CN107006356A - 一种高炉水渣无土栽培营养基质及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无土栽培领域，尤其涉及一种高炉水渣无土栽培营养基质及其制备方法。本发明一种高炉水渣无土栽培营养基质，所述的营养基质按重量百分比由下列组分组成：高炉水渣95％～99.5％，动物粪便0.5％～5％。本发明的有益效果为：(1)生产方法简单；(2)节约了成本，对废弃的高炉水渣的循环利用；(3)使用年限长；(4)采用pH在5～5.5的磷酸水溶液对水渣进行处理，磷酸是生产磷肥的主要原料，磷酸与水渣反映生成植物所需的磷酸盐矿物质和微量元素。

Description

一种高炉水渣无土栽培营养基质及其制备方法
技术领域
本发明涉及无土栽培领域，尤其涉及一种高炉水渣无土栽培营养基质及其制备方法。
背景技术
无土栽培是指不用天然土壤而用营养液或者固体基质加营养液栽培作物的方法，固体基质和营养液称为无土栽培营养基质。由于中国北方大部分地区水硬性偏高，所以普遍采用基质栽培，现有技术中，基质多为草炭、沙、蛭石、珍珠岩、岩棉和农作物有机废弃物等。
高炉水渣是钢铁企业冶炼生铁时，由铁矿石中的非铁成份和焦炭、喷吹煤中的灰份等熔化后，从高炉中排出的产物。多为晶质块状、蜂窝状或棒状，以玻璃体为主的细粒，呈浅黄色(少量墨绿色晶体)，玻璃光泽或丝绢光泽，摩氏硬度为1～2，(自然堆积)比重0.8～1.3t/m3。高炉水渣作为钢铁冶炼时废弃物，在现有技术中还没有用高炉水渣作为无土栽培营养基质。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高炉水渣无土栽培营养基质及其制备方法。
一种高炉水渣无土栽培营养基质，营养基质按重量百分比由下列组分组成：高炉水渣95％～99.5％，动物粪便0.5％～5％。
进一步地，所述的高炉水渣是用磷酸水溶液中和后的高炉水渣。
进一步地，所述的磷酸水溶液中和后的高炉水渣pH<7。
进一步地，所述的高炉水渣的粒径为2～5mm。
一种制备用于高炉水渣无土栽培营养基质的高炉水渣的方法，其制备方法包括：
(1)高炉水渣用水冲洗；
(2)冲洗后的高炉水渣进行pH测定；
(3)用磷酸水溶液对高炉水渣进行过酸处理；
(4)过酸处理后对水渣进行PH二次测定；
(5)用水冲洗水渣，将冲洗后的水渣晾晒脱水
进一步地，所述的一种制备用于高炉水渣无土栽培营养基质的高炉水渣的方法的步骤(3)的磷酸水溶液pH5～5.5。
进一步地，所述的一种制备用于高炉水渣无土栽培营养基质的高炉水渣的方法的步骤(3)中用磷酸水溶液对高炉水渣进行过酸处理，处理多次，直至高炉水渣的pH在6.5～7之间。
进一步地，所述高炉水渣作为无土栽培营养基质中基质。
进一步地，所述的动物粪便是指鸡的粪便、牛的粪便或羊的粪便。
进一步地，其中鸡的粪便在使用前需要经过处理，处理方法为：将鸡的粪便秸秆粉按3：2的比例混合均匀放在发酵池中，按鸡的粪便重量百分比加入0.1％～0.6％的鸡的粪便发酵剂和0.005％～0.01％的纳豆菌，搅拌均匀，自然条件下发酵7～12天，每天翻抛2次；牛的粪便放在发酵池中，将牛的粪便发酵剂与米糠以1:6～9的比混匀，放入牛的粪便中，搅拌均匀，每三天翻抛一次，自然条件下发酵6～9天；羊的粪便在使用前需要经过处理，处理方法为：将羊的粪便与秸杆粉按体积比1:1的比例参合，使混合后的羊的粪便与秸秆达到手捏成团，手指缝见水，但不滴水，松手一解即散的状态；粪便发酵专用菌液和玉米面按1:8～15的比例混合，添加到羊的粪便中，搅拌均匀，放于自然条件下发酵9～13天，每天翻抛1～2次。
