CN114600732A - 一种铁改性生物炭水稻育秧基质、基质板及制备方法 - Google Patents

一种铁改性生物炭水稻育秧基质、基质板及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铁改性生物炭水稻育秧基质、基质板及制备方法，通过铁负载改性法将农林固体废弃物热解炭化，制备了水稻育秧基质，配方原料包括：铁改性生物炭30‑60％、黏土15‑30％、余量为椰糠；本发明制备的铁改性生物炭比表面积大、微孔结构突出，保水保肥性能强，可持续为秧苗生长提供养分，避免中后期生长不良，且原料来源广泛，制作成本低，有益于农林固体废弃物的减量和资源化回用；将育秧基质压制成型所得的基质板，机械应力好，能避免搬运途中断裂，底部放置有植物纤维纸，无需塑料秧盘直接育秧，能提高秧苗盘根效果，适机性好，更加轻简高效，绿色环保。

Description

一种铁改性生物炭水稻育秧基质、基质板及制备方法
技术领域
本发明属于农林固体废弃物资源化利用和绿色环保技术领域，具体涉及一种铁改性生物炭水稻育秧基质、基质板及制备方法。
背景技术
我国水稻常年种植面积约3000万hm2，实现水稻生产的全程机械化是保障粮食安全的重要技术支撑。育插秧机械化作业是水稻机械化种植的主要方式，当前，全国水稻机械插秧率为56.30％，每年需要投入的塑料秧盘高达30亿只以上，育秧基质消耗量超过2000万m3。随着机插秧技术的进一步发展，育秧基质及秧盘的需求量还将进一步提高。然而传统的机插育秧基质仍以水稻土、红黄泥等纯营养土为主，不仅破坏耕层、取土量大、取土难，而且营养土容重大，育成的毯秧重达6-10公斤/盘，搬运劳动强度大，保水保肥性差，出苗率低，机插效果差。商品化的无土育秧基质以泥炭为主，本身不可再生，育秧成本高且容重较小，根系附着黏重小，机插过程中容易漂秧，立苗返青慢，制约了机插种植的高产高效，农户接受程度低。此外，工厂化育秧中大量使用塑料秧盘，不仅成本较高，且回收困难，因此产生大量的废弃塑料制品，还造成严重环境污染。因此，开发一种取材广，盘根力强，机插效果好，保水保肥性能强的新型育秧基质及无需塑料秧盘的基质板具有重要意义。
作为传统的农业大国，我国生物质种类多、分布广，资源丰富，每年产生的农林固体废弃物达到8亿多吨，资源化利用潜力大。近年来，生物炭因其具有较大的比表面积，丰富的表面官能团和发达的孔隙结构等优点，已成为了固碳减排，污染修复，土壤改良，增加农作物产量的新型功能材料。利用炭化技术将农林固体废弃物热解转化为生物炭，可以实现农林固体废弃物的减量回用，符合绿色低碳、循环发展理念和国家“无废城市”建设发展方向，在农业循环利用、环境修复等领域应用前景广阔。生物炭对降低育秧基质容重，提升其通气和持水能力具有明显的促进作用；生物炭具有良好的吸附能力，为水分和养分的固持提供了理想载体，并使其混配有机质、无机肥料等来育壮秧苗成为可能。目前，已有将生物炭应用于水稻育秧基质的研究报道，但是现有技术使用的是原生生物炭，存在养分吸附能力还是比较弱，所制成的育秧基质保水保肥能力不高等问题。通过酸改性、碱改性、金属负载等方式制备的改性生物炭，比表面积更大，微孔结构更加突出，可以大幅提高持水保水性和对氮、磷、钾等养分离子的吸附能力，阻控养分流失，具有很好的应用前景。其中，铁负载改性生物炭因其生产成本低、工艺简单以及优良的吸附特性，是一种理想的新型育秧基质制作材料。
当前，尚未有关于将农林固体废弃物炭化改性，制作铁改性生物炭应用于水稻育秧基质、基质板方面的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铁改性生物炭水稻育秧基质、基质板及制备方法，以解决上述背景技术中提出的原生生物炭的吸附能力还是比较弱，所制成的育秧基质保水保肥能力不高，且育成的秧苗根系没有黏土附着，机插过程中容易漂秧，适机性差的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种铁改性生物炭水稻育秧基质，包括铁改性生物炭30-60％、黏土15-30％、余量为椰糠。
