一种秸秆生物炭基蔬菜盆钵栽培基质及其系统的制作方法

本发明涉及农业技术领域，特别是涉及一种秸秆生物炭基蔬菜盆钵栽培基质及其系统。

背景技术：

目前，用于蔬菜栽培的基质，大部分以泥炭或草炭为主料。近年来，以生物炭为核心的土壤改良与培肥技术广泛兴起。基于生物炭的优良特性，利用生物炭制备蔬菜育苗基质具备可行性，也可在一定程度上替代泥炭或草炭的使用，对促进农业废弃物综合利用具有重大意义。国内当前主要利用生物炭作为育苗基质，对蔬菜全生育期的炭基栽培基质研究不多。现有的生物炭基基质多为不同组分混合均匀后直接利用，缺乏匹配蔬菜不同生育阶段生长发育特性和需求的栽培基质。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种秸秆生物炭基蔬菜盆钵栽培基质及其系统，以解决上述现有技术存在的问题，匹配蔬菜不同生育阶段生长发育特性和需求。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种秸秆生物炭基蔬菜盆钵栽培基质，从下至上依次铺设四层不同的基质，具体包括：

基质层，其包括改性秸秆生物炭、河泥和/或长效氮肥；

有机肥层，其包括腐熟秸秆、有机肥和/或细河沙；

促根层，其包括改性秸秆生物炭、复合肥和/或高岭土；以及

种床层，其包括草炭、蛭石和/或珍珠岩。

进一步地，所述秸秆生物炭基蔬菜盆钵栽培基质的总高度为25-35cm。

进一步地，所述秸秆生物炭基蔬菜盆钵栽培基质中四层不同基质所占体积分数为：基质层25-55％、有机肥层15-25％、促根层20-30％、种床层10-20％。

进一步地，所述基质层由质量比4:15:1的改性秸秆生物炭、河泥和长效氮肥组成，主要提供蔬菜生长中后期适宜的土壤结构性状，长效氮肥可以满足蔬菜中后期养分需求，减少外部追肥次数。

进一步地，所述有机肥层由质量比1:6:3的腐熟秸秆、有机肥和细河沙组成，主要针对蔬菜发育营养关键期提供充足活性有机质，促进作物发育。

进一步地，所述促根层由质量比2:3:5的改性秸秆生物炭、复合肥和高岭土组成，主要为作物初期发育提供基础养分，调理土壤理化性状，保障根系活力。

进一步地，所述种床层由质量比8:1:1的草炭、蛭石和珍珠岩组成，主要作为种苗发生基质。

进一步地，所述改性秸秆生物炭的制备方法包括以下步骤：

(1)取农作物秸秆，风干后粉碎至3-5cm小段；

(2)将粉碎的农作物秸秆置于炭化炉中，通入氮气控制氧分压≤7.5×10^-14pa，进行亚高温厌氧炭化，炭化温度为450-600℃，升温速率为10℃/min，炭化时间为60-90min；

(3)炭化结束后，取出，冷却至室温，纯水洗涤，然后置于磷酸、乙酸和硼酸的体积比为1:1:1的磷酸-乙酸-硼酸混合溶液中震荡，浸渍充分后，过滤并烘干，即得改性秸秆生物炭。

进一步地，所述腐熟秸秆的制备方法包括以下步骤：

将秸秆粉碎，构建堆体，利用微喷带加水至含水量40％左右，随后在堆体表面添加秸秆腐熟剂和尿素，再覆盖一层粉碎的秸秆，再次添加秸秆腐熟剂和尿素；两次添加的腐熟剂和尿素总量控制为每吨秸秆3kg和18kg，调节碳氮比至25:1；继续用遮光篷布覆盖堆体，控制密闭条件，堆体温度不超过60℃，湿度控制在50％，腐熟时间35-45天。

本发明还提供了一种秸秆生物炭基蔬菜盆钵栽培系统，包括盆钵和上述的秸秆生物炭基蔬菜盆钵栽培基质，秸秆生物炭基蔬菜盆钵栽培基质位于盆钵内部。

本发明公开了以下技术效果：

(1)农林作物秸秆炭化利用有利于实现资源循环利用，使秸秆更为高效地返还农田；采用磷酸-乙酸-硼酸混合溶液进行改性可以有效降低生物炭的碱性，在混以酸化剂进一步中和生物炭的碱性，从而有效避免生物炭用作基质时易造成养分损失、钝化和变性的缺陷；

(2)改进了炭化工艺，明确了最优炭化工艺，温度、炭化停留时间、升温速率以及氧气等参数耦合效应达到理想效果，提高了生物炭得率与品质；

本发明制备的秸秆生物炭是由有机物在亚高温缺氧条件下裂解产生的一类富炭有机物。生物炭较高的比表面积、发达的微孔结构、丰富的可变电荷使其可能增加土壤持水能力，阳离子交换量(cec)，表面吸附能力和盐基饱和度，降低土壤容重；该技术可以改善土壤理化性质、增加土壤有机质含量、缓解土壤养分流失，从而减少肥料的施用，因此具有成本低、效率高、不会对环境造成二次污染等优点；

