的負(fù)面影響，將制得的原始水熱炭在自然狀態(tài)下放置3周，進(jìn)行陳化；

步驟（4）、制備改良的水熱生物炭；將陳化后的水熱生物炭與檸檬酸溶液（濃度為0.4mol/L）按照物料比為1：2 （w/v）充分混合，置于容器中浸漬1h，然后升溫至70℃保持1h，繼續(xù)升溫至120℃保持3h，冷卻至常溫；將反應(yīng)結(jié)束后的固體物質(zhì)取出，去離子水洗滌2次，晾干，得到改良的水熱生物炭，所述步驟（4）中，制得改良的水熱生物炭pH為3-6，改良的水熱生物炭比表面積為10-100 m²/g。

一種緩解稻田氨揮發(fā)排放的改良水熱生物炭的應(yīng)用，改良的水熱生物炭作為土壤改良劑，施加于水稻稻田中，控制稻田氨揮發(fā)。改良的水熱生物炭的施加方法為表層混施，將改良的生物炭與稻田表層2-5cm的水稻土混合。改良的水熱生物炭的施加時(shí)間為基肥前1-10d。改良的水熱生物炭的施加量為0.1%（w/w）。

本發(fā)明采用水稻盆栽進(jìn)行試驗(yàn)，盆缽使用PVC材料定制，內(nèi)徑30cm，高度50cm，盆缽上距離底部5cm處設(shè)有一個(gè)直徑1cm的小孔，為水稻烤田時(shí)所用，每個(gè)盆缽裝入35kg的水稻土，土層厚度約50cm。

本試驗(yàn)使用的水熱生物炭為按本發(fā)明提供的制備方法制備所得，施加方法、時(shí)間及施加量也為本發(fā)明所提供的應(yīng)用中的方案。本發(fā)明提供的方法制備的水熱生物炭根據(jù)其制備的材料包括實(shí)施例4中改良的麥稈水熱炭（H-Wchar）和實(shí)施例6中的鋸末水熱炭（H-Schar），添加量包括0.5%和3% (w/w)。同時(shí)設(shè)置不施氮肥（CK0）和施氮肥（CKU）兩個(gè)對(duì)照組。每個(gè)處理方式做3個(gè)重復(fù)組。

試驗(yàn)的對(duì)照組（CK0）不施加氮肥，其他試驗(yàn)組施氮處理總氮的投入一致，皆為240kgN/ha。氮肥分三次（基肥、蘗肥、穗肥）施加，其中基肥、蘗肥、穗肥的氮肥質(zhì)量配比為4:4:2。氮肥所用肥料為尿素，基肥、蘗肥、穗肥的施加量依次為每盆1.454g尿素、1.454g尿素、0.727g尿素。在各試驗(yàn)組中均施加磷肥、鉀肥，且在基肥時(shí)一次性施入，具體的磷肥（P₂O₅）、鉀肥（K₂O）用量分別為96kg/ha、192kg/ha。磷肥所用肥料為過(guò)磷酸鈣，施加量為每盆4.847g，鉀肥所用肥料為氯化鉀，施加量為每盆2.161g。

2016年7月6日施加磷肥、鉀肥，7月7日移栽并施加氮肥。氮肥在7月7日、7月18日、8月19日按配比分三次施加。7月18日-7月14日為基肥期，7月19日-7月25日為蘗肥期，8月7日-8月13日為烤田期，8月20日-8月26日為穗肥期。肥期每天都采集田面水和氨揮發(fā)，得出如圖1-4和表1所示的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

如圖1所示，基肥期不同水熱炭處理對(duì)稻田氨揮發(fā)通量的影響?？梢园l(fā)現(xiàn)，在基肥期稻田氨揮發(fā)通量沒有因?yàn)槭┘铀疅崽慷麥p，這與稻田氨揮發(fā)主要的控制性因素有關(guān)；同時(shí)通過(guò)與同等添加量的常規(guī)熱解生物炭比較可以發(fā)現(xiàn)，水熱炭添加對(duì)氨揮發(fā)的增排效應(yīng)低于常規(guī)熱解生物炭。

