[发明专利]一种利用农业废弃物生物质炭化产物改良熟化盐碱土的方法

说明书

 

技术领域    

本发明属于盐碱土改良技术领域，主要利用作物秸秆热裂解炭化得到的主产品——生物黑炭和木醋液改良土壤盐碱性和土壤板结，从而保证小麦正常生长，同时鉴于该技术采用秸秆热裂解产物生物黑炭和木醋液用于改良土壤，又属于资源综合利用技术领域。

 

技术背景

盐碱土是分布广泛的一种土壤类型，全球盐碱土的面积约占陆地总面积的25%（李海峰等，2002）。我国盐碱化土地主要分布在华北平原、东北平原、西北内陆地区及滨海地区。根据中国科学院自然资源综合考察委员会在80年代初的调查估算，中国有受盐碱化危害的农林牧土地面积有 3382万ha，占农林牧总土地面积的4.91%。另外，中国有潜在盐碱土约1733万ha（王遵亲等，1993），这些土壤会在不合理利用和管理下可能发生次生盐碱化。从中国土地盐碱化程度、发展趋势、次生盐碱化发生的危险性以及对21世纪中国食物需求安全性和世界食物贸易的影响等方面考虑中国土地盐碱化防治问题远比其他国家迫切。

我国是世界上耕地资源最紧张的国家， 2008年我国尚存耕地18.26亿亩，比1997 年的19.49亿亩净减1.23亿亩，人均耕地已不到世界平均的一半。全国人大农业与农村工作委员会2011年强调，严格控制用地，确保占补平衡和整治修复置换土地作为保住18亿亩耕地红线的战略基本对策。因此，如果盐碱土的改良熟化并能用于正常农业生产，则可以为实现耕地占补平衡提供的补充途径，而大大缓解我国耕地紧张。中国盐碱地大部分分布于干旱、半干旱和半湿润地区，这些地区地处中国自然生态环境脆弱带，不利和有利的农业生产条件同时存在。大部分地区气候资源丰富，土层深厚，地势平坦，有一定的水资源开发潜力，相对人少地多农业生态潜力较大。一旦消除了土地盐碱化这一主导制约因素后，农业生态系统的巨大潜力必将得到发挥。盐碱土一般土层深厚，其关键问题是作物在盐分环境中不能正常生长。盐碱土治理一般要历经隔离-洗盐-改土-种植等几个阶段，首先围坝或开沟，断开盐分的来源；其次洗盐，采用降水淋洗和化学技术将土壤（至少是表土）盐分洗脱；再次改土，采用改良剂改造土壤物理和化学性质，一般采用石膏，客土等方法。传统的盐碱土改良方法成本高，费时长，不能适合大规模改造盐碱土。例如滨海滩涂盐碱土改造一般要开沟排水，淋盐爽碱，围埝蓄淡，植苇养鱼，然后再引水种稻等环节，成本高、耗时长，不符合现代市场化农业生产的快速需求。

农业废弃物生物质热裂解炭化利用已是世界趋势， 热裂解主要产物生物黑炭在农业固碳减排和改良土壤等方面表现出巨大的应用潜力，被国际公认为21世纪新的农业绿色革命新技术[Taylor P. 2010.]。我国秸秆等农业废弃物生物质热裂解炭化的工厂化生产工艺条件已经成熟，2011年国家能源局、财政部和农业部联合启动了“绿色能源示范县建设”计划，秸秆热裂解气炭联产炭化得到国家财政支持。因此，秸秆热裂解炭化产业化前景十分明朗。秸秆气炭联产的主要产物除了生物质燃气外，还主要得到固体生物黑炭和液体木醋液，解决其应用的去向将是生物质炭化产业化的必然需求。我们前期的研究表明，农田施用生物黑炭可减少温室气体排放、提高氮肥利用率[Zhang, et al.2010]，同时在污染稻田可以起到大幅度降低农产品有毒重金属积累[Cui, et al.2011]。我国每年大约有作物秸秆7亿吨，可以生物质热裂解炭化可得到约2亿吨生物黑炭，鉴于生物黑炭可以快速增加土壤有机质从而促进良好土壤结构快速，加快盐分分离，从而为植物生长创造良好条件。木醋液是酸性有机物溶液，且含有部分植物生长刺激物质[闫玉等，2011]，其次，木醋液具有促进作物生长和防治病虫害的良好作用。生物黑炭和木醋液在盐碱土改良上具有广阔的应用潜力，同时也可能为大规模发展农业废弃物生物质炭化和后背耕地补充培育提供可靠的途径。

 

发明内容    

解决的技术问题