適於中國黃土高原使用的保水育林劑的製作方法
2023-07-10 14:51:01 1
專利名稱：適於中國黃土高原使用的保水育林劑的製作方法
技術領域：
本發明涉及高吸水樹脂保水劑及其肥料混合物，特別是一種適於黃土高原栽培樹木使用的保水育林劑。
多年來，為了發展糧食生產和採伐，人類對土壤植被的破壞愈演愈烈。隨之而來的土地荒漠化、鹽鹼化、水土流失、洪水泛濫等自然災害亦越加嚴重。因此「退耕還林，封山綠化」成了人類可持續發展的必由之路。但是在中國廣大中、西部地區，尤其是以黃土高原為代表的乾旱、半乾旱地區，值樹綠化中存在著植樹成活率低的嚴重困難。主要原因就是缺水，土壤肥力低下。眾所周知，林木的生長發育由陽光、水、肥決定，其中水決定著土壤肥力，樹木所需的全部營養物質只有溶解在水中處於溶液狀態才能被樹木吸收利用。而且水調節著土壤溫度和溼度，並通過地面蒸騰調節植物體內的溫度和養分運輸。中國黃土高原地域指太行山以西，日月山-賀蘭山以東、陰山以南、秦嶺以北的廣大地域，屬於乾旱、半乾旱區。該地區存在著嚴重的水土流失和風沙危害，生態環境十分脆弱。主要土壤類型包括褐土、嶁土、黃綿土、黑壚土、灰鈣土、慄鈣土、棕鈣土、風沙等。從總體上看，乾旱是影響該地區林業發展的主要災害。在無保水育林劑和水資源灌溉的情況下，樹木只能依賴天然降水，如果嚴重乾旱，則將極大地影響林木的成活率。由於該地區所處的自然地理位置，使樹木(草)的成活率及生長發育受到很大影響，其主要原因是缺水幹埋，在樹木(草)生長發育最需水的時節，自然降水極少，以至於成活率很低，而存活率則更低，給植樹造林造成很大的障礙。
根據黃土高原與植樹相關的土壤水分、養分狀況、土壤持水性能、入滲性能、供水性能和儲水性能分析，我們測定了土壤中與樹木關係特別密切的元素N、P、K，詳細數據從略。綜合看來，本地區土壤PH值較高，呈弱中鹼性，富含碳酸鈣，而代換量又較低，從整體上不利於多數養分的活化與保蓄。有機質缺乏是本地區土壤貧瘠的一個集中表現。
土壤NN素是樹木最重要的營養元素。土壤N素含量豐缺及其形態組成，是土壤肥沃度的一個重要指標。黃土高原地區土壤全N含量變化在0.0003-0.914％之間，變異係數42％。林地土壤平均0.21％，風沙土0.024％，延安黃綿土0.054％，源土壤0.068％。
土壤C/N林地為15.2，總體上看多數土壤N素貧瘠，缺N比較嚴重。土壤N的礦化速率和礦化量可作為氮素供應能力的一個指標。用礦化培養法測定了黃土各層氮礦化速率，具體數據從略。該地區土壤鹼解N含量在4-477.4ppm的範圍，變異係數50.7％，林地土壤的平均值144.5ppm，佔全N的6.88％。總體上看含N較高的土壤很少，土壤有效形態N缺乏。
土壤P素全P變化在0.014-0.287％。林地全P變化平均值0.116％，多數土壤全P集中在0.05-0.18％範圍內。全磷是豐富的，但有效磷供應不足，原因是土壤PH值高，碳酸鈣豐富以及有機質缺乏，黃土高原土壤表層有機磷佔全磷15-30％，平均20％。其餘全為無機磷。土壤全磷豐富而有效磷缺乏是本地區土壤磷素的主要特徵。
土壤K素本地區土壤全鉀含量較小，多數土壤含量1.5-2.5％，變異係數15.2％。速效鉀含量50-200ppm，緩效鉀含量100-1200ppm，平均840ppm，林地速效鉀平均為175.9ppm。
