本發(fā)明屬于資源循環(huán)利用領(lǐng)域，涉及一種醋糟生物質(zhì)炭復(fù)配基質(zhì)。

背景技術(shù)：

泥炭因其具有質(zhì)地輕，吸水透氣性好，腐植酸含量高，有機(jī)質(zhì)和纖維含量豐富，疏松多孔，緩沖能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛作為一種植物生長(zhǎng)基質(zhì)使用。但是，據(jù)統(tǒng)計(jì)目前全球泥炭資源儲(chǔ)量約為4×10⁸hm²，僅占地球陸地面積的3％。而且隨著人們對(duì)泥炭資源的需求日益增加，泥炭面積正迅速減少，品質(zhì)逐漸下降，而泥炭屬短期內(nèi)不可再生資源，地區(qū)分布差異較大，這樣使得泥炭的價(jià)格較高，從而使基質(zhì)的成本日益增加。而且由于泥炭資源是碳的重要儲(chǔ)存庫，在全球變暖、減緩溫室氣體排放的大背景下，保護(hù)泥炭資源、限制泥炭開發(fā)利用也顯得尤為重要。因此，基質(zhì)泥炭替代物的研究成為大家關(guān)注的熱點(diǎn)。

近年來，生物質(zhì)廢棄物熱裂解碳化利用越來越受到關(guān)注。生物質(zhì)炭是生物質(zhì)廢棄物在完全或部分缺氧的情況下經(jīng)熱裂解炭化產(chǎn)生的高度芳香化、富含碳素、表面多孔的固態(tài)物質(zhì)。生物質(zhì)炭具有質(zhì)地輕，表面疏松多孔，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，蓄水保肥等諸多優(yōu)點(diǎn)。研究表明，生物質(zhì)炭具有保水保肥、提高氮肥利用率、促進(jìn)根系生長(zhǎng)以及提高作物品質(zhì)產(chǎn)量等功效。目前將生物炭應(yīng)用于育苗基質(zhì)的研究已有少量研究報(bào)道試驗(yàn)表明，研究發(fā)現(xiàn)，利用生物炭基質(zhì)部分替代泥炭能夠促進(jìn)在一定程度上促進(jìn)番茄提早出苗，提高番茄的產(chǎn)量。因此，生物質(zhì)炭替代泥炭應(yīng)用于植物生長(zhǎng)基質(zhì)中有很大的潛力。所有生物質(zhì)原料均可經(jīng)過熱裂解制備成生物質(zhì)炭，這樣為農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便、中藥材渣樹枝、木屑等生物質(zhì)廢棄物的循環(huán)利用提供料重要途徑。特別是我國(guó)近年來秸稈燃燒造成的大氣環(huán)境中嚴(yán)重的霧霾已成為全國(guó)關(guān)注的重要焦點(diǎn)。如果將秸稈制備成生物質(zhì)炭并利用于制備基質(zhì)，對(duì)解決秸稈燃燒造成的大氣污染問題具有重要的貢獻(xiàn)。但已有的研究表明，基質(zhì)中的泥炭只能部分被生物質(zhì)炭替代，這主要是由于生物質(zhì)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(zhì)均會(huì)影響營(yíng)養(yǎng)液的pH，破壞其化學(xué)平衡，改變營(yíng)養(yǎng)液中養(yǎng)分的形態(tài)，從而影響作物對(duì)養(yǎng)分的吸收。如果生物質(zhì)炭作為基質(zhì)原料全部替代泥炭，其過高的堿性對(duì)植物的生長(zhǎng)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(zhì)炭較高堿性的缺陷就成為生物質(zhì)炭成為泥炭的理想替代者的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種微酸或偏中性的醋糟生物質(zhì)炭復(fù)配基質(zhì)，以變廢為寶、保護(hù)泥炭資源。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取的第一個(gè)技術(shù)方案是：

一種醋糟生物質(zhì)炭復(fù)配基質(zhì)，其特征在于，包含以下體積百分比組成的物質(zhì)：30～60％的醋糟生物質(zhì)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(zhì)炭由干生物質(zhì)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(zhì)量百分比20％以下；所述的干生物質(zhì)廢棄物含水量為質(zhì)量百分比20％以下。

優(yōu)選的，所述干醋糟占10～30％的體積百分比組成。

所述干生物質(zhì)廢棄物為農(nóng)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(zhì)炭的干生物質(zhì)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(zhì)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(dǎo)率為0.5-3Ms/cm，比表面積為30-50g/cm²。

所述的醋糟生物質(zhì)炭的制備，其具體步驟為：

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

(2)將步驟(1)中得到的干生物質(zhì)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(zhì)炭。

