[0001] 本发明涉及肥料技术领域，特别涉及一种育苗基质砖及其制备方法。

[0002] 随着经济的快速发展，工业、农业、建筑业等产生的废弃物越来越多，工程弃土是其中大量产生的废弃物。工程弃土由于其发生量大、处理方法混乱，对环境的潜在影响是不可低估的，进行工程废弃土再生资源利用，是一个既保护环境又可产生新生资源的好方法。

[0003] 目前工程弃土的处置方式有：烧制砖瓦，不仅实现了变废为宝，同时能取代黏土实心砖，还能够对土壤资源保护和合理利用起到有力的促进作用；可利用弃土回填至取土坑内，加以平整，既达到对土地资源的综合利用，又能使农田恢复生产，但是回填后要对土壤进行改良，深耕翻晒的同时加肥促使生土熟化，才可达到农作物生长要求；回填低洼农田，抬高田面，减少地面沉降带来的影响，提高农田抗涝能力，恢复农田耕作，但是弃土回填至田面前，需要先将原表土层剥离堆放，田面抬高平整后，再将表层土重新覆在上面；填海造地，围海造地需要填筑大量的土石方，因此利用工程弃土作为填料，是解决废土堆置问题的有效方法，也能缓解围海造地填料供需矛盾。

[0004] 而工程弃土自身的性质并不适用于育苗基质，因此如何使工程弃土能够应用于育苗基质的制作过程是一个非常有价值的问题。

[0034] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。此外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

[0035] 目前工程弃土的处置方式有：烧制砖瓦，不仅实现了变废为宝，同时能取代黏土实心砖，还能够对土壤资源保护和合理利用起到有力的促进作用；可利用弃土回填至取土坑内，加以平整，既达到对土地资源的综合利用，又能使农田恢复生产，但是回填后要对土壤进行改良，深耕翻晒的同时加肥促使生土熟化，才可达到农作物生长要求；回填低洼农田，抬高田面，减少地面沉降带来的影响，提高农田抗涝能力，恢复农田耕作，但是弃土回填至田面前，需要先将原表土层剥离堆放，田面抬高平整后，再将表层土重新覆在上面；填海造地，围海造地需要填筑大量的土石方，因此利用工程弃土作为填料，是解决废土堆置问题的有效方法，也能缓解围海造地填料供需矛盾。

[0036] 而工程弃土自身的性质并不适用于育苗基质，因此如何使工程弃土能够应用于育苗基质的制作过程是一个非常有价值的问题。

[0037] 鉴于此，本发明提出一种育苗基质砖，包括以下原料：包括以下原料：改性工程弃土、生物炭、营养物质、胶凝材料、动物蛋白发泡剂、生物刺激素以及微生物菌剂。

[0038] 本发明的技术方案中，改性工程弃土中的黏土具有较好的吸附能力，能有效地吸附磷酸根离子、铵根离子等，且改性工程弃土和生物炭均具有良好的吸附功能，可有效的吸附各种盐分，实现缓释功能，同时在施入土壤后，还有较好的吸附土壤盐离子、重金属离子的效果，达到土壤改良的目的。营养物质能够提高育苗基质砖的营养性能。生物刺激素能够提高种子的抗逆能力，为植物出苗、苗齐、苗壮提供坚实的后盾。动物蛋白发泡剂具备良好的发泡性能，可以显著降低溶液的表面张力，促进泡沫的稳定，从而使育苗基质砖具有良好的透气性。因此本发明提供的育苗基质砖营养全面丰富，出苗率高，且能够减少出苗时出现的高脚苗等现象，保证幼苗健壮。

[0039] 其中，动物蛋白发泡剂为是以动物蹄角的角质蛋白为主要原材料，从中提取脂肪酸，再加入盐酸、氯化镁等助剂，加温溶解、稀释、过滤、高温脱水，而制备的表面活性物质。动物蛋白发泡剂具备良好的发泡性能，可以显著降低溶液的表面张力，因此动物蛋白的泡沫稳定，持续时间长，从而使育苗基质砖具有良好的透气性，且与无机发泡剂如十二烷基硫酸钠等其他发泡剂相比，不会产生多余的离子，不会给基质带来额外的影响。此外动物蛋白发泡剂属于生物质材料，含有氮磷等成分可以作为基质的营养成分。