土壤微量元素主要指Cu、Fe、Mn、Zn、B、Mo。本地區土壤全Cu、Fe、Mn、Zn、B和Mo平均含量分別為69.1、537、22.5、28000、60.2和0.62PPm。根據資料分析，潛在缺Zn佔總面積75％，存在大面積缺Zn土壤。同時存在大面積缺Mn、B、Mo的土壤。由於土壤等自然條件惡劣，造成西北黃土高原地區普遍植樹成活率低下，甚至草木不生的現狀。
由於黃土高原地區土壤PH處於7.8-8.5之間，顯微鹼性，土壤有機質含量在3％以下。N素含量在0.003-0.914％之間，雖然全磷豐富(0.014-0.287％)，但有效磷缺乏，鉀素雖未顯出明顯缺乏，但亦顯不足。加之微量元素和水分的缺乏，樹木成活率很低。因而，植樹中除需保水外，必須提供滿足樹木生長的營養元素。
目前國內外已廣泛使用高吸水樹脂作為保水劑。高吸水性樹脂(也稱保水劑)是一種新穎的功能高分子材料，它是具有鬆散網絡結構的交聯吸水性高分子聚合物，具有優異的吸水性能，能吸收自身重量幾百倍至幾千倍的水份，吸水速率快，吸水後膨脹為透明凝膠狀，在一定壓力下，仍有相當高的吸水保持率，而失水後又能收縮復原。外界溼度高時，它可吸收水份；反之，又可將內含水通過擴散而釋出，因而達到吸水保水作用。吸水樹脂是通過化學吸附對水分進行有效吸收而發揮保水作用的，加入多種處於離子狀態的營養素後，會明顯改變保水劑的吸水倍率，影響其保水效果。即水中溶解的氮磷鉀等養分越多，保水率越低。由於吸水和吸肥是互相矛盾、互相制約的關係，往往顧此失彼，迄今尚未有人研究出水、肥之間的最佳配比，使之達到最佳吸水吸肥的效果。
本發明的目的是要克服現有技術的上述困難，提供一種適於中國黃土高原使用的可以同時獲得最高吸水量和營養成份的保水育林劑，使其中的營養成份和吸水量兼顧，共同達到最高狀態。即找到在含較高N、P、K等營養元素同時又保持較高含水量的最佳配比。針對黃土高原土壤主要肥力指標現狀，以及樹木種類，準確計算N、P、K各營養元素最佳比例和用量，並做出保水劑配比量的最佳選擇。還對各元素支持化合物的最佳用量進行選定。真正作到因土、因樹木而施肥保水，保證林木的最大成活率。
本發明的解決方案是保水育林劑以高吸水樹脂為載體，在其吸附的水中含有氮、磷、鉀營養元素，其重量百分比組成為氮8-9.4磷10-12鉀5.5-6.7其餘為水。
上述的氮、磷、鉀三種營養元素的的溶液中還可以含有微量元素銅0.1-0.2、鐵0.1-0.3、錳0.2-0.4、鋅0.1-0.2、硼0.1-0.2中至少一種(當選用兩種以上時其總含量0.2-0.8，以上均以重量百分比計)。
上述的氮、磷、鉀三種營養元素的來源分別是尿素、過磷酸鈣和氯化鉀。
上述的高吸水樹脂可以是丙烯酸鈉膠聯共聚物或其它類似樹脂。
針對黃土高原生態區的土壤養分類型及缺水狀況，本公司研製開發的保水育林劑是一種新型的植樹抗旱材料和土壤改良劑，它通過保水劑N、P、K的協同作用，達到最大限度吸水、吸肥的目的，使苗木根系處在較好的水分和營養環境中，並可使苗木根系表面形成一種膠體膜，從而保護苗木根系，使苗木活力增強，提高造林成活率，促進苗木生長。
本發明要找到在含較高N、P、K等營養元素同時又保持較高含水量的最佳配比。
我們經研究發現，育林劑中含氮、磷、鉀的量為某一定值時，可以獲得最高吸水量。以下為本發明的具體實施例水中含氮9％，，磷11％，鉀6％。
實驗方法按苗木生長所需營養元素實行配比。在保水劑中加入上述各成分充分混勻後，取1g待測樣品，加入500m1去離子水，靜置1小時，過180目篩，將濾過水定量，加入水與濾進水之差即為改變的吸水倍率，各營養元素對保水育林劑吸水倍率影響。
