一种生态型保水肥料的实验与推广（中文）-一种生态型保水肥

高保水、可降解、肥效足、价格低一种生态型保水肥料的实验与推广——来自泥土先生（Mr.S）项目组的有效解决方案一、项目选题水资源稀缺问题，影响世界。农业生产，却急需大量用水。据联合国粮食及农业组织（FAO）统计，1000-3000毫升的水仅能生产1公斤大米。全球气候变化，更让农业生产缺水风险徒增。去年入冬以来，我国北方遭遇自1951年来最严重的旱灾，这使土地严重失墒，作物大量减产。然而目前，大水漫灌让30%以上的供水就在输水过程中因渗漏而浪费，同时还会令土地下层盐碱沿毛细孔上升，泛到土壤表面，使土壤盐碱板结，很不利于作物生长。因此，开发高效保存土壤水的关键技术迫在眉睫。另外，我省位于亚热带地区，气候高温多湿，加上高度密集耕作的利用土壤，致土壤中的有机物质加速分解消耗，耕地土壤由于有机质缺乏使生产力降低，农民为维持作物之高产，势必增加化学肥料之施用量，而造成肥料浪费，甚至在无法提高土壤生产力下，使作物质量降低，也间接造成病害增加及环境污染。综合以上两个问题可行的一种有效解决方案，即是通过改良土壤本身性质，提高土壤保湿性能和有机物含量，进而使农业用水得到最高效的运用。于是，我们设计了一种生态型的保水肥料，以达到极大提高土壤保湿性能，增加土壤肥效，节约农业生产用水的目的。二、国内外同类项目研究情况分析生态型的保水肥料，即为应用可循环原料制作具有保持土壤中水分作用，能有效增肥的可降解肥料，符合构建环境友好型社会的理念。迄今，国内外研究针对土壤保水能力以及土壤营养状况均作出了深远的研究，如高吸水性树脂工艺研发和生物肥料的研究。然而，兼备两种功效的肥料却比较少见，且二者存在最大的弊病是，其制作成本过高，使得成品难以被广泛接受及应用。因此，保水肥料的制作对于土壤的优化更为重要。现今已被研发的两种制作方式分别是：1.利用豆类及化学肥料混合制得;2.利用高吸水性树脂与螯合剂混合制得。由其制作原料已知，此二者均不能完全符合生态型的定义。另外，保水肥料在实际生产中的应用，除山坡上应用的抗冲刷保水肥料袋，仍可以朝其他模式的应用发展。三、项目研究的目的与思路各地区的农业生产用水稀缺，提高土壤保湿性能，将十分有助于缓解这一困境。Mr.S项目组所设计的实践方案（一种生态型保水肥料））可以实现提高土壤保湿性能，减少灌溉用水，提高土壤抗逆性，节约农业用水，充分发挥生态效益。思路：图生态型保水肥料制作XXX支架原料设置腐植酸改性高吸水树脂配比实验系统水循环，有机质转移土壤层深度模拟实验（支架受力分析）方法及原理示范与推广系统综合实验（性能测试）不同作物类型配比实验不同土壤类型配比实验是否需要铺开写？四、项目的结果及创新点结果:1、保水肥料：2、支架部分：二次表面交联，使聚丙烯醇非织布表面产生网状结构，提高该部分的吸水性。制成的保水肥料和高吸水树脂分别为：a.b.淀粉接枝丙烯酸高吸水性树脂：淀粉系高吸水树脂c.聚乙烯醇-丙烯酸共聚高吸水性树脂：合成系高分子树脂。创新点：保水肥料：1.改善土壤构造：保水肥料中有机的颗粒或断片使土壤变松，有机质可增加微生物产物，促进土壤团粒化作用，使土壤构造变好。2.增进土壤通气性：土壤构造变好，可增加土壤的通气量，同时使根系间之氧化碳易于扩散出去。3.增加土壤保水力：腐植酸和树脂本身具有很强的吸水性，直接帮助水分的保持，或间接来自土壤构造的改善而提升土壤保水力。4.增加土壤温度：保水肥料之颜色较深，能吸收较多的热量，而提高土壤温度。5.供应作物营养及能量：腐植酸分解时，产生无机营养(如氮、磷、钾及微量元素等)及有机营养(如氨基酸.醣类等)，并放出二氧化碳，部分可供作物光合作用的应用基质。6.增加土壤贮存营养分：土壤中之营养元素在保水肥料的表面贮存，形成可交换性的形式，尤其对含粘粒少的土壤更为重要。