一种设有生物炭基土壤保肥保水投入品的盆栽装置及其使用方法

本发明属于盆栽种植的装置及方法的，具体涉及一种设有生物炭基土壤保肥保水投入品的盆栽装置，还涉及上述盆栽装置的使用方法。

背景技术：

1、农业生产中，水肥会通过挥发或下沉流失，造成土壤贫瘠，作物减产，而此时如过量施肥，不仅不会被完全利用，还会导致水体富营养化，地下水污染和土壤退化。

2、实际生产中，缺乏中微量元素会导致根系不发达，生长缓慢，植株矮小，叶片黄化萎缩等现象，但过量释放又会引起元素中毒；而缺乏菌肥会导致土壤贫瘠板结，抗菌能力下降，有机质减少等问题，故亟需中微量元素肥和菌肥协同持续作用。微生物菌肥施用时，受气候干扰，施肥局限性大，难以精准抵达作物根系区域，功效有限，肥效不稳定，无法显著增强作物抗逆性、分泌生长激素和活性物质。

3、盆栽作为日常生活的美观装饰不可或缺，但当出现干旱水分大量蒸发时、作物需水量大时以及人们时长忘记浇水时，对作物生长会造成不利影响，如枯萎、生长缓慢或死亡等。部分植株生长较大，根系茂密时，根区追肥困难较大。

4、实际生产中，水肥一体化是比较成熟的农业管理技术，提高了水肥利用效率，肥料和水分添加更加精准，但在盆栽土壤的应用中作用有限。浇水时，盆栽土壤表层土壤水分较多且易蒸发，中下层水分难以渗透，若不浇透，较难诱导根系向下生长。长时间下来导致有机质含量低、土壤干旱、土壤板结透气性差、作物抗逆性差等。

5、为实现保水保肥，中国专利cn 103951531 b公开了一种生物炭基保水控缓释肥及其制备方法和应用，以生物炭基为内层包膜材料，保水材料为外层包膜，主要成分为农作物秸秆废弃物为原料，与丙烯酰胺单体经接枝共聚。所述的生物基保水控缓释肥，过于强调缓释肥保水而忽略土壤本身水分挥发，土壤中任一点肥效相同，肥效作用单一，无法根据土壤深度位置定向提供水分和肥料。中国专利cn 109516838 b公开了一种保水增效复合肥及其制备方法，公开了一种保水增效复合肥，以炭基载体和n,n'-亚甲基双丙烯酰胺为保肥和吸水保水介质，通过三层包裹制备得到，实现肥效多重可控释。但存在制备工艺复杂，菌肥数量种类难以精准控制，负载菌数有限，n,n'-亚甲基双丙烯酰胺污染地下水等不足。

6、基于此，提供一种能够在盆栽装置内实现肥料与水分的均匀施加、缓慢释放的方法，对于实现保水保肥、提高水肥利用率、促进植物生长发育均具有重要的意义，也是亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种设有生物炭基土壤保肥保水投入品的盆栽装置。

2、本发明的目的之二在于提供一种设有生物炭基土壤保肥保水投入品的盆栽装置的使用方法。

3、本发明实现目的之一采用的技术方案是：提供一种设有生物炭基土壤保肥保水投入品的盆栽装置，包括：盆栽组件和生物炭基土壤保肥保水投入品；

4、所述盆栽组件包括盆体、肥料圈、水肥通道和保水支撑件；所述肥料圈呈环状，设置于盆体内部；肥料圈包括圈壁及其内部的环形腔体；圈壁朝向盆体开口的一侧开设有若干通孔；所述水肥通道呈管状，其一端位于盆体的顶部开口处，另一端与肥料圈的环形腔体相连通；所述保水支撑件为多个，安装于肥料圈下方，保水支撑件包括外壁和保水腔体，外壁开设有若干交换孔，保水腔体的顶部与环形腔体相连通；

5、所述生物炭基土壤保肥保水投入品包括：多孔生物炭粉末、生物炭基肥和生物炭基保水粉末；所述多孔生物炭粉末铺设于盆体内部土壤的表层；所述生物炭基肥由填装于肥料圈的环形腔体内的生物炭基营养元素粉末浸渍吸附中微量元素溶液或菌粉溶液后获得；所述生物炭基保水粉末填装于保水支撑件的保水腔体内。

6、本发明提供的一种设有生物炭基土壤保肥保水投入品的盆栽装置的总体思路如下：

7、本发明针对现有的盆栽种植过程中肥料和水分的添加难以实现精准控制的难点，提供了一种将生物炭基土壤保肥保水投入品与盆栽结构的改进相结合，通过上层控水、中层存水释肥，下层智能协同保水释水的整体技术方案，更精准的满足土壤的保水保肥以及盆栽作物对养分肥料的需求：

