CN107494042A

CN107494042A - 一种植生基材及其应用

Info

Publication number: CN107494042A
Application number: CN201710744458.1A
Authority: CN
Inventors: 吴建平; 吴辰晨; 刘宇; 邬奇峰; 阮戈飞; 周爱珠
Original assignee: HANGZHOU JIN HAI AGRICULTURE CO Ltd
Current assignee: HANGZHOU JIN HAI AGRICULTURE CO Ltd
Priority date: 2017-08-25
Filing date: 2017-08-25
Publication date: 2017-12-22

Abstract

本发明公开了一种植生基材及其应用，植生基材以质量百分比计，由如下原料制成：禽畜粪便60％；木屑10～20％；山核桃壳10～20％；碳化稻壳10～20％。本发明的植生基材具有较好的理化性质，容重、总孔隙度、大小孔隙比、颗粒大小适中，化学稳定性好，电导率、酸碱性适中，缓冲能力强，在固定、持水、通气、缓冲和提供植物生长营养方便都具有很好的效果。

Description

一种植生基材及其应用

技术领域

本发明涉及禽畜粪便处理技术领域，具体涉及一种植生基材及其应用。

背景技术

植生基材是播种、育苗、栽培时所需要的植物生长基质，植生基材一般由各种土壤颗粒、吸水性的高分子保水材料、缓释肥等组成，植生基材是植物种子萌发的载体基质，直接提供植物生长初期的养分。传统的植生基材包括草炭土、泥炭、木屑及各种有机肥等。

现有的植生基材原料主要依赖进口，成本高。也有就地取材复配的植生基材，例如公开号为CN 102786328A的中国发明申请公开了一种植生基材，由发酵料、保水剂、粉煤灰、膨润土和低品位磷矿粉按配比混合，发酵料包括鱼塘塘泥、动物粪便、秸秆粉、复合菌剂。但是其基材的性能欠佳或存在二次污染。

发明内容

本发明提供一种植生基材及其应用，本发明的植生基材原料就地取材，利用农林废弃物部分替代，大量节约进口原料的来源，取材方便，复合得到的基材性能在持平现有进口基材性能的同时，部分性能也得到提升。

一种植生基材，以质量百分比计，由如下原料制成：

进一步优选，以质量百分比计，由如下原料制成：

更进一步优选方案，以质量百分比计，由如下原料制成：

另一种优选方案，以质量百分比计，由如下原料制成：

优选地，所述禽畜粪便为新鲜牛粪。

牛粪基本性质如表1：

表1新鲜牛粪基本性质

优选地，所述山核桃壳的预处理方法为：新鲜山核桃壳晒干后用饲料磨碎机，将壳粉碎成直径0.5-1.0cm的细块，将细块放在向阳处，一次浇透水使之进行好氧发酵，为防止表面干燥，堆上覆盖塑料膜保湿；堆制环境温度保持在20-25℃。15天后翻倒一次使其发酵均匀，约40-60天，山核桃壳粉全部变为黑褐色时即可使用。

各基质原料的化学形状如表2所示。

表2各基质原料化学性状

各基质原料物理性状如表3所示。

表3各基质原料物理性状

基质材料的容重可以反映基质材料的疏松、紧实程度。容重过大，则基质材料过于紧实，通气透水性能较差，易产生基质材料内渍水，对作物生长不利；而容重过小，则表示基质材料过于疏松，通气透气性较好，有利于作物根系伸展，但不易固定植物，易倾倒，在管理上增加困难。一般地，基质材料的容重在0.1-0.8g cm^-3范围内，作物的生长效果较好。本发明所用材料中，木屑和碳化稻壳较轻<0.2g cm^-3，牛粪、山核桃壳本身含有一定水分，容重较高，在0.5g cm^-3上下，均能够满足植物的正常生长。

材料的总孔隙度由大到小分别为软木屑>牛粪>山核桃壳>碳化稻壳>药渣。总孔隙度越大，表明材料疏松，有利于作物根系生长，但固定和支撑作物的效果较差，容易造成植物倒伏。因此，本发明为了克服某一单一基质材料总孔隙度过大或过小所产生的弊病，用几种不同颗粒大小的基质材料混合制成复合基质材料来使用。

基质材料的总孔隙度只能反映一种基质材料中水分和空气能够容纳的空间的总和，它不能反映基质材料中水分和空气各自能够容纳的空间。基质材料的大小孔隙比能够反映出基质材料中的水、气之间的状况。即如果大小孔隙比大，则说明基质材料中空气容积大而持水容积较小；反之，如果大小孔隙比小，则空气容积小而持水容积大。大小孔隙比过大，则说明通气过盛而持水不足，基质材料过于疏松，种植作物时每天的淋水次数要增加，这给管理上带来不便；而如果大小孔隙比过小，则持水过多而通气不足，易造成基质材料内潴水，作物根系生长不良，严重时根系腐烂死亡。一般来讲，基质材料的大小孔隙比在1.5-4的范围内作物均能较好地生长。本发明所选材料中，牛粪、碳化稻壳和山核桃壳大小孔隙比较为合适，而软木屑偏高。

