本發(fā)明涉及制備生物炭領(lǐng)域，尤其涉及一種利用煙草桿制備生物炭的方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、云南省地處亞熱帶和熱帶氣候區(qū)，土壤類型多樣，但普遍偏酸性，尤其是長(zhǎng)期耕作和降水侵蝕導(dǎo)致的酸化問(wèn)題較為突出。酸性土壤中的氫離子和鋁離子含量高，會(huì)抑制植物根系的發(fā)育，影響其對(duì)鈣、鎂等營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)惡化、孔隙度降低，并增加養(yǎng)分流失的風(fēng)險(xiǎn)。這種土壤特性使得云南的作物種植面臨諸多挑戰(zhàn)，尤其對(duì)于多年生人工草地，酸性土壤對(duì)草地的生長(zhǎng)、產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收產(chǎn)生了明顯的負(fù)面影響。

2、在云南地區(qū)，多年生人工草地的栽培通常采用禾本科和豆科植物的混播方式，以期通過(guò)不同植物的生態(tài)功能互補(bǔ)，提高草地生產(chǎn)力和土壤質(zhì)量。禾本科植物如狼尾草、狗尾草和鴨茅具備較強(qiáng)的適應(yīng)性和耐旱性，而豆科植物如白三葉則通過(guò)固氮作用，能夠部分補(bǔ)充草地的氮素需求。然而，由于土壤偏酸性，長(zhǎng)期管理中有機(jī)質(zhì)的匱乏和土壤養(yǎng)分流失問(wèn)題未能有效解決，導(dǎo)致草地生產(chǎn)力下降，影響了草地的長(zhǎng)期可持續(xù)利用。

3、生物炭作為一種通過(guò)熱解生物質(zhì)(如秸稈、木屑等)制得的多孔性碳基材料，能夠有效改善土壤的物理和化學(xué)特性，在全球許多酸性土壤改良試驗(yàn)中取得了顯著效果。生物炭的應(yīng)用能夠增加土壤孔隙度和通氣性，提升土壤ph值，增強(qiáng)水分保持能力，并通過(guò)其多孔結(jié)構(gòu)吸附和緩釋營(yíng)養(yǎng)元素，從而改善土壤養(yǎng)分環(huán)境。針對(duì)云南酸性土壤問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)煙草桿熱解制備的生物炭對(duì)土壤具有顯著的改良效果，特別是在提高土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀及水解性氮等養(yǎng)分水平方面，能夠有效促進(jìn)多年生人工草的生長(zhǎng)和生產(chǎn)力。

4、現(xiàn)有的生物炭制備技術(shù)主要集中于農(nóng)作物秸稈、玉米芯等生物質(zhì)材料，這些生物質(zhì)材料通過(guò)熱解技術(shù)，在缺氧或惰性氣體環(huán)境下加熱分解成固態(tài)碳基物質(zhì)，即生物炭。制備生物炭的技術(shù)通常使用馬弗爐或流化床反應(yīng)器，在300-700℃的溫度下進(jìn)行反應(yīng)，溫度和時(shí)間的控制對(duì)生物炭的性質(zhì)影響顯著。

5、然而，現(xiàn)有的生物炭制備技術(shù)存在以下弊端：

6、1、煙草桿利用不足：云南地區(qū)每年產(chǎn)生大量煙草桿，但現(xiàn)有技術(shù)未能充分利用這一特色生物質(zhì)資源，大量煙草桿被焚燒或丟棄，造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。

7、2、草地土壤改良效果有限：現(xiàn)有技術(shù)的生物炭制備應(yīng)用主要用于土壤改良，但缺乏針對(duì)云南酸性土壤的特點(diǎn)設(shè)計(jì)，尤其在多年生草地的施肥管理上未能有效提升氮利用效率及改良土壤養(yǎng)分比例平衡，難以滿足草地生產(chǎn)力的提升需求。

8、在現(xiàn)有的云南地區(qū)多年生人工草地管理中，施肥方式通常較為簡(jiǎn)單，主要包括不施肥或僅施用氮肥。草地施肥管理較少根據(jù)土壤和作物實(shí)際需求進(jìn)行精細(xì)化施肥調(diào)整，因此缺少對(duì)磷、鉀等其他營(yíng)養(yǎng)元素的補(bǔ)充，施肥方法以方便性為主。氮肥的施用通?；趥鹘y(tǒng)經(jīng)驗(yàn)，未配合科學(xué)的施肥方案，導(dǎo)致土壤中的氮素主要依靠天然輸入或有限的施肥方式來(lái)滿足草地生長(zhǎng)的需求。

9、然而，現(xiàn)有的云南地區(qū)多年生人工草地管理應(yīng)用存在以下弊端:

10、1、施肥管理缺乏科學(xué)性：多年生人工草地施肥方式多為不施肥或隨意施肥，未能根據(jù)草地土壤的實(shí)際需求進(jìn)行合理施肥，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分難以滿足草地的生產(chǎn)需求。

11、2、氮素利用效率低：不合理的氮肥施用方式使氮素在土壤中的利用效率降低，大量氮素流失，不僅浪費(fèi)資源，還造成環(huán)境污染。

12、3、土壤養(yǎng)分失衡：偏重氮肥施用的傳統(tǒng)方式忽視了磷、鉀等養(yǎng)分的補(bǔ)充，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分比例失衡，限制了草地的持續(xù)健康生長(zhǎng)，影響了草地產(chǎn)量和質(zhì)量。

