本发明属于保水剂
技术领域：
，具体涉及一种土壤保水剂及其制备方法。
背景技术：
：近几年，有关专家学者关于增强土壤保肥持水能力开展了一些研究与尝试，并取得一定的成效。其中保水剂的主要成分为具有很强吸水能力的功能高分子材料，因其中含有大量的亲水基团，故吸水能力大、速率快，吸水后形成的水凝胶，可以缓慢释放水分，有效地调节土壤的湿度，而且保水剂在吸水放水的过程中膨胀和收缩，使得土壤变得疏松透气，不致结块团聚，因此作物的根部可以吸收到更多氧气和养分；此外，加入草炭的保水剂，持水能力强，提高土壤含水量，同时能阻断毛管水向上运动，而且草炭是很好的有机肥料，具有保肥、保水和增加有机质含量的作用。现有的保水改良剂在追求极高的吸水倍数时，往往忽略其保持土壤肥力以及释放水的能力，致使保水剂中的水分及土壤肥力不能很好地提供给作物；为了实现一肥多用，对多种肥料复配，但各种元素之间易出现彼此抑制；加入改良剂的土壤结构趋于疏松，致使土壤对外界作用的抵抗较差，例如压力作用下会发生坍塌等。技术实现要素：针对现有技术的不足，本发明提供了一种土壤保水剂，其具备合理的吸水、放水速率，保水效果强，在湿润或干旱条件下可以灵活调节土壤湿度，能够疏松土壤，给土壤保温，同时减少了元素间的互相抑制，提高了肥料利用率和土壤中有机质含量。具体来说，本发明提供了如下技术方案：一种土壤保水剂，其包括有机保水剂、海藻酸钠、粘土和草炭，所述有机保水剂包括聚丙烯酰胺和选自聚丙烯酸钾、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵、淀粉-丙烯酸接枝共聚物和纤维素-丙烯酸接枝共聚物中的一种或两种以上。优选的，上述土壤保水剂中，所述有机保水剂包括聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钾。优选的，上述土壤保水剂中，所述土壤保水剂还包括无机肥料，优选的，所述无机肥料选自钙肥、钾肥、镁肥、铁肥、锰肥、磷肥中的一种或两种以上。优选的，上述土壤保水剂中，所述土壤保水剂包括下述组分：聚丙烯酰胺20～65重量份、聚丙烯酸钾5～25重量份、无机肥料8～38重量份、海藻酸钠0.5～10重量份、粘土2～15重量份、草炭2～15重量份，优选的，聚丙烯酰胺35～55重量份、聚丙烯酸钾13～18重量份、无机肥料15～25重量份、海藻酸钠3～7重量份、粘土5～10重量份、草炭5～10重量份。优选的，上述土壤保水剂中，所述草炭、无机肥料、聚丙烯酸钾之间的重量比为1：(2～2.5)：(1.5～2)。优选的，上述土壤保水剂中，所述聚丙烯酰胺选自阴离子型聚丙烯酰胺、阳离子型聚丙烯酰胺、两性离子聚丙烯酰胺和非离子型聚丙烯酰胺中的一种或两种以上，优选为阴离子型聚丙烯酰胺，更优选的，所述阴离子型聚丙烯酰胺的重均分子量为900～1500万。优选的，上述土壤保水剂中，所述粘土的粒径为0.1～2μm，优选为0.5～1.5μm。优选的，上述土壤保水剂中，所述粘土包括改性粘土，优选的，所述粘土中改性粘土和未改性粘土的质量比为0.5～0.7:1。本发明还提供一种上述土壤保水剂的制备方法，其包括以下步骤：(1)将有机保水剂、草炭和海藻酸钠混合均匀；(2)将步骤(1)得到的混合物挤压后进行破碎和筛选，得到粒径为55～85μm的颗粒状物质；(3)将步骤(2)得到的粒径为55～85μm的颗粒状物质与粘土混合均匀，即得所述土壤保水剂。优选的，上述制备方法中，步骤(1)的原料中还包括无机肥料。本发明所取得的有益效果：本发明提供的土壤保水剂，具备合理的吸水、放水速率，保水效果强，可改善土壤孔隙度，阻断毛管水向上运动，保持土壤的温度；同时，提高了肥料利用率，保障土壤的肥力及有机质含量，提高了土壤对外界压力的抗衡能力。具体实施方式针对现有技术的不足，本发明提供了一种土壤保水剂，其包括有机保水剂、海藻酸钠、粘土和草炭，所述有机保水剂包括聚丙烯酰胺和选自聚丙烯酸钾、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵、淀粉-丙烯酸接枝共聚物和纤维素-丙烯酸接枝共聚物中的一种或两种以上。