CN109796267A - 一种甜瓜专用全营养缓释栽培基质及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种甜瓜专用全营养缓释栽培基质，具体地说是一种包含轻基质草炭、秸秆来源生物质炭、蚯蚓粪、化学肥料、有机肥、氨基酸以及根际活性菌的栽培基质的制备方法，能够为甜瓜生育期提供充足养分、延长肥效期、保持土壤水分、促进作物生长、提高作物产量。甜瓜专用全营养缓释栽培基质包括以下重量份组分：草炭、生物质炭粉、蚯蚓粪、有机肥、化学肥料、复合氨基酸和根际活性菌。基质中有机肥和化学肥料含大量元素和微量元素，保持土壤氮磷钾三要素的配比相对稳定，实现平衡施肥的应用效果，同时缓慢释放肥效，能够充足的长期满足和供应植物生长所需的多种养分，保产、增产，还能够减少液体化学肥料喷施而降低硝酸盐排出，减轻环境污染。

Description

一种甜瓜专用全营养缓释栽培基质及其制备方法

技术领域

本发明属于现代农林业生产技术领域，特别涉及一种甜瓜专用全营养缓释栽培基质及其制备方法。

背景技术

甜瓜等瓜类是春季上市较早的畅销果品，瓜类产业随着设施农业和农业产业结构的调整而迅速发展，成为农民增收的主要项目之一。甜瓜生产模式更多的以大棚或日光温室早熟栽培为主，经济效益较高；但受土壤盐渍化、土壤酸化、土传病虫害的影响，甜瓜设施栽培存在严重的连作障碍，即使采用洗盐、闷棚、嫁接、药剂防治等措施，效果仍不理想，随着连作年限的不断增加，设施甜瓜生产成本也逐步提高，且产量下降、品质劣化。基质栽培能有效克服甜瓜连作障碍，省去瓜苗嫁接环节，但商品栽培基质价格昂贵，难以大面积推广应用。利用栽培基质替代营养土(以质代土)能有效避免取用耕层土造成的农业和环境问题，对节约土地资源、保护环境具有积极作用，研究者因地制宜的选择更多栽培基质，如南方多使用椰壳、甘蔗杆等，北方多使用砂、草炭等。对于甘蔗杆和椰壳，在种植前需要铡碎，飞石肥共，砂、草炭单独使用具有不保水或者透水性差的问题。且部分基质配方中多以草炭、珍珠岩、蛭石等不可再生矿质资源为主。但随着栽培基质需求量增加，因为草炭等资源的不可再生性、我国草炭资源分布的不均匀性及其高昂价格，基于资源保护和环保需求，研究不破坏生态环境的培育健康秧苗技术成为亟需攻克的难题，探寻新型基质物料和配方成为广大研究者的任务。利用农林生物质废弃物制备生物炭和有机肥替代草炭，开发环保、低价、来源充足、栽培效果好的草炭替代型栽培基质产品，考虑各种基质的不同特性，探索具有不同理化特性的有机基质配合使用，选择适宜的基质配方，加入不同配比的全营养配方肥，制备适宜的营养全面、养分含量充足、且配比合理、低成本的全营养配方肥栽培基质，具有重要的实践意义。

辽宁省是种植大省，秸秆资源丰富，经试验，将价格低廉的秸秆炭化或堆腐处理后用作甜瓜栽培基质的主要原料，既可解决连作障碍问题，又不会大幅增加生产成本，在辽宁省及周边地区具有较高的推广价值。

在中国，有机质含量丰富的农林生物质废弃物资源年产约14亿t，其中仅玉米、水稻、小麦等作物秸秆产量就达7亿t，但大量被随意填埋、焚烧，造成资源浪费和严重污染环境，其中秸秆还田量占比不足20％。而将这些农业废弃物作为可再生能源循环利用，可以减少对环境的污染，可以在一定程度上部分或全部替代草炭等不可再生资源。

继农业废弃物堆腐产物替代草炭等，生物质炭化产物替代草炭等具备更好的发展前景。生物炭富有孔隙结构、含碳量高、含有多种活性基团、有较大的比表面积、孔隙结构和阳离子交换量等特点能够利于作物更好的利用水分和养分，提高养分有效性，保水保肥，减轻现有栽培基质带病率高、能源消耗高、保水性和稳定性差、离子交换能力差等问题。

