人造泥炭及其制备方法
技术领域
本发明属于泥炭制备技术领域，涉及一种人造泥炭及其制备方法，尤其涉及一种无需采用天然泥炭作为原料的人造泥炭及其制备方法。
背景技术
泥炭是死亡湿地植物残体在积水还原环境中分解转化的产物。国产泥炭主要由草本植物残体沉积形成，是草本泥炭，由于分解程度高，营养丰富，并含有很高的有机质、腐殖酸，但含泥重、纤维容易腐烂、粒径不稳定。从西北欧、俄罗斯、加拿大进口的泥炭主要由藓类植物残体形成，是藓类泥炭，由于分解程度低，纤维不容易腐烂、粒径稳定，但缺乏营养，不含腐殖酸。泥炭既是优良的基质材料，又是良好的土壤改良剂，但是泥炭属于不可再生资源，开采行为对环境破坏很大。
农业用地长期大量使用化肥，土壤板结、重金属污染等现象严重，在这种情况下，基质行业迅速发展，采用基质育苗和栽培既具有绿色环保的优点又能实现工厂化、集约化生产。随着基质行业的快速兴起，对泥炭的需求不断增长，国内对泥炭资源开采过大，资源逐渐枯竭，现在国家已限制开采，国产泥炭供不应求、价格飙升。而进口泥炭运距远、价格昂贵，成本太高，市场难以接受。
目前，市场对泥炭的需求普遍来自天然泥炭，如草本泥炭和藓类泥炭。有的技术是采用牛粪与调理剂混合制备人造草炭，牛粪的含水量为60％～70％，调理剂由麦秆或亚麻杆、过磷酸钙、生土组成，其中麦秆或亚麻杆占牛粪体积的15％～25％，过磷酸钙占牛粪体积的0.3％～0.5％，生土占牛粪体积的1.2％～1.5％。但是，该技术由于牛粪含水量大、有臭味，且受货源、地域、环保、运输等因素的制约，大量推广实施比较困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种不需要采用天然泥炭原料、同时具备营养丰富、纤维不易腐烂且可再生多重优点的人造泥炭及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
一种人造泥炭，主要由芦苇渣、菜枯、钙镁磷、尿素和有机物料腐熟剂制成，所述芦苇渣、菜枯、钙镁磷、尿素、有机物料腐熟剂的比例为1.0m3～1.2m3∶2.0kg～3.5kg∶1.0kg～2.0kg∶0.2kg～0.5kg∶0.1kg～0.2kg。
上述的人造泥炭，优选的，所述人造泥炭的碳氮比控制在42～45。
上述的人造泥炭，优选的，所述芦苇渣为造纸工业产生的废弃芦苇渣。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的人造泥炭的制备方法，主要是将所有原料混合均匀后经耗氧发酵和厌氧发酵制成人造泥炭。
上述的人造泥炭的制备方法，优选的，包括以下步骤：
(1)按所述配比在芦苇渣堆垛中加入尿素，尿素采用干撒的方式加入芦苇渣堆垛上；
(2)按所述配比加入钙镁磷，钙镁磷采用干撒的方式加入芦苇渣堆垛上；
(3)按所述配比分别称量菜枯和有机物料腐熟剂，两者混合均匀后撒到芦苇渣堆垛上，然后混匀堆成1米～1.5米高、2.2米～2.6米宽的条垛进行耗氧发酵，待条垛温度下降至不再回升时，即为耗氧发酵结束；
(4)耗氧发酵结束后，进行厌氧发酵30天～90天，得到人造泥炭。
上述的人造泥炭的制备方法，优选的，所述步骤(3)进行耗氧发酵过程中，当条垛温度升到55℃以上时，进行第一次翻堆，以后每隔3天～4天进行一次翻堆，直至条垛温度下降至不再回升。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的人造泥炭主要采用芦苇渣、菜枯和钙镁磷进行互配协同，同时以尿素作为主要氮源来调节氮碳比，以有机物料腐熟剂来促进发酵，替代以天然泥炭作为原料的泥炭资源，具有很高的商业价值和成本优势，并且属于可再生资源，非常符合未来基质发展的需求。
