一种烟秆生物炭有机肥及其施用方法
【技术领域】
[0001] 本发明专利涉及一种烟杆生物炭有机肥及其施用方法，属于有机肥及应用技术领 域。
【背景技术】
[0002] 烟草为茄科烟草属植物，是一种重要的经济作物，其在西南地区的种植面积占相 当比例，其烟杆质地较硬，现有采收完烟叶后剩余的烟杆经常被当做废弃物丢弃在田间或 直接燃烧，不仅浪费资源，还易造成环境污染。据统计，我国每年约产生150万吨烟杆。因 此，开展烟杆资源化利用相关研究的重要性不言而喻。目前对烟杆的资源化利用方法主要 包括活性炭制备、提取低聚木糖和果胶、加工人造板、提取燃料油和化工材料、生产肥料和 培养基质等几个方面，但在实际生产中的规模化应用很少。目前在全国主要烟区仍然有大 量的废弃烟杆堆积田间，不仅对生态环境和生态景观都造成很大影响，同时也增加了烟草 病虫害传播的机率。随着生物炭研究的不断发展，申请人认为热解烟杆制备生物质炭可成 为实现烟杆资源化利用的一个重要途径。
[0003] 生物质炭是将生物质农林废弃物、植物组织或动物尸体和粪便等在高温厌氧条件 下热解而形成的一种含碳丰富的固体产物。大量研究表明，生物质炭施入土壤后，可以增加 土壤通气性和保水性，提高土壤肥力，降低重金属和有机污染物毒性，改善土壤环境。还可 以促进植物生长，提高作物产量，并且可以增强土壤固碳作用，减少土壤碳排放量。为此大 量学者采用不同种类的生物质为研究对象，考察了热解温度对生物质炭理化性质的影响。 然而，以烟杆为生物质原料的相关研究还鲜有报道。
[0004] 同时申请人认为单一的将烟杆制备成生物质原料在还田的过程中效果较为单一， 经济价值较低，而将其与其它原料搭配制备成有机肥可进一步提高其经济价值。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是，提供一种能有效利用烟杆、经济价值高、使用效果好 的烟杆生物炭有机肥及其施用方法，可以克服现有技术的不足。
[0006] 本发明的技术方案是：烟杆生物炭有机肥，其由以下重量配比的原材均匀混合构 成，烟杆生物炭颗粒40-60份、钙镁肥40-60份。
[0007] 上述的烟杆生物炭有机肥，其由以下重量配比的原材均匀混合构成，烟杆生物炭 颗粒50份、钙镁肥50份。
[0008] 所述的烟杆生物炭是将采集的烟杆在田间自然风干成含水量8% -15% ;，将风干 的烟杆原状装入炭化炉内，在厌氧条件下以l〇°C?min1的升温速率缓慢热解，热解最高温 度选取450°C、达到最高温度时继续保持2h，将热解后的烟杆生物质炭冷却至室温后分粉 碎至10-30目。
[0009] 所述的钙镁肥指标为CaO含量25%，Mg0含量7%，pH10,产品标准：Q/DZ4-2012， 登记证号：农肥（2012)准字2336号。
[0010] 所述烟杆生物炭有机肥的施用方法是将混均的烟杆生物炭颗粒和钙镁肥运至田 间，底肥穴施，每亩使用量220kg，其余栽培和管理与常规烤烟栽培技术一致。
[0011] 与现有技术比较，本发明的配方涉及到烟杆生物炭颗粒和钙镁肥，其两者的搭配 和烟杆生物炭颗粒的制备是本申请的关键所在。而烟杆生物炭即可避免烟杆作为废弃物 丢弃或直接燃烧带来的浪费资源，还可减少环境污染，但为了得到最适合作为土壤改良剂 用于农业生产的烟杆生物炭颗粒，申请人进行了大量实验，其在不同热解温度条件下制备 生物质炭。对比分析热解温度对烟杆生物质炭的产率、pH值、电导率、比表面积、元素含量、 表面特性等理化性质的影响，评价其作为土壤改良剂的应用潜力，具体试验过程和数据如 下：
[0012] 1材料与方法
[0013] 1. 1烟杆生物质炭的制备
[0014] 试验所用的烟杆采自贵州省毕节市威宁县连片烟地，所采集的烟杆在田间自然风 干成含水量8%-15%;，将风干的烟杆原状装入炭化炉内（EC05000,炭化处理室有效尺寸 为01790X1900mm,容积5L，热解温度及功率可设定，燃烧室温度600~900°C，炭化工作 室温度350~800°C，设备暴露外表面温度不高于50°C。），在相对厌氧条件下以10°C1 的升温速率缓慢热解，热解最高温度分别选取350°C、400°C、450°C、500°C、550 °C和600°C六个温度，达到最高温度时继续保持2h使样品充分热解，在所有温度条件下均重复热解制 备三次，将热解后的烟杆生物质炭冷却至室温后分别过20和100目不锈钢筛，保存待分析。