发明内容

有机基质本身含有一定的营养，基质配方的选择非常重要。本发明利用农田废弃物的炭化物替代栽培基质中的草炭，提供一种既能保水抗旱、又能提高农产品品质的有机生态型甜瓜等瓜类专用栽培基质及其制备方法。

本发明技术方案如下：

一种甜瓜定植栽培基质，由蚯蚓粪、生物质炭粉、蚯蚓粪、有机肥(牛粪或者鸡粪)、化学肥料(三种大量元素和几种微量元素的组合)、活性菌、沸石组和微量元素成，按重量百分比例计，其具体成份为：草炭15-20％、生物质炭粉20-25％、蚯蚓粪20-25％、有机肥15-25％、化学肥料9.9％(尿素1.5％、磷酸二铵2.5％、硫酸钾5.0％、硼砂0.1％、硫酸锌0.1％、硫酸镁0.2％)、复合氨基酸0.5％和根际活性菌5.0％。

其中，所述草炭为东北草炭，购自市场，有机质含量平均60％或以上，腐植酸平均重量百分数含量32％，氮平均含量0.81％，钾平均含量0.05％，pH值5.0-6.8；

所述生物炭由玉米秸秆制得，其制备方法包括：将玉米秸秆除去杂质后风干或烘干，粉碎过筛≤1cm；粉碎后的玉米秸秆以5-10℃·min^-1升温至400-450℃进行无氧炭化反应，反应保温1.5-2h；将秸秆炭化物冷却至室温，粉碎过筛，获得秸秆来源生物炭，有机碳含量40％以上，全氮含量0.45％，全磷1.4％，全钾3.5％，pH值9.00-10.5；

腐熟鸡粪购自市场，含水量≤20％，经粉碎，粒径≤40-60目；

蚯蚓粪购自市场，含水量≤20％，经粉碎，粒径≤40-60目；

复合氨基酸购自塔城市星河生物工程有限责任公司，“新地牌”氨基酸，原料棉粕产于新疆天山北部的乌苏地区。混合氨基酸总量和单质氨基酸种类及其含量高于其它来源的氨基酸，含水量20％，粒径≤40-60目；

生物菌剂以枯草芽胞杆菌(Bacillus subtilis)为主，有效活菌数≥1.2亿个·g^-1。

将上述物质粉碎，粉碎后的原料按如下重量百分比比例混合：草炭15-20％、生物质炭粉20-25％、蚯蚓粪20-25％、有机肥15-25％、化学肥料9.9％(尿素1.5％、磷酸二铵2.5％、硫酸钾5.0％、硼砂0.1％、硫酸锌0.1％、硫酸镁0.2％)、复合氨基酸0.5％和根际活性菌5.0％，按比例混合后即可，所述甜瓜栽培基质的含水量最好在％5≥wt≤10％范围，pH值在6.0～6.5范围。

其制备方法包括生物质炭的制备和粉碎、有机肥和蚯蚓粪等其它原料的粉碎，各种材料按比例混合而成。

将农业有机废弃物替代草炭等不可再生资源应用于栽培基质，既充分利用再生能源、减少对环境的污染，还能减轻不可再生资源减少、地貌自然环境破坏等问题。

草炭来自有机动植物遗体，是一种比较丰富的资源，为世界各国利用。草炭不含有害污染物质，本身含有丰富的有机质、腐植酸、作物必需的各种营养元素(包括大量元素和微量元素)和大量生物活性物质，含有为植物提供无机养分，增强某些微生物活性，提高微生物的数量，提高土壤酶活性，通过络合促进金属元素的吸收，促进根的伸长；缓解土壤磷的固定，活化土壤肥力，且延长氮磷肥效，对提高农作物质量品质和产量效果显著，广泛用于土壤改良剂、生产栽培基质、有机肥、复合复混肥和植物生产激素等。

