复合保水剂、保水型有机栽培基质及其制备与应用的制作方法

本发明涉及农业栽培，具体涉及一种复合保水剂、保水型有机栽培基质及其制备与应用。

背景技术：

1、无土栽培因其环境友好、作物品质可控等优势，在绿色有机蔬菜栽培、花卉栽培、药用植物栽培、果木培育以及无土育苗等领域获得广泛应用；其中，有机基质栽培作为一种典型的无土栽培模式，主要以农林有机废弃物（如作物秸秆、菇渣、椰糠、稻壳、腐叶、锯末、畜禽粪便等）经发酵或高温处理，并与珍珠岩、蛭石等无机基质混合配制而成。该栽培方式不仅具备无土栽培的通用优点，还为农林废弃物的资源化利用提供了有效途径，兼具经济与生态效益。

2、然而，有机基质普遍存在容重小、孔隙大、持水及保肥能力弱等固有缺陷。为改善此问题，现有技术通常在基质中添加高分子聚合物类保水剂。此类保水剂虽能吸收自身重量数百倍的水分形成凝胶，起到“微型水库”的作用，但其实际应用效果受限于两个关键问题：其一，目前常用的保水剂多为粉状，粒径较小、粒度均匀性差，在与疏松基质混合时易发生迁移和聚集，导致其在基质中分布不均，容易出现局部堆积于基质底部的问题，进而造成基质内部含水率分布不均；其二，单一高分子保水剂功能相对单一，耐盐性差、或不易降解、成本较高等问题，难以满足高效、绿色、可持续的现代农业发展需求。

3、因此，如何解决现有有机栽培基质中保水剂分散性差、保水效能不足的技术难题，并在此基础上实现农林废弃物的高值化、多功能化利用，已成为本领域亟待解决的关键技术问题。

4、公开于该背景技术部分的信息仅用于加深对本公开的背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、针对现有有机栽培基质保水能力差、粉状保水剂易沉降聚集导致保水效果不佳的技术问题，采用将农林废弃物同源分流，利用高浓度硫酸与低浓度聚丙烯酰胺特异性改性生物炭，并将其与无机盐、硅酸盐按特定比例混合，以无机多孔颗粒为核包膜造粒制成核壳结构复合保水剂，最后与腐熟有机基质直接混配的关键技术手段，取得了显著改善保水剂分散均匀性、通过多重吸水机制协同放大提升综合保水能力，并实现农林废弃物高附加值资源化利用的技术效果。

2、根据本公开的一个方面，提供一种复合保水剂，其为以无机多孔基质颗粒为核、以保水复合层为壳的核壳结构颗粒；所述保水复合层由无机盐类吸水剂、改性生物炭、硅酸盐矿物类保水剂按（1~3）：（4~6）：（6~9）的质量比组成；且所述无机多孔基质颗粒的质量为保水复合层质量的5%~20%。

3、在本公开的一些实施例中，所述无机盐类吸水剂为氯化钙、氯化镁、硫酸镁、磷酸一铵中的至少一种；所述硅酸盐矿物类保水剂为膨润土、高岭土、凹凸棒土中的至少一种。

4、在本公开的一些实施例中，所述核壳结构颗粒的粒径为1mm～5mm。

5、在本公开的一些实施例中，所述无机多孔基质颗粒选自珍珠岩和/或蛭石。

6、在本公开的一些实施例中，所述改性生物炭是经由聚丙烯酰胺改性的生物炭。

7、在本公开的一些实施例中，所述改性生物炭经由以下方法制得：

8、（1）生物炭制备：将农林有机废弃物在400℃～600℃的厌氧条件下热解60min～120min，得到生物炭；

9、（2）生物炭活化：将所得生物炭在质量分数为70%～75%的硫酸溶液中进行活化处理；

10、（3）生物炭改性：将活化后的生物炭与质量分数为0.2%～0.5%的聚丙烯酰胺水溶液混合，在25℃～45℃下反应12h~24h，经固液分离并干燥后，即得。

11、根据本公开的第二个方面，提供一种保水型有机栽培基质，包含有机基质和如所述的复合保水剂；其中，所述复合保水剂的质量占所述保水型有机栽培基质总质量的5%～10%。