保水劑及配比量的選擇保水劑因合成原料、合成路線不同，所得保水劑吸水率，可溶性及其它性質也不同。為此，我們選擇不同市售高吸水樹脂和最佳量的營養元素配比，對配方中所需量進行了實驗選擇。結果列於下表
由上述實驗結果知選用XND、XND2型號樹脂配比量較佳，應選用適合吸水倍數≥100，範圍控制在100-200倍的上述樹脂。
N、P、K三種營養元素的最佳配比。根據黃土高原土質情況，以三種營養元素的三個水平對保水劑的影響為標準，確定了最佳配方，實驗設計按三因素水平正交表(L33)進行。結果見下表(保水劑使用量為1g)
由表中所列結果知以組合1為最佳，即N(8.7mg)、p(11.11mg)、K(6.67mg)。分別佔8.7％、11.11％和6.78％。通過進一步試驗確定，當氮、磷、鉀在溶液中含量分別是8-9.4％、10-12％、5.5-6.7％時，保水劑可以獲得最大吸水量。
Cu、Fe、Mn、Zn、B等微量元素的選擇
由上表，微量元素源選擇硼酸、ZnSo47H2O、MnO、Fe2(NH4)PO4H2O、CuSO45H2O。
對環境影響的評價保水育林劑是由吸水樹脂和植物營養元素組成，大量研究表明，吸水樹脂在土壤中兩年內即可被降解，並且吸水樹脂本身和其降解產物無毒、無害，對環境不會產生任何危害。
眾所周知，樹木生長的關鍵因素有三個陽光、水和肥料，由於黃土高原屬於缺水、缺肥地區，故植樹關鍵是為樹木提供足夠有效的水、肥。而保水育林劑的開發正是解決此問題的重要途徑之一。
1、實驗材料與方法採用本發明的保水育林劑(本公司自製)，即上述篩選出的最佳組分。供試樹苗蘋果(紅富士)、楊樹、刺槐(均購自渭南果樹所)。
2、操作步驟將土壤研碎，過篩，裝盒，加入保水育林劑，以未加保水劑作為對照(CK)栽入樹苗。
3、結果與分析(1)加入育林劑後，成活率明顯提高樹苗發芽率和長勢觀察(35天)
(2)保水育林劑處理對樹苗長勢的影響結果見表
育林劑處理對樹木長勢的影響
(3)保水育林劑處理對樹苗葉片含水量的影響見表保水育林劑處理對樹苗葉片含水量的影響
(4)保水育林劑處理對樹苗葉片葉綠素含量的影響實驗按《植物生理學實驗技術》(科學出版社)規定的方法進行，結果如表保水育林劑對樹苗葉綠素含量的影響
保水育林劑處理後，樹苗葉片內葉綠素含量明顯增高，外觀表現為葉片較綠，葉片寬厚。
(5)保水育林劑對樹苗多胺氧化酶(PAO)、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、酸性磷酸酯酶(Acid Phosphatase,AP)、CAT(過氧化氫酶)活性的影響實驗步驟樹苗單株取樣，每條2片葉芽，作酶活性分析，每樣本稱取1g，重複3次。SOD活性測定採用Giannoplitis的方法，並作酶促還原照光過程中的低溫處理，以保護酶的高活性。POD活性測定採用聯苯胺比色法。其它酶活性測定依《植物生理學實驗技術》(上海科學技術出版社)，測定了保水育林劑對樹苗PAO、SOD、POD、AP、CAT等幾種與乾旱及體內代謝相關的酶活性的影響，結果如表
注活性單位，SOD(×103活力單位/gDW)、CAT(mg,H2O2/g FW min)、AP(μg,p/gDW)、PAO(u/gFW)、POD(ΔOD/g(FW)min)。