(3)本发明的原料组成丰富且功能与作物栽培生理特性相匹配，按作物的养分需求和生理发育特点分层配制栽培基质，可控制不同根层土壤理化性状，养分配制符合作物生长规律，有利于作物根系发育，科学调控不同生育时期养分吸收，实现育苗与栽培一体化、轻简化管理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明秸秆生物炭基蔬菜盆钵栽培基质示意图；

其中，1-种床层，2-促根层，3-有机肥层，4-基质层。

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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

在以下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。

在以下实施例中使用的复合肥采用市售常规复合肥，总养分不低于45％，其中有效磷不低于15％，有效钾不低于15％。

在以下实施例中使用的有机肥采用充分腐熟的猪粪、牛粪和/或羊粪。

在以下实施例中使用的长效氮肥采用脲甲醛、脲乙醛、硫衣尿素和/或长效碳铵。

实施例1

一种秸秆生物炭基蔬菜盆钵栽培基质，从下至上依次铺设四层不同的基质，以体积分数计，具体包括：基质层40％、有机肥层20％、促根层25％、种床层15％；其中，基质层由质量比4:15:1的改性秸秆生物炭、河泥和长效氮肥组成；有机肥层由质量比1:6:3的腐熟秸秆、有机肥和细河沙组成；促根层由质量比2:3:5的改性秸秆生物炭、复合肥和高岭土组成；种床层由质量比8:1:1的草炭、蛭石和珍珠岩组成。

在实施例1中使用的改性秸秆生物炭的制备方法，包括以下步骤：

(1)取农作物秸秆，风干后粉碎至3-5cm小段；

(2)将粉碎的农作物秸秆置于炭化炉中，通入氮气控制氧分压≤7.5×10^-14pa，进行亚高温厌氧炭化，炭化温度为530℃，升温速率为10℃/min，炭化时间为80min；

(3)炭化结束后，取出，冷却至室温，纯水洗涤，然后置于磷酸、乙酸和硼酸的体积比为1:1:1的磷酸-乙酸-硼酸混合溶液中震荡，浸渍充分后，过滤并烘干，即得改性秸秆生物炭。

在实施例1中使用的腐熟秸秆的制备方法，包括以下步骤：

将秸秆粉碎，构建堆体，利用微喷带加水至含水量40％左右，随后在堆体表面添加秸秆腐熟剂和尿素，再覆盖一层粉碎的秸秆，再次添加秸秆腐熟剂和尿素；两次添加的腐熟剂和尿素总量控制为每吨秸秆3kg和18kg，调节碳氮比至25:1；继续用遮光篷布覆盖堆体，控制密闭条件，堆体温度不超过60℃，湿度控制在50％，腐熟时间40天。

实施例2

一种秸秆生物炭基蔬菜盆钵栽培基质，从下至上依次铺设四层不同的基质，以体积分数计，具体包括：基质层25％、有机肥层25％、促根层30％、种床层20％；其中，基质层由质量比4:15:1的改性秸秆生物炭、河泥和长效氮肥组成；有机肥层由质量比1:6:3的腐熟秸秆、有机肥和细河沙组成；促根层由质量比2:3:5的改性秸秆生物炭、复合肥和高岭土组成；种床层由质量比8:1:1的草炭、蛭石和珍珠岩组成。

在实施例2中使用的改性秸秆生物炭的制备方法，包括以下步骤：

(1)取农作物秸秆，风干后粉碎至3-5cm小段；

(2)将粉碎的农作物秸秆置于炭化炉中，通入氮气控制氧分压≤7.5×10^-14pa，进行亚高温厌氧炭化，炭化温度为600℃，升温速率为10℃/min，炭化时间为60min；

(3)炭化结束后，取出，冷却至室温，纯水洗涤，然后置于磷酸、乙酸和硼酸的体积比为1:1:1的磷酸-乙酸-硼酸混合溶液中震荡，浸渍充分后，过滤并烘干，即得改性秸秆生物炭。

在实施例2中使用的腐熟秸秆的制备方法，包括以下步骤：

将秸秆粉碎，构建堆体，利用微喷带加水至含水量40％左右，随后在堆体表面添加秸秆腐熟剂和尿素，再覆盖一层粉碎的秸秆，再次添加秸秆腐熟剂和尿素；两次添加的腐熟剂和尿素总量控制为每吨秸秆3kg和18kg，调节碳氮比至25:1；继续用遮光篷布覆盖堆体，控制密闭条件，堆体温度不超过60℃，湿度控制在50％，腐熟时间45天。

