一种作物栽培基质及其制备方法与制备装置

1.本发明属于栽培基质技术领域，涉及一种作物栽培基质及其制备方法与制备装置。


背景技术：

2.为解决土壤环境恶化影响作物产量和品质的问题，栽培基质被认为是土壤的替代品，提供了植物的固定和支持，提供了氧气、水和营养物质的供应。椰糠、锯末、松针、秸秆、食用菌菌渣、岩棉、蛭石、珍珠岩等是常见的栽培基质原料，椰糠、锯末、松针、秸秆、食用菌菌渣等作为栽培基质中的有机基质部分，在腐熟发酵后为作物栽培提供营养成分；岩棉、蛭石、珍珠岩等作为栽培基质中的无机基质部分，为作物栽培提供透气性。玉米秸秆含有丰富的营养和可利用的化学成分，大部分会被就地焚烧或直接还田，不仅造成了一定的环境污染，还会因秸秆携带病菌，导致土壤病菌增加，作物病害加重，而秸秆在土壤中分解困难，导致营养成分利用率不高。食用菌菌渣中的有机质、菌体蛋白、多糖、维生素、微量元素等活性物质含量丰富，大量食用菌菌渣在食用菌栽培后抛弃或直接还田，这不仅会对环境造成严重的污染，还造成农业的有机物白白的浪费。
3.现有技术在栽培基质方面存在原料成本较高、营养成分利用率不高、原料腐熟发酵条件可控度低的问题。例如，专利cn107347495a提供了一种火龙果栽培基质，使用草炭土、砂、珍珠岩、蛭石、谷壳、羊粪、菌渣、塘泥、腐叶为原料制备火龙果栽培基质，其中草炭土为沼泽发育过程中的产物，使用成本较高。专利cn109328986a提供了一种用木屑-稻壳-秸秆腐熟发酵制备有机栽培基质的方法，对原料调节碳氮比后腐熟发酵混合后得到有机栽培基质。现有技术通过将原料按比例混合后直接同时发酵，未考虑到不同原料发酵条件的不同，而且基质制备的自动化程度不高，导致原料发酵条件可控度低，基质营养成分均匀度不够。因此研究一种栽培基质实现成本低廉、各原料分开发酵、发酵条件可控、营养成分丰富且均一的栽培基质及制备方法与制备装置具有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种原料易得、成本低廉、土壤总无机磷活化量高、发酵条件可控、营养成分丰富且均一的作物栽培基质及其制备方法，通过不同腐熟单元独立使用可以实现不同基质的不同腐熟需求；通过添加养分活化剂、营养液与微量元素，可在后续培育中不用额外添加肥料；通过使用装置制备作物栽培基质，达到机械化生产作物栽培基质的目的，并且制备出的作物栽培基质营养成分均一。
5.本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
6.一种作物栽培基质，包括香菇渣20～25％、玉米秸秆70～75％与珍珠岩5～10％，以上成分以体积比计；玉米秸秆尺寸为3mm，珍珠岩粒度为3～5mm。
7.一种制备作物栽培基质的方法，包括以下步骤：
8.将香菇渣与玉米秸秆按照体积比分别腐熟，将腐熟剂加水稀释后，喷淋加入。
9.调节含水量至40～55％，启动排风扇进行好氧腐熟，当混合物温度为50～60℃左右时，使用框式搅拌器开始搅拌，保持含水量为40～50％，腐熟15～20天。
10.将养分活化剂、营养液和微量元素通过喷淋装置加入腐熟完成后的原料，养分活化剂、营养液、微量元素的添加比例分别为100ml/kg、100ml/kg、8ml/kg，此外将珍珠岩按照体积比加入，搅拌混合。
11.将得到的混合均匀的腐熟香菇渣与腐熟玉米秸秆输送至腐熟基质混合装置，使用螺旋推进式搅拌器充分搅拌后，得到作物栽培基质。
12.进一步地，腐熟剂包括：长枝木霉菌、酿酒酵母菌与枯草芽孢菌，有益活菌数≥20亿cuf/g，腐熟剂施用量为原料质量的0.05％，腐熟剂稀释比例根据基质的干湿程度进行兑水，确保基质湿度在40～55％即可。
13.进一步地，腐熟结束标志为：食用菌和玉米秸秆变成褐色或黑褐色，湿时用手握之柔软有弹性，干时很脆容易破碎。
14.具体地，养分活化剂由以下步骤制备：
15.将0.05mol三聚氯氰和100ml去离子水加入1000ml三颈圆底烧瓶中，溶液在0℃冰浴条件下搅拌；
16.将0.05mol～0.15mol甘氨酸加入溶液中并继续搅拌10分钟，使用25wt％的naoh溶液，调节溶液ph为10～11；
17.溶液完全搅拌后，加入0.1mol甘氨酸，溶液ph保持在11～12，温度达到室温，约25℃后，反应5小时；