各基质材料中，软木屑、山核桃壳和药渣有机碳含量较高，在500g kg^-1(有机质为850g kg^-1)上下。而牛粪含有大量水分，碳化稻壳中存有一些黑色矿物，这两个基质材料有机碳含量偏低，分别为392g kg^-1和278g kg^-1。

各基质材料全N含量由大到小分别为药渣>山核桃壳>牛粪>碳化稻壳>木屑。其中药渣含N量超出其他基质材料5-10倍；各基质材料C/N由大到小分别为木屑>碳化稻壳>山核桃壳>牛粪>药渣。正常堆制条件下，基质材料C/N应控制在20-30，软木屑偏高，而药渣偏低，均不能作为主材料使用；各基质材料全P、K均偏低，除山核桃壳的全P含量以外，各材料全P、K均小于1％。

本发明中5种基质材料pH由高到低分别为碳化稻壳>山核桃壳>牛粪>木屑>药渣。基质材料的过酸或过碱一方面可能直接影响到作物根系的生长，另一方面可能会影响到营养元素的平衡、稳定性和对作物的有效性。一般来讲，适合植物生长的基质材料pH范围为5-9。本发明的四种材料均符合适宜植物生长的pH范围。

各基质材料EC值由大到小分别为牛粪>山核桃壳>碳化稻壳>药渣>木屑。EC值不能超过4ms cm^-1，否则会造成盐害。本发明各材料中，除牛粪外，其他材料均小于4ms cm^-1。

本发明通过对对软木屑、牛粪、山核桃壳和碳化稻壳的理化性状分析，然后对几种基质进行合理复配，在本发明配比方案下得到的复配基质，理化性能都都达到一个适合并促进植物生长的水平。

尤其是本发明中采用了碳化稻壳，碳化稻壳的使用可提高基材的离子交换能力，显著提高基材钾元素的含量，提高基材的抗分解能力；同时，碳化稻壳的使用还能促进发酵牛粪中的微生物生长，提高发酵牛粪的效率，缩短发酵时间。常规基材钾元素含量5～800ppm，本发明基材钾元素含量可接近2000ppm，减少后期钾肥的施加量，减少环境污染。本发明的基材的阳离子交换量达到35～40mol/kg。

碳化稻壳本身为市售产品，进一步优选，采用颗粒状碳化稻壳，颗粒粒径优选为1～3mm。

发明的基材可采用传统发酵方法制备，优选地，本发明的植生基材由如下方法制备：

(1)将配方量的畜粪脱水处理得含水率55～60％的固体畜粪和畜粪废液；

(2)将含水55～60％的固体畜粪进行堆置预发酵；将禽畜废液与配方量的木屑、山核桃壳和碳化稻壳混合进行堆置预发酵；

(3)将步骤(2)所得的两种预发酵产品混合，接种发酵菌种，进行复合发酵，即得。

堆置预发酵时间为一周左右(6～8天)。发酵菌种为常规发酵菌种即可，例如EM菌株，可通过市购途径获得，接种量按常规接种量。

采用纯畜粪和应用传统堆置发酵工艺，畜粪有机肥的有机质含量通常在35–55％之间。本发明的配方结合上述生产工艺，添加木屑等高碳物料降低水分。本发明利用木屑本身具有的高碳含量特点，使得畜粪液态的养分浸润到木屑中的同时，有机质得以大幅提高。经过处理的有机肥有机质含量可以达到80％以上。

本发明还提供一种所述植生基材在农林苗木种苗育苗基质中的应用。

包括如下步骤：将本发明所述植生基材作为主料，与其他辅料混合，用于农林苗木种苗育苗基质。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)取材全部来源于农业废弃物，取材方便，来源广泛。

(2)解决了禽畜粪便及其他农业废弃物的污染问题，变废为宝。

(3)本发明的植生基材具有较好的理化性质，容重、总孔隙度、大小孔隙比、颗粒大小适中，化学稳定性好，电导率、酸碱性适中，缓冲能力强，在固定、持水、通气、缓冲和提供植物生长营养方便都具有很好的效果。

(4)本发明通过对特定原料的复配，不同原料的合适配比可调整基质空隙，超越泥炭孔隙比，性能与进口椰糠持平；钾元素含量显著提高，减少后期加肥用量，常规基材钾元素含量5～800ppm，本发明基材钾元素含量可接近2000ppm；本发明基质的离子交换性能与进口椰糠或泥炭持平。