從以上結果可以看出，由於受乾旱條件的影響，對照組CAT、SOD、CAT三種酶活性較低，酸性磷酸脂酶(AP)活性較高，實驗組由於保水育林劑實施了有效的保水和營養作用，降低了乾旱程度，植株體內CAT、SOD活性增強、AP活性下降。從PAO活性改變情況來看，實驗組較對照組高，增強了植株對乾旱的抵抗程度。
通過以上結果可以明顯看出保水育林劑用於植樹，尤其是對乾旱、半乾旱地區植樹中提高樹木成活率將起到積極的作用。
我公司開發研製的專用於植樹造林的「秀美」牌保水育林劑，主要由高吸水性樹脂，氮、磷、鉀等植物營養元素和植物生長調節劑等，專門針對樹苗生長需要，並結合西北地區土質、氣候特點，經過合理配比，復配而成的高科技產品，到目前為止，國內還沒有同類型產品銷售。適合於西北地區氣候土壤條件。
早在一九九八年初，公司就開始進行「保水育林劑」的開發研製工作。通過大量的資料檢索和市場調研以及實驗室試驗，確定了最優生產技術和工藝，進行了實驗室試驗以及穴栽小規模試驗，樹種有蘋果、楊樹、刺槐、紅香椿、酥梨等。其後於一九九九年春季始，分別在陝西「耀縣錦屏山農林牧有限公司」林果基地；耀縣石柱鄉阿古村「耀縣燎原有限公司」林果基地等處進行了160餘畝大田試驗。產品配方科學、先進，是國內首創的植樹造林專用劑。充分滿足了樹木成活和生長發育所必需的營養和水份供給。經過實驗室、小規模盆栽及160餘畝大田試驗表明，施用「保水育林劑」後，樹木移栽成活率達到95％以上，延長灌溉周期，減少灌溉次數，節水達50％以上，使移栽樹木根系發育狀況及生長活性明顯增強，抵禦惡劣自然環境能力大大提高。
權利要求
1.適於中國黃土高原使用的保水育林劑，以高吸水樹脂為載體，其特徵在於吸附的水中含有氮、磷、鉀營養元素，其重量百分比組成為氮8-9.4磷10-12鉀5.5-6.7其餘為水。
2.如權利要求1所述的保水育林劑，其特徵在於所說的氮、磷、鉀三種營養元素的溶液中含有微量元素銅0.1-0.2、鐵0.1-0.3、錳0.2-0.4、鋅0.1-0.2、硼0.1-0.2中至少一種(當選用兩種以上時其總含量0.2-0.8)。
3.如權利要求1所述的保水育林劑，其特徵在於所說的氮、磷、鉀三種營養元素的來源分別是尿素、過磷酸鈣和氯化鉀。
4.如權利要求權1或2所述的保水育林劑，其特徵在於所說的高吸水樹脂是丙烯酸鈉膠聯共聚物。
5.如權利要求權1或2所述的保水育林劑，其特徵在於所說的高吸水樹脂丙烯酸鈉膠聯共聚物選用XND1和/或XND2型號樹脂，其吸水倍數範圍在100-200倍。
全文摘要
適於中國黃土高原使用的保水育林劑,以高吸水樹脂為載體,所吸附的水中含有氮、磷、鉀營養元素,其重量百分比組成為:氮8－9.4%,磷10－12%,鉀5.5－6.7%,其餘為水。高吸水樹脂丙烯酸鈉膠聯共聚物最好選用XND1和/或XND2型號樹脂,其吸水倍數範圍在100－200倍。吸附液中並可含有微量元素銅、鐵、錳、鋅、硼等。本發明提供了一種可同時獲得最高吸水量和營養成份的保水育林劑,既在含較高N、P、K等營養元素同時又保持較高含水量,使其中的營養成份和吸水量兼顧,共同達到最佳狀態。做到真正因土、因樹木而施肥保水,保證林木的最大成活率。
文檔編號C09K17/40GK1325935SQ0011382
公開日2001年12月12日 申請日期2000年5月31日 優先權日2000年5月31日
發明者張興群, 荊效民, 張 林, 董皙年, 許曉東, 張向東, 楊林 申請人:西安諾亞環境科技有限公司