CN110786214A - 一种炭黑泡腾颗粒及其制备方法和水稻生态栽培方法 - Google Patents

Abstract

一种炭黑泡腾颗粒及其制备方法和水稻生态栽培方法，属于作物生态栽培技术领域。炭黑的用量为30‑70%，表面活性剂用量为5‑35%，固体酸源用量为10‑30%，固体气源用量为10‑30%。上述一种炭黑泡腾颗粒及其制备方法和水稻生态栽培方法，利用固体酸源和气源及表面活性剂的作用将不溶于水的超微炭黑能够均匀的分散在稻田灌溉水层中，形成一层黑色的太阳光组隔层，抑制了杂草种子萌发，从而控制稻田杂草发生，同时分散均匀的黑色炭黑层具有较强的太阳光能吸收能力，增加了稻田灌溉水的水温和表层土壤层的土温，促进了水稻植株生长发育和产量及品质形成，尤其是对于南方早稻区的早籼稻和北方稻区的寒地粳稻促长促分蘖作用明显。

Description

一种炭黑泡腾颗粒及其制备方法和水稻生态栽培方法

技术领域

本发明属于作物生态栽培技术领域，具体为一种炭黑泡腾颗粒及其制备方法和水稻生态栽培方法。

技术背景

水稻是我国重要的粮食作物，全国60%的居民以稻米为口粮。水稻从春到秋在水田生产种植，从种子浸种到稻谷收割，时间长，流程多。水稻生长季为高温高湿，除了病虫草等生物危害以外，随着大量化肥农药及除草剂的施用，稻米重金属等有害物质的积累逐渐增多，给我国居民口粮消费带来日趋严重的危害。另一方面，随着社会经济的发展、人们生活水平的提高、对生命健康的关注以及稻田生态环境的改善要求，稻米安全生产受到广泛关注。全国各个水稻科研和生产单位正在积极发展水稻生态安全水稻栽培技术研究和试验示范。随着生物科技的发展和进步，水稻病害、虫害和重金属等有害物质积累的防控技术已经有相关生物技术和产品应用，如以井岗霉素和春雷霉素等为代表的生物灭菌剂、以苏云金杆菌和大蒜素等为代表的生物杀虫剂、以景天轮作为代表的修复重金属污染稻田土等等。但是截至目前为止，生物除草剂还未能取得生产应用效果，生态水稻栽培中的稻田杂草防控还主要依赖人工除草、稻田养鸭等技术方法。人工拔草和耘田除草耗费人力和财力，同时人工拔草和耘田除草的均属于强劳动。稻田养鸭，实行种养结合的模式可以生产有机稻米，但受到投入、管理和地域限制，稻田种养结合的方式不适大规模面积的推广应用，如专利“一种鸭稻共作生产有机水稻的方法（专利号201410132865.3）”、专利“一种稻鸭共作种植高产有机水稻的方法（专利号201510696152.4）”和论文“黑龙江蟹田水稻用螃蟹代替化学除草（《南方农业》2013，4）”。

同时，水稻开始时节为每年2-3月份（华南双季早稻）、4-5月份（长江中下游双季早稻）和5月份（北方单季稻），大气温度、灌溉水温度和土温均较低，大田水稻秧苗生长在较低温度下生长缓慢，若遇到倒春寒，大田水稻秧苗则受冷害和冻害，生长发育、产量和品质形成均收到严重的影响。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于设计提供一种炭黑泡腾颗粒及其制备方法和水稻生态栽培方法的技术方案，利用固体酸源和气源及表面活性剂的作用将不溶于水的超微炭黑能够均匀的分散在稻田灌溉水层中，形成一层黑色的太阳光组隔层，抑制了杂草种子萌发，从而控制稻田杂草发生，同时分散均匀的黑色炭黑层具有较强的太阳光能吸收能力，增加了稻田灌溉水的水温和表层土壤层的土温，促进了水稻植株生长发育和产量及品质形成，尤其是对于南方早稻区的早籼稻和北方稻区的寒地粳稻促长促分蘖作用明显。

