本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)土壤技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種秸稈炭化還田土壤改良劑及制備方法。

背景技術(shù)：

土地是最重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料。改革開放以來，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力的穩(wěn)步提升為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支撐，但同時(shí)也在一定程度上透支了土地生產(chǎn)潛能。一方面，化學(xué)肥料的長(zhǎng)期、大量使用造成肥效下降、土壤板結(jié)、水體污染等一系列問題；另一方面，高強(qiáng)度的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和土地使用導(dǎo)致土壤酸化、沙化等問題日益嚴(yán)重，這些都成為制約我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。

土壤改良劑可以改良土壤的物理、化學(xué)和生物性質(zhì)，使其更適宜于植物生長(zhǎng)，是恢復(fù)土壤綜合生產(chǎn)能力的有效方法之一。土壤改良劑主要功能包括改善土壤結(jié)構(gòu)，改善土壤粘性，減少水土流失，減少土壤結(jié)皮，減少養(yǎng)分流失，減少土壤侵蝕，減少植物根部疾病，減少農(nóng)藥從土壤中的損失量，降低灌溉頻率，降低種植后的維護(hù)成本，抑制土壤水分蒸發(fā)，增加土壤疏松程度，便于根部擴(kuò)張，提高受結(jié)皮土影響的植物的萌發(fā)和出苗率，改變土壤的ph及其它理化性質(zhì)，可以使重金屬在土壤中發(fā)生沉淀、螯合等反應(yīng)，降低其生物有效性，減少作物對(duì)重金屬的吸收量，提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，也對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)有輔助作用。有多類：(1)礦物類，主要有泥炭、褐煤、風(fēng)化煤、石灰、石膏、蛭石、膨潤(rùn)土、沸石、珍珠巖和海泡石等；(2)天然和半合成水溶性高分子類，主要有秸稈類、多糖類物料、纖維素物料、木質(zhì)素物料和樹脂膠物質(zhì)；(3)人工合成高分子化合物，主要有聚丙烯酸類、醋酸乙烯馬來酸類和聚乙烯醇類；(4)有益微生物制劑類等。

另一方面，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生大量秸稈，秸稈還田能增加土壤有機(jī)質(zhì)，改良土壤結(jié)構(gòu)，使土壤疏松，孔隙度增加，容量減輕，促進(jìn)微生物活力和作物根系的發(fā)育。秸稈還田增肥增產(chǎn)作用顯著，一般可增產(chǎn)5%～10%，但若方法不當(dāng)，也會(huì)導(dǎo)致土壤病菌增加，作物病害加重及缺苗（僵苗）等不良現(xiàn)象。因此采取合理的秸稈還田措施，才能起到良好的還田效果?！敖斩捥蓟€田”給禁燒秸稈找到一條“出路”，也避免了焚燒秸稈污染大氣環(huán)境的問題。把秸稈等“廢棄物”炭化還田，有固水、固肥、疏松土壤、提高地溫之功效，無疑是遏制土壤退化、改善耕地質(zhì)量的良策。經(jīng)澳大利亞五倫巴農(nóng)業(yè)研究所最新研究成果證明，每公頃施加10頓，可使小麥產(chǎn)量增加3倍，大豆產(chǎn)量增加兩倍多；澳大利亞著名科學(xué)家提姆富瀾納瑞指出：秸稈碳化還田可以顯著減少二氧化碳和一氧化二氮的釋放；作為肥料，使用一次，有效期可達(dá)幾十年。

改良土壤、培肥地力、提高土壤綜合生產(chǎn)能力對(duì)于確保國(guó)家糧食安全、支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展具有十分重要的戰(zhàn)略意義。采用低成本、經(jīng)濟(jì)可行的方式，基于秸稈碳化還田，開發(fā)土壤改良劑及其相關(guān)設(shè)備具有重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了實(shí)現(xiàn)秸稈高效還田，充分發(fā)揮秸稈還田，提升秸稈的價(jià)值，本發(fā)明提出一種秸稈炭化還田土壤改良劑及制備方法，通過秸稈碳化，預(yù)先分離提取苯酚類、乙醇等，然后在褐煤粉和沸石配合下吸附木醋液、碳化秸稈，得到一種新型的土壤改良劑，具有良好的水合性和水穩(wěn)定性，可以促使分散的土壤顆粒團(tuán)聚，形成團(tuán)粒，增加土壤中水穩(wěn)性團(tuán)粒的含量和穩(wěn)定性，改善通氣透水性、保水性、保肥性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下具體技術(shù)方案：

