本發明涉及廢棄資源再生利用技術領域，具體而言，涉及一種育苗基質及其制備方法和應用。
背景技術：
近年來，工廠化育苗的廣泛應用極大地促進了人們對育苗基質的應用的研究。無論是蔬菜還是花卉苗木的生產，育苗基質都是生產高質量產品的關鍵因素。育苗基質有著與土壤相似的功能。從營養條件和生長環境方面來講，育苗基質比土壤更有利于植株生長。
目前，使用較多的基質材料有泥炭、巖棉、蛭石、珍珠巖、蔗渣、菇渣、沙礫和陶粒等。目前巖棉和泥炭在全球應用最廣泛，是世界上公認的較理想的栽培基質。但隨著逐年大量使用，其給社會和生態環境帶來的負面效應也日趨明顯。因此，尋求可替代巖棉等污染性材料的優良新型育苗基質已成為當今科研工作者研究熱點之一。
技術實現要素：
本發明的第一目的在于提供一種育苗基質，此育苗基質在能夠有效改良土壤的基礎上，降低生產成本，同時起到保護生態環境，解決城市環境污染等作用。
本發明的第二目的在于提供一種育苗基質的制備方法，該制備方法技術簡單，能夠有效地制備出性能優異的育苗基質。
本發明的第三目的在于提供一種育苗基質在水稻育苗中的應用。
本發明解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。
一種育苗基質，其將原料混合后經熱處理制成，原料包括：褐煤、污泥、煤渣、及殘土；褐煤、污泥、煤渣、及殘土的質量比為1-2:0.5-1.5:1-2:5.5-6.5。
一種育苗基質的制備方法，包括：對褐煤、污泥、煤渣、及殘土混合形成的混合物進行熱處理，其中熱處理溫度為800～1200℃，熱處理時間為4-6分鐘。
上述育苗基質在水稻育苗中的應用。
本發明提供的一種育苗基質及其制備方法和應用的有益效果是：
本發明提供的育苗基質，其制備原料主要包括褐煤、污泥、煤渣、及殘土。其中，污泥、煤渣和殘土是屬于城市垃圾，城市垃圾的再利用有效地解決了城市環境污染問題。另外，褐煤能夠提供有機原料，污泥能夠提供微生物載體，煤渣能夠提供無機原料，再結合建筑殘土提供的豐富的營養物質，四者同時起到協同配合的作用，制得的育苗基質能夠達到多微腐植酸營養土的標準，其營養全面均衡，能夠充分提高土壤的通透性和保水性。褐煤、污泥、煤渣、及殘土的質量比為1-2:0.5-1.5:1-2:5.5-6.5。該配比經過科學設計，按照該配比配制的原料所制備得到的育苗基質，能夠改善土壤結構，提高土壤肥力。該育苗基質具有省工、省肥、省藥、省地、省機械費用；增加產量、增加效益、增強抗病性等的效果。
本發明提供的育苗基質的制備方法，包括：將褐煤、污泥、煤渣、及殘土混合形成混合物，在800～1200℃溫度條件下進行熱處理4-6分鐘。經過高溫處理制得的育苗基質無菌、無蟲、無草，能夠使秧苗免受雜草、蟲害、藥害等影響。使該制備方法技術簡單，可操作性強，適用于大規模工業化生產，能夠制備出性能優異的育苗基質。
本發明提供育苗基質在水稻育苗中的應用，該應用對于提高土壤通透性和保水性能，以及提高養分利用率等具有重大意義。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。實施例中未注明具體條件者，按照常規條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。
下面對本發明實施例的育苗基質及其制備方法和應用進行具體說明。
一種育苗基質，其將原料混合后經熱處理制成，原料包括：褐煤、污泥、煤渣、及殘土。
