一種改良土壤的秸稈液化液及制備和改良土壤方法
【專利摘要】本發明涉及一種改良土壤的秸稈液化液及制備和改良土壤方法，以農作物秸稈為主要原料，不使用任何催化劑，將秸稈和水按一定的質量比在一定的條件下恒溫下進行秸稈液化，然后將秸稈液化液與土壤進行混合攪拌、直接進行噴灑或淋灌。本發明的方法不使用任何催化劑，僅采用水為介質對秸稈進行液化處理,具有改良土壤酸堿度和補充營養的雙重功能，施用后既平衡土壤的酸堿度又供給氮、磷、鉀等有機質養分，促進作物生長，提高產量。秸稈液化方法簡單，適用面廣，可大量減少化肥使用量，減少秸稈焚燒，降低因焚燒秸稈而產生的環境污染。秸稈液化能夠殺滅秸稈留存的有害病菌，降低秸稈攜帶有害病菌對后續耕作的危害。
【專利說明】
一種改良土壤的秸稈液化液及制備和改良土壤方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種用于土壤改良的液化液劑和改良方法，具體涉及一種用于土壤改良的秸桿液化液及液化液的制備和改良土壤的方法。
【背景技術】
[0002]全世界每年產農作物秸桿約1000?2000億噸，我國每年產農作物秸桿達7億噸以上。目前，秸桿主要應用于肥料、飼料、能源、工業原料和進行深加工。但由于秸桿本身質輕、體積大導致運輸成本較大和開發技術的局限性，規模化利用秸桿還存在較多問題。由于在經濟效益層面調動農民積極性不強，大量的秸桿被焚燒處理，不但降低了秸桿的經濟性能，污染了環境，在局部還因焚燒秸桿導致了火災的發生。
[0003]現有土壤改良劑或土壤肥料，要么以農業土壤為研究對象，要么以改善土壤退化(沙化、堿化等)為目的，很少有既可以增加土壤肥力，提高作物產量，又適用鹽堿土壤改良的土壤改良劑。
[0004]現有秸桿制肥主要有發酵和生物炭制肥兩種方法。發酵法耗時較長;而生物炭制肥法不但損失了秸桿中的大量有機質，降低了秸桿利用率，還由于生物炭本身呈堿性，在鹽堿化土壤中使用會受到限制。因此急需研制一種具有改良土壤酸堿度和補充營養的雙重功能，施用后既可以平衡土壤的酸堿度又可以供給土壤所缺乏氮、磷、鉀、有機質營養養分，促進作物生長，提高產量，實現秸桿高利用率快速還田的土壤改良劑。
[0005]CN105418316A公開的“一種適用于鹽堿化土壤的生物炭肥改良劑及其制備方法和施用方法”中的高溫缺氧裂解溫度為300?500°C，時間為3?5h。
[0006]CN105367343A公開的“一種環保型生物質土壤改良劑的制備”中的熱解溫度在400?500°C，時間為，2?3h。

【發明內容】

[0007]本發明的目的就在于針對上述現有技術的不足，提供一種不使用任何催化劑的改良土壤的秸桿液化液；
[0008]本發明的另一目的是提供一種不使用任何催化劑的改良土壤的秸桿液化液的制備方法；
[0009]本發明的另一目的是提供一種改良土壤的秸桿液化液及改良土壤方法。
[0010]本發明的思想是:我國秸桿產量大，利用率低，大量焚燒造成環境污染。而秸桿等農作物廢棄物中含有豐富的N、P、K、有機質，如何將其快速還田、物盡其用稱為我們研究的出發點。為了不產生二次污染，本發明不使用任何催化劑，僅采用水為介質對秸桿進行液化處理。得到的產物與秸桿自然腐化的產物腐殖酸成分非常接近，具有改良土壤酸堿度和補充營養的雙重功能，施用后既可以平衡土壤的酸堿度又可以供給土壤所缺乏氮、磷、鉀、有機質營養養分，促進作物生長，提高產量，實現秸桿高利用率快速還田。秸桿液化液既可以增加土壤肥力，提高作物產量，又適用鹽堿土壤改良的土壤改良劑。
