CN103772026A - 一种炭基水稻育苗基质及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种炭基水稻育苗基质及其制备方法。该炭基水稻育苗基质含有生物质颗粒炭、草炭、木醋液，还可进一步包含珍珠岩和其它肥料，如磷酸二铵、硫酸钾、硫酸锌、磷酸二氢钾等，可广泛用于水稻育苗栽培。

Description

一种炭基水稻育苗基质及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种炭基水稻育苗基质及其制备方法。

背景技术

育苗是水稻高产栽培的重要环节。在生产中，农户往往是在旱田取土，消毒、调酸后做苗床。随着水稻栽培技术的不断提升以及工厂化集中育苗方式的推广，传统育苗方式的弊端日趋凸显。其一，取土导致耕层结构破坏，集中的工厂化育苗面临无土可用的尴尬局面。其二，即便有土可取，床土的配制、消毒、调酸等程序也较为复杂，且易产生农残和药害。其三，床土容重大，育苗、起苗用工多，秧块重、机械作业负荷和损耗大。于是，人们开始寻找代替土壤的新基质。草炭(泥炭)、谷壳粉、膨化稻壳、炉渣、秸秆板、瓦楞纸、海绵、蛭石、岩棉等是目前较常用的替代基质材料，但由于受到资源的有限性和成本的束缚，且在育苗过程中出现不易保水，基质漂浮，盘根性差，秧苗瘦弱等障碍，或很难在生产上推广应用，或效果不尽人意。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种炭基水稻育苗基质及其制备方法。本发明所使用的生物炭是通过农林废弃生物质在低氧条件下炭化形成的黑色生物炭微粒颗粒，具有良好的孔隙度和较大的比表面积，可有效改善土壤的物理性状和结构，促进土壤生物化学与物理化学的交互作用，提高苗床肥力，能够“锁住”更多养分离子和水分，避免因蒸发过快而使苗床失水过快致使秧苗生长受到抑制，特别是其羧酸酯化和芳香化结构，有利于土壤腐殖质的形成。生物炭本身是一种黑色碳素，可显著提高地温，缓解秧苗受低温冷害而使生长发育缓慢的问题，从而对水稻秧苗生长起到积极的促进作用并达到壮秧目的。

虽然生物炭有上述诸多优点，但是生物炭呈弱碱性，在水稻育苗上很难直接应用，因为在水稻育苗基质应为酸性。为此，本发明利用生物质在炭化过程中的副产品木醋液对生物炭进行调酸，有效利用了资源，以适应水稻苗期喜酸的生物学特性。

本发明提供的炭基水稻育苗基质不但不需采土、保护农田，还可以避免土传病害和草害，减少化肥、农药的使用，在降低生产成本的同时从源头上大幅消减面源污染。本发明提供的炭基水稻育苗基质容重显著低于土壤，移栽时省工、省力、不伤根，对加速返青、提高水稻生物量具有突出作用。

本发明的另一个目的是提供炭基水稻育苗基质的制备方法。利用生物炭碳架结构，微孔多、吸附能力强的特点，与草炭、木醋液有机混合，制成有助于提高秧苗素质，降低育苗成本及能耗的育苗基质。

生物炭虽然具有一定的吸附能力，但其表面疏水官能团含量低，呈疏水性，对铵根离子和硝酸根离子的吸附能力有限，其表面附着的焦油也大幅降低了生物炭的比表面积，影响了吸附性能的充分发挥，迫切需要通过一定的技术手段进行改性以提高其吸附能力。所述的改性生物炭是指用生物质炭化过程中产生的液态热解产物经精馏后所获得的生物质馏液改性的生物炭。

优选的，本发明提供一种炭基水稻育苗基质，包含生物炭微粒和草炭，生物炭微粒与草炭的重量比为3～7∶2～5，将上述各种物料均匀混合，用木醋液调酸至pH4.5-5.5。

所述的生物炭微粒是以玉米芯、花生壳、稻壳、食用菌基质等农林废弃生物质为原料，使用颗粒炭化炉生产的、粒度为80-100目的颗粒炭微粒。可优选采用专利号是ZL200710086505.4的中国发明专利所描述的半封闭式颗粒炭化炉以及中国专利ZL201110073104.1所描述的一种组合式生物质颗粒炭化炉进行生产，在此引用全文，就如同重新描述一样。

