一種醋糟生物質炭復配基質的制作方法

本發明屬于資源循環利用領域，涉及一種醋糟生物質炭復配基質。

背景技術：

泥炭因其具有質地輕，吸水透氣性好，腐植酸含量高，有機質和纖維含量豐富，疏松多孔，緩沖能力強等優點，被廣泛作為一種植物生長基質使用。但是，據統計目前全球泥炭資源儲量約為4×10⁸hm²，僅占地球陸地面積的3％。而且隨著人們對泥炭資源的需求日益增加，泥炭面積正迅速減少，品質逐漸下降，而泥炭屬短期內不可再生資源，地區分布差異較大，這樣使得泥炭的價格較高，從而使基質的成本日益增加。而且由于泥炭資源是碳的重要儲存庫，在全球變暖、減緩溫室氣體排放的大背景下，保護泥炭資源、限制泥炭開發利用也顯得尤為重要。因此，基質泥炭替代物的研究成為大家關注的熱點。

近年來，生物質廢棄物熱裂解碳化利用越來越受到關注。生物質炭是生物質廢棄物在完全或部分缺氧的情況下經熱裂解炭化產生的高度芳香化、富含碳素、表面多孔的固態物質。生物質炭具有質地輕，表面疏松多孔，化學性質穩定，蓄水保肥等諸多優點。研究表明，生物質炭具有保水保肥、提高氮肥利用率、促進根系生長以及提高作物品質產量等功效。目前將生物炭應用于育苗基質的研究已有少量研究報道試驗表明，研究發現，利用生物炭基質部分替代泥炭能夠促進在一定程度上促進番茄提早出苗，提高番茄的產量。因此，生物質炭替代泥炭應用于植物生長基質中有很大的潛力。所有生物質原料均可經過熱裂解制備成生物質炭，這樣為農作物秸稈、畜禽糞便、中藥材渣樹枝、木屑等生物質廢棄物的循環利用提供料重要途徑。特別是我國近年來秸稈燃燒造成的大氣環境中嚴重的霧霾已成為全國關注的重要焦點。如果將秸稈制備成生物質炭并利用于制備基質，對解決秸稈燃燒造成的大氣污染問題具有重要的貢獻。但已有的研究表明，基質中的泥炭只能部分被生物質炭替代，這主要是由于生物質炭一般多呈堿性，pH約在9-11。而一般情況下過酸或過堿的基質均會影響營養液的pH，破壞其化學平衡，改變營養液中養分的形態，從而影響作物對養分的吸收。如果生物質炭作為基質原料全部替代泥炭，其過高的堿性對植物的生長有一定的抑制作用。泥炭的pH一般在5.5-7.0，因此，如何克服生物質炭較高堿性的缺陷就成為生物質炭成為泥炭的理想替代者的關鍵。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是：提供一種微酸或偏中性的醋糟生物質炭復配基質，以變廢為寶、保護泥炭資源。

為解決上述技術問題，本發明采取的第一個技術方案是：

一種醋糟生物質炭復配基質，其特征在于，包含以下體積百分比組成的物質：30～60％的醋糟生物質炭，0～30％干醋糟，其余部分為蛭石珍珠巖；其中，所述的醋糟生物質炭由干生物質廢棄物和干醋糟混合炭化制備得到。

所述的干醋糟含水量為質量百分比20％以下；所述的干生物質廢棄物含水量為質量百分比20％以下。

優選的，所述干醋糟占10～30％的體積百分比組成。

所述干生物質廢棄物為農作物秸稈、樹枝、木屑、中藥渣或畜禽糞便中的一種或多種。

用于制備醋糟生物質炭的干生物質廢棄物和干醋糟按體積比2～5:1混合，所述炭化條件為350～500℃溫度無氧條件。

所述的醋糟生物質炭粒徑在1-5mm，pH為5.5-8，總孔隙度為40％-60％，填充密度0.3-0.1g/cm³，電導率為0.5-3Ms/cm，比表面積為30-50g/cm²。

