本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)肥料技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種用于煙田土壤改良的生物炭及其制備方法。
背景技術(shù)：
中國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)資源嚴(yán)重不足，過度開發(fā)已導(dǎo)致生態(tài)失衡，環(huán)境污染惡化已成為了不爭的事實。進(jìn)入21世紀(jì)以來，人們逐漸遭到“環(huán)境、能源危機(jī)、糧食”等各種因素的影響，并且情況越來越嚴(yán)重。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐和大量研究表明，土壤理化性質(zhì)已成為限制作物產(chǎn)量和品質(zhì)的主要原因，切實有效的改善農(nóng)田土壤理化性質(zhì)，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，提升肥料利用效率，對于實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。
生物炭的研究起源于人們對南美亞馬遜流域一種叫印第安黑土(Terra preta)土壤的發(fā)現(xiàn)和關(guān)注。黑土是古人類通過刀耕火種的生活從而形成的一種獨特的肥沃土壤，并且黑土到現(xiàn)在依舊是全世界最為肥沃的土壤之一。生物炭(biochar)又被稱為生物質(zhì)炭，一般是生物質(zhì)原料在完全缺氧或部分缺氧的環(huán)境下，并且在一定溫度條件，熱解產(chǎn)生的一種含炭元素的固態(tài)物質(zhì)。國內(nèi)外大量研究表明，生物炭作為土壤改良劑，能夠顯著增加土壤團(tuán)聚體，提高土壤的通氣性和保水能力；改善土壤通氣狀況，提升活性有機(jī)碳庫，促進(jìn)土壤微生物的生長和繁衍；巨大的比表面積和多孔隙結(jié)構(gòu)，能有效減少農(nóng)田溫室氣體排放和土壤養(yǎng)分淋溶，同時吸附各種有機(jī)污染物及其重金屬，減少環(huán)境風(fēng)險；“長期、平衡、穩(wěn)定”的顯著特點，使其作為安全、有效的農(nóng)田土壤改良劑，有著不可代替經(jīng)濟(jì)和社會效益。
雖然，已利用各種生物質(zhì)原料開發(fā)了多種生物炭，但多以作物秸桿、林產(chǎn)品等廢棄物為直接原料，其纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等主要成分含量存在較大差異，導(dǎo)致生物炭產(chǎn)品成分含量和理化性質(zhì)不穩(wěn)定；在作物生產(chǎn)上，只是簡單的將各種生物炭以肥料形式施入土壤，在改善農(nóng)田土壤理化性質(zhì)和促進(jìn)作物產(chǎn)、質(zhì)量的效果上并不明顯；在烤煙生產(chǎn)中，簡單引用其他作物生產(chǎn)應(yīng)用的生物炭，忽略生物炭本身性質(zhì)和煙田土壤的個性需求，投入增加而未見烤煙增產(chǎn)增效；烤煙生產(chǎn)應(yīng)用的生物炭種類繁雜，迫切需要煙田土壤理化性質(zhì)改良需求吻合，利用生物炭性開發(fā)的具有烤煙所需養(yǎng)分的，針對煙田土壤和烤煙生長的專用型生物炭肥料產(chǎn)品。
