CN109874637A - 一种高效环保育苗基质的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效环保育苗基质的制备方法，属于育苗材料技术领域。本发明以秸秆和新鲜牛粪为原料，采用低温热解制生物炭技术制备生物炭，具有显著的固碳作用和对土壤肥效的促进作用，制备的生物炭表面比较粗糙，呈现凹凸不平、蜂窝状结构，表面存在发达的、孔径不一的孔结构，其中一部分碳原子形成了稳定的片层石墨结构，有利于应用中生物炭性质保持相对稳定；将秸秆和牛粪混合制备生物炭可以防止其对环境的污染，且具有良好的吸附效果，对土壤起到贮水保肥的功效；本发明将青霉菌和制备的生物炭联合，制备出高效环保育苗基质，促进功能菌株苗期的根际定殖和移苗后促生功能的发挥，具有高效、广谱、长效、安全、无污染、无残留的特点。

Description

一种高效环保育苗基质的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高效环保育苗基质的制备方法，属于育苗材料技术领域。

背景技术

植物的工厂化生产的最早雏形出现在北欧的设施园艺，蔬菜工厂化育苗是在植物工厂化的发展过程中逐渐分化出来的，现已形成一项独立的产业。为实现国内的现代化农业与世界接轨，工厂化育苗、工厂化生产都是必然趋势。其中，工厂化育苗最为关键的就是育苗基质的选择。

传统的育苗基质多以草炭为主要原料，其占基质总量的50~60％，甚至需要高达70-80％，才能满足植物的育苗需求，成本较高。而草炭属于不可再生资源，长期依赖草炭，会对环境造成较大的破坏；并且，草炭资源分布不均匀，受地域限制，长途运输也会增加育苗成本。此外，草炭虽全氮含量高，但多为有机态氮，难以被植物吸收利用，幼苗直接利用率低下，肥效相对较差，并且在基质的含水量低于40％时，基质不吸水，浇水困难，影响植物的育苗进程。

近年来，随着现代集约化畜禽养殖和食用菌种植规模的不断扩大，畜禽粪便和菌糠的产生量越来越大，然而，由于资源化利用方式和转化程度的制约，导致未被利用的畜禽粪便和菌糠成为农村环境面源污染的主要来源，严重危害了相关产业的良性发展和新农村建设。

畜禽粪便和菌糠中蕴藏着巨大的利用潜能效益，是宝贵的生物资源。根据我国年畜禽排泄粪尿产生量进行养分折合计算，含N约1957万吨，是现有氮肥施用量的78.9%；含P2O3约363万吨，是现有磷肥施用量的57.4%；含K2O约1341万吨，是现有钾肥用量的298%。经检测，棉籽壳、稻草、玉米芯、木屑等不同栽培料的菌糠营养成分丰富，有机质含量达到60%以上，同时富含氮、磷、钾、有机碳、粗蛋白等营养元素。

我国蔬菜育苗正向适度规模化和集约化方向发展。同时，在更加强调食品安全的今天，通过培育壮苗来实现减少农药化肥的施用，是生产绿色生态蔬菜的关键。因此，蔬菜育苗基质营养成分配比及育苗效果是蔬菜育苗基质研发的主要环节。目前，育苗基质的原料主要是草炭，但是由于草炭的过度开发利用，导致的环境问题凸显，草炭替代品的研究成为蔬菜育苗基质研究的热点。

通过文献检索，在畜禽粪便和菌糠资源化利用方面，以菌糠为原料，与珍珠岩、蛭石、炉渣、河沙、畜禽粪便等进行简单发酵和直接混配，进行辣椒、番茄、黄瓜等蔬菜育苗基质研究的报道较多。但高比例菌槺与猪粪（鸡粪）通过专用菌剂进行生物发酵和无害化处理，再针对茄果类蔬菜苗期营养特点，进行营养平衡调配，制备专用茄果类蔬菜育苗基质的研究未见报道。