所述的醋糟生物質炭的制備，其具體步驟為：

(1)將醋糟和生物質廢棄物各自獨立的晾曬風干制備成含水量為質量百分比20％以下的干醋糟和干生物質廢棄物；

(2)將步驟(1)中得到的干生物質廢棄物和干醋糟按體積比2～6:1混合，在350～500℃溫度無氧條件下炭化，冷卻、磨碎、過篩，得到醋糟生物質炭。

步驟(2)中，所述無氧條件為氮氣條件，所述炭化的時間為2～4小時，所述過篩的目數為1-5mm。

步驟(1)中，所述晾曬風干的溫度為室溫。

本發明采取的第二個技術方案是：

一種醋糟生物質炭，它由干生物質廢棄物和干醋糟混合炭化制備得到；所述干生物質廢棄物和干醋糟按體積比2～6:1混合，所述炭化條件為350～500℃溫度無氧條件下炭化2～4小時。優選的，所述無氧條件為氮氣條件。

所述的醋糟生物質炭的粒徑在1-5mm，pH為5.5-8。優選的，所述的醋糟生物質炭粒徑在1-5mm，pH為5.5-7，總孔隙度為40％-60％，填充密度0.3-0.1g/cm³，電導率為0.5-3Ms/cm，比表面積為30-50cm²/g。

所述干生物質廢棄物為所有的農作物秸稈、樹枝、木屑、中藥渣或畜禽糞便中的一種或多種。

所述的醋糟生物質炭的制備，其具體步驟為：

(1)將醋糟和生物質廢棄物各自獨立的晾曬風干制備成含水量為質量百分比20％以下的干醋糟和干生物質廢棄物；

(2)將步驟(1)中得到的干生物質廢棄物和干醋糟按體積比2～6:1混合，在350～500℃溫度無氧條件下炭化，冷卻、磨碎、過篩，得到醋糟生物質炭。

步驟(2)中，所述無氧條件為氮氣條件，所述炭化的時間為2～4小時，所述過篩的目數為1-5mm。

步驟(1)中，所述晾曬風干的溫度為室溫。

醋糟為米、麥、高粱等釀醋后所余的殘渣，但經過淋醋以后，輔料谷殼等通常不再被利用，產生大量的廢棄醋糟，大量堆放對環境壓力很大。醋糟pH約為5-6左右，其富含植物所需的營養成分，如粗蛋白質、粗纖維、粗脂肪、鈣、磷以及鐵、鋅、硒、錳等微量元素。醋糟可直接與堿性的生物質炭混合來調節基質的酸堿度，但由于生物質炭pH一般在9-11之間，要中和其堿性，需要加入大量的醋糟，但醋糟存在顆粒粗，通氣孔隙大的缺點，隨著醋糟含量的增加，基質中的通氣孔隙增加，而持水孔隙減少，造成基質的水氣比較小，從而顯著降低基質的保水能力。

針對常規生物質炭的高pH值的缺陷，本發明制備的醋糟生物質炭為pH值為5.5-8，覆蓋一般泥炭的pH值，和常規生物質炭相比，更合適做基質，以適宜作物的生長。以本發明制備的醋糟生物質炭完全替代泥炭配制的基質，與常規的泥炭基質相比，其通氣孔隙和持水性均有顯著提高。這主要是由于醋糟生物質炭具有較大的表面積和豐富的孔隙，具有較強的吸水能力，加之干醋糟本身大顆粒較多，在生物質原料中添加一定量的醋糟可試單增加生物質炭可適當增加大顆粒的比例，使其制備的基質的通氣性得到改善，以進一步調節基質的水氣比，更加適合作物的生長。因此，本發明進一步將醋糟生物質炭與一定比例的干醋糟以及其他材料復配制備成更加適宜植物生長的理想基質。同時，由于醋糟中富含植物所需的營養成分，如粗蛋白質、粗纖維、粗脂肪、鈣、磷以及鐵、鋅、硒、錳等微量元素，也可進一步促進作物的生長。此外，添加的干醋糟也可在一定程度上起到中和生物質炭的微堿性、調節基質PH的作用。