因此，有必要針對烤煙生產(chǎn)研發(fā)一種針對性強(qiáng)，能滿足烤煙生產(chǎn)需求的煙田專用生物炭。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了克服背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種用于煙田土壤改良的生物炭及其制備方法，能改良煙田土壤的理化性質(zhì)，起到增加土壤孔隙度，降低土壤容量，提高土壤最大持水量，增加土壤透氣性的作用，能夠顯著提高土壤碳氮比，改善土壤微生物環(huán)境，促進(jìn)烤煙根系生長，同時，采用本發(fā)明提供的方法制備得到的生物炭含碳量高，且含有豐富的微量營養(yǎng)元素，共同實現(xiàn)了烤煙產(chǎn)量、品質(zhì)、肥效的同時提高。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
一種用于煙田土壤改良的生物炭，所述的用于煙田土壤改良的生物炭的生產(chǎn)原料為酒糟。
一種用于煙田土壤改良的生物炭的制備方法，具體步驟為：
1)采用糧食原料發(fā)酵釀酒；
2)將步驟1)所得的酒糟置于煅燒爐內(nèi)煅燒得到煅燒產(chǎn)物；
3)步驟2)所得的煅燒產(chǎn)物經(jīng)淋水清洗得到生物炭產(chǎn)品。
作為優(yōu)選，步驟1)中，釀酒的原料為：高粱、大米、糯米、小麥、玉米中的一種或多種。
作為優(yōu)選，步驟2)中，煅燒爐內(nèi)的溫度為600～700℃，裂解時間為2～3min。
作為優(yōu)選，步驟3)中，所述生物炭的有機(jī)碳≥30％，二氧化硅≥25％，含水量為≤45％，灰分≤20％，粒度(1.00㎜～4.75mm)≥80％，孔隙度≥40％，pH≤7.0。
淋水清洗有效去除灰分中的鈣、鎂、鉀、鈉等鹽基離子。
生物炭采用塘施的方式施入，配合烤煙生產(chǎn)規(guī)程，于烤煙移栽期進(jìn)行煙田理墑、打塘，墑高30cm左右，塘大小約為30×30cm，株距50cm，行距1.2m。按照先施基肥，再栽煙的順序，生物炭用量為100g/株，預(yù)先稱取所需生物炭，與基肥一同施入塘內(nèi)，將生物炭和基肥與塘土拌勻，栽入煙苗，每株澆定根水2kg，最后蓋一層薄土。
本發(fā)明的有益效果：
1、本發(fā)明提供的生物炭能明顯改良煙田土壤理化性質(zhì)，顯著提高了煙田土壤碳氮比，增加土壤孔隙度，降低土壤容量，提高土壤最大持水量，改善土壤微生物環(huán)境。
2、本發(fā)明在應(yīng)用過程中，隨烤煙移栽的基肥一同施入，無需增加用工量。
3、本發(fā)明選用酒糟為原料，并采用特定的制備方法，所得產(chǎn)品實用性強(qiáng)，含碳量高，且含有豐富的微量營養(yǎng)元素，有效提高了烤煙產(chǎn)量、品質(zhì)和肥料利用效率。
具體實施方式
實施例1
采用高粱36％、大米22％、糯米18％、小麥16％、玉米8％混合發(fā)酵釀酒；將所得的酒糟置于煅燒爐內(nèi)煅燒得到煅燒產(chǎn)物，煅燒爐內(nèi)的溫度為700℃，裂解時間為3min；煅燒產(chǎn)物經(jīng)淋水清洗得到生物炭產(chǎn)品，所述生物炭的有機(jī)碳≥30％，二氧化硅≥25％，含水量為≤45％，灰分≤20％，粒度(1.00㎜～4.75mm)≥80％，孔隙度≥40％，pH≤7.0。
實施例2
采用高粱55％、大米20％、小麥15％、玉米10％混合發(fā)酵釀酒；將所得的酒糟置于煅燒爐內(nèi)煅燒得到煅燒產(chǎn)物，煅燒爐內(nèi)的溫度為600℃，裂解時間為3min；煅燒產(chǎn)物經(jīng)淋水清洗得到生物炭產(chǎn)品，所述生物炭的有機(jī)碳≥30％，二氧化硅≥25％，含水量為≤45％，灰分≤20％，粒度(1.00㎜～4.75mm)≥80％，孔隙度≥40％，pH≤7.0。
實施例3