所述的一种炭黑泡腾颗粒，其特征在于由重量百分含量的以下物质组成：炭黑30-70%、表面活性剂5-35%、固体酸源10-30%、固体气源10-30%，所述的表面活性剂为阴离子、阳离子、两性离子或非离子型便面活性剂的一种或一种以上混合物，所述的固体酸源为枸橼酸、酒石酸、柠檬酸、富马酸的一种或一种以上混合物，所述的固体气源为碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸钾的一种或一种以上混合物。

所述的一种炭黑泡腾颗粒，其特征在于炭黑40-60%，优选45-55%；表面活性剂10-25%，优选15-25%；固体酸源15-25%，优选18-20%；固体气源15-25%，优选18-22%。

所述的一种炭黑泡腾颗粒，其特征在于所述的炭黑为灯炭黑、气炭黑、炉炭黑和槽炭黑的一种或一种以上混合物，炭黑粒径为5-500nm，优选20-400nm，更优选50-200nm，再优选80-120nm。

所述的一种炭黑泡腾颗粒，其特征在于表面活性剂粒径为1-300nm，优选50-200nm，更优选100-150nm。

所述的一种炭黑泡腾颗粒，其特征在于固体酸源粒径为1-500nm，优选50-400nm，更优选100-300nm，再优选150-200nm。

所述的一种炭黑泡腾颗粒，其特征在于固体气源粒径为1-500nm，优选50-400nm，更优选100-300nm，再优选150-200nm。

所述的一种炭黑泡腾颗粒的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)炭黑与表面活性剂充分搅拌混匀得A；

2)A与固体酸源充分搅拌混匀得B；

3)A与固体气源充分搅拌混匀得C；

4)B与C充分搅拌混匀后用颗粒机挤压造粒，粒径1-10mm，优选2-8mm，更优选4-6mm。

所述的一种炭黑泡腾颗粒的水稻生态栽培方法，其特征在于包括以下步骤:

1)旋翻旋碎秧床耕层、整平压实表层备用；

2)选用优质水稻品种、黄泥水选种、清洗后使用春雷霉素制剂浸种催芽、适时播种培育壮秧；

3)清除田间杂草、表施有机肥、翻耕灭茬耙平、灌水打浆定浆备插秧；

4)机插前落干田水至无水层，机插足量秧苗，插秧后浅水护苗返青生长；

5)机插后3-7天灌水并保持2-3cm水层，炭黑泡腾颗粒撒施，用量为15-150kg/ha使田水变成深黑色，以吸收太阳能提高水温土温促进分蘖和阻隔光线抑制杂草种苗萌发生长；

6)炭黑泡腾颗粒施加后，稻田保持浅水到水稻封行后落干田水，以控制无效分蘖发生生长和促进根系下扎；

7)分蘖停止后至穗分化开始，实行间歇偏干灌溉，即灌水、落干、再灌水、再落干，采用生物制剂及时防控病虫害；

8)水稻穗分化开始后，稻田实行间歇片湿灌溉；

9)在85-95%水稻黄熟时，排干田水，及时收割。

炭黑（carbonblack），又名碳黑，是一种无定形碳。轻、松而极细的黑色粉末，表面积非常大，范围从10-3000m²/g，是含碳物质（煤、天然气、重油、燃料油等）在空气不足的条件下经不完全燃烧或受热分解而得的产物。比重1.8-2.1。由天然气制成的称“气黑”，由油类制成的称“灯黑”，由乙炔制成的称“乙炔黑”。此外还有“槽黑”、“炉黑”。按炭黑性能区分有“补强炭黑”、“导电炭黑”、“耐磨炭黑”等。可作黑色染料，用于制造中国墨、油墨、油漆等，也用于做橡胶的补强剂。

表面活性剂(surfactant)，是指加入少量能使其溶液体系的界面状态发生明显变化的物质。具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列。表面活性剂的分子结构具有两亲性：一端为亲水基团，另一端为疏水基团；亲水基团常为极性基团，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，羟基、酰胺基、醚键等也可作为极性亲水基团；而疏水基团常为非极性烃链，如8个碳原子以上烃链。表面活性剂分为离子型表面活性剂（包括阳离子表面活性剂与阴离子表面活性剂）、非离子型表面活性剂、两性表面活性剂、复配表面活性剂、其他表面活性剂等。