7.有机物质的分解产物促使无机营养转移及增加其有效性。8.提供微生物的营养及能量：大量有机物质进入土壤中，可促进微生物之活动，也加速有机物质的分解，间接提供作物所需之营养元素。9.对土壤有益菌有增进时，可达到制衡有害菌之作用。10.农业废料作原料，价格低廉，且秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等，是具多用途的可再生资源。支架：1.材料可降解，降解速率a）b〉c2.良好的生物相容性、低毒性、耐盐性和理想的物理性能，3.反复使用，昀终可降解。4.凝胶强度高，吸水后易向土壤、沙层释放，5.多维提高吸水效果,：多种树脂，多重吸收,；疏松多孔网络结构协助吸收6.多重保护植物根部：生物相容性良好的材料接触植物根部；植根的大型孔洞图五、制作方法及数据支持生态型保水肥料及其承载支架的制作保水肥料：1.微生物群的构建原料：豆渣——较易分解，属速效性有机肥料，含氮肥也较高。秸秆——属较不易分解的有机质肥料，可视为良好的土壤长期改良剂。菜园土——调节堆肥的能源结构和物理结构，有利于垃圾的快速分解，减少腐熟期，提高堆肥质量；中和堆肥的酸度。锯木屑——在小型堆肥中起到保温作用。石灰、草木灰——调节酸碱度。方法：小型堆肥将预处理后的原料按照下表进行堆积，且必须确保混拌均匀，混拌时秸秆类（玉米秆、甘蔗渣等）粗质地材料应先平铺于水槽底部，豆渣类细质地材料则平铺于其上，同时用铁铲翻拌均匀，并加入50～60%的水。菜园土2cm豆渣4cm锯木屑和石灰1cm菜园土2cm秸秆（长约20cm）4cm堆肥横截面呈三角形，将其置于培养箱中，在自然通气的环境中，保持其在55～60℃的温度下进行发酵。第一、第二阶段分别为发热阶段和高温阶段，各持续5～7天，温度保持55～60℃，以促进好氧微生物的大量繁殖、活动，分解有机废物以及促进腐殖质的合成。第三发酵即为降温阶段，堆体温度控制在50℃以下来促进大量腐殖质的合成，腐熟保肥阶段，翻堆时应将半腐熟的堆肥堆紧压实，四周应用菜园泥封好，有利于堆肥充分腐熟。六、项目拓展与应用（1）腐植酸改性高吸水树脂制作：先使丙烯酸共聚，之后使腐植酸与丙烯酸发生接枝共聚反应，丙烯酸侧链间进行交联，形成不溶于水的三维交联网状结构。成品烘干、粉碎后再进行第二次表面交联，以提高其塑性。替代保水肥料，用于沙漠改造，保水性更突出。（2）独立使用：支架和填充物可分开使用，在沙漠改造和XXX农业型的应用中，直接向土壤中撒腐植酸改性丙烯酸树脂，或者将该树脂调配成保水剂洒入。（3）精耕细作农业和园艺类应用在精耕细作农业和园艺类使用中，只需将保水肥料或腐植酸改性丙烯酸树脂放入支架中，挖开10cm表土，将产品放入，在确保植物根部（或种子）在孔洞中，填埋，浇水。重复使用时将表土挖开，在支架中填入保水肥料或腐植酸改性丙烯酸树脂，确保植物根部（或种子）在孔洞中，填埋，浇水即可。（4）同一模板，多项应用，无限可能：制造保水肥料或高吸水性树脂时，任意一个环节稍微做点改动，即可获得性能相差甚远的产品。这意味着，Mr.S项目组所提供的这个基本的实践模板，有无限种拓展的可能，可以根据不同的土壤情况、不同的用户需求，作出灵活的改变，大大提升用户体验。例如说：（1）将腐植酸的双表面交联改为一次表面交联，即可减少其塑性，调配成保水剂，可装在普通的洒水设备上喷洒使用。（2）合成支架时，可在其中添加含N、P、K等元素的基团，能有效提升产品的营养成分。（3）可建立一个资料库，按照联合国食物与粮食计划署的土壤分类标准，为每一种土壤设计不同的丙烯酸与淀粉的比例，丙烯酸与腐植酸比例，交联剂用量等等。用户可直接查询自己所需要的那种类型的产品，资料库即可显示各种成分的用量。符合web2.0时代，用户对自由订制，高灵活度体验的要求。