其中，褐煤含有豐富的腐植酸，腐植酸具有以下優點：(1)刺激生理代謝。腐植酸含有多種活性功能基因，可刺激作物生理代謝，促進生長發育。如腐植酸能促使種子提早發芽，出苗率高；刺激幼苗發根快、次生根多，根量增加；使作物吸收水分、養分能力增加。(2)改變化肥特性。腐植酸能使碳銨減少氨態氮的損失，提高氮肥的利用率；能抑制尿酶活動，減少尿素揮發；能抑制土壤對水溶性磷的固定，促進根系對磷的吸收。腐植酸與難溶性微量元素發生螯合反應，從而利于根系和葉面吸收微量元素。(3)改良土壤結構。腐植酸可以促進土壤團粒結構的形成，調節土壤pH值，提高土壤保水保肥能力，促進土壤微生物的活動。(4)增強抗逆特性。腐植酸多為兩性膠體，表面活性大，對真菌有抑制作用，可增強作物的抗塞性，改變細胞膜滲透性，促進無機養分的吸收，防止腐爛病、根腐病，減少病蟲害。
本實施例提供的污泥為污水處理廠在處理水和污水過程中產生的固體沉淀物質。該固體沉淀物質是一種由有機殘片、細菌菌體、無機顆粒、膠體等組成的極其復雜的非均質體。污泥中含有病原菌、寄生蟲(卵)、有毒有機質、重金屬等多種污染物物質，若將其不加處理直接排放，會對周邊生態環境、人畜及其作物造成不可小視的負面影響；但同時，污泥中又含有大量的有機物質、氮、磷、鉀等營養物質以及微量元素等成分，這決定了污泥若經合理利用，便可變廢為寶，造福農業及城市綠化，這使得污泥具有很高的利用價值。
煤渣作為工業固體廢物的一種，是經火力發電廠、工業和民用鍋爐及其他設備燃煤排出的廢渣。在本實施例中，為了原料獲取方便易得，煤渣采用蜂窩煤燃煤時產生的廢渣。在日常生活中，煤渣常常作為生活垃圾被棄置堆積，這樣一來不僅占用土地，而且會釋放出含硫氣體污染大氣，危害環境，甚至會自燃起火。然而，煤渣也具有諸多的優點，例如煤渣含有極多的微量元素，如二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂等；煤渣的透氣透水，且成本低廉易得，經過高溫燃燒后，基本無病菌殘留。正是因為具有上述優點，煤渣在種植植物上的應用已經屢見不鮮了。
為了方便理解，殘土在本實施例中優選為建筑殘土。目前，對于建筑殘土最為常用的處理方法主要是在工程中進行回填，然后再實際處理過程中卻常因處理效果不理想，導致大量殘土分成隨風飄散，造成極為嚴重的空氣污染。建筑殘土成分復雜，主要包括水泥和磚塊。但正是因為復雜的成分，使得建筑殘土中也富含有多種營養物質，因此，建筑殘土極具利用價值。
在本實施例中，將作為城市垃圾的污泥、煤渣和殘土加以利用，結合褐煤作為制備育苗基質的原料，根據各原料自身的特點和性能加以配合。一方面，變廢為寶，大大節約了生產成本的同時解決了城市環境污染的問題；另一方面，褐煤能夠提供有機原料，污泥能夠提供微生物載體，煤渣能夠提供無機原料，再結合殘土提供的豐富的營養物質，四者同時起到協同配合的作用，制得的育苗基質能夠達到多微腐植酸營養土的標準，其營養全面均衡，能夠充分提高土壤的通透性和保水性。
進一步地，在本實施例中，褐煤、污泥、煤渣、及殘土的質量比為1-2:0.5-1.5:1-2:5.5-6.5。
原料配比經過科學設計且經過多次反復試驗得到，各原料之間相互配合能夠發揮協同增效作用，采用這種配比，各原料的營養成分相互作用和補充，營養價值更好，按照該配比配制的原料所制備得到的育苗基質，能夠改善土壤結構，提高土壤肥力。