18.将溶液升温至40～120℃，继续反应8～10h，至溶液的ph值不变；
19.溶液冷却至室温时，加入300ml去离子水，将溶液搅拌1h后，加入浓hcl调节ph为3～4，搅拌溶液2h；
20.过滤，得到白色固体，用去离子水洗涤3～4次；固体产物在80℃真空烘箱中干燥，得到养分活化剂。
21.进一步地，营养液由硝酸钙590mg/l、硝酸钾620mg/l、硫酸钾830mg/l、磷酸二氢钾760mg/l、硫酸铵240mg/l配制而成，营养液的n:p:k配比为3:1:4，营养液ph为6.0～6.5。
22.进一步地，微量元素由硫酸锰1.72mg/l、硫酸铜0.20mg/l、硼酸2.38mg/l、硫酸亚铁15mg/l配制而成。
23.一种制备作物栽培基质的装置包括：
24.包括腐熟单元与腐熟基质混合装置，腐熟单元上方设有腐熟单元进料口，腐熟单元顶部设有喷淋装置，腐熟单元底部设有具有倾斜角度的挡板，腐熟单元后方设有排气扇，腐熟单元前方设有数控显示屏，数控显示屏与温度传感器和湿度传感器连接，腐熟单元下方设有框式搅拌器，腐熟单元底部设有腐熟单元出料口，腐熟单元出料口下方设有腐熟基质混合装置，腐熟基质混合装置底部设有螺旋推进式搅拌器，在螺旋推进式搅拌器末端设有系统出料口。
25.进一步地，腐熟单元与腐熟基质混合箱体通过腐熟单元出料管道连接；数控显示屏通过线路分别与温度传感器和湿度传感器连接。
26.进一步地，可以根据腐熟需求增加相应数量的腐熟单元。
27.进一步地，将混合好的作物栽培基质均匀装入40
×
40cm的植树袋内，每个植树袋
内种植一棵高杆月季，种植完后立即使用营养液浇透1次，每3天浇一次水，营养液和微量元素采用滴灌形式添加，每7天施用1次，营养液施加量为100ml/kg，微量元素施加量为8ml/kg，日常浇清水以保持生长，记录月季生长状况。
28.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
29.本发明通过对反应温度的优选制备出的三种不同的养分活化剂-低分子有机酸，对土壤总无机磷的活化量有提高效果，通过对栽作物培基质的施用，三种养分活化剂分别对土壤总无机磷的活化量到达了35.80、43.69、82.83mg/kg；通过添加养分活化剂、营养液与微量元素，制备出了营养物质均衡、营养成分利用率高的作物栽培基质；本发明可就地取材，且成本低廉，实现对农业废弃物资源的回收利用。
30.本发明提供一种作物栽培基质制备装置，通过开启排气扇实现好氧发酵；通过数控显示屏与温度传感器和湿度传感器连接实现对腐熟温度与湿度的实时观测；通过排风扇和喷淋设备实现对腐熟温度与湿度的实时调控；通过独立腐熟单元实现不同原料的腐熟需求，通过增加腐熟单元实现不同的发酵需求；通过喷淋装置实现对各种原料的均匀喷撒；通过机械搅拌与斗型凹槽设计的箱体，实现作物栽培基质营养成分均一；通过基质制备装置中各设备间的配合，实现可控的栽培基质腐熟条件与良好的栽培基质质量。
附图说明
31.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，下面将对实施例或现有技术描述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。
32.图1是本发明作物栽培基质制备装置的结构示意图。
33.附图标记说明如下：1、排气扇；2、腐熟单元进料口；3、腐熟单元；4、数控显示屏；5、喷淋装置；6、温度传感器；7、挡板；8、湿度传感器；9、腐熟单元出料口；10、框式搅拌器；11、腐熟单元出料管道；12、腐熟基质混合箱体；13、螺旋推进式搅拌器；14、系统出料口。
具体实施方式
34.为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但本发明并不限于下述的实施例。
35.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
36.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.下述各实施例中所述实验方法和检测方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试
剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。
38.实施例1
39.本实施例提供了一种作物栽培基质的制备方法、施用方法及制备装置，其特征在于：按照以下步骤进行制备：
40.将体积比70％的玉米秸秆与25％的香菇渣分别通过进料口加入腐熟单元箱，将腐熟剂用水稀释后通过喷淋装置加入腐熟单元，腐熟剂的添加量为0.05％，将腐熟剂根据基质的干湿程度进行兑水，确保基质湿度在50％左右。
41.打开排气扇进行好氧发酵，当温度达到60℃左右时，启动搅拌装置进行翻搅，保持含水量处于50％左右，经过15天左右，食用菌和玉米秸秆变成褐色或黑褐色，湿时用手握之柔软有弹性，干时很脆容易破碎时，腐熟过程结束。
42.将养分活化剂、营养液和微量元素采用喷淋方式通过进料口加入，将体积比5％的珍珠岩通过进料口加入，搅拌混合。
43.各个腐熟单元的腐熟基质混合均匀后，将腐熟基质输送到腐熟基质混合箱体中，打开螺旋推进式搅拌器进行充分搅拌，由系统出料口出料，得到作物栽培基质。
44.养分活化剂的制备方法，包括以下步骤：
45.将0.05mol三聚氯氰和100ml去离子水加入1000ml三颈圆底烧瓶中，溶液在0℃冰浴条件下搅拌。
46.将0.1mol甘氨酸加入溶液中并继续搅拌10分钟，使用25wt％的naoh溶液，调节溶液ph为10～11。
47.溶液完全搅拌后，加入0.1mol甘氨酸，溶液ph保持在11～12，温度达到室温，约25℃后，反应5小时。
48.将溶液升温至120℃，继续反应8～10h，至溶液的ph值不变。
49.溶液冷却至室温时，加入300ml去离子水，将溶液搅拌1h后，加入浓hcl调节ph为3～4，搅拌溶液2h。
50.过滤，得到白色固体，用去离子水洗涤3～4次；固体产物在80℃真空烘箱中干燥，得到养分活化剂。
51.营养液由硝酸钙590mg/l、硝酸钾620mg/l、硫酸钾830mg/l、磷酸二氢钾760mg/l、硫酸铵240mg/l配制而成，营养液的n:p:k配比为3:1:4，营养液ph为6.0～6.5。
52.微量元素中各溶液浓度分别为：硫酸锰1.72mg/l、硫酸铜0.20mg/l、硼酸2.38mg/l、硫酸亚铁15mg/l。
53.如图1所示，一种制备作物栽培基质的装置，包括腐熟单元(3)与腐熟基质混合装置(12)，腐熟单元(3)上方设有腐熟单元进料口(2)，腐熟单元(3)顶部设有喷淋装置(5)，腐熟单元(3)后方设有排气扇(1)，所述腐熟单元(3)底部设有具有倾斜角度的挡板(7)，腐熟单元(3)前方设有数控显示屏(4)，数控显示屏(4)与温度传感器(6)和湿度传感器(8)连接，腐熟单元(3)下方设有框式搅拌器(10)，腐熟单元(3)底部设有腐熟单元出料口(9)，腐熟单元出料口(9)下方设有腐熟基质混合装置(12)，腐熟基质混合装置(12)底部设有螺旋推进式搅拌器(13)，在螺旋推进式搅拌器(13)末端设有系统出料口(14)。
54.将混合好的作物栽培基质均匀装入40
×
40cm的植树袋内，每个植树袋内种植一棵高杆月季，种植完后立即使用营养液浇透1次，每3天浇一次水，营养液和微量元素采用滴灌
形式添加，每7天施用1次，营养液施加量为100ml/kg，微量元素施加量为8ml/kg，日常浇清水以保持生长，记录月季生长状况。
55.经过一个月培育后，月季生长试验结果如表1所示，作物栽培基质参数如表2所示。
56.实施例1提供的作物栽培基质培养得到的月季花色鲜艳、无变色、焦边；花形完整，花朵饱满，外层花瓣较整齐，花茎为6.5cm左右，叶片大小均匀，月季花质量为二级品(判定标准为：gb/t 41201-2021)，基本能够满足日常绿化需求。
57.实施例2
58.在实施例1的基础上，实施例2与实施例1的区别在于：玉米秸秆体积比为72％，香菇渣体积比为22％，珍珠岩体积比为6％。
59.实施例3
60.在实施例1的基础上，实施例3与实施例1的区别在于：玉米秸秆体积比为75％，香菇渣体积比为20％。
61.实施例4
62.在实施例1的基础上，实施例4与实施例1的区别在于：玉米秸秆体积比为70％，香菇渣体积比为20％，珍珠岩体积比为10％。
63.对比实施例1
64.对比实施例1与实施例1的区别在于：玉米秸秆体积比为55％，香菇渣体积比为30％，珍珠岩体积比为15％。
65.对比实施例2