8、在土壤表层，通过铺设多孔生物炭粉末，利用多孔生物炭吸水持水能力，减小土壤本身的水分蒸发，达到保水目的，同时也为土壤中的有益细菌发生生化作用和作物生长提供良好环境。

9、在盆体中部的肥料圈层，肥料圈内部环形腔体与水肥通道相连通，环形腔体内部预填装有生物炭营养元素。当从水肥通道加入中微量元素溶液或菌粉溶液时，水分在肥料圈固定缓释，同时通过浸渍吸附反应，得到的生物炭基中微量元素肥或生物炭基菌肥处于漂浮状态，在肥料圈的通孔处与外部土壤发生离子交换，释放养分与肥料，达到缓释目的，有效补充中微量元素和加快土壤有机质分解供给。此外，生物炭基营养元素粉末中带有细菌生长所需的必须元素，且菌剂在生物炭载体内不仅可以得到保护，免于土壤恶劣的ph和温湿度环境，还可延缓生长繁殖周期，提高菌剂功效。

10、在盆体下部，设置了由保水支撑件构成的保水层，保水支撑件与肥料圈内部环形腔体相连通，并填装有生物炭基保水剂粉末。在使用中，生物炭基保水剂粉末被来自肥料圈层的水分缓慢浸湿持水，避免土壤过涝。当其内部保水剂发生溶胀时，在生物炭载体作用下缓慢释水，避免过旱，使得土壤底部始终充满水分，智能缓释调节水分供给，起到促进作物根部吸收发育，向下生长固定的效果。

11、进一步地，所述多孔生物炭粉末由生物质原料经热解和活化制成。

12、进一步地，所述生物炭营养元素粉末由生物质原料先经过热解得到生物炭粉末，再浸渍营养元素溶液，最后经干燥处理获得。

13、进一步地，所述生物炭基保水粉末由生物质原料先经过热解得到生物炭粉末，再将生物炭粉末、交联剂、引发剂和保水高分子材料混合反应、产物经干燥处理获得。

14、进一步地，上述生物质原料包括竹粉和木屑。竹材是孔径分布范围较广、孔隙形态复杂的天然多孔材料，利于吸附和负载肥料元素。竹材节间的维管束中的竹纤维细胞是厚壁细胞，细胞体型细长两端渐尖，起到机械支持作用，保持载体稳定性，可防止养分流失，且竹纤维细胞壁厚腔小，液体渗透速度慢，利于缓释养分。竹子整体呈弱碱性和中性，利于保持土壤酸碱平衡。木屑具有较高纤维素成分，利于增加生物炭孔隙结构和比表面积，有利于保持水分。

15、进一步地，在本发明中，结合三种不同的投入品功能的差异，生物质原料热解处理温度和时间也不同：

16、对于多孔生物炭粉末，热解温度为325～375℃，热解时间为4～5h。长时间的低温慢速热解有利于形成大孔结构的生物炭，利于吸附和储存水分，利于保留原料有机质，对土壤改良和作物生长有益。

17、对于生物炭基营养元素粉末和生物炭基保水剂粉末，热解温度越高，生物炭的比表面积越大，孔径越小，结构稳定性增强。特别是对于生物炭基保水剂粉末，采用更高的热解温度制备后与保水剂结合后，可以有效控制释放水分的速率。优选地，生物炭基营养元素粉末的热处理温度为475～525℃，热处理时间为1～2h；生物炭基保水剂粉末的热处理温度为625～675℃，热处理时间为1～2h。

18、在一些较好的实施方式中，所述多孔生物炭粉末由竹粉和木屑按照(2～3)：(1～2)的质量比混合，于325～375℃热解4～5h获得。

19、所述生物炭基营养元素粉末先由竹粉于475～525℃热解1～2h得到生物炭粉末，再浸渍由磷酸盐、硝酸盐和葡萄糖的质量比为1：1：20混合得到营养元素溶液获得。营养成分(磷酸盐、硝酸盐和葡萄糖)与生物炭粉末的质量比为1:(40～20000)。

20、所述生物炭基保水粉末由木屑先经过625～675℃热解1～2h得到生物炭粉末，再将生物炭粉末、交联剂、引发剂和保水高分子材料混合反应、产物经干燥处理获得。

21、进一步地，所述保水高分子材料包括聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸铵、淀粉接枝丙烯酸盐中的一种或多种的组合。优选地，所述保水高分子材料选自聚丙烯酰胺，聚丙烯酰胺与生物炭粉末的质量比为1：(1.4～2)，与其他保水高分子相比，聚丙烯酰胺的使用周期和寿命较长，蓄水保墒能力通常可维持4年左右。