附图说明

图1和图2为不同实施例基材下红叶石楠的生长情况图。

具体实施方式

新鲜牛粪和锯木屑由临安锦大绿产业有限公司附近的养牛场及锯木厂提供。

山核桃壳来自临安山核桃产区：新鲜山核桃壳晒干后用饲料磨碎机，将壳粉碎成直径0.5-1.0cm的细块。将细块放在向阳处，一次浇透水使之进行好气发酵，为防止表面干燥，堆上覆盖塑料膜保湿。堆制环境温度保持在20-25℃。15天后翻倒一次使其发酵均匀，约40-60天，山核桃壳粉全部变为黑褐色时即可使用。

烘干药渣：来自新昌县来益生态农业发展有限公司。

碳化稻壳：来自临安锦大绿产业有限公司。

发酵菌种：市购EM菌种或者采用常规分离筛选方法从发酵堆料中分离。

如自行分离，可按如下步骤分离：

称取样品10g，加入有50mL无菌水的100mL锥形瓶中，摇床振荡摇匀(200r/min、20min，室温)，无菌操作下，取液体样品5mL加入50mL液体牛肉膏蛋白胨培养基中，37℃，200r/min富集培养48h；准备装9mL无菌水的试管若干，以梯度稀释法制成10^-1、10^-2、10^-3、10^-4、10^-5稀释度。选取10^-3、10^-4、10^-5稀释度，取1mL菌液用稀释平板法，倒平板，37℃培养48h。用接种环挑表面生长菌落划线分离，进行多次直到菌落纯化，斜面保藏(4℃)。

分离菌菌株的生理生化鉴定参照微生物学实验(沈萍)进行革兰氏染色及芽胞染色。对照伯杰氏手册进行生理生化鉴定。

鉴定结果：细胞呈杆状，革兰氏染色阳性，内生孢子。在LB平板上菌落乳白半透明，好氧，接触酶反应阳性。根据分离菌株的16S rDNA序列与相近种的16S rDNA构建系统发育树可知，分离菌株位于Bacillus分枝上，与苏云金芽胞杆菌模式种ATCC10792相似性高达100％。结合表型特征可确定分离菌剂应归属于芽胞杆菌(Bacillus sp.)。

实施例1

原料配比(质量百分比)：

(1)将新鲜牛粪脱水得含水率55～60％的固体畜粪和畜粪废液。

(2)取木屑、黑褐色山核桃壳粉、碳化稻壳和药渣混合，作为吸附介质。

(3)将吸附介质与畜粪废液混合，进行堆置预发酵一周；同时将固体畜粪进行堆置预发酵一周。

(4)两组堆置预发酵产物混合，接种发酵菌种，进行堆置发酵81天，得产品A。

实施例2

原料配比(质量百分比)：

(1)将新鲜牛粪脱水得含水率60～70％的固体畜粪和畜粪废液。

(3)将吸附介质与畜粪废液混合，进行堆置预发酵一周左右；同时将固体畜粪进行堆置预发酵一周左右。

(4)两组堆置预发酵产物混合，接种发酵菌种，进行堆置发酵44天，得产品B

实施例3

原料配比(质量百分比)：

(1)将新鲜牛粪脱水得含水率60～70％的固体畜粪和畜粪废液。

(4)两组堆置预发酵产物混合置于发酵槽中，接种发酵菌种，进行堆置发酵56天，得产品C。

实施例4

原料配比(质量百分比)：

(1)将新鲜牛粪脱水得含水率60～70％的固体畜粪和畜粪废液。

(4)两组堆置预发酵产物混合，接种发酵菌种，进行堆置发酵35天，得产品D。

以上实施例所用原料及复合基材的阳离子交换量(CEC)如表4所示：

表4

由表4可知，本发明所得基质的阳离子交换量可达35～40mol/kg。

以上实施例所得产品的物理性状比较如表5所示：

表5

容重、孔隙度和饱和含水量等指标的测定：取风干基质加到已知体积(V)的容器(W0)，称重(W1)，浸泡24h，称重(W2)，再浸泡数次重复称重，直至恒重(W3)，然后把水分自由沥干后再称重(W4)，按照以下公式计算：容重(g/cm³)＝(W1-W0)/V，总孔隙度(％)＝(W2-W1)/V×100，毛管孔隙(％)＝(W4-W1)/V×100，通气孔隙(％)＝总孔隙度-毛管孔隙，大小孔隙比＝通气孔隙/毛管孔隙，饱和含水量(％)＝(W3-W1)/W1×100。

