TW202336000A

TW202336000A - 抑制水稻田生成甲烷之方法

Info

Publication number: TW202336000A
Application number: TW111107611A
Authority: TW
Inventors: 袁烽勝
Original assignee: 袁烽勝
Priority date: 2022-03-02
Filing date: 2022-03-02
Publication date: 2023-09-16
Also published as: US20230276728A1; CN114946302B; CN114946302A

Abstract

一種抑制水稻田生成甲烷之機制及其技術，其係以每畝地400〜500公斤重量比例之震盪磁石組合物拌入水稻田的土壤中，據以提高土壤中殘存有機物質之局部空間的溶氧量；其中，該震盪磁石組合物的組成重量百分比，包括72%〜82%之遠紅外線天然礦物基材、 10%〜18%之生物炭、2%〜5%之海藻元素及3%〜5%之一種天然礦石所構成的活水劑；由於該震盪磁石組合物在水稻田的土壤中將持續放射遠紅外線，並與土壤中之水分子進行共振，使水分子團細小化，進而使溶氧更快速地穿透土壤中因有機物質被代謝所形成之生物薄膜內，以抑制「產甲烷菌」的生成與繁殖，進而降低甲烷氣體的產生量。

Description

抑制水稻田生成甲烷之機制及其技術

本發明係有關一種組合物，尤指拌入水稻田的土壤中，可使土壤放射遠紅外線讓溶氧快速地穿透生物薄膜，以抑制產甲烷菌生成之一種抑制水稻田生成甲烷之機制及其技術。

按，溫室氣體中除了二氧化碳外，對地球暖化影響最大的就屬甲烷；甲烷(CH ₄)俗稱沼氣，其在大氣中捕獲熱量的能力為二氧化碳的25倍；而根據聯合國氣候峰會推動碳中和與零排放的要求，包括甲烷在內的各項溫室氣體的減量與控制排放，勢必將受到極為嚴格的關注及審視；再者，排放到大氣中的甲烷，一大來源是石油和天然氣等現代工業，另一大來源是農牧業、掩埋的垃圾、以及禽畜的排氣。產生甲烷的原因，如圖1所示，係因大量的有機物質，長時間處於厭氧(缺氧)的狀態，導致在該環境中之「產甲烷菌」的大量產生及繁殖，這些「產甲烷菌」在代謝分解有機物質時，即會產生大量的甲烷。

次按，在農牧業中，水稻是甲烷排放的重要來源；由於水稻是世界主要的糧食作物之一，因此種植面積廣大；而水稻係利用光合作用，將二氧化碳轉化為蔗糖，再傳送到根部中，如圖2所示；水稻10的根部11深植於土壤20中，土表則以淺水30淹沒以隔絕空氣，由於淺水30呈現靜置狀態，因此在水稻根部11附近，將有微生物菌種將根部11所涵養的有機物質進行代謝分解，造成局部空間之溶氧量(DO)下降，且因周圍土壤20中之溶氧不易擴散至該空間內，則局部空間的外圍將形成生物薄膜40，且其內部變成溶氧量為0mg/L的完全厭氧狀態；此時，「產甲烷菌」成為優勢菌種，將驅使甲烷大量產出並逸散至大氣中。

再按，目前許多研究方案，嘗試讓淹沒稻田的淺水流動，或採取定期排水的措施，來避免土壤中的局部空間形成厭氧狀態，以降低水稻田甲烷的生成量；惟查，讓淺水流動或定期排水因受限於環境狀態，且會影響水稻的生長效益，因此不易被耕種者所接受；於是如何應用遠紅外線天然礦物基材，以提高土壤中局部空間的溶氧量，進而避免土壤形成厭氧狀態，乃成為本發明人所要積極思考的課題。

緣是，本發明之主要目的，係在提供一種具有遠紅外線天然礦物基材的組合物，拌入水稻田的土壤中，使土壤放射遠紅外線讓溶氧快速地穿透生物薄膜，以抑制「產甲烷菌」的生成與繁殖。

