一种醋糟生物质炭复配基质的制作方法

本发明属于资源循环利用领域，涉及一种醋糟生物质炭复配基质。

背景技术：

泥炭因其具有质地轻，吸水透气性好，腐植酸含量高，有机质和纤维含量丰富，疏松多孔，缓冲能力强等优点，被广泛作为一种植物生长基质使用。但是，据统计目前全球泥炭资源储量约为4×10⁸hm²，仅占地球陆地面积的3％。而且随着人们对泥炭资源的需求日益增加，泥炭面积正迅速减少，品质逐渐下降，而泥炭属短期内不可再生资源，地区分布差异较大，这样使得泥炭的价格较高，从而使基质的成本日益增加。而且由于泥炭资源是碳的重要储存库，在全球变暖、减缓温室气体排放的大背景下，保护泥炭资源、限制泥炭开发利用也显得尤为重要。因此，基质泥炭替代物的研究成为大家关注的热点。

近年来，生物质废弃物热裂解碳化利用越来越受到关注。生物质炭是生物质废弃物在完全或部分缺氧的情况下经热裂解炭化产生的高度芳香化、富含碳素、表面多孔的固态物质。生物质炭具有质地轻，表面疏松多孔，化学性质稳定，蓄水保肥等诸多优点。研究表明，生物质炭具有保水保肥、提高氮肥利用率、促进根系生长以及提高作物品质产量等功效。目前将生物炭应用于育苗基质的研究已有少量研究报道试验表明，研究发现，利用生物炭基质部分替代泥炭能够促进在一定程度上促进番茄提早出苗，提高番茄的产量。因此，生物质炭替代泥炭应用于植物生长基质中有很大的潜力。所有生物质原料均可经过热裂解制备成生物质炭，这样为农作物秸秆、畜禽粪便、中药材渣树枝、木屑等生物质废弃物的循环利用提供料重要途径。特别是我国近年来秸秆燃烧造成的大气环境中严重的雾霾已成为全国关注的重要焦点。如果将秸秆制备成生物质炭并利用于制备基质，对解决秸秆燃烧造成的大气污染问题具有重要的贡献。但已有的研究表明，基质中的泥炭只能部分被生物质炭替代，这主要是由于生物质炭一般多呈碱性，pH约在9-11。而一般情况下过酸或过碱的基质均会影响营养液的pH，破坏其化学平衡，改变营养液中养分的形态，从而影响作物对养分的吸收。如果生物质炭作为基质原料全部替代泥炭，其过高的碱性对植物的生长有一定的抑制作用。泥炭的pH一般在5.5-7.0，因此，如何克服生物质炭较高碱性的缺陷就成为生物质炭成为泥炭的理想替代者的关键。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种微酸或偏中性的醋糟生物质炭复配基质，以变废为宝、保护泥炭资源。

为解决上述技术问题，本发明采取的第一个技术方案是：

一种醋糟生物质炭复配基质，其特征在于，包含以下体积百分比组成的物质：30～60％的醋糟生物质炭，0～30％干醋糟，其余部分为蛭石珍珠岩；其中，所述的醋糟生物质炭由干生物质废弃物和干醋糟混合炭化制备得到。

所述的干醋糟含水量为质量百分比20％以下；所述的干生物质废弃物含水量为质量百分比20％以下。

优选的，所述干醋糟占10～30％的体积百分比组成。

所述干生物质废弃物为农作物秸秆、树枝、木屑、中药渣或畜禽粪便中的一种或多种。

用于制备醋糟生物质炭的干生物质废弃物和干醋糟按体积比2～5:1混合，所述炭化条件为350～500℃温度无氧条件。

所述的醋糟生物质炭粒径在1-5mm，pH为5.5-8，总孔隙度为40％-60％，填充密度0.3-0.1g/cm³，电导率为0.5-3Ms/cm，比表面积为30-50g/cm²。

