CN104871971B - 一种香蕉组培苗栽培基质及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种香蕉组培苗栽培基质及其制备方法与应用。本发明的香蕉假茎生物炭是通过将香蕉假茎斩碎后自然风干至含水量降至15％以下，粉碎成直径2‑10mm的颗粒后在炭化炉中加工而成。本发明的香蕉组培苗栽培基质是由1％‑3％(质量分数)的香蕉假茎生物炭和余量营养土均匀混合而成。施加香蕉假茎生物炭对香蕉苗土壤微生物群落的代谢活性起到了明显的优化作用，大量的细菌代谢活动和生物炭带入了大量营养元素，改善了土壤的肥力情况，显著促进了香蕉组培苗的生长。香蕉假茎生物炭在香蕉栽培中表现了很好的应用效果，在香蕉及其他植物的栽培应用中具有广阔的前景。
Description
技术领域
本发明属于农业中生物质肥料制备和应用领域，具体涉及一种香蕉组培苗栽培基质及其制备方法与应用。
背景技术
香蕉作为一种主要的经济水果在热带、亚热带地区被广泛种植，而其传统的栽培方式倚重大量的化肥，因此常导致香蕉园土壤结构破坏、土壤板结、有机质含量下降和微生物群落活力低等问题。另一方面，收获后大量香蕉假茎田间地头堆放容易造成污染，并且带有病菌的香蕉假茎的堆积易引起枯萎病等病菌的扩散、蔓延。
生物炭是指在无氧条件下，将生物质热解转化成富含碳元素的固体物质。目前生物炭对香蕉幼苗根周围土壤微生物群落的影响未见报道。
发明内容
本发明的目的是为了解决香蕉土壤环境破坏和香蕉假茎污染的问题，提供一种能减少香蕉假茎污染、高效改善土壤环境、优化香蕉苗土壤微生物群落的代谢活性，并促进香蕉苗生长、环保和操作简便的香蕉组培苗栽培基质及其制备方法与应用。
本发明的第一个目的是提供一种香蕉假茎生物炭及其制备方法。
所述的香蕉假茎生物炭，其特征在于，采用如下步骤制备：
将香蕉假茎斩碎后自然风干使其含水量降至15％以下，用于引燃的香蕉假茎含水量降至8％以下；将风干后的香蕉假茎粉碎成直径2-10mm的颗粒，然后炭化加工成香蕉假茎生物炭。
本发明的第二个目的是提供一种香蕉组培苗栽培基质及其制备方法。
所述的香蕉组培苗栽培基质，其特征在于，按质量分数100％计，含有1％-3％的上述香蕉假茎生物炭，余量为营养土。
所述的营养土优选由泥炭土和椰糠按体积比1：2～5混合均匀组成。
所述的香蕉组培苗栽培基质的制备方法，其特征在于，在营养土中加入香蕉假茎生物炭，使其占总质量的1％-3％，然后混合均匀后得香蕉组培苗栽培基质。
所述的营养土优选由泥炭土和椰糠按体积比1：2～5混合均匀组成。
本发明的第三个目的是提供香蕉假茎生物炭在制备香蕉组培苗栽培基质中的应用。
本发明通过制备香蕉假茎生物炭，并向香蕉组培苗栽培基质中施加香蕉假茎生物炭，实验结果表明：香蕉假茎生物炭对栽培基质中的细菌、真菌、放线菌、固氮菌及氨化细菌的生长有促进作用，对于香蕉苗土壤微生物群落的代谢活性起到了明显的优化作用，大量的细菌代谢活动和香蕉假茎生物炭带入了大量营养元素，改善了土壤的肥力情况，显著促进了香蕉组培苗的生长。香蕉假茎生物炭在香蕉栽培中表现出了很好的应用效果，在香蕉及其他植物的栽培应用中具有广阔的前景。
本发明利用香蕉假茎制作生物炭，解决了香蕉采收后大量假茎的回收利用问题，避免大量香蕉假茎田间地头堆放造成污染，还改善了传统栽培方式倚重大量的化肥，导致香蕉园土壤结构破坏，土壤板结，有机质含量下降，微生物群落活力降低等问题，实现高效、环保、无危害，操作简便可行的农业可持续发展。
附图说明
图1是不同处理栽培基质中细菌的生长情况。
图2是不同处理栽培基质中真菌的生长情况。
图3是不同处理栽培基质中放线菌的生长情况。
图4是不同处理栽培基质中固氮细菌的生长情况。