固体酸，为粉末制剂的固体安全酸类，可以替代盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、氢氟酸的常规酸洗工艺。主要用于清除各种钢铁、不锈钢、铜、铝等金属零件及其设备表面的锈、氧化皮、水垢、灰垢等污物，特别是钢铁热轧、冷轧过程中生成的高温难清除氧化皮，清洗效果可以跟酸洗相媲美，最终使产品表面清洁干净；清洗过程中没有烟雾产生，大大改善生产环境；对金属几乎没有腐蚀，对操作人员、设备、环境没有任何危害。固体酸由可替代酸部分使用功能的各种安全粉末制剂有机复配而成,可以在很多领域代替酸的使用,固体酸为粉末制剂,具有运输安全,搬运、使用方便等优点或者是无机酸，如硅酸等。

固体气源，主要有碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢钾和碳酸钾等。碳酸氢钠，俗称小苏打。白色细小晶体，在水中的溶解度小于碳酸钠。它也是一种工业用化学品，固体50℃以上开始逐渐分解生成碳酸钠、二氧化碳和水，270℃时完全分解。碳酸氢钠是强碱与弱酸中和后生成的酸式盐，溶于水时呈现弱碱性。此特性可使其作为食品制作过程中的膨松剂。碳酸氢钠在作用后会残留碳酸钠，使用过多会使成品有碱味。碳酸钠，又叫纯碱，但分类属于盐，不属于碱。国际贸易中又名苏打或碱灰。它是一种重要的有机化工原料，主要用于平板玻璃、玻璃制品和陶瓷釉的生产。还广泛用于生活洗涤、酸类中和以及食品加工等。碳酸氢钾是一种化学物质，有着无色透明单斜晶系结构。在空气中是稳定的物质。是生产碳酸钾、醋酸钾、亚砷酸钾的原料。碳酸钾，白色结晶粉末，溶于水，水溶液呈碱性，不溶于乙醇、丙酮和乙醚。吸湿性强，暴露在空气中能吸收二氧化碳和水分，转变为碳酸氢钾，应密封包装。水合物有一水物、二水物、三水物。碳酸钾水溶液呈碱性。不溶于乙醇及醚。

上述一种炭黑泡腾颗粒及其制备方法和水稻生态栽培方法，在水稻移栽后的3-7天内施加炭黑泡腾颗粒，利用泡腾作用将炭黑均匀分散在稻田水层，形成一层黑色的太阳光阻隔层，抑制了杂草种子萌发，从而控制稻田杂草发生，同时分散均匀的黑色炭黑层具有较强的太阳光能吸收能力，增加了稻田灌溉水的水温和表层土壤层的土温，促进了水稻植株生长发育和产量及品质形成，尤其是对于南方早稻区的早籼稻和北方稻区的寒地粳稻促长促分蘖作用明显。本项发明通过黑碳粉的施用同时解决了稻田杂草的非化学防除和水稻低温生长的问题。

本申请文件中涉及的百分含量除另有说明外，均指重量百分含量。

附图说明

图1为早稻品种中早39施加60kg/ha炭黑泡腾颗粒的群体茎蘖数动态变化图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实例1：气炭黑50%，粒径50nm，三乙醇胺皂表面活性剂10%，粒径50nm，柠檬酸固体酸源20%，粒径100nm，碳酸氢钠固体气源20%，粒径20nm。水稻移栽后灌水3cm深，第3天施加炭黑泡腾颗粒50kg/ha。

实例2：灯炭黑60%，粒径100nm，十二烷基苯磺酸钠表面活性剂10%，粒径70nm，酒石酸固体酸源15%，粒径200nm，碳酸氢钠与碳酸钠固体气源15%，粒径150nm。水稻移栽后灌水4cm深，第4天施加炭黑泡腾颗粒60kg/ha。