现有国内外泥炭资源中，泥炭的占比较大，国产泥炭虽营养较丰富，但含泥重、纤维易腐烂、粒径不稳定，而进口泥炭则缺乏营养，二者都存在缺陷。不论国产泥炭还是进口泥炭，均采用的是天然泥炭为原料，天然泥炭属于湿地不可再生资源，目前国内对于泥炭开采采取保护限制措施，因此具有很大的局限性。而本发明的人造泥炭不仅兼具有国产泥炭和进口泥炭的优点，含有丰富的营养、腐殖酸、氨基酸和稳定的纤维粒径结构，更可以安全替代天然泥炭，用作基质生产的主要原料。
2、本发明使用菜枯和钙镁磷来制备人造泥炭用于基质生产的原料，主要基于以下技术要点和创新思路：
(1)菜枯中不仅有机质和氮磷钾总养分含量很高，其中氮高达5.0％以上，而且富含脂肪酸和粗蛋白。由于菜枯中氮含量高，在调节碳氮比时，尿素的使用量就可以大量减少，也就减少了发酵过程氨的挥发、氮的损失、大气环境的不良影响，同时对发酵产物的pH控制有关键性作用。申请人发现，人造泥炭可利用菜枯富含脂肪酸的特点，菜枯中的脂肪酸为植物脂肪酸，具有不饱和性，不饱和脂肪酸能提高作物的抗寒性，并能显著降低根结线虫的种群密度，起到预防作物根肿病的作用，人造泥炭还可有效利用菜枯富含粗蛋白的特点，在发酵过程中，菜枯中的粗蛋白通过酶解发酵转化为水溶性氨基酸，而水溶性氨基酸具有提高作物抗性和促进生长的作用，这些设计思路和技术均是本领域技术人员难以想到的。
(2)钙镁磷中不仅含有作物必须的大量元素磷，还含有作物需要的中量元素钙和镁，且钙镁磷价格便宜，本发明使用钙镁磷肥，不但同时补充了磷、钙、镁三种营养元素，还考虑到经济价值的因素，而现有技术中，本领域技术人员通常只考虑到补充磷元素，而且在通常发酵过程由于碳氮比调节到25-30，发酵产物呈碱性，因此本领域技术人员只考虑用过磷酸钙。
3、本发明优选造纸工业产生的废弃芦苇渣为原料，纤维含量非常高，结合现有发酵技术中通常不会采用的菜枯，还结合钙镁磷和尿素，以尿素作为氮源调节氮碳比至42～45，在有机物料腐熟剂中的枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、面包酵母、黑曲霉、米曲霉、放线菌等有益微生物的作用下迅速发酵。通过微生物的作用，使芦苇渣的纤维分解变软，转化为植物可吸收的有机质和腐殖酸，菜枯中的蛋白质酶解发酵转化为游离氨基酸，菜枯中的氮、磷、钾和钙镁磷中的钙、镁、磷在微生物的作用下与腐殖酸络合变为有机络合态离子，可被植物吸收，具有促进植物生长、提高植物抗性的作用。经过耗氧发酵，再堆成大堆进行厌氧发酵后就能获得理想的效果。造纸工业废弃芦苇渣被回收、循环、再利用，变废为宝，不但为企业创造了极大的经济效益，还带来了良好的环境生态效益和社会效益。
4、现有技术发酵要求碳氮比控制在25-30，发酵过程会造成氮的大量损失，损失的氮以氨气的形式挥发到大气环境中，对环境造成污染；另一方面发酵产物有很重的氨味、Ec值(盐分)高达4000μs/cm以上、pH高达8以上，且因纤维充分腐烂影响粒径结构，如用作基质原材料会导致植物氨中毒、盐渍毒害、造成基质透气性不良而影响植物生长，因此现有技术发酵产物只适合用作有机肥料。而本发明的碳氮比控制在42-45，发酵过程氮的损失微不足道，对大气环境影响非常小，发酵产物松软透气、粒径结构好，也没有氨味、Ec值(盐分)≤1000μs/cm、pH在6.5～7.0，将发酵产物浸提液进行种子发芽率试验，种子发芽指数(GI)≥92％，充分说明本发明的发酵产物作为基质原材料性能优良、安全可靠。
5、本发明制备人造泥炭的成本价格是国产泥炭采购价格的1/2，是进口泥炭采购价格的1/3，对降低基质生产成本、提高质量意义重大，为基质生产企业能创造可观的经济效益。
具体实施方式