将农林废弃物等生物质无氧炭化成为生物炭，含有多种活性基团如酚羟基、羧基、醇羟基、烯醇基、磺酸基、氨基、醌基、羰基、甲氧基等，且具有较大的比表面积、孔隙结构和阳离子交换量，在栽培基质中添加生物炭可以吸附土壤中未被作物利的水分和养分，延缓养分在土壤中的保留时间，减弱其在基质中的迁移转化能力，具有良好的持水持肥性、缓冲能力强、通气性好、阳离子交换量高、容重轻、化学稳定性能好等特点，具有一定的固氮保肥保水功能，利于作物品质的改善。生物炭能吸附有害物质，还可以为菌根和细菌等有益微生物提供生存和繁殖场所，同时可促进特殊类群微生物的栖息生长。

将作物秸秆、农产品废料、牲畜禽类等就地堆制成为有机肥料，兼容速效养分与迟效养分、有机养分与无机养分，如腐殖质、高分子有机化合物、微生物活体等有机胶体和各种粘土矿物的无机胶体，具有巨大的表面能，含有大量元素氮、磷、钾和中微量元素硫、钙、镁、锌、钼、铜、铁等作物生长所需的多种营养元素，可满足作物各个时期养分的需求。有机肥料还含有胡敏酸、氨基酸、蛋白质、糖、脂肪等各种有机养分，是重要的营养源。施用有机肥可提高作物产量，还能促进营养元素转化与利用，增强基质微生物活性，提高作物抗性，改善品质；使用有机肥源代替营养液，在一定程度上节约用水，并减少硝酸盐等污染。

利用蚯蚓对畜禽粪便、农作物秸秆、生活垃圾、工业废弃物等有机废弃物进行处理，在使其资源化且避免资源浪费和环境污染的同时，还能产生具有多种功能的生物有机肥-蚯蚓粪。用农作物秸秆饲养蚯蚓操作简单、成本低、费工少。将秸秆堆垛其洒水保持一定湿度，放养蚯蚓。每平方米蚯蚓养殖面积每年可消耗农作物秸秆2T左右，获得蚯蚓粪1T左右。蚯蚓粪市场价格200-300元每立方米，成本比草炭降低20％。蚯蚓粪营养丰富，养分全，肥效长，pH为中性，其有效磷和速效钾含量较高，分别是草炭的10倍、4倍左右，还含有硼、锰、锌、钼、铜等多种微量元素。蚯蚓粪理化性状优良，其容重和总孔隙度均在较为适宜的范围内，容重高于草炭2倍，但在栽培基质的适宜容重(0.2-0.8g·cm^-3)范围内，总孔隙度小于草炭，高于54％以上，其团粒比草炭致密，对水分的吸附能力略差。蚯蚓粪可应用于基质，使其疏松肥沃、通风透气、保水保温好。将草炭、生物炭和蚯蚓粪联合应用于栽培基质，则可扬长避短，有机废弃物得到更好的再利用，可以全部或部分替代草炭。蚯蚓粪对人、畜、植物均无毒害，无环境污染，具有成本低和安全性强的优点，可作为有机栽培基质。

化学肥料所含氮、磷、钾等是构成植物体内蛋白质、核酸、叶绿素和多种酶、多种维生素的主要成分，是植物必须元素。生物炭、草炭和蚯蚓粪与化学肥料结合应用，在一定程度上可提高肥料利用率低并延长肥效，在保证作物产量和品质的前提下适当减少了肥料施用量，减少施用水溶肥造成的水资源浪费、劳动量和费用增加以及淋溶污染等。甜瓜生长对氮素营养水平的反应比较敏感，氮素营养水平直接影响其产量和品质。研究表明，该基质可提高作物叶片的叶绿素含量和光合速率，增加物质积累和产量，提高品质。

本发明在栽培基质将有机肥源引入其中，供给植物根系按需选择吸收各种肥源的养分及营养液的水分，能较好的避免营养液使用中存在的用水成本高、有硝酸盐污染等缺陷；将沸石添加到栽培基质中，能发挥和生物炭、有机肥同样的固氮保肥保水功能，同时携带进入多种微量元素，提高作物抗性及改善作物品质。

园艺保护设施内连续周年种植作物，其复种指数高，发病率高，且施肥、灌溉、耕作频率大、温度高、蒸发量大，但得不到自然降水的琳洗，表层盐分大量积累，进而对作物造成盐胁迫，影响作物正常的生理代谢和生长发育，严重阻碍了设施园艺的健康、可持续发展。有益微生物如枯草芽抱杆菌的引入既能防治植物病害，又能缓解无土栽培作物的盐胁迫伤害，促进植物生长。