一種秸稈炭化還田土壤改良劑的制備方法，其特征是：將秸稈與褐煤粉、沸石粉碎烘干，送入管式干餾反應(yīng)器，在前端收集由秸稈產(chǎn)生的苯酚類、乙醇、苯胺等用于化工原料，在后端產(chǎn)生木醋液由沸石吸收、褐煤輔助秸稈炭化，碳化的秸稈、褐煤粉、吸收木醋液的沸石粉擠壓組成直徑為1~3mm可以用于土壤改良劑。

所述秸稈包括小麥秸稈、玉米秸稈、水稻秸稈、油菜秸稈等常見農(nóng)田秸稈，含水量控制在20wt%以下。

所述褐煤粉、沸石粉碎后顆粒尺寸要求達(dá)到0.1~1mm。

所述秸稈重量份為27~59、褐煤粉重量份為5~39、沸石重量份為6~24。

上述原料中，褐煤粉含有大量腐殖酸和有機(jī)物，不但輔助秸稈炭化，并與碳化秸稈復(fù)合，一方面可以增強(qiáng)土壤養(yǎng)分，促進(jìn)作物的生長(zhǎng)發(fā)育；促進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)形成，改善土壤物理性質(zhì)，改良土壤結(jié)構(gòu)；提高土壤的保肥能力和緩沖性能；促進(jìn)土壤微生物的活動(dòng)；提高土壤溫度；提高土壤養(yǎng)分性。根據(jù)土壤有機(jī)質(zhì)的這些重要性質(zhì)和作用，能為作物生長(zhǎng)提供豐富的營(yíng)養(yǎng)，而且土壤保水保肥力強(qiáng)，能減少養(yǎng)分流失，節(jié)約化肥用量，提高肥效利用率。腐植酸是土壤形成的積極參與者和促進(jìn)者；能促進(jìn)和制約著土壤金屬離子、微量元素的遷移、固定和淋溶；它是土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定劑；影響著土壤鹽基交換容量；影響土壤的持水性；是植物養(yǎng)料倉(cāng)庫(kù)。另一方面，褐煤粉化學(xué)化學(xué)和生物活性好，并且含有較多極性基團(tuán)（如羧基、羥基等），具有很強(qiáng)絡(luò)合、離子交換、吸附性能的膠體物質(zhì)。它能絡(luò)合（螯合）重金屬離子，形成配位化合物（螯合物）被固定在土壤當(dāng)中，不至于被作物吸收，作物的果實(shí)自然綠色、安全。且其具有吸附性和陽(yáng)離子交換性能，可改善土壤的理化性質(zhì)。

上述原料中，沸石為多孔結(jié)構(gòu)，具有良好的分散性和吸附性，通過其吸附性，較佳的復(fù)合木醋液，從而形成有機(jī)-無機(jī)肥料。天然沸石具有較高的陽(yáng)離子交換量和小孔吸附性，能將有效的養(yǎng)分元素靠小孔吸附力和陰陽(yáng)離子的靜電引力緊緊束縛在沸石晶格周圍。正是這樣，養(yǎng)分元素得到緩釋效果，肥效能長(zhǎng)效持久。將沸石吸附木醋液作為土壤改良劑的優(yōu)勢(shì)在于:疏松土壤、中和土壤酸性，有效地控制肥料中氨態(tài)氮和鉀的釋放，從而延長(zhǎng)養(yǎng)分在土壤中的保留時(shí)間，使土壤離子交換容量提高，而且沸石本身也含有作物需要的微量養(yǎng)分，抑制土壤和肥料中有害物質(zhì)向作物體的轉(zhuǎn)移，有利于作物品質(zhì)的改善。

所述管式干餾反應(yīng)器為秸稈炭化還田土壤改良劑的生產(chǎn)配套設(shè)備，為同軸設(shè)置的管式干餾罐，管式干餾罐上設(shè)置真空孔和液體收集孔。整個(gè)裝置內(nèi)設(shè)連續(xù)強(qiáng)制輸送螺桿，反應(yīng)器由進(jìn)料端向出料端依次設(shè)置真空裝置，且由進(jìn)料端向出料端碳化溫度由100℃到逐步升高至400℃，每個(gè)真空口的出口設(shè)置水冷凝裝置。揮發(fā)份由設(shè)置的真空口排除，液體部分為木醋液和煤焦油，由沸石吸附，過量的木醋液和煤焦油由收集口收集。

