CN104892327A - 水稻专用炭基育苗基质及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种保水透气能力强的营养型水稻专用炭基育苗基质，其由下列重量份的原料混合制成：氮化改性生物炭30～40份、风干牛粪35～40份、松针10～15份、蛭石8～10份、保水剂3～5份、磷酸二氢钾1～2份。本发明所用氮化改性生物炭具有氮素营养功能，同时能够减少氮素淋洗流失；通过与牛粪、松针、保水剂等原料的混合，使该基质具有保水、透气等功能，同时适宜的碳氮比及全面的营养成分更有利水稻种苗生长；所用原料来源广泛，廉价易得，生产成本低，有利于实现废弃物生态转化利用。

Description

水稻专用炭基育苗基质及其制备方法

技术领域

本发明涉及无土栽培技术领域，具体涉及一种水稻专用炭基育苗基质及其制备方法。

背景技术

培育健壮秧苗，是水稻生产过程中的一个重要环节。健壮的秧苗移栽后返青期短，分蘖力旺盛，能为水稻后期高产打下良好的基础。传统的水稻育苗多在秧田中进行，需要占用一定面积的耕地，同时需要精细耕作制作苗床。田间水分管理需要根据气温变化适时调整，此外需要进行除草、防病虫害等劳作过程，往往消耗较多的人力、物力。而且因气温变化、水肥管理不济等影响幼苗发育，难以培育出壮苗。而集中式大棚土床育苗能较好的克服传统秧田育苗的不足，且具有节约资源、生产效率高、秧苗素质好等优点，普遍受到农户的欢迎，但是这种方式需要较多的床土，其配制、消毒、调酸等程序繁杂，起苗用工多，秧块重，不便于机械作业，严重影响这种育苗方式的推广普及。

生物炭是生物质在低氧环境下，经高温热解产生的一类多孔隙结构、高比表面积、吸附能力强的富碳类物质。制备生物炭的生物质原料包括各种天然物质及其衍生物，如木屑、农业和工业活动产生的有机废弃物、城市固体垃圾、畜禽粪便、水生植物和藻类等，但大多数原料来源于农业废弃物。原料来源广泛，生产成本低廉。已有研究证明，生物炭的孔隙对其保持养分离子的能力有重要作用，主要通过对水分的保持实现，是水分和养分保存的理想载体。此外，生物炭致密的孔隙使其具有良好的通气性。且堆密度小，质量轻便于运输。

目前，生产中相继推广应用了一系列水稻育苗基质，多是以草炭、蛭石、珍珠岩、污泥、粉碎的秸秆、菌渣等为原料，通过不同配比而形成，这些基质材料养分含量低，保水透气性能差，不利于水稻根系发育；也有个别以生物炭为原料，通过与其它物质配比形成混合基质材料，但生物炭均没有经过预处理或改性，往往造成基质的酸碱度、盐度多高，不适宜种子发育。此外，往往因生物炭与氮肥不能较好结合，造成碳氮比失调，影响秧苗根系养分吸收，抑制秧苗生长，易形成瘦苗、弱苗。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种保水透气能力强的营养型水稻专用炭基育苗基质及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种水稻专用炭基育苗基质，由下列重量份的原料混合制成：氮化改性生物炭30～40份、风干牛粪35～40份、松针10～15份、蛭石8～10份、保水剂3～5份、磷酸二氢钾1～2份。

优选的，所述氮化改性生物炭的制备方法为：

a.将风干的稻谷壳于300℃缺氧环境下热解制取生物炭，然后将该生物炭进行粉碎并过2mm筛后用清水浸泡3～6小时，再用清水冲洗2～3次以去除灰分和杂质后烘干；

b.将步骤a所得的生物炭中加入到2mol/L的H₂O₂中氧化40～50小时后取出，再将其按1:9～10的固液比加入到含氮量为25%的碳酸铵溶液中振荡10～12小时，然后滤去溶液晾干后即得到氮化改性生物炭。

优选的，所述保水剂是由羧甲基淀粉与丙烯酸钾聚合得到的吸水性树脂，其制备方法为：将2.5g羧甲基淀粉加入到盛有60ml去离子水的烧杯中，放置于电热板上缓慢加热至60℃,保持恒温，边搅拌边依次加入7.5g氢氧化钾、20g丙烯酸钾、0.8gK₂S₂O₈、5ml质量浓度为1.2g/L的N,N'-亚甲基双丙烯酰胺溶液；然后将烧杯覆膜静置1.5小时，将得到的粘稠液体于60℃下真空干燥至恒重，收集终产物，将其研磨过并过20目筛后即得到所述保水剂。

本发明水稻专用炭基育苗基质的制备方法包括下列步骤：

（1）将风干的稻谷壳于300℃的缺氧环境下热解制取生物炭，然后将该生物炭进行粉碎并过2mm筛后用清水浸泡3～6小时，再用清水冲洗2～3次以去除灰分和杂质后烘干备用；