实例3：乙炔炭黑35%，粒径20nm，苯扎氯铵表面活性剂15%，粒径100nm，柠檬酸与酒石酸固体酸源25%，粒径50nm，碳酸氢钾固体气源25%，粒径50nm。水稻移栽后灌水2cm深，第2天施加炭黑泡腾颗粒90kg/ha。

实例4：槽炭黑60%，粒径200nm，脂肪醇脂表面活性剂20%，粒径120nm，柠檬酸固体酸源10%，粒径40nm，碳酸氢钾与碳酸钾固体气源10%，粒径10nm。水稻移栽后灌水3cm深，第3天施加炭黑泡腾颗粒50kg/ha。

实例5：炉炭黑40%，粒径50nm，月桂基葡萄苷表面活性剂10%，粒径20nm，柠檬酸固体酸源25%，粒径10nm，碳酸氢铵固体气源25%，粒径45nm。水稻移栽后灌水3.5cm深，第5天施加炭黑泡腾颗粒70kg/ha。

实例6：气炭黑和乙炔炭黑混合物55%，粒径60nm，丙烯酸酯表面活性剂20%，粒径10nm，柠檬酸与酒石酸固体酸源12.5%，粒径5nm，碳酸氢钠与碳酸氢钾固体气源12.5%，粒径5nm。水稻移栽后灌水5cm深，第6天施加炭黑泡腾颗粒40kg/ha。

上述炭黑泡腾颗粒的炭黑为灯炭黑、气炭黑、炉炭黑和槽炭黑的一种或一种以上混合物替代；所述的表面活性剂为阴离子、阳离子、两性离子或非离子型便面活性剂的一种或一种以上的混合物替代；所述的固体酸源为枸橼酸、酒石酸、柠檬酸、富马酸的一种或一种以上混合物替代；所述的固体气源为碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸钾的一种或一种以上混合物替代。上述一种炭黑泡腾颗粒，现将炭黑和表面活性剂搅拌混匀，然后分别与固体酸源和固体气源混合，再用颗粒机挤压造粒，即得成品。

采用炭黑泡腾颗粒的水稻生态栽培方法，包括以下步骤:

1)旋翻旋碎秧床耕层、整平压实表层备用；

2)选用优质水稻品种、黄泥水选种、清洗后使用春雷霉素制剂浸种催芽、适时播种培育壮秧；

3)清除田间杂草、表施有机肥、翻耕灭茬耙平、灌水打浆定浆备插秧；

4)机插前落干田水至无水层，机插足量秧苗，插秧后浅水护苗返青生长；

5)机插后3-7天灌水并保持2-3cm水层，炭黑泡腾颗粒撒施，用量为15-150kg/ha使田水变成深黑色，以吸收太阳能提高水温土温促进分蘖和阻隔光线抑制杂草种苗萌发生长；