高炉水渣是炼铁时热状态的炉渣置于水中急速冷却制得的高炉副产品，高炉水渣年产量高，目前对于它的利用主要是生产水泥，在农业生产中，高炉水渣除用作水稻硅肺外，没有更进一步的应用。
高炉水渣冷态时主要以硅酸二钙、硅酸三钙、硅酸镁、硅酸铝、硅酸锰及少量的硅酸铁形式存在，高炉水渣的矿物组成主要由CaO、SiO2和Al2O3组成的C2AS(黄长石)、CAS2(钙长石)、CS(假硅灰石)、C2S(硅酸二钙)等种矿物。其中C2AS(黄长石)和C2S(硅酸二钙)，这些矿物质易与磷酸反映生成易溶于水的磷酸盐。
高炉水渣的化学成分主要由氧化钙(CaO)、二氧化硅(SiO2)、三氧化二铝(Al2O3)等组成。高炉水渣测试化学成分为:CaO、SiO2、Al2O3、MgO、Fe2O3、MnO、TiO、S、P2O5、KO、ZnO，其含量分别为45％、30％、7％、6％、0.7％、0.3％、0.5％、0.2％、1.2％、1.6％、0.5％；碱性矿渣M>1；中性矿渣M＝1；酸性矿渣M<1。碱度系数M为碱性氧化物与酸性氧化物之比(CaO+MgO)/(Al2O3+SiO2)，此高炉水渣属于碱性高炉水渣，经PH值测定，此高炉水渣PH在8.5～10之间，不利于蔬菜生长，蔬菜生长的适宜PH在5.5～8.5之间，所以需过酸处理；磷酸是生产磷肥的主要原料，磷酸与高炉水渣反映生成蔬菜所需的磷酸盐矿物质和微量元素。
经过实验测定的高炉水渣的理化性质与其他几种常用的固体营养基质的比较如表1.
表1高炉水渣和几种常用固体营养基质的物理化学性质
(1)体积质量
体积质量是反映栽培营养基质的疏松和紧实程度的重要指标，理想栽培营养基质体积质量不大于0.8t/m3。高炉水渣的体积质量为1.21～1.34t/m3，比沙的体积质量1.5～1.8t/m3低24％～34％，因此，从体积质量来看，高炉水渣比沙更适合作栽培营养基质。
(2)pH值
pH值是栽培营养基质的重要化学性质指标，过酸(pH<5.5)或过碱(pH>7.5)时，均会对作物的生长发育造成危害。营养基质的pH值以6.5(微酸性)～7.0(中性)为宜。固体营养基质的pH值测定方法较多，实验研究采用国内土壤pH值的测定标准。沙的pH值为6.5～7.8；高炉水渣的pH值为7.29～8.0，为偏碱性，一方面可能会影响植物根系的生长，另一方面还会影响到营养元素的平衡、稳定性和对作物的有效性，本发明的重要技术领域就是通过调配pH在5～5.5的磷酸水溶液，将pH＞7的高炉水渣用pH在5～5.5的磷酸水溶液进行多次过酸处理，然后用水冲洗，最后得到pH值在6.5(微酸性)～7.0(中性)之间的高炉水渣，能满足无土栽培营养基质对pH值的要求。
(3)总孔隙度、通气孔隙和持水孔隙
总孔隙度反映营养基质中能够容纳水分和空气的空间总和，通气孔隙和持水孔隙分别反映营养基质中空气和水分各自能够容纳的空间，对作物的生长具有重要意义。一般来说，营养基质的总孔隙度应在54％～96％。高炉水渣的总孔隙度较小，约为63.2％，水和空气的容纳空间适中，利于植物根系的伸展；由通气孔隙和持水孔隙的数据同样可以看出，高炉水渣的透气、保水和保肥性能较好，不易出现缺水缺肥等症状，节约了投资成本。通过体积质量、pH值以及孔隙度的分析得出，高炉水渣可以作为无土栽培营养基质使用。通过筛选适中体积的高炉水渣，调节高炉水渣的pH，高炉水渣适宜直接单独作为固体营养基质使用，同时与有机肥料发酵后的鸡的粪便或者牛的粪便或者羊的粪便配合使用，才能达到理想的栽培效果。
鸡的粪便、牛的粪便、羊的粪便中含有农作物所必需的营养元素，含有丰富的氮、磷、钾和粗蛋白有机质等。将鸡的粪便或牛的粪便或羊的粪便进行发酵处理，按比例同高炉水渣混合，作为无土栽培的营养基质，既达到了对植物生长的所必须营养物质的需求，也可以使高炉水渣作为废弃物达到充分的利用，节约成本，保护环境。
