本發(fā)明涉及的是一種環(huán)境保護及農(nóng)業(yè)科技領域的技術，具體是一種基于秸稈資源化利用的秸稈生物碳高持水營養(yǎng)土及其制備方法。
背景技術：
農(nóng)作物秸稈數(shù)量大、種類多、分布廣，全世界秸稈年產(chǎn)量29億多噸。我國是糧食生產(chǎn)大國，也是秸稈生產(chǎn)大國，每年可生產(chǎn)秸稈7億多噸，約占全球秸稈總量的20％-30％。其中，水稻、小麥、大豆、玉米、薯類等糧食作物秸稈約5.8億噸；花生、油菜籽、芝麻、向日葵等油料作物秸稈占總量的8％，棉花、甘蔗秸稈占總量的3％。目前，農(nóng)作物秸稈處理方式主要以直接粉碎還田、工業(yè)利用(造紙、飼料、發(fā)酵清潔能源)、秸稈焚燒三種方式為主。秸稈還田有雖然具有培肥地力的作用，但在實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的方法市直接粉碎在地表，方法不當，假如腐熟時間不夠，也會導致土壤病菌增加、作物病害加重等不良現(xiàn)象。我國秸稈露天焚燒率達到20.8％，主要為稻谷、玉米和小麥，每年秸稈焚燒產(chǎn)生的PM2.5達到138.1×104噸。因此，秸稈的資源化利用對于實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、保護環(huán)境具有重要意義。
同時，隨著農(nóng)業(yè)種植結構調(diào)整，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉變，陽臺農(nóng)業(yè)等新型都市農(nóng)業(yè)發(fā)展十分迅速，設施農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展對種植基質(zhì)(育苗營養(yǎng)土)提出了更高的要求。根據(jù)幼苗及作物生長需要，目前主流的基質(zhì)主要利用有機、無機材料及微生物制劑配制而成，常用的育苗基質(zhì)有巖棉、細蛭石、草炭、爐渣灰、種過蘑菇的棉籽殼、珍珠巖、細砂、有機肥、炭化礱糠、鋸木屑等。這些基質(zhì)原料生理、生化特性不同，各有優(yōu)缺點，其中有機肥、細蛭石是較理想的育苗基質(zhì)，而草炭、炭化礱糠、鋸木屑是很好的復合育苗基質(zhì)原料。綜合來看，輕量化基質(zhì)在育苗育種、溫室栽培、盆栽作物、陽臺種植、林木育苗、林木扦插等領域有著廣泛應用，具有良好的應用前景。但是，傳統(tǒng)配方基質(zhì)存在持水、保濕能力不足，以及養(yǎng)分供給受限等問題，制約了輕量化基質(zhì)的發(fā)展，繼續(xù)開發(fā)新型基質(zhì)材料。
作物秸稈的基質(zhì)化利用不但能為育苗基質(zhì)提供原料，也為作物秸稈污染問題提供了有效的解決方案，但是目前秸稈基質(zhì)化利用技術尚不成熟，生產(chǎn)工藝與流程尚不規(guī)范，基質(zhì)產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，且缺乏統(tǒng)一的科學操作標準。我國早期在進行秸稈基質(zhì)化利用的初期嘗試中，秸稈不經(jīng)過發(fā)酵而直接或經(jīng)過碾壓破碎等簡單處理后用于蔬菜栽培，這也是最初的秸稈基質(zhì)化利用形式。由于早起的直接利用方式中秸稈原料養(yǎng)分利用困難、理化性狀不達標等缺陷，堆肥發(fā)酵逐漸發(fā)展成為秸稈基質(zhì)化的重要步驟。秸稈目前在作為栽培基質(zhì)的應用過程中相對較粗放，對栽培基質(zhì)所需要的重要物理性質(zhì)缺乏準確數(shù)據(jù)支撐，而對作物有較大影響的化學穩(wěn)定性、酸堿性、陽離子代換量、電導率和緩沖能力主要依靠經(jīng)驗進行調(diào)配，在育苗過程中出現(xiàn)缺苗與植株生長發(fā)育不良的情況，利用這些基質(zhì)在扦插苗木過程中也會出現(xiàn)生根緩慢以及爛根等狀況，需要對以前的秸稈利用方式進行研究改進。
