CN103430818A - 高发芽率的生物质炭育苗材料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高发芽率的生物质炭育苗材料及其制备方法，该方法包括收集有机物料，干燥，粉碎，然后在缺氧的密封罐里，在250°C至350°C条件下恒温炭化3至6小时，过筛，得到生物质炭。本发明充分利用农林有机废弃物，变废为宝，制备得到农业生产中应用范围广泛的生物质炭，不仅能减少环境污染，而且能为农业育苗提供良好的材料，具有很好的社会效应和经济效应。

Description

高发芽率的生物质炭育苗材料及其制备方法与应用

技术领域

 本发明涉及一种育苗用的材料，具体涉及一种高发芽率的生物质炭育苗材料及其制备方法与应用。

背景技术    

育苗基质是现在育苗中一项重要技术，传统育苗基质以草炭为主，并按一定比例混配珍珠岩、蛭石等无机物，它改变了传统上用土壤作基质进行育苗的方式。草炭也称为泥炭，是死亡植物残体在沼泽环境中转化、积累形成的有机矿物资源。草炭结构比较稳定，比表面积大，纤维含量丰富，通气性和透水性好，疏松多孔具有多孔渗水的功能。草炭中含有腐植酸类物质，这种物质属于半醌结构，既能氧化为醌，又能还原为酚，作为一种生物活性物质，具有较强的抗旱、抗病、抗低温、抗盐渍的作用。草炭除了自身能提供营养，还能保护并贮存施入肥料中营养元素，有较强的离子交换能力和盐分平衡控制能力，是优质的基质原料，草炭的广泛应用和巨大的市场需求造成了对草炭资源的大规模开发，但草炭资源的不可再生性和其作为重要的湿地类型之一，对草炭的大量开采势必造成开采地生态环境的破坏和大量耕地不可恢复的损失。此外，随着开采量的日益增大，草炭产品质量也在逐渐下降 [原硕, 田永强, 曲梅, 陈乔, 王一然, 姚凯骞, 高丽红. 柠条与蘑菇渣堆肥复配基质改善黄瓜育苗效果研究[J]. 中国蔬菜, 2012(18): 154-159.]。且材料价格偏高，特别是泥炭为短期内不可再生资源，因此过度依赖传统基质将严重制约我国苗木产业的持续发展。寻找当地资源丰富，价格低廉的替代产品作为育苗基质势在必行。

基于以上原因，育苗基质的发展需要，寻求新的原料来源是目前当务之急。我国是农业大国，农林有机废弃物数量庞大，每年约有40多亿吨，造成了较大资源浪费和环境污染，农业废弃物其中秸秆7亿吨，处理率不足25% [潘根兴, 林振衡, 李恋卿, 张阿凤, 郑金伟, 张旭辉. 试论我国农业和农村有机废弃物生物质碳产业化[J]. 中国农业科技导报, 2011, 13(1): 75—82.]，如：椰子壳、锯末、花生壳、芦苇、甘蔗渣等工农业废弃物。目前，对于工农业废弃物的炭化或者发酵后替代草炭生产育苗基质的研究刚刚起步，传统的农林有机废弃物处理处置的主要方式是填埋或焚烧，这不仅对环境造成污染，而且也是一种资源浪费 [李华, 傅庆林, 林义成, 李凝玉, 郭彬, 丁能飞, 刘琛. 农业废弃物育苗基质对红叶石楠氮磷径流流失的影响[J].水土保持学报, 2012, 26(4): 73-76.]。随着我国可持续发展意识和对环境生态要求的逐步提高，加之人们环保意识的日益增强，越来越多的人开始关注农林有机废弃物的资源化利用。因此很有必要在现有技术的基础上，将农林有机废弃物加工成基质有机肥或以农林废弃物为原料的育苗基质。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术问题：充分利用农林有机废弃物，变废为宝，提供一种种子出芽率高，能降低生理胁迫，促进幼苗生长，并没有二次污染的生物质炭育苗材料及其制备方法。

