專利名稱：適于中國(guó)黃土高原使用的保水育林劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高吸水樹(shù)脂保水劑及其肥料混合物，特別是一種適于黃土高原栽培樹(shù)木使用的保水育林劑。
多年來(lái)，為了發(fā)展糧食生產(chǎn)和采伐，人類對(duì)土壤植被的破壞愈演愈烈。隨之而來(lái)的土地荒漠化、鹽堿化、水土流失、洪水泛濫等自然災(zāi)害亦越加嚴(yán)重。因此“退耕還林，封山綠化”成了人類可持續(xù)發(fā)展的必由之路。但是在中國(guó)廣大中、西部地區(qū)，尤其是以黃土高原為代表的干旱、半干旱地區(qū)，值樹(shù)綠化中存在著植樹(shù)成活率低的嚴(yán)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(zhǎng)發(fā)育由陽(yáng)光、水、肥決定，其中水決定著土壤肥力，樹(shù)木所需的全部營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)只有溶解在水中處于溶液狀態(tài)才能被樹(shù)木吸收利用。而且水調(diào)節(jié)著土壤溫度和濕度，并通過(guò)地面蒸騰調(diào)節(jié)植物體內(nèi)的溫度和養(yǎng)分運(yùn)輸。中國(guó)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，屬于干旱、半干旱區(qū)。該地區(qū)存在著嚴(yán)重的水土流失和風(fēng)沙危害，生態(tài)環(huán)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、栗鈣土、棕鈣土、風(fēng)沙等。從總體上看，干旱是影響該地區(qū)林業(yè)發(fā)展的主要災(zāi)害。在無(wú)保水育林劑和水資源灌溉的情況下，樹(shù)木只能依賴天然降水，如果嚴(yán)重干旱，則將極大地影響林木的成活率。由于該地區(qū)所處的自然地理位置，使樹(shù)木(草)的成活率及生長(zhǎng)發(fā)育受到很大影響，其主要原因是缺水干埋，在樹(shù)木(草)生長(zhǎng)發(fā)育最需水的時(shí)節(jié)，自然降水極少，以至于成活率很低，而存活率則更低，給植樹(shù)造林造成很大的障礙。
根據(jù)黃土高原與植樹(shù)相關(guān)的土壤水分、養(yǎng)分狀況、土壤持水性能、入滲性能、供水性能和儲(chǔ)水性能分析，我們測(cè)定了土壤中與樹(shù)木關(guān)系特別密切的元素N、P、K，詳細(xì)數(shù)據(jù)從略。綜合看來(lái)，本地區(qū)土壤PH值較高，呈弱中堿性，富含碳酸鈣，而代換量又較低，從整體上不利于多數(shù)養(yǎng)分的活化與保蓄。有機(jī)質(zhì)缺乏是本地區(qū)土壤貧瘠的一個(gè)集中表現(xiàn)。
土壤NN素是樹(shù)木最重要的營(yíng)養(yǎng)元素。土壤N素含量豐缺及其形態(tài)組成，是土壤肥沃度的一個(gè)重要指標(biāo)。黃土高原地區(qū)土壤全N含量變化在0.0003-0.914％之間，變異系數(shù)42％。林地土壤平均0.21％，風(fēng)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(shù)土壤N素貧瘠，缺N比較嚴(yán)重。土壤N的礦化速率和礦化量可作為氮素供應(yīng)能力的一個(gè)指標(biāo)。用礦化培養(yǎng)法測(cè)定了黃土各層氮礦化速率，具體數(shù)據(jù)從略。該地區(qū)土壤堿解N含量在4-477.4ppm的范圍，變異系數(shù)50.7％，林地土壤的平均值144.5ppm，占全N的6.88％。總體上看含N較高的土壤很少，土壤有效形態(tài)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(shù)土壤全P集中在0.05-0.18％范圍內(nèi)。全磷是豐富的，但有效磷供應(yīng)不足，原因是土壤PH值高，碳酸鈣豐富以及有機(jī)質(zhì)缺乏，黃土高原土壤表層有機(jī)磷占全磷15-30％，平均20％。其余全為無(wú)機(jī)磷。土壤全磷豐富而有效磷缺乏是本地區(qū)土壤磷素的主要特征。
土壤K素本地區(qū)土壤全鉀含量較小，多數(shù)土壤含量1.5-2.5％，變異系數(shù)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(qū)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(jù)資料分析，潛在缺Zn占總面積75％，存在大面積缺Zn土壤。同時(shí)存在大面積缺Mn、B、Mo的土壤。由于土壤等自然條件惡劣，造成西北黃土高原地區(qū)普遍植樹(shù)成活率低下，甚至草木不生的現(xiàn)狀。