本发明还公开了一种铁改性生物炭水稻育秧基质的制备方法，所述制备方法如下：
步骤一：将农林固体废弃物拣去杂质，烘干后粉碎至粒径小于5mm的粉末生物质原料，加入到铁化合物溶液中浸渍，用搅拌机搅拌1.5-5h，沥干后60℃烘干，取上述粉末在通有惰性气体为保护气体的气氛炉中连续热解炭化后，自然冷却至室温，研磨过20目筛，得到改性生物炭初品；
步骤二：将改性生物炭初品用活化剂活化，水洗后加入到含氮、磷、钾、锌等养分离子的营养溶液中，震荡1-3h，使得养分离子能充分吸附到生物炭微孔结构中，烘干后制成具有养分缓释作用的铁改性生物炭成品；
步骤三：按体积组分配比，取所制的铁改性生物炭成品30-60％、黏土15-30％、余量为椰糠，将所有物料搅拌混配均匀，即得铁改性生物炭水稻育秧基质。
作为本发明的一种优选的技术方案，所述步骤一中，农林固体废弃物为水稻秸秆、玉米秸秆、水稻壳、花生壳、烟杆、桑树枝、废弃园林树枝中的一种或至少两种组合；铁化合物为FeCl3或FeSO4，用纯净水溶解后配制成浓度为0.5-1.0mol/L的溶液，生物炭与铁化合物溶液体积比为1:5-10。
作为本发明的一种优选的技术方案，所述步骤一中，连续热解炭化过程是指室温下，以每分钟6℃-10℃快速升温至220℃-260℃，保温25-55min；再继续以每分钟2℃-4℃缓慢升温至300℃-500℃，保温2-5h；惰性气体为氮气，流速为0.1m3/h。
作为本发明的一种优选的技术方案，所述步骤二中，使用浓度为1-3mol/L的酸溶液或者碱溶液作为活化剂浸泡改性生物炭初品2-6h进行活化，用去离子水冲洗沥干；进一步地，使用浓度为1mol/L的NaOH溶液作为活化剂浸泡4h活化。
作为本发明的一种优选的技术方案，所述步骤二中，营养溶液的养分含量分别为氮3.0g/L、磷1.5g/L、钾1.5g/L、锌0.5g/L；氮肥采用硝酸钾，磷肥采用磷酸二氢铵，钾肥采用硫酸钾或硝酸钾，锌肥采用硫酸锌。
作为本发明的一种优选的技术方案，所述步骤三中，黏土为塘泥、膨润土、稻田土、黄泥中的一种或至少两种组合，粉碎后粒径<5mm；椰糠为经脱盐加工后的椰子外壳纤维粉末，粒径2-4mm。
本发明还公开了一种铁改性生物炭水稻育秧基质板的制备方法，所述制备方法如下：
步骤一：将铁改性生物炭育秧基质与生物粘结剂搅拌混合，至基质含水率为65-75％；
步骤二：取4L复合物料，装在规格为58cm×28cm×5cm，底部放置一张植物纤维纸的模具中，压制成厚度1-2cm的育秧基质板；将该基质板自然风干或放置在温度为60℃的烘箱中烘干。
作为本发明的一种优选的技术方案，所述生物粘结剂为浓度0.5-1.5％的糊精、玉米淀粉、黄原胶或羟甲基纤维素钠的一种或两种；进一步地，生物粘结剂添加有0.1-0.3％的山梨酸钾或苯甲酸钠作防腐剂。
作为本发明的一种优选的技术方案，所述植物纤维纸为麻纤维纸。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)采用本发明方法制备的铁改性生物炭表面和孔道内因附着铁氧化物而变得粗糙，微孔结构更加突出，比表面积更大且吸附点位增多，保水保肥能力强，可有效吸附氮、磷、钾、锌等养分离子，使得营养离子能缓慢地释放，作为水稻育秧基质的主要成分，可持续为秧苗生长提供养分，避免秧苗中后期生长发育不良；
(2)采用本发明方法制备的铁改性生物炭育秧基质，原料来源广泛，制作成本低，有益于农林固体废弃物的减量和资源化回用；育成的秧苗根系有黏土附着，机插过程中不容易漂秧，适机性好；