由表5可以看出，A、B、C、D各处理外观颜色及容重上差别不大，主色均为褐色、容重在0.3-0.4g cm^-3之间。总孔隙度各处理差别较大，其中处理A由于添加了10％的药渣，一方面药渣本身为屑状，另一方面在堆制过程中堆料腐解程度过高，致使处理A总孔隙度最小。处理C含有20％的山核桃壳，孔隙度较大的增加，总孔隙度最高。堆料的大小孔隙比决定了堆料中空气与水分储量，是衡量堆料物理性状的重要指标。各处理堆料的大小孔隙比差异较大，在0.20-0.66之间，依次为A<D<B<C。一般认为，水气比以0.33～0.66为宜，即在堆料总孔隙度中空气占25％～40％，水分占60～75％，对幼苗根系及植株生长发育较好。本试验中，B和C水气比分别为0.37和0.66，为更适宜水气比。

实施例5

本发明所得基材红叶石楠培养实验：

供试苗木为红叶石楠扦插苗，由浙江省农科院提供。试验在浙江省农科院温室内进行。温度控制在25℃～35℃，湿度控制在60％～90％。试验以上述四种堆料为主料，配以珍珠岩和蛭石组成四个不同配比处理(表1)，均按4kg m^-3拌入APEX缓释肥(有效期6个月)。试验用塑料盆上口直径10cm，每盆装基质400g。每个处理重复四次，共16盆，随机排列，培养8周后收获，测定株高及地上部干重。

不同实施例基材下红叶石楠的生长情况如图1和图2所示。

由图1和图2可以看出，红叶石楠在B、C两种介质中生长最好，地上部及株高均显著高于其他两个介质处理。红叶石楠在介质A中生长最差，可能的原因有3点：(1)由于A中的药渣填料含氮过高，微生物腐解过程中可能会分解出有害有机酸，残留在介质中，毒害植物，使植物生长不良。(2)介质A电导率很高，对植物造成了盐害。(3)介质A大小孔隙比较低，通气孔隙较差，也一定程度上影响了植物的生长。介质D稍好，但其通气孔隙较低也一定程度上影响了植物的生长。

各堆制处理(A、B、C、D)堆制温度均呈左偏的抛物线，总用时分别为81，44，56和35天。各堆料处理初始含水量在63％-74％之间，堆肥过程中的含水率均呈不断下降的趋势。初期A、B、D堆制处理的pH较低，但堆制至10天时，pH迅速升高，在8.0左右浮动之后变幅不大，处理C一直在8.0左右上下浮动。各堆制处理初期EC值均呈上升的趋势，后期EC值呈下降的趋势。但处理A在堆肥后期降幅不大，仍在5.5ms cm^-1左右徘徊。在堆制过程中，各处理总碳均呈下降的趋势，总氮、磷、钾初期含量有所下降，后期有所上升。A、B、C、D堆肥材料的初始的C/N分别为7.5，26.4，22.1和27.3，表明后3者为适宜堆制的C/N比。各处理外观颜色及容重上差别不大，主色均为褐色、容重在0.3-0.4g cm^-3之间。总孔隙度各处理差别较大，处理A总孔隙度最小，处理C总孔隙度最高。堆料B和C水气比分别为0.37和0.66，为适宜水气比，而其他堆料如A为0.20，D为0.26，水气比均超出苗木种植适宜范围。通过生物培养实验可以看出，红叶石楠在B、C两种介质中生长最好，地上部及株高均显著高于其他两个介质处理。以堆制时间来比较，堆料B的堆制时间小于堆料C，因此，堆料B的农业废弃物搭配为本试验最适配比，即60％牛粪+20％木屑+10％山核桃壳+10％碳化稻壳。

以上所述仅为本发明专利的具体实施案例，但本发明专利的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims

1.一种植生基材，其特征在于，以质量百分比计，由如下原料制成：

。

2.根据权利要求1所述植生基材，其特征在于，以质量百分比计，由如下原料制成：

3.根据权利要求2所述植生基材，其特征在于，以质量百分比计，由如下原料制成：

4.根据权利要求1所述植生基材，其特征在于，以质量百分比计，由如下原料制成：

5.根据权利要求1所述植生基材，其特征在于，以质量百分比计，由如下原料制成：

6.根据权利要求1～5任一权利要求所述植生基材，其特征在于，所述禽畜粪便为新鲜牛粪。

7.根据权利要求1～5任一权利要求所述植生基材，其特征在于，所述山核桃壳的预处理方法为：新鲜山核桃壳晒干后粉碎成直径0.5-1.0cm的细块，将细块放在向阳处，一次浇透水使之进行好氧发酵，堆制环境温度保持在20-25℃，15天后翻倒一次使其发酵均匀，发酵至山核桃壳粉全部变为黑褐色即可使用。

8.根据权利要求1～5任一权利要求所述植生基材，其特征在于，碳化稻壳采用颗粒状碳化稻壳，粒径为1～3mm。

9.一种如权利要求1～8任一权利要求所述植生基材在农林苗木种苗育苗基质或有机肥中的应用。