為達上述目的，本發明係以每畝地400〜500公斤重量比例之震盪磁石組合物拌入水稻田的土壤中，據以提高土壤中殘存有機物質之局部空間的溶氧量，達到抑制產甲烷菌的生成與繁殖，進而降低甲烷的產生量；該震盪磁石組合物的組成結構，包括72%〜82%之遠紅外線天然礦物基材、 10%〜18%之生物炭、2%〜5%之海藻元素及3%〜5%之一種天然礦石所構成的活水劑；其中，所述之遠紅外線天然礦物基材可持續穩定放射遠紅外線，使土壤中的水分子團細小化，而細小化的水分子則更易於穿透生物薄膜並利於擴散；所述之生物炭可將土壤中其有機物質代謝成之CO2，吸附於其表面，以減少CO2在水分子中的濃度，進而降低產甲烷菌產生甲烷的生成量；所述之海藻元素在於造粒定型之用，因其遇水即崩解，可達到抑制特定菌種的效果；所述之一種天然礦石所構成的活水劑，其主要成分中含有包括BaO、Cr2O3、CaCO3、P2O5、Na2O、MnO、CaO、Cu等之微量元素，其作用在提高水分子中的溶氧量。

本發明中之活水劑為一種天然礦石，外型呈多孔蜂巢狀，具有提高水中溶氧量的功能，其機制與原理為： a.活水劑為天然礦石，在自然界中經過高溫過程，會持續發出遠紅外線，使水分子團細小化，此將有利於氧氣溶入水中與溶氧之擴散。 b.活水劑外型呈多孔蜂巢狀，當有水流通過之時，具有分散水流、打散水流之功能，此將使氧氣與水分子接觸的表面積增大，進而增加溶氧速度及溶氧量。 c.活水劑具有淨水機制，可將水中之污染物－有機氮(以有機物形式存在的氮，例如尿素)及氨氮(以氨的形式存在的氮，包括NH4+及NH3)予以去除；而去除的第一步為硝化作用，其係將有機氮及氨氮氧化成硝酸鹽，第二步為反硝化作用，其係將硝酸鹽還原成完全無害的氮氣(化學反應式如下)；由於活水劑為天然礦石，加上多孔蜂巢狀的形狀，使其表面成為「硝化菌」及「脫硝菌」得以附著並生長的絕佳環境，因此活水劑有利於去除水中之有機氮及氨氮污染物，並可避免水質優養化，同時提高水中之溶氧量。

依據前揭特徵，本發明中該遠紅外線天然礦物基材之組成物及其重量百分比為：二氧化矽(SiO2)42〜52%、氧化鐵(Fe2O3)11〜13%、二氧化錳(MnO2)4〜7%、氧化鈣(CaO)2〜4%、二氧化鋯(ZrO2)2〜4%、氧化鋁(Al2O3)2〜4%、氧化鋅(ZnO)1〜3%、氧化鉀(K2O)3〜4%、氧化鎂(MgO)1〜3%、氧化鈷(CoO)1〜4%、粉煤灰9〜13%、生碳粉5%、二氧化鈦(TiO2)1〜2%、氧化鈰(CeO2)0.5～0.8%、以及氧化鑭(La2O3)0.1〜0.5%；而上述之組成將使其遠紅外線放射率達到87.9%以上之特性值。

藉助前揭特徵，本發明「抑制水稻田生成甲烷之機制及其技術」，係將可持續穩定放射遠紅外線之振盪磁石組合物，利用重新插秧前，每半年一次將其以每畝地400〜500公斤的重量比例，平均拌入水稻田中，讓其在水稻田土壤中持續放射遠紅外線，並與土壤中之水分子進行共振，使水分子團細小化，細小之水分子團可使溶氧更快速地穿透土壤中因有機物質被代謝所形成之生物薄膜內，進而提高土壤中殘存有機物質之局部空間的溶氧量(DO) 以避免土壤形成厭氧狀態，並達到抑制「產甲烷菌」的生成與繁殖。

首先，本發明係以每畝地400〜500公斤重量比例之震盪磁石組合物拌入水稻田的土壤中，據以提高土壤中殘存有機物質之局部空間的溶氧量，達到抑制產甲烷菌的生成與繁殖，進而降低甲烷的產生量；該震盪磁石組合物的組成結構，如圖3所示；包括72%〜82%之遠紅外線天然礦物基材、10%〜18%之生物炭、2%〜5%之海藻元素及3%〜5%之一種天然礦石所構成的活水劑；其中，所述之遠紅外線天然礦物基材可持續穩定放射遠紅外線，使土壤中的水分子團細小化，而細小化的水分子則更易於穿透生物薄膜並利於擴散；所述之生物炭可將土壤中其有機物質代謝成之CO2，吸附於其表面，以減少CO2在水分子中的濃度，進而降低產甲烷菌產生甲烷的生成量；所述之海藻元素在於造粒定型之用，因其遇水即崩解，可達到抑制特定菌種的效果；所述之一種天然礦石所構成的活水劑，其主要成分中含有包括BaO、Cr2O3、CaCO3、P2O5、Na2O、MnO、CaO、Cu等之微量元素，其作用在提高水分子中的溶氧量。