(3)采用本发明方法制备的育秧基质板，所用粘结剂为可降解的生物粘结剂，对秧苗生长安全且环保，且无需专用塑料育秧盘，解决了塑料育秧盘成本高，回收困难，育秧工作强度大的难题，更加轻简高效，绿色环保；
(4)采用本发明方法制备的育秧基质板，机械应力好，能避免基质板搬运途中断裂；基质板底部为植物纤维纸，可提高秧苗盘根效果，利于形成毯状秧，提高水稻机插效率和质量，利于育成适合机械插秧的标准壮苗，实现了农机农艺的无缝对接，有利于工厂化、规模化育秧，提高水稻生产全程机械化率。
附图说明
图1为本发明的桑枝生物炭(A)和铁改性桑枝生物炭(B)扫描电镜图；
图2为本发明的园林废弃物生物炭(A)和铁改性园林废弃物生物炭(B)扫描电镜图；
图3为本发明的铁改性生物炭水稻育秧基质板示意图；
图4为本发明的铁改性生物炭水稻育秧基质、基质板的制备方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将烟杆去杂后烘干，粉碎至粒径<5mm的粉末，加入到1.0mol/L FeCl3溶液中浸渍，生物炭与溶液体积比为1：10，用搅拌机搅拌3h，沥干后60℃烘干；取上述粉末在通有氮气的气氛炉中热解炭化3h，得改性生物炭初品；将该生物炭初品用1mol/L的NaOH溶液活化后，加入到营养溶液中，震荡3h，烘干后制成铁改性烟杆生物炭；取所制的铁改性烟杆生物炭40％，膨润土30％、椰糠30％，搅拌混匀，即得铁改性烟杆生物炭育秧基质。
取4L上述水稻育秧基质与1.0％的羟甲基纤维素钠溶液搅拌混匀，至基质含水率为65％，在底部放置有麻纤维纸的模具中，压制成厚度1.5cm的基质板，60℃的烘箱中烘干，即得铁改性烟杆生物炭育秧基质板。
实施例2
将桑树枝去杂后烘干，粉碎至粒径<5mm的粉末，加入到1.0mol/L FeCl3溶液中浸渍，生物炭与溶液体积比为1：10，用搅拌机搅拌3h，沥干后60℃烘干；取上述粉末在通有氮气的气氛炉中热解炭化5h，得改性生物炭初品；将该生物炭初品用1mol/L的NaOH溶液活化后，加入到营养溶液中震荡1h，烘干后制成铁改性桑树枝生物炭；取所制的铁改性桑树枝生物炭40％，黄泥30％、椰糠30％，搅拌混匀，即得铁改性桑树枝生物炭育秧基质。
取4L上述水稻育秧基质与1.0％的黄原胶搅拌混匀，至基质含水率为70％，在底部放置有麻纤维纸的模具中，压制成厚度1.5cm的基质板，放置在60℃的烘箱中烘干，即得铁改性桑树枝生物炭育秧基质板。
实施例3
将水稻秸秆去杂后烘干，粉碎至粒径<5mm的粉末，加入到1.0mol/L FeCl3溶液中浸渍，生物炭与溶液体积比为1：10，用搅拌机搅拌2h，沥干后60℃烘干；取上述粉末在通有氮气的气氛炉中热解炭化3h，得改性生物炭初品；将该生物炭初品用1mol/L的NaOH溶液活化后，加入到营养溶液中，震荡2h，烘干后制成铁改性水稻秸秆生物炭；取所制的铁改性水稻秸秆生物炭40％，塘泥30％、椰糠30％，搅拌混匀，即得铁改性水稻秸秆生物炭育秧基质。
取4L上述水稻育秧基质与1.0％的糊精溶液搅拌混匀，至基质含水率为70％，在底部放置有麻纤维纸的模具中，压制成厚度1.5cm的基质板，自然风干，即得铁改性水稻秸秆生物炭育秧基质板。
实施例4
将废弃园林树枝去杂后烘干，粉碎至粒径<5mm的粉末，加入到1.0mol/L FeSO4溶液中浸渍，生物炭与溶液体积比为1：10，用搅拌机搅拌3h，沥干后60℃烘干；取上述粉末在通有氮气的气氛炉中热解炭化5h，得改性生物炭初品；将该生物炭初品用1mol/L的NaOH溶液活化后，加入到营养溶液中，震荡2h，烘干后制成铁改性园林废弃物生物炭；取所制的铁改性园林废弃物生物炭40％，塘泥30％、椰糠30％，搅拌混匀，即得铁改性园林废弃物生物炭育秧基质。
