CN103435411A - 一种生物炭基植物栽培基质及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物炭基植物栽培基质及其制备方法，属于无土栽培技术领域。具体方案是将干燥的生物质材料粉碎后在缺氧和加热条件下热解形成颗粒生物炭，应用磷酸二氢钾中和其碱性并过滤、干燥，添加一定量的无机肥料后与无机填料、有机填料和有机肥料充分混合即得。本发明具有理化性质优良、养分齐全、肥效持久、水分调节能力强、成本低廉、生态效益较高等优点，适应性强、应用范围广，可适用于各类植物的栽培种植。

Description

一种生物炭基植物栽培基质及其制备方法

技术领域

本发明涉及生物炭基植物栽培基质的制备，属于无土栽培或农业废弃物综合利用领域。

背景技术

基质栽培技术由于具有安全卫生、产品质量高、植物生长可控等优点，已成为应用最广的一种无土栽培技术。在选择植物栽培基质时，首先要求取材容易，价格低廉，有良好的化学性状，营养全面，具有较强的保水保肥能力，能较长时间满足栽培植物生长发育的需要；其次要求基质有良好的物理性状，密度较低，结构和通透性要好；再次基质的pH要适中，多数植物栽培基质的最适pH值应调制到5.5-7.5范围；此外还要求基质不含杂质，不带虫害，不带病菌，没有异味和臭味。

当前国内外应用较多的植物栽培基质主要是泥炭产品。但是由于泥炭地是大气二氧化碳的聚集***，其对减低大气二氧化碳浓度、降低温室效应作用巨大，过度开采泥炭必然影响全球的气候变化。此外泥炭沼泽是重要的生态湿地，泥炭的开采势必对生物物种的赖以生存的生态环境造成破坏。为避免整个生态的恶化，许多国家已开始限制泥炭开发的使用，泥炭类植物栽培基质的价格也因此居高不下。发展泥炭的替代物或直接利用其他有机物作为栽培基质已成其今后的发展方向，但至今尚未找到符合基质栽培要求且能在植物生产中广泛使用的有效栽培基质。

生物炭是由生物质材料在完全或部分缺氧的条件下经热解炭化产生的一类高度芳香化难熔性固态物质，通常呈现碱性，质地疏松，比表面积大，具有超强的肥料持留能力，可以降低养分的流失；还具有较强的持水性能，可以提高基质保水能力；此外生物炭还含有植物生长所需的一些营养元素，对植物生长也具有促进作用。因此，生物炭作为基质在无土栽培农业中具有很好的应用前景和意义。

发明内容

本发明的目的是应用生物炭材料制备符合要求的植物栽培基质。为了达到上述目的，所采取的技术方案如下：

一种生物炭基植物栽培基质及其制备方法，其特征在于，通过下述步骤进行制备：将干燥的生物质材料粉碎为直径0.5-5mm的颗粒后在缺氧和200-700℃条件下热解1-10h形成颗粒生物炭；将颗粒生物炭加入到0.1-10％的磷酸二氢钾溶液中，搅拌0.5-12h，直到溶液的pH值稳定后过滤；将过滤后的生物炭颗粒用清水洗涤1-3次，直到洗涤液的pH值处于5.5-7.5之间，过滤，干燥；按质量计算将生物炭质量0-2％的无机肥料添加到生物炭颗粒中，再按体积计算将10份生物炭颗粒、1-10份无机填料、0-5份有机填料、0-1份有机肥料充分混合即得。

所述生物质材料为作物秸秆、果皮果壳、稻糠米壳、蔗渣树皮、畜禽粪便、发酵渣、废木材等农林初级、次级或转化剩余物。所述无机肥料为含氮或含磷或含钾的无机肥料，或同时含有上述三种植物营养元素中两种及以上的无机肥料。所述无机填料为河沙、陶粒、岩棉、炉渣中的一种或几种的混材料。所述有机填料为木屑、刨花、椰糠、菇渣、稻壳、树皮、蔗渣、秸秆中的一种或几种的混合材料。所述有机肥料为腐熟鸡粪或商品有机肥。上述无机填料、有机填料和有机肥料均需粉碎为直径小于5mm的颗粒。

本发明具有如下优点：

1、基质pH得到有效调控：应用生物炭作为植物栽培基质的难点在于其pH呈现碱性，而植物生长最适的基质pH为近中性。本发明使用磷酸二氢钾浸泡生物炭，不仅可以中和其碱性，还能增强基质提供磷钾肥的能力。

2、基质理化性质优良：本发明使用生物炭作为主要原料配制植物栽培基质，由于生物炭质地轻盈、疏松多孔，因此所制备基质的水气通透性好、保水保肥力强，干时不开裂、不板结，湿时不泥泞，促进植物根部的吸收能力，从而促进植物的生长发育。

3、基质养分齐全、肥效持久。由于生物质炭中含有一定量的植物营养元素，同时该基质可根据不同植物的生长需求添加有机、无机肥料，因此可保证基质含有丰富的氮、磷、钾和植物所需其他营养元素。此外，由于生物炭的吸附作用，肥料吸附于生物炭颗粒中缓慢释放，还可起到缓释长效的作用。