[0040] 为使各物质能够更好地发挥协同作用，以质量份数计，所述育苗基质砖包括以下原料：改性工程弃土400～500份、生物炭100～200份、营养物质310～500份、胶凝材料50～100份、动物蛋白发泡剂5～20份、生物刺激素1～5份以及微生物菌剂1～2份。通过选用特定的基质原料并以最佳配比调配基质的理化特性，使其发挥协同作用，从而有效改善了育苗基质的理化特性，使其兼具良好的吸水透气性能和保水性能性能稳定，缓释性能好。

[0041] 本发明采用的改性工程弃土由工程弃土经碱溶液改性制得。经碱溶液改性后的工程弃土对氮、磷具有较高的固持能力，也即有较高的吸附率和较低的解吸率，经过碱改性的工程弃土对磷的吸附效果甚至优于海泡石，吸附率达到55.46％，吸附量达到了0.30mg/g，解吸率低至0.55％。因此对工程弃土进行碱改性能够提高工程弃土对氮、磷的固持能力，使得到的育苗基质砖中营养物质不易流失。

[0042] 所述改性工程弃土的制备方法包括以下步骤：

[0043] 步骤一、将原工程弃土与水混合，过10目筛滤去砂石等杂质和上清液，得到膏状黏土；

[0044] 步骤二、将所述膏状黏土与碱溶液混合搅拌，去除上清液后再将沉淀进行水洗至中性，得到改性膏状黏土；

[0045] 步骤三、将所述改性膏状黏土烘干，碾压过筛，得到改性工程弃土。

[0046] 在步骤二中，所述碱溶液为质量分数为5％～8％的氢氧化钠溶液；所述膏状黏土与碱溶液混合搅拌的搅拌温度为70～80℃；所述膏状黏土与碱溶液混合搅拌的搅拌时间为30～40min；具体地，所述碱溶液可以为质量分数为5％、6％、7％、8％等的氢氧化钠溶液，所述膏状黏土与碱溶液混合搅拌的搅拌温度可以为70℃、75℃、80℃等，所述膏状黏土与碱溶液混合搅拌的搅拌时间为30min、35min、40min等，所述改性膏状黏土的PH可以为6.5、7.0、
7.5等。需要说明的是，在将所述膏状黏土与碱溶液混合搅拌后，可以静置沉淀，然后去除上清液，再进行水洗。所述水洗步骤的操作为：加水混合后沉淀，去上清液，其中，水洗步骤可以重复多次，只要能使水洗之后的改性膏状黏土的PH达到6.5～7.5即可，优选水洗之后的改性膏状黏土的PH为7。步骤二的具体操作可以为：将膏状黏土浸入质量分数为5％～8％的氢氧化钠溶液中，在70～80℃下搅拌30～40min，用去离子水洗至PH为6.5～7.5，得到改性膏状黏土。

[0047] 在步骤三中，将所述改性膏状黏土烘干的烘干温度为105～110℃；所述过筛的目数为10～20目。具体地，将所述改性膏状黏土烘干的烘干温度可以为105℃、108℃、110℃等；所述过筛的目数为10目、15目、20目等。步骤三的具体操作可以为：将所述改性膏状黏土于105～110℃烘干，冷却后碾压并过10～20目筛。

[0048] 进一步地，生物质炭是生物质高温裂解的固体产物，具有很多特异的性质，如多孔、高度稳定性、高度芳香化、表面有大量的多种官能团，同时带有正负电荷，能够吸附分子和阴阳离子、极性和非极性物质，在施入土壤后能够达到良好的土壤改良效果。在本申请的技术方案中，所述生物炭既可以是购买所得也可以是自行制备得到的，在本申请一些实施例中，采用农林废弃物制备生物炭能够进一步回收利用农林废弃物，所述生物炭的制备方法包括以下步骤：将农林废弃物烘干磨粉过筛，得生物粉末；将所述生物粉末在厌氧条件下碳化处理，得生物炭。

[0049] 经农林废弃物烘干磨粉过筛碳化的农林废弃物具备丰富的无机营养成分，用于制备育苗基质砖时，能够使得制备得到的育苗基质砖的肥效更好。

[0050] 具体地，可以将农作物秸秆、园林植物枝叶等富含纤维素的有机质在105℃下烘干后用粉碎机研磨成粉并过100目(<0.15mm)筛网，得到生物粉末；而后将所述生物粉末置于石英舟中并放置于管式炉内，以40mL/min的流速给炉内通N2以保持炉内处于厌氧状态。