取4L上述水稻育秧基质与0.5％的糊精溶液搅拌混匀，至基质含水率为75％，在底部放置有麻纤维纸的模具中，压制成厚度1.5cm的基质板，放置在60℃的烘箱中烘干，即得铁改性园林废弃物生物炭育秧基质板。
实施例5
将水稻壳去杂后烘干，粉碎至粒径<5mm的粉末，加入到0.5mol/L FeCl3溶液中浸渍，生物炭与溶液体积比为1：5，用搅拌机搅拌3h，沥干后60℃烘干；取上述粉末在通有氮气的气氛炉中热解炭化4h，得改性生物炭初品；将该生物炭初品用1mol/L的NaOH溶液活化后，加入到营养溶液中，震荡2h，烘干后制成铁改性水稻壳生物炭；取所制的铁改性水稻壳生物炭30％，稻田土30％、椰糠40％，搅拌混匀，即得铁改性水稻壳生物炭育秧基质。
取4L上述水稻育秧基质与0.5％的黄原胶搅拌混匀，至基质含水率为70％，在底部放置有麻纤维纸的模具中，压制成厚度2cm的基质板，放置在60℃的烘箱中烘干，即得铁改性水稻壳生物炭育秧基质板。
实施例6
将玉米秸秆去杂后烘干，粉碎至粒径<5mm的粉末，加入到1.0mol/L FeCl3溶液中浸渍，生物炭与溶液体积比为1：10，用搅拌机搅拌5h，沥干后60℃烘干；取上述粉末在通有氮气的气氛炉中热解炭化3h，得改性生物炭初品；将该生物炭初品用1mol/L的NaOH溶液活化后，加入到营养溶液中，震荡2h，烘干后制成铁改性玉米秸秆生物炭；取所制的铁改性玉米秸秆生物炭30％，稻田土20％、椰糠50％，搅拌混匀，即得铁改性玉米秸秆生物炭育秧基质。
取4L上述水稻育秧基质与1.0％的玉米淀粉溶液搅拌混匀，至基质含水率为75％，在底部放置有麻纤维纸的模具中，压制成厚度1.5cm的基质板，自然风干，即得铁改性玉米秸秆生物炭育秧基质板。
实施例7
将水稻秸秆去杂后烘干，粉碎至粒径<5mm的粉末，加入到1.0mol/L FeCl3溶液中浸渍，生物炭与溶液体积比为1：5，用搅拌机搅拌3h，沥干后60℃烘干；取上述粉末在通有氮气的气氛炉中热解炭化5h，得生物炭初品；将该生物炭初品用1mol/L的NaOH溶液活化后，加入到营养溶液中，震荡3h，烘干后制成铁改性水稻秸秆生物炭；取所制的铁改性水稻秸秆生物炭30％，稻田土20％、椰糠50％，搅拌混匀，即得铁改性水稻秸秆生物炭育秧基质。
取4L上述水稻育秧基质与1.0％的黄原胶溶液搅拌混匀，至基质含水率为65％，在底部放置有麻纤维纸的模具中，压制成厚度2.0cm的基质板，自然风干，即得铁改性水稻秸秆生物炭育秧基质板。
实施例8
将烟杆去杂后烘干，粉碎至粒径为5mm的粉末，加入到0.5mol/L FeSO4物溶液中浸渍，生物炭与溶液体积比为1：5，用搅拌机搅拌1h，沥干后60℃烘干；取上述粉末在通有氮气的气氛炉中热解炭化5h，得生物炭初品；将该生物炭初品用1mol/L的NaOH溶液活化后，加入到营养溶液中，震荡2h，烘干后制成铁改性烟杆生物炭；取所制的铁改性烟杆生物炭30％，塘泥30％、椰糠40％，搅拌混匀，即得铁改性烟杆生物炭育秧基质。
取4L上述水稻育秧基质与1.0％的黄原胶溶液搅拌混匀，至基质含水率为70％，在底部放置有麻纤维纸的模具中，压制成厚度1.2cm的基质板，放置在60℃的烘箱中烘干，即得铁改性烟杆生物炭育秧基质板。
实施例9
将花生壳去杂后烘干，粉碎至粒径<5mm的粉末，加入到1.0mol/L FeCl3溶液中浸渍，生物炭与溶液体积比为1：10，用搅拌机搅拌3h，沥干后60℃烘干；取上述粉末在通有氮气的气氛炉中热解炭化3h，得生物炭初品；将该生物炭初品用1mol/L的NaOH溶液活化后，加入到营养溶液中，震荡2h，烘干后制成铁改性花生壳生物炭；取所制的铁改性花生壳生物炭30％，塘泥20％、椰糠50％，搅拌混匀，即得铁改性花生壳生物炭育秧基质。
取4L上述水稻育秧基质与0.5％的玉米淀粉溶液搅拌混匀，至基质含水率为75％，在底部放置有麻纤维纸的模具中，压制成厚度1.5cm的基质板，自然风干，即得铁改性花生壳生物炭育秧基质板。