（2）将步骤（1）所得的生物炭中加入到2mol/L的H₂O₂中，静置氧化40～50小时后，过滤溶液，晾干即得到氧化生物炭；

（3）将步骤（2）所得的H₂O₂氧化的生物炭按1:9～10的固液比加入到含氮量为25%的碳酸铵溶液中振荡10～12小时，然后滤去溶液晾干后即得氮化改性生物炭，并通过检测验证氮吸附量；

（4）将2.5g羧甲基淀粉加入到盛有60ml去离子水的烧杯中，放置于电热板上缓慢加热至60℃,保持恒温，边搅拌边依次加入7.5g氢氧化钾、20g丙烯酸钾、0.8gK₂S₂O₈、5ml质量浓度为1.2g/L的N,N'-亚甲基双丙烯酰胺溶液；然后将烧杯覆膜静置1.5小时，将得到的粘稠液体于60℃下真空干燥至恒重，收集终产物，将其研磨过并过20目筛后即得到保水剂；

（5）取发酵后的牛粪，打碎风干过筛，装袋备用；

（6）取风干的松针，用粉碎机粉碎，过筛装袋备用；

（7）取步骤（3）所得的氮化改性生物炭30～40份、风干牛粪35～40份、松针10～15份，蛭石8～10份，步骤（4）所得的保水剂3～5份，磷酸二氢钾1～2份为原料，均匀混合后得到水稻专用炭基育苗基质。

优选的，步骤（1）中稻谷壳热解制取生物炭的方法为：将稻谷壳风干后，装入干馏式炭化炉，炭化炉启动温度为40℃，然后以5℃/min的幅度升温至170℃，保持30min后，再按照5℃/min的幅度升温至300℃，保持3小时后冷却至室温，即得到该生物炭。

优选的，步骤（3）中所述振荡的条件为：将H₂O₂氧化后的生物炭与碳酸铵溶液混合后，置于恒温振荡器中，在25℃、1.01×10⁵Pa的条件下，以150次/min的频率振荡10-12小时。

本发明的有益效果在于：

1.所用生物炭为氮化改性生物炭，生物炭经洗涤、氧化及氮化后，使其自身pH值接近中性，氮素被加载到生物炭表面，使生物炭具有氮素营养储存功能，同时能够减少氮素淋洗流失。

2.通过与牛粪、松针、保水剂等原料的混合，使该基质具有保水、透气等功能，同时适宜的碳氮比及全面的营养成分更有利水稻种苗生长。

3.所用原料来源广泛，廉价易得，生产成本低，有利于实现废弃物生态转化利用。

具体实施方式

下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

实施例1：一种水稻专用炭基育苗基质的制备方法，包括下列步骤：

（1）稻谷壳风干后，装入干馏式炭化炉，炭化炉启动温度为40℃，以5℃/min幅度升温至170度，保持30min，然后再按照5℃/min幅度升温至300℃，保持3小时，然后冷却至室温，用清水浸泡9小时后，再用清水冲洗2次后置于烘箱105℃下烘干后研磨过2mm筛，制得生物炭颗粒备用。

（2）将将步骤（1）所得的生物炭中加入到2mol/L的H₂O₂中，静置氧化48小时，过滤溶液，晾干即得到氧化生物炭。

（3）将步骤（2）所得的H₂O₂氧化的生物炭按1:9的固液比加入到氮含量为25%的碳酸铵溶液中，置于恒温振荡器中，在25℃、1.01×10⁵Pa的条件下，以150次/min的频率振荡10小时，然后滤去溶液晾干后即得到该氮化改性生物炭。经检测，该氮化改性生物炭pH值接近中性，灰分含量低，孔隙度高，比表面积在300～400 m²/g，铵态氮含量约150mg/g，具有一定强度和较高的生物化学稳定性。

（4）取2.5g羧甲基淀粉加入到盛有60ml去离子水的烧杯中，放置于电热板上缓慢加热至60℃,保持恒温，边搅拌边依次加入7.5g氢氧化钾、20g丙烯酸钾、0.8gK₂S₂O₈、5ml质量浓度为1.2g/L的N,N'-亚甲基双丙烯酰胺溶液；然后将烧杯覆膜静置1.5小时，将得到的粘稠液体于60℃下真空干燥至恒重，收集终产物，将其研磨过并过20目筛后即得到保水剂。该保水剂吸水率高，保水性佳。可反复使用，成本低，可生物降解，无污染。

（5）取发酵后的牛粪，打碎风干过筛，装袋备用；

（6）取风干的松针，用粉碎机粉碎，过筛装袋备用；

（7）取步骤（3）所得的氮化改性生物炭30份、风干牛粪40份、松针15份，蛭石10份，步骤（4）所得的保水剂3份，磷酸二氢钾2份为原料，均匀混合后得到水稻专用炭基育苗基质。

实施例2：一种水稻专用炭基育苗基质的制备方法，与实施例1的不同之处在于，步骤（7）：取步骤（3）所得的氮化改性生物炭40份、风干牛粪38份、松针10份，蛭石8份，步骤（4）所得的保水剂3份，磷酸二氢钾1份为原料，均匀混合后得到水稻专用炭基育苗基质。

