[发明专利]一种秸秆源烟水制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种秸秆源烟水制备方法及其应用。所述秸秆源烟水的制备包括以下步骤：(1)以农作物秸秆为原料，在缺氧条件下以低于5℃/min的升温速率升温至200‑220℃，持续热解1.5‑2.5h；(2)将热解产生的烟气通过淋洗溶于水中，即制备得到秸秆源烟水。本发明采用双低热解法(低升温速率+低热解温度)制备秸秆源烟水，增加了秸秆中纤维素和半纤维素的热解，减少了木质素的热解，从而制备得到效果好且效果稳定的高质量烟水。本发明的秸秆源烟水具有显著促进种子休眠释放与萌发和促进作物对氮磷元素吸收的作用；可用于通过“耗竭”土壤种子库的策略防治农田杂草，用于蔬菜、中草药等育苗及小麦、玉米等大田作物生产中的种子处理。

技术领域

本发明涉及烟水热解制备技术领域，具体涉及一种秸秆源烟水制备方法及其应用。

背景技术

农作物秸秆是一种宝贵的可再生资源，主要成分是纤维素、半纤维素和木质素。我国年产秸秆约8亿吨，秸秆综合利用率达到86％，但每年仍有1亿多吨秸秆被废弃，造成严重的资源浪费。

烟水是由植物燃烧/热解产生的烟溶于水中制备而成。烟水成分复杂，含有5000余种化合物，其中，Karrikins(简称KARs)和氰醇可有效促进种子萌发，而三甲基丁烯内酯(trimethylbutenolide，简称TMB)可抑制种子萌发。KARs由纤维素和半纤维素燃烧/热解产生，而木质素燃烧/热解可产生种子萌发抑制物质。由于植物原料及制备方法不同，不同来源烟水的效果经常不同，限制了烟水的应用。

纤维素、半纤维素和木质素的三种成分的热解参数不同。胡亿明(2013)研究认为，半纤维素的热稳定性最差，在约220℃开始热解；纤维素热解温度范围较窄，在300-375℃分解，而升温速率低于2℃/min可使纤维素热解主要热解区间下移至230-280℃；木质素结构最复杂，热解温度较宽，在250-500℃分解，在310-420℃分解较快。Kilzer(1965)提出纤维素热解存在两条竞争性途径，低加热速率可使纤维素在200-280℃范围内热解，随着升温速率的增大，热解向高温区推移。可以利用热分解参数的差异，通过准确控温热解的方法生产高质量烟水。

杂草对农业生产危害巨大，每年造成全球作物减产约10％。以除草剂为核心的化学防治是当今杂草治理的主要手段，但其给环境带来了严重危害。杂草防除困难与土壤种子库的复杂性有关，土壤中长期积累了种类繁多、数量庞大的种子，且种子休眠程度不同，导致出苗分散，不利于防治(强胜，2010)。农田杂草种子库是一个动态系统，同时存在输入和输出，输入主要靠成熟杂草结实，而输出主要通过种子萌发和死亡。当输入量大于输出量时，种子库就增大，杂草危害增加，反之，种子库缩小，危害降低。在输入稳定的情况下，采取措施促进土壤种子库中种子的萌发，减少土壤种子库中杂草活种子数量，可降低除草成本，减少环境污染，具有重要经济社会价值。

种子处理技术在农业生产中应用广泛。种子处理可改善种子品质，提高播种质量，防控种传或土传病害，促使种子迅速发芽并且出苗整齐健壮，减少种子以及农药、化肥的用量(张静等，2012)。种子处理技术主要有化学法、物理法、生物法等。化学处理是目前常用的种子处理方法，主要指用杀虫剂、杀菌剂和植物生长调节剂等处理种子(张静等，2012)。李志飞等(2014)研究发现，GA₃和水杨酸处理均能提高北柴胡种子的种子活力，促进种子的萌发，提高出苗率，提高根系活力，保证了较高的幼苗存活率。何丽等(2018)研究发现，用不同浓度GA₃处理番茄种子，可以提高幼苗的株高、茎粗和地上部分鲜重，促进幼苗生长。

由于烟水中促进种子萌发的物质是由纤维素、半纤维素燃烧/热解生成，木质素燃烧/热解会产生抑制物质，而农作物秸秆中均含有纤维素、半纤维素和木质素三种成分，因此，目前通过燃烧秸秆生产的烟水效果不好且不稳定，限制了秸秆源烟水在农业领域中的应用。

发明内容