13、因此，提供一種高效、環(huán)保，可以實(shí)現(xiàn)廢棄物資源化利用的煙草桿制備生物炭并應(yīng)用于土壤改良的方法是本發(fā)明亟需解決的技術(shù)問(wèn)題。

14、為評(píng)估煙草桿生物炭在云南多年生人工草地中的應(yīng)用效果，本發(fā)明設(shè)置了施肥時(shí)不同梯度的生物炭添加量，通過(guò)監(jiān)測(cè)土壤氮利用效率、土壤有機(jī)質(zhì)含量、有效磷、速效鉀和水解性氮等關(guān)鍵指標(biāo)，系統(tǒng)分析生物炭對(duì)酸性土壤和草地生產(chǎn)力的改善效果，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種利用煙草桿制備生物炭的方法及其應(yīng)用。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案：

3、一種利用煙草桿制備生物炭的方法，包括以下步驟：

4、步驟1：煙草桿的預(yù)處理

5、將煙草桿清洗干凈并風(fēng)干，將風(fēng)干后的煙草桿粉碎；將煙草桿與氫氧化鈉溶液混合，在常溫下攪拌，然后在烘箱中干燥，直到表面無(wú)水分；

6、步驟2：熱解反應(yīng)

7、將煙草桿放入碳化爐中，惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行熱解反應(yīng)，熱解反應(yīng)分為升溫?zé)峤怆A段和恒溫?zé)峤怆A段，所述升溫階段為：以5℃/分鐘的升溫速率，從室溫逐步升至500℃，升溫時(shí)間為1.5小時(shí)；所述恒溫?zé)峤怆A段為：在550℃的恒溫下熱解2小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫后取出，即獲得生物炭；

8、步驟3：后處理

9、將獲得的生物炭過(guò)篩，除去大塊未完全碳化的物質(zhì)。

10、優(yōu)選的，所述步驟1中，風(fēng)干后的煙草桿粉碎60目。

11、通過(guò)上述操作，可以利于熱解過(guò)程的均勻性。

12、優(yōu)選的，所述步驟1中，氫氧化鈉濃度為2％-5％。

13、優(yōu)選的，所述步驟1中，攪拌時(shí)間為1-2小時(shí)。

14、通過(guò)上述操作，可以確保氫氧化鈉充分浸透至生物質(zhì)中。

15、優(yōu)選的，所述步驟1中，烘箱中的干燥溫度為80-100℃。

16、優(yōu)選的，所述步驟2中，碳化爐溫度為550攝氏度。

17、通過(guò)上述操作，可以減少氧化。

18、優(yōu)選的，所述步驟3中，控制粒度范圍為60-80目。

19、通過(guò)上述操作，可以確保顆粒適用于后續(xù)應(yīng)用。

20、一種利用煙草桿制備生物炭的方法在多年生人工草地中的應(yīng)用。

21、本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)取得了以下技術(shù)效果：

22、(1)土壤酸化問(wèn)題有所改善

23、本發(fā)明利用煙草桿制作生物炭，生物炭ph范圍在8.9-10.1，在秋季采土壤樣品，風(fēng)干后測(cè)定土壤理化性質(zhì)，施用煙草桿生物炭的處理與未施用生物炭的處理相比，土壤ph有所提升；

24、(2)土壤有機(jī)質(zhì)含量有所提升

25、煙草桿生物炭有機(jī)質(zhì)含量為64～72％，施用煙草桿生物炭的處理與未施用生物炭的處理相比，土壤有機(jī)質(zhì)含量總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，1200kg/畝生物炭處理下土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，比未使用生物炭的處理高46％；

26、(3)土壤養(yǎng)分有所增加

27、氮、磷、鉀是土壤中為植物提供養(yǎng)分的重要元素，施用生物炭后，土壤中的水解性氮、有效磷和速效鉀均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，1200kg/畝生物炭處理下土壤養(yǎng)分含量最高；

28、(4)草地生產(chǎn)力有所提高

29、本發(fā)明對(duì)所有施肥試驗(yàn)采集的草樣進(jìn)行烘干、粉碎等處理，并計(jì)算飼草產(chǎn)量；結(jié)果表明，隨著生物炭添加量的增加，草地產(chǎn)量總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)：1200kg/畝生物炭處理的草地產(chǎn)量最高，比未使用生物炭的處理高64％；

30、(5)土壤孔隙度和比表面積的提升

31、施用煙草桿生物炭后，土壤的孔隙度和比表面積顯著增加；生物炭的多孔結(jié)構(gòu)為土壤增加了大量微孔和小孔，有助于改善土壤的透氣性和保水性，從而提升了土壤的結(jié)構(gòu)質(zhì)量和微生物棲息環(huán)境，使土壤更適宜植物根系生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收；

32、(6)煙草桿資源的高效利用

33、云南地區(qū)作為我國(guó)重要的煙草產(chǎn)區(qū)，每年產(chǎn)生大量煙草桿廢棄物；利用煙草桿制備生物炭，不僅有效地利用了這一豐富的生物質(zhì)資源，還減少了焚燒煙草桿所帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了資源的循環(huán)利用和綠色環(huán)保。