实施例10
将椰壳去杂后烘干，粉碎至粒径为5mm的粉末，加入到0.5mol/L FeCl3溶液中浸渍，生物炭与溶液体积比为1：10，用搅拌机搅拌3h，沥干后60℃烘干；取上述粉末在通有氮气的气氛炉中热解炭化5h，得生物炭初品；将该生物炭初品1mol/L的NaOH溶液活化后，加入到营养溶液中，震荡2h，烘干后制成铁改性椰壳生物炭；取所制的铁改性椰壳生物炭30％，塘泥20％、椰糠50％，搅拌混匀，即得铁改性椰壳生物炭育秧基质。
取4L上述水稻育秧基质与1.0％的黄原胶溶液搅拌混匀，至基质含水率为65％，在底部放置有麻纤维纸的模具中，压制成厚度1.5cm的基质板，放置在60℃的烘箱中烘干，即得铁改性椰壳生物炭育秧基质板。
对比例1
将烟杆去杂后烘干，粉碎至粒径<5mm的粉末，通有氮气的气氛炉中热解炭化3h，得生物炭初品；将该生物炭初品用1mol/L的NaOH溶液活化后，加入到营养溶液中，震荡3h，烘干后制成烟杆生物炭；取所制的烟杆生物炭40％，膨润土30％、椰糠30％，搅拌混匀，即得烟杆生物炭育秧基质。
取4L上述水稻育秧基质与1.0％的羟甲基纤维素钠溶液搅拌混匀，至基质含水率为70％，在底部放置有麻纤维纸的模具中，压制成厚度1.5cm的基质板，放置在60℃的烘箱中烘干，即得烟杆生物炭育秧基质板。
对比例2
将桑树枝去杂后烘干，粉碎至粒径<5mm的粉末，在通有氮气的气氛炉中热解炭化5h，得生物炭初品；将该生物炭初品用1mol/L的NaOH溶液活化后，加入到营养溶液中，震荡1h，烘干后制成桑树枝生物炭；取所制的桑树枝生物炭40％，黄泥30％、椰糠30％，搅拌混匀，即得桑树枝生物炭育秧基质。
取4L上述水稻育秧基质与1.0％的黄原胶溶液搅拌混匀，至基质含水率为75％，在底部放置有麻纤维纸的模具中，压制成厚度1.5cm的基质板，自然风干或放置在60℃的烘箱中烘干，即得桑树枝生物炭育秧基质板。
验证实验：铁改性生物炭育秧基质板对水稻秧苗生长及机插质量的影响。
试验设置：
常规稻田土对照组
取4L常规稻田土壤，与1.0％的黄原胶溶液搅拌混匀，至含水率为70％，在底部放置有麻纤维纸的模具中，压制成厚度1.2cm的基质板，即得常规稻田土育秧基质板。
实验过程：
试验在广州市白云区人和镇广州市现代农业装备示范基地进行；供试水稻品种为泰丰优208，设置6个处理：常规稻田土对照组；实施例1所制备的基质板；实施例2所制备的基质板；实施例3所制备的基质板；实施例4所制备的基质板；对比例1所制备的基质板；对比例2所制备的基质板。
取风干后制作基质板的基质分别测定容重、总孔隙度、pH值和电导率(EC值)，每个处理4次重复；水稻育秧试验于2020年3月5日开始，品种为泰丰优208，将谷种浸种催芽，3月7日播种；将所制作的基质板移到底部铺有无纺布的大田苗床，每个基质板播130g芽谷，并覆盖0.5cm相应的实施例育秧基质，小拱棚覆膜育秧；3月30日插秧前取样测定秧苗素质指标；插秧前每个重复3次，随机抽取20株秧苗测定株高、叶龄、SPAD值、100株秧苗地上部及地下部的干质量、根系盘结力，统计成苗率、壮苗指数和毯秧重量；机插秧后2d，调查每丛机插秧苗数，统计漂秧率、漏秧率和伤秧率。
不同处理育秧基质理化性质分析：
基质的理化性质对秧苗生长至关重要，并影响秧苗的素质；不同处理育秧基质理化性质见表1，利用生物炭制作的育秧基质容重均较常规稻田土对照组显著下降了38.10％-47.61％，总孔隙度增加了19.33-26.10个百分点，但对比例和实施例之间容重差别不明显；利用生物炭制作的育秧基质的大小孔隙比在0.33-0.43；pH值为5.98-6.61，呈中性偏酸，适合秧苗生长；常规稻田土对照组EC值仅为0.29，养分含量偏低，而对比例1-对比例2的EC值均>0.8，养分含量偏高，均不利于秧苗的生长发育，实施例1-实施例4EC值介于0.67-0.79，能够满足水稻秧苗的正常生长，说明经过活化、水洗的改性生物炭显示了更好的养分吸附(缓释)能力，更适合作育苗基质。综合分析可知，生物炭混配黏土、椰糠能显著降低育秧基质的容重，提高了总孔隙度、大小孔隙比和EC值，且改性生物炭育秧基质理化性质优于原生生物炭育秧基质。