步驟(2)中，所述無氧條件為氮?dú)鈼l件，所述炭化的時(shí)間為2～4小時(shí)，所述過篩的目數(shù)為1-5mm。

步驟(1)中，所述晾曬風(fēng)干的溫度為室溫。

本發(fā)明采取的第二個(gè)技術(shù)方案是：

一種醋糟生物質(zhì)炭，它由干生物質(zhì)廢棄物和干醋糟混合炭化制備得到；所述干生物質(zhì)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(shí)。優(yōu)選的，所述無氧條件為氮?dú)鈼l件。

所述的醋糟生物質(zhì)炭的粒徑在1-5mm，pH為5.5-8。優(yōu)選的，所述的醋糟生物質(zhì)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(dǎo)率為0.5-3Ms/cm，比表面積為30-50cm²/g。

所述干生物質(zhì)廢棄物為所有的農(nóng)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(zhì)炭的制備，其具體步驟為：

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

(2)將步驟(1)中得到的干生物質(zhì)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(zhì)炭。

步驟(2)中，所述無氧條件為氮?dú)鈼l件，所述炭化的時(shí)間為2～4小時(shí)，所述過篩的目數(shù)為1-5mm。

步驟(1)中，所述晾曬風(fēng)干的溫度為室溫。

醋糟為米、麥、高粱等釀醋后所余的殘?jiān)?jīng)過淋醋以后，輔料谷殼等通常不再被利用，產(chǎn)生大量的廢棄醋糟，大量堆放對(duì)環(huán)境壓力很大。醋糟pH約為5-6左右，其富含植物所需的營(yíng)養(yǎng)成分，如粗蛋白質(zhì)、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(zhì)炭混合來調(diào)節(jié)基質(zhì)的酸堿度，但由于生物質(zhì)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(diǎn)，隨著醋糟含量的增加，基質(zhì)中的通氣孔隙增加，而持水孔隙減少，造成基質(zhì)的水氣比較小，從而顯著降低基質(zhì)的保水能力。

針對(duì)常規(guī)生物質(zhì)炭的高pH值的缺陷，本發(fā)明制備的醋糟生物質(zhì)炭為pH值為5.5-8，覆蓋一般泥炭的pH值，和常規(guī)生物質(zhì)炭相比，更合適做基質(zhì)，以適宜作物的生長(zhǎng)。以本發(fā)明制備的醋糟生物質(zhì)炭完全替代泥炭配制的基質(zhì)，與常規(guī)的泥炭基質(zhì)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(zhì)炭具有較大的表面積和豐富的孔隙，具有較強(qiáng)的吸水能力，加之干醋糟本身大顆粒較多，在生物質(zhì)原料中添加一定量的醋糟可試單增加生物質(zhì)炭可適當(dāng)增加大顆粒的比例，使其制備的基質(zhì)的通氣性得到改善，以進(jìn)一步調(diào)節(jié)基質(zhì)的水氣比，更加適合作物的生長(zhǎng)。因此，本發(fā)明進(jìn)一步將醋糟生物質(zhì)炭與一定比例的干醋糟以及其他材料復(fù)配制備成更加適宜植物生長(zhǎng)的理想基質(zhì)。同時(shí)，由于醋糟中富含植物所需的營(yíng)養(yǎng)成分，如粗蛋白質(zhì)、粗纖維、粗脂肪、鈣、磷以及鐵、鋅、硒、錳等微量元素，也可進(jìn)一步促進(jìn)作物的生長(zhǎng)。此外，添加的干醋糟也可在一定程度上起到中和生物質(zhì)炭的微堿性、調(diào)節(jié)基質(zhì)PH的作用。

但醋糟生物質(zhì)炭復(fù)配基質(zhì)添加的干醋糟的比例過大時(shí)，對(duì)基質(zhì)的持水性的影響會(huì)顯著降低。因此，優(yōu)選的，醋糟生物質(zhì)炭復(fù)配基質(zhì)中干醋糟占10～30％的體積百分比組成。

有益效果：本發(fā)明不僅可以有效利用工農(nóng)業(yè)生物質(zhì)廢棄物資源，還可以緩解泥炭資源的開采壓力，為工業(yè)化生產(chǎn)開辟了一條解決環(huán)境污染，變廢為寶、資源循環(huán)利用的重要途徑。

附圖說明

圖1醋糟生物質(zhì)炭復(fù)配基質(zhì)的制備流程圖；

圖2不同基質(zhì)對(duì)作物壯苗指數(shù)的影響。

具體實(shí)施方式

根據(jù)下述實(shí)施例，可以更好地理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，實(shí)施例所描述的內(nèi)容僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)當(dāng)也不會(huì)限制權(quán)利要求書中所詳細(xì)描述的本發(fā)明。