所述的醋糟生物质炭的制备，其具体步骤为：

(1)将醋糟和生物质废弃物各自独立的晾晒风干制备成含水量为质量百分比20％以下的干醋糟和干生物质废弃物；

(2)将步骤(1)中得到的干生物质废弃物和干醋糟按体积比2～6:1混合，在350～500℃温度无氧条件下炭化，冷却、磨碎、过筛，得到醋糟生物质炭。

步骤(2)中，所述无氧条件为氮气条件，所述炭化的时间为2～4小时，所述过筛的目数为1-5mm。

步骤(1)中，所述晾晒风干的温度为室温。

本发明采取的第二个技术方案是：

一种醋糟生物质炭，它由干生物质废弃物和干醋糟混合炭化制备得到；所述干生物质废弃物和干醋糟按体积比2～6:1混合，所述炭化条件为350～500℃温度无氧条件下炭化2～4小时。优选的，所述无氧条件为氮气条件。

所述的醋糟生物质炭的粒径在1-5mm，pH为5.5-8。优选的，所述的醋糟生物质炭粒径在1-5mm，pH为5.5-7，总孔隙度为40％-60％，填充密度0.3-0.1g/cm³，电导率为0.5-3Ms/cm，比表面积为30-50cm²/g。

所述干生物质废弃物为所有的农作物秸秆、树枝、木屑、中药渣或畜禽粪便中的一种或多种。

所述的醋糟生物质炭的制备，其具体步骤为：

(1)将醋糟和生物质废弃物各自独立的晾晒风干制备成含水量为质量百分比20％以下的干醋糟和干生物质废弃物；

(2)将步骤(1)中得到的干生物质废弃物和干醋糟按体积比2～6:1混合，在350～500℃温度无氧条件下炭化，冷却、磨碎、过筛，得到醋糟生物质炭。

步骤(2)中，所述无氧条件为氮气条件，所述炭化的时间为2～4小时，所述过筛的目数为1-5mm。

步骤(1)中，所述晾晒风干的温度为室温。

醋糟为米、麦、高粱等酿醋后所余的残渣，但经过淋醋以后，辅料谷壳等通常不再被利用，产生大量的废弃醋糟，大量堆放对环境压力很大。醋糟pH约为5-6左右，其富含植物所需的营养成分，如粗蛋白质、粗纤维、粗脂肪、钙、磷以及铁、锌、硒、锰等微量元素。醋糟可直接与碱性的生物质炭混合来调节基质的酸碱度，但由于生物质炭pH一般在9-11之间，要中和其碱性，需要加入大量的醋糟，但醋糟存在颗粒粗，通气孔隙大的缺点，随着醋糟含量的增加，基质中的通气孔隙增加，而持水孔隙减少，造成基质的水气比较小，从而显著降低基质的保水能力。

针对常规生物质炭的高pH值的缺陷，本发明制备的醋糟生物质炭为pH值为5.5-8，覆盖一般泥炭的pH值，和常规生物质炭相比，更合适做基质，以适宜作物的生长。以本发明制备的醋糟生物质炭完全替代泥炭配制的基质，与常规的泥炭基质相比，其通气孔隙和持水性均有显著提高。这主要是由于醋糟生物质炭具有较大的表面积和丰富的孔隙，具有较强的吸水能力，加之干醋糟本身大颗粒较多，在生物质原料中添加一定量的醋糟可试单增加生物质炭可适当增加大颗粒的比例，使其制备的基质的通气性得到改善，以进一步调节基质的水气比，更加适合作物的生长。因此，本发明进一步将醋糟生物质炭与一定比例的干醋糟以及其他材料复配制备成更加适宜植物生长的理想基质。同时，由于醋糟中富含植物所需的营养成分，如粗蛋白质、粗纤维、粗脂肪、钙、磷以及铁、锌、硒、锰等微量元素，也可进一步促进作物的生长。此外，添加的干醋糟也可在一定程度上起到中和生物质炭的微碱性、调节基质PH的作用。

