一种基于园林废弃物的功能性养分缓释基质及其制备方法与流程

1.本发明涉及园林废弃物利用和植物栽培基质技术领域，更具体的说是涉及一种基于园林废弃物的功能性养分缓释基质及其制备方法。


背景技术：

2.近年来，我国园林绿化面积迅速扩大，园林废弃物资源也增加迅猛，这些园林绿化废弃物广泛存在城市建设的各个场所，已经成为城市固体废弃物的重要组成，如何合理的处理园林废弃物已成为社会问题，如若处理不当，将给环境带来非常不利的影响，例如：滋生病虫害、破坏城市美观、污染空气和地下水源等。所以，如何将园林废弃物“变废为宝”，实现资源的循环利用成为了研究的热点和发展趋势。目前，我国对园林废弃物的利用形式主要是热转化和堆肥化。但是，由于园林废弃物的热值较低且循环链过长，导致热转化利用效率较低，应用效果并不理想。
3.同时，在植物栽培基质中，由于植物根际环境中植物和微生物的相互关系，乃至植物-基质-微生物间的互作关系，开发特定功能的生物基质，如抗病促生长育苗基质、菌根化的基质，对于提高植株的抗逆能力会起到常规大田管理达不到的效果。虽然我国大田农作物换控释肥应用技术已经非常成熟，但基质栽培种植管理应用率比较低，导致生产效率低。
4.目前，国际国内的植物栽培基质配方基本都是以草炭为基料，以珍珠岩和蛭石为骨架材料生产而成，在支持现代农业发展的同时，破坏了有限的草炭资源，限制了基质产业的发展。
5.因此，如何将园林废弃物应用于植物栽培基质以进行循环利用是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于园林废弃物的功能性养分缓释基质及其制备方法，以解决现有技术中的不足。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.一种基于园林废弃物的功能性养分缓释基质，包括以下体积份数的原料：园林废弃物40-60份、椰糠15-20份、草炭10-15份、蛭石5-15份、珍珠岩5-15份、凹凸棒10-20份和磷矿石5-10份；还包括复合肥和功能性微生物，复合肥的用量为2kg/m3，功能性微生物的用量为1kg/m3。
9.优选为：园林废弃物50份、椰糠15份、草炭15份、蛭石10份、珍珠岩10份、凹凸棒20份和磷矿石10份；还包括复合肥和功能性微生物，复合肥的用量为2kg/m3，功能性微生物的用量为1kg/m3。
10.本发明基于园林废弃物的功能性养分缓释基质的有益效果在于：
11.以园林废弃资源为主要原材料，根据不同作物养分需求特点，调整园林废弃物发酵物料在基质复配中的比例，并对功能性微生物进行选配，并添加凹凸棒和磷矿石为辅料，
生产具有促生、抗病和抗逆功能的养分缓释基质，能够有效防治因尖孢镰刀菌和立枯丝核菌引起的土传病害。
12.本发明中：
13.椰糠，即椰糠土，是椰子加工的副产物，能自然降解，属于环保型基质。保水性好：椰糠土吸收水分的速度快，能保存很多的水分，浇水的时候，椰糠土能够迅速地吸收水分，并把水分储存起来。透气性好：椰糠土永远不会出现板结的情况，从而有利于植物根系的呼吸。
14.草炭，由苔藓、苔草、芦苇等水生植物以及松、桦、赤杨、羊胡子草等陆生植物在水淹、缺氧、低温、泥沙掺入等条件下未能充分分解堆积形成的，含有未完全分解的植物残体、矿物质和腐殖质，是碳化程度最浅的煤。根据形成的地理条件、植物种类和分解程度，草炭可分为高位草炭、中位草炭和低位草炭三种。其中，高位草炭分布在高寒地区，以水藓植物为主，分解程度低，氮和灰分元素含量较少，酸性较强(ph值为4～5)。容重较小，持水力、盐基交换量、吸水、通气性较好，一般可吸附保持的水分为其干物质量的10倍以上，常作为栽培用的草炭容重为0.2～0.6g/cm3，总孔隙度为77％～84％，其中大孔隙约为5％～30％，持水量为50％～55％，在幼苗发芽期和幼苗生长期，基质的ec值应控制在0.25～0.75ms/cm(1：2稀释)范围内，碳氮比较低或适中。