圖4所示為本發明抑制水稻田生成甲烷之流程；包括，S1:水稻田插秧前，翻鬆地表層土壤；S2: 拌入震盪磁石組合物(每畝地400〜500公斤)；S3: 在土壤中持續放射遠紅外線；S4:在土壤中之水分子進行共振，使水分子團細小化；S5:細小的水分子穿透生物薄膜之微細孔洞；S6:提高土壤中殘存有機物質之局部空間溶氧量(D.O.)；S7:抑制「產甲烷菌」的生成與繁殖，降低甲烷產生量。

本發明中之遠紅外線天然礦物基材，可在土壤中持續穩定地放射遠紅外線，並與土壤中之水分子進行共振，使水分子團細小化，進而讓細小的水分子穿透生物薄膜之微細孔洞，以提高土壤中殘存有機物質之局部空間溶氧量；其機制與原理如下：按，水分子係由一個氧原子和兩個氫原子組成，其化學式為H ₂O；其中，一個氧原子有8個電子，包括2個電子在第一層軌域，6個電子在第二層軌域，而外層軌域(第二層)必須要有8個電子才能維持其穩定的架構；一個氫原子則只在其第一層軌域有1個電子，而外層軌域(第一層)必須要有2個電子才能維持穩定；故此，一個氧原子與兩個氫原子之間，係以電子共用的共價鍵形態達到穩定，且據以形成水分子，如圖5A所示；又，水分子中除了共價鍵之外，其氧原子端之未共用電子對將帶負電，而氫原子端則帶正電，如圖5B所示；因此，水分子w的極性很像在一個乒乓球的四個對角上，以樹脂黏上四個極性不同的磁鐵，其中，兩個是帶正電的氫原子，另外兩個則是帶負電的未共用電子對，如圖5C所示；在液態水中，水分子間會像黏著磁鐵的乒乓球一樣，相互吸引而呈現團狀，這種吸引力稱為氫鍵，並促使液態水形成水分子團的現象，亦即，數個至數十個，甚至數百個水分子組成一個大型的網狀結構體N，如圖5D所示；由於微生物菌種會將水稻根部所涵養的有機物質進行代謝分解而形成一種生物薄膜，而生物薄膜的表面為一種佈滿微細孔洞h之薄膜F，水分子團G必須要穿過這些薄膜F的細微孔洞h，才能夠進入生物薄膜內，而水分子團G越小越容易使溶氧穿過薄膜F，則溶氧也就越能夠擴散至生物薄膜中，來抑制「產甲烷菌」的生成與繁殖，如圖5E所示。

本發明中該遠紅外線天然礦物基材，其組成物及重量百分比為：二氧化矽(SiO2)42〜52%、氧化鐵(Fe2O3)11〜13%、二氧化錳(MnO2)4〜7%、氧化鈣(CaO)2〜4%、二氧化鋯(ZrO2)2〜4%、氧化鋁(Al2O3)2〜4%、氧化鋅(ZnO)1〜3%、氧化鉀(K2O)3〜4%、氧化鎂(MgO)1〜3%、氧化鈷(CoO)1〜4%、粉煤灰9〜13%、生碳粉5%、二氧化鈦(TiO2)1〜2%、氧化鈰(CeO2)0.5～0.8%、以及氧化鑭(La2O3)0.1〜0.5%；而上述之組成將使其遠紅外線放射率達到87.9%以上之特性值。

本發明中依實驗計畫法，將遠紅外線天然礦物基材的組成物依不同的重量百分比，混料組合成10組不同配比的基材，並分別檢測其遠紅外線放射率，各組組成物的百分比及其放射率的數據如表一所示：