一種秸稈炭化還田土壤改良劑，特征是由上述制備方法將秸稈產(chǎn)生的苯酚類、乙醇、苯胺等用于化工原料提前分離，然后產(chǎn)生木醋液由沸石吸收、褐煤輔助秸稈炭化，碳化的秸稈、褐煤粉、吸收木醋液的沸石粉擠壓形成的土壤改良劑。

本發(fā)明一種秸稈炭化還田土壤改良劑及制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其突出的特點(diǎn)和優(yōu)異的效果在于：

1、本發(fā)明使秸稈的作用最大化，充分發(fā)揮了其對(duì)土壤的優(yōu)異效果，通過在碳化過程中將木醋液充分吸附，得到由秸稈碳、褐煤粉、吸附木醋液的沸石組成的土壤改良劑，可以促使分散的土壤顆粒團(tuán)聚，形成團(tuán)粒，增加土壤中水穩(wěn)性團(tuán)粒的含量和穩(wěn)定性，改善通氣透水性、保水性、保肥性。

2、本發(fā)明通過管式干餾反應(yīng)器制備土壤改良劑，充分將秸稈還田，不產(chǎn)生空氣污染物，使得土壤生態(tài)形成完整循環(huán)；含有褐煤粉，一方面將本屬于廢棄物的褐煤加以應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了廢棄資源的再利用，提高了產(chǎn)品附加值，另一方面，褐煤粉富含對(duì)人體有益的微量元素，通過作物吸收，經(jīng)食物鏈轉(zhuǎn)化，對(duì)人體健康也有極大好處，且產(chǎn)品無毒、無污染，符合無公害農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

3、本發(fā)明制備方法集分離提取、復(fù)合、碳化為一體，生產(chǎn)連續(xù)，產(chǎn)量大、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，適合于規(guī)?；a(chǎn)。

附圖說明

為進(jìn)一步明確一種秸稈炭化還田土壤改良劑的生產(chǎn)方法，通過配套設(shè)備附圖闡明工藝過程。

附圖1：一種秸稈炭化還田土壤改良劑的配套生產(chǎn)設(shè)備示意圖。

其中：1-馬達(dá)；2-進(jìn)料斗；3-同軸設(shè)置的管式干餾罐ⅰ；5-同軸設(shè)置的管式干餾罐ⅱ；4-真空孔?。?-真空孔ⅱ；7-液體收集孔??；8-液體收集孔ⅱ；9-輸送螺桿；10-擠壓造粒裝置。

具體實(shí)施方式

以下通過具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明的范圍僅限于以下的實(shí)例。在不脫離本發(fā)明上述方法思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段做出的各種替換或變更，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

實(shí)施例1

一種適用于麥田的秸稈炭化還田土壤改良劑的制備方法，采用如圖1的配套設(shè)備制備。1為馬達(dá)，2為進(jìn)料斗，3、5為同軸設(shè)置的管式干餾罐，管式干餾罐上設(shè)置真空孔4、6和液體收集孔7、8，整個(gè)裝置內(nèi)設(shè)連續(xù)強(qiáng)制輸送螺桿9，由進(jìn)料端向出料端依次設(shè)置真空裝置且由進(jìn)料端向出料端碳化溫度由100℃到逐步升高至400℃，每個(gè)真空口的出口設(shè)置水冷凝裝置。生產(chǎn)時(shí)，將秸稈重量份為50、褐煤粉重量份為20、沸石重量份為20的原料烘干粉碎，開啟動(dòng)力系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)，第一段干餾罐3設(shè)置為150℃，真空度維持在-30~50kpa，收集揮發(fā)份進(jìn)入冷凝裝置，第一段干餾罐收集孔7收集含水的苯酚類、乙醇、苯胺等用于化工原料；第二段干餾罐5設(shè)置為400℃，真空度維持在-60~80kpa，收集揮發(fā)份并冷凝，第二段干餾罐收集孔8收集過量的木醋液、煤焦油等。在該制備過程中，褐煤揮發(fā)易揮發(fā)物質(zhì)，秸稈進(jìn)一步排除水分，并進(jìn)行預(yù)碳化，產(chǎn)生的木醋液和煤焦油由沸石吸收，吸收不完的從排液孔收集8，最后碳化的秸稈、褐煤粉、吸收木醋液的沸石粉被擠出造粒裝置10壓制成直徑為1-3mm的顆粒，即為土壤改良劑。