一種育苗基質的制備方法，首先將褐煤、污泥、煤渣、及殘土混合形成混合物。
具體地，在本實施例中，先將褐煤、污泥、煤渣、及殘土分別放入四個配料機中。優選地，在進入配料機之前，先對褐煤、煤渣和殘土進行篩分，將小于10公分的原料篩選出待用。然后通過調整配料機的流量來控制四中原料的投料比例。
然后對混合物進行熱處理。熱處理的溫度不作具體限制，考慮到處理后的混合物需要達到無菌、無蟲、及無草的標準，設定熱處理溫度為800～1200℃，經反復多次試驗，優選地，熱處理溫度設置在900～1200℃時效果最佳。
優選地，采用以下步驟對混合物進行熱處理：將各個配料機輸出的四種原料分別經過輸送機輸送進烘干機。在本實施例中，烘干機不做具體限制，優選地，為滾筒式烘干機。滾筒式烘干機比普通烘干機節能，可最大化地節約能源及烘干成本。混合物在滾筒式烘干機內旋轉烘干的時間不做具體限制，考慮到最大程度地節能，將時間設定在4-6分鐘后自動流出，優選地為5分鐘。
對混合物進行熱處理后，再對其進行粉碎。為了達到育秧土的使用標準，粉碎后的混合物的粒徑需要控制在2mm以下，優選地，將混合物粉碎后過60-200目篩，以獲取60-200目的顆粒。
需要說明的是，育苗基質的pH值對作物的影響非常大，過酸或是過堿會導致育苗基質發生酸害和鹽堿化，從而導致種子失活，降低發芽率和出苗率。在本實施例中，經過反復多次試驗，優選地，在6-6.5時對作物的育苗效果最佳。
本實施例提供的育苗基質可用于水稻育苗。
以下結合實施例對本發明的特征和性能作進一步的詳細描述。
實施例1
制備原料：褐煤、污泥、煤渣、及殘土。
制備方法：先對褐煤、煤渣和殘土進行篩分，將小于10公分的原料篩選出待用。將褐煤、污泥、煤渣、及殘土分別放入四個配料機中，通過調整配料機的流量來控制四種原料的投料比例，在本實施例中，投料比例為褐煤、污泥、煤渣、及殘土的質量比為1.5:1:1.5:6。將各個配料機輸出的四種原料分別經過輸送機輸送進滾筒式烘干機進行熱處理，熱處理的溫度設定為1000℃，混合物在烘干機中旋轉5分鐘后自動流出。將經過熱處理的混合物攪拌均勻后放入粉碎機進行粉碎處理，粉碎后過60-200目篩，以獲取60-200目的顆粒，得到pH值為6.05的育苗基質。
實施例2
制備原料：褐煤、污泥、煤渣、及殘土。
制備方法：先對褐煤、煤渣和殘土進行篩分，將小于10公分的原料篩選出待用。將褐煤、污泥、煤渣、及殘土分別放入四個配料機中，通過調整配料機的流量來控制四種原料的投料比例，在本實施例中，投料比例為褐煤、污泥、煤渣、及殘土的質量比為2:0.5:2:5.5。將各個配料機輸出的四種原料分別經過輸送機輸送進滾筒式烘干機，熱處理的溫度設定為1000℃，混合物在烘干機中旋轉5分鐘后自動流出。將經過熱處理的混合物攪拌均勻后放入粉碎機進行粉碎處理，粉碎后過60-200目篩，以獲取60-200目的顆粒，得到pH值為6.05的育苗基質。
實施例3
制備原料：褐煤、污泥、煤渣、及殘土。
制備方法：先對褐煤、煤渣和殘土進行篩分，將小于10公分的原料篩選出待用。將褐煤、污泥、煤渣、及殘土分別放入四個配料機中，通過調整配料機的流量來控制四種原料的投料比例，在本實施例中，投料比例為褐煤、污泥、煤渣、及殘土的質量比為1:1.5:1:6.5。將各個配料機輸出的四種原料分別經過輸送機輸送進滾筒式烘干機，熱處理的溫度設定為1000℃，混合物在烘干機中旋轉5分鐘后自動流出。將經過熱處理的混合物攪拌均勻后放入粉碎機進行粉碎處理，粉碎后過60-200目篩，以獲取60-200目的顆粒，得到pH值為6.05的育苗基質。