66.对比实施例2与实施例2的区别在于：n:p:k配比为3:3:9。
67.对比实施例3
68.对比实施例3与实施例1的区别在于：以黄土为栽培基质。
69.表1：实施例1～4以及对比实施例1～2的月季栽培试验结果
[0070][0071]
表2：实施例1～4以及对比实施例1～2的基质参数
[0072][0073]
从表1数据可知，加入本技术制备的栽培基质后，月季的苗高、冠幅、花枝数、现蕾时长、花茎和叶片面积等参数都有了提高；并且在最优原料配比下玉米秸秆70％、香菇渣25％和珍珠岩5％制备得到的栽培基质栽培效果达到最优，月季花色鲜艳、无变色、焦边；花形完整，花朵饱满，外层花瓣较整齐，苗高可达到23.67cm，花茎为6.5cm左右，叶片大小均匀，月季花质量为二级品(判定标准为：gb/t41201-2021)，基本能够满足日常绿化需求。从表2数据可知，本技术制备出的栽培基质提高了基质总孔隙度、降低了基质容重，从而提高了栽培基质的通气性状；并且通过本技术的制备方法基质中有机质含量和n:p:k含量达到最优，可以满足作物日常生长的营养需求。相比于普通黄土本发明制备出的栽培基质有机质有明显提升，并且容重与孔隙度也优于普通黄土。可见本发明制备出的栽培基质对作物的栽培效果起到极大的促进作用。
[0074]
实施例5
[0075]
本实施例提供了三种养分活化剂-低分子量有机酸的合成路线，及三种养分活化剂-低分子量有机酸对土壤总无机磷活化量的影响。
[0076]
试验1
[0077]
步骤一：将0.05mol三聚氯氰和100ml去离子水加入1000ml三颈圆底烧瓶中，溶液在0℃冰浴条件下搅拌；
[0078]
步骤二：将0.05mol～0.15mol甘氨酸加入溶液中并继续搅拌10分钟，使用25wt％的naoh溶液，调节溶液ph为10～11；
[0079]
步骤三：溶液完全搅拌后，加入0.1mol甘氨酸，溶液ph保持在11～12，温度达到室温，约25℃后，反应5小时；
[0080]
步骤四：将溶液升温至40℃，继续反应8～10h，至溶液的ph值不变；
[0081]
步骤五：溶液冷却至室温时，加入300ml去离子水，将溶液搅拌1h后，加入浓hcl调节ph为3～4，搅拌溶液2h；
[0082]
步骤六：过滤，得到白色固体，用去离子水洗涤3～4次；固体产物在80℃真空烘箱中干燥，得到低分子量有机酸a。
[0083]
试验2
[0084]
在试验1的基础上，试验2与试验1的区别在于：步骤四中将溶液升温至60℃，得到低分子量有机酸b。
[0085]
试验3
[0086]
在试验1的基础上，试验3与试验1的区别在于：步骤四中将溶液升温至120℃，得到低分子量有机酸c。
[0087]
低分子有机酸的a，b，c的合成路线如下所示。
[0088][0089]
将试验1～3制备出的低分子量有机酸加入1.00g过100目筛的作物栽培基质，按1∶20的土水比，低分子量有机酸加入量为20ml浓度分别为：0、0.5、1.0、1.5、2mmol/l，在室温下振荡1h，4500r/min下离心10min，将上层清液过滤于小烧杯中，用钼锑抗比色法测定上清液中无机磷含量，每个试验重复3次，试验结果如表1所示。此时测定出的无机磷含量为无机磷释放的总量，基质的总无机磷活化量为加有机酸时无机磷浸提含量减去未加有机酸时无机磷浸提含量。
[0090]
表3：试验1～3制备的低分子量有机酸的土壤总无机磷活化量
[0091][0092]
从表1数据可以看出，低分子有机酸会促使无机磷释放，土壤总无机磷的活化量随低分子有机酸浓度的升高而呈增大的趋势，较低浓度0.5mmol/l的低分子有机酸就可以迅速提高土壤无机磷的活化量。当低分子有机酸浓度达到2.0mmol/l时，土壤无机磷活化量达到最大值，低分子有机酸a、b、c分别对土壤总无机磷的活化量分别达35.80、43.69、82.83mg/kg，可见本发明制备出的养分活化剂-低分子有机酸对土壤无机磷活化起到极大的作用
[0093]
如上所述，较好的描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。上述实施例和说明书仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本