整體上看，常規(guī)配方基質(zhì)中使用的泥炭土不僅價格高，而且是短時間內(nèi)不可再生的資源，其儲量有限，不可能無限制的開發(fā)利用。同時，現(xiàn)在常用的基質(zhì)保水性能較差，特別是作物株型偏大時，需要不斷補充大量的水肥，極易造成基質(zhì)表面板結，也會導致大量水肥流失。此外，現(xiàn)有輕量化基質(zhì)體積過大，運輸也不方便；傳統(tǒng)配方基質(zhì)中營養(yǎng)元素分配不均衡，也是抑制其使用的重要問題。本發(fā)明提出的作物秸稈的基質(zhì)化利用可以為農(nóng)作物秸稈污染治理及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)輕量化基質(zhì)提供解決方案，作物秸稈分類收集粉碎及碳化利用，分別作為有機生態(tài)無土栽培基質(zhì)的主要配方原料經(jīng)濟可行，其輕量化及保水性能能夠滿足作物正常生長發(fā)育需要，這種原材料本土化、低成本、可再生、環(huán)保型的育苗基質(zhì)有廣闊的發(fā)展前景。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術所需要的原材料較多、工藝復雜且容易夾雜有害微生物導致的實用性不強、基質(zhì)保水效果不好等缺點，提出一種秸稈生物碳高持水營養(yǎng)土及其制備方法，能有效解決現(xiàn)有作物秸稈污染問題，實現(xiàn)作物秸稈資源化利用。該發(fā)明能顯著提高培養(yǎng)基質(zhì)的持水保水性能，利用該發(fā)明制備的營養(yǎng)土具有穩(wěn)定的養(yǎng)分保持能力與養(yǎng)分供給能力，其理化性質(zhì)穩(wěn)定、配方簡單、實用性強，同時具備良好的種植效果，可以為蔬菜、花卉、苗木等提供全營養(yǎng)、全周期配方培養(yǎng)基質(zhì)。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
本發(fā)明涉及一種秸稈生物碳高持水營養(yǎng)土，其組分及含量為：粉碎發(fā)酵后的秸稈55-68％、秸稈炭化顆粒28-40％以及可生物降解高吸水性樹脂3-5％，其中：氮元素有效含量為200-500g·m-3、P2O5含量為20-50g·m-3、鉀元素含量為100-300g·m-3。
本發(fā)明涉及上述營養(yǎng)土的制備方法，包括以下步驟：
步驟1)將無污染的作物秸稈分類收集，木質(zhì)化程度低、易分解的作物秸稈機械破碎，木質(zhì)化程度高的秸稈進行高溫炭化造粒。
步驟2)向步驟1處理后的破碎秸稈原料中添加發(fā)酵素，進行堆肥發(fā)酵。
步驟3)發(fā)酵完成后，添加可生物降解高吸水性樹脂，添加秸稈生物炭顆粒，然后充分混合均勻。
步驟4)根據(jù)適用蔬菜類別調(diào)節(jié)pH和電導率，然后抽真空包裝儲存。
技術效果