本发明发现，于土壤保水剂体系中加入聚丙烯酰胺、海藻酸钠、粘土以及草炭，可以改善土壤结构，提高保水剂的吸水能力、土壤的养分以及农作物的生长能力，其可能是由于阴离子型的聚丙烯酰胺表面拥有大量的极性基团，即能够吸收大量水分子，又可以与海藻酸钠之间形成物理交联点；而海藻酸钠和粘土可以减少金属阳离子与聚丙烯酰胺上阴离子位点的结合，从而使金属阳离子可以更好地吸附于土壤、粘土表层，又由于金属离子具有多样性，减少了体系中阴离子间的竞争，避免了部分有机分子不能较好的与土壤吸附的现象；草炭有无数气孔，持水能力强，在灌溉以后，能缓慢的释放，以供作物生长所需，且可以很好地维持农作物生长所需的水肥条件，促进农作物正常生长。在一种优选的实施方式中，所述有机保水剂包括聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钾。在一种优选的实施方式中，所述土壤保水剂还包括无机肥料，优选的，所述无机肥料选自钙肥、钾肥、镁肥、铁肥、锰肥、磷肥中的一种或两种以上，更优选的，所述无机肥料为钙肥、镁肥、铁肥、锰肥的混合，最优选的，所述钙肥、镁肥、铁肥、锰肥的重量比为(17～22)：(37～42)：(12～17)：1。在一种优选的实施方式中，所述钙肥选自生石灰、熟石灰、硫酸钙、硝酸钙中的一种或多种的混合，优选为硝酸钙；所述镁肥选自硫酸镁、氧化镁、硝酸镁、碳酸镁中的一种或多种的混合，优选为硫酸镁；所述铁肥选自硫酸亚铁、氧化铁、硫酸亚铁铵中的一种或多种的混合，优选为硫酸亚铁；所述锰肥选自硫酸锰、碳酸锰、氯化锰中的一种或多种的混合，优选为氯化锰。在一种优选的实施方式中，所述土壤保水剂包括下述组分：聚丙烯酰胺20～65重量份、聚丙烯酸钾5～25重量份、无机肥料8～38重量份、海藻酸钠0.5～10重量份、粘土2～15重量份、草炭2～15重量份，优选的，聚丙烯酰胺35～55重量份、聚丙烯酸钾13～18重量份、无机肥料15～25重量份、海藻酸钠3～7重量份、粘土5～10重量份、草炭5～10重量份。在一种优选的实施方式中，所述聚丙烯酰胺选自阴离子型聚丙烯酰胺、阳离子型聚丙烯酰胺、两性离子聚丙烯酰胺和非离子型聚丙烯酰胺中的一种或两种以上，优选为阴离子型聚丙烯酰胺，更优选的，所述阴离子型聚丙烯酰胺的重均分子量为900～1500万。在一种优选的实施方式中，所述粘土的粒径为0.1～2μm，优选为0.5～1.5μm。本发明发现，当粘土粒径为0.5～1.5μm时，可以疏松土壤，改善土壤ph，提高肥料的利用率，促进农作物生长，其可能是由于该粒径范围内的粘土既可以存在于改良剂内部，又可存在于改良剂外部，形成分布均匀的粘土层，避免了因粘土粒径较小而相互黏连形成块，或者因排斥力太大，在轻微风力作用下，即被吹散，降低肥料利用率；同时也避免了因粘土粒径太大，其重力作用大于其与金属离子之间的作用，使其与改良剂体系、土壤间的吸附性能较差，使土壤疏松度以及土壤的团聚能力降低。在一种优选的实施方式中，所述粘土包括改性粘土，优选的，所述粘土中改性粘土和未改性粘土的质量比为0.4～0.8:1，优选为0.5～0.7:1。本发明发现，在土壤保水剂中添加改性粘土后，使土壤的疏松程度有所提高且对农作物的生长起到了促进作用，其可能是由于改性粘土表面的环状结构，其分子运动自由度较少，降低了体系的形变程度，同时减小了颗粒之间的粘附，降低改良剂的泥土化，减小土壤板结的概率；当改良剂的吸水性能较好时，可能会与农作物竞争水分，从而阻碍农作物生长，然而，改性粘土上的酯基可以减弱改良剂与水分子之间的作用力，使得改良剂的吸水能力与释放水到土壤中的能力达到平衡，降低了改良剂对水分的竞争。在一种优选的实施方式中，所述改性粘土的制备方法包括以下步骤：(1)将粘土、1-羧基苯并环丁烯、水以及催化剂置于冰浴中并混合均匀，即得到混合物a；(2)将混合物a置于-0.06～-0.12mpa，75～95℃烘箱中干燥5～13小时，得到反应物b；(3)待反应物b冷却后，进行破碎和筛选，得到粒径为0.5～2.5μm的颗粒物，即为改性粘土。在一种优选的实施方式中，所述步骤(1)中1-羧基苯并环丁烯与粘土的重量比为(0.6～1.2)：1。