一种用于修复残膜污染土壤的秸秆生物炭及其制备方法和应用

本发明属于污染土壤修复，尤其涉及一种用于修复残膜污染土壤的秸秆生物炭及其制备方法和应用。

背景技术：

1、自20世纪70年代以来地膜覆盖技术在我国棉花等农作物生产中得到了快速的推广应用，极大地提高了棉花、玉米和马铃薯等大宗作物的产量。近来国内外诸多研究表明残膜(残膜源微塑料)能够对农田土壤的理化、土壤微生物及其功能等土壤生态功能造成负面影响，进而威胁农业生产可持续发展。我国也相继出台了关于残膜污染治理的方针政策，残膜污染农田的治理修复成为需要攻克的重要难题。

2、生物炭是在高温缺氧条件下，由生物残体经热解产生的一类含碳率高、空隙丰富、比表面积大、理化性质稳定的固态物质。良好的理化性质使得生物炭能够改良土壤的容重、空隙和养分等指标，并纠正外源胁迫引起的土壤微生物群落或元素循环的紊乱。近来，生物炭因其具有多种环境效益受到广泛关注，尤其是在土壤改良、提高粮食产量、土壤修复和温室气体减排等方面展示出巨大潜力。然而，目前尚未有相关生物炭对残膜污染土壤修复的方法。因此，探究使用秸秆生物炭修复残膜污染土壤的技术具有重要意义。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于修复残膜污染土壤的秸秆生物炭及其制备方法和应用，以解决残膜污染造成的土壤生态恶化问题。首先通过特定的步骤制备性能优异的秸秆生物炭，然后将制备的生物炭添加到残膜污染的土壤中进行修复，可以从微生物数量和群落结构、碳氮磷元素含量、碳氮磷循环功能基因和功能微生物丰度四个方面修复残膜造成的土壤生态污染。

2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、本发明的技术方案之一：

4、一种用于修复残膜污染土壤的秸秆生物炭的制备方法，将秸秆干燥、粉碎后进行高温碳化处理，然后自然冷却，研磨过筛得到所述秸秆生物炭；

5、其中，所述秸秆为棉花秸秆或玉米秸秆。

6、优选的，所述干燥处理条件为：干燥至所述秸秆含水率低至15％。

7、优选的，所述高温碳化处理条件为：在氮气保护下，以10-20℃/min升温至450-600℃，然后在此温度范围内保温1.5-2h。

8、进一步，所述高温碳化处理条件为：在氮气保护下，以15℃/min升温至450℃，然后在此温度范围内保温1.5h。

9、本发明的技术方案之二：

10、一种用于修复残膜污染土壤的秸秆生物炭，由上述的制备方法制备得到。

11、优选的，所述制备方法得到的秸秆生物炭为玉米秸秆生物炭和棉花秸秆生物炭；

12、其中，所述玉米秸秆生物炭的孔容是0.002345cm3/g，孔径是189.590nm，比表面积是1.3181cm2/g，灰分含量是8.533％，ph是8.57；

13、所述棉花秸秆生物炭的孔容是0.007023cm3/g，孔径是189.839nm，比表面积是2.4884cm2/g，灰分含量是24.865％，ph是9.53。

14、本发明的技术方案之三：

15、上述秸秆生物炭在修复含有残膜污染土壤中的应用。

16、优选的，将所述秸秆生物炭添加到含有残膜污染土壤中进行孵育；

17、其中，所述秸秆生物炭的添加量为含有残膜污染土壤重量的1-5％。

18、进一步，所述孵育过程中的条件为：孵育温度为25℃；孵育湿度为60％；孵育时间为2个月。

19、优选的，所述含有残膜污染土壤为种植棉花的土壤。

20、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

21、(1)本发明以废弃的棉花和玉米秸秆为原料制备秸秆生物炭时，通过系列的干燥粉碎和过筛等预处理以及温度和时间优化后的氮气保护的高温碳化处理，获得的秸秆生物炭具备了优异的孔容、孔径、比表面积、ph和灰分含量等理化性质指标。

22、(2)本发明以特定的方法制备秸秆生物炭，再以制备的生物炭用于残膜污染土壤的修复。本发明将棉花和玉米秸秆生物炭进行残膜污染土壤修复时，从微生物数量和群落结构、碳氮磷元素含量、碳氮磷循环功能基因和功能微生物丰度等四个方面有效的修复了残膜污染土壤的生态功能。

技术特征：

1.一种用于修复残膜污染土壤的秸秆生物炭的制备方法，其特征在于，将秸秆干燥、粉碎后进行高温碳化处理，然后自然冷却，研磨过筛得到所述秸秆生物炭；

2.根据权利要求1所述的一种用于修复残膜污染土壤的秸秆生物炭的制备方法，其特征在于，所述干燥处理条件为：干燥至所述秸秆含水率低至15％。

3.根据权利要求1所述的一种用于修复残膜污染土壤的秸秆生物炭的制备方法，其特征在于，所述高温碳化处理条件为：在氮气保护下，以10-20℃/min升温至450-600℃，然后在此温度范围内保温1.5-2h。

4.根据权利要求1所述的一种用于修复残膜污染土壤的秸秆生物炭的制备方法，其特征在于，所述高温碳化处理条件为：在氮气保护下，以15℃/min升温至450℃，然后在此温度范围内保温1.5h。

5.一种用于修复残膜污染土壤的秸秆生物炭，其特征在于，由权利要求1-4任一项所述的制备方法制备得到。

6.根据权利要求5所述的一种用于修复残膜污染土壤的秸秆生物炭，其特征在于，所述制备方法得到的秸秆生物炭为玉米秸秆生物炭和/或棉花秸秆生物炭；

7.权利要求5-6任一项所述的秸秆生物炭在修复含有残膜污染土壤中的应用。

8.根据权利要求7所述的秸秆生物炭在修复含有残膜污染土壤中的应用，其特征在于，将所述秸秆生物炭添加到含有残膜污染土壤中进行孵育；

9.根据权利要求8所述的秸秆生物炭在修复含有残膜污染土壤中的应用，其特征在于，所述孵育过程中的条件为：孵育温度为25℃；孵育湿度为60％；孵育时间为2个月。

10.根据权利要求7所述的秸秆生物炭在修复含有残膜污染土壤中的应用，其特征在于，所述含有残膜污染土壤为种植棉花的土壤。

技术总结本发明提出了一种用于修复残膜污染土壤的秸秆生物炭及其制备方法和应用，属于污染土壤修复技术领域，将秸秆干燥、粉碎后进行高温碳化处理，然后自然冷却，研磨过筛得到所述秸秆生物炭；其中，所述秸秆为棉花秸秆或玉米秸秆。将本发明制备得到的秸秆生物炭添加到残膜污染的土壤中进行修复，可以从微生物数量和群落结构、碳氮磷元素含量、碳氮磷循环功能基因和功能微生物丰度四个方面修复残膜造成的土壤生态污染。技术研发人员：吴长才,马艳,单永潘,马亚杰,王丹,宋贤鹏,任相亮,胡红岩受保护的技术使用者：中国农业科学院棉花研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/11