如圖2所示，分蘗肥期不同水熱炭處理對(duì)稻田氨揮發(fā)通量的影響?？梢园l(fā)現(xiàn)，在分蘗肥期稻田氨揮發(fā)通量因?yàn)槭┘铀疅崽慷@著低于對(duì)照處理。因此，水熱炭在分蘗肥期對(duì)稻田氨揮發(fā)的排放起到了一定的抑制作用，氨揮發(fā)減排率超過(guò)40%。

如圖3所示，穗肥期不同水熱炭處理對(duì)稻田氨揮發(fā)通量的影響?？梢园l(fā)現(xiàn)，在穗肥期稻田氨揮發(fā)通量因?yàn)槭┘铀疅崽慷@著低于對(duì)照處理。但是穗肥階段水熱炭對(duì)氨揮發(fā)的減排效果不如分蘗肥期減排效果顯著。多數(shù)情況下穗肥期水熱炭施加對(duì)氨揮發(fā)通量的減排比例一般為10%左右。這可能與隨著時(shí)間增加水熱炭的效用消減有關(guān)。需要注意的是，3%添加量的小麥秸稈生物炭處理的氨揮發(fā)量較高，可能與較高添加量時(shí)植物生長(zhǎng)受到影響，銨根吸收量以及土壤覆蓋度降低有關(guān)。因此，這也說(shuō)明水熱炭的施加量是較為關(guān)鍵的參數(shù)，若施加量不合適，則會(huì)產(chǎn)生明顯的負(fù)面作用。

如圖4所示，三個(gè)肥期不同水熱炭處理對(duì)氨揮發(fā)通量的綜合影響?？梢园l(fā)現(xiàn)，通過(guò)施加本發(fā)明推薦條件下的水熱生物炭，可以實(shí)現(xiàn)稻田氨揮發(fā)的顯著降低，總體上減排率在10-18%，實(shí)現(xiàn)了良好的減排效果。

表1水熱生物炭施加對(duì)水稻產(chǎn)量及構(gòu)成因子的影響

Rice yield and its components

如表1所示，可以發(fā)現(xiàn)，通過(guò)施加本發(fā)明推薦條件下的水熱生物炭，對(duì)水稻產(chǎn)量沒有負(fù)面影響；同時(shí)，在特定條件下（如0.5%施加量的小麥秸稈水熱生物炭）對(duì)水稻產(chǎn)量具有一定的促進(jìn)效果，增產(chǎn)約4%。這表明本發(fā)明推薦條件下的水熱生物炭可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)氨揮發(fā)的減排和水稻的增產(chǎn)，具有較好的應(yīng)用前景。

水熱炭化作為一種新型的生物質(zhì)炭化技術(shù)，由于不受物料含水率的制約、制備過(guò)程簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和、生物炭產(chǎn)量較高且具有官能團(tuán)豐富等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是高含水率生物質(zhì)制備生物炭較為理想的方法。水熱炭化法（HTC）是指在密封的壓力容器中，以農(nóng)林生活廢棄物為原料、以水為溶劑和反應(yīng)介質(zhì)、在自壓力和180-260℃的反應(yīng)溫度下合成富碳產(chǎn)物的過(guò)程。與傳統(tǒng)的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化方法相比，HTC 溫度低，原料不受水分含量限制，耗能少，CO₂釋放量少，保留了大量廢棄生物質(zhì)中的氧、氮元素，水熱炭化物表面具有豐富的含氧官能團(tuán)，因而親水性及金屬吸附性強(qiáng)。水熱生物炭炭產(chǎn)率較高，進(jìn)而產(chǎn)生較高的總能量，但炭化率較低，芳香結(jié)構(gòu)較少且生物穩(wěn)定性差。因此，通過(guò)水熱炭化技術(shù)利用農(nóng)林廢棄物生產(chǎn)生物炭，對(duì)于緩解資源浪費(fèi)和解決環(huán)境污染等問題有著巨大的潛力。因?yàn)樘厥獾纳蓷l件所導(dǎo)致的獨(dú)特的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)，水熱炭在吸附、制備多孔炭、催化劑載體和清潔能源等領(lǐng)域展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。