[0051] 其中，所述碳化处理包括升温过程和保温过程，将所述生物粉末置于石英舟中并放置于管式炉内后，先以一定的升温速率将温度提升至预设温度也即保温的温度，当温度达到预设温度后，保持在预设温度对所述生物粉末进行碳化。其中所述升温的速率为5～8℃/min，具体地，所述升温的速率可以为5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min等；所述保温的温度为400～600℃，具体地，所述保温的温度可以为400℃、500℃、600℃等；所述保温的时间为6～8h，具体地，所述保温的时间可以为6h、7h、8h等，所述保温的温度和时间即为碳化的温度和时间，所述保温温度太低会导致生物炭施入土壤后易分解，影响砖肥的缓释效果，所述保温温度太高则制得的育苗基质砖中生物碳的养分不容易被释放，使肥效降低。保温时间结束后待生物炭冷却至室温后即可放置备用。

[0052] 所述营养物质包括有机肥和无机肥，所述有机肥由农林废弃物经好氧发酵制得，好氧发酵的温度为50～60℃，发酵温度过低则不能有效杀死发酵物中的有害菌、虫、虫卵、草籽等，发酵温度过高则不利于有机质的保持；所述无机肥包括氮肥、磷肥、钾肥及微量元素肥料，所述氮肥包括尿素、氯化铵以及硫酸铵中的至少一种，能够为育苗基质砖提供氮元素，所述磷肥包括磷酸一铵以及磷酸二铵中的至少一种，能够为育苗基质砖提供磷元素，所述钾肥包括硫酸钾以及氯化钾中的至少一种能够为育苗基质砖提供钾元素，微量元素肥料可以包括一水硫酸镁、七水硫酸镁、硫酸亚铁、硫酸锌、钼酸铵、硼酸、硼砂中的至少一种，能够为育苗基质砖提供微量元素。

[0053] 所述微生物菌剂包括枯草芽孢杆菌、胶冻样芽孢柑橘、巨大芽孢杆菌、酵母菌、拟淡紫木霉菌、哈茨木霉菌、绿色木霉菌中的至少一种；所述微生物菌剂中有效活菌数为2000～2500亿/g。采用上述微生物菌剂可产生具有抗菌、抗病毒和生物表面活性剂作用的生物表面活性素，能够在育苗过程中有效的使有害病菌的细胞壁穿孔、畸形等从而避免植物受病虫害影响，还能够促进植物生长。

[0054] 进一步地，所述生物刺激素包括黄腐酸、氨基酸、壳寡糖以及海藻酸中的至少一种。生物刺激素能够提高种子的抗逆能力，为植物出苗、苗齐、苗壮提供坚实的后盾。

[0055] 进一步地，所述胶凝材料包括有机胶凝材料和/或无机胶凝材料。所述无机胶凝材料包括石膏、低碱度硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、镁水泥中的至少一种；所述有机胶凝材料包括聚乙烯醇胶粘剂、淀粉胶粘剂、乳胶粉中的至少一种。采用有机胶凝材料不仅可以增强育苗基质砖的稳定性和耐久性，使其能够更好地承受外部环境的变化和压力；采用无机胶凝材料可以改善育苗基质砖的硬度及密度等，从而提高育苗基质砖的使用性能。采用石膏、低碱度硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、镁水泥中的至少一种作为凝胶材料不仅可以增强育苗基质砖的稳定性和耐久性，还能够为植物提供一些辅助的营养物质，创造有利于植物生长的环境，从而促进植物的生长。

[0056] 本发明还提出一种如上所述的育苗基质砖的制备方法，包括以下步骤：

[0057] S10、将生物炭、碱改性工程弃土、生物刺激素、营养元素及水混合造粒，得到中间颗粒物；

[0058] S20、将所述中间颗粒物与微生物菌剂、动物蛋白发泡剂及胶凝材料进行混合成型，得到育苗基质砖。

[0059] 具体地，可以先将生物炭、改性工程弃土、生物刺激素、营养元素在搅拌机中初混，然后向搅拌机中加入已称量好的水混合，混合后倒入造粒机进行造粒，得到中间颗粒物。将造粒完成的颗粒和微生物菌剂、动物蛋白发泡剂及凝胶材料进行混合，并自然成型。成型过程中在基质块上部埋入种子，种子的埋藏深度、埋藏粒数、埋藏间距等视种子特性而定；此外，在得到上述育苗基质砖之后，还可以将上述育苗基质砖进行风干，风干至基质自然固化即得到本发明育苗基质砖成品。