但醋糟生物質炭復配基質添加的干醋糟的比例過大時，對基質的持水性的影響會顯著降低。因此，優選的，醋糟生物質炭復配基質中干醋糟占10～30％的體積百分比組成。

有益效果：本發明不僅可以有效利用工農業生物質廢棄物資源，還可以緩解泥炭資源的開采壓力，為工業化生產開辟了一條解決環境污染，變廢為寶、資源循環利用的重要途徑。

附圖說明

圖1醋糟生物質炭復配基質的制備流程圖；

圖2不同基質對作物壯苗指數的影響。

具體實施方式

根據下述實施例，可以更好地理解本發明。然而，本領域的技術人員容易理解，實施例所描述的內容僅用于說明本發明，而不應當也不會限制權利要求書中所詳細描述的本發明。

本發明使用的常規生物質炭為小麥秸稈在350-500℃無氧熱裂解下制備。蛭石和珍珠巖購于南京花卉市場，泥炭和醋糟購于鎮江培蕾有機肥有限公司。

實施例1

收集小麥秸稈作為為生物質廢棄物，將收集的醋糟與生物質廢棄物保持室溫條件下進行風干或晾曬，使醋糟與生物質廢棄物的含水量降至20％以下，然后按以下體積比將得到的干醋糟和干生物質廢棄物混合，在350～500℃溫度無氧條件下炭化2-4小時，冷卻、磨碎、過篩得到粒徑1-5mm的醋糟生物質炭，所制備的醋糟生物質炭的pH見表1。由表可知，添加生物質和一定比例的醋糟混合進行無氧熱裂解，可顯著降低生物質炭的pH,隨著醋糟添加比例的增加，生物質炭的pH逐漸降低.

表1不同生物質炭的pH值

基質成分對作物生長的影響

實施例2以加入泥炭的基質CK和常規生物質炭的基質B為對照，以添加不同比例的干醋糟配合制備系列的醋糟生物質炭復配基質(BV、BV1、BV2、BV3)為實驗對象，具體配比見表2。

表2基質原料的體積配比(％)

將辣椒種子在55℃溫水中浸種后，在30℃恒溫培養箱中黑暗條件下催芽，露白后選擇整齊度一致的種子播種，播種容器選用72孔穴盤，將不同處理的基質均勻裝入穴盤中，每個處理和對照均重復3次，隨機區組排列。每天上午九點前澆灌清水，期間不補充營養液，50天后采樣測定幼苗地上、地下生長指標。

1、不同生物質炭復配基質的孔隙特征

由表3可知，基質CK與基質B比較，兩者的通氣孔隙沒有顯著差異，基質B的持水性顯著高于基質CK，提高約29.5％；而基質BV的通氣孔隙和持水性都顯著提高。隨著醋糟與生物質炭的比例增加(BV1、BV2、BV2)，基質的通氣孔隙逐漸提高，而持水性逐漸降低，水氣比顯著提高，這說明添加醋糟比例過大，會顯著降低影響基質的持水性。

表3不同配比基質的物理性質

2、不同生物質炭復配基質對作物生長的影響

不同生物質炭復配基質對辣椒生長的影響見表4。由表可知，基質CK與基質B 比較，基質B處理下辣椒地上部分的干重和根的干重比CK顯著降低30.5％和33.0％，這可能是由于生物質炭的堿性較強，不適宜作物的生長。而基質BV處理的椒地上部分的干重和根的干重比CK顯著提高28.2％和41.5％，這說明醋糟生物質炭與泥炭相比顯著促進了作物的生長，尤其是對作物的根系的生長有顯著的促進作用，進一步說明醋糟生物質炭可完全替代泥炭。而從生物質炭與干醋糟的不同配比處理來看，生物質炭與干醋糟比例為5：1的基質BV1處理下的辣椒地上部分的干重和根的干重比其他處理顯著提高，而隨著醋糟說在基質中所占比例的進一步提高，辣椒地上部分的干重和根的干重逐漸降低。說明醋糟生物質炭(BV)再與一定量的干醋糟復配制備基質，可進一步促進作物的生長，這主要是由于醋糟中富含植物所需的營養成分，如粗蛋白質、粗纖維、粗脂肪、鈣、磷以及鐵、鋅、硒、錳等微量元素。此外，由于生物質炭顆粒較細，通氣的大孔隙較少，而醋糟顆粒較大，添加一定量的醋糟可改善生物質炭的通氣性，適當調節基質的水氣比，以更加適合作物的生長。但如醋糟比例過大，對作物的生長的促進作用會顯著降低。