但醋糟生物质炭复配基质添加的干醋糟的比例过大时，对基质的持水性的影响会显著降低。因此，优选的，醋糟生物质炭复配基质中干醋糟占10～30％的体积百分比组成。

有益效果：本发明不仅可以有效利用工农业生物质废弃物资源，还可以缓解泥炭资源的开采压力，为工业化生产开辟了一条解决环境污染，变废为宝、资源循环利用的重要途径。

附图说明

图1醋糟生物质炭复配基质的制备流程图；

图2不同基质对作物壮苗指数的影响。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

本发明使用的常规生物质炭为小麦秸秆在350-500℃无氧热裂解下制备。蛭石和珍珠岩购于南京花卉市场，泥炭和醋糟购于镇江培蕾有机肥有限公司。

实施例1

收集小麦秸秆作为为生物质废弃物，将收集的醋糟与生物质废弃物保持室温条件下进行风干或晾晒，使醋糟与生物质废弃物的含水量降至20％以下，然后按以下体积比将得到的干醋糟和干生物质废弃物混合，在350～500℃温度无氧条件下炭化2-4小时，冷却、磨碎、过筛得到粒径1-5mm的醋糟生物质炭，所制备的醋糟生物质炭的pH见表1。由表可知，添加生物质和一定比例的醋糟混合进行无氧热裂解，可显著降低生物质炭的pH,随着醋糟添加比例的增加，生物质炭的pH逐渐降低.

表1不同生物质炭的pH值

基质成分对作物生长的影响

实施例2以加入泥炭的基质CK和常规生物质炭的基质B为对照，以添加不同比例的干醋糟配合制备系列的醋糟生物质炭复配基质(BV、BV1、BV2、BV3)为实验对象，具体配比见表2。

表2基质原料的体积配比(％)

将辣椒种子在55℃温水中浸种后，在30℃恒温培养箱中黑暗条件下催芽，露白后选择整齐度一致的种子播种，播种容器选用72孔穴盘，将不同处理的基质均匀装入穴盘中，每个处理和对照均重复3次，随机区组排列。每天上午九点前浇灌清水，期间不补充营养液，50天后采样测定幼苗地上、地下生长指标。

1、不同生物质炭复配基质的孔隙特征

由表3可知，基质CK与基质B比较，两者的通气孔隙没有显著差异，基质B的持水性显著高于基质CK，提高约29.5％；而基质BV的通气孔隙和持水性都显著提高。随着醋糟与生物质炭的比例增加(BV1、BV2、BV2)，基质的通气孔隙逐渐提高，而持水性逐渐降低，水气比显著提高，这说明添加醋糟比例过大，会显著降低影响基质的持水性。

表3不同配比基质的物理性质

2、不同生物质炭复配基质对作物生长的影响

不同生物质炭复配基质对辣椒生长的影响见表4。由表可知，基质CK与基质B 比较，基质B处理下辣椒地上部分的干重和根的干重比CK显著降低30.5％和33.0％，这可能是由于生物质炭的碱性较强，不适宜作物的生长。而基质BV处理的椒地上部分的干重和根的干重比CK显著提高28.2％和41.5％，这说明醋糟生物质炭与泥炭相比显著促进了作物的生长，尤其是对作物的根系的生长有显著的促进作用，进一步说明醋糟生物质炭可完全替代泥炭。而从生物质炭与干醋糟的不同配比处理来看，生物质炭与干醋糟比例为5：1的基质BV1处理下的辣椒地上部分的干重和根的干重比其他处理显著提高，而随着醋糟说在基质中所占比例的进一步提高，辣椒地上部分的干重和根的干重逐渐降低。说明醋糟生物质炭(BV)再与一定量的干醋糟复配制备基质，可进一步促进作物的生长，这主要是由于醋糟中富含植物所需的营养成分，如粗蛋白质、粗纤维、粗脂肪、钙、磷以及铁、锌、硒、锰等微量元素。此外，由于生物质炭颗粒较细，通气的大孔隙较少，而醋糟颗粒较大，添加一定量的醋糟可改善生物质炭的通气性，适当调节基质的水气比，以更加适合作物的生长。但如醋糟比例过大，对作物的生长的促进作用会显著降低。