[0011]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0012]—種改良土壤的秸桿液化液，以農作物秸桿為主要原料，不使用任何催化劑，將秸桿和水按1:10?1: 50的質量比在200?320°C、10?15PMa條件下恒溫0.1?2h進行秸桿液化，然后將秸桿液化液與土壤進行混合攪拌，或將秸桿液化液直接進行噴灑或淋灌。
[0013]所述的秸桿包括:玉米秸桿、玉米芯、水稻秸桿、小麥秸桿、向日葵秸桿、棉花秸桿、高粱秸桿、番茄秸桿、辣椒秸桿等農作物秸桿及樹枝、樹葉、果殼等含有纖維素、半纖維素結構的植物廢棄物。
[0014]一種改良土壤的秸桿液化液的制備方法，包括以下步驟:
[0015]A、將秸桿切割至長度I?20cm;
[0016]B、將切割后的秸桿裝入反應釜，并按秸桿與水1:10?1:50的質量比加水，加水后的體積不大于反應釜體積的1/2;
[0017]C、密閉反應Il加料口，啟動加熱裝置；
[0018]D、反應釜加熱至200?320°C，控制反應釜內壓強在10?15PMa;
[0019]E、恒溫 0.1 ?2h;
[0020]F、關閉反應爸加熱裝置；
[0021]G、開啟反應釜冷卻裝置，冷卻至室溫；
[0022 ] H、通過反應釜放料口放出秸桿液化液；
[0023]1、分析測秸桿液化液PH值、N、P、K、有機質含量；
[0024]J、檢測未改良土壤的PH值、Ν、Ρ、Κ、有機質含量；
[0025]K、按農作物種植要求或土壤需求指標對使用秸桿液化液濃度及數量進行計算；
[0026]L、按計算結果將秸桿液化液與被改良土壤進行混合；
[0027]Μ、對混合后的土壤進行檢測，依據檢測結果進行修正，使之滿足改良土壤的PH值、Ν、Ρ、Κ的技術指標。
[0028]改良土壤方法，是將滿足改良土壤PH值、Ν、Ρ、Κ技術指標的秸桿液化液與擬改良土壤進行混合，或將滿足技術指標的秸桿液化液與擬被改良土壤進行噴灑或淋灌;或對擬改良土壤種植的植株進行噴灑或淋灌。
[0029]有益效果:本發明提供的改良土壤的秸桿液化液及改良土壤的方法不使用任何催化劑，僅采用水為介質對秸桿進行液化處理。得到的產物與秸桿自然腐化的產物腐殖酸成分非常接近，具有改良土壤酸堿度和補充營養的雙重功能，施用后既可以平衡土壤的酸堿度又可以供給土壤所缺乏氮、磷、鉀、有機質營養養分，促進作物生長，提高產量。本發明的秸桿液化方法簡單，實用性強，適用面廣，運輸半徑短。在不改變原有耕作習慣基礎上，可大量減少化肥的使用量，增加農民經濟收入，提高農民使用積極性，減少秸桿的焚燒。在改善土壤結構的同時，降低因焚燒秸桿而產生的環境污染。本發明的秸桿液化方法能夠殺滅秸桿留存的有害病菌，降低秸桿攜帶有害病菌對后續耕作的危害。
[0030]本發明的秸桿液化方法實現秸桿在2?4h液化，與發酵制肥法相比較時間短，溫度條件為200?320°C，與利用秸桿制備生物炭肥方法相比較溫度低，耗能小。實現了作物廢棄物的全液化處理，過程產生的少量生物質炭對改善土壤結構亦有利，秸桿或農作物廢棄物的利用率高。
[0031]本發明的秸桿液化液僅采用水為介質對秸桿進行液化處理。得到的產物與秸桿自然腐化的產物腐殖酸成分非常接近，具有改良土壤酸堿度和補充營養的雙重功能，施用后既可以平衡土壤的酸堿度又可以供給土壤所缺乏氮、磷、鉀、有機質營養養分，促進作物生長，提高產量，實現秸桿高利用率快速還田的一種改良土壤的秸桿液化液；
[0032]選取吉林省中西部鹽堿化程度不同的土壤和長春黑土與秸桿液化液混合后進行小麥栽培實驗。根據實驗結果，施加秸桿液化液后，小麥的發芽率提升約8%?50%，生長高度提升9%?20%。實驗結果證明秸桿液化液施用后既可以平衡土壤的酸堿度又可以供給土壤所缺乏氮、磷、鉀、有機質營養養分，促進作物生長，提高產量，實現秸桿高利用率快速還田。秸桿液化液既可以增加土壤肥力，提高作物產量，又適用鹽堿土壤改良的土壤改良劑。
