利用设施农业废弃物制备的生物炭及其制备方法和无土栽培
基质及其应用
技术领域
[0001] 本
发明属于
农作物栽培技术领域，具体涉及利用设施农业废弃物制备的生物炭及其制备方法和蔬菜无土栽培基质及其应用。
背景技术
[0002] 设施蔬菜生产在我国设施生产中占有重要的地位，其中以番茄和黄瓜的栽培面积分别位于第一和第二位。然而，目前生产中设施农业废弃物以及尾菜的处理一直是设施生产中面临的难题。目前这些废弃物的处理方式主要有集中堆肥，
粉碎还田，作为垃圾处理，焚烧等，其中放置堆肥由于处理时间比较长，且占用一定的土地空间，生产上推广困难。而粉碎还田，则会影响第二茬的定植，存在病虫害，特别增加土传病害的
风险。而作为垃圾处理或者焚烧又对环境造成污染。
[0003] 设施农业废弃物的科学可循环利用迫在眉睫，生物炭是农业废弃物在高温限
氧条件下裂解形成的产物，具有含
碳量高，多孔隙结构，在
土壤中难以降解等特点，在
土壤改良水土保持中，重金属
吸附中具有广泛的应用。因此，将如何将设施生产中产生的番茄秧、黄瓜秧、茄子秧等废弃物制成农业栽培需要的生物炭具有重要意义。
[0004] 无土栽培是未来设施农业的重要形式，目前我国的无土栽培多以基质栽培为主，主要以草炭、蛭石和珍珠岩按一定比例配制而成。由于基质中的草炭为难以再生资源，因此基质的生产成本居高不下，特别是国外优良草炭的价格较高，在生产中难以利用。
发明内容
[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供利用设施农业废弃物制备的生物炭及其制备方法，所述生物炭具有丰富的养分含量和优良的理化性状，解决了农业废弃物难以处理的问题，同时也为无土栽培基质提供了部分原料来源
[0006] 本发明还提供了蔬菜无土栽培基质及其应用，不仅可以稳定提高蔬菜种植产量，还可以实现设施蔬菜秸秆等农业生产废弃物循环利用，促进固碳减排和绿色发展。
[0007] 本发明提供了利用设施农业废弃物制备生物炭的制备方法，包括以下步骤：
[0008] 将设施农业废弃物粉碎后在无氧条件进行300℃～500℃裂解3～4h，得到的裂解产物粉碎，得到生物炭。
[0009] 优选的，所述设施农业废弃物的含水率10％～15％。
[0010] 优选的，所述设施农业废弃物包括番茄秸秆、辣椒秸秆或茄子秸秆。
[0011] 优选的，所述设施农业废弃物的裂解
温度为350～450℃。
[0012] 优选的，所述设施农业废弃物的裂解时间为3.5h。
[0013] 优选的，所述裂解产物的粉碎粒径为1～2mm。
[0014] 本发明提供了所述制备方法制备得到的生物炭，包括以下含量的养分：
[0015] 速效氮154.0mg/kg、速效磷1240.0mg/kg、速效
钾19.00g/kg、有机质66.89g/kg、盐分28.88g/kg、全氮的
质量百分浓度为2.37％、全磷的质量百分浓度为1.72％和全钾的质量百分浓度为4.1％，pH值为9.23。
[0016] 本发明提供了一种蔬菜无土栽培基质，包括所述生物炭和无土栽培基质；所述生物炭与无土栽培基质的质量比为1～3:100。
[0017] 本发明提供了所述蔬菜无土栽培基质在蔬菜种植中应用。
[0018] 本发明提供了利用设施农业废弃物制备生物炭的方法，将设施农业废弃物粉碎后在无氧条件进行300℃～500℃裂解3～4h，得到的裂解产物粉碎，得到生物炭。制备的生物炭含有丰富的营养成分，包括速效钾、速效磷和速效氮以及有机质和盐分，pH呈