在一种优选的实施方式中，所述步骤(1)中的催化剂为四丁基溴化铵，优选的，所述四丁基溴化铵与1-羧基苯并环丁烯的摩尔比为(0.004～0.008)：1；更优选的，所述四丁基溴化铵与1-羧基苯并环丁烯的摩尔比为0.006：1。在一种优选的实施方式中，本发明还提供了一种上述土壤保水剂的制备方法，包括以下步骤：a.将聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钾、草炭、无机肥料以及海藻酸钠在室温干燥的条件下加入搅拌机，使其混合均匀，得到物质x；b.将物质x挤压后进行破碎和筛选，得到粒径为55～85μm的颗粒状物质；c.将步骤b得到的颗粒状物质与粘土在干燥的室温条件下，加入搅拌机中，使其混合均匀，即得到一种土壤保水剂。在一种优选的实施方式中，所述步骤b中得到的颗粒状物质的粒径为70μm。本发明所述制备方法可以提高保水剂抗衡外界作用的能力，这可能是由于保水剂与土壤的共同作用，既避免了因外层强度低或因内应力缺陷而造成保水剂、土壤结构塌陷，又避免了由于水分子的损失造成作物生长受限的现象，同时草炭作为有机肥料不仅起到了保水保肥的作用，而且提高了土壤的有机质含量。以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但不用来限制本发明的范围。在下面的实施例中，所用的各试剂的信息如表1所示。表1实施例中所用试剂信息表实施例1实施例1提供了一种土壤保水剂，按重量份计，其制备原料包括：聚丙烯酰胺45份、聚丙烯酸钾15份、无机肥料18.4份、海藻酸钠5份、粘土7.5份、草炭7.5份。所述聚丙烯酰胺为阴离子型聚丙烯酰胺，重均分子量为1500万。所述无机肥料为钙肥、镁肥、铁肥、锰肥的混合；所述钙肥、镁肥、铁肥、锰肥的重量比为20：40：14：1；所述钙肥为硝酸钙，镁肥为硫酸镁，铁肥为硫酸亚铁，锰肥为氯化锰。所述粘土的粒径为1μm。本实施例还提供了上述土壤保水剂的制备方法，包括以下步骤：a.将聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钾、草炭、无机肥料以及海藻酸钠在室温干燥的条件下加入搅拌机，使其混合均匀，得到物质x；b.将物质x挤压后进行破碎和筛选，得到粒径为70微米的颗粒状物质；c.将步骤b得到的颗粒状物质与粘土在干燥的室温条件下，加入搅拌机中，使其混合均匀，即得到本实施例的土壤保水剂。实施例2实施例2提供了一种土壤保水剂，其与实施例1的不同之处在于，所述粘土中含有改性粘土，且其中改性粘土与未改性粘土的重量比为0.6：1。所述改性粘土的制备原料包括1-羧基苯并环丁烯以及粘土,其制备方法包括以下步骤：(1)将粘土、1-羧基苯并环丁烯、水以及催化剂置于冰浴中并混合均匀，即得到混合物a；(2)将混合物a置于-0.08mpa，85℃烘箱中干燥8小时，得到反应物a；(3)反应物a冷却后，进行破碎和筛选，得到粒径为1μm的颗粒物，即为改性粘土。所述步骤(1)中1-羧基苯并环丁烯以及粘土的重量比为0.8：1，催化剂为四丁基溴化铵，四丁基溴化铵与1-羧基苯并环丁烯的摩尔比为0.006：1，水与粘土的重量比为5：1。本实施例还提供了所述土壤保水剂的制备方法，其步骤与实施例1相同。实施例3实施例3提供了一种土壤保水剂，其与实施例1的不同之处在于，所述聚丙烯酰胺为阳离子型聚丙烯酰胺。本实施例还提供了所述土壤保水剂的制备方法，其步骤与实施例1相同。实施例4实施例4提供了一种土壤保水剂，其与实施例1的不同之处在于，所述聚丙烯酰胺为非离子型聚丙烯酰胺。本实施例还提供了所述土壤保水剂的制备方法，其步骤与实施例1相同。实施例5实施例5提供了一种土壤保水剂，其与实施例1的不同之处在于，所述无机肥料的重量份为9.2份。本实施例还提供了所述土壤保水剂的制备方法，其步骤与实施例1相同。实施例6实施例6提供了一种土壤保水剂，其与实施例1的不同之处在于，所述无机肥料的重量份为36.8份。本实施例还提供了所述土壤保水剂的制备方法，其步骤与实施例1相同。实施例7实施例7提供了一种土壤保水剂，其与实施例1的不同之处在于，所述制备原料中海藻酸钠的重量份为0.8份。