表1不同处理育秧基质基本理化性质
Figure BDA0003542416090000111
不同处理育秧基质板对秧苗素质的影响：
从表2可以看出，不同育秧基质板对秧苗的生长均以实施例1-实施例4效果最好，对比例的秧苗素质次之；实施例1-实施例4处理的株高、百株地上部干重、根系盘结力分别比常规稻田土对照组提高了17.04％-23.56％、17.34％-52.02％和22.91％-32.44％；不同处理秧苗成秧率和壮苗指数也以实施例1-实施例4最好，对比例次之，分别比常规稻田土对照组显著提高了15.51％-20.33％和20.67-55.08％；说明本发明所用制备的铁改性生物炭育秧基质板具有明显的壮秧作用，根系生长效果更好，更有利于形成毯状秧。
表2不同处理育秧基质板对秧苗素质的影响
Figure BDA0003542416090000121
不同育秧基质板对机插栽植质量的影响：
从表3可知，不同育秧苗基质板毯秧重量较常规稻田土对照组减轻了24.76-36.35％，显示出良好的减重轻便效果；不同育秧基质板的穴苗数以实施例1-4处理最多，是常规稻田土对照组的1.31-1.48倍，而对比例穴苗数为常规稻田土对照组的1.12-1.20倍；不同生物炭育秧基质板的漏秧率在3.48-4.08％，漂浮率为1.88-2.08％，伤秧率为1.94-2.40％，均符合机插秧栽植质量要求。
表3不同育秧基质板处理对机插栽植质量的影响
Figure BDA0003542416090000131
秧苗素质的好坏对水稻后期的生长发育及产量影响很大，壮秧根系活力高，发根力强，机械移栽后返青快，生长整齐，有效穗数多，易高产，因此培育机插壮秧对水稻高产至关重要；盘根力是影响机插作业的一项重要指标，盘根力小于18N，在移栽时秧片提起易散开，不便于搬运与机插，漏插率高，缺穴多；盘根力超过35N，根系粘连难以切割，且对秧苗根系损伤大，返青慢，死苗多；本发明以铁改性生物炭等材料为原料创制出规格58cm×28cm成块育秧基质板，育成的水稻秧苗秧龄25d-35d，叶龄2.5-3.5，苗高20.12cm-21.40cm符合机插秧高度要求；改性生物炭育秧基质板对提高秧苗的整体素质，提高出苗率、根系活力、单株生物量，改善水稻根系的发育状况，促进盘根；在本试验条件下，实施例1-实施例4为较佳的育秧基质配方，具有明显的壮秧作用，符合机插壮秧标准和作业质量要求，表现出良好的适机性，毯秧重量较常规稻田土对照组减轻了24.76-36.35％，能减少60％-80％的稻田取土量，还能实现农林固体废弃物的减量和资源化回用，对水稻机械化种植率的提升具有现实参考意义。
从图1、图2可以看出原生的桑树枝生物炭、园林废弃物生物炭表面均为光滑、疏松的管状孔隙结构，而铁改性后的生物炭表面和孔道内因附着铁氧化物而都变得粗糙，微孔结构更加突出，比表面积增大且吸附点位增多，保水保肥能力大为提高；图3为改性生物炭水稻育秧基质板，四周微翘起，可防止种子播种时散落及淋水时被冲散，基质板底部放置有麻纤维纸，机械应力好，不容易断裂；图4为铁改性生物炭水稻育秧基质、基质板的制备方法流程图。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种铁改性生物炭水稻育秧基质，其特征在于：包括铁改性生物炭30-60％、黏土15-30％、余量为椰糠。