實(shí)施例2

一種適用于玉米地秸稈炭化還田土壤改良劑，其生產(chǎn)方案是采用2段干餾反應(yīng)器，開啟動(dòng)力系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)，第一段干餾罐設(shè)置為150℃，真空度維持在-20kpa；第二段干餾罐設(shè)置為350℃，真空度維持在-60kpa；第三段干餾罐5設(shè)置為400℃，真空度維持在-90kpa。最后碳化的秸稈、褐煤粉、吸收木醋液的沸石粉被擠出造粒成直徑為3mm，即為土壤改良劑。

其中，該類型土壤改良劑的生產(chǎn)原料有玉米秸稈或者高粱秸稈或者小米秸稈、褐煤粉、沸石配比按照農(nóng)田實(shí)際測(cè)土數(shù)據(jù)進(jìn)行配方，適用于常見玉米地的土壤改良，主要目的是將秸稈還田。

實(shí)施例3

一種適用于蔬菜地秸稈炭化還田土壤改良劑，其生產(chǎn)方案是采用2段干餾反應(yīng)器，開啟動(dòng)力系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)，第一段干餾罐設(shè)置為200℃，真空度維持在-40kpa；第二段干餾罐5設(shè)置為400℃，真空度維持在-90kpa。最后碳化的秸稈、褐煤粉、吸收木醋液的沸石粉被擠出造粒成直徑為3mm，即為土壤改良劑。

其中，該類型土壤改良劑的生產(chǎn)原料有各種蔬菜秸稈、褐煤粉、沸石配比按照農(nóng)田實(shí)際測(cè)土數(shù)據(jù)進(jìn)行配方，適用于常見蔬菜地的土壤改良，主要目的是將秸稈還田增肥。

實(shí)施例4

一種適用于鹽堿地秸稈炭化還田土壤改良劑，其生產(chǎn)方案是采用2段干餾反應(yīng)器，開啟動(dòng)力系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)，第一段干餾罐設(shè)置為200℃，真空度維持在-40kpa；第二段干餾罐5設(shè)置為400℃，真空度維持在-90kpa。最后碳化的秸稈、褐煤粉、吸收木醋液的沸石粉被擠出造粒成直徑為3mm，即為土壤改良劑。

其中，該類型土壤改良劑的生產(chǎn)原料有各類秸稈、褐煤粉、沸石配比按照農(nóng)田實(shí)際測(cè)土數(shù)據(jù)進(jìn)行配方，適用于常見鹽堿地的土壤改良，主要目的是將秸稈還田增肥。

其中，該土壤調(diào)節(jié)劑在ph值為9~10的土壤使用500kg/畝，ph值調(diào)整為8~8.5。

實(shí)施例5

一種適用于重金屬含量超標(biāo)地秸稈炭化還田土壤改良劑，其生產(chǎn)方案是采用3段干餾反應(yīng)器，開啟動(dòng)力系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)，第一段干餾罐設(shè)置為150℃，真空度維持在-20kpa；第二段干餾罐設(shè)置為350℃，真空度維持在-60kpa；第三段干餾罐5設(shè)置為400℃，真空度維持在-90kpa。最后碳化的秸稈、褐煤粉、吸收木醋液的沸石粉被擠出造粒成直徑為3mm，即為土壤改良劑。

其中，該類型土壤改良劑的生產(chǎn)原料有各類秸稈、褐煤粉、沸石配比按照農(nóng)田實(shí)際測(cè)土數(shù)據(jù)進(jìn)行配方，適用于常見鹽堿地的土壤改良，主要目的是將秸稈還田增肥。

其中，該土壤調(diào)節(jié)劑在大米重金屬鉛超標(biāo)200%的田塊使用300kg/畝，使用開始的3年內(nèi)，大米重金屬鉛未檢出超標(biāo)情況。