由于黃土高原地區(qū)土壤PH處于7.8-8.5之間，顯微堿性，土壤有機(jī)質(zhì)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(shù)木成活率很低。因而，植樹(shù)中除需保水外，必須提供滿足樹(shù)木生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)元素。
目前國(guó)內(nèi)外已廣泛使用高吸水樹(shù)脂作為保水劑。高吸水性樹(shù)脂(也稱保水劑)是一種新穎的功能高分子材料，它是具有松散網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的交聯(lián)吸水性高分子聚合物，具有優(yōu)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，吸水后膨脹為透明凝膠狀，在一定壓力下，仍有相當(dāng)高的吸水保持率，而失水后又能收縮復(fù)原。外界濕度高時(shí)，它可吸收水份；反之，又可將內(nèi)含水通過(guò)擴(kuò)散而釋出，因而達(dá)到吸水保水作用。吸水樹(shù)脂是通過(guò)化學(xué)吸附對(duì)水分進(jìn)行有效吸收而發(fā)揮保水作用的，加入多種處于離子狀態(tài)的營(yíng)養(yǎng)素后，會(huì)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(yǎng)分越多，保水率越低。由于吸水和吸肥是互相矛盾、互相制約的關(guān)系，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(dá)到最佳吸水吸肥的效果。
本發(fā)明的目的是要克服現(xiàn)有技術(shù)的上述困難，提供一種適于中國(guó)黃土高原使用的可以同時(shí)獲得最高吸水量和營(yíng)養(yǎng)成份的保水育林劑，使其中的營(yíng)養(yǎng)成份和吸水量兼顧，共同達(dá)到最高狀態(tài)。即找到在含較高N、P、K等營(yíng)養(yǎng)元素同時(shí)又保持較高含水量的最佳配比。針對(duì)黃土高原土壤主要肥力指標(biāo)現(xiàn)狀，以及樹(shù)木種類，準(zhǔn)確計(jì)算N、P、K各營(yíng)養(yǎng)元素最佳比例和用量，并做出保水劑配比量的最佳選擇。還對(duì)各元素支持化合物的最佳用量進(jìn)行選定。真正作到因土、因樹(shù)木而施肥保水，保證林木的最大成活率。
本發(fā)明的解決方案是保水育林劑以高吸水樹(shù)脂為載體，在其吸附的水中含有氮、磷、鉀營(yíng)養(yǎng)元素，其重量百分比組成為氮8-9.4磷10-12鉀5.5-6.7其余為水。
上述的氮、磷、鉀三種營(yíng)養(yǎng)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(dāng)選用兩種以上時(shí)其總含量0.2-0.8，以上均以重量百分比計(jì))。
上述的氮、磷、鉀三種營(yíng)養(yǎng)元素的來(lái)源分別是尿素、過(guò)磷酸鈣和氯化鉀。
上述的高吸水樹(shù)脂可以是丙烯酸鈉膠聯(lián)共聚物或其它類似樹(shù)脂。
針對(duì)黃土高原生態(tài)區(qū)的土壤養(yǎng)分類型及缺水狀況，本公司研制開(kāi)發(fā)的保水育林劑是一種新型的植樹(shù)抗旱材料和土壤改良劑，它通過(guò)保水劑N、P、K的協(xié)同作用，達(dá)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(yíng)養(yǎng)環(huán)境中，并可使苗木根系表面形成一種膠體膜，從而保護(hù)苗木根系，使苗木活力增強(qiáng)，提高造林成活率，促進(jìn)苗木生長(zhǎng)。
本發(fā)明要找到在含較高N、P、K等營(yíng)養(yǎng)元素同時(shí)又保持較高含水量的最佳配比。
我們經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，育林劑中含氮、磷、鉀的量為某一定值時(shí)，可以獲得最高吸水量。以下為本發(fā)明的具體實(shí)施例水中含氮9％，，磷11％，鉀6％。
實(shí)驗(yàn)方法按苗木生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)元素實(shí)行配比。在保水劑中加入上述各成分充分混勻后，取1g待測(cè)樣品，加入500m1去離子水，靜置1小時(shí)，過(guò)180目篩，將濾過(guò)水定量，加入水與濾進(jìn)水之差即為改變的吸水倍率，各營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)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(zhì)也不同。為此，我們選擇不同市售高吸水樹(shù)脂和最佳量的營(yíng)養(yǎng)元素配比，對(duì)配方中所需量進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)選擇。結(jié)果列于下表