[0060] 本发明的技术方案中，采用改性工程弃土的方式增加了工程弃土作为基质的可能性；通过造粒等方式解决了工程弃土强度低的问题；通过发泡的方式解决了工程弃土透水透气性差的问题；利用改性工程弃土的吸附效应和缓释效应，制备了缓释肥基质；此外本发明采用自然成型无挤压过程且基质营养全面丰富，克服了挤压成型出苗率差的缺陷，提高出苗率，保证出苗，减少出苗时出现的高脚苗等现象，保证幼苗健壮；此外本发明基质、营养、种子一体化，突破了传统育苗的思维与操作模式，解决了育苗工序复杂，操作费时费力的问题。

[0061] 以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0062] 改性工程弃土的制备

[0063] (1)取用深圳市龙岗区布吉街道吉华路357号达成工业区对面的施工工地处深0.5‑1.5米的土壤为原工程弃土，将原工程弃土与水混合，过10目筛滤去砂石等杂质和上清液，得到膏状黏土；

[0064] (2)将所述膏状黏土与溶质质量分数为5％的氢氧化钠溶液在80℃下混合搅拌30min，去除上清液后再将沉淀用去离子水洗至PH为7，得到改性膏状黏土；

[0065] (3)将所述改性膏状黏土于105～110℃烘干，冷却后碾压并过10～20目筛，得到改性工程弃土。

[0066] 实施例1

[0067] 一种育苗基质砖，以质量份数计，包括以下原料：改性工程弃土500份、生物炭100份、营养物质320份、胶凝材料50份、动物蛋白发泡剂20份、生物刺激素3份以及微生物菌剂2份；

[0068] 其中，营养物质包括有机肥200份、尿素80份、磷酸一铵10份、硫酸钾20份、一水硫酸镁3份、硫酸亚铁2份、硼酸5份；

[0069] 生物刺激素包括黄腐酸1份、氨基酸1份、壳寡糖1份；

[0070] 微生物菌剂包括枯草芽孢杆菌，有效活菌数为2000亿/g；

[0071] 胶凝材料为脱硫半水石膏。

[0072] 实施例2

[0073] 一种育苗基质砖，以质量份数计，包括以下原料：改性工程弃土400份、生物炭200份、营养物质310份、胶凝材料100份、动物蛋白发泡剂5份、生物刺激素5份以及微生物菌剂1份；

[0074] 其中，营养物质包括有机肥200份、尿素20份、氯化铵20份、磷酸一铵25份、磷酸二铵25份、硫酸钾10份、氯化钾6份、七水硫酸镁1份，硫酸亚铁1份，硫酸锌1份，钼酸铵0.5份，硼砂0.5份；

[0075] 生物刺激素包括黄腐酸2份、氨基酸2份、壳寡糖1份；

[0076] 微生物菌剂包括枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、酵母菌、拟淡紫木霉菌、哈茨木霉菌、绿色木霉菌，有效活菌数为2500亿/g；

[0077] 胶凝材料为聚乙烯醇。

[0078] 实施例3

[0079] 一种育苗基质砖，以质量份数计，包括以下原料：改性工程弃土450份、生物炭150份、营养物质500份、胶凝材料80份、动物蛋白发泡剂10份、生物刺激素1份以及微生物菌剂1.5份；

[0080] 其中，营养物质包括有机肥300份、石膏80份、尿素50份、磷酸一铵35份、硫酸钾30份、七水硫酸镁0.5份、硫酸亚铁0.5份、硫酸锌1份、硼砂3份；

[0081] 生物刺激素包括黄腐酸1份；

[0082] 微生物菌剂包括枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、酵母菌、拟淡紫木霉菌、哈茨木霉菌、绿色木霉菌，有效活菌数为2200亿/g；

[0083] 胶凝材料为脱硫半水石膏。

[0084] 实施例4

[0085] 一种育苗基质砖，以质量份数计，包括以下原料：改性工程弃土300份、生物炭250份、营养物质300份、胶凝材料110份、动物蛋白发泡剂25份、生物刺激素6份以及微生物菌剂3份；

