一种提升干旱地区土壤保水性能的生物炭基藻菌共生体保水材料及其制备方法

本发明属于土壤改良，尤其涉及一种提升干旱地区土壤保水性能的生物炭基藻菌共生体保水材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着资源的日益紧张，农业发展面临着诸多挑战。农业水资源短缺、土壤退化等问题，导致市场供给不足，农业可持续发展受限，农业效益和农民收入有待提高。全国范围内，农业水资源短缺问题日益严重。为了满足不断增长的粮食需求，需要采取有效的措施来提高水分的利用效率，节约水资源。因此随着农业的发展，保水材料市场需求呈现不断增长的趋势。

2、保水材料通过提高水分利用效率和农作物产量，降低生产成本和风险，改善农产品品质和安全水平，为农民带来更多的收益和经济效益，同时，也为农业产业的可持续发展注入新的活力。传统的保水材料在性能和使用寿命等方面存在一定局限性，无法满足市场的需求，因此为了增加干旱地区农民收入和农业效益，亟需一种新型的保水材料。

3、紫茎泽兰在上世纪40年代紫茎泽兰由中缅边境传入中国云南南部，现云南80％面积的土地都有紫茎泽兰分布，且西南地区的云南、贵州、四川、广西、西藏等地都有分布，大约以每年10-30公里的速度向北和向东扩散，紫茎泽兰的快速扩散带来极大的生态危机。作为一种入侵物种，紫茎泽兰大肆侵占农田耕地资源，严重影响了农作物的种植，而大部分欠发展地区选择以焚烧粗放的方式进行处理，不能有效利用的同时还给生态环境带来巨大的危害。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种提升干旱地区土壤保水性能的生物炭基藻菌共生体保水材料及其制备方法。

2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、本发明的技术方案之一：

4、一种提升干旱地区土壤保水性能的生物炭基藻菌共生体保水材料，原料包含藻菌共生体和生物炭，所述生物炭为紫茎泽兰生物炭，所述藻菌共生体为小球藻和巴氏葡萄球菌的共生体。

5、进一步地，所述藻菌共生体中小球藻和巴氏葡萄球菌的质量比为7:3，制备方法包括以下步骤：将小球藻和巴氏葡萄球菌用固体培养基培养至对数期，分别挑取小球藻和巴氏葡萄球菌单菌落一同接种至tap培养基中，摇床光照培养，弃去上清液，继续光照培养，得到所述藻菌共生体。

6、更进一步地，所述藻菌共生体中小球藻的含量为110亿cfu，巴氏葡萄球菌的含量为170亿cfu。

7、更进一步地，所述摇床光照培养的光照强度为150μmol/m2﹒s，光照来源为白色led灯管，培养温度为30℃，摇床转速为150r/min；所述光照培养的光照强度为100μmol/m2﹒s，光照来源为白色led灯管，培养温度为30℃。

8、小球藻可以利用巴氏葡萄球菌产生的代谢产物作为营养物质，而巴氏葡萄球菌可以利用小球藻产生的氧气进行呼吸作用，小球藻可以产生γ－氨基丁酸，利用巴氏葡萄菌体内较高的酶活性，在谷氨酸脱羧酶的作用下，将谷氨酸脱羧形成γ－氨基丁酸，然后在γ－氨基丁酸转氨酶、琥珀酸半醛脱氢酶作用下，γ－氨基丁酸进入下游的分解过程生成琥珀酸半醛、琥珀酸参与巴氏葡萄球菌的生理代谢，促进固态代谢产物的形成，形成微生物营养物质的供给库，这种互利共生的关系可以促进微生物的生长和代谢，充分将两者生态功能发挥出来，可有效提高土壤改良速度土壤的修复能力。

9、进一步地，所述紫茎泽兰生物炭的制备方法包括以下步骤：

10、将紫茎泽兰原生物质于自然状态下风干，粉碎得到紫茎泽兰原料，之后在700℃、升温速率为5℃/min的条件下炭化3h，得到所述紫茎泽兰生物炭。

11、紫茎泽兰生物炭对土壤有很好的改良作用，呈碱性，施入土壤可提高酸性土壤ph值。紫茎泽兰生物炭具有复杂的多孔隙结构和较大的比表面积，施入土壤可增大土壤通透性、改善土壤团聚体，吸附更多的水分和养分离子，提高土壤水容量和养分吸持容量，复杂的孔隙结构还能够作为微生物及其有效养分的载体，有利于土壤中微生物群落生长。紫茎泽兰生物炭中含有一定量的易分解有机化合物，土壤微生物可以将其作为碳源，提高土壤微生物的生物量和活性。

12、进一步地，包括以下重量份数的原料：紫茎泽兰生物炭72～78份、藻菌共生体10～15份、吸水性树脂10～12份、粘合剂1～2份、交联剂0.01份和引发剂0.3份。

13、更进一步地，所述吸水性树脂为聚丙烯酰胺-凹凸棒土吸水性树脂，所述交联剂为n，n′-亚甲基双丙烯酰胺，所述引发剂为过硫酸铵。

14、凹凸棒土富含亲水基团，聚丙烯酰胺具备较好的保水性能，由两者配制而成的复合材料具有较好的保水性能。

15、更进一步地，所述粘合剂按重量份数计，包括100～150份淀粉、3～5份聚乙烯醇、1～3份丙三醇、8～10份双氧水和1～2份硼砂，粘度为25～30mpa﹒s。粘合剂能够与各种物质形成牢固的粘结，在土壤中易于降解，避免产生生态环境污染，有利于粘合对象各性能的充分发挥。