以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
实施例1：
一种本发明的人造泥炭，由芦苇渣、菜枯、钙镁磷、尿素和有机物料腐熟剂制成，各原料按照表1中T1、T2、T3、T4所示方案进行配制。
本实施例中，人造泥炭的碳氮比控制在42～45。
一种本实施例的人造泥炭的制备方法，包括以下步骤：
(1)如表1所示，分别称量15吨(37.5方)待处理芦苇渣分区堆放，并标为T1、T2、T3、T4，按配比分别加入尿素，由于物料本身水分含量已达50-60％，因此尿素采用干撒的方式加入堆垛上；
(2)按配比分别加入钙镁磷，钙镁磷同样采用干撒的方式加入堆垛上；
(3)按配比分别称量菜枯及有机物料腐熟剂(商品名，即表1中的菌种)，两者混合均匀后撒到芦苇渣堆垛上，然后用铲车混匀后堆成1-1.5米高、2.2～2.6米宽的条垛进行发酵，冬季温度低可用薄膜或草帘覆盖，待内部温度达到25℃左右，揭开薄膜。待温度升到55℃以上时开始用翻抛机进行第一次翻堆，以后每隔3天进行一次翻堆，待堆垛温度下降并不再回升时，即为耗氧发酵结束。
(4)耗氧发酵结束后，用铲车分别把T1、T2、T3、T4堆成大堆进行厌氧发酵过程，厌氧发酵30天后，得到人造泥炭。分别抽取T1、T2、T3、T4样品与东北泥炭和进口泥炭对比进行各项理化检测和蔬菜育苗、蔬菜栽培试验。
表1实施例1的4种人造泥炭原料配方
注：
a、原生态和造纸后的芦苇渣均为非压缩方，非压缩方均以2.5方/吨计算；
b、尿素分别按0.2公斤/方～0.5公斤/方的量计算加入；
c、菜枯分别按2公斤/方～3.5公斤/方的量计算加入；
d、钙镁磷分别按1公斤/方～2公斤/方的量计算加入；
e、菌种根据其使用说明按每公斤发酵5～10方的量加入。
试验观察与总结：
(1)每天监测发酵温度，并指挥及时翻堆；
(2)从第一次翻堆开始计时，在第5天、第10天、第15天分别抽样检测pH和Ec值；
(3)厌氧发酵30天后抽样，并同步与国产泥炭、进口泥炭样品检测pH、Ec值、粒径(＜1mm含量)、有机质、腐植酸、容重、速效N、P、K含量；
(4)抽样同步与国产泥炭、进口泥炭比对，分别用8mm孔径筛筛分后，0-8mm的物料进行单体蔬菜育苗对比试验，育苗方式采用漂浮育苗，所试品种为韩国小白菜；>8mm的物料进行单体蔬菜栽培对比实验，栽培方式为盆栽，所试品种为紫白菜。
表2本发明的人造泥炭与现有的进口泥炭、国产泥炭的理化指标对比表
由表2可知，T1、T2、T3、T4的有机质含量平均值为67.3％，比国产泥炭高出24.2％，比进口泥炭高0.1％，达到进口泥炭有机质含量水平，具有高有机质含量的特点；T1、T2、T3、T4腐殖酸含量平均值为29.4％，比进口泥炭高29.4％，比国产泥炭低2.7％，接近国产泥炭腐殖酸含量水平，具有高腐殖酸含量的特点；T1、T2、T3、T4的pH平均水平为6.5，比进口泥炭高2.2，比国产低0.2，接近国产泥炭酸碱度水平，刚好在适宜植物生长的pH要求5.5-7.0的范围内，而进口泥炭在用作基质生产原料时需要人为调节pH到适宜的范围。T1、T2、T3、T4的Ec值平均为721.25μs/cm，比进口泥炭高605.25μs/cm，比国产泥炭高396.25μs/cm，T1、T2、T3、T4的Ec值高于进口泥炭和国产泥炭，说明T1、T2、T3、T4中N、P、K总养分含量比较高，在使用过程，特别是育苗过程不会像进口泥炭那样表现出苗株叶片发黄的缺肥现象。另外T1、T2、T3、T4的Ec值≤1000μs/cm，符合作为基质生产的原材料的要求，使用比较安全。