[0086] 其中，营养物质包括有机肥180份、尿素80份、磷酸一铵15份、硫酸钾20份、一水硫酸镁1份、硫酸亚铁1份、硼酸3份；

[0087] 生物刺激素包括黄腐酸2份、氨基酸2份、壳寡糖2份；

[0088] 微生物菌剂包括枯草芽孢杆菌，有效活菌数为2000亿/g；

[0089] 胶凝材料为脱硫半水石膏。

[0090] 实施例5

[0091] 一种育苗基质砖，以质量份数计，包括以下原料：改性工程弃土600份、生物炭250份、营养物质300份、胶凝材料40份、动物蛋白发泡剂22份、生物刺激素7份以及微生物菌剂4份；

[0092] 其中，营养物质包括有机肥180份、尿素80份、磷酸一铵15份、硫酸钾20份、一水硫酸镁1份、硫酸亚铁1份、硼酸3份；

[0093] 生物刺激素包括黄腐酸2份、氨基酸2份、壳寡糖2份、海藻酸1份；

[0094] 微生物菌剂包括枯草芽孢杆菌，有效活菌数为2000亿/g；

[0095] 胶凝材料为脱硫半水石膏。

[0096] 对比例1

[0097] 除不添加胶凝材料和动物蛋白发泡剂，其他原料及用量与实施例3相同。

[0098] 对比例2

[0099] 除不添加营养元素、微生物菌剂和生物刺激素，其他原料及用量与实施例3相同。

[0100] 对比例3

[0101] 除不将“改性工程弃土”换成“未改性工程弃土”外，其他步骤与实施例3相同。其中“未改性工程弃土”由以下方法获得：取用深圳市龙岗区布吉街道吉华路357号达成工业区对面的施工工地处深0.5‑1.5米的土壤，进行挑选，选出金属品和塑料品等杂质，得到泥土和砂石块；然后过10目筛，得到工程弃土。

[0102] 实施例1～5及对比例1～3的育苗基质砖均按对应质量份数由以下方法制得：

[0103] S10、将生物炭、碱改性工程弃土、生物刺激素、营养元素及水混合造粒，得到中间颗粒物；

[0104] S20、将所述中间颗粒物与微生物菌剂、动物蛋白发泡剂、胶凝材料进行混合，倒入长为100mm宽为100mm高为100mm的模具中铺平，并在离基质表面20mm处埋入菠菜种子，自然成型，得到育苗基质砖。

[0105] 测试方法及结果

[0106] 采用实施例1～5及对比例1～3得到的育苗基质砖培育菠菜种子，30天后的出苗情况如表1所示，其中发芽率为发芽的菠菜种子数/埋入的菠菜种子总数，发芽势为伸出基质表面高于5cm的菠菜苗数量/埋入的菠菜种子总数，发芽指数的计算方式为发芽指数＝∑Gt/Dt(Gt为t时间内的发芽数，Dt为相应的发芽天数)；其中∑为累积。活力指数的计算方式为活力指数＝发芽率(％)×幼苗鲜重。

[0107] 表1实施例1～5及对比例1～3得到的育苗基质砖培育菠菜种子的出苗情况[0108]

[0109]

[0110] 如表1所示，实施例1～5育苗基质砖培育菠菜种子较对比例1～3的菠菜种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数均有所提高；

[0111] 相较于对比例1，实施例3育苗基质砖培育菠菜种子的发芽率及发芽势分别高出17％、16％，说明添加胶凝材料和动物蛋白发泡剂能够提高育苗基质砖培育种子时的发芽率和发芽势，也即本发明的技术方案得到的育苗基质砖的出苗、壮苗效果更好；

[0112] 相较于对比例2，实施例3育苗基质砖培育菠菜种子的发芽率及发芽势分别高出10％、9％，说明添加营养元素、微生物菌剂和生物刺激素能够提高育苗基质砖培育种子时的发芽率和发芽势，也即本发明的技术方案得到的育苗基质砖的出苗、壮苗效果更好；

[0113] 相较于对比例3，实施例3育苗基质砖培育菠菜种子的发芽率及发芽势分别高出7.8％、7.1％，说明采用改性工程弃土能够提高育苗基质砖培育种子时的发芽率和发芽势，也即本发明的技术方案得到的育苗基质砖的出苗、壮苗效果更好。

[0114] 以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的专利保护范围内。