图5是不同处理栽培基质中氨化细菌的生长情况。
图6是香蕉假茎生物炭的微观结构电镜扫描照片。
图7是不同处理下土壤微生物群落AWCD值。
图8是不同处理下土壤微生物群落的碳源利用情况。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1：香蕉假茎生物炭的制备
1.1制备香蕉假茎生物炭
将香蕉假茎斩碎后自然风干使其含水量降至15％，用于引燃的香蕉假茎含水量降至8％；采用粉碎机将上述风干后的香蕉假茎粉碎成直径2-10mm的颗粒。在组合式炭化炉中的燃烧活页下放入用于引燃的香蕉假茎，并用明火将其引燃；然后将风干后的香蕉假茎加入炉体中，料层高于燃烧器60cm。每隔1小时加料一次，厚度为10-30cm，用料层厚度人工控制炉体内的氧气供应量。最后一次装完香蕉假茎物料后，将顶盖扣在炉体顶部，有大量蒸汽溢出时盖上顶盖，封闭炭化炉。冷却12小时后，制成香蕉假茎生物炭；卸除顶盖，将成品香蕉假茎生物炭移出，包装储存，由此得到香蕉假茎生物炭。
1.2香蕉假茎生物炭的性质测定
1.2.1香蕉假茎生物炭pH的测定
香蕉假茎生物炭pH的测定方法参照《中华人民共和国国家标准：木质活性炭试验方法·pH值的测定(GB/T 12496.7-1999)》。测定结果显示香蕉假茎生物炭的pH值为10.30。
1.2.2营养土及香蕉假茎生物炭混合营养土pH测定
测定方法：营养土(CK)及香蕉假茎生物炭混合营养土(由香蕉假茎生物炭和营养土混合而成，其中香蕉假茎生物炭分别占香蕉假茎生物炭混合营养土总质量的1％，2％和3％)分别按1:5的土液比加入到0.01mol·L-1CaCl2中，形成营养土悬液。营养土悬液在振荡机上振荡1h后，2000r·min-1转速离心10min，用复合电极测定上层清液的pH。
所述的营养土由泥炭土和椰糠按体积比1：2混合均匀组成。
测定结果如表1所示：
表1营养土及香蕉假茎生物炭混合营养土pH
1％、2％和3％分别表示香蕉假茎生物炭占香蕉假茎生物炭混合营养土总质量的比例。
1.2.3香蕉假茎生物炭中固定碳，灰分及挥发分的测定
测定方法参照《中华人民共和国国家标准：木炭和木炭试验方法(GB/T 17664-1999)》。测定结果为：香蕉假茎生物炭含固定碳：43.38％、灰分：37.22％和挥发分：19.4％。
1.2.4香蕉假茎生物炭的碘吸附值的测定
测定方法参照《中华人民共和国国家标准：木质活性炭试验方法·碘吸附值的测定(GB/T12496.8-1999)》。测定结果：香蕉假茎生物炭的碘吸附值为159.54mg/g。
1.2.5香蕉假茎生物炭中C，N，S和P元素含量的测定
测定方法：C，N，S元素使用CNS元素分析仪测定；P元素含量使用钼蓝比色法测定。测定结果如表2所示：
表2香蕉假茎生物炭C，N，S和P元素含量
1.2.6香蕉假茎生物炭金属元素含量的测定
测定方法：使用元素原子吸收光谱仪测定香蕉假茎生物炭中K，Ca，Mg，Fe，Cu，Zn，Mn的含量。测定结果如表3所示：
表3香蕉假茎生物炭金属元素含量
1.2.7香蕉假茎生物炭比表面积和孔结构参数
测定方法：通过全自动比表面积、微孔孔隙和化学吸附仪进行测定。测定结果如表4所示：
表4香蕉假茎生物炭比表面积和孔结构参数
实施例2：制备香蕉组培苗栽培基质
2.1将泥炭土、椰糠按体积比1：2混合均匀配制成营养土，加入香蕉假茎生物炭使其占香蕉组培苗栽培基质总质量的1％，混合均匀后得1％的香蕉组培苗栽培基质。
2.2将泥炭土、椰糠按体积比1：2混合均匀配制成营养土，加入香蕉假茎生物炭使其占香蕉组培苗栽培基质总质量的2％，混合均匀后得2％的香蕉组培苗栽培基质。