實施例4
制備原料：褐煤、污泥、煤渣、及殘土。
制備方法：先對褐煤、煤渣和殘土進行篩分，將小于10公分的原料篩選出待用。將褐煤、污泥、煤渣、及殘土分別放入四個配料機中，通過調整配料機的流量來控制四種原料的投料比例，在本實施例中，投料比例為褐煤、污泥、煤渣、及殘土的質量比為1.5:1:1.5:6。將各個配料機輸出的四種原料分別經過輸送機輸送進滾筒式烘干機，熱處理的溫度設定為900℃，混合物在烘干機中旋轉5分鐘后自動流出。將經過熱處理的混合物攪拌均勻后放入粉碎機進行粉碎處理，粉碎后過60-200目篩，以獲取60-200目的顆粒，得到pH值為6的育苗基質。
實施例5
制備原料：褐煤、污泥、煤渣、及殘土。
制備方法：先對褐煤、煤渣和殘土進行篩分，將小于10公分的原料篩選出待用。將褐煤、污泥、煤渣、及殘土分別放入四個配料機中，通過調整配料機的流量來控制四種原料的投料比例，在本實施例中，投料比例為褐煤、污泥、煤渣、及殘土的質量比為1.5:1:1.5:6。將各個配料機輸出的四種原料分別經過輸送機輸送進滾筒式烘干機，熱處理的溫度設定為1200℃，混合物在烘干機中旋轉5分鐘后自動流出。將經過熱處理的混合物攪拌均勻后放入粉碎機進行粉碎處理，粉碎后過60-200目篩，以獲取60-200目的顆粒，得到pH值為6.5的育苗基質。
對照例1
制備原料：褐煤、污泥、煤渣、及殘土。
制備方法：先對褐煤、煤渣和殘土進行篩分，將小于10公分的原料篩選出待用。將褐煤、污泥、煤渣、及殘土分別放入四個配料機中，通過調整配料機的流量來控制四種原料的投料比例，在本實施例中，投料比例為褐煤、污泥、煤渣、及殘土的質量比為3:2.2:0.5:4.3。將各個配料機輸出的四種原料分別經過輸送機輸送進滾筒式烘干機，熱處理的溫度設定為1000℃，混合物在烘干機中旋轉5分鐘后自動流出。將經過熱處理的混合物攪拌均勻后放入粉碎機進行粉碎處理，粉碎后過60-200目篩，以獲取60-200目的顆粒，得到育苗基質。
對照例2
制備原料：褐煤、污泥、及煤渣。
制備方法：先對褐煤和煤渣進行篩分，將小于10公分的原料篩選出待用。將褐煤、污泥、及煤渣分別放入三個配料機中，通過調整配料機的流量來控制三種原料的投料比例，在本實施例中，投料比例為褐煤、污泥、及煤渣的質量比為6:2:2。將各個配料機輸出的三種原料分別經過輸送機輸送進滾筒式烘干機，熱處理的溫度設定為1000℃，混合物在烘干機中旋轉5分鐘后自動流出。將經過熱處理的混合物攪拌均勻后放入粉碎機進行粉碎處理，粉碎后過60-200目篩，以獲取60-200目的顆粒，得到育苗基質。
對照例3
制備原料：褐煤、及污泥。
制備方法：先對褐煤進行篩分，將小于10公分的原料篩選出待用。將褐煤和污泥分別放入兩個配料機中，通過調整配料機的流量來控制兩種原料的投料比例，在本實施例中，投料比例為褐煤、污泥、及煤渣的質量比為5:5。將各個配料機輸出的兩種原料分別經過輸送機輸送進滾筒式烘干機，熱處理的溫度設定為1000℃，混合物在烘干機中旋轉5分鐘后自動流出。將經過熱處理的混合物攪拌均勻后放入粉碎機進行粉碎處理，粉碎后過60-200目篩，以獲取60-200目的顆粒，得到育苗基質。
對照例4
制備原料：泥炭、營養母劑、膨脹劑、及調酸劑。