6)炭黑泡腾颗粒施加后，稻田保持浅水到水稻封行后落干田水，以控制无效分蘖发生生长和促进根系下扎；

7)分蘖停止后至穗分化开始，实行间歇偏干灌溉，即灌水、落干、再灌水、再落干，采用生物制剂及时防控病虫害；

8)水稻穗分化开始后，稻田实行间歇片湿灌溉；

9)在85-95%水稻黄熟时，排干田水，及时收割。

本发明采用的炭黑（碳黑）是一种无定形碳，轻、松而极细，吸热吸光，其分散水体在太阳光下能够吸收全部的太阳光线和太阳光能，使得分散水体底部的土壤表层杂草接受不到阳光而不能生长（控草），同时其吸热效率高能几乎吸收全部的太阳能，而增加水稻灌溉水层的温度，进而提高表层土壤温度，进而促进水稻根部的活力，增强水稻根系吸收养分和水分能力。但是炭黑的表面积非常大，其表面带有强烈的负电子，在水体中极难分散，不能形成稳定的悬浮液。单单炭黑洒在水里，由于炭黑微粒间的聚集和凝聚作用，会形成一堆一堆的漂浮状。表面活性剂可以在炭黑微粒包埋包围和结合，形成炭黑微粒和表面活性剂的结合体，这样就可以将炭黑微粒能够在水体中均匀分散，形成分散水体。固体酸源和固体气源，实际就是酸碱反应发出气体，也就是泡腾剂，如碳酸氢钠和柠檬酸，二者都是固体的，在本发明中分开添加和搅拌等，然后在造粒的时候混合挤压造粒，这样产品在施用时，里面含有的酸碱会接触到水从而发生酸碱反应，放出大量气体，形成泡腾现象。这种泡腾作用可以非常迅速的将带有表面活性剂的炭黑在水层里面分散。农业废弃有机质（秸秆等）燃烧完全形成的金属氧化物，如氧化钙、氧化钾、氧化钠等。如果燃烧不安全会有部分炭黑，所以有些草木灰是黑色的。草木灰里不含有碳酸根或者碳酸氢根等产气物，所以不能用来代替。

本发明的施用方法也非常关键。本发明炭黑泡腾颗粒的施用时间，早了水稻没有长高，迟了草长的太高；水稻苗小，灌水后叶片会淹没在水里，草高了，草叶会出现在水面上面。所以施用时间很重要，要求在移栽后3-7天，这样的时间水稻的根系生长较多，叶片也已经长长，但是杂草刚刚开始萌发萌芽。本发明施用时稻田灌溉水的深度，要求2-3厘米，如果过浅，炭黑水层过于薄了，太阳光会到达杂草叶片，达不到控草效果；如果过深，炭黑水层会很厚，会淹没水稻的部分叶片从而影响水稻生长发育。

本发明控制杂草，避免施用化学除草剂；增加水稻生长前期的灌溉水的温度和土壤温度，提高水稻根系活力，促进水稻植株生长和发育。

为进一步说明本发明的有益效果，下面通过相应的试验进行说明。

试验例1：

在中国水稻研究所试验农场（杭州市富阳区黄田畈），经过多年多点田间应用试验。田间试验处理方法：首先稻田翻耕、平整。较常规水稻栽培法，田面要求平整一致，水稻移栽后田间保持水层3cm左右，移栽后4-6天施加炭黑泡腾颗粒拌生物菌肥时，田面水层2-3cm，效果最佳。试验与2016年、2017年和2018年，在中国水稻研究所试验基地（浙江富阳黄田畈）的标准试验田进行。试验设移栽当天、移栽后第3天、移栽后第5天和移栽后第7天等不同施加炭黑泡腾颗粒时间试验，以及在移栽后第3天施加40、50、60、70、90kg/ha等不同炭黑泡腾颗粒量试验。试验采用大区对比，大区面积5×6m²。上述试验均当地高产水稻栽培方法作为对照。于水稻封行时进行1次田间杂草发生种类和数量的调查；在水稻移栽后第7天开始，间隔1周调查一次水稻茎蘖数，一共调查5次；水稻成熟收割时取样测量产量，并进行稻米品质分析。

图1为在试验田中，炭黑泡腾颗粒的施加量为60kg/ha的情况下，早稻品种中早39的群体茎蘖数变化曲线图，3月20日播种，4月13日移栽，4月15日施加炭黑泡腾颗粒。表1和表2为水稻移栽后不同天数施加炭黑泡腾颗粒和施加不同量炭黑泡腾颗粒的稻田杂草发生情况。表3为施加炭黑泡腾颗粒后的水稻产量。

由图1可知，移栽后第3天施加炭黑泡腾颗粒的早稻品种中早39的群体发生快，群体的最高苗多，群体最终的有效穗提高，试验表明炭黑泡腾颗粒促进了早稻品种中早39的分蘖、提早了其群体构建。表1数据表明，稻田施加炭黑泡腾颗粒增加了稻田灌溉层水温和表层5cm的土温。表2和表3的试验数据表明炭黑泡腾颗粒在不同时期施加和施加不同量均对稻田杂草产生了有效的抑制效果，通过试验数据可以明确炭黑泡腾颗粒的抑草和控草效果具有一个最佳的施加时期和施加量。本试验数据表明炭黑泡腾颗粒最佳的施用时期是移栽后的第3-5天、最大效益的施用量为50-70kg/ha。从表4可以知道，早稻中早39移栽后第3天施加不同量的炭黑泡腾颗粒均提高了稻谷产量并改善了稻谷产量构成。试验数据表明，中早39在移栽第3天最佳的施用量为60-75kg/ha。