育苗基质是现在育苗中一项重要技术，传统育苗基质以草炭为主，并按一定比例混配珍珠岩、蛭石等无机物，它改变了传统上用土壤作基质进行育苗的方式。草炭也称为泥炭，是死亡植物残体在沼泽环境中转化、积累形成的有机矿物资源。草炭结构比较稳定，比表面积大，纤维含量丰富，通气性和透水性好，疏松多孔具有多孔渗水的功能。草炭中含有腐植酸类物质，这种物质属于半醌结构，既能氧化为醌，又能还原为酚，作为一种生物活性物质，具有较强的抗旱、抗病、抗低温、抗盐渍的作用。草炭除了自身能提供营养，还能保护并贮存施入肥料中营养元素，有较强的离子交换能力和盐分平衡控制能力，是优质的基质原料，草炭的广泛应用和巨大的市场需求造成了对草炭资源的大规模开发，但草炭资源的不可再生性和其作为重要的湿地类型之一，对草炭的大量开采势必造成开采地生态环境的破坏和大量耕地不可恢复的损失。此外，随着开采量的日益增大，草炭产品质量也在逐渐下降。且材料价格偏高，特别是泥炭为短期内不可再生资源，因此过度依赖传统基质将严重制约我国苗木产业的持续发展。寻找当地资源丰富，价格低廉的替代产品作为育苗基质势在必行。

近年来，工厂化育苗逐渐被许多农业方面有识之士接受，这也极大地促进了育苗基质的应用研究。使用较多的基质材料有泥炭、岩棉、蛭石、珍珠岩、蔗渣、沙砾和陶粒等。目前岩棉和泥炭在全球应用最广泛，是世界上公认的较理想的栽培基质。但随着逐年大量使用，其给社会和生态环境带来了负面效应也日趋明显，一方面由于岩棉不可降解，大量使用给环境带来了二次污染；另一方面，泥炭是不可再生的资源，过量的开采有耗竭的危险；因此，需要在育苗基质中减少泥炭、岩棉等材料的使用，开发能够替代泥炭、岩棉等材料的新育苗基质。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对岩棉不可降解，大量使用给环境带来了二次污染，过量的开采有耗竭的危险的问题，提供了一种高效环保育苗基质的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

（1）将玉米秸秆自然风干，并粉碎至5～10mm，即得风干秸秆，将新鲜牛粪自然风干，并粉碎至5～10mm，即得风干牛粪，将风干秸秆和风干牛粪混合，进行球磨处理，即得混合物，将混合物置于管式炉中，进行保温煅烧处理，随炉温冷却，即得坯体，将坯体粉碎、研磨并过筛处理，即得基料，将基料浸泡在质量分数为5%盐酸中进行酸浸泡处理，过滤得滤渣，将滤渣进行洗涤并干燥处理，冷却至室温，即得前驱体；

（2）将青霉菌接种至液体培养基中，进行振荡培养处理，即得菌悬液，将菌悬液进行离心分离处理，取上清液，将上清液和前驱体混合，进行真空搅拌处理，即得高效环保育苗基质。

步骤（1）所述的将风干秸秆和风干牛粪混合，进行球磨处理步骤为：按质量比1∶3将风干秸秆和风干牛粪混合，在搅拌速度为400～500r/min下球磨10～20min。

步骤（1）所述的将混合物置于管式炉中，进行保温煅烧处理步骤为：将混合物置于管式炉中，以5～10℃/min的升温速率升温至200～300℃下保温20～30min，然后以10～15℃/min的升温速率升温至700～800℃下保温60～70min。