表4不同基質配比對辣椒幼苗根、莖葉生長的影響

不同生物質炭復配基質對辣椒根系生長的影響見表5。由表可知，基質B比基質CK處理的的辣椒的根長、根粗和根體積均顯著降低，這可能是由于生物質炭的堿性較強而影響作物的生長。而加入基質BV的辣椒的根長、根粗和根體積均高于加入基質CK的辣椒，充分說明生物質炭比泥炭具有更顯著的促進根系生長的效應。而從生物質炭與醋糟的不同配比處理來看，生物質炭與醋糟比例為5：1的基質BV1處理下的辣椒的根長、根粗和根體積均比其他處理顯著提高，而隨著醋糟說在基質中所占比例的進一步提高，壯苗指數逐漸降低，說明醋糟生物質炭復配基質可進一步促進根系的生長。但如干醋糟比例過大，對根系生長的促進作用會顯著降低。

表5不同基質配比對辣椒幼苗根系生長的影響

3、不同生物質炭復配基質對作物壯苗指數的影響

不同生物質炭復配基質對作物壯苗指數的影響見圖2。由圖可知，基質B比添加基質CK處理的壯苗指數顯著降低，這可能是由于生物質炭的堿性較強而影響作物的生長。而基質BV處理的作物的壯苗指數與CK處理的作物沒有顯著差異，說明利用加醋糟制備的生物質炭克完全替代泥炭。而從生物質炭與醋糟的不同配比處理來看，生物質炭與醋糟比例為5：1的基質BV1處理下的壯苗指數比其他處理顯著提高，而隨著醋糟說在基質中所占比例的進一步提高，壯苗指數逐漸降低，說明醋糟生物質炭復配基質可進一步促進作物的生長。但如醋糟比例過大，對作物的生長的促進作用會顯著降低。

實施例3、

實驗方法：收集小麥秸稈、中藥渣、木屑、豬糞等農業廢棄物作為生物質廢棄物，將醋糟與上述生物質廢棄物分別在保持室溫條件下進行風干或晾曬，使醋糟與生物質廢棄物的含水量降至20％以下，分別將小麥秸稈、中藥渣、木屑、豬糞等物質在炭化爐里經450℃無氧熱裂解制備成醋糟生物質炭。同時，將干醋糟分別與小麥秸稈、中藥渣、木屑、豬糞等干生物質(20％含水量)以1：4的體積比混合，將混合后的生物質分別在炭化爐里經450℃無氧熱裂解制備成醋糟生物質炭。以加入泥炭的基質CK和加入小麥秸稈炭(BW)、中藥渣炭(BM)、木屑炭(BS)、豬糞炭(BP)的基質為對照，以醋糟與生物質原料混合制備的麥秸醋糟生物質炭基質(BWV)、中藥渣醋糟炭(BMV)、木屑醋糟炭(BSV)以及豬糞醋糟炭(BPV)基質為實驗對象，具體配比見表2。供試黃瓜(Cucumis sativus L.)品種為悅龍一號，將黃瓜種子在50-55℃溫水中浸種后，在30℃恒溫培養箱中黑暗條件下催芽，露白后播種。播種容器選用72孔穴盤，將不同處理的基質均勻裝入穴盤中，選擇整齊度一致的種子播種，每個處理和對照均重復3次，隨機區組排列。每天上午九點前澆灌清水，期間不補充營養液，75天后采樣測定黃瓜幼苗地上、地下生長指標。

表6基質原料的體積配比(％)

不同生物質與醋糟混合后制備的生物質炭基質對黃瓜幼苗的生長影響見表7。由表可知,與泥炭配制的基質相比，由小麥秸稈、中藥渣炭、木屑炭和豬糞制備的生物質炭配制的基質生長的黃瓜地上部分生物量和根系生物量均顯著降低，降低幅度分別為43.7％和38.5％，說明沒有醋糟的生物質炭完全替代泥炭做基質，對作物的生長有顯著的抑制作用。而供試生物質與醋糟混合后制備的醋糟生物質炭配制的基質，黃瓜的生長較未添加醋糟的生物質炭顯著提高，地上部分生物量和根系生物量提高的幅度在53％和56.8％。醋糟生物質炭配制的基質與泥炭配制的基質相比，黃瓜地上部分生物量和根系生物量均顯著提高，提高的幅度分別為32％和39.78％。由此可見，醋糟生物質炭不僅可以全部代替泥炭基質，而且比泥炭更顯著促進作物的生長，因此，醋糟生物質炭是理想的泥炭替代物。

表7不同基質配比對黃瓜幼苗根、莖葉生長的影響

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