实施例3：一种水稻专用炭基育苗基质的制备方法，与实施例1的不同之处在于，步骤（7）：取步骤（3）所得的氮化改性生物炭35份、风干牛粪40份、松针10份，蛭石8份，步骤（4）所得的保水剂5份，磷酸二氢钾2份为原料，均匀混合后得到水稻专用炭基育苗基质。

在以上实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的工业原料如无特别说明，均为市售常规工业原料。

应用效果对比试验：以土壤基质为对照，使用实例1至实施例3的育苗基质，试验用水稻种子为五优308，每种基质50盘，试验设三次重复，共试验数量450盘。试验过程中，水稻秧苗生长发育状况对比如下表1所示。

虽然上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1. 一种水稻专用炭基育苗基质，其特征在于，由下列重量份的原料混合制成：氮化改性生物炭30～40份、风干牛粪35～40份、松针10～15份、蛭石8～10份、保水剂3～5份、磷酸二氢钾1～2份。

2. 根据权利要求1所述的水稻专用炭基育苗基质，其特征在于，所述氮化改性生物炭的制备方法为：

a.将风干的稻谷壳于300℃缺氧环境下热解制取生物炭，然后将该生物炭进行粉碎并过2mm筛后用清水浸泡3～6小时，再用清水冲洗2～3次以去除灰分和杂质后烘干；

b.将步骤a所得的生物炭中加入到2mol/L的H₂O₂中氧化40～50小时后取出，再将其按1:9～10的固液比加入到含氮量为25%的碳酸铵溶液中振荡10～12小时，然后滤去溶液晾干后即得到氮化改性生物炭。

3. 根据权利要求1所述的水稻专用炭基育苗基质，其特征在于，所述保水剂是由羧甲基淀粉与丙烯酸钾聚合得到的吸水性树脂，其制备方法为：将2.5g羧甲基淀粉加入到盛有60ml去离子水的烧杯中，放置于电热板上缓慢加热至60℃,保持恒温，边搅拌边依次加入7.5g氢氧化钾、20g丙烯酸钾、0.8gK₂S₂O₈、5ml质量浓度为1.2g/L的N,N'-亚甲基双丙烯酰胺溶液；然后将烧杯覆膜静置1.5小时，将得到的粘稠液体于60℃下真空干燥至恒重，收集终产物，将其研磨过并过20目筛后即得到所述保水剂。

4. 一种水稻专用炭基育苗基质的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：

（1）将风干的稻谷壳于300℃的缺氧环境下热解制取生物炭，然后将该生物炭进行粉碎并过2mm筛后用清水浸泡3～6小时，再用清水冲洗2～3次以去除灰分和杂质后烘干备用；

（2）将步骤（1）所得的生物炭中加入到2mol/L的H₂O₂中，静置氧化40～50小时后，过滤溶液，晾干即得到氧化生物炭；

（3）将步骤（2）所得的H₂O₂氧化的生物炭按1:9～10的固液比加入到含氮量为25%的碳酸铵溶液中振荡10～12小时，然后滤去溶液晾干后即得氮化改性生物炭，并通过检测验证氮吸附量；

（4）将2.5g羧甲基淀粉加入到盛有60ml去离子水的烧杯中，放置于电热板上缓慢加热至60℃,保持恒温，边搅拌边依次加入7.5g氢氧化钾、20g丙烯酸钾、0.8gK₂S₂O₈、5ml质量浓度为1.2g/L的N,N'-亚甲基双丙烯酰胺溶液；然后将烧杯覆膜静置1.5小时，将得到的粘稠液体于60℃下真空干燥至恒重，收集终产物，将其研磨过并过20目筛后即得到保水剂；

（5）取发酵后的牛粪，打碎风干过筛，装袋备用；

（6）取风干的松针，用粉碎机粉碎，过筛装袋备用；

（7）取步骤（3）所得的氮化改性生物炭30～40份、风干牛粪35～40份、松针10～15份，蛭石8～10份，步骤（4）所得的保水剂3～5份，磷酸二氢钾1～2份为原料，均匀混合后得到水稻专用炭基育苗基质。

5. 根据权利要求4所述的水稻专用炭基育苗基质的制备方法，其特征在于，步骤（1）中稻谷壳热解制取生物炭的方法为：将稻谷壳风干后，装入干馏式炭化炉，炭化炉启动温度为40℃，然后以5℃/min的幅度升温至170℃，保持30min后，再按照5℃/min的幅度升温至300℃，保持3小时后冷却至室温，即得到该生物炭。

6. 根据权利要求4所述的水稻专用炭基育苗基质的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述振荡的条件为：将H₂O₂氧化后的生物炭与碳酸铵溶液混合后，置于恒温振荡器中，在25℃、1.01×10⁵Pa的条件下，以150次/min的频率振荡10-12小时。