步骤（1）所述的将坯体粉碎、研磨并过筛处理步骤为：将坯体粉碎，研磨过200～230目筛。

步骤（1）所述的将基料浸泡在质量分数为5%盐酸中进行酸浸泡处理步骤为：按质量比1∶10将基料浸泡在质量分数为5%盐酸中30～50min。

步骤（1）所述的将滤渣进行洗涤并干燥处理步骤为：用去离子水洗涤滤渣至中性，并置于温度为60～80℃的烘箱中干燥至恒重。

步骤（2）所述的液体培养基按质量百分比组分由超纯水60.0%、蛋白胨22.0%、牛肉膏16.0%、碳酸氢钠0.90%、碳酸钠1.10%组成。

步骤（2）所述的将青霉菌接种至液体培养基中，进行振荡培养处理步骤为：将青霉菌接种至液体培养基中，在温度为25～30℃，搅拌速度为150～170r/min下振荡培养1天。

步骤（2）所述的将菌悬液进行离心分离处理步骤为：将菌悬液在离心速度为8000～10000r/min下离心分离5～10min。

步骤（2）所述的将上清液和前驱体混合，进行真空搅拌处理步骤为：按质量比1∶100将上清液和前驱体混合，在搅拌速度为500～600r/min，真空条件下搅拌1～2h。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明以玉米秸秆和新鲜牛粪为原料，采用低温热解制生物炭技术制备生物炭，具有显著的固碳作用和对土壤肥效的促进作用，制备的生物炭表面比较粗糙，呈现凹凸不平、蜂窝状结构，表面存在发达的、孔径不一的孔结构，其中一部分碳原子形成了稳定的片层石墨结构，有利于应用中生物炭性质保持相对稳定；将秸秆和牛粪混合制备生物炭可以防止其对环境的污染，且具有良好的吸附效果，对土壤起到贮水保肥的功效；生物炭是涵养水源、固持养分的良好载体，它的孔隙结构能减小水分的渗滤速度，增强基质对溶液中移动性很强和容易淋失养分元素的吸附能力，进而影响土壤的渗透模型、土壤溶液的停留时间及流程；生物炭添加量越高，土壤的持水能力越好，土壤的持水能力与生物炭掺量呈正相关，生物炭还能够改善基质水分蒸发性能，基质中添加生物炭可以抑制水分蒸发，从而延长水分释放的时间，随着生物炭用量增加，抑制作用更加显著；

（2）生物炭还可以为菌根的这些有益的微生物提供生存和繁殖的场所，微生物的基础呼吸作用、微生物生物量、微生物数量的增长和微生物的功能均随生物炭施入水平(50、100和150g/kg)的增加呈线性增加；生物炭强大的“网络结构”分布在基质中会形成吸附微区，为根系生长提供能量源泉；生物炭的孔隙结构明显改善了基质的通透性，有利于深层根系的形成；生物炭在水稻生长前期明显提高了根活力、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；

（3）本发明将青霉菌和制备的生物炭联合，制备出高效环保育苗基质，制备的生物炭拥有丰富的多微孔碳架结构、巨大的比表面积和孔隙度，使其具备了极强的吸附能力，为水分和养分的固持能力提供了理想载体；促进功能菌株苗期的根际定殖和移苗后促生功能的发挥，具有高效、广谱、长效、安全、无污染、无残留的特点，能促进植物根系及植物营养器官的生长，对种子的萌发与幼苗生长具有促进作用，达到增产的效果；制备的育苗基质能够产生一些植物促生物质，也能够改善植物根际环境，对病害的生物调控，改变微生物环境平衡，生物菌旺盛的代谢作用能加强土壤中有机物质的分解，促进植物营养元素的矿化，增加了对植物营养供应，减少农药和化肥的使用，改善了土壤、水源和食品污染。