本发明的优点是：
本发明一种高炉水渣无土栽培营养基质及其制备方法，相比现有技术中的同类无土栽培营养基质，其优点是
(1)生产方法简单；
(2)将废物的合理再利用，节约了成本，对高炉水渣的循环利用；
(3)使用年限长，高炉水渣经过处理后作为营养基质的使用年限在10～15年，而普通腐殖质营养基质使用年限在2年左右，降低了生产成本；
(4)高炉水渣的pH值为7.29～8.0，为碱性，本发明采用pH在5～5.5的磷酸水溶液对高炉水渣进行处理，磷酸是生产磷肥的主要原料，磷酸与高炉水渣反映生成植物所需的磷酸盐矿物质和微量元素。通过高炉水渣过酸处理，生成大量蔬菜所需磷肥和微量元素，减少肥料的使用量，降低生产成本。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
一种高炉水渣无土栽培营养基质，营养基质按重量百分比由下列组分组成：高炉水渣95％，鸡的粪便5％。
一种高炉水渣无土栽培营养基质的制备方法包括：
(1)高炉水渣用水冲洗；
(2)冲洗后的高炉水渣进行pH测定；
(3)用pH5磷酸水溶液对高炉水渣进行过酸处理3次；
(4)过酸处理后对高炉水渣进行PH二次测定PH为7；
(5)用水冲洗高炉水渣，将冲洗后的高炉水渣晾晒脱水；
(6)按重量百分比将95％高炉水渣和5％的鸡的粪便便充分混合，搅拌均匀制得高炉水渣无土栽培营养基质。
所用的高炉水渣的粒径为2mm。
鸡的粪便在使用前需要经过处理，处理方法为：将鸡的粪便秸秆粉按3：2的比例混合均匀放在发酵池中，按鸡的粪便重量百分比加入0.1％的鸡的粪便发酵剂和0.005％的纳豆菌，搅拌均匀，自然条件下发酵7天，每天翻抛2次。
实施例2
一种高炉水渣无土栽培营养基质，营养基质按重量百分比由下列组分组成：高炉水渣98％，鸡的粪便2％。
一种高炉水渣无土栽培营养基质的制备方法包括：
(1)高炉水渣用水冲洗；
(2)冲洗后的高炉水渣进行pH测定；
(3)用pH5磷酸水溶液对高炉水渣进行过酸处理6次；
(4)过酸处理后对高炉水渣进行PH二次测定PH为7；
(5)用水冲洗高炉水渣，将冲洗后的高炉水渣晾晒脱水；
(6)按重量百分比将98％高炉水渣和2％的鸡的粪便便充分混合，搅拌均匀制得高炉水渣无土栽培营养基质。
所用的高炉水渣的粒径为4mm。
鸡的粪便在使用前需要经过处理，处理方法为：将鸡的粪便秸秆粉按3：2的比例混合均匀放在发酵池中，按鸡的粪便重量百分比加入0.4％的鸡的粪便发酵剂和0.007％的纳豆菌，搅拌均匀，自然条件下发酵10天，每天翻抛2次。
实施例3
一种高炉水渣无土栽培营养基质，营养基质按重量百分比由下列组分组成：高炉水渣99.5％，鸡的粪便0.5％。
一种高炉水渣无土栽培营养基质的制备方法包括：
(1)高炉水渣用水冲洗；
(2)冲洗后的高炉水渣进行pH测定；
(3)用pH5磷酸水溶液对高炉水渣进行过酸处理8次；
(4)过酸处理后对高炉水渣进行PH二次测定PH为6.5；
(5)用水冲洗高炉水渣，将冲洗后的高炉水渣晾晒脱水；
(6)按重量百分比将99.5％高炉水渣和0.5％的鸡的粪便便充分混合，搅拌均匀制得高炉水渣无土栽培营养基质。
所用的高炉水渣的粒径为5mm。
鸡的粪便在使用前需要经过处理，处理方法为：将鸡的粪便秸秆粉按3：2的比例混合均匀放在发酵池中，按鸡的粪便重量百分比加入0.6％的鸡的粪便发酵剂和0.01％的纳豆菌，搅拌均匀，自然条件下发酵12天，每天翻抛2次。
实施例4
一种高炉水渣无土栽培营养基质，营养基质按重量百分比由下列组分组成：高炉水渣96％，牛的粪便4％。
一种高炉水渣无土栽培营养基质的制备方法包括：
(1)高炉水渣用水冲洗；
(2)冲洗后的高炉水渣进行pH测定；