本發(fā)明使用的常規(guī)生物質(zhì)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(chǎng)，泥炭和醋糟購于鎮(zhèn)江培蕾有機(jī)肥有限公司。

實(shí)施例1

收集小麥秸稈作為為生物質(zhì)廢棄物，將收集的醋糟與生物質(zhì)廢棄物保持室溫條件下進(jìn)行風(fēng)干或晾曬，使醋糟與生物質(zhì)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(zhì)廢棄物混合，在350～500℃溫度無氧條件下炭化2-4小時(shí)，冷卻、磨碎、過篩得到粒徑1-5mm的醋糟生物質(zhì)炭，所制備的醋糟生物質(zhì)炭的pH見表1。由表可知，添加生物質(zhì)和一定比例的醋糟混合進(jìn)行無氧熱裂解，可顯著降低生物質(zhì)炭的pH,隨著醋糟添加比例的增加，生物質(zhì)炭的pH逐漸降低.

表1不同生物質(zhì)炭的pH值

基質(zhì)成分對(duì)作物生長(zhǎng)的影響

實(shí)施例2以加入泥炭的基質(zhì)CK和常規(guī)生物質(zhì)炭的基質(zhì)B為對(duì)照，以添加不同比例的干醋糟配合制備系列的醋糟生物質(zhì)炭復(fù)配基質(zhì)(BV、BV1、BV2、BV3)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，具體配比見表2。

表2基質(zhì)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(yǎng)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(zhì)均勻裝入穴盤中，每個(gè)處理和對(duì)照均重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列。每天上午九點(diǎn)前澆灌清水，期間不補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)液，50天后采樣測(cè)定幼苗地上、地下生長(zhǎng)指標(biāo)。

1、不同生物質(zhì)炭復(fù)配基質(zhì)的孔隙特征

由表3可知，基質(zhì)CK與基質(zhì)B比較，兩者的通氣孔隙沒有顯著差異，基質(zhì)B的持水性顯著高于基質(zhì)CK，提高約29.5％；而基質(zhì)BV的通氣孔隙和持水性都顯著提高。隨著醋糟與生物質(zhì)炭的比例增加(BV1、BV2、BV2)，基質(zhì)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(huì)顯著降低影響基質(zhì)的持水性。

表3不同配比基質(zhì)的物理性質(zhì)

2、不同生物質(zhì)炭復(fù)配基質(zhì)對(duì)作物生長(zhǎng)的影響

不同生物質(zhì)炭復(fù)配基質(zhì)對(duì)辣椒生長(zhǎng)的影響見表4。由表可知，基質(zhì)CK與基質(zhì)B 比較，基質(zhì)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(zhì)炭的堿性較強(qiáng)，不適宜作物的生長(zhǎng)。而基質(zhì)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(zhì)炭與泥炭相比顯著促進(jìn)了作物的生長(zhǎng)，尤其是對(duì)作物的根系的生長(zhǎng)有顯著的促進(jìn)作用，進(jìn)一步說明醋糟生物質(zhì)炭可完全替代泥炭。而從生物質(zhì)炭與干醋糟的不同配比處理來看，生物質(zhì)炭與干醋糟比例為5：1的基質(zhì)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(zhì)中所占比例的進(jìn)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(zhì)炭(BV)再與一定量的干醋糟復(fù)配制備基質(zhì)，可進(jìn)一步促進(jìn)作物的生長(zhǎng)，這主要是由于醋糟中富含植物所需的營(yíng)養(yǎng)成分，如粗蛋白質(zhì)、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(zhì)炭顆粒較細(xì)，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(zhì)炭的通氣性，適當(dāng)調(diào)節(jié)基質(zhì)的水氣比，以更加適合作物的生長(zhǎng)。但如醋糟比例過大，對(duì)作物的生長(zhǎng)的促進(jìn)作用會(huì)顯著降低。

表4不同基質(zhì)配比對(duì)辣椒幼苗根、莖葉生長(zhǎng)的影響

不同生物質(zhì)炭復(fù)配基質(zhì)對(duì)辣椒根系生長(zhǎng)的影響見表5。由表可知，基質(zhì)B比基質(zhì)CK處理的的辣椒的根長(zhǎng)、根粗和根體積均顯著降低，這可能是由于生物質(zhì)炭的堿性較強(qiáng)而影響作物的生長(zhǎng)。而加入基質(zhì)BV的辣椒的根長(zhǎng)、根粗和根體積均高于加入基質(zhì)CK的辣椒，充分說明生物質(zhì)炭比泥炭具有更顯著的促進(jìn)根系生長(zhǎng)的效應(yīng)。而從生物質(zhì)炭與醋糟的不同配比處理來看，生物質(zhì)炭與醋糟比例為5：1的基質(zhì)BV1處理下的辣椒的根長(zhǎng)、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(zhì)中所占比例的進(jìn)一步提高，壯苗指數(shù)逐漸降低，說明醋糟生物質(zhì)炭復(fù)配基質(zhì)可進(jìn)一步促進(jìn)根系的生長(zhǎng)。但如干醋糟比例過大，對(duì)根系生長(zhǎng)的促進(jìn)作用會(huì)顯著降低。