采用高粱52％、小麥28％、玉米20％混合發(fā)酵釀酒；將所得的酒糟置于煅燒爐內(nèi)煅燒得到煅燒產(chǎn)物，煅燒爐內(nèi)的溫度為650℃，裂解時間為2min；煅燒產(chǎn)物經(jīng)淋水清洗得到生物炭產(chǎn)品，所述生物炭的有機(jī)碳≥30％，二氧化硅≥25％，含水量為≤45％，灰分≤20％，粒度(1.00㎜～4.75mm)≥80％，孔隙度≥40％，pH≤7.0。
實驗分析
開展田間試驗，供試烤煙品種為玉溪市主栽烤煙品種K326，漂浮育苗65天煙苗；供試肥料為玉溪烤煙專用復(fù)合肥N:P:K＝12:6:24(％)和硫酸鉀(K2O，50％)；供試土壤類型為當(dāng)?shù)氐湫图t壤，pH值6.02，有機(jī)質(zhì)24.9g/kg，全碳1.46(％)，全氮0.06(％)，全磷0.04(％)，全鉀1.91(％)，有效氮36.07mg/kg，有效磷3.81mg/kg，有效鉀66.15mg/kg。
試驗以植煙、不施肥處理為對照(CK，用于計算肥料利用率)，設(shè)置常規(guī)施肥(T1)、常規(guī)施肥添加常規(guī)生物炭(T2，以甘蔗渣、作物秸稈為原料燒制，C≥60％)、常規(guī)施肥添加本發(fā)明實施例1提供的生物炭(T3)，共4個處理，每個處理小區(qū)占地1畝，植煙1100株，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，三次重復(fù)。
烤煙移栽前進(jìn)行煙田理墑、打塘，墑高30cm左右，塘大小約為30×30cm，株距50cm，行距1.2m。CK處理栽入煙苗，每株統(tǒng)一澆定根水2kg，最后蓋一層薄土。T1、T2、T3處理統(tǒng)一施入25kg/畝烤煙專用復(fù)合肥作為基肥；T2處理施入常規(guī)生物炭，T3處理施入本發(fā)明實施例1提供的生物炭，用量均為100g/株，與基肥一同施入塘內(nèi)，將生物炭和基肥與塘土拌勻；三處理栽入煙苗，每株統(tǒng)一澆定根水2kg，最后蓋一層薄土；剩余肥料平均三次，每次間隔10天，通過追肥施入。各處理田間管理的按照當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)烤煙管理方法進(jìn)行，具體試驗處理見表1。
表1煙田專用生物炭試驗設(shè)計
在試驗期間，記錄各處理的烤煙移栽、團(tuán)棵、現(xiàn)蕾和采收的日期；并進(jìn)行土壤樣品的采集和測定(取烤煙移栽前耕層(0-30cm)基礎(chǔ)土樣，測定pH值、有機(jī)質(zhì)、全碳、總氮、總磷、總鉀、速效氮、速效磷、速效鉀含量；烤煙團(tuán)棵期，在煙墑上兩株煙株之間，距煙株10cm處環(huán)刀法測定各處理耕層土壤容重，計算土壤孔隙度，取各處理耕層土樣，測定全碳、總氮含量，計算C/N。)；于烤煙團(tuán)棵期和現(xiàn)蕾期，調(diào)查各處理田間煙株農(nóng)藝性狀，對株高、莖圍、有效葉數(shù)、最大葉長、最大葉寬進(jìn)行測定；煙葉采收后，統(tǒng)計各處理單株煙葉產(chǎn)量、等級、產(chǎn)值；取各處理煙桿，測定總氮、總磷、總鉀含量；取各處理C3F煙葉，測定總氮、總磷、總鉀、總糖、還原糖、煙堿含量。
肥料利用效率(％)＝(施肥處理煙株養(yǎng)分吸收量-無肥處理煙株養(yǎng)分吸收量)/施肥量×100。
統(tǒng)計結(jié)果與分析：
表2烤煙團(tuán)棵期耕層土壤物理特性
注：同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(p<0.05)。
表2表明，不施肥CK)和常規(guī)施肥(T1)處理耕層土壤孔隙度、C/N、容重?zé)o明顯差異，與常規(guī)施肥相比，施入常規(guī)生物炭(T2)和本發(fā)明提供的生物炭(T3)處理均顯著提高了耕層土壤孔隙度、C/N，同時顯著降低土壤容重；其中，土壤孔隙度增加和容重降低以T3處理效果最佳，土壤C/N以T2最高。