【具體實施方式】
[0033]下面結合實施例對本發明做進一步的詳細說明:
[0034]一種改良土壤的秸桿液化液，以農作物秸桿為主要原料，將秸桿和水按1:10?1:50的質量比在200?320°C、10?15PMa條件下恒溫0.1?2h進行秸桿液化，然后將秸桿液化液與土壤進行混合攪拌，或將秸桿液化液直接進行噴灑或淋灌。
[0035]所述的秸桿包括:玉米秸桿、玉米芯、水稻秸桿、小麥秸桿、向日葵秸桿、棉花秸桿、高粱秸桿、番茄秸桿、辣椒秸桿等農作物秸桿及樹枝、樹葉、果殼等含有纖維素、半纖維素結構的植物廢棄物。
[0036]一種改良土壤的秸桿液化液的制備方法，包括以下步驟:
[0037]A、將秸桿切割至長度I?20cm;
[0038]B、將切割后的秸桿裝入反應釜，并按秸桿與水1:10?1:50的質量比加水，加水后的體積不大于反應釜體積的1/2;
[0039]C、密閉反應釜加料口，啟動加熱裝置；
[0040]D、反應釜加熱至200?320°C，控制反應釜內壓強在10?15PMa;
[0041]E、恒溫0.l?2h;
[0042I F、關閉反應爸加熱裝置；
[0043]G、開啟反應釜冷卻裝置，冷卻至室溫；
[0044]H、通過反應釜放料口放出秸桿液化液；
[0045]1、分析測秸桿液化液PH值、N、P、K、有機質含量；
[0046]J、檢測未改良土壤的PH值、Ν、Ρ、Κ、有機質含量；
[0047]K、按農作物種植要求或土壤需求指標對使用秸桿液化液濃度及數量進行計算；
[0048]L、按計算結果將秸桿液化液與被改良土壤進行混合；
[0049]Μ、對混合后的土壤進行檢測，依據檢測結果進行修正，使之滿足改良土壤的PH值、Ν、Ρ、Κ的技術指標。
[0050]改良土壤方法，是將滿足改良土壤pH值、Ν、Ρ、Κ技術指標的秸桿液化液與擬改良土壤進行混合，或將滿足技術指標的秸桿液化液與擬被改良土壤進行噴灑或淋灌;或對擬改良土壤種植的植株進行噴灑或淋灌。
[0051 ] 實施例1
[0052]選取農業廢棄物玉米秸桿為原料，將15g玉米秸桿切割成長20cm;將切割好的玉米秸桿和500g水放入密閉反應釜中液化，溫度控制在320°C，壓強控制在15PMa保溫時間為
0.5h，冷卻后得到稻桿液化液；
[0053]經分析測得秸桿液化液pH值為3.80，氮、磷、鉀、有機質的含量分別為1948.0mg/kg、422.4mg/kg、52000.0mg/kg、26.5g/kg。
[0054]將200ml玉米秸桿液化液與Ikg吉林省中西部鹽堿土攪拌混合，經分析測得，改良后鹽堿土的pH值由8.65變為6.72；氮含量由18.84mg/kg提升至86.12mg/kg、磷含量由15.95mg/kg提升至24.50mg/kg、鉀含量由136.80mg/kg提升至1451.25mg/kg。種植小麥的發芽率相比改良前由66.67%變為80%，小麥的株高相比改良前增加了8.2%。
[0055]實施例2
[0056]選取農業廢棄物玉米芯為原料，將15g玉米芯切割成長Icm;將切割好的玉米芯和500g水放入密閉反應釜中液化，溫度控制在2600C，壓強控制在13PMa，保溫時間為0.1h，冷卻后得到玉米芯液化液；
[0057]經分析測得液相部分的pH值為3.20，氮、磷、鉀、有機質的含量分別為2280.0mg/kg、420mg/kg、21000.0mg/kg、27.4g/kg。