16、更优选地，所述粘合剂按重量份数计，包括150份淀粉、3.5份聚乙烯醇、2份丙三醇、9份30％双氧水和2份硼砂，粘度为30mpa﹒s。

17、进一步地，包括以下重量份数的原料：紫茎泽兰生物炭72份、藻菌共生体15份、吸水性树脂10份、粘合剂2份、交联剂0.01份和引发剂0.3份。

18、本发明的技术方案之二：

19、一种所述的提升干旱地区土壤保水性能的生物炭基藻菌共生体保水材料的制备方法，包括以下步骤：

20、按重量份数称取所述原料，将吸水性树脂与紫茎泽兰生物炭混合后加入交联剂和引发剂，搅拌均匀后加水，水浴加热，烘干，粉碎过筛得到生物炭复合材料，将所述生物炭复合材料进行造粒，造粒的过程加入粘合剂，并喷施藻菌共生体，得到所述提升干旱地区土壤保水性能的生物炭基藻菌共生体保水材料。

21、进一步地，所述水浴加热的温度为30℃，所述烘干的温度为80℃。

22、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

23、(1)本发明以紫茎泽兰为原生物质，相对于玉米秸秆、葡萄藤、红薯藤等制备出来的生物炭，其保水性能优异，经济效益、生态环境效益方面都有较高的突出优势；以便于获取的紫茎泽兰为生物炭原料，还将有利于将该类入侵物种有效利用，将危害物种转变为可利用资源，减少危害的同时服务人类，将闲置且无法利用的资源进行有效利用。

24、(2)本发明首次将菌藻共生体引入生物炭基保水材料的研发路径，拓展了保水材料的性能，藻菌共生体的加入将加速土壤的改良，有利于生物的快速生长，使得土壤保水材料功能更加完善。

25、(3)本申请在制备过程中对紫茎泽兰生物炭使用皂化的吸水性树脂进行改性，大幅增加了生物炭表面的羟基离子，对生物炭的亲水官能团进行了改性，极大增强了对水分子的吸附能力。

26、(4)本发明制备得到的保水材料适用于干旱河谷地区缺水性土壤，针对性强，具有推广应用价值。

技术特征：

1.一种提升干旱地区土壤保水性能的生物炭基藻菌共生体保水材料，其特征在于，原料包含藻菌共生体和生物炭，所述生物炭为紫茎泽兰生物炭，所述藻菌共生体为小球藻和巴氏葡萄球菌的共生体。

2.根据权利要求1所述的提升干旱地区土壤保水性能的生物炭基藻菌共生体保水材料，其特征在于，所述藻菌共生体中小球藻和巴氏葡萄球菌的质量比为7:3，制备方法包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的提升干旱地区土壤保水性能的生物炭基藻菌共生体保水材料，其特征在于，所述摇床光照培养的光照强度为150μmol/m2﹒s，光照来源为白色led灯管，培养温度为30℃，摇床转速为150r/min；所述光照培养的光照强度为100μmol/m2﹒s，光照来源为白色led灯管，培养温度为30℃。

4.根据权利要求1所述的提升干旱地区土壤保水性能的生物炭基藻菌共生体保水材料，其特征在于，所述紫茎泽兰生物炭的制备方法包括以下步骤：

5.根据权利要求1所述的提升干旱地区土壤保水性能的生物炭基藻菌共生体保水材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：

6.根据权利要求5所述的提升干旱地区土壤保水性能的生物炭基藻菌共生体保水材料，其特征在于，所述吸水性树脂为聚丙烯酰胺-凹凸棒土吸水性树脂，所述交联剂为n，n′-亚甲基双丙烯酰胺，所述引发剂为过硫酸铵。

7.根据权利要求5所述的提升干旱地区土壤保水性能的生物炭基藻菌共生体保水材料，其特征在于，所述粘合剂按重量份数计，包括100～150份淀粉、3～5份聚乙烯醇、1～3份丙三醇、8～10份双氧水和1～2份硼砂。

8.根据权利要求5所述的提升干旱地区土壤保水性能的生物炭基藻菌共生体保水材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：

9.一种权利要求1～8任一项所述的提升干旱地区土壤保水性能的生物炭基藻菌共生体保水材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的提升干旱地区土壤保水性能的生物炭基藻菌共生体保水材料的制备方法，其特征在于，所述水浴加热的温度为30℃，所述烘干的温度为80℃。

技术总结本发明提出了一种提升干旱地区土壤保水性能的生物炭基藻菌共生体保水材料及其制备方法，属于土壤改良技术领域。该保水材料原料包含藻菌共生体和生物炭，所述生物炭为紫茎泽兰生物炭，所述藻菌共生体为小球藻和巴氏葡萄球菌的共生体，还包括吸水性树脂、粘合剂、交联剂和引发剂。本发明以紫茎泽兰为原生物质，将危害物种转变为可利用资源，同时首次将菌藻共生体引入生物炭基保水材料的研发路径，拓展了保水材料的性能，藻菌共生体的加入将加速土壤的改良，有利于生物的快速生长，使得土壤保水材料功能更加完善，本发明制备得到的保水材料适用于干旱河谷地区缺水性土壤，针对性强，具有推广应用价值。技术研发人员：郑学昊,张志清受保护的技术使用者：西华师范大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15