具体实施方式

将玉米秸秆自然风干，并粉碎至5～10mm，即得风干秸秆，将新鲜牛粪自然风干，并粉碎至5～10mm，即得风干牛粪，按质量比1∶3将风干秸秆和风干牛粪混合，在搅拌速度为400～500r/min下球磨10～20min，即得混合物，将混合物置于管式炉中，以5～10℃/min的升温速率升温至200～300℃下保温20～30min，然后以10～15℃/min的升温速率升温至700～800℃下保温60～70min，随炉温冷却，即得坯体，将坯体粉碎，研磨过200～230目筛，即得基料，按质量比1∶10将基料浸泡在质量分数为5%盐酸中30～50min，过滤得滤渣，用去离子水洗涤滤渣至中性，并置于温度为60～80℃的烘箱中干燥至恒重，冷却至室温，即得前驱体；液体培养基按质量百分比组分由超纯水60.0%、蛋白胨22.0%、牛肉膏16.0%、碳酸氢钠0.90%、碳酸钠1.10%组成，将青霉菌接种至液体培养基中，在温度为25～30℃，搅拌速度为150～170r/min下振荡培养1天，即得菌悬液，将菌悬液在离心速度为8000～10000r/min下离心分离5～10min，取上清液，按质量比1∶100将上清液和前驱体混合，在搅拌速度为500～600r/min，真空条件下搅拌1～2h，即得高效环保育苗基质。

将玉米秸秆自然风干，并粉碎至5mm，即得风干秸秆，将新鲜牛粪自然风干，并粉碎至5mm，即得风干牛粪，将风干秸秆和风干牛粪混合，进行球磨处理，即得混合物，将混合物置于管式炉中，进行保温煅烧处理，随炉温冷却，即得坯体，将坯体粉碎、研磨并过筛处理，即得基料，将基料浸泡在质量分数为5%盐酸中进行酸浸泡处理，过滤得滤渣，将滤渣进行洗涤并干燥处理，冷却至室温，即得前驱体；将青霉菌接种至液体培养基中，进行振荡培养处理，即得菌悬液，将菌悬液进行离心分离处理，取上清液，将上清液和前驱体混合，进行真空搅拌处理，即得高效环保育苗基质。将风干秸秆和风干牛粪混合，进行球磨处理步骤为：按质量比1∶3将风干秸秆和风干牛粪混合，在搅拌速度为400r/min下球磨10min。将混合物置于管式炉中，进行保温煅烧处理步骤为：将混合物置于管式炉中，以5℃/min的升温速率升温至200℃下保温20min，然后以10℃/min的升温速率升温至700℃下保温60min。将坯体粉碎、研磨并过筛处理步骤为：将坯体粉碎，研磨过200目筛。将基料浸泡在质量分数为5%盐酸中进行酸浸泡处理步骤为：按质量比1∶10将基料浸泡在质量分数为5%盐酸中30min。将滤渣进行洗涤并干燥处理步骤为：用去离子水洗涤滤渣至中性，并置于温度为60℃的烘箱中干燥至恒重。液体培养基按质量百分比组分由超纯水60.0%、蛋白胨22.0%、牛肉膏16.0%、碳酸氢钠0.90%、碳酸钠1.10%组成。将青霉菌接种至液体培养基中，进行振荡培养处理步骤为：将青霉菌接种至液体培养基中，在温度为25℃，搅拌速度为150r/min下振荡培养1天。将菌悬液进行离心分离处理步骤为：将菌悬液在离心速度为8000r/min下离心分离5min。将上清液和前驱体混合，进行真空搅拌处理步骤为：按质量比1∶100将上清液和前驱体混合，在搅拌速度为500r/min，真空条件下搅拌1h。