分析本试验数据，可以得出结论：在稻田施加炭黑泡腾颗粒不但抑草除草，而且还可以提高水稻群体结构、提高稻谷产量。

此外，采用实施例2的炭黑泡腾颗粒进行水稻栽培，进行上述同样的试验。试验表明：在稻田施加炭黑泡腾颗粒不但抑草除草，而且还提高水稻群体结构和提高稻谷产量。

Claims (8)

1.一种炭黑泡腾颗粒，其特征在于由重量百分含量的以下物质组成：炭黑30-70%、表面活性剂5-35%、固体酸源10-30%、固体气源10-30%，所述的表面活性剂为阴离子、阳离子、两性离子或非离子型便面活性剂的一种或一种以上混合物，所述的固体酸源为枸橼酸、酒石酸、柠檬酸、富马酸的一种或一种以上混合物，所述的固体气源为碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸钾的一种或一种以上混合物。

2.如权利要求1所述的一种炭黑泡腾颗粒，其特征在于炭黑40-60%，优选45-55%；表面活性剂10-25%，优选15-25%；固体酸源15-25%，优选18-20%；固体气源15-25%，优选18-22%。

3.如权利要求1所述的一种炭黑泡腾颗粒，其特征在于所述的炭黑为灯炭黑、气炭黑、炉炭黑和槽炭黑的一种或一种以上混合物，炭黑粒径为5-500nm，优选20-400nm，更优选50-200nm，再优选80-120nm。

4.如权利要求1所述的一种炭黑泡腾颗粒，其特征在于表面活性剂粒径为1-300nm，优选50-200nm，更优选100-150nm。

5.如权利要求1所述的一种炭黑泡腾颗粒，其特征在于固体酸源粒径为1-500nm，优选50-400nm，更优选100-300nm，再优选150-200nm。

6.如权利要求1所述的一种炭黑泡腾颗粒，其特征在于固体气源粒径为1-500nm，优选50-400nm，更优选100-300nm，再优选150-200nm。

7.如权利要求1所述的一种炭黑泡腾颗粒的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)炭黑与表面活性剂充分搅拌混匀得A；

2)A与固体酸源充分搅拌混匀得B；

3)A与固体气源充分搅拌混匀得C；

4)B与C充分搅拌混匀后用颗粒机挤压造粒，粒径1-10mm，优选2-8mm，更优选4-6mm。

8.采用权利要求1所述的一种炭黑泡腾颗粒的水稻生态栽培方法，其特征在于包括以下步骤:

1)旋翻旋碎秧床耕层、整平压实表层备用；

2)选用优质水稻品种、黄泥水选种、清洗后使用春雷霉素制剂浸种催芽、适时播种培育壮秧；

3)清除田间杂草、表施有机肥、翻耕灭茬耙平、灌水打浆定浆备插秧；

4)机插前落干田水至无水层，机插足量秧苗，插秧后浅水护苗返青生长；

5)机插后3-7天灌水并保持2-3cm水层，炭黑泡腾颗粒撒施，用量为15-150kg/ha使田水变成深黑色，以吸收太阳能提高水温土温促进分蘖和阻隔光线抑制杂草种苗萌发生长；

6)炭黑泡腾颗粒施加后，稻田保持浅水到水稻封行后落干田水，以控制无效分蘖发生生长和促进根系下扎；

7)分蘖停止后至穗分化开始，实行间歇偏干灌溉，即灌水、落干、再灌水、再落干，采用生物制剂及时防控病虫害；

8)水稻穗分化开始后，稻田实行间歇片湿灌溉；

9)在85-95%水稻黄熟时，排干田水，及时收割。