上述炭化炉在制备生物质颗粒炭过程中所产生的气体经冷凝后得到的液体，在静置48小时后得到悬浊液，与水1∶1混合后得到的酸性液体，即为本发明所使用的木醋液。

为了起到壮秧的效果，基于水稻苗期的营养需要，在对土壤养分分析的基础上，还可以在上述炭基水稻育苗基质添加N、P、K等有效养分，如磷酸二铵、硫酸钾、硫酸锌和磷酸二氢钾一种或几种。其总重量百分含量为4-8％。

为进一步降低生产成本，还可进一步按生物炭微粒、草炭和珍珠岩的重量比为3～7∶2～5∶2～4的比例添加珍珠岩。

上述的炭基水稻育苗基质可单独使用，施用量5-10公斤／m2

所述的草炭、珍珠岩、磷酸二铵、硫酸钾、硫酸锌、磷酸二氢钾在市场上均可买到，在农资商店均有销售。

与现有水稻育苗基质相比，本发明具有以下特点：

1.选用生物炭微粒为基质，其生产工艺简单，原料易得，成本低廉。

2.生物炭具有极强的吸附性、保水性和吸光增温性，能够增加白浆根数量，提高出苗率，加快水稻幼苗的生长速率，提升秧苗素质，而且在苗床表层可形成一个吸光增温保水区，可在一定程度上缓解干旱缺水、低温对水稻苗期生长发育的影响，提高了秧苗的质量。

3.生物炭微粒在制备过程中已经杀灭草籽、病原菌和虫卵，作为育苗基质不但能提供良好的孔隙环境，还能抑制杂草和有害细菌的生长，促进有益微生物的繁殖，安全环保。

4.本发明有效利用生物炭在生产过程中产生的有机副产品木醋，既有效地利用了资源，又利用该天然酸性物质对炭基质进行调酸，避免了因用化学酸调酸可能带来烧苗、烂苗等危害。

附图说明：

图1采用本发明提供的炭基水稻育苗基质育出的水稻秧苗。

具体实施方式：

实施例1：玉米芯炭生产方法

示例性的，使用专利号是ZL200710086505.4的中国发明专利所描述的简易玉米芯颗粒炭化炉生产玉米芯颗粒炭的方法，包括选料、物料加工、装炉炭化、冷却出炉、计量包装等步骤，但并不限于此。

选料：将农副产品的玉米芯自然风干使其含水量降至20％以下。

物料加工：采用现有技术中任何破碎方式将上述的合格玉米芯加工粉碎，粉碎后的玉米芯颗粒直径为2-10mm。粉碎后的玉米芯颗粒可过筛筛选，对于不符合要求的玉米芯颗粒可重新加工。

装炉炭化：将加工好的玉米芯颗粒装入炉体中，最初的物料加入量以覆盖在燃烧器上10-25厘米为宜。将燃烧器点火盘内引燃物点燃。所述的引燃物是柴油。物料被点燃后，持续自燃，无需外加热源。物料在150-450℃亚高温条件下缺氧炭化。当温度加热到150℃以上时，颗粒的复杂结构开始分解；当温度大于260℃时分解加剧，生成焦油和气体；当温度达到450℃时开始绝氧、雾化，生成黑色炭素颗粒。人工控制炉体内缺氧条件。采用XMT-121型数字式温控仪进行监测。XMT-121型数字式温控仪是本领域的常用仪器，在市场上仪器仪表商店均可买到。当炉体内温度达到450℃时，及时补充物料控制氧气供应量。每次追加物料的厚度为6-12厘米。待全部物料添加完毕后，加上一层成品炭覆盖，厚度为15-30厘米。

将排气管和气体冷凝系统连接，用于回收炭化炉生产生物质颗粒炭时所产生的木醋液。

冷却出炉：当最上一层的成品炭烧红后(目测即可)，及时喷冷水熄灭炉火，自然冷却出炉。

可根据需要对出炉的玉米芯颗粒炭进一步粉碎加工成粒度为80-100目的微粒。也可进一步对生物炭微粒进行改性，将上述获得的木醋静置48小时后，取上部液体，用精馏塔在塔顶温度101-103℃，釜底温度104-118℃的条件下精馏30分钟后获得淡黄色透明液体，即生物质馏液，优选的塔顶温度为103℃，釜底温度为105℃。按照重量比1∶5-10的比例将1份炭粉浸于5-10生物质馏液中改性，充分搅拌混匀后捞出并自然风干至含水量15-20％，即为改性生物炭。