将草炭、生物炭、腐熟有机肥及生物菌剂综合利用制备的栽培基质，不仅其EC值低，疏松透气、保水性好，有利于种子发芽、种苗根系发达，还含有较多的有机质，还能有效地活化养分，促进植物对养分的吸收，能提供甜瓜所需营养并固定其根系。

选用枯草芽抱杆菌进行添加(其在自然环境中广泛存在且对人畜无毒无害，是不污染环境的非致病细菌)，能够产生多种物质抑制根际病原微生物，抗细菌和真菌，具有防治植物病害、缓解无土栽培甜瓜的盐胁迫伤害和促生增产作用。

与其它普通栽培基质相比，本发明的主要优点是：

(1)大量节省生产费用，节能环保；操作简便，简单易学。

(2)为农村有机废弃物的合理运用找到了一条新的利用途径。

(3)生物炭和化学肥料结合添加可以增加肥效，保证全生育期的养分供应，同时减少硝酸盐排出。

(4)所用有机肥经过高温发酵，减轻环境污染。

(5)生物炭和蚯蚓粪的引入能部分替代不可再生资源，生态、社会和经济效益潜力巨大。

(6)生物菌剂的添加可起到抗菌防病害和促生长提产量的作用。

具体实施方式

下面通过实施例详述本发明。

实施例1(以重量百分比计，下同)

取利用太阳能、风能等预先干燥过(即风干或烘干)的玉米秸秆，粉碎后置于焖烧炉中(焖烧温度控制一定范围400℃-450℃)，炭化2小时，干燥要求含水量≤20％。将来源于秸秆的生物炭(含碳50％～60％干基)粉碎并过60目筛。

将发酵好的鸡粪或者牛粪有机肥粉碎过60目筛，要求含水量≤20％；

最后将15份草炭、20份生物质炭粉、24.6份腐熟鸡粪、25份蚯蚓粪、9.9份化学肥料(尿素：磷酸二铵：硫酸钾：硼砂：硫酸锌：硫酸镁＝1.5:2.5:5:0.1:0.1:0.2)、0.5份氨基酸和5份生物菌剂(干基重量)混合，即得到栽培基质1#。

实施例2

取利用太阳能、风能等预先干燥过(即)的玉米秸秆，粉碎后置于焖烧炉中(焖烧温度控制一定范围400℃-450℃)，炭化2小时，干燥要求含水量≤20％。将来源于秸秆的生物炭(含碳50％～60％干基)粉碎并过60目筛。

将发酵好的鸡粪有机肥粉碎过60目筛，要求含水量≤20％

最后将20份草炭、24.6份生物质炭粉、15份腐熟鸡粪、25份蚯蚓粪、9.9份化学肥料(尿素：磷酸二铵：硫酸钾：硼砂：硫酸锌：硫酸镁＝1.5:2.5:5:0.1:0.1:0.2)、0.5份氨基酸和5份生物菌剂(干基重量)混合，即得到栽培基质。

试验设置：设草炭土和蛭石(2:1)做基本材料并添加肥料9％(N-P-K＝15:15:15)为对照CK，上述栽培基质处理分别为1#和2#，每种基质4盆即4次重复。2017年4月在辽宁省沈阳市郊区大棚内，将薄皮甜瓜秧苗(银泉1号)(育苗后生长30-35天后达到三叶一心阶段)分别定植盆中，12盆随机排列。定植前先进行滴灌，使基质充分吸水，每种配方处理采用清水浇灌基质；定植不宜过深，以不埋没子叶为准，防止茎秆腐烂；定植后浇足定根水，以利及时缓苗。其余管理措施一致。

定植30天后为开花授粉期，取样测定，用直尺、游标卡尺、天平和叶面积测定仪分别测定秧苗的株高、茎粗、地上部和根系干重、叶面积，用手持叶绿素计测定叶绿素含量。

结果：栽培基质处理1#和2#的植株叶数、茎粗、株高显著高于CK(草炭土+蛭石)处理，1#和2#有一定差异，但未达到显著水平。处理1#和2#的叶片深绿色，叶绿素含量增大，根系丰富，秋收后产量增加5-8％，显著高于CK(草炭+蛭石)。