实施例3

一种秸秆生物炭基蔬菜盆钵栽培基质，从下至上依次铺设四层不同的基质，以体积分数计，具体包括：基质层55％、有机肥层15％、促根层20％、种床层10％；其中，基质层由质量比4:15:1的改性秸秆生物炭、河泥和长效氮肥组成；有机肥层由质量比1:6:3的腐熟秸秆、有机肥和细河沙组成；促根层由质量比2:3:5的改性秸秆生物炭、复合肥和高岭土组成；种床层由质量比8:1:1的草炭、蛭石和珍珠岩组成。

在实施例3中使用的改性秸秆生物炭的制备方法，包括以下步骤：

(1)取农作物秸秆，风干后粉碎至3-5cm小段；

(2)将粉碎的农作物秸秆置于炭化炉中，通入氮气控制氧分压≤7.5×10^-14pa，进行亚高温厌氧炭化，炭化温度为450℃，升温速率为10℃/min，炭化时间为90min；

(3)炭化结束后，取出，冷却至室温，纯水洗涤，然后置于磷酸、乙酸和硼酸的体积比为1:1:1的磷酸-乙酸-硼酸混合溶液中震荡，浸渍充分后，过滤并烘干，即得改性秸秆生物炭。

在实施例3中使用的腐熟秸秆的制备方法，包括以下步骤：

将秸秆粉碎，构建堆体，利用微喷带加水至含水量40％左右，随后在堆体表面添加秸秆腐熟剂和尿素，再覆盖一层粉碎的秸秆，再次添加秸秆腐熟剂和尿素；两次添加的腐熟剂和尿素总量控制为每吨秸秆3kg和18kg，调节碳氮比至25:1；继续用遮光篷布覆盖堆体，控制密闭条件，堆体温度不超过60℃，湿度控制在50％，腐熟时间35天。

对比例1

一种秸秆生物炭基蔬菜盆钵栽培基质，包括混合均匀的四种基质，以体积分数计，具体包括：基质40％、有机肥20％、促根料25％、种床15％；其中，基质由质量比4:15:1的改性秸秆生物炭、河泥和长效氮肥组成；有机肥由质量比1:6:3的腐熟秸秆、有机肥和细河沙组成；促根料由质量比2:3:5的改性秸秆生物炭、复合肥和高岭土组成；种床由质量比8:1:1的草炭、蛭石和珍珠岩组成。

在对比例1中使用的改性秸秆生物炭的制备方法，包括以下步骤：

(1)取农作物秸秆，风干后粉碎至3-5cm小段；

(2)将粉碎的农作物秸秆置于炭化炉中，通入氮气控制氧分压≤7.5×10^-14pa，进行亚高温厌氧炭化，炭化温度为530℃，升温速率为10℃/min，炭化时间为80min；

(3)炭化结束后，取出，冷却至室温，纯水洗涤，然后置于磷酸、乙酸和硼酸的体积比为1:1:1的磷酸-乙酸-硼酸混合溶液中震荡，浸渍充分后，过滤并烘干，即得改性秸秆生物炭。

在对比例1中使用的腐熟秸秆的制备方法，包括以下步骤：

将秸秆粉碎，构建堆体，利用微喷带加水至含水量40％左右，随后在堆体表面添加秸秆腐熟剂和尿素，再覆盖一层粉碎的秸秆，再次添加秸秆腐熟剂和尿素；两次添加的腐熟剂和尿素总量控制为每吨秸秆3kg和18kg，调节碳氮比至25:1；继续用遮光篷布覆盖堆体，控制密闭条件，堆体温度不超过60℃，湿度控制在50％，腐熟时间40天。

在以上实施例及对比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。

试验：2018年秋开展炭基蔬菜栽培基质对比实验，供试白菜品种为夏阳早50，栽培与水肥管理方法同常规生产。

试验设田园土(ck1)与常规基质(ck2)两个对照处理，以及秸秆生物炭基蔬菜栽培基质(bc)处理。其中，常规基质采用对比例1所述的秸秆生物炭基蔬菜盆钵栽培基质，秸秆生物炭基蔬菜盆钵栽培基质采用实施例1所述的秸秆生物炭基蔬菜盆钵栽培基质。

测定白菜40d苗龄以及成熟期植株生理指标，结果如表1和表2所示。

表1

表2

结果表明，在白菜发育前期，bc处理株高、茎粗、叶长、叶宽、展开度、根冠比、壮苗指数显著高于对照处理，植株生长发育较为迅速。至成熟期时，bc处理叶宽，叶柄宽和单株质量显著高于对照。综合分析表明，与对照相比，bc处理改变了白菜生长进程中生理发育特点，加速了白菜营养生长进程，提高了干物质积累效率，从而提高产量。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。