(3)用pH5磷酸水溶液对高炉水渣进行过酸处理4次；
(4)过酸处理后对高炉水渣进行PH二次测定PH为7；
(5)用水冲洗高炉水渣，将冲洗后的高炉水渣晾晒脱水；
(6)按重量百分比将96％高炉水渣和4％的牛的粪便便充分混合，搅拌均匀制得高炉水渣无土栽培营养基质。
所用的高炉水渣的粒径为3mm。
牛的粪便在使用前需要经过处理，处理方法为：牛的粪便放在发酵池中，将牛的粪便发酵剂与米糠以1:6的比混匀，放入牛的粪便中，搅拌均匀，每三天翻抛一次，自然条件下发酵6天。
实施例5
一种高炉水渣无土栽培营养基质，营养基质按重量百分比由下列组分组成：高炉水渣98％，牛的粪便2％。
一种高炉水渣无土栽培营养基质的制备方法包括：
(1)高炉水渣用水冲洗；
(2)冲洗后的高炉水渣进行pH测定；
(3)用pH5磷酸水溶液对高炉水渣进行过酸处理6次；
(4)过酸处理后对高炉水渣进行PH二次测定PH为7；
(5)用水冲洗高炉水渣，将冲洗后的高炉水渣晾晒脱水；
(6)按重量百分比将98％高炉水渣和2％的牛的粪便便充分混合，搅拌均匀制得高炉水渣无土栽培营养基质。
所用的高炉水渣的粒径为4mm。
牛的粪便在使用前需要经过处理，处理方法为：牛的粪便放在发酵池中，将牛的粪便发酵剂与米糠以1:7的比混匀，放入牛的粪便中，搅拌均匀，每三天翻抛一次，自然条件下发酵7天。
实施例6
一种高炉水渣无土栽培营养基质，营养基质按重量百分比由下列组分组成：高炉水渣99％，牛的粪便1％。
一种高炉水渣无土栽培营养基质的制备方法包括：
(1)高炉水渣用水冲洗；
(2)冲洗后的高炉水渣进行pH测定；
(3)用pH5磷酸水溶液对高炉水渣进行过酸处理8次；
(4)过酸处理后对高炉水渣进行PH二次测定PH为6.5；
(5)用水冲洗高炉水渣，将冲洗后的高炉水渣晾晒脱水；
(6)按重量百分比将99％高炉水渣和1％的鸡的粪便便充分混合，搅拌均匀制得高炉水渣无土栽培营养基质。
所用的高炉水渣的粒径为5mm。
牛的粪便在使用前需要经过处理，处理方法为：牛的粪便放在发酵池中，将牛的粪便发酵剂与米糠以1:9的比混匀，放入牛的粪便中，搅拌均匀，每三天翻抛一次，自然条件下发酵9天。
实施例7
一种高炉水渣无土栽培营养基质，营养基质按重量百分比由下列组分组成：高炉水渣95％，羊的粪便5％。
一种高炉水渣无土栽培营养基质的制备方法包括：
(1)高炉水渣用水冲洗；
(2)冲洗后的高炉水渣进行pH测定；
(3)用pH5磷酸水溶液对高炉水渣进行过酸处理4次；
(4)过酸处理后对高炉水渣进行PH二次测定PH为7；
(5)用水冲洗高炉水渣，将冲洗后的高炉水渣晾晒脱水；
(6)按重量百分比将95％高炉水渣和5％的羊的粪便便充分混合，搅拌均匀制得高炉水渣无土栽培营养基质。
所用的高炉水渣的粒径为3mm。
羊的粪便在使用前需要经过处理，处理方法为：将羊的粪便与秸杆粉按体积比1:1的比例参合，使混合后的羊的粪便与秸秆达到手捏成团，手指缝见水，但不滴水，松手一解即散的状态；粪便发酵专用菌液和玉米面按1:8的比例混合，添加到羊的粪便中，搅拌均匀，放于自然条件下发酵9天，每天翻抛1次。
实施例8
一种高炉水渣无土栽培营养基质，营养基质按重量百分比由下列组分组成：高炉水渣98％，牛的粪便2％。
一种高炉水渣无土栽培营养基质的制备方法包括：
(1)高炉水渣用水冲洗；
(2)冲洗后的高炉水渣进行pH测定；
(3)用pH5磷酸水溶液对高炉水渣进行过酸处理6次；
(4)过酸处理后对高炉水渣进行PH二次测定PH为7；
(5)用水冲洗高炉水渣，将冲洗后的高炉水渣晾晒脱水；
(6)按重量百分比将98％高炉水渣和2％的牛的粪便便充分混合，搅拌均匀制得高炉水渣无土栽培营养基质。
所用的高炉水渣的粒径为4mm。