2.3将泥炭土、椰糠按体积比1：2混合均匀配制成营养土，加入香蕉假茎生物炭使其占香蕉组培苗栽培基质总质量的3％，混合均匀后得3％的香蕉组培苗栽培基质。
实施例3：
3.1各个处理组香蕉植株生物量测定
在正常栽培管理情况下，分别取对照组(CK，对照组的栽培基质为由泥炭土、椰糠按体积比1：2混合均匀配制成营养土)和处理组(1％、2％、3％，其栽培基质分别为实施例2的1％的香蕉组培苗栽培基质、2％的香蕉组培苗栽培基质和3％的香蕉组培苗栽培基质)长至3个月时的香蕉根、茎、叶(每个组中有4株香蕉植株)，105℃杀青，80℃烘干至恒重后称量其干重，结果表明，处理组香蕉植株生物量含量显著高于对照组。结果如表5所示。
表5不同处理下的香蕉生物量
其中CK表示泥炭土、椰糠按体积比1：2混合均匀配制成营养土，1％、2％、3％分别表示实施例2的1％的香蕉组培苗栽培基质、2％的香蕉组培苗栽培基质、3％的香蕉组培苗栽培基质。
3.2不同处理条件下生长的香蕉叶绿素含量测定
在正常栽培管理条件下，分别取对照组(CK，对照组的栽培基质为由泥炭土、椰糠按体积比1：2混合均匀配制成营养土)和处理组(1％、2％、3％，其栽培基质分别为实施例2的1％的香蕉组培苗栽培基质、2％的香蕉组培苗栽培基质和3％的香蕉组培苗栽培基质)长至3个月时的香蕉植株叶片，采用丙酮乙醇混合液法测定不同处理香蕉植株叶片中叶绿素含量。
结果如表6所示，对照组叶片中的叶绿素含量明显高于香蕉组培苗栽培基质处理组。由此可知，相同生长期内，对照组香蕉植株的光合作用速率更高，而处理组在光合作用速率低的情况下生物量更高、长势更好，则说明处理组香蕉苗从栽培基质中，吸收了更多有利于植物生长的营养物质。
表6不同处理下的香蕉叶绿素含量
其中CK表示泥炭土、椰糠按体积比1：2混合均匀配制成营养土，1％、2％、3％分别表示实施例2的1％的香蕉组培苗栽培基质、2％的香蕉组培苗栽培基质、3％的香蕉组培苗栽培基质。
实施例4：香蕉组培苗栽培基质对香蕉苗土壤微生物数量的影响
设计4个实验组：由泥炭土、椰糠按体积比1：2混合均匀配制成营养土(CK)，实施例2的1％的香蕉组培苗栽培基质(C1，表中的1％)，2％的香蕉组培苗栽培基质(C2，表中的2％)，3％的香蕉组培苗栽培基质(C3，表中的3％)作为栽培基质，共4个处理，每个处理重复5盆，每盆1株香蕉苗，共20盆。香蕉苗定植3个月后，在距植株主干6～7cm处的圆周上选取均匀分布的5点，每点采集距表面约3～4cm土壤样品8g，将同一处理的5份样品均匀混合，用于土壤微生物测定。
实验结果表明，4个实验组的香蕉苗培养三个月后，通过对微生物数量进行统计发现，不同含量的香蕉假茎生物炭的添加在不同程度上促进了土壤中细菌、真菌、放线菌、固氮细菌和氨化细菌的生长，结果分别如图1、2、3、4和5所示。大量的细菌代谢活动和香蕉假茎生物炭带入了大量营养元素，也改善了土壤的肥力情况。我们通过对香蕉假茎生物炭微观结构进行电镜扫描发现，香蕉假茎生物炭具有丰富的孔隙结构，如图6所示；因此添加到土壤中后，明显优化了土壤的保肥能力和通氧量进而促进了微生物的生长。继续利用Biolog微孔板对微生物群落功能进行研究发现，添加香蕉假茎生物炭的土壤微生物群落AWCD在各时期均高于CK，并且，同一时期微生物群落AWCD值随生物炭的量增加而升高，如图7所示。因为AWCD能够反映出不同微生物群落对碳源利用的总能力和功能的多样性，因此实验结果说明香蕉假茎生物炭的添加促进了香蕉苗土壤微生物群落的代谢能力，同时促进了群落丰度，均匀度指数，改变了群落对于不同碳源的利用能力，分析结果如图8所示。
实施例5：香蕉组培苗栽培基质对香蕉植株生长情况的影响
