本研究结合吉林省农村及农业产业技术现状,借鉴国际先进农业发展理念和技术,在“种养结合”理念的指导下,为创建适合北方寒冷地区农村、农业绿色生态循环利用模式。以近临界水液化玉米秸秆转换和提取生物油为研究基础,开展了近临界水液化生物质制备有机肥料及改良盐碱土壤应用技术的研究。总体思路是利用近临界水技术将富含生物质的秸秆和畜禽排泄物等农业废弃物进行降解、提取,进而制成有机肥料。再利用有机肥料进行土壤有机质提升和盐碱土壤的治理与修复。使农业废弃物一步还田,最终构建绿色循环农业,实现现代农业的闭环生产。近临界水液化生物质的应用研究内容包括:(1)近临界水液化玉米秸秆转换和提取生物油的应用研究。在不使用任何催化剂和有机溶剂的条件下,利用近临界水的特殊性质,在较低转变温度和短恒温时间条件下,实现秸秆生物质的提取,建立玉米秸秆与生物油间的转化和提取方法。不同形状的玉米秸秆转化实验表明,杆状玉米秸秆有利于在近临界水中获得更多的生物油。用正己烷提取水溶性生物油,并通过GC-MS检测分析。结果表明,主要的液化产物为酚类化合物,少量的液化产物为正构烷烃、芳香酮类、醇类、烷基苯类和几种含硫、含氮化合物组成的混合物。(2)近临界水液化生物质制备有机肥料的应用研究。在不使用任何催化剂和有机溶剂的条件下,利用近临界水液化玉米秸秆制备植物营养液和液化玉米秸秆-畜禽排泄物制备有机肥料。设计和优化了加热效率高、经济性好的电磁感应加热近临界水液化生物质的中试及小规模生产设备。分别确认了合理的生产工艺和技术参数。研究发现,在不添加任何化学药品条件下,生物质快速转化。得到的液体产物主要为酚类、醛类和酮类的混合物,富含促进植物生长的氮、磷、钾及钙、锰、铁、锌、硼、硫、镁、钼等微量元素,pH值为3.5-4.2。液化产物与生物质自然腐化的产物腐殖酸成分种类接近。研究不仅能为生物质制备有机肥料提供理论基础和技术支持,还能为解决规模养殖场粪污处理提供技术参考。(3)探究了近临界水液化生物质改良盐碱土壤种植小麦的效果。在吉林大学扶贫专项资金的支持下,在吉林省通榆县,开展了近临界水液化生物质改良吉林省西部盐碱土壤种植玉米、高粱农田试验。通过农作物生长和籽实产率的评价,证明了近临界水液化生物质对促进植物生长和土壤改良有一定作用,为推广生物质改良盐碱土壤提供科学依据。(4)开展了示范性工程,建立了吉林省生物质改良盐碱土壤及现代绿色农业工程研究中心通榆基地。通过有机肥料使用的经济效能和土质综合改善的效果,提高和激发农户自身使用有机肥料改良盐碱土壤的积极性和内在动力,有力的促进了吉林省中西部盐碱土壤改良和东北黑土耕区有机质提升工作的顺利开展。本研究的创新性体现在:(1)探究了在不使用任何催化剂和化学试剂的条件下,利用近临界水液化玉米秸秆和液化秸秆-畜禽排泄物的可行性。建立了近临界水液化玉米秸秆和液化玉米秸秆-猪粪-羊粪等畜禽排泄物等生物质及制备有机肥的方法。为秸秆还田和可再生资源的循环利用,提供了一种简单易行、绿色环保的技术。(2)设计和制造适用于近临界水液化生物质制备有机肥的200 L和1000 L中试和小规模工业生产用高温高压反应釜。在吉林省通榆县实验基地,实现了在不使用任何催化剂和化学试剂的条件下,近临界水在较低温、短时间液化杆状玉米秸秆、玉米秸秆-畜禽排泄物等生物质应用的小试、中试和小规模工业化生产。该工作在国内还鲜有报道。(3)创新地提出利用近临界水液化玉米秸秆-猪粪-羊粪等生物质制备固体、液体有机肥料。实现了简便、清洁、快速的秸秆及秸秆-畜禽排泄物还田,整个过程环保无二次污染。与其它处理玉米秸秆、畜禽排泄物等农业废弃物制备有机肥料技术相比,生产周期大大缩短,而且投资小,占地面积小,可按规模养殖场日产出粪水量设产,做到当日完全处理,实现真正意义上的规模化工业生产。(4)利用废弃生物质制备的有机肥料,在吉林省通榆县实验基地,分别进行了盐碱大田土壤改良试验和植物种植影响评价试验。通过对种植高粱和玉米生长和产率的比较,证明制备的有机肥料应用于作物生长和土壤改良效果明显。为农畜业废弃物制备有机肥及盐碱地改良提供了新的思路。