T1、T2、T3、T4速效氮含量平均值为1267.75mg/kg，比国产泥炭高24.75mg/kg，比进口泥炭高1010.75mg/kg；T1、T2、T3、T4有效磷含量平均值为781.25mg/kg，比国产泥炭高157.25mg/kg，比进口泥炭高658.25mg/kg；T1、T2、T3、T4有效钾含量平均值为806.5mg/kg，比国产泥炭高93.5mg/kg，比进口泥炭高637.5mg/kg；T1、T2、T3、T4的干容重平均值为73kg/m3，比进口泥炭重5kg/m3，比国产泥炭轻83kg/m3，T1、T2、T3、T4的容重接近进口泥炭，同样具有质轻的特点；T1、T2、T3、T4的粒径(＜1mm)体积百分比平均值为27.8％，比进口泥炭低1％，比国产泥炭低31％，说明T1、T2、T3、T4粉末含量少，在生产加工过程中粒径结构稳定、不容易破碎的特点。
综上所述，本发明的人造泥炭既具有进口泥炭高有机质含量、质轻、粒径不易破碎、结构稳定的特点，也具有国产泥炭腐殖酸含量高、速效氮、磷、钾含量高、适宜植物生长的pH环境的特点，集两者优点于一身，扬长避短，特别是本发明的人造泥炭不需要采用天然泥炭原料，是基质生产的一种良好的可再生原材料。
效果试验：
将本实施例中人造泥炭抽样与国产泥炭、进口泥炭比对，进行单体(即基质全为泥炭)蔬菜育苗对比试验，育苗方式采用漂浮育苗，所试品种为韩国小白菜，结果如下表所示。
表3本发明的人造泥炭与现有的进口泥炭、国产泥炭的蔬菜育苗效果对比表
从上表可看出，T1、T2、T3、T4的平均出苗率为97.5％，比进口泥炭高1.5％，比国产泥炭高3.5％；T1、T2、T3、T4的平均株高为14.525cm，比进口泥炭高5.625cm，比国产泥炭高3.925cm；茎粗平均值为3.35mm，比进口泥炭粗1.45mm，比国产泥炭粗0.45mm；叶宽平均值为6.025cm，比进口泥炭宽2.925cm，比国产泥炭宽1.625cm；地上部鲜重平均值为9.1025g，比进口泥炭重7.7125g，比国产泥炭重4.7325g；地上部干重平均值为1.925g，比进口泥炭重1.631g，比国产泥炭重0.999g；地下部鲜重平均值为1.1925g，比进口泥炭重0.1825g，比国产泥炭重0.1525g；地下部干重平均值为0.13575g，比进口泥炭重0.02175g，比国产泥炭重0.01675g。综上所述，粒径0-8mm的人造泥炭作为育苗基质的原材料育苗效果均优于进口泥炭和国产泥炭。
本实施例中人造泥炭抽样与现有国产泥炭、进口泥炭比对，进行单体(即基质全为泥炭)蔬菜栽培试验，对紫色白菜栽培经济性状与产量的影响进行对比，栽培方式为盆栽，所试品种为紫白菜，结果如下表所示。
表4人造泥炭与现有进口泥炭、国产泥炭对紫色白菜栽培经济性状与产量的影响对比表
从上表统计，T1、T2、T3、T4平均株高为22.625cm，比进口泥炭高4.025cm，比国产泥炭高1.725cm；叶长平均值为20.525cm，比进口泥炭长2.725cm，比国产泥炭长2.225cm；叶宽平均值为9.725cm，比进口泥炭宽1.025cm，比国产泥炭宽0.625cm；完全叶数平均值为7.425片，比进口泥炭多2.025片，比国产泥炭多1.125片；茎粗平均值为6.875mm，比进口泥炭粗1.275mm，比国产泥炭粗0.775mm；单株鲜重平均值为4.155kg，比进口泥炭重0.415kg，比国产泥炭重0.205kg；T1、T2、T3、T4盆栽实产平均值为37.775kg，比进口泥炭重4.675kg，比国产泥炭重3.275kg。综上所述，粒径大于8mm的人造泥炭作为栽培基质的原材料栽培效果均优于进口泥炭和国产泥炭。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