由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果知選用XND、XND2型號(hào)樹(shù)脂配比量較佳，應(yīng)選用適合吸水倍數(shù)≥100，范圍控制在100-200倍的上述樹(shù)脂。
N、P、K三種營(yíng)養(yǎng)元素的最佳配比。根據(jù)黃土高原土質(zhì)情況，以三種營(yíng)養(yǎng)元素的三個(gè)水平對(duì)保水劑的影響為標(biāo)準(zhǔn)，確定了最佳配方，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)按三因素水平正交表(L33)進(jìn)行。結(jié)果見(jiàn)下表(保水劑使用量為1g)
由表中所列結(jié)果知以組合1為最佳，即N(8.7mg)、p(11.11mg)、K(6.67mg)。分別占8.7％、11.11％和6.78％。通過(guò)進(jìn)一步試驗(yàn)確定，當(dāng)?shù)⒘?、鉀在溶液中含量分別是8-9.4％、10-12％、5.5-6.7％時(shí)，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(duì)環(huán)境影響的評(píng)價(jià)保水育林劑是由吸水樹(shù)脂和植物營(yíng)養(yǎng)元素組成，大量研究表明，吸水樹(shù)脂在土壤中兩年內(nèi)即可被降解，并且吸水樹(shù)脂本身和其降解產(chǎn)物無(wú)毒、無(wú)害，對(duì)環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生任何危害。
眾所周知，樹(shù)木生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素有三個(gè)陽(yáng)光、水和肥料，由于黃土高原屬于缺水、缺肥地區(qū)，故植樹(shù)關(guān)鍵是為樹(shù)木提供足夠有效的水、肥。而保水育林劑的開(kāi)發(fā)正是解決此問(wèn)題的重要途徑之一。
1、實(shí)驗(yàn)材料與方法采用本發(fā)明的保水育林劑(本公司自制)，即上述篩選出的最佳組分。供試樹(shù)苗蘋(píng)果(紅富士)、楊樹(shù)、刺槐(均購(gòu)自渭南果樹(shù)所)。
2、操作步驟將土壤研碎，過(guò)篩，裝盒，加入保水育林劑，以未加保水劑作為對(duì)照(CK)栽入樹(shù)苗。
3、結(jié)果與分析(1)加入育林劑后，成活率明顯提高樹(shù)苗發(fā)芽率和長(zhǎng)勢(shì)觀察(35天)
(2)保水育林劑處理對(duì)樹(shù)苗長(zhǎng)勢(shì)的影響結(jié)果見(jiàn)表
育林劑處理對(duì)樹(shù)木長(zhǎng)勢(shì)的影響
(3)保水育林劑處理對(duì)樹(shù)苗葉片含水量的影響見(jiàn)表保水育林劑處理對(duì)樹(shù)苗葉片含水量的影響
(4)保水育林劑處理對(duì)樹(shù)苗葉片葉綠素含量的影響實(shí)驗(yàn)按《植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)》(科學(xué)出版社)規(guī)定的方法進(jìn)行，結(jié)果如表保水育林劑對(duì)樹(shù)苗葉綠素含量的影響
保水育林劑處理后，樹(shù)苗葉片內(nèi)葉綠素含量明顯增高，外觀表現(xiàn)為葉片較綠，葉片寬厚。
(5)保水育林劑對(duì)樹(shù)苗多胺氧化酶(PAO)、超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)、酸性磷酸酯酶(Acid Phosphatase,AP)、CAT(過(guò)氧化氫酶)活性的影響實(shí)驗(yàn)步驟樹(shù)苗單株取樣，每條2片葉芽，作酶活性分析，每樣本稱取1g，重復(fù)3次。SOD活性測(cè)定采用Giannoplitis的方法，并作酶促還原照光過(guò)程中的低溫處理，以保護(hù)酶的高活性。POD活性測(cè)定采用聯(lián)苯胺比色法。其它酶活性測(cè)定依《植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)》(上?？茖W(xué)技術(shù)出版社)，測(cè)定了保水育林劑對(duì)樹(shù)苗PAO、SOD、POD、AP、CAT等幾種與干旱及體內(nèi)代謝相關(guān)的酶活性的影響，結(jié)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(jié)果可以看出，由于受干旱條件的影響，對(duì)照組CAT、SOD、CAT三種酶活性較低，酸性磷酸脂酶(AP)活性較高，實(shí)驗(yàn)組由于保水育林劑實(shí)施了有效的保水和營(yíng)養(yǎng)作用，降低了干旱程度，植株體內(nèi)CAT、SOD活性增強(qiáng)、AP活性下降。從PAO活性改變情況來(lái)看，實(shí)驗(yàn)組較對(duì)照組高，增強(qiáng)了植株對(duì)干旱的抵抗程度。