表4不同基质配比对辣椒幼苗根、茎叶生长的影响

不同生物质炭复配基质对辣椒根系生长的影响见表5。由表可知，基质B比基质CK处理的的辣椒的根长、根粗和根体积均显著降低，这可能是由于生物质炭的碱性较强而影响作物的生长。而加入基质BV的辣椒的根长、根粗和根体积均高于加入基质CK的辣椒，充分说明生物质炭比泥炭具有更显著的促进根系生长的效应。而从生物质炭与醋糟的不同配比处理来看，生物质炭与醋糟比例为5：1的基质BV1处理下的辣椒的根长、根粗和根体积均比其他处理显著提高，而随着醋糟说在基质中所占比例的进一步提高，壮苗指数逐渐降低，说明醋糟生物质炭复配基质可进一步促进根系的生长。但如干醋糟比例过大，对根系生长的促进作用会显著降低。

表5不同基质配比对辣椒幼苗根系生长的影响

3、不同生物质炭复配基质对作物壮苗指数的影响

不同生物质炭复配基质对作物壮苗指数的影响见图2。由图可知，基质B比添加基质CK处理的壮苗指数显著降低，这可能是由于生物质炭的碱性较强而影响作物的生长。而基质BV处理的作物的壮苗指数与CK处理的作物没有显著差异，说明利用加醋糟制备的生物质炭克完全替代泥炭。而从生物质炭与醋糟的不同配比处理来看，生物质炭与醋糟比例为5：1的基质BV1处理下的壮苗指数比其他处理显著提高，而随着醋糟说在基质中所占比例的进一步提高，壮苗指数逐渐降低，说明醋糟生物质炭复配基质可进一步促进作物的生长。但如醋糟比例过大，对作物的生长的促进作用会显著降低。

实施例3、

实验方法：收集小麦秸秆、中药渣、木屑、猪粪等农业废弃物作为生物质废弃物，将醋糟与上述生物质废弃物分别在保持室温条件下进行风干或晾晒，使醋糟与生物质废弃物的含水量降至20％以下，分别将小麦秸秆、中药渣、木屑、猪粪等物质在炭化炉里经450℃无氧热裂解制备成醋糟生物质炭。同时，将干醋糟分别与小麦秸秆、中药渣、木屑、猪粪等干生物质(20％含水量)以1：4的体积比混合，将混合后的生物质分别在炭化炉里经450℃无氧热裂解制备成醋糟生物质炭。以加入泥炭的基质CK和加入小麦秸秆炭(BW)、中药渣炭(BM)、木屑炭(BS)、猪粪炭(BP)的基质为对照，以醋糟与生物质原料混合制备的麦秸醋糟生物质炭基质(BWV)、中药渣醋糟炭(BMV)、木屑醋糟炭(BSV)以及猪粪醋糟炭(BPV)基质为实验对象，具体配比见表2。供试黄瓜(Cucumis sativus L.)品种为悦龙一号，将黄瓜种子在50-55℃温水中浸种后，在30℃恒温培养箱中黑暗条件下催芽，露白后播种。播种容器选用72孔穴盘，将不同处理的基质均匀装入穴盘中，选择整齐度一致的种子播种，每个处理和对照均重复3次，随机区组排列。每天上午九点前浇灌清水，期间不补充营养液，75天后采样测定黄瓜幼苗地上、地下生长指标。

表6基质原料的体积配比(％)

不同生物质与醋糟混合后制备的生物质炭基质对黄瓜幼苗的生长影响见表7。由表可知,与泥炭配制的基质相比，由小麦秸秆、中药渣炭、木屑炭和猪粪制备的生物质炭配制的基质生长的黄瓜地上部分生物量和根系生物量均显著降低，降低幅度分别为43.7％和38.5％，说明没有醋糟的生物质炭完全替代泥炭做基质，对作物的生长有显著的抑制作用。而供试生物质与醋糟混合后制备的醋糟生物质炭配制的基质，黄瓜的生长较未添加醋糟的生物质炭显著提高，地上部分生物量和根系生物量提高的幅度在53％和56.8％。醋糟生物质炭配制的基质与泥炭配制的基质相比，黄瓜地上部分生物量和根系生物量均显著提高，提高的幅度分别为32％和39.78％。由此可见，醋糟生物质炭不仅可以全部代替泥炭基质，而且比泥炭更显著促进作物的生长，因此，醋糟生物质炭是理想的泥炭替代物。

表7不同基质配比对黄瓜幼苗根、茎叶生长的影响

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