4、基质水分调节能力强，防止植物烂根。用生物炭作为基质培养植物的另一个优点是可以避免因浇水过多而使植物腐烂。生物材料炭化后结构疏松，浇水后水分被吸收，多余的水分下渗流走，不易积水，这样植物根系既能从基质中吸收生长所需水分，又不会因透气性差而导致呼吸受阻。同时基质中的水分容易向上蒸发，从而提高根部周围的空气湿度，这一点在干燥的夏季尤为重要。

5、适应性强、应用范围广。本发明只需要根据栽培对象的需求，调节配方中不同物料的比例，即可适用于各类植物，尤其适合花卉、园林园艺和蔬菜类植物的种植栽培。

6、成本低廉，生态效益较高。一方面，本发明所使用的生物炭的原料主要取自农林业废弃物料，属于农林业废弃物综合利用，成本低廉。另一方面，本发明节约了有限的泥炭资源，防治湿地破坏；应用生物炭加强了生物固碳作用，具有显著的生态效益。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步具体描述，但不局限于此。

以下各实施例中的无机填料、有机填料和有机肥料均需粉碎为直径小于5mm的颗粒后与生物炭混合。

实施例1

将干燥的木屑粉碎为直径小于2mm的颗粒后在缺氧和300℃条件下热解3h形成木屑颗粒生物炭；将木屑颗粒生物炭加入到1％的磷酸二氢钾溶液中，搅拌2h，直到溶液的pH值稳定后过滤；将过滤后的生物炭颗粒用清水洗涤2次，洗涤液的pH值处于6.5左右，过滤，干燥；按体积计算将10份木屑生物炭颗粒、5份河沙、2份椰糠、0.5份腐熟鸡粪充分混合即得。

实施例2

将水稻秸秆干燥后粉碎为直径小于1mm的颗粒后在缺氧和400℃条件下热解2.5h形成水稻秸秆颗粒生物炭；将水稻秸秆颗粒生物炭加入到0.2％的磷酸二氢钾溶液中，搅拌3h，直到溶液的pH值稳定后过滤；将过滤后的生物炭颗粒用清水洗涤1次，洗涤液的pH值处于6左右，过滤，干燥；按质量计算将生物炭0.1％的复合肥(N∶P₂O₅∶K₂O＝15％∶15％∶15％)添加到水稻秸秆生物炭颗粒中，按体积计算将10份水稻秸秆生物炭颗粒、10份岩棉、2份蔗渣、1份商品有机肥充分混合即得。

实施例3

将花生壳干燥后粉碎为直径小于3mm的颗粒后在缺氧和200℃条件下热解6h形成花生壳颗粒生物炭；将花生壳颗粒生物炭加入到5％的磷酸二氢钾溶液中，搅拌1h，直到溶液的pH值稳定后过滤；将过滤后的生物炭颗粒用清水洗涤2次，洗涤液的pH值处于5.7左右，过滤，干燥；按质量计算将生物炭0.2％的化肥(磷酸氢二铵与硝酸钾质量比2∶1的混合物)添加到花生壳生物炭颗粒中，按体积计算将10份花生壳生物炭颗粒、7份陶粒、3份锯末、0.8份商品有机肥充分混合即得。

实施例4

将牛粪干燥后粉碎为直径小于1mm的颗粒后在缺氧和500℃条件下热解2h形成牛粪生物炭；将牛粪生物炭加入到3％的磷酸二氢钾溶液中，搅拌2h，直到溶液的pH值稳定后过滤；将过滤后的生物炭颗粒用清水洗涤3次，洗涤液的pH值处于6左右，过滤，干燥；按质量计算将生物炭1％的化肥(尿素和磷酸氢二钾1∶1的混合物)添加到牛粪生物炭颗粒中，按体积计算将10份牛粪生物炭颗粒、10份炉渣充分混合即得。

实施例5

将中药渣干燥后粉碎为直径小于2mm的颗粒后在缺氧和400℃条件下热解3h形成中药渣颗粒生物炭；将中药渣颗粒生物炭加入到1％的磷酸二氢钾溶液中，搅拌2h，直到溶液的pH值稳定后过滤；将过滤后的生物炭颗粒用清水洗涤3次，洗涤液的pH值处于6.5左右，过滤，干燥；按质量计算将生物炭0.1％的化肥(硫酸铵与磷酸氢二钾1∶2的混合物)添加到中药渣生物炭颗粒中，按体积计算将10份中药渣生物炭颗粒、1份岩棉、5份木屑、1份腐熟鸡粪充分混合即得。

应用例1

本应用例供试植物为高2-2.5cm，具3片叶和2-3条根的健康红掌组培苗。供试基质原料为：①椰糠；②椰糠+河沙(V∶V＝2∶1)；③泥炭；④应用本发明实施例1方法制备的生物炭基质。定植后淋足定根水，之后保持基质湿润，并控制大棚遮光60-70％、相对湿度70-85％、温度25-30℃。15d后开始按常规用量浇施花卉叶面肥，每隔10d浇1次。3个月后随机取样测定移栽成活率以及地上部和地下部的生长情况(如表1)。