发明精神和范围的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种改变和改进，均应落入本发明确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种作物栽培基质，其特征在于：由以下原料制成：香菇渣、玉米秸秆、珍珠岩、养分活化剂、营养液和微量元素；所述香菇渣与玉米秸秆需要经过腐熟；所述香菇渣的体积百分比为20～25％，所述玉米秸秆的体积百分比为70～75％，所述珍珠岩的体积百分比为5～10％；所述玉米秸秆尺寸为3mm，珍珠岩粒度3～5mm。2.根据权利要求1所述的作物栽培基质，其特征在于：所述腐熟剂包括：长枝木霉菌、酿酒酵母菌与枯草芽孢菌，有益活菌数≥20亿cuf/g，腐熟剂添加量为原料质量的0.05％。3.根据权利要求1所述的作物栽培基质，其特征在于：所述养分活化剂为低分子量有机酸；所述养分活化剂的添加加量为100ml/kg。4.根据权利要求3所述的作物栽培基质，其特征在于：所述低分子量有机酸由三聚氯氰与甘氨酸合成。5.根据权利要求1所述的作物栽培基质，其特征在于：所述营养液包括：ca(no3)2·
4h2o、kno3、(nh4)2so4、k2so4、kh2po4；所述营养液n:p:k的配比为3:1:4；所述营养液ph为6.0～6.5；所述营养液的添加量为100ml/kg。6.根据权利要求1所述的作物栽培基质，其特征在于：所述微量元素包括：硫酸锰1.72mg/l、硫酸铜0.20mg/l、硼酸2.38mg/l、硫酸亚铁15mg/l；所述微量元素的添加量为8ml/kg。7.制备权利要求1～6所述作物栽培基质的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：将香菇渣与玉米秸秆按照体积比分别腐熟，将腐熟剂加水稀释后，喷淋加入；步骤二：调节含水量至40～50％，进行好氧腐熟，温度为50～60℃时，开始搅拌，保持含水量为40～50％，腐熟15～20天；步骤三：将养分活化剂、营养液和微量元素喷淋加入腐熟完成后的原料，此外将珍珠岩按照体积比加入，搅拌混合；步骤四：将步骤三得到的混合均匀的腐熟香菇渣与腐熟玉米秸秆混合，充分搅拌后，得到所述作物栽培基质。8.根据权利要求1～7所述作物栽培基质，其特征在于：作物栽培基质用于种植绿化作物，所述绿化作物为月季。9.一种制备权利要求1～7任一项所述作物栽培基质的装置，其特征在于：包括腐熟单元(3)与腐熟基质混合装置(12)，所述腐熟单元(3)上方设有腐熟单元进料口(2)，所述腐熟单元(3)顶部设有喷淋装置(5)，所述腐熟单元(3)底部设有具有倾斜角度的挡板(7)，所述腐熟单元(3)后方设有排气扇(1)，所述腐熟单元(3)前方设有数控显示屏(4)，所述数控显示屏(4)与温度传感器(6)和湿度传感器(8)连接，所述腐熟单元(3)下方设有框式搅拌器(10)，所述腐熟单元(3)底部设有腐熟单元出料口(9)，所述腐熟单元出料口(9)下方设有腐熟基质混合装置(12)，所述腐熟基质混合装置(12)底部设有螺旋推进式搅拌器(13)，在螺旋推进式搅拌器(13)末端设有系统出料口(14)。10.根据权利要求9所述作物栽培基质制备装置，其特征在于：所述腐熟单元(3)与所述腐熟基质混合箱体(12)通过所述腐熟单元出料管道(11)连接；所述数控显示屏(4)通过线路分别与温度传感器(6)和湿度传感器(8)连接。

技术总结
本发明属于栽培基质技术领域，本发明公开了一种作物栽培基质及其制备方法与制备装置，作物栽培基质由以下原料制成：体积百分比为20～25％的香菇渣、体积百分比为70～75％的玉米秸秆体积百分比为5～10％的珍珠岩、腐熟剂、养分活化剂、营养液以及微量元素。使用本发明栽培基质培育出的月季质量达到二级品，可以满足日常绿化需求；本发明制备出的养分活化剂对土壤中无机磷的活化量提高了35.80、43.69、82.83mg/kg；通过加入营养液与微量元素可以满足月季日常生长需求，通过使用基质制备装置实现基质制备自动化，得到腐熟可控、营养成分均一的栽培基质。一的栽培基质。一的栽培基质。


技术研发人员：曹婷婷 张海欧 孙绪博 李娟 王迎国 周航 杨晨曦 王健 郭振
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/7/25