碱性，为了作物生长提供充足的养分。同时所述生物炭在制备过程经高温裂解，具有丰富的多孔隙结构，为作物生长提供根系氧气。该方法不仅解决了农业废弃物难以处理的问题，同时也为无土栽培基质提供了原料来源。
[0019] 本发明还提供了一种包含上述方案制备的生物炭的蔬菜无土栽培基质，将其应用于蔬菜种植中，相较于现有的蔬菜基质栽培方法，该基质的使用不仅可以稳定提高蔬菜产量，还可以实现秸秆等农业生产废弃物循环利用，促进固碳减排和绿色发展。
附图说明
[0020] 图1为无土栽培基质添加番茄秸秆生物炭对黄瓜株高和茎粗的影响；其中图1-A为无土栽培基质添加番茄秸秆生物炭对黄瓜株高影响柱形图，图1-B为无土栽培基质添加番茄秸秆生物炭对黄瓜茎粗影响柱形图；
[0021] 图2为无土栽培基质添加番茄秸秆生物炭对黄瓜单株产量和平均亩产量的影响，其中图2-A为无土栽培基质添加番茄秸秆生物炭对黄瓜单株产量的柱形图，图2-B为无土栽培基质添加番茄秸秆生物炭对黄瓜平均亩产量的柱形图。
具体实施方式
[0022] 本发明提供了利用设施农业废弃物制备生物炭的方法，包括以下步骤：
[0023] 将设施农业废弃物粉碎后在无氧条件进行300℃～500℃裂解3～4h，得到的裂解产物粉碎，得到生物炭。
[0024] 在本发明中，所述设施农业废弃物包括农业生产中所有作物废弃物，优选包括番茄秸秆、辣椒秸秆或茄子秸秆。本发明对所述设施农业废弃物的来源没有特殊限制，采用本领域所熟知的设施农业废弃物即可。所述设施农业废弃物在裂解前，优选进行干燥。本发明对所述干燥的方法没有特殊限制，采用本领域所熟知的干燥方案即可，例如自然干燥或机械烘干。所述干燥的程度使所述设施农业废弃物的含水率优选为10％～15％，更优选为11％～14％，更优选为12％～13％。
[0025] 在本发明中，所述设施农业废弃物的裂解温度优选为350～450℃，最优选为400℃。所述设施农业废弃物的裂解时间优选为3.5h。所述裂解优选在高温炭化炉中进行。
[0026] 在本发明中，所述裂解产物的粉碎粒径优选为1～2mm，更优选为1.5mm。所述生物炭采用上述方案制备，产率为25％～30％。
[0027] 本发明提供了所述制备方法制备得到的生物炭，包括以下含量的养分：
[0028] 速效氮154.0mg/kg、速效磷1240.0mg/kg、速效钾19.00g/kg、有机质66.89g/kg、盐分28.88g/kg、全氮的质量百分浓度为2.37％、全磷的质量百分浓度为1.72％和全钾的质量百分浓度为4.1％，pH值为9.23。
[0029] 本发明提供了一种蔬菜无土栽培基质，包括所述生物炭和无土栽培基质；所述生物炭与无土栽培基质的质量比为1～3:100。所述无土栽培基质包括草炭：蛭石：珍珠岩。所述草炭：蛭石和珍珠岩的体积比为3:1:1。本发明对所述无土栽培基质的来源没有特殊限制，采用本领域所熟知的无土栽培基质的来源即可。所述蔬菜无土栽培基质优选还包括水分。所述水分的添加量占所述无土栽培基质总质量的50％～60％。在本发明中，所述蔬菜无土栽培基质的制备方法，将生物炭和无土栽培基质按比例混合即可。
[0030] 本发明提供了所述蔬菜无土栽培基质在蔬菜种植中应用。
[0031] 在本发明中，所述蔬菜种植的方法优选包括以下步骤：
[0032] 将蔬菜无土栽培基质装入盆中或无土栽培槽中，浇透水，1～2天后，定植蔬菜，进行常规种植管理。
[0033] 下面结合
实施例对本发明提供的利用设施农业废弃物制备的生物炭及其制备方法和蔬菜无土栽培基质及其应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