制備方法：首先按照泥炭、營養母劑、膨脹劑、及調酸劑的質量比值為95:1.2:3:0.8取各原料備用。泥炭開采除水后，進入破碎機擊碎纖維結節，然后在旋轉反應窯里用臭氧或過氧化鈣除去原料中的還原組分，改善泥炭的生物活性，反應結束后，用雙軸攪拌機加入混勻營養母劑、調酸劑和膨脹劑，制備得到育苗基質。
實驗例1
(1)實驗材料：取相同量的實施例1-5制備得到的育苗基質，以及對照例1-4提供的育苗基質，水稻種子。
(2)實驗分組：將取得的實施例1-5制備得到的育苗基質及對照例1-4制備得到的育苗基質分別編號為實驗組1-9號。
(3)實驗處理方法：
設計9個育秧盤，每個育秧盤的面積為58cm×28cm×3cm，每個育秧區域放置育秧基質厚度為2.5cm，均勻播入催芽好的谷子后，覆蓋育秧基質厚度0.5cm，播種量60g干谷/盤，約3000顆種子。采用旱育秧方式育秧，即播前澆透水，出苗前保持濕潤，出苗后基質發白前不澆水。播種完成后，將秧盤安置在20℃溫室大棚內，在30天的育苗生長期內不使用任何化肥，種子的生長發育完全依靠實驗組1-9提供的育苗基質來提供營養。
(4)觀察指標：
主要從以下方面對水稻秧苗素質進行評價：出苗率、莖長、莖粗、葉綠素含量、地上部分干鮮重、根的干鮮重、壯苗指數。
出苗率：出苗率是種子破土出苗率和種子總數的百分比，30天后在每個處理的秧盤中(非秧盤)截取10cm×10cm的土方，統計成活苗數量，算出成活苗數量與種子數量的比值，重復3次。
莖長：用卷尺測量，起點為莖基部，終點到生長點。
莖粗：用游標卡尺測量幼苗莖地上部分三分之一處。
鮮重：包括地上鮮重、地下鮮重，用電子天平測量。
干重：包括地上干重、地下干重，將幼苗置于烘箱，105℃保持30min，80℃烘干至恒重(24小時)后，用電子天平測量。
葉綠素含量用MLNOLTA SPAD-502葉綠素儀現場測定并記錄，chlorophyll meter SPAD-502檢測范圍3mm×2mm，最厚1.2mm。
壯苗指數：(莖粗/株高+根干重/地上部干重)×全株干重。
實驗組1-9的育苗指標結果如表1所示：
表1.實驗組1-9的育苗指標
由表1可知，實驗組1-5在30天后的出苗率和壯苗指數，以及葉綠素含量均高于實驗組6。實驗組6與實驗組1-3相比，其育苗基質的原料相同，制作步驟相同，說明褐煤、污泥、煤渣、及殘土的質量配比對制得的育苗基質的養分含量具有較大影響，且在褐煤、污泥、煤渣、及殘土的質量比為0.5-1.5:1-2:5.5-6.5時制備得到的育苗基質的育苗效果較佳。在實驗組1-3中，實驗組1的各項指標均為最優數據，說明在褐煤、污泥、煤渣、及殘土的質量比為1.5:1:1.5:6時制備得到的育苗基質的育苗效果最好。對比實驗組1、實驗組4和實驗組5，實驗組1的各項指標均為最優數據，這說明，在其他條件相同的情況下，制備得到的育苗基質的pH值對水稻秧苗具有一定的影響。在pH值為6-6.5范圍內，均具有育苗作用，顯然，當pH值在6.05時的育苗效果最佳。實驗組7和實驗組8的各項指標均低于實驗組1-5，這說明，在制備條件相同的情況下，制備育苗基質的原料對其制備得到的育苗基質的養分含量和性質具有較大影響。本發明提供的褐煤、污泥、煤渣和殘土四者作為制備育苗基質的原料，褐煤能夠提供有機原料，污泥能夠提供微生物載體，煤渣能夠提供無機原料，再結合殘土提供的豐富的營養物質，四者同時起到協同配合的作用，缺一不可，其營養全面均衡，能夠充分提高土壤的通透性和保水性，促進水稻生長。實驗組9各項指標均低于實驗組1-5，這說明，本發明提供育苗基質相比于現有技術中一泥炭為主要原料制作得到的育苗基質，其營養更豐富，肥力更持久。并且，其利用了城市垃圾，變廢為寶，大大節約了生產成本的同時解決了城市環境污染的問題。