組成物	組1	組2	組3	組4	組5	組6	組7	組8	組9	組10
二氧化矽	42	43	43	44	47	48	48	49	50	52
氧化鐵	11.5	13	12	12.5	13	13	12.8	11.3	12	12.4
二氧化錳	7	6.5	6	5.5	5.5	5	5	5.5	5	4.5
氧化鈣	3	2.5	4	3	4	3	3	3	3	3
二氧化鋯	2.5	3	3	2.5	3	3	3.5	4	4	2.5
氧化鋁	2.5	2	2	3	3	3	4	3.2	3.2	3
氧化鋅	2	2	3	2.5	1.5	2	1.5	1	2	2
氧化鉀	3	3	4	4	3	3	3	3.5	3	3
氧化鎂	3	3	2.5	2	2	1.5	1	1	1	1
氧化鈷	3.5	3	2	2	1.5	1.5	1.5	1.2	1	1
粉煤灰	13	12	11	11	9	10	10	10	9	9
生碳粉	5	5	5	5	5	5	5	5	5	5
二氧化鈦	1	1	1.5	2	1.5	1	1	1.5	1	1
氧化鈰	0.7	0.7	0.7	0.5	0.6	0.8	0.6	0.7	0.5	0.5
氧化鑭	0.3	0.3	0.3	0.5	0.4	0.2	0.1	0.1	0.3	0.1
放射率	88.3	88.7	87.9	89.4	89.6	94.3	96.2	95.8	91.3	88.6

表一：遠紅外線天然礦物基材放射率比較表

承上，經由各組遠紅外線放射率的比較可知，最佳放射率的三組分別是第6組、第7組、與第8組；其中，第7組的組成物百分比及其放射率值分別為：二氧化矽(SiO2)48%、氧化鐵(Fe2O3)12.8%、二氧化錳(MnO2)5%、氧化鈣(CaO)3%、二氧化鋯(ZrO2)3.5%、氧化鋁(Al2O3)4%、氧化鋅(ZnO)1.5%、氧化鉀(K2O)3%、氧化鎂(MgO)1%、氧化鈷(CoO)1.5%、粉煤灰10%、生碳粉5%、二氧化鈦(TiO2)1%、氧化鈰(CeO2)0.6%、氧化鑭(La2O3)0.1%；而其檢測之放射率為96.2；第8組的組成物百分比及其放射率值分別為：二氧化矽(SiO2)49%、氧化鐵(Fe2O3)11.3%、二氧化錳(MnO2)5.5%、氧化鈣(CaO)3%、二氧化鋯(ZrO2)4%、氧化鋁(Al2O3)3.2%、氧化鋅(ZnO)1%、氧化鉀(K2O)3.5%、氧化鎂(MgO)1%、氧化鈷(CoO)1.2%、粉煤灰10%、生碳粉5%、二氧化鈦(TiO2)1.5%、氧化鈰(CeO2)0.7%、氧化鑭(La2O3)0.1%；而其檢測之放射率為95.8；第6組的組成物百分比及其放射率值分別為：二氧化矽(SiO2)48%、氧化鐵(Fe2O3)13%、二氧化錳(MnO2)5%、氧化鈣(CaO)3%、二氧化鋯(ZrO2)3%、氧化鋁(Al2O3)3%、氧化鋅(ZnO)2%、氧化鉀(K2O)3%、氧化鎂(MgO)1.5%、氧化鈷(CoO)1.5%、粉煤灰10%、生碳粉5%、二氧化鈦(TiO2)1%、氧化鈰(CeO2)0.8%、氧化鑭(La2O3)0.2%；而其檢測之放射率為94.3。

本發明中之遠紅外線天然礦物基材係為多孔隙結構物，且其孔隙孔徑將達到0.2〜0.8微米的特性要求；再者，該遠紅外線天然礦物基材其形成之多孔隙結構，經顯微鏡放大180倍之照片如圖6A所示，放大500倍者如圖6B所示，放大1200倍者如圖6C所示；該照片係委託財團法人工業技術研究院材料暨工程實驗室應用電子顯微鏡，針對本發明之遠紅外線天然礦物基材所拍攝者，而照片中所顯現之孔隙結構，其孔隙孔徑可達到0.2〜0.8微米，並放射8〜14微米波長具有奈米波動能量的遠紅外線，由於其頻率正好可使水分子產生共振，並據以震盪破壞氫鍵以分解水分子，且有效促使細小化的溶氧水分子團擴散至生物薄膜中。