羊的粪便在使用前需要经过处理，处理方法为：将羊的粪便与秸杆粉按体积比1:1的比例参合，使混合后的羊的粪便与秸秆达到手捏成团，手指缝见水，但不滴水，松手一解即散的状态；粪便发酵专用菌液和玉米面按1:11的比例混合，添加到羊的粪便中，搅拌均匀，放于自然条件下发酵11天，每天翻抛2次。
实施例9
一种高炉水渣无土栽培营养基质，营养基质按重量百分比由下列组分组成：高炉水渣99％，牛的粪便1％。
一种高炉水渣无土栽培营养基质的制备方法包括：
(1)高炉水渣用水冲洗；
(2)冲洗后的高炉水渣进行pH测定；
(3)用pH5磷酸水溶液对高炉水渣进行过酸处理8次；
(4)过酸处理后对高炉水渣进行PH二次测定PH为6.5；
(5)用水冲洗高炉水渣，将冲洗后的高炉水渣晾晒脱水；
(6)按重量百分比将99％高炉水渣和1％的鸡的粪便便充分混合，搅拌均匀制得高炉水渣无土栽培营养基质。
所用的高炉水渣的粒径为5mm。
羊的粪便在使用前需要经过处理，处理方法为：将羊的粪便与秸杆粉按体积比1:1的比例参合，使混合后的羊的粪便与秸秆达到手捏成团，手指缝见水，但不滴水，松手一解即散的状态；粪便发酵专用菌液和玉米面按1:15的比例混合，添加到羊的粪便中，搅拌均匀，放于自然条件下发酵13天，每天翻抛2次。

Claims (9)

1.一种高炉水渣无土栽培营养基质，其特征在于，所述的基质按重量百分比由下列组分组成：高炉水渣95％～99.5％，动物粪便0.5％～5％。
2.如权利要求1所述的一种高炉水渣无土栽培营养基质，其特征在于，所述的高炉水渣为磷酸水溶液中和后的，高炉水渣pH<7。
3.如权利要求1所述的一种高炉水渣无土栽培营养基质，其特征在于，所述的高炉水渣的粒径为2～5mm。
4.一种制备用于高炉水渣无土栽培营养基质的高炉水渣的方法，其制备方法包括：
(1)高炉水渣用水冲洗；
(2)冲洗后的高炉水渣进行pH测定；
(3)用磷酸水溶液对高炉水渣进行过酸处理；
(4)过酸处理后对水渣进行PH二次测定；
(5)用水冲洗水渣，将冲洗后的水渣晾晒脱水。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的一种制备用于高炉水渣无土栽培营养基质的高炉水渣的方法步骤(3)的磷酸水溶液pH5～5.5。
6.如权利要求4所述的一种高炉水渣无土栽培营养基质，其特征在于，所述的一种制备用于高炉水渣无土栽培营养基质的高炉水渣的方法的步骤(3)中用磷酸水溶液对高炉水渣进行过酸处理，处理多次，直至高炉水渣的pH在6.5～7之间。
7.高炉水渣在制备一种高炉水渣无土栽培营养基质中的应用，所述高炉水渣作为无土栽培营养基质中基质。
8.如权利要求1所述的一种高炉水渣无土栽培营养基质，其特征在于，所述的动物粪便是指鸡的粪便、牛的粪便或羊的粪便。
9.如权利要求2所述的一种高炉水渣无土栽培营养基质，其特征在于，其中鸡的粪便在使用前需要经过处理，处理方法为：将鸡粪秸秆粉按3：2的比例混合均匀放在发酵池中，按鸡粪重量百分比加入0.1％～0.6％的鸡粪发酵剂和0.005％～0.01％的纳豆菌，搅拌均匀，自然条件下发酵7～12天，每天翻抛2次；牛粪放在发酵池中，将牛粪发酵剂与米糠以1:6～9的比混匀，放入牛粪中，搅拌均匀，每三天翻抛一次，自然条件下发酵6～9天；羊的粪便在使用前需要经过处理，处理方法为：将羊粪与秸杆粉按体积比1:1的比例参合，使混合后的羊粪与秸秆达到手捏成团，手指缝见水，但不滴水，松手一解即散的状态；粪便发酵专用菌液和玉米面按1:8～15的比例混合，添加到羊粪中，搅拌均匀，放于自然条件下发酵9～13天，每天翻抛1～2次。
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