15.蛭石，是硅酸盐材料经高温加热后形成的云母状物质。蛭石在加热过程中水分迅速失去，并膨胀，膨胀后的体积相当于原来体积的8-20倍，从而使该物质增加了通气孔隙和保水能力。蛭石的容重为130-180kg/m3，呈中性至碱性(ph为7-9)，每m3的蛭石能吸收500-650l的水。蛭石经蒸气消毒后能释放出适量的钾、钙、镁。主要作用是增加土壤(介质)的通气性和保水性。因其易碎，随着使用时间的延长，容易使介质致密而失去通气性和保水性，所以粗的蛭石比细的使用时间长，且效果好。
16.珍珠岩，是一种火山喷发的酸性熔岩，经急剧冷却而成的玻璃质岩石，因其具有珍珠裂隙结构而得名。一些较大颗粒珍珠岩逐渐被用于蔬菜育苗中，作为育苗土的必备成分，以增加营养基质的透气性和吸水性。
17.凹凸棒，具有保水缓释功能，保持肥效和水分缓慢释放，提高了肥料的利用率，有效减少了肥效流失。凹凸棒的多孔道纳米结构具有强大的吸附性，肥料里面添加了凹凸棒后，凹凸棒就会将各种养分吸附在凹凸棒里面以及周围，从而防止氮、磷、钾等养分的渗漏、蒸发或流失；形成均衡的缓慢释放的一个周期，延长肥效期到100天以上。凹凸棒的加入大幅提高了化肥的利用率(氮肥从20％提高到了60％；磷从15％提高到到40％；钾从30％提高到55％)，减少化肥用量60％之多。
18.磷矿石，即磷矿废渣，是最主要的一种难溶性磷肥，可以作为磷元素缓释的肥料材质。磷矿粉的粒径大小是影响其肥效的重要因素，粒径越小颗粒越细，磷矿粉与土壤以及作物根系的接触机会越多，肥效越高。
19.进一步，上述园林废弃物为园林枝条发酵物。
20.进一步，上述园林枝条发酵物的制备方法为：
21.(1)将园林枝条粉碎，得到园林枝条碎末；
22.(2)先将园林枝条碎末和禽畜粪便混合浸润，然后加入发酵菌、稻壳和除臭剂混合搅拌，得到混合物料；
23.(3)先将混合物料的平均温度保持在55℃以上发酵至少15天，然后二次发酵15-20天，即得园林枝条发酵物。
24.本发明园林枝条发酵物制备方法的有益效果在于：
25.经过至少15天平均温度保持在55℃以上的发酵，园林枝条碎末和禽畜粪便中的大部分有机物已被降解，由于有机物的减少及代谢产物的累积，微生物的生长及有机物的分解速度减缓，发酵温度开始降低，微生物进入减数生长期。此时，发酵场地的物料就可以用铲车运至陈化棚进行二次发酵，二次发酵需15-20天，在此阶段，剩余有机物被进一步分解、腐熟、干燥、稳定。
26.本发明将园林废弃物经过处理后，按一定配方工艺调制生产可为种子萌发和植物生长提供优良水、肥、气、热条件的人工土壤。优质的基质应具有适宜的理化性质，其中易分解的有机物能大部分分解，施入土壤后不产生氮的生物固定。通过降解去除酚类等有害物质，达到消灭病原菌和病虫卵等标准，达到为植株根系提供稳定的水、气、肥环境的效果，并起到固定、支持植株的作用。
27.进一步，上述步骤(1)中，园林枝条碎末的含水率≤10％。
28.采用上述进一步技术方案的有益效果在于，本发明园林枝条碎末含水率较低，且硬度较大。
29.进一步，上述步骤(2)中，禽畜粪便的含水率为75％-85％；园林枝条碎末和禽畜粪便的体积比为3:1；混合浸润的时间为至少24h。
30.采用上述进一步技术方案的有益效果在于，本发明禽畜粪便的含水率较高，必须用密闭车辆运输，且运输过程中进行全过程监控和管理，防止因暴露、洒落或滴漏造成的环境二次污染；到场后倾倒于园林枝条碎末上。
31.进一步，上述步骤(2)中，发酵菌为vt发酵菌剂；除臭剂为草炭；发酵菌、稻壳和除臭剂的用量分别为1kg/m3、0.1m3/m3和0.05m3/m3。