由实施例4中可知，香蕉假茎生物炭可以增加土壤中微生物的数量，当香蕉苗生长三个月后，我们又对每个处理的5株香蕉苗株高、茎围(上中下)、青叶数、最大叶长、宽等指标进行了测量，如表7所示；并对每个处理组植株叶片的C、N、K、P元素的含量进行了测定，如表8所示。
表7不同处理组香蕉苗生长情况
1％的香蕉组培苗栽培基质、2％的香蕉组培苗栽培基质、3％的香蕉组培苗栽培基质指的是实施例2的1％的香蕉组培苗栽培基质、2％的香蕉组培苗栽培基质、3％的香蕉组培苗栽培基质
表8各处理组植株叶片元素C、N、K、P含量的比较
注：数据均为元素与叶片干样重量百分数，1％、2％、3％分别指的是实施例2的1％的香蕉组培苗栽培基质、2％的香蕉组培苗栽培基质、3％的香蕉组培苗栽培基质，CK指的是泥炭土、椰糠按体积比1：2混合均匀配制成的营养土。
实验结果表明添加香蕉假茎生物炭的香蕉组培苗栽培基质培养香蕉苗三个月后，显著促进了香蕉组培苗的植株生长，不同添加量香蕉假茎生物炭的栽培基质中，香蕉苗的植株生物量显著增加，提高了叶片中C、N、P，特别是K元素的含量。
实施例6：制备香蕉假茎生物炭及香蕉组培苗栽培基质
6.1制备香蕉假茎生物炭
将香蕉假茎斩碎后自然风干使其含水量降至11％，用于引燃的香蕉假茎含水量降至6％；采用粉碎机将上述风干后的香蕉假茎粉碎成直径2-10mm的颗粒。在组合式炭化炉中的燃烧活页下放入用于引燃的香蕉假茎，并用明火将其引燃；然后将风干后的香蕉假茎加入炉体中，料层高于燃烧器60cm。每隔1小时加料一次，厚度为10-30cm，用料层厚度人工控制炉体内的氧气供应量。最后一次装完香蕉假茎物料后，将顶盖扣在炉体顶部，有大量蒸汽溢出时盖上顶盖，封闭炭化炉。冷却12小时后，制成香蕉假茎生物炭；卸除顶盖，将成品香蕉假茎生物炭移出，包装储存，由此获得香蕉假茎生物炭。
6.2制备香蕉组培苗栽培基质
I：将泥炭土、椰糠按体积比1：5混合均匀配制成营养土，加入上述步骤1中制备的香蕉假茎生物炭使其占香蕉组培苗栽培基质总质量的1％，混合均匀后得1％的香蕉组培苗栽培基质。
II：将泥炭土、椰糠按体积比1：5混合均匀配制成营养土，加入上述步骤1中制备的香蕉假茎生物炭使其占香蕉组培苗栽培基质总质量的2％，混合均匀后得2％的香蕉组培苗栽培基质。
III：将泥炭土、椰糠按体积比1：5混合均匀配制成营养土，加入上述步骤1中制备的香蕉假茎生物炭使其占香蕉组培苗栽培基质总质量的3％，混合均匀后得3％的香蕉组培苗栽培基质。
用上述I、II和III方法中得到的香蕉组培苗栽培基质作为处理组，用泥炭土、椰糠按体积比1：5混合均匀配制成营养土作为对照组，培养组培苗3个月后，结果表明，添加了香蕉假茎生物炭的香蕉组培苗栽培基质促进了香蕉苗土壤微生物群落的代谢能力，并显著促进了香蕉组培苗的植株生长。
通过上述实施例可知，在栽培基质中添加香蕉假茎生物炭对香蕉组培苗的生长具有明显的促进作用。
Claims (2)
1.一种香蕉组培苗栽培基质，其特征在于，按质量分数100％计，含有1％-3％的香蕉假茎生物炭，余量为营养土；所述的香蕉假茎生物炭是通过以下方法制备而得：将香蕉假茎斩碎后自然风干使其含水量降至15％以下，用于引燃的香蕉假茎含水量降至8％以下；将风干后的香蕉假茎粉碎成直径2-10mm的颗粒，然后炭化加工成香蕉假茎生物炭；所述的营养土由泥炭土和椰糠按体积比1：2～5混合均匀组成。
2.一种权利要求1所述的香蕉组培苗栽培基质的制备方法，其特征在于，在营养土中加入香蕉假茎生物炭，使其占总质量的1％-3％，然后混合均匀后得香蕉组培苗栽培基质；所述的营养土由泥炭土和椰糠按体积比1：2～5混合均匀组成。
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