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明原料來源易獲得且成本低廉，同時解決了大量作物秸稈的出路，對于農(nóng)作物秸稈污染防治具有重要的意義，為農(nóng)作物秸稈的資源利用提供了可靠方法。同時，本發(fā)明提出的營養(yǎng)土配方有別于常規(guī)培養(yǎng)基質(zhì)，主要基于作物秸稈破碎和高溫炭化造粒原料，其養(yǎng)分持續(xù)供給能力得到了大幅提高，養(yǎng)分流失量大大降低。該方法提出的營養(yǎng)土配方簡單、實用性強，解決了常規(guī)基質(zhì)持水能力不足的明顯缺陷，減少澆水次數(shù)。此外，該發(fā)明所生產(chǎn)的營養(yǎng)土體積較小，為運輸、儲存等提供了便利。
附圖說明
圖1為本發(fā)明工藝流程示意圖。
具體實施方式
本實施例包括以下步驟:
步驟1)將無污染的作物秸稈分類收集，木質(zhì)化程度低、易分解的作物秸稈機械破碎，木質(zhì)化程度高的秸稈進行造粒。
所述的無污染的作物秸稈是指：產(chǎn)于無污染地區(qū)的農(nóng)作物秸稈或其他秸稈類廢棄物(包括園林綠化、木材加工廢棄物等)，各類重金屬及有毒有害物質(zhì)未檢出，農(nóng)藥殘留達標；同時，秸稈經(jīng)曬干、分揀，除去草籽、石塊等雜質(zhì)。
所述的分類收集是指：木質(zhì)化程度低、易分解的秸稈機械破碎，包括水稻秸稈、玉米秸稈及蔬菜作物廢棄物，以及樹葉等；木質(zhì)化化程度高的秸稈包括麥子秸稈、喬木、灌木以及木材的邊角料、樹木的根、枝條等。
所述的破碎，包括粉碎、過篩兩個步驟，具體為:利用秸稈粉碎機將作物秸稈粉碎至2-5mm；過篩，纖維長度超過5mm的進行二次粉粹，將秸稈處理達到所需水平。
所述的炭化造粒，是指將作物秸稈在350-450℃炭化爐中進行熱解炭化成秸稈生物質(zhì)炭，同時壓制成粒徑5-8mm的顆粒。
步驟2)向步驟1處理后的營養(yǎng)土原料中添加發(fā)酵素，進行堆肥發(fā)酵。
所述的發(fā)酵素具體為EM菌和尿素構成，其添加量為：EM菌:尿素:營養(yǎng)土原料按1:500:4000的重量比混勻。
所述的EM菌是指：雙岐菌、乳酸菌、芽孢桿菌(采用但不限于：地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、膠質(zhì)芽孢桿菌、蘇云金芽孢桿菌等)、光合細菌、酵母菌、放線菌和醋酸菌，經(jīng)擴培、發(fā)酵、噴霧干燥而成的復合微生物菌種，該EM菌中每克含有益總菌數(shù)≥500億CFU。
所述的進行堆肥發(fā)酵是指：將混勻后的秸稈物料堆放于砌墻的發(fā)酵槽中，該發(fā)酵槽的墻高1.2-1.5m，墻長寬比例為1:4；發(fā)酵溫度控制為25-35℃，水分50-60％，時間控制在25-45天。
步驟3)發(fā)酵完成后，添加可生物降解高吸水性樹脂(Super Absorbent Polymer，SAP)以及生物炭顆粒，然后充分混合均勻。
所述的發(fā)酵完成是指：以腐熟度作為綜合評價指標衡量堆肥產(chǎn)品的質(zhì)量標準，其中：物理指標(如溫度、氣味、顏色等)隨堆肥過程的變化比較直觀，秸稈變成褐色或黑褐色，濕時用手握之柔軟有彈性，干時很脆容易破碎，可以用作定性的判斷標準；化學指標包括碳氮比、氨化合物、有機化合物、陽離子交換量和腐殖質(zhì)含量等；生物學指標包括微生物種群和數(shù)量、酶種類及活性、植物毒性指示以及一些衛(wèi)生指標。
所述的可生物降解高吸水性樹脂，按照3.0％的重量比添加，以便提高營養(yǎng)土的持水性能，減少營養(yǎng)土栽培中澆水頻率，為作物持續(xù)提供水分及養(yǎng)分。