實驗例2
取實驗組1和實驗組9提供的育苗基質的理化參數，結果如表2所示：
表2.實驗組1和實驗組9提供的育苗基質的理化參數
由表2可知，水稻幼苗喜偏酸性土壤。因為堿性土壤一方面會抑制土壤養分的轉化，特別是磷和微量元素的有效性會受到較大影響；另一方面，堿性土壤還會影響根部酶的生理活性，削弱秧苗對養分的吸收功能。但是過酸的土壤也會容易導致育苗基質發生酸害，從而降低發芽率和出苗率。實驗組1的pH為6.05，更有利于作物秧苗的生長。基質的電導率所反映的是基質中可溶性養分的總量。如果基質電導率太高，過量的養分就不容易被基質保持，從而造成養分和流失和浪費，更嚴重還會導致燒苗現象的出現，種子出苗率會大幅降低。實驗組1的電導率為1.88，相比于實驗組9的電導率2.26更低，因此，實驗組1更適宜作物育苗。有機態的氮、磷可以緩慢釋放而具有長效性，鉀能夠提高植物對氮的吸收和利用，并對新根生長有明顯效果。實驗組1的全氮、全磷、全鉀的含量遠高于實驗組9，顯然，實驗組1更有利于作物生長。有機質大多經過生物降解，可以提高基質的陽離子代換量，改善基質對酸堿的緩沖能力，提供養分交換和吸附的活性點，因此有機質是基質肥力的一個重要的指標。從表2可知，實驗組9的所含有機質低于實驗組1，因此實驗組1更適宜作物的育苗。腐植酸對作物的影響前文已有描述，顯然，在本實驗例中，實驗組1的腐植酸含量更高，因此更適用于作物育苗。實驗組1的容重小于實驗組9，相比于實驗組9，實驗組1更對插秧機械的作業負荷更小。
綜上所述，本發明提供的育苗基質及其制備方法和應用具有以下優點：
1、本發明提供的育苗基質能夠避免表層土壤的消耗，保護農田，解決了機器插秧育苗取土遠、取土難、無土可取、壯秧難等費時費工的瓶頸。
2、本發明提供的育苗基質的原料配比科學，營養均衡，符合國家營養土質標準，滿足水稻秧苗生長期的需求，并能夠提高土壤通透性、保水性能和養分利用率；長期使用，能夠改善土壤結構，提高土壤肥力。
3、本發明提供的育苗基質不含草籽、無病菌病蟲微生物、無藥物殘留，能有效減少一定藥劑使用量，使秧苗免受雜草、蟲害、藥害的影響，同時也無需添加壯秧劑及酸堿調解等。
4、本發明提供的育苗基質的制備方法技術簡單，有效節約種子成本，出苗率高，秧苗素質好，方便栽插，無緩苗期，出苗率和產量都遠高于普通菜園土。
5、本發明提供的育苗基質容重輕，插秧機械作業負荷小，對機械磨損輕，盤根好，十分適應插秧機的農業生產作業。
6、本發明提供的育苗基質能夠填補以泥炭為主的育苗基質的不足，不僅能夠達到多微腐殖酸營養土的標準，其營養均衡、肥力持久。更重要的是，相對于以泥炭為主的育苗基質，其原料采用城市垃圾，一方面解決了城市污染問題，另一方面又廢物再利用，更有利于土壤改良，降低稻農成本，提高經濟收入。
以上所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。本發明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。