12、根据本公开的第三个方面，提供一种所述保水型有机栽培基质的制备方法，包括以下步骤：

13、（1）原料同源分流处理：将农林有机废弃物分为两部分，第一部分进行堆肥发酵，得到腐熟的有机基质；第二部分热解制备成生物炭，并对所述生物炭进行聚合物改性处理，得到改性生物炭；

14、（2）复合保水剂制备：按质量比（1~3）：（4~6）：（6~9）称取无机盐类吸水剂、所述改性生物炭和硅酸盐矿物类保水剂，混合均匀得到保水复合层材料；以无机多孔基质颗粒为核，将所述保水复合层材料包覆于所述无机多孔基质颗粒表面进行造粒，得复合保水剂；其中，所述无机多孔基质颗粒的质量为所述保水复合层材料质量的5%~20%；

15、（3）基质混配：将所述复合保水剂加入到步骤（1）所得腐熟的有机基质中，混合均匀，即得。

16、在本公开的一些实施例中，所述堆肥发酵包括：

17、将经预处理的农林有机废弃物混合，调节初始碳氮比至（15～25）：1，含水量为50%～65%；

18、接入em微生物菌剂，所述em微生物菌剂与混合物料的质量比为1：（20～200）；

19、在15℃～25℃的初始温度下启动发酵，通过控温措施将堆体温度维持在50℃～70℃进行高温发酵，当堆温降至环境温度且碳氮比降至16～20时，判定发酵腐熟。

20、根据本公开的第四个方面，提供所述复合保水剂或所述保水型有机栽培基质在绿色有机蔬菜栽培、花卉栽培、药用植物栽培或果木栽培中的应用。

21、本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下任一技术效果或优点：

22、1. 改善保水剂分散性：通过将保水剂制成颗粒形态，有效避免了粉状保水剂在疏松基质中的沉降与聚集问题，提高了保水剂在基质体系中的分布均匀性，从而确保含水率在基质中均匀分布。

23、2. 协同增强保水性能：通过将无机盐类吸水剂、改性生物炭保水剂及硅酸盐类保水剂复合，并包覆于无机基质颗粒表面，形成具有多重吸水机制的复合颗粒，各类保水组分间产生协同放大效应，显著提升了基质的综合吸水与保水能力。

24、3. 提高资源利用效率：将农林有机废弃物同时用于制备有机基质与生物炭，实现了废弃物的高附加值资源化利用，符合绿色循环农业的发展要求。

25、4. 工艺简单可行：所述包膜造粒工艺简单可行，易于与现有有机基质生产线结合，可在堆肥发酵后阶段直接混配，便于推广使用。

26、5. 实现基质多功能化：在提升基质保水能力的同时，增强了其保肥与通气性能，有助于作物根系发育与养分吸收，实现了有机栽培基质的复合功能化。

1.一种复合保水剂，其特征在于，其为以无机多孔基质颗粒为核、以保水复合层为壳的核壳结构颗粒；所述保水复合层由无机盐类吸水剂、改性生物炭、硅酸盐矿物类保水剂按（1~3）：（4~6）：（6~9）的质量比组成；且所述无机多孔基质颗粒的质量为保水复合层质量的5%~20%。

2.根据权利要求1所述的复合保水剂，其特征在于，所述无机盐类吸水剂为氯化钙、氯化镁、硫酸镁、磷酸一铵中的至少一种；所述硅酸盐矿物类保水剂为膨润土、高岭土、凹凸棒土中的至少一种。

3.根据权利要求1或2所述的复合保水剂，所述核壳结构颗粒的粒径为1mm～5mm。

4.根据权利要求3所述的复合保水剂，其特征在于，所述无机多孔基质颗粒选自珍珠岩和/或蛭石。

5.根据权利要求4所述的复合保水剂，其特征在于，所述改性生物炭是经由聚丙烯酰胺改性的生物炭。

6.根据权利要求5所述的复合保水剂，其特征在于，所述改性生物炭经由以下方法制得：

7.一种保水型有机栽培基质，其特征在于，包含有机基质和如权利要求1至6任一项所述的复合保水剂；其中，所述复合保水剂的质量占所述保水型有机栽培基质总质量的5%～10%。

8.一种权利要求7所述保水型有机栽培基质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述堆肥发酵包括：

10.权利要求1所述复合保水剂或权利要求7所述保水型有机栽培基质在绿色有机蔬菜栽培、花卉栽培、药用植物栽培或果木栽培中的应用。