本实施例还提供了所述土壤保水剂的制备方法，其步骤与实施例1相同。实施例8实施例8提供了一种土壤保水剂，其与实施例1的不同之处在于，所述制备原料中海藻酸钠的重量份为10份。本实施例还提供了所述土壤保水剂的制备方法，其步骤与实施例1相同。实施例9实施例9提供了一种土壤保水剂，其与实施例1的不同之处在于，所述制备原料中粘土的粒径为0.1微米。本实施例还提供了所述土壤保水剂的制备方法，其步骤与实施例1相同。实施例10实施例10提供了一种土壤保水剂，其与实施例1的不同之处在于，所述制备原料中粘土的粒径为2微米。本实施例还提供了所述土壤保水剂的制备方法，其步骤与实施例1相同。实施例11实施例11提供了一种土壤保水剂，其制备原料与实施例1相同。本实施例所述土壤保水剂的制备方法，包括以下步骤：将聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钾、无机肥料、海藻酸钠、草炭以及粘土在室温干燥的条件下加入搅拌机，混合均匀，然后挤压成块，进行破碎和筛选，得到粒径为70微米的颗粒状物质，即为土壤保水剂。实施例12实施例12提供了一种土壤保水剂，其与实施例2的不同之处在于，所述改性粘土与未改性粘土的重量比为0.3：1。本实施例还提供了所述土壤保水剂的制备方法，其步骤与实施例1相同。实施例13实施例13提供了一种土壤保水剂，其与实施例2的不同之处在于，所述改性粘土与未改性粘土的重量比为0.9：1。本实施例还提供了上述土壤保水剂的制备方法，其步骤与实施例1相同。对上述实施例1-13制备得到的土壤保水剂进行下述检测：1、测定土壤孔隙度和出芽率取北京海淀区上庄镇的土壤作为培养土，分别添加实施例1-13制备得到的土壤保水剂至13等份面积为1平方米的培养土中并分散均匀，土壤保水剂添加量为培养土重量的1％，并以添加与实施例1相同无机肥料的培养土作为空白对照，其无机肥料的添加量也与添加实施例1的培养土中无机肥料的添加量相同。拌土栽种平安11号的小麦，每份培养土样品中麦种在90粒，于10月份播种，浇水，每隔6天用重量10千克、面积为1平方米的木板在土壤表面压置半小时，以模仿土壤在自然条件下受到外界压力的情形，其他条件与自然农作物生长环境相同。种植两个月后采用环刀法测量土壤孔隙度，结果如表1所示，具体测量方法如下：(1)天平称取一只干燥、洁净的环刀质量，记为m，测量环刀高度及内径，计算其体积v。(2)用环刀托将环刀垂直压入空白对照组土壤中，至环刀托上两个孔可明显看到土壤，取出环刀。(3)削去多余土壤，使土壤与环刀刃口齐平，用干燥的纸擦去环刀侧壁土壤及杂质，称重，记为m1。(4)将(3)中环刀放入105℃电热恒温烘箱烘烤16h以上，取出，于干燥器中冷却至室温，再次称重，记为m2。计算公式：(1)土壤容重＝(m2-m)/v(2)土壤孔隙度＝(1-土壤容重/土壤比重)×100％注：土壤比重一般取2.65g/cm3。种植两个月后观察记录各样品的出芽率，结果如表1所示。2、测定吸水倍数分别称取1g实施例1-13制备得到的土壤保水剂置于1000ml烧杯中并做好标记，各烧杯中分别加入1000ml自来水，静置24小时后，用网筛滤去剩余的水，称取剩余的凝胶质量，吸水倍数＝(凝胶质量-干胶质量)/干胶质量，本实验中所述干胶质量为1g，测定结果如表2所示。表2土壤孔隙度、出芽率和吸水倍数测定结果实施例土壤孔隙度出芽率吸水倍数空白对照32.8％6％-实施例153.8％95％618实施例255.9％97％621实施例339.8％65％367实施例440.8％68％389实施例547.9％62％568实施例646.7％69％545实施例742.8％66％454实施例845.1％72％501实施例942.6％62％489实施例1042.1％63％468实施例1142.6％68％455实施例1248.3％65％577实施例1346.9％62％558通过表2中实施例1-13与空白对照的测定结果对比可知，本发明提供的土壤保水剂具有较高的吸水倍数，且不会对作物吸收水分产生影响，同时给作物根系提供了充足的营养，保障其可以正常发芽生长，使各元素间能够协同吸收，提高肥料利用率，保障土壤肥力，以促进作物生长；此外本发明可以改善土壤结构，避免土壤结块板结，改善后的土壤具有一定的承载力，从而提高了土壤对外界压力的抗衡能力。虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对其作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。当前第1页1 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技术特征：
1.一种土壤保水剂，其特征在于，包括有机保水剂、海藻酸钠、粘土和草炭，所述有机保水剂包括聚丙烯酰胺和选自聚丙烯酸钾、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵、淀粉-丙烯酸接枝共聚物和纤维素-丙烯酸接枝共聚物中的一种或两种以上。
2.根据权利要求1所述的土壤保水剂，其中，所述有机保水剂包括聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钾。
3.根据权利要求1或2所述的土壤保水剂，其中，所述土壤保水剂还包括无机肥料，优选的，所述无机肥料选自钙肥、钾肥、镁肥、铁肥、锰肥、磷肥中的一种或两种以上。
4.根据权利要求3所述的土壤保水剂，其中，所述土壤保水剂包括下述组分：聚丙烯酰胺20～65重量份、聚丙烯酸钾5～25重量份、无机肥料8～38重量份、海藻酸钠0.5～10重量份、粘土2～15重量份、草炭2～15重量份，优选的，聚丙烯酰胺35～55重量份、聚丙烯酸钾13～18重量份、无机肥料15～25重量份、海藻酸钠3～7重量份、粘土5～10重量份、草炭5～10重量份。
5.根据权利要求3所述的土壤保水剂，其中，所述草炭、无机肥料、聚丙烯酸钾之间的重量比为1：(2～2.5)：(1.5～2)。
6.根据权利要求1-5任一项所述的土壤保水剂，其中，所述聚丙烯酰胺选自阴离子型聚丙烯酰胺、阳离子型聚丙烯酰胺、两性离子聚丙烯酰胺和非离子型聚丙烯酰胺中的一种或两种以上，优选为阴离子型聚丙烯酰胺，更优选的，所述阴离子型聚丙烯酰胺的重均分子量为900～1500万。
7.根据权利要求1-6任一项所述的土壤保水剂，其中，所述粘土的粒径为0.1～2μm，优选为0.5～1.5μm。
8.根据权利要求1-7任一项所述的土壤保水剂，其中，所述粘土包括改性粘土，优选的，所述粘土中改性粘土和未改性粘土的质量比为0.5～0.7:1。
9.权利要求1-8任一项所述土壤保水剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将有机保水剂、草炭和海藻酸钠混合均匀；
(2)将步骤(1)得到的混合物挤压后进行破碎和筛选，得到粒径为55～85μm的颗粒状物质；
(3)将步骤(2)得到的粒径为55～85μm的颗粒状物质与粘土混合均匀，即得所述土壤保水剂。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其中，步骤(1)的原料中还包括无机肥料。
技术总结
本发明提供了一种土壤保水剂及其制备方法，所述土壤保水剂包括有机保水剂、海藻酸钠、粘土和草炭，所述有机保水剂包括聚丙烯酰胺和选自聚丙烯酸钾、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵、淀粉‑丙烯酸接枝共聚物和纤维素‑丙烯酸接枝共聚物中的一种或两种以上。本发明的土壤保水剂具备合理的吸水、放水速率，保水效果强，在湿润或干旱条件下可以灵活调节土壤湿度，能够疏松土壤，给土壤保温，同时减少了元素间的互相抑制，提高了肥料利用率和土壤中有机质含量，提高了土壤对外界压力的抗衡能力。
技术研发人员：黄华宇;刘鑫;李杨子
受保护的技术使用者：西北大学
技术研发日：.11.26
技术公布日：.02.11
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