一種園林廢棄物生物質炭基土壤調理劑及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及土壤調理劑技術領域，具體涉及一種園林廢棄物生物質炭基土壤調理劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002]施肥已經成為農業生產不可或缺的技術措施之一，對作物生產的貢獻率超過一半。中國肥料利用率一直比較低，如氮肥當季作物的利用率平均只有30%左右，比發達國家低近20個百分點，這一方面是因為非科學的施肥方法，另一方面則是由于肥料本身的特性。提高肥料利用率刻不容緩，研發施用新型多功能肥料，是提高肥料利用效率重要的途徑之一O
[0003]生物質炭是生物質高溫裂解的固體產物，具有很多特異的性質，如多孔、高度穩定性、高度芳香化、表面有大量的多種官能團，同時帶有正負2種電荷，能夠吸附分子和陰陽離子、極性和非極性物質。原材料、裂解溫度、裂解時間等是影響生物質炭物理、化學特性的主要因素，一般說來，在一定范圍內，隨著裂解溫度的升高、反應時間的延長，生物質炭的比表面積增大、芳香化結構增強，灰分含量及PH升高，速效養分和鈣、鎂含量也隨之升高。
[0004]目前，隨著我國城市化進程的發展，園林綠化在改善城市環境質量、緩解城市熱島效應、保持城市生態平衡等方面作用越來越受到人們的重視，并得以迅速發展；但隨之而來的樹木枝干、枯枝、落葉、草肩、以及其他綠化修剪物等園林綠化廢棄物也在急劇增大，園林綠化廢棄物的資源化再利用關鍵技術研宄及產業化成為迫在眉睫需要解決的事情。
[0005]土壤調理劑是由農用保水劑及富含有機質、腐殖酸的天然泥炭或其他有機物為主要原料，輔以生物活性成分及營養元素組成，經科學工藝加工而成的產品，有極其顯著的“保水、增肥、透氣”三大土壤調理性能。能夠打破土壤板結、疏松土壤、提高土壤透氣性、降低土壤容重，促進土壤微生物活性、增強土壤肥水滲透力；具有改良土壤，治理荒漠.保水抗旱，增強農作物抗病能力，提高農作物產量，改善農產品品質，恢復農作物原生態等功能，大幅度提尚植樹成活率和農廣品廣量；改善農林廣品品質，恢復農林廣品的天然風貌。完全無公害，無污染，無生物激素，不同于國際市場上各種化肥、農藥、葉面肥和生物激素，是世界農林業種植的新型綠色生產資料。
[0006]但是，目前未見利用園林廢棄物生物質炭和土壤調理劑的研宄報道。因此，研發一種園林廢棄物生物質炭基土壤調理劑以顯得尤為重要。
【發明內容】
[0007]為了克服現有技術中存在的缺點和不足，本發明的目的在于提供一種園林廢棄物生物質炭基土壤調理劑的制備方法，該制備方法將廢棄資源園林廢棄物制得園林廢棄物生物質炭，再和土壤調理劑復配制得園林廢棄物生物質炭基土壤調理劑，大大降低了生產成本，減少了環境污染，可以帶來良好的社會經濟效益和推廣應用的價值；且該制備方法工藝簡單，操作控制方便，質量穩定，生產效率高，可大規模工業化生產。
[0008]本發明的另一目的在于提供一種園林廢棄物生物質炭基土壤調理劑，該園林廢棄物生物質炭基土壤調理劑利用園林廢棄物生物質炭的物理性能，實現了對土壤調理劑的有效緩釋，延長了土壤調理劑的作用時間，提高了土壤調理劑的利用率，為作物在生長期中長時間充足的營養供應，并且為作物營養強化提供了很好的技術支持。該園林廢棄物生物質炭基土壤調理劑在玉米、大豆、水稻等多種糧食作物及蔬菜、果樹中施用，可以實現一次施肥后期不用追肥，有效提高土壤有效成分的水平，作物籽粒營養成分的含量及產量明顯提升，肥效持久，增產增收。
[0009]本發明的目的通過下述技術方案實現:一種園林廢棄物生物質炭基土壤調理劑的制備方法，包括如下步驟:
(1)將園林廢棄物高溫裂解，得到園林廢棄物生物質炭和可燃性氣體；
(2)將土壤調理劑的原料和占土壤調理劑總原料重量16-20%的園林廢棄物生物質炭混合后熔融、造粒，收集粒料；其中，熔融所需的熱量由所述可燃性氣體燃燒提供；
所述土壤調理劑包括如下重量份的原料:貝殼粉8-12份、氧化鈣1-5、氫氧化鉀2-6份、復合氨基酸液4-8份、高吸水樹脂1-3份、復合菌劑0.5-1.5份；
(3)將收集的粒料負壓冷卻，進行篩選；
(4)將篩選后的粒料進行包膜，包裝出貨，制得園林廢棄物生物質炭基土壤調理劑。
[0010]本發明的制備方法將廢棄資源園林廢棄物制得園林廢棄物生物質炭，再和土壤調理劑復配制得園林廢棄物生物質炭基土壤調理劑，大大降低了生產成本，減少了環境污染，可以帶來良好的社會經濟效益和推廣應用的價值；且該制備方法工藝簡單，操作控制方便，質量穩定，生產效率高，可大規模工業化生產。
[0011]優選的，所述步驟(I)具體為:將園林廢棄物粉碎至粒徑l-2mm，將粉碎后的園林廢棄物干燥至含水率小于5%，得到生物質物料；將裂解催化劑和生物質物料按重量比0.5-1.5:100放入高溫熱解爐裂解內進行高溫裂解，得到園林廢棄物生物質炭和可燃性氣體；其中，高溫裂解的溫度為500-700°C，高溫裂解的時間為60-120min。