32.采用上述进一步技术方案的有益效果在于，vt发酵菌剂接种增加了堆肥中细菌、放线菌、酵母菌的数量，细菌较多有利于堆肥中分解有机物，放线菌较多有利于堆肥中木质素的分解，酵母菌较多有利于为各种微生物提供糖分，促进微生物繁殖；同时，vt发酵菌剂接种的堆肥的微生物活动较空白的剧烈，堆肥速度加快，有利于提早腐熟。稻壳的添加，有利于提高发酵堆体的透气性，使得好氧发酵供氧更充分。除臭剂的添加，利用除臭剂的比表面积大，强吸附作用，吸收发酵物料产生的臭气，避免二次污染。
33.进一步，上述步骤(2)中，混合物料的碳氮比为(20-30):1，含水率为50％-60％。
34.采用上述进一步技术方案的有益效果在于，炭素是堆肥微生物的基本能量来源，也是微生物细胞构成的基本原材料，堆肥微生物在分解含碳有机物的同时，利用部分氮元素来构建自身的细胞体，氮还是构成细胞中蛋白质、核酸、各种酶类的重要成分，一般情况下微生物每消耗25g有机碳，需要吸收1g氮素。微生物分解有机物比较适宜的碳氮比为25:1左右，若c/n过高，微生物生长繁殖所需的氮元素受到限制，微生物繁殖速度低，有机物分解速度慢，发酵时间长，堆肥腐殖化系数低，堆肥发酵不好；若c/n过低，微生物生长繁殖所需的能量来源受到限制，发酵温度上升缓慢，氮过量并以氨气的形式释放，有机氮损失大，还会散发难闻的气味。含水率为50％-60％是为了在保证发酵堆体的透气性的同时，又保持水分的正常供应。
35.进一步，上述复合肥中，氮磷钾含量均为15重量份；功能性微生物为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌中的至少一种。
36.采用上述进一步技术方案的有益效果在于，复合肥的添加是为了保证作物前期生长的矿质营养供应。功能性微生物菌剂通过产生代谢产物在低浓度下就能够对病原微生物的生长和代谢产生抑制作用，从而来影响病原微生物的生存和活动，还能够诱发植物自身抗病机制从而增强植物的抗病性能的作用。
37.一种上述基于园林废弃物的功能性养分缓释基质的制备方法，具体包括以下步骤：
38.(1)按上述基于园林废弃物的功能性养分缓释基质的体积份数称取各原料；
39.(2)将各原料装入基质中试生产线专用装料仓，运输至滚筒内搅拌均匀，即得基于园林废弃物的功能性养分缓释基质。
40.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
41.(1)本发明将园林废弃物进行基质化利用，创造了园林废弃物资源化利用的新途径，提高了园林废弃物的利用效率。
42.(2)本发明通过根际微生态调控，促进作物根系发育，壮秧，并能拮抗有害菌引起的病害，能够顺利解决瓜菜产业面临的土传病害泛滥和基质栽培产量低等问题。
43.(3)本发明利用凹凸棒和磷矿石达到缓控释效果，且均为纯天然资源，而非化学合成，节约了能耗，避免了化工作业的二次环境污染。
44.(4)本发明功能性养分缓释基质在农业标准化种植中，一次施肥，作物终生缓释，提高了作业效率，打破了常规浇水必须施肥的低效率操作。
具体实施方式
45.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.实施例1
47.基于园林废弃物的功能性养分缓释基质，包括以下原料：园林枝条发酵物50m3、椰糠15m3、草炭15m3、蛭石10m3、珍珠岩10m3、凹凸棒10m3、磷矿石10m3、复合肥200kg和枯草芽孢杆菌10kg；复合肥中，氮磷钾含量均为15重量份；
48.园林枝条发酵物的制备方法为：
49.(1)将园林枝条粉碎，得到含水率≤10％的园林枝条碎末；
50.(2)先将园林枝条碎末和含水率为80％的禽畜粪便按照体积比为3:1混合浸润24h，然后加入发酵菌、稻壳和草炭混合搅拌，得到碳氮比为25:1、含水率为55％的混合物料；
51.(3)先将混合物料的平均温度保持在55℃发酵15天，然后二次发酵20天，即得园林枝条发酵物；
52.基于园林废弃物的功能性养分缓释基质的制备方法，具体包括以下步骤：