[0058]以每10ml玉米芯液化液淋灌改良1.5kg吉林省中西部鹽堿土為例，經分析測得，改良后鹽堿土的PH值由8.25變為7.33;氮含量由45.22mg/kg提升為186.88mg/kg;磷含量由29.74mg/kg提升為54.12mg/kg ；鉀含量由60.81mg/kg提升為1431.25mg/kg，種植小麥的發芽率相比改良前由70%變為85%，小麥的株高相比改良前增加了 10%，小麥的的抗病、生長，果實的飽滿度得到明顯改善。
[0059]實施例3
[0000]選取農業廢棄物小麥稻桿為原料，將50g小麥稻桿切割成長20cm;將切割好的小麥秸桿和500g水放入密閉反應釜中液化，溫度控制在200 °C，壓強控制在1PMa保溫時間為Ih，冷卻后得到秸桿液化液；
[0061]經分析測得秸桿液化液pH值為3.30，氮、磷、鉀、有機質的含量分別為6023.2mg/kg、1478.lmg/kg、33796.5mg/kg、80.6g/kg。
[0062]將300ml小麥秸桿液化液與Ikg吉林省中西部鹽堿土攪拌混合，經實驗分析測得，改良后鹽堿土的PH值由9.05變為7.12;氮含量由15.14mg/kg提升至89.12mg/kg、磷含量由13.18mg/kg提升至36.50mg/kg、鉀含量由56.80mg/kg提升至1151.25mg/kg。種植小麥后，每7天對植株噴灑上述秸桿液化液的30%水稀釋液50ml。種植小麥的發芽率相比改良前由28.17%變為78.20%，小麥的株高相比改良前增加了19.2%。
[0063]實施例4
[0064]選取農業廢棄物棉花秸桿為原料，將1g棉花秸桿切割成長2cm;將切割好的棉花秸桿和500g水放入密閉反應釜中液化，溫度控制在200 °C，壓強控制在1PMa保溫時間為2h，冷卻后得到秸桿液化液；
[0065]經分析測得秸桿液化液pH值為4.20，氮、磷、鉀、有機質的含量分別為1321.8mg/kg、329.lmg/kg、28796.5mg/kg、14.6g/kg。
[0066]將200ml棉花秸桿液化液與Ikg吉林省中西部鹽堿土攪拌混合，經實驗分析測得，改良后鹽堿土的PH值由8.65變為7.33；氮含量由18.84mg/kg提升至66.12mg/kg、磷含量由15.95mg/kg提升至20.59mg/kg、鉀含量由 136.80mg/kg提升至 1011.36mg/kg。種植棉花后，棉花的株高相比改良前增加了 9.2%。
[0067]實施例5
[0068]選取農業廢棄物向日葵秸桿為原料，將50g向日葵秸桿切割成長5cm;將切割好的向日葵秸桿和500g水放入密閉反應釜中液化，溫度控制在200°C，壓強控制在15PMa保溫時間為Ih，冷卻后得到秸桿液化液；
[0069]經分析測得稻桿液化液pH值為3.75，氮、磷、鉀、有機質的含量分別為6153.6mg/kg、1392.6mg/kg、136986mg/kg、41.8g/kg。
[0070]將200ml向日葵秸桿液化液與Ikg吉林省中西部鹽堿土攪拌混合，經實驗分析測得，改良后鹽堿土的pH值由8.65變為6.83;氮含量由18.8411^/1^提升至136.921^/1^、磷含量由15.95mg/kg提升至30.99mg/kg、鉀含量由136.80mg/kg提升至2158.26mg/kg。種植向日葵后，向日葵的株高相比改良前增加了 13.5 %。
[0071 ] 實施例6
[0072]選取農業廢棄物番茄秸桿為原料，將50g番茄秸桿切割成長5cm;將切割好的番茄秸桿和500g水放入密閉反應釜中液化，溫度控制在200°C，壓強控制在1PMa保溫時間為
0.5h，冷卻后得到稻桿液化液；
[0073]經分析測得秸桿液化液pH值為3.54，氮、磷、鉀、有機質的含量分別為5986.Smg/kg、1286.3mg/kg、96396mg/kg、41.2g/kg。