技术方案：为实现以上目的，本发明采取的技术方案为：

一种高发芽率的生物质炭育苗材料，它通过以下方法制备得到：

收集有机物料，干燥，粉碎，然后在缺氧的密封罐里，在250°C至650°C条件下恒温炭化3至6小时，过筛，得到生物质炭。

作为优选方案，以上所述的高发芽率的生物质炭育苗材料，炭化温度为 250°C，炭化时间为4小时，过筛的粒径为80目至100筛。

本发明所述的高发芽率的生物质炭育苗材料的制备方法，它包括如下步骤：

收集有机物料，干燥，粉碎，然后在缺氧的密封罐里，在250°C至350°C条件下恒温炭化3至6小时，过筛，得到生物质炭。

作为优选方案，以上所述的高发芽率的生物质炭育苗材料的制备方法，炭化温度为 250°C，炭化时间为4小时，过筛的粒径为80目至100目筛。

本发明所述的高发芽率的生物质炭育苗材料在作为水稻育苗材料中的应用。

本发明所述的高发芽率的生物质炭育苗材料在作为玉米育苗材料中的应用。

生物质炭育苗材料制备工艺优选实验：

一，炭化温度的筛选

1. 不同温度育苗基质的制作

收集杨树枝叶和芦苇秸秆，并105oC烘干，粉碎，在缺氧的密封罐里，分别在250oC，350oC，450oC，550oC，650oC分别炭化4小时。

2. 种子发芽率的计算

取18只培养皿中，每个培养皿中分别放入1.5g步骤1制备得到的杨树枝炭或者芦苇炭，然后取滤纸放在炭的上面，并加水，保持表面湿润，在每只培养皿中放入100粒水稻种子，将处理好的培养皿放入生化培养箱中，温度值设定为30oC，每天加水1-2次，保持表面湿润。

3. 在第10天计算种子的发芽率，并测定丙二醛含量和过氧化氢酶活性。

发芽率的测定：每只培养皿发芽的种子个数与总数的比例。

丙二醛含量测定如下：

(1) 丙二醛的提取

称取植物叶片1g，加入少量石英砂和10%三氯乙酸2ml，研磨至匀浆，再加8ml 10%三氯乙酸进一步研磨，匀浆以4000 r/min离心10 min，其上清液为丙二醛提取液。

(2) 显色反应及测定

取3支试管(三个重复)，各加入步骤(1)提取液2 ml，对照管加蒸馏水2ml，然后各管再加入2 ml 0.6％硫代巴比妥酸溶液。摇匀，混合液在沸水浴中反应15min，迅速冷却后再离心。取上清液分别在532、600和450nm波长下测定吸光度值。

(3) 丙二醛含量计算：

由于蔗糖-硫代巴比妥酸反应产物的最大吸收波长为450nm，毫摩尔吸收系数为85.4×10-3，丙二醛-硫代巴比妥酸反应产物在532 nm的毫摩尔吸收系数分别是7.4×10-3和155×10-3。532nm非特异性吸光值可以600nm波长处的吸光值代表。按双组分分光光度法原理，建立方程组，解此方程组即可求出丙二醛含量。

4、实验结果

4.1随着炭化温度的提高，生物质炭的产率降低，pH值升高。杨树枝生物质炭产率在350℃，450℃，550℃和650℃产率比250℃降低了34.5%，48.1%，58.7%，64.6%，而生物质炭的pH值分别升高了23.6%，30.7%，31.7%，32.2%；如图1所示。

4.2芦苇秸秆的生物质炭产率从350℃，450℃，550℃，650℃产率比250oC分别降低了42.0%，50.5%，57.9%，63.1%，而生物质炭的pH值分别升高了9.8%，17.5%，25.5%，30.1%。由农业废弃物生产生物质炭，温度越高，产率越低，而pH值升高，如图2所示。

4.3发芽率的结果：

实例结果表明(如图3所示)，不管是玉米种子还是水稻种子，生物质炭的炭化温度越高发芽率越低。对于玉米种子，到450oC以上，发芽率比对照还低，对于水稻种子，到250oC以上发芽率就会收到影响，因此本发明严格控制生物质炭的炭化温度，优选的炭化温度为250oC。

4.4 如图4和图5所示，实验结果表明，随着炭化温度的升高，丙二醛含量升高，而过氧化氢酶的活性降低，表明生物质炭作为基质在低温时育种效果好，促进发芽，并降低丙二醛含量，提高过氧化氢酶的活性，有利于种子的生长，因此本发明优选炭化温度为250oC。

二、炭化时间的筛选

本发明在优选出碳化温度后，对炭化时间进行优选：

1、在收集杨树枝叶和芦苇秸秆，并105oC烘干，粉碎，在缺氧的密封罐里，在250oC分别炭化1小时，2小时，3小时，4小时，5小时，6小时，8小时和10小时。

2. 种子发芽率的计算

取18只培养皿中，每个培养皿中分别放入1.5g步骤1制备得到的杨树枝炭或者芦苇炭，然后取滤纸放在炭的上面，并加水，保持表面湿润，在每只培养皿中放入100粒水稻种子，将处理好的培养皿放入生化培养箱中，温度值设定为30oC，每天加水1-2次，保持表面湿润。