[0012]生物質經高溫裂解會產生生物質炭、焦油和可燃性氣體，裂解催化劑的加入可以催化焦油裂解，裂解催化劑能夠在較低反應溫度下得到較高的焦油去除率，而且還能提高氣體熱值和產量。
[0013]優選的，所述裂解催化劑的制備方法為:按照等體積浸漬法，將碳納米管載體加入足量的鎳鹽的水溶液中，超聲處理并靜置；然后對上述物料進行干燥，并在氫氣和氮氣條件下還原，制得載鎳碳納米管催化劑，并使得Ni的質量百分比含量為10-20% ;其中，所述鎳鹽是由硝酸鎳、氯化鎳和醋酸鎳以重量比1:0.8-1.2:1.2-1.8組成的混合物。
[0014]生物質炭在提高作物產量、增強土壤養分、增加土壤肥力、土壤結構改良修復、受污染環境修復以及溫室氣體減排等各方面都展現出了巨大的應用潛力，作為一類新型環境功能材料在當今社會弓I起廣泛關注。
[0015]生物炭有著巨大的表面積和繁多的小孔結構，這種孔洞結構更容易聚集吸收營養養分物，促進有益微生物的生長，從而使土壤變得更肥沃，有利于植物的生長，實現可持續發展的綠色農業。所以，生物質炭不僅能減少溫室氣體，如甲烷、氧化亞氮和二氧化碳排放的效果，而且對改善土壤健康、減少養分流失、恢復土壤肥力、提高肥料的利用效率、提高土壤生產力具有積極作用。
[0016]生物質炭中含有豐富的空隙和有機大分子結構，在和肥料配施的情況下，在土壤中較易形成大團聚體，增進土壤的養分離子的吸附和保持，土壤中的NH4+吸附與固持作用得以明顯增強，提高了作物對氮的利用率，從而使氮素損失得到降低。另外，生物質炭在土壤中存在一定時間后表面部分會被輕度氧化形成羰基、酚基等，這有助于增加土壤的陽離子交換量。生物質炭對NH4+和NO3-具有較強的吸附特性，從而能夠持留土壤中的氮素，有效降低農田土壤氨的揮發和控制土壤氮養分的淋瀝流失，這些特性使生物質炭能夠有效降低農田土壤氮養分的流失，提高農作物產量，同時減少了化肥施用量和農田氮養分流失引起的面源污染。
[0017]生物質炭含有各種豐富的灰分元素，可在土壤中作為可溶性養分被作物吸收利用，從而提高了土壤有機質含量和土壤碳保持容量，并且生物質炭本身也可以作為肥料提高上壤肥力。生物質炭含有的豐富灰分元素如K、Ca、Mg等都呈可溶態，進入土壤后成為溶液中的可溶性鹽基離子，提高土壤的鹽基飽和度，降低其交換性酸和交換性鋁含量，有利于提高其它陽離子交換量，并降低鋁離子活化，降低酸性土壤中鋁的飽和度，從而提高土壤的pH值。土壤中鋁離子過多會對植物生長與土壤微生物活動產生不良影響。
[0018]生物質炭的表面具有大量的負電荷，具有大量的孔洞結構及巨大的比表面積，對土壤的化學性質和物理性狀都有不同程度的影響，對土壤極性或非極性有機化合物、土壤有效水、土壤養分元素或沉積物中的無機離子都具有很強的吸附能力。將生物質炭施入土壤后，其多孔性結構有利于土壤水的保持，土壤的保水性得到增強，土壤中施入大量的生物質炭后，其田間持水量會比周圍對照土壤高18%。生物質炭的添加到土壤后，土壤通氣性和孔隙度得到提高，使土壤具有良好的耕作結構。為微生物提供更多的生存空間，有利于土壤中好氧微生物的生長，提高了上壤中有機質的礦化進程，增加土壤肥力和有效態養分含量，有利于促進植物對營養元素的吸收和土壤團聚體的形成。
[0019]生物質炭具有良好的化學性質、物理結構和養分調控作用，對土壤中可交換態的養分物質有強烈吸附作用。生物質炭和肥料的合理配施，可以增強土壤中銨態氮的吸附與固持，提高植物對養分元素的利用效率，特別是提高作物對氮的利用率，降低氮素在田間的揮發量。施入黑炭的土壤更容易形成較大的團聚體，而使養分離子更容易吸附在生物質炭表面和孔隙中，特別有利于銨態氮離子的吸附性。黑炭的吸附作用有利于植物對吸附養分的利用，可以顯著促進種子萌發和生長，從而促進作物生長。
[0020]生物質炭含有豐富的有機質，土壤中施入生物質炭，可提高土壤中的有機質含量，最終使其植物能利用的陽離子和可交換態陽離子含量提高。生物質炭的添加對土壤有機質起了激發作用，有利于土壤中原有的有機質的分解，進一步提高土壤的肥力，協調了土壤的供肥與保肥能力，保證了植物有充足的養分供應。
[0021]綜上所述，生物質炭的多孔性、巨大的比表面積、表面負電荷和電荷密度等特性使其能夠吸附和固持肥料中的養分，實現其緩釋效果，顯著削減土壤N流失量，提高土壤肥力，促進作物增產和維持土壤生態系統平衡的作用。
[0022]目前，生物質炭的活化方法主要采用化學活化法，化學活化分為:酸活化(主要是磷酸、硫酸活化)、堿活化(主要是氫氧化鉀、氫氧化鈉活化)、鹽活化(主要是氯化鋅活化)。鹽活化具有活化溫度低和工藝簡單的優點。
[0023]優選的，所述步驟(I)和步驟(2)之間還包括步驟(Γ):將園林廢棄物生物質炭與活化劑混合，在惰性氣氛中升溫至活化溫度進行活化處理