将玉米秸秆自然风干，并粉碎至7mm，即得风干秸秆，将新鲜牛粪自然风干，并粉碎至7mm，即得风干牛粪，将风干秸秆和风干牛粪混合，进行球磨处理，即得混合物，将混合物置于管式炉中，进行保温煅烧处理，随炉温冷却，即得坯体，将坯体粉碎、研磨并过筛处理，即得基料，将基料浸泡在质量分数为5%盐酸中进行酸浸泡处理，过滤得滤渣，将滤渣进行洗涤并干燥处理，冷却至室温，即得前驱体；将青霉菌接种至液体培养基中，进行振荡培养处理，即得菌悬液，将菌悬液进行离心分离处理，取上清液，将上清液和前驱体混合，进行真空搅拌处理，即得高效环保育苗基质。将风干秸秆和风干牛粪混合，进行球磨处理步骤为：按质量比1∶3将风干秸秆和风干牛粪混合，在搅拌速度为450r/min下球磨15min。将混合物置于管式炉中，进行保温煅烧处理步骤为：将混合物置于管式炉中，以7℃/min的升温速率升温至250℃下保温25min，然后以13℃/min的升温速率升温至750℃下保温65min。将坯体粉碎、研磨并过筛处理步骤为：将坯体粉碎，研磨过215目筛。将基料浸泡在质量分数为5%盐酸中进行酸浸泡处理步骤为：按质量比1∶10将基料浸泡在质量分数为5%盐酸中40min。将滤渣进行洗涤并干燥处理步骤为：用去离子水洗涤滤渣至中性，并置于温度为70℃的烘箱中干燥至恒重。液体培养基按质量百分比组分由超纯水60.0%、蛋白胨22.0%、牛肉膏16.0%、碳酸氢钠0.90%、碳酸钠1.10%组成。将青霉菌接种至液体培养基中，进行振荡培养处理步骤为：将青霉菌接种至液体培养基中，在温度为27℃，搅拌速度为160r/min下振荡培养1天。将菌悬液进行离心分离处理步骤为：将菌悬液在离心速度为9000r/min下离心分离7min。将上清液和前驱体混合，进行真空搅拌处理步骤为：按质量比1∶100将上清液和前驱体混合，在搅拌速度为550r/min，真空条件下搅拌1.5h。

将玉米秸秆自然风干，并粉碎至10mm，即得风干秸秆，将新鲜牛粪自然风干，并粉碎至10mm，即得风干牛粪，将风干秸秆和风干牛粪混合，进行球磨处理，即得混合物，将混合物置于管式炉中，进行保温煅烧处理，随炉温冷却，即得坯体，将坯体粉碎、研磨并过筛处理，即得基料，将基料浸泡在质量分数为5%盐酸中进行酸浸泡处理，过滤得滤渣，将滤渣进行洗涤并干燥处理，冷却至室温，即得前驱体；将青霉菌接种至液体培养基中，进行振荡培养处理，即得菌悬液，将菌悬液进行离心分离处理，取上清液，将上清液和前驱体混合，进行真空搅拌处理，即得高效环保育苗基质。将风干秸秆和风干牛粪混合，进行球磨处理步骤为：按质量比1∶3将风干秸秆和风干牛粪混合，在搅拌速度为500r/min下球磨20min。将混合物置于管式炉中，进行保温煅烧处理步骤为：将混合物置于管式炉中，以10℃/min的升温速率升温至300℃下保温30min，然后以15℃/min的升温速率升温至800℃下保温70min。将坯体粉碎、研磨并过筛处理步骤为：将坯体粉碎，研磨过230目筛。将基料浸泡在质量分数为5%盐酸中进行酸浸泡处理步骤为：按质量比1∶10将基料浸泡在质量分数为5%盐酸中50min。将滤渣进行洗涤并干燥处理步骤为：用去离子水洗涤滤渣至中性，并置于温度为80℃的烘箱中干燥至恒重。液体培养基按质量百分比组分由超纯水60.0%、蛋白胨22.0%、牛肉膏16.0%、碳酸氢钠0.90%、碳酸钠1.10%组成。将青霉菌接种至液体培养基中，进行振荡培养处理步骤为：将青霉菌接种至液体培养基中，在温度为30℃，搅拌速度为170r/min下振荡培养1天。将菌悬液进行离心分离处理步骤为：将菌悬液在离心速度为10000r/min下离心分离10min。将上清液和前驱体混合，进行真空搅拌处理步骤为：按质量比1∶100将上清液和前驱体混合，在搅拌速度为600r/min，真空条件下搅拌2h。