請進一步參閱圖7所示，為本發明中其溶氧水分子團穿透生物薄膜的狀態；由於水稻10的生長係透過光合作用，將二氧化碳轉化為蔗糖後，再傳送到根部；而水稻10的根部11係深植於土壤20中，土表則以淺水30淹沒，淺水30表面因與空氣接觸，則氧氣O2將溶入水中形成溶氧DO，並隨著水流31的水分子w滲入土壤20中，或流入地下水層50中；由於淺水30呈現靜置狀態，因此在水稻根部11附近，將有微生物菌種將根部11所涵養的有機物質進行代謝分解，造成土壤20局部空間之溶氧量下降，且因周圍土壤20中之溶氧不易擴散至該空間內，則局部空間的外圍將形成生物薄膜40，且其內部變成溶氧量為0mg/L的完全厭氧狀態；本發明係將可持續穩定放射遠紅外線之振盪磁石組合物，利用重新插秧前，每半年一次將其以每畝地400〜500公斤的重量比例，平均拌入土壤20中，因此水稻田的土壤20中將持續放射遠紅外線，並與土壤20中之水分子w進行共振，使水分子團G細小化，細小之溶氧水分子團G則更為容易穿透生物薄膜40之微細孔洞h，使生物薄膜40內的溶氧DO提高進而改變其原先的厭氧環境，並達到抑制「產甲烷菌」生成與繁殖的效果。

綜上所述，本發明所揭示之技術手段，確具「新穎性」、「進步性」及「可供產業利用」等發明專利要件，祈請鈞局惠賜專利，以勵發明，無任德感。

惟，上述所揭露之圖式、說明，僅為本發明之較佳實施例，大凡熟悉此項技藝人士，依本案精神範疇所作之修飾或等效變化，仍應包括在本案申請專利範圍內。

10:水稻 11:根部 20:土壤 30:淺水 31:水流 40:生物薄膜 50:地下水層 DO:溶氧 F:薄膜 G:水分子團 h:孔洞 O2:氧氣 N:網狀結構體 w:水分子

圖1係產甲烷菌大量繁殖的原因示意圖。圖2係水稻田之生物薄膜處於長期厭氧狀態之示意圖。圖3係本發明振盪磁石組合物之組成結構示意圖。圖4係本發明抑制水稻田生成甲烷之流程圖。圖5A係氫氧原子間的共價鍵結構示意圖。圖5B係水分子極性示意圖(一)。圖5C係水分子極性示意圖(二)。圖5D係水分子團示意圖。圖5E係水分子團通過薄膜孔洞示意圖。圖6A〜6C係本發明中其遠紅外線天然礦物基材之顯微照片。圖7係溶氧水分子團穿透生物薄膜示意圖。

Claims

一種抑制水稻田生成甲烷之機制及其技術，其係以每畝地400〜500公斤重量比例之震盪磁石組合物拌入水稻田的土壤中，據以提高土壤中殘存有機物質之局部空間的溶氧量，達到抑制產甲烷菌的生成與繁殖，進而降低甲烷的產生量；其中，該震盪磁石組合物的組成重量百分比，包括72%〜82%之遠紅外線天然礦物基材、 10%〜18%之生物炭、2%〜5%之海藻元素及3%〜5%之一種天然礦石所構成的活水劑。
如申請專利範圍第1項所述之抑制水稻田生成甲烷之機制及其技術，其中，該一種天然礦石所構成的活水劑，其主要成分中含有包括BaO、Cr2O3、CaCO3、P2O5、Na2O、MnO、CaO、Cu等之微量元素。
如申請專利範圍第1項所述之抑制水稻田生成甲烷之機制及其技術，其中，該遠紅外線天然礦物基材之組成物及重量百分比為：二氧化矽(SiO2)42〜52%、氧化鐵(Fe2O3)11〜13%、二氧化錳(MnO2)4〜7%、氧化鈣(CaO)2〜4%、二氧化鋯(ZrO2)2〜4%、氧化鋁(Al2O3)2〜4%、氧化鋅(ZnO)1〜3%、氧化鉀(K2O)3〜4%、氧化鎂(MgO)1〜3%、氧化鈷(CoO)1〜4%、粉煤灰9〜13%、生碳粉5%、二氧化鈦(TiO2)1〜2%、氧化鈰(CeO2)0.5～0.8%、以及氧化鑭(La2O3)0.1〜0.5%；並使其遠紅外線放射率據以達到87.9%以上之特性值。