表5不同基質(zhì)配比對(duì)辣椒幼苗根系生長(zhǎng)的影響

3、不同生物質(zhì)炭復(fù)配基質(zhì)對(duì)作物壯苗指數(shù)的影響

不同生物質(zhì)炭復(fù)配基質(zhì)對(duì)作物壯苗指數(shù)的影響見圖2。由圖可知，基質(zhì)B比添加基質(zhì)CK處理的壯苗指數(shù)顯著降低，這可能是由于生物質(zhì)炭的堿性較強(qiáng)而影響作物的生長(zhǎng)。而基質(zhì)BV處理的作物的壯苗指數(shù)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(zhì)炭克完全替代泥炭。而從生物質(zhì)炭與醋糟的不同配比處理來看，生物質(zhì)炭與醋糟比例為5：1的基質(zhì)BV1處理下的壯苗指數(shù)比其他處理顯著提高，而隨著醋糟說在基質(zhì)中所占比例的進(jìn)一步提高，壯苗指數(shù)逐漸降低，說明醋糟生物質(zhì)炭復(fù)配基質(zhì)可進(jìn)一步促進(jìn)作物的生長(zhǎng)。但如醋糟比例過大，對(duì)作物的生長(zhǎng)的促進(jìn)作用會(huì)顯著降低。

實(shí)施例3、

實(shí)驗(yàn)方法：收集小麥秸稈、中藥渣、木屑、豬糞等農(nóng)業(yè)廢棄物作為生物質(zhì)廢棄物，將醋糟與上述生物質(zhì)廢棄物分別在保持室溫條件下進(jìn)行風(fēng)干或晾曬，使醋糟與生物質(zhì)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(zhì)在炭化爐里經(jīng)450℃無氧熱裂解制備成醋糟生物質(zhì)炭。同時(shí)，將干醋糟分別與小麥秸稈、中藥渣、木屑、豬糞等干生物質(zhì)(20％含水量)以1：4的體積比混合，將混合后的生物質(zhì)分別在炭化爐里經(jīng)450℃無氧熱裂解制備成醋糟生物質(zhì)炭。以加入泥炭的基質(zhì)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(zhì)為對(duì)照，以醋糟與生物質(zhì)原料混合制備的麥秸醋糟生物質(zhì)炭基質(zhì)(BWV)、中藥渣醋糟炭(BMV)、木屑醋糟炭(BSV)以及豬糞醋糟炭(BPV)基質(zhì)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，具體配比見表2。供試黃瓜(Cucumis sativus L.)品種為悅龍一號(hào)，將黃瓜種子在50-55℃溫水中浸種后，在30℃恒溫培養(yǎng)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(zhì)均勻裝入穴盤中，選擇整齊度一致的種子播種，每個(gè)處理和對(duì)照均重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列。每天上午九點(diǎn)前澆灌清水，期間不補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)液，75天后采樣測(cè)定黃瓜幼苗地上、地下生長(zhǎng)指標(biāo)。

表6基質(zhì)原料的體積配比(％)

不同生物質(zhì)與醋糟混合后制備的生物質(zhì)炭基質(zhì)對(duì)黃瓜幼苗的生長(zhǎng)影響見表7。由表可知,與泥炭配制的基質(zhì)相比，由小麥秸稈、中藥渣炭、木屑炭和豬糞制備的生物質(zhì)炭配制的基質(zhì)生長(zhǎng)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(zhì)炭完全替代泥炭做基質(zhì)，對(duì)作物的生長(zhǎng)有顯著的抑制作用。而供試生物質(zhì)與醋糟混合后制備的醋糟生物質(zhì)炭配制的基質(zhì)，黃瓜的生長(zhǎng)較未添加醋糟的生物質(zhì)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(zhì)炭配制的基質(zhì)與泥炭配制的基質(zhì)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(zhì)炭不僅可以全部代替泥炭基質(zhì)，而且比泥炭更顯著促進(jìn)作物的生長(zhǎng)，因此，醋糟生物質(zhì)炭是理想的泥炭替代物。

表7不同基質(zhì)配比對(duì)黃瓜幼苗根、莖葉生長(zhǎng)的影響

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