22、进一步地，所述多孔生物炭粉末、生物炭基营养元素粉末和生物炭基保水粉末在盆体内的添加量分别占盆体内土壤总重量的1％～2％。

23、优选地，所述多孔生物炭粉末、生物炭基营养元素粉末和生物炭基保水粉末的粒径为0.38～0.7mm。

24、进一步地，所述保水支撑件的顶部开口与肥料圈底部可拆卸连接。优选地，保水支撑件的顶部开口与肥料圈底部通过螺纹结构进行连接。

25、优选地，所述保水支撑件的数量为3～8个，均匀分布于肥料圈向盆体底部的一侧。保水支撑件可以直接放置于盆体底部，也可以插入盆体中下部的土壤中进行固定。

26、进一步地，所述通孔和交换孔的形状可以是圆形、椭圆形或其他形状；优选地，所述通孔为椭圆形，其长轴为0.15～0.25cm，短径为0.04～0.06cm；所述交换孔呈圆形，其直径为0.05～0.15cm。

27、进一步地，所述盆体底部设置有排水通槽和/或排水孔。

28、本发明实现目的之二采用的技术方案是：提供一种根据本发明目的之一所述的盆栽装置的使用方法，包括以下步骤：

29、s1、在肥料圈的环形腔体内填装生物炭基营养元素粉末，在保水支撑件的保水腔体内填装生物炭基保水粉末；

30、s2、在盆体中下部填装土壤，将肥料圈与水肥通道和保水支撑件分别连接并放置于盆体中；

31、s3、继续填装土壤至盆体中上部，移栽定植作物幼苗；而后继续填装土壤，在土壤顶部铺设多孔生物炭粉末；

32、s4、通过水肥通道加入中微量元素溶液或菌粉溶液；中微量元素溶液或菌粉溶液沿水肥通道进入肥料圈的环形腔体内，环形腔体内的生物炭基营养元素粉末通过浸渍吸附反应，得到生物炭基肥；

33、s5、生物炭基肥在肥料圈中遇水漂浮，在通孔处与土壤发生离子交换，缓慢渗出养分。

34、进一步地，步骤s2中，盆体中下部为盆体高度的1/3左右；盆体中上部为盆体高度2/3左右。

35、进一步地，步骤s3中，在多孔生物炭粉末表面还撒有浮土；步骤s3中需确保水肥通道的入口高于土壤表层，以便于后续进行菌粉溶液和中微量元素溶液的添加。

36、进一步地，在步骤s4中，当添加中微量元素溶液时，中微量元素粉末与生物炭基营养元素粉末的质量比为1:(1000～2000)；当添加菌粉溶液时，菌粉与生物炭基营养元素粉末的质量比为1:(10～20)。

37、进一步地，所述使用方法还包括步骤s6：保水支撑件内填装的生物炭基保水剂粉末吸收部分生物炭基菌肥，进一步提高生物炭基菌肥的缓释效果；此外，生物炭基保水剂粉末被来自肥料圈层的水分缓慢浸湿持水，避免盆体内土壤过涝。当保水成分发生溶胀，在生物炭载体作用下缓慢释水，避免过旱，使得土壤底部始终充满水分，智能缓释调节水分供给，促进作物根部吸收发育，向下生长固定。

38、进一步地，在后续的养护过程中，普通浇灌纯水和雨水可直接通过土壤表面施加，外源补充成分(例如中微量元素溶液、菌粉溶液等)通过从水肥通道的入口添加。在使用过程中，大部分投入品会保持在肥料圈和保水支撑件对应的腔体内，少部分会从通孔和交换孔中溢出，这种情况也有利于增加土壤有机质，起到改善酸性土壤，增强土壤透气性，增强作物抗逆性等效果。

39、进一步地，该盆栽装置的使用方法可以根据植物或作物不同的生长周期进行灵活的调节。例如，在作物生长初期，可以直接施肥在该盆栽装置内部土壤的中上层；而当作物植株生长较大，根系茂密时，根区追肥困难较大，借助该盆栽装置可直接将肥水施入盆栽土壤中下部位，更好的满足作物生长需求。

40、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

41、(1)本发明提供的一种设有生物炭基土壤保肥保水投入品的盆栽装置，将生物炭基土壤保肥保水投入品与盆栽结构的改进相结合，起到了上层控水、中层存水释肥，下层智能协同保水释水的技术效果，为盆栽作物生长提供更有利更精准的水肥和营养条件，解决了现有的盆栽种植过程中肥料和水分的添加难以实现精准控制的问题。

42、(2)本发明提供的设有生物炭基土壤保肥保水投入品的盆栽装置在使用过程中，与大规模使用炭基保水剂等材料的方案相比，可以有效减少保水剂用量，降低投入品对环境的污染；对于肥料，不仅可以缓释，且可根据作物的生长需求定向释肥。本发明构建了多层次保水保肥体系，满足盆栽土壤不同位置的肥水需求，保证作物整个生长周期充足的养分供给。在本发明的生物炭基投入品和盆栽装置的共同作用下，土壤ph值上升，有效肥料释放时间延长，土壤含水率和有机质增加，促进作物增产丰收，具有广阔的推广及应用前景。