通過(guò)以上結(jié)果可以明顯看出保水育林劑用于植樹(shù)，尤其是對(duì)干旱、半干旱地區(qū)植樹(shù)中提高樹(shù)木成活率將起到積極的作用。
我公司開(kāi)發(fā)研制的專用于植樹(shù)造林的“秀美”牌保水育林劑，主要由高吸水性樹(shù)脂，氮、磷、鉀等植物營(yíng)養(yǎng)元素和植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等，專門(mén)針對(duì)樹(shù)苗生長(zhǎng)需要，并結(jié)合西北地區(qū)土質(zhì)、氣候特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)合理配比，復(fù)配而成的高科技產(chǎn)品，到目前為止，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有同類型產(chǎn)品銷售。適合于西北地區(qū)氣候土壤條件。
早在一九九八年初，公司就開(kāi)始進(jìn)行“保水育林劑”的開(kāi)發(fā)研制工作。通過(guò)大量的資料檢索和市場(chǎng)調(diào)研以及實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，確定了最優(yōu)生產(chǎn)技術(shù)和工藝，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)以及穴栽小規(guī)模試驗(yàn)，樹(shù)種有蘋(píng)果、楊樹(shù)、刺槐、紅香椿、酥梨等。其后于一九九九年春季始，分別在陜西“耀縣錦屏山農(nóng)林牧有限公司”林果基地；耀縣石柱鄉(xiāng)阿古村“耀縣燎原有限公司”林果基地等處進(jìn)行了160余畝大田試驗(yàn)。產(chǎn)品配方科學(xué)、先進(jìn)，是國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的植樹(shù)造林專用劑。充分滿足了樹(shù)木成活和生長(zhǎng)發(fā)育所必需的營(yíng)養(yǎng)和水份供給。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室、小規(guī)模盆栽及160余畝大田試驗(yàn)表明，施用“保水育林劑”后，樹(shù)木移栽成活率達(dá)到95％以上，延長(zhǎng)灌溉周期，減少灌溉次數(shù)，節(jié)水達(dá)50％以上，使移栽樹(shù)木根系發(fā)育狀況及生長(zhǎng)活性明顯增強(qiáng)，抵御惡劣自然環(huán)境能力大大提高。
權(quán)利要求
1.適于中國(guó)黃土高原使用的保水育林劑，以高吸水樹(shù)脂為載體，其特征在于吸附的水中含有氮、磷、鉀營(yíng)養(yǎng)元素，其重量百分比組成為氮8-9.4磷10-12鉀5.5-6.7其余為水。
2.如權(quán)利要求1所述的保水育林劑，其特征在于所說(shuō)的氮、磷、鉀三種營(yíng)養(yǎng)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(dāng)選用兩種以上時(shí)其總含量0.2-0.8)。
3.如權(quán)利要求1所述的保水育林劑，其特征在于所說(shuō)的氮、磷、鉀三種營(yíng)養(yǎng)元素的來(lái)源分別是尿素、過(guò)磷酸鈣和氯化鉀。
4.如權(quán)利要求權(quán)1或2所述的保水育林劑，其特征在于所說(shuō)的高吸水樹(shù)脂是丙烯酸鈉膠聯(lián)共聚物。
5.如權(quán)利要求權(quán)1或2所述的保水育林劑，其特征在于所說(shuō)的高吸水樹(shù)脂丙烯酸鈉膠聯(lián)共聚物選用XND1和/或XND2型號(hào)樹(shù)脂，其吸水倍數(shù)范圍在100-200倍。
全文摘要
適于中國(guó)黃土高原使用的保水育林劑,以高吸水樹(shù)脂為載體,所吸附的水中含有氮、磷、鉀營(yíng)養(yǎng)元素,其重量百分比組成為:氮8－9.4%,磷10－12%,鉀5.5－6.7%,其余為水。高吸水樹(shù)脂丙烯酸鈉膠聯(lián)共聚物最好選用XND1和/或XND2型號(hào)樹(shù)脂,其吸水倍數(shù)范圍在100－200倍。吸附液中并可含有微量元素銅、鐵、錳、鋅、硼等。本發(fā)明提供了一種可同時(shí)獲得最高吸水量和營(yíng)養(yǎng)成份的保水育林劑,既在含較高N、P、K等營(yíng)養(yǎng)元素同時(shí)又保持較高含水量,使其中的營(yíng)養(yǎng)成份和吸水量兼顧,共同達(dá)到最佳狀態(tài)。做到真正因土、因樹(shù)木而施肥保水,保證林木的最大成活率。
文檔編號(hào)C09K17/40GK1325935SQ0011382
公開(kāi)日2001年12月12日 申請(qǐng)日期2000年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月31日
發(fā)明者張興群, 荊效民, 張 林, 董皙年, 許曉東, 張向東, 楊林 申請(qǐng)人:西安諾亞環(huán)境科技有限公司