表3烤煙團(tuán)棵期農(nóng)藝性狀
表4烤煙現(xiàn)蕾期農(nóng)藝性狀
烤煙團(tuán)棵期農(nóng)藝性狀調(diào)查表明(表3)，不施肥處理(CK)烤煙團(tuán)棵期各農(nóng)藝性狀均最低，常規(guī)施肥處理(T1)各農(nóng)藝性狀顯著提高。常規(guī)生物炭(T2)和發(fā)明生物炭(T3)處理均顯著促進(jìn)了煙株生長，烤煙株高、莖圍、有效葉數(shù)和最大葉長、寬均顯著高于常規(guī)施肥(T1)處理，各性狀以本發(fā)明生物炭(T3)處理最大?？緹煬F(xiàn)蕾期農(nóng)藝性狀調(diào)查結(jié)果(表4)與團(tuán)棵期類似，處理間差異進(jìn)一步增大。常規(guī)生物炭(T2)處理株高、莖圍顯著高于T1，其他農(nóng)藝性狀與T1無顯著差異。本發(fā)明生物炭處理(T3)對烤煙農(nóng)藝性狀的促進(jìn)作用更加明顯，各農(nóng)藝性狀均顯著高于常規(guī)施肥處理。
表5烤煙產(chǎn)值量
各處理烤煙產(chǎn)質(zhì)量如表5所示，不施肥處理(CK)各項指標(biāo)均最低。與常規(guī)施肥(T1)，常規(guī)生物炭處理(T2)除均價外，中等煙產(chǎn)量及比例顯著下降，上等煙及比例、產(chǎn)值量大幅提高；本發(fā)明生物炭處理(T3)中等煙及比例下降，而其他指標(biāo)顯著高于常規(guī)生物炭處理。生物炭處理能夠顯著提高煙葉產(chǎn)量，促進(jìn)中等煙相上等煙轉(zhuǎn)化，提高煙葉質(zhì)量，從而大幅提高產(chǎn)值；發(fā)明生物炭施用的增產(chǎn)提質(zhì)效果明顯高于常規(guī)生物炭。
表6煙葉內(nèi)在化學(xué)成分
各處理煙葉內(nèi)在成分分析表明(表6)，生物炭處理有效促進(jìn)了煙葉內(nèi)在品質(zhì)的提高。與常規(guī)施肥(T1)相比，常規(guī)生物炭處理(T2)促進(jìn)了養(yǎng)分元素的吸收和利用，N、K和煙堿含量顯著升高，總糖、還原糖含量下降，從而煙葉糖/堿和氮/堿均趨向協(xié)調(diào)。本發(fā)明生物炭(T3)處理煙葉N、K、煙堿養(yǎng)分略高于T2，兩糖含量進(jìn)一步下降，從而其煙葉糖/堿和氮/堿接近最優(yōu)比例(糖/堿≈10，氮/堿≈0.9)。本發(fā)明生物炭施入有效提高煙葉品質(zhì)，同時促進(jìn)煙葉成分的比例達(dá)到最優(yōu)煙葉水平。
表7煙株養(yǎng)分吸收量及肥料利用效率
各處理肥料利用率計算表明(表7)，相對常規(guī)施肥處理(T1)，常規(guī)生物炭處理(T2)顯著提高了N、P、K肥料的利用效率，而發(fā)明生物炭處理(T3)肥料利用率進(jìn)一步提高，且顯著高于T2處理。顯著提高產(chǎn)量和煙葉質(zhì)量的同時，生物炭的施入有效促進(jìn)了肥料利用率的提高，且發(fā)明生物炭的促進(jìn)效果優(yōu)于常規(guī)生物炭。
綜上說明，本發(fā)明生物炭能明顯改良煙田土壤理化性質(zhì)，顯著提高了煙田土壤碳氮比，增加土壤孔隙度，降低土壤容量，改善土壤微生物環(huán)境；能夠有效提高了烤煙產(chǎn)量、品質(zhì)和肥料利用效率；應(yīng)用時隨烤煙移栽的基肥一同施入，無需增加用工量。
最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實施例已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。