将本发明制备的高效环保育苗基质及岩棉材料进行检测，具体检测结果如下表表1：

测试方法：

供试黄瓜品种：津研4号。

1.2试验设计试验设6个处理，每处理一盘，3次重复，随机区组排列。其中A1表示实施例1，A2表示实施例2，A3表示实施例3，A4、表示对比例。将处理基质装入72孔穴盘，浇透水后播种，每穴播一粒黄瓜种子。

表1高效环保育苗基质性能表征

由表1可知本发明制备的高效环保育苗基质，出苗率高，有利于植物生长，且散坨率低，具有广阔的市场价值和应用前景。

Claims (10)

1.一种高效环保育苗基质的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）将玉米秸秆自然风干，并粉碎至5～10mm，即得风干秸秆，将新鲜牛粪自然风干，并粉碎至5～10mm，即得风干牛粪，将风干秸秆和风干牛粪混合，进行球磨处理，即得混合物，将混合物置于管式炉中，进行保温煅烧处理，随炉温冷却，即得坯体，将坯体粉碎、研磨并过筛处理，即得基料，将基料浸泡在质量分数为5%盐酸中进行酸浸泡处理，过滤得滤渣，将滤渣进行洗涤并干燥处理，冷却至室温，即得前驱体；

（2）将青霉菌接种至液体培养基中，进行振荡培养处理，即得菌悬液，将菌悬液进行离心分离处理，取上清液，将上清液和前驱体混合，进行真空搅拌处理，即得高效环保育苗基质。

2.根据权利要求1所述的一种高效环保育苗基质的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的将风干秸秆和风干牛粪混合，进行球磨处理步骤为：按质量比1∶3将风干秸秆和风干牛粪混合，在搅拌速度为400～500r/min下球磨10～20min。

3.根据权利要求1所述的一种高效环保育苗基质的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的将混合物置于管式炉中，进行保温煅烧处理步骤为：将混合物置于管式炉中，以5～10℃/min的升温速率升温至200～300℃下保温20～30min，然后以10～15℃/min的升温速率升温至700～800℃下保温60～70min。

4.根据权利要求1所述的一种高效环保育苗基质的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的将坯体粉碎、研磨并过筛处理步骤为：将坯体粉碎，研磨过200～230目筛。

5.根据权利要求1所述的一种高效环保育苗基质的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的将基料浸泡在质量分数为5%盐酸中进行酸浸泡处理步骤为：按质量比1∶10将基料浸泡在质量分数为5%盐酸中30～50min。

6.根据权利要求1所述的一种高效环保育苗基质的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的将滤渣进行洗涤并干燥处理步骤为：用去离子水洗涤滤渣至中性，并置于温度为60～80℃的烘箱中干燥至恒重。

7.根据权利要求1所述的一种高效环保育苗基质的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的液体培养基按质量百分比组分由超纯水60.0%、蛋白胨22.0%、牛肉膏16.0%、碳酸氢钠0.90%、碳酸钠1.10%组成。

8.根据权利要求1所述的一种高效环保育苗基质的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的将青霉菌接种至液体培养基中，进行振荡培养处理步骤为：将青霉菌接种至液体培养基中，在温度为25～30℃，搅拌速度为150～170r/min下振荡培养1天。

9.根据权利要求1所述的一种高效环保育苗基质的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的将菌悬液进行离心分离处理步骤为：将菌悬液在离心速度为8000～10000r/min下离心分离5～10min。

10.根据权利要求1所述的一种高效环保育苗基质的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的将上清液和前驱体混合，进行真空搅拌处理步骤为：按质量比1∶100将上清液和前驱体混合，在搅拌速度为500～600r/min，真空条件下搅拌1～2h。