[发明专利]一种缓解稻田氨挥发排放的改良水热生物炭的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于水热生物炭缓解氨挥发技术领域，特别涉及一种缓解稻田氨挥发排放的改良水热生物炭的制备方法及其应用。

背景技术

氨气是生态系统氮循环的重要成分，也是大气污染物之一。土壤氨挥发是农田氮素损失的重要途径之一，这不仅降低了氮肥利用率而且挥发释放的氨气还会对环境造成污染。全世界施入土壤的氮肥中1%-47% 以土壤氨挥发的形式进入大气。我国是世界上最大的产稻国，水稻土的面积达2.53×10⁷ hm²，占世界水稻土面积的23%，占我国粮食耕地面积的29%。但我国稻田中氮肥的利用率只有30%-35%，损失高达50%以上。氮肥利用率低不仅直接影响农业生产效益；同时也造成土壤、水和大气环境的污染，对人类赖以生存的环境造成危害。因此，研究氨挥发损失途径和机理，并探索控制氨挥发的施肥和农田管理措施，对于节约养分资源、提高农民种粮经济效益和保护生态环境均具有重要的现实意义。

减少氨挥发的方法包括改进施肥技术、施用新型肥料、添加土壤改良剂等。其中生物炭作为一种土壤改良剂受到广泛关注并迅速升温成为当前研究的热点。特别是近年来，在气候变化、环境污染、能源短缺、粮食危机和农业可持续发展等宏观背景下，生物炭的潜在应用价值和应用空间被进一步拓展。目前研究较为广泛的是常规热解生物炭（pyro-char）。常规热解生物炭是农林废弃物等生物质在缺氧或无氧条件下高温裂解形成的稳定的富碳产物。它具有良好的吸附性能，其吸附能力受原材料和制备温度的影响显著。常规热解生物炭除了直接吸附NH₄⁺/NH₃，降低N的损失提高利用率外，生物炭加入土壤中还能够促进土壤中NH₄⁺向NO₃^--N 转化，促进土壤N 的转化提高了N 的生物有效性。然而，常规热解生物炭多少制备条件下均呈碱性，虽然生物炭较强的吸附能力会滞留一部分的铵根，但是土壤酸碱条件的变化，会促进铵根向氨气的转化，进而导致氨挥发损失的增加。因此，从控制稻田氨挥发的角度，施加常规热解生物炭往往不是理想的技术措施。

水热炭化作为一种新型的生物质炭化技术，由于不受物料含水率的制约、制备过程简单、反应条件温和、生物炭产量较高且具有官能团丰富等优点被认为是高含水率生物质制备生物炭较为理想的方法。水热炭化法（HTC）与传统的热化学转化方法相比，HTC 温度低，原料不受水分含量限制，耗能少，CO₂释放量少，保留了大量废弃生物质中的氧、氮元素，水热炭化物表面具有丰富的含氧官能团，因而亲水性及金属吸附性强。水热生物炭炭产率较高，进而产生较高的总能量，但炭化率较低，芳香结构较少且生物稳定性差。因此，通过水热炭化技术利用农林废弃物生产生物炭，对于缓解资源浪费和解决环境污染等问题有着巨大的潜力。因为特殊的生成条件所导致的独特的物理化学结构，水热炭在吸附、制备多孔炭、催化剂载体和清洁能源等领域展现出了良好的应用前景。

需要注意的是，水热炭化技术制备的生物炭（HTC），若施加不当，可能会造成负面效果，特别是其含有的较多有机酸和酚类物质，在较高施加量条件下可能对植物生长造成不利影响。此外，水热炭比表面积偏小，需要经过一定的预处理过程提高比表面积和对养分特别是铵根的吸附能力。因此，针对水热炭这类生物质炭材料，有必要通过一定的改良，并通过限定其制备条件、施加方式、施加时间等，实现环境效益和经济效益的最大化。基于水热炭的优良特性和潜在不利影响，本发明着眼于控制稻田氨挥发排放，同时避免其负面作用，提出了一种缓解稻田氨挥发排放的改良水热生物炭及其应用，为我国稻田面源污染控制、大气质量的改善、化肥利用效率的提高提供一种低成本的、绿色友好的解决方案。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种缓解稻田氨挥发排放的改良水热生物炭的制备方法及其应用，能够减缓稻田氨挥发，增加土壤炭库，提高生物质资源的利用率，合理的使用量可以增加水稻产量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种缓解稻田氨挥发排放的改良水热生物炭的制备方法，包括以下步骤：

步骤（1）、制备水热炭的原始材料：将土生农作物和/或水生植物进行破碎，

步骤（2）、制备原始材料和溶剂的混合材料：将原始材料与溶剂混合得到混合材料；