[0015] 1.2样品测定
[0016] 1. 2. 1烟杆生物质炭的基本理化性质
[0017] 烟杆生物质炭得率（Y)，由热解前烟杆的质量％和热解后生物质炭的质量W2计算 所得，计算公式为Y=WyWiX100 %。
[0018] 烟杆生物质炭的pH值，将烟杆生物质炭和去离子水按l:20(w/v)混匀，用玻璃棒 充分搅拌lh，在25°C条件下静置后用pH计测定烟杆生物质炭的pH值。
[0019] 烟杆生物质炭的电导率（EC)，将烟杆生物质炭与去离子水按l:10(w/v)混匀，充 分搅拌后在25°C条件下用电导率仪（DDS-307型，上海虹益仪器仪表有限公司）测定电导率 (EC)〇
[0020] 烟杆生物质炭的比表面积（BET)，利用比表面积分析仪（TristarII3020,Micromeritica InstrumentCorporation,美国）在77K氮气条件下测定。
[0021] 测定烟杆生物质炭中C、N和H元素的含量，并计算出0元素的含量，采用元素分析 仪（FlashEA1112，ThermoFinnigan,意大利）测定烟杆生物质炭中C、N和H元素的含量，并 计算出0元素的含量。矿质元素〇(、0&、1%31、(：1 1和211等）含量，采用硝酸-氢氟酸-高 氯酸消煮，电感親合等离子体发射光谱（ICP-OES,Optima2000,PerkinElmerCo.，美国） 测定消煮液中矿质元素的含量，用采用钼锑抗比色法（700nm)测定消煮液中P元素的含量。
[0022] 1. 2. 2傅里叶变换红外光谱
[0023] 将烟杆生物质炭样品与无水KBr以1:50的质量比混合，用玛瑙研钵研磨后于压片 机上压成均勾的薄片，傅里叶变换红外光谱仪（NicoletislO,美国）测定，测定范围为波 长4000~400cm\分辨率为4cm\通过波谱特征分析生物质炭的表面特征。
[0024] 1. 2. 3X-衍射射线分析
[0025] 采用X射线衍射仪（X'PertPRO,PANalytical，荷兰）测定烟杆生物质炭原子结 构和物相，仪器采用Cuka射线，波长为〇. 1541nm。工作电压为30Kv，电流30mA，步长为 0? 01°，范围从 10° 到 80°。
[0026] 1. 2. 4扫描电镜-能谱分析
[0027] 分别使用SU8010发射扫描电镜（HITACHI，日本）和OXFORDAztec能谱仪 (X-MaxN，0xrordInstruments,美国）测定烟杆生物质炭的表面结构、形态和表面元素组 成。
[0028] 1. 2. 5核磁共振
[0029] 烟杆生物质炭的固态交叉极化-魔角旋转13C核磁共振分析采用AVANCEII300MH 核磁共振仪（布鲁克公司），13C频率为75. 5MHz、魔角自转频率为5kHz、接触时间为2ms、循 环时间为2. 5s，转子的直径为7mm〇
[0030] 1. 3数据统计分析
[0031] 采用Excel2007和SPSS17. 0软件对数据进行处理和统计分析，运用单因素方差 分析（AN0VA)和Duncan's多重比较进行数据分析，文章表中不同小写字母表示差异具有统 计学意义（P〈〇. 05);应用0rigin8. 0软件作图。
[0032] 2结果与讨论
[0033] 2. 1烟杆生物质炭的产率、pH值和电导率
[0034] 不同温度条件下制备的烟杆生物质炭的得率、pH值和电导率如表1所示。生物质 炭的得率随热解温度的升高而逐渐降低，在350~600°C内，烟杆的热解得率为45. 23%~ 33. 42%，热解温度大于500°C时，所得生物质炭的得率无显著性差异。与350°C相比，当 热解温度升至400°C时，得率降低9. 13% ;当热解温度从400°C升至450°C时，得率降低 1. 84% ;热解温度继续升至500°C时，得率降低1. 9%。
[0035] 在350~600°C之间热解制备的烟杆生物质炭均呈碱性，pH值最低为350°C时的 9. 13,最高为450°C时的9. 98。当热解温度小于450°C时，随着热解温度的升高，烟杆生物质 炭的pH值呈显著（P〈0. 05)递增趋势。当热解温度由450°C升至500°C时，烟杆生物质炭的 pH显著降低，研究表明，由于大多数生物质炭呈碱性，在改良酸性土