注：壮苗指数(或丰产性能指数)＝(茎粗/株高+根干重/地上部干重)×全株干重

本发明栽培基质合理利用农村有机废弃物部分替代草炭或其它资源量日益减少的不可再生资源，能显著提高肥料养分利用率，且该基质所用有机肥经过高温发酵，蚯蚓粪能够较好的与生物炭中和，调节pH、孔隙度及比重。基质中有机肥和化学肥料含大量元素和微量元素，保持土壤氮磷钾三要素的配比相对稳定，实现平衡施肥的应用效果，同时缓慢释放肥效，能够充足的长期满足和供应植物生长所需的多种养分，保产、增产，还能够减少液体化学肥料喷施而降低硝酸盐排出，减轻环境污染。科学地加入氨基酸能更好的促进作物代谢，植物(棉粕)来源氨基酸中的赖氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、天门冬氨酸含量高于动物氨基酸，其单质氨基酸及其组合对作物的增产、品质改善等作用显著，且优于动物来源的氨基酸。添加微生物菌剂能更好的增强作物抗病性、抗逆性。该栽培基质生产工艺简单易行、投资小、见效快，元素比例符合甜瓜生长需求，能延长肥效、调理植物生长、提高作物产量和质量，适用于甜瓜栽培，可广泛地应用，具有广阔的市场前景和良好的社会效益及经济效益。

Claims (10)

1.一种甜瓜专用全营养缓释栽培基质，其特征在于：由草炭、生物质炭粉、蚯蚓粪、有机肥、化学肥料、氨基酸和活性菌的一种或多种组成，按重量百分比例计，其具体成份为：草炭15-20％、生物质炭粉20-25％、蚯蚓粪20-25％、有机肥15-25％、化学肥料9.9％、复合氨基酸0.5％和根际活性菌5.0％。

2.一种权利要求1所述甜瓜专用全营养缓释栽培基质的制备方法，其特征在于：包括干燥、粉碎、按比例混合，粉碎后的原料按如下重量百分比比例混合：草炭15-20％、生物质炭粉20-25％、蚯蚓粪20-25％、有机肥15-25％、化学肥料9.9％、复合氨基酸0.5％和根际活性菌5.0％。

3.根据权利要求2所述甜瓜专用全营养缓释栽培基质的制备方法，所述草炭(又称草炭土)来源为东北草炭，含有机质含量平均60％或以上，腐植酸平均含量32％，氮平均含量0.81％，钾平均含量0.05％，pH值5.0-6.8。

4.根据权利要求2所述甜瓜专用全营养缓释栽培基质的制备方法，其特征在于：按重量百分比计，所述生物炭粉由玉米秸秆制得，生物炭粉的制备方法为：将玉米秸秆除去杂质后风干和/或烘干，粉碎过筛≤1cm；粉碎后的玉米秸秆以5-10℃·min^-1升温至450-500℃进行无氧炭化反应，反应保温1.5-2h；将秸秆炭化物冷却至室温，粉碎过筛(40-60目)，获得秸秆来源生物炭。

5.根据权利要求2所述甜瓜专用全营养缓释栽培基质的制备方法，其特征在于：所述蚯蚓粪含水量≤20％，粉碎，粒径≤40-60目。

6.根据权利要求2所述甜瓜专用全营养缓释栽培基质的制备方法，其特征在于：所述有机肥为腐熟鸡粪和/或者牛粪，含水量≤20％，经粉碎，粒径≤40-60目。

7.根据权利要求2所述甜瓜专用全营养缓释栽培基质，其特征在于：所述化学肥料重量百分数包括尿素1.5％、磷酸二铵2.5％、硫酸钾5.0％、硼砂0.1％、硫酸锌0.1％、硫酸镁0.2％，含水量≤20％，经粉碎，粒径≤40-60目。

8.根据权利要求2所述甜瓜专用全营养缓释栽培基质的制备方法，其特征在于：所述复合氨基酸为粉末状态的植物(棉粕)来源氨基酸，粒径≤100目。

9.根据权利要求2所述甜瓜专用全营养缓释栽培基质的制备方法，其特征在于：所述根际活性菌为生物菌剂为枯草芽胞杆菌(Bacillus subtilis)，有效活菌数≥1.2亿个/g。

10.一种权利要求1所述栽培基质在甜瓜专用栽培中的应用。