表1不同基质栽培红掌成活率及生长情况

从上述应用例可以看出，在椰糠、椰糠+河沙(V∶V＝2∶1)、泥炭和生物炭基质(实施例1)四种红掌栽培基质中，单纯施用椰糠的处理成活率和生长发育状况最差，椰糠中添加河沙可以改善基质的理化状态，提高红掌植株的成活率和改善植株发育状况；泥炭作为基质的效果明显优于椰糠和椰糠+河沙(V∶V＝2∶1)；而生物炭基质(实施例1)在四种基质中表现最佳，应用生物炭基质(实施例1)栽培的红掌无论是植株成活率还是植株生长发育状况均优于其他三种基质。

应用例2

本应用例供试植物材料为菜心，所用基质分别为：①蔗渣+岩棉(V∶V＝1∶1)；②泥炭；③应用本发明实施例2方法制备的生物炭基质。在底部有孔的塑料盆中分别装入三种基质，处理①添加蔗渣质量0.1％的复合肥(N∶P₂O₅∶K₂O＝15％∶15％∶15％)，处理②添加泥炭质量0.1％的复合肥(N∶P₂O₅∶K₂O＝15％∶15％∶15％)，处理③不施肥。施肥后混匀，菜心种子浸种后直播于盆中，出苗后当第二片真叶完全展开时每盆定苗，播种后测定菜心的出苗率，20d后测定菜心株高、植株鲜重和干重等指标(结果如表2)。

表2不同基质栽培菜心出苗率及生长情况

从表中可以看出，应用实施例2所制备的基质对菜心的出苗率比另外两种基质有很大程度的提高，菜心植株的株高、鲜重和干重等生长指标也明显高于另外两种基质，说明生物炭植物栽培基质对蔬菜栽培具有高度适宜性。

应用例3

本应用例供试植物为黄瓜，所用基质分别为①锯末+陶粒(V∶V＝10∶7)；②泥炭；③应用本发明实施例3方法制备的生物炭基质。处理①添加锯末质量0.2％的化肥，处理②添加泥炭质量0.2％的化肥，上述化肥均为磷酸氢二铵与硝酸钾质量比2∶1的混合物，处理③不施肥。栽培方式为桶式栽培，桶高25cm，口径30cm，底径20cm，桶间距25cm，行距1m，每桶定植3株，采用常规灌溉方式。分别在黄瓜苗期、结瓜期和衰老期测定黄瓜的株高、茎粗、叶面积，并记录黄瓜产量，结果见表3。

表3不同基质栽培对黄瓜生长状况及产量的影响

从表中可以看出，在黄瓜生长的不同时期，应用生物炭基栽培基质所生产的黄瓜无论从株高、茎粗、叶面积还是黄瓜产量方面，均优于锯末+陶粒(V∶V＝10∶7)基质和泥炭基质，同应用例1和应用例2结论基本一致。

Claims (6)

1.一种生物炭基植物栽培基质及其制备方法，其特征在于，通过下述步骤进行制备：将干燥的生物质材料粉碎为直径0.5-5mm的颗粒后在缺氧和200-700℃条件下热解1-10h形成颗粒生物炭；将颗粒生物炭加入到0.1-10％的磷酸二氢钾溶液中，搅拌0.5-12h，直到溶液的pH值稳定后过滤；将过滤后的生物炭颗粒用清水洗涤1-3次，直到洗涤液的pH值处于5.5-7.5之间，过滤，干燥；按质量计算将生物炭质量0-2％的无机肥料添加到生物炭颗粒中，再按体积计算将10份生物炭颗粒、1-10份无机填料、0-5份有机填料、0-1份有机肥料充分混合即得。

2.根据权利要求1所述生物炭基植物栽培基质及其制备方法，其特征在于，所述生物质材料为作物秸秆、果皮果壳、稻糠米壳、蔗渣树皮、畜禽粪便、发酵渣、废木材等农林初级、次级或转化剩余物。

3.根据权利要求1所述生物炭基植物栽培基质及其制备方法，其特征在于，所述无机肥料为含氮或含磷或含钾的无机肥料，或同时含有上述三种植物营养元素中两种及以上的无机肥料。

4.根据权利要求1所述生物炭基植物栽培基质及其制备方法，其特征在于，所述无机填料为河沙、陶粒、岩棉、炉渣中的一种或几种的混材料，粉碎为直径小于5mm的颗粒。

5.根据权利要求1所述生物炭基植物栽培基质及其制备方法，其特征在于，所述有机填料为木屑、刨花、椰糠、菇渣、稻壳、树皮、蔗渣、秸秆中的一种或几种的混合材料，粉碎为直径小于5mm的颗粒。

6.根据权利要求1所述生物炭基植物栽培基质及其制备方法，其特征在于，所述有机肥料为腐熟鸡粪或商品有机肥，粉碎为直径小于5mm的颗粒。