3. 在第10天计算种子的发芽率，并测定丙二醛含量和过氧化氢酶活性（测定方法同上所述）

4、实验结果

4.1实验结果表明，随着炭化时间延长，生物质炭的产率增高，但到了4小时以上，增加缓慢，且pH值升高。

4.2不管是玉米种子还是水稻种子，生物质炭的发芽率随着炭化时间延长逐渐升高，但是到了6小时后反而随炭化时间延长，丙二醛含量升高，而过氧化氢酶的活性降低，发芽率出现降低现象。因此本发明严格控制生物质炭的炭化时间，优选的炭化温度为4小时。

三、生物质炭的粒径的筛选

收集杨树枝叶和芦苇秸秆，并105oC烘干，粉碎，在缺氧的密封罐里，在250oC炭化4小时，制备得到生物质炭， 分别过筛20至200目，得到不同粒径的生物质炭样品。

取18只培养皿中，每个培养皿中分别放入20至200目不同粒径的杨树枝炭或者芦苇炭生物质炭样品1.5g，然后取滤纸放在炭的上面，并加水，保持表面湿润，在每只培养皿中放入100粒水稻种子，将处理好的培养皿放入生化培养箱中，温度值设定为30oC，每天加水1-2次，保持表面湿润。

3. 在第10天计算种子的发芽率，并测定丙二醛含量和过氧化氢酶活性。

4、实验结果

实验结果表明，生物质炭的粒径为80目至100目时丙二醛含量低和而过氧化氢酶活性强，发芽率最高。因此，本发明优选的生物质炭的粒径为80目至100目。

有益效果：本发明提供的生物质炭育苗材料和现有技术相比具有以下优点：

1、本发明通过大量实验筛选，优选制备生物质炭育苗材料的最佳工艺，实验结果表明，本发明制备得到的生物质炭，不需添加其它肥料，能有效提高种子出芽率，降低生理胁迫，促进幼苗生长，没有二次污染，农业使用生产成本低，取得了很好的技术效果。

2、本发明可充分利用农林有机废弃物，变废为宝，制备得到农业生产中应用范围广泛的生物质炭，不仅能减少环境污染，而且能为农业育苗提供良好的材料，具有很好的社会效应和经济效应。

附图说明

 图1为不同炭化温度的生物质炭产率的柱状图。

 图2为不同炭化温度的pH值的柱状图。

 图3为不同炭化温度下种子发芽率的柱状图。

图4为不同炭化温度下丙二醛含量的柱状图。

图5为不同炭化温度下过氧化氢酶活性的柱状图。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

实施例1

1、高发芽率的生物质炭育苗材料的制备方法，其包括如下步骤：

收集杨树枝叶，105°C烘干，粉碎，然后在缺氧的密封罐里，在250°C条件下恒温炭化4小时，过筛100目筛，得到生物质炭。

实施例2

1、高发芽率的生物质炭育苗材料的制备方法，其包括如下步骤：

收集芦苇秸秆，105°C烘干，粉碎，然后在缺氧的密封罐里，在250°C条件下恒温炭化4小时，过筛100目筛，得到生物质炭。

实施例3

    采用本发明实施例1和2制备得到的生物质炭作为培养材料，分别对水稻及其小麦进行育苗，实验结果表明，水稻和小麦出芽率均在95%以上，且具有很好的抗病能力。

以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种高发芽率的生物质炭育苗材料，其特征在于，它通过以下方法制备得到：

收集有机物料，干燥，粉碎，然后在缺氧的密封罐里，在250°C至650°C条件下恒温炭化3至6小时，过筛，得到生物质炭。

2.根据权利要求1所述的高发芽率的生物质炭育苗材料，其特征在于，炭化温度为 250°C，炭化时间为4小时，过筛的粒径为80目至100目筛。

3.权利要求1所述的高发芽率的生物质炭育苗材料的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤：

收集有机物料，干燥，粉碎，然后在缺氧的密封罐里，在250°C至650°C条件下恒温炭化3至6小时，过筛，得到生物质炭。

4.根据权利要求3所述的高发芽率的生物质炭育苗材料的制备方法，其特征在于，炭化温度为 250°C，炭化时间为4小时，过筛的粒径为80目至100目筛。

5.根据权利要求3所述的高发芽率的生物质炭育苗材料的制备方法，其特征在于，所述的有机物料为杨树枝叶或芦苇秸秆。

6.权利要求1或2所述的高发芽率的生物质炭育苗材料在作为水稻育苗材料中的应用。

7.权利要求1或2所述的高发芽率的生物质炭育苗材料在作为玉米育苗材料中的应用。

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