2.根据权利要求1所述的一种铁改性生物炭水稻育秧基质的制备方法，其特征在于：所述制备方法如下：
步骤一：将农林固体废弃物拣去杂质，烘干后粉碎至粒径小于5mm的粉末，加入到铁化合物溶液中浸渍，用搅拌机搅拌1.5-5h，沥干后60℃烘干，取上述粉末在通有惰性气体为保护气体的气氛炉中连续热解炭化后，自然冷却至室温，研磨过20目筛，得到改性生物炭初品；
步骤二：将改性生物炭初品用活化剂活化，水洗后加入到含氮、磷、钾、锌等养分离子的营养溶液中，震荡1-3h，使得养分离子能充分吸附到生物炭微孔结构中，烘干后制成具有养分缓释作用的铁改性生物炭成品；
步骤三：按体积组分配比，取所制的铁改性生物炭成品30-60％、黏土15-30％、余量为椰糠，将所有物料搅拌混配均匀，即得铁改性生物炭水稻育秧基质。
3.根据权利要求2所述的一种铁改性生物炭水稻育秧基质的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，农林固体废弃物为水稻秸秆、玉米秸秆、水稻壳、花生壳、烟杆、桑树枝、废弃园林树枝中的一种或至少两种组合；铁化合物为FeCl3或FeSO4，用纯净水溶解后配制成浓度为0.5-1.0mol/L的溶液，生物炭与铁化合物溶液体积比为1:5-10。
4.根据权利要求2所述的一种铁改性生物炭水稻育秧基质的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，连续热解炭化过程是指室温下，以每分钟6℃-10℃快速升温至220℃-260℃，保温25-55min；再继续以每分钟2℃-4℃缓慢升温至300℃-500℃，保温2-5h；惰性气体为氮气，流速为0.1m3/h。
5.根据权利要求2所述的一种铁改性生物炭水稻育秧基质的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，使用浓度为1-3mol/L的酸溶液或者碱溶液作为活化剂浸泡改性生物炭初品2-6h进行活化，用去离子水冲洗沥干；进一步地，使用浓度为1mol/L的NaOH溶液作为活化剂浸泡4h活化。
6.根据权利要求2所述的一种铁改性生物炭水稻育秧基质的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，营养溶液的养分含量分别为氮3.0g/L、磷1.5g/L、钾1.5g/L、锌0.5g/L；氮肥采用硝酸钾，磷肥采用磷酸二氢铵，钾肥采用硫酸钾或硝酸钾，锌肥采用硫酸锌。
7.根据权利要求2所述的一种铁改性生物炭水稻育秧基质的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，黏土为塘泥、膨润土、稻田土、黄泥中的一种或至少两种组合，粉碎后粒径<5mm；椰糠为经脱盐加工后的椰子外壳纤维粉末，粒径2-4mm。
8.一种包括如权利1-7任一项所记载的铁改性生物炭水稻育秧基质的基制板制备方法，其特征在于：所述制备方法如下：
步骤一：将铁改性生物炭育秧基质与生物粘结剂搅拌混合，至基质含水率为65-75％；
步骤二：取4L复合物料，装在规格为58cm×28cm×5cm，底部放置一张植物纤维纸的模具中，压制成厚度1-2cm的育秧基质板；将该基质板自然风干或放置在温度为60℃的烘箱中烘干。
9.根据权利要求8所述的一种铁改性生物炭水稻育秧基质板的制备方法，其特征在于：所述生物粘结剂为浓度0.5-1.5％的糊精、玉米淀粉、黄原胶或羟甲基纤维素钠的一种或两种；进一步地，生物粘结剂添加有0.1-0.3％的山梨酸钾或苯甲酸钠作防腐剂。
10.根据权利要求8所述的一种铁改性生物炭水稻育秧基质板的制备方法，其特征在于：所述植物纤维纸为麻纤维纸。
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