所述的可生物降解高吸水性樹脂有著良好的吸水性能和保水能力，吸水可達自身重量的數(shù)百倍甚至上千倍，且保水性強，在受熱、加壓條件下也不易失水，對光、熱、酸堿的穩(wěn)定性好，且具有良好的生物降解性能。
所述的添加生物炭顆粒，具體是指：將作物秸稈(體積在15mm以下顆粒狀)充分粉粹，粉粹后直徑小于1mm，然后將其造粒，顆粒直徑在2-3mm，造粒后在爐內(nèi)高溫條件下進行干餾、無氧炭化。
以30％重量比添加尺寸在2-3mm的生物炭顆粒，并調(diào)節(jié)物料容重在0.4-0.75g·cm-3，使得混合物料總孔隙度大于60％，持水孔隙大于45％。
所述的充分混合均勻是指：采用機械手段將上述物料充分攪拌、混勻。
步驟4)根據(jù)適用蔬菜類別調(diào)節(jié)pH和電導率，然后抽真空包裝儲存。
所述的調(diào)節(jié)具體是指：針對葉菜類、茄果類、瓜類、根莖類等蔬菜大類，將混勻后的產(chǎn)品pH值調(diào)整至6.5-7.5，電導率控制在0.1-0.2mS·cm，以控制基質(zhì)內(nèi)可溶性鹽的總濃度，便于栽培作物的根系發(fā)育及生長。
所述的葉菜類是指：青菜、甘藍、白菜、西蘭花、菠菜、芹菜等。
所述的茄果類是指：番茄、辣椒、黃瓜、茄子等。
所述的瓜類是指：甜瓜、西瓜、哈密瓜等。
所述的根莖類是指：蘿卜、紅薯、山藥等。
所述的抽真空包裝儲存是指：將上述產(chǎn)品按照1kg裝標準裝袋，抽真空后進行封裝，其目的在于減少營養(yǎng)土體積，方便儲運及延長保質(zhì)期。
步驟5)將營養(yǎng)土倒入種植容器中加入無氯水，調(diào)節(jié)含水量，播種或移栽后，按照植物進行對應常規(guī)水肥管理，實現(xiàn)土壤優(yōu)化。
所述的營養(yǎng)土，依據(jù)種植容器的大小，倒入占種植容器1/3體積的營養(yǎng)土即可，容器底部應保留透氣、排水孔。
所述的無氯水可采用但不限于：在陽光下暴曬一整天或陰涼處靜止放置48小時以上的自來水、干凈的河水或井水。
所述的調(diào)節(jié)含水量是指：調(diào)節(jié)營養(yǎng)土含水量至35-45％。
所述的播種或移栽后，按照相關作物進行常規(guī)水肥管理是指：在葉菜類、茄果類、瓜類、根莖類蔬菜種子播種或幼苗移栽后，按照對應的作物類別，按常規(guī)大田種植方法進行水肥管理，本配方營養(yǎng)土能滿足1-2茬作物養(yǎng)分需求。
以下為本發(fā)明制備得到的營養(yǎng)土與市售基質(zhì)效果比較：
表1不同基質(zhì)對番茄植株生長量的影響
表2不同基質(zhì)對茄子植株生長量的影響
表3不同基質(zhì)對玉米植株生長量的影響
通過利用上述實施例制備的秸稈生物碳高持水營養(yǎng)土進行盆栽種植，結果表明:該方法為園區(qū)農(nóng)業(yè)秸稈廢棄物提供了很好的資源化利用途徑，基于秸稈生物碳的高持水營養(yǎng)土種植的葉菜類、茄果類、瓜類、根莖類蔬菜長勢良好，生長期比普通基質(zhì)略短，發(fā)芽率提升5％，相同苗齡期內(nèi)植株高度可增加10％，植株直徑增加8％以上，使用此基質(zhì)可以獲得更粗壯的植株，培養(yǎng)壯苗；實施例效果表明，秸稈生物碳高持水營養(yǎng)土具有極好的保水效果及養(yǎng)分持續(xù)供給能力，澆水次數(shù)比常規(guī)營養(yǎng)土減少70％以上，養(yǎng)分流失減少50％以上。
上述具體實施可由本領域技術人員在不背離本發(fā)明原理和宗旨的前提下以不同的方式對其進行局部調(diào)整，本發(fā)明的保護范圍以權利要求書為準且不由上述具體實施所限，在其范圍內(nèi)的各個實現(xiàn)方案均受本發(fā)明之約束。