[0034] 实施例1
[0035] 生物炭的制备方法
[0036] 利用设施番茄秸秆、小麦秸秆、花生壳、稻壳和园林树木等农业废弃物在无氧条件下，在300℃～500℃裂解3～4小时，裂解产物用粉碎机粉碎至1～2mm，检测养分含量及理化性状，检测方法参照土壤样品分析法速效氮用碱解扩散法测定；速效钾和全钾采用火焰光度法测定；速效磷用Olsen-钼锑抗比色法测定；有机质采用TOC分析仪测定；全氮测定采用半微量凯氏法测定；全磷经H2SO4-HClO4消解后用钼锑抗比色法测定；pH值采用水：炭比5:1的比例稀释后经pH计测定；
水溶性总盐分含量采用残渣烘干-质量法测定。结果见表1。
[0037] 表1不同农业废弃物来源生物炭养分含量及理化性状
[0038]
[0039]
[0040] 实施例2
[0041] 将实施例1制备的番茄秸秆生物炭添加到无土栽培基质中，提高黄瓜产量[0042] 1、试验采用随机区组设计，设3个处理，每个处理重复3次。将番茄秸秆生物炭按照质量比0％(B0)、3％(B3)和5％(B5)的比例添加到商用无土栽培基质中(草炭：蛭石：珍珠岩的体积比例为3:1:1)，充分混匀，装入无土栽培盆(栽培盆长×宽×高＝76cm×42cm×27cm，每盆装栽培基质10kg)中备用。
[0043] 2、华南型黄瓜品种‘玉龙’3-4片真叶
时移栽，定植前2天将基质浇透水，每盆定植2株，每个处理定植16株，定植后浇一次定植水。定植后管理按照常规无土黄瓜栽培方法进行。苗期每隔2天浇一次无土栽培
营养液肥(EC值为1.6)，开花坐果期每天浇一次营养液肥；
温室中的
温度控制在白天平均25℃，晚上平均温度20℃；温室湿度、光照强度和CO2浓度不做控制，同自然条件一致。
[0044] 3、
收获：2019年9月15日定植，10月22日始收，11月09日采收结束，坐瓜期每天或隔天采收商品瓜，按小区累计产量，以单株产量表示。
[0045] 试验结果
[0046] 1、无土栽培基质添加番茄秸秆生物炭对黄瓜生长的影响
[0047] 在黄瓜坐瓜盛期测定黄瓜的株高和茎粗。结果如图1-A和图1-B所示，无土栽培基质中添加3％的生物炭，黄瓜的株高和茎粗与对照处理(0添加生物炭)相比差异不显著，而无土栽培基质中添加5％的生物炭显著降低了黄瓜的株高，而对黄瓜的茎粗无显著影响。各处理条件下，以3％生物炭处理的黄瓜株高和茎粗测量值最大。
[0048] 2、无土栽培基质添加番茄秸秆生物炭对黄瓜产量的影响
[0049] 结果如图2-A和图2-B所示，无土栽培基质中添加3％的番茄秸秆生物炭可显著提高黄瓜产量，与对照处理(0添加生物炭)相比，番茄产量提高22.8％，而添加5％的生物炭降低黄瓜产量，与对照相比，黄瓜产量降低8.57％。这可能是由于番茄秧生物炭中过高的盐分含量以及其有机化合物如n-链烷酸、含羟基和乙酰氧基酸、苯
甲酸和酚类等化合物在废弃物裂解降温过程中容易再
凝结到生物炭中，此类化合物低浓度条件下对作物生长具有促进作用(毒性兴奋效应)，在高浓度条件下对作物生长有害。因此推测，添加3％的番茄秸秆生物炭的蔬菜无土栽培基质含有的高含量的有机化合物和高盐分抑制了黄瓜的生长。因此，无土栽培基质中添加番茄秸秆生物炭的量应不高于5％，在本实验例中以添加3％生物炭的处理对黄瓜的增产效果最好。
[0050] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