秸秆颗粒炭、花生壳颗粒炭、蘑菇盘颗粒炭的生产工艺除原料不同外，其它工艺与本实施例基本相同，可以此实施例作为参考。

实施例2：炭基水稻育苗基质配方生产工艺

按照下述步骤以重量比或重量百分比混合：

(1)将生物炭微粒、草炭按10∶7的比例用ZLC-300型搅拌机搅拌均匀。

(2)用木醋按调酸至pH4.5-5.5，按照重量百分比，用量约为0.15ml／g。

(3)计量、包装。

实施例3：炭基水稻育苗基质配方生产工艺

按照下述步骤以重量比或重量百分比混合：

(1)将生物炭微粒、草炭、珍珠岩按2∶2∶1的比例混合。

(2)将(1)和磷酸二铵、磷酸二氢钾、硫酸锌按95％、3％、1.5％、0.5％的比例混合，用ZLC-300型搅拌机搅拌均匀。

(3)用木醋液调酸至pH4.5-5.5，按照重量百分比，用量约为0.13ml／g。

(4)计量、包装。

实施例4：炭基水稻育苗基质配方生产工艺

按照下述步骤以重量比或重量百分比混合：

(1)将改性生物炭微粒、草炭、珍珠岩按3∶1∶1的比例混合。

(2)将(1)和磷酸二铵、磷酸二氢钾、硫酸锌、硫酸钾按92％、5％、2％、1％、0.5％的比例混合，用ZLC-300型搅拌机搅拌均匀。

(3)用木醋液调酸至pH4.5-5.5，按照重量百分比，用量约为0.18ml／g。

(4)计量、包装。

实施例5：炭基水稻育苗基质配方生产工艺

以实施例3、4生产的炭基育苗基质进行育苗试验。在新民市区域性农业技术推广站进行了水稻基质育苗技术试验。试验设“柴米河”育苗基质(常规对照)、“国瑞”育苗基质(常规对照)、本发明1(实施例3所制各的基质)和本发明2(实施例4所制备的基质)四个处理，三次重复。育苗采用大棚硬盘育苗，硬盘规格60cm×30cm，每盘施用育苗基质2斤，田间管理同生产田。

实验结果表明，应用本发明生产的炭基水稻育苗基质可较常规对照平均提高地温1.3℃-1.8℃，有效缓解了低温对水稻幼苗生长的影响，使用改性生物质炭与非改性生物质炭区别不明显。通过本发明炭基质培育的水稻幼苗叶龄进程快且成苗率高，非改性炭基水稻育苗基质可较常规对照培育的幼苗平均高出0.4个叶龄，改性炭基水稻育苗基质可较常规对照培育的幼苗平均高出1.2个叶龄。炭基育苗基质在水稻生长前期明显提高了其根活力、根系总吸收面积和活跃吸收面积，并提升了根系伤流强度，促进了根系生长。移栽后，返青期显著缩短或无。改性炭基水稻育苗基质较非改性炭基水稻育苗基质效果更加明显。

Claims (7)

1.一种炭基水稻育苗基质，其特征在于包含生物炭微粒和草炭，生物炭微粒与草炭的重量比为3～7∶2～5，将上述各种物料均匀混合，用木醋液调酸至pH4.5-5.5；所述的木醋液为炭化炉在制备生物质颗粒炭过程中所产生的气体经冷凝后得到的液体，在静置48小时后得到悬浊液，与水1∶1混合后得到的酸性液体，即为本发明所使用的木醋液。

2.如权利要求1所述的炭基水稻育苗基质，其特征在于还包含珍珠岩，生物炭微粒、草炭和珍珠岩的重量比为3～7∶2～5∶2～4。

3.如权利要求1或2所述的炭基水稻育苗基质，其特征在于还包含磷酸二铵、硫酸钾、硫酸锌和磷酸二氢钾一种或几种，其总重量百分含量为4-8％。

4.如权利要求1-3所述的炭基水稻育苗基质，其特征在于生物炭微粒为改性生物炭微粒，所述的改性生物炭微粒是指用生物质炭化过程中产生的液态热解产物经精馏后所获得的生物质馏液改性的生物炭。

5.权利要求1-4所述炭基水稻育苗基质的制备方法，其特征在于将各种成份混合。

6.权利要求1-4所述炭基水稻育苗基质在水稻育苗上的用途。

7.权利要求1-4所述的炭基水稻育苗基质的使用方法，将所述的炭基水稻育苗基质一次性作为育苗基质，施用量6-12公斤／m²。