53.(1)按上述基于园林废弃物的功能性养分缓释基质称取各原料；
54.(2)将各原料装入基质中试生产线专用装料仓，运输至滚筒内搅拌均匀，即得基于园林废弃物的功能性养分缓释基质。
55.实施例2
56.基于园林废弃物的功能性养分缓释基质，包括以下原料：园林枝条发酵物50m3、椰糠15m3、草炭15m3、蛭石10m3、珍珠岩10m3、凹凸棒20m3、磷矿石10m3、复合肥200kg和枯草芽孢杆菌100kg；复合肥中，氮磷钾含量均为15重量份；
57.园林枝条发酵物的制备方法为：
58.(1)将园林枝条粉碎，得到含水率≤10％的园林枝条碎末；
59.(2)先将园林枝条碎末和含水率为80％的禽畜粪便按照体积比为3:1混合浸润24h，然后加入发酵菌、稻壳和草炭混合搅拌，得到碳氮比为25:1、含水率为55％的混合物料；
60.(3)先将混合物料的平均温度保持在55℃发酵15天，然后二次发酵20天，即得园林枝条发酵物；
61.基于园林废弃物的功能性养分缓释基质的制备方法，具体包括以下步骤：
62.(1)按上述基于园林废弃物的功能性养分缓释基质称取各原料；
63.(2)将各原料装入基质中试生产线专用装料仓，运输至滚筒内搅拌均匀，即得基于园林废弃物的功能性养分缓释基质。
64.对比例1
65.与实施例1的区别仅在于，凹凸棒的用量为30m3。
66.对比例2
67.与实施例1的区别仅在于，不含凹凸棒和磷矿石。
68.性能测试
69.试验采用随机区组设计，共8个小区，每小区11.2m2，3次重复。
70.栽培槽规格：采用的栽培槽为地下土槽，横断面等腰梯形，槽长8m，上口宽35cm，底宽25cm，槽深25cm，槽间距1.4m，铺设0.1mm厚的聚乙烯塑料薄膜与土壤隔离，然后分别装入实施例1-2和对比例1-2制得的功能性养分缓释基质，每槽用量为0.6m3。
71.实施例1-2和对比例1-2功能性养分缓释基质的组分和用量如表1所示。
72.表1实施例1-3和对比例1-5功能性养分缓释基质配方
73.74.栽植时间：番茄幼苗于2021年12月21日栽植，栽植前浇透水，以后3-5天浇一次水，滴灌。
75.栽植密度：大行80cm，小行60cm，株距43cm，种植密度2200株/亩。
76.施肥：第一个月不施肥，栽植20天后，按每形成1000kg番茄果实，植株需吸收n2.540kg，p0.751kg，k4.347kg，确定肥料施用量，2022年5月10日拉秧。使用日本园艺配方均衡营养液施肥，配方如表2所示。
77.表2日本园艺配方均衡营养液配方
78.组分用量(mg/l)硝酸钙950硝酸钾810硫酸镁500磷酸二氢铵155edta铁钠盐15-25硼酸3硫酸锰2硫酸锌0.22硫酸铜0.05钼酸钠或钼酸铵0.02
79.分别计算各处理组的基质速效养分含量、基质理化性质、基质碱解氮含量变化、基质有效磷含量的变化、基质速效钾含量变化以及番茄产量和品质对比。结果如表3-8所示。
80.表3各处理组基质速效养分含量
[0081][0082]
表4各处理组基质理化性质
[0083][0084]
表5各处理组基质碱解氮含量变化(mg/kg)
[0085][0086]
表6各处理组基质有效磷含量的变化(mg/kg)
[0087][0088]
表7各处理组基质速效钾含量变化(mg/kg)
[0089][0090][0091]
表8各处理组番茄产量和品质对比
[0092][0093]
由表3-8可知，从番茄生长、产量和品质上来看，实施例1-2基质利用组分的缓释，基质中各养分的含量维持较高，明显优于对比例1-2。其中，实施例2为最优组合。
[0094]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的
一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。