[0074]將200ml番茄秸桿液化液與Ikg吉林省中西部鹽堿土攪拌混合，經分析測得，改良后鹽堿土的pH值由8.65變為6.71;氮含量由18.8411^/1^提升至119.1811^/1^、磷含量由15.95mg/kg提升至27.65mg/kg、鉀含量由136.8011^/1^提升至1568.2mg/kg。栽培番茄秧苗后，每7天對植株噴灑上述秸桿液化液的30%水稀釋液50ml。番茄產量相比改良前增加了18.6%。
[0075]實施例7
[0076]選取農業廢棄物辣椒秸桿為原料，將50g辣椒秸桿切割成長5cm;將切割好的辣椒秸桿和500g水放入密閉反應釜中液化，溫度控制在200°C，壓強控制在1PMa保溫時間為
0.1h，冷卻后得到稻桿液化液；
[0077]經分析測得秸桿液化液pH值為3.62，氮、磷、鉀、有機質的含量分別為6586.Smg/kg、1486.3mg/kg、112396mg/kg、41.4g/kg。
[0078]將200ml辣椒秸桿液化液與Ikg吉林省中西部鹽堿土攪拌混合，經分析測得，改良后鹽堿土的pH值由8.65變為6.83;氮含量由18.8411^/1^提升至123.5211^/1^、磷含量由15.95mg/kg提升至29.18mg/kg、鉀含量由136.8011^/1^提升至1756.9mg/kg。栽培辣椒秧苗后，每7天對植株噴灑上述秸桿液化液的30%水稀釋液50ml。辣椒產量相比改良前增加了17.3%。
【主權項】
1.一種改良土壤的秸桿液化液，其特征在于，以農作物秸桿為主要原料，不加任何催化劑，將秸桿和水按1:1O?1: 50的質量比在200?320 °C、1?15PMa條件下恒溫0.I?2h進行秸桿液化，然后將秸桿液化液與土壤進行混合攪拌或將秸桿液化液直接進行噴灑和淋灌。2.根據權利要求1所述的一種改良土壤的秸桿液化液，其特征在于，所述的秸桿包括:秸桿包括玉米秸桿、玉米芯、水稻秸桿、小麥秸桿、向日葵秸桿、棉花秸桿、高粱秸桿、番茄秸桿、辣椒秸桿等農作物秸桿及樹枝、樹葉、果殼等纖維素、半纖維素結構的植物廢棄物。3.根據權利要求1所述的一種改良土壤的秸桿液化液的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: A、將秸桿切割至長度I?20cm; B、將切割后的秸桿裝入反應釜，并按秸桿與水1:10?1:50的質量比加水，加水后的體積不大于反應釜體積的1/2; C、密閉反應爸加料口，啟動加熱裝置； D、反應釜加熱至200?320°C，控制反應釜內壓強在10?15PMa; E、恒溫0.1?2h; F、關閉反應釜加熱裝置； G、開啟反應釜冷卻裝置，冷卻至室溫； H、通過反應釜放料口放出秸桿液化液； 1、分析測秸桿液化液PH值、N、P、K、有機質含量； J、檢測未改良土壤的PH值、N、P、K、有機質含量； K、按農作物種植要求或土壤需求指標對使用秸桿液化液濃度及數量進行計算； L、按計算結果將秸桿液化液與被改良土壤進行混合； M、對混合后的土壤進行檢測，依據檢測結果進行修正，使之滿足改良土壤的PH值、N、P、K的技術指標。4.根據權利要求1所述的一種改良土壤的秸桿液化液的土壤改良方法，其特征在于，將滿足改良土壤PH值、N、P、K技術指標的秸桿液化液與擬改良土壤進行混合，或將滿足技術指標的秸桿液化液與擬被改良土壤進行噴灑或淋灌;或對擬改良土壤種植的植株進行噴灑或淋灌。
【文檔編號】C05G3/04GK105967942SQ201610289311
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月4日
【發明人】高巖, 屈兵兵, 崔學軍, 李俊鋒, 王洪艷
【申請人】吉林大學