一种生物有机硅液体肥及其制备方法与流程

本发明属于肥料，具体是指一种生物有机硅液体肥及其制备方法。

背景技术：

1、硅元素是植物正常生长发育阶段所必需的中量营养元素之一，对于促进植物生长、增强植物抗逆性、改善土壤物理化学性质等方面发挥着重要作用；在农业生产过程中，充分利用硅元素对植物的多方面作用，不仅有助于提高作物产量和品质，同时也有利于改善植物对环境胁迫的适应能力，从而促进农业生产的可持续发展；传统的硅肥一般为非水溶性硅肥，分解速度较慢、溶解性小、难以被作物所吸收利用等问题，因此，现有技术关于硅肥的研究转向水溶性硅肥，水溶性硅肥是以一种能够溶于水，可以被植物直接吸收的硅肥，然而，水溶性硅肥通过淋滤流入水体，降低了植物对硅元素的有效吸收，造成环境污染和资源浪费，控制肥料中硅的释放，可以提高硅的利用率，并能防止水土污染。

2、由于液体肥料不会出现类似固体肥料容易吸潮结块等问题，并且液体肥料生产成本较低，功能配方更容易调整，具有速溶、均匀的特点，因此，液体肥料越来越受到人们的青睐，在灌溉技术和自动化施肥领域中得到广泛应用。

3、因此，如何提供一种具有稳定性强、营养成分不易流失、能够缓释放营养成分、对土壤起到保水保肥效果、价格低廉的生物有机硅液体肥并将其应用于作物种植中，使得提高作物品质和产量是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种生物有机硅液体肥及其制备方法，本发明通过将硅元素和纳米二氧化硅作为水凝胶芯，将其由膨润土、nh4cl和木薯淀粉形成的水凝胶内膜和由苯甲醛和苯硼酸双修饰的聚乙烯醇接枝到壳聚糖中并添加聚多巴胺溶液形成的水凝胶外膜稳定包覆，得到具有光敏性的水凝胶基肥；将秸秆、禽畜粪以及厨余垃圾等废弃有机质与发酵菌液共同发酵，得到有机质发酵液；水凝胶基肥与有机质发酵液协同作用后的液体肥具有提高肥料活性化成分的稳定性，使其不易流失营养成分，进而实现缓慢释放肥料营养成分且提高土壤保水保肥能力的技术效果，并将此液体肥应用于作物种植中，实现提高作物品质和产量的技术效果。

2、为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：本发明提出了一种生物有机硅液体肥，所述液体肥包括如下重量份的组分：水凝胶基肥50-80份、有机质发酵液30-50份、尿素14-20份、木质素磺酸钠12-18份、腐殖酸10-14份、增稠剂5-7份、乳化剂1-3份；

3、所述水凝胶基肥包括水凝胶芯和水凝胶膜；

4、所述水凝胶芯为质量比为10:1-2的硅元素和纳米二氧化硅的复合体系；

5、所述水凝胶膜包括水凝胶内膜和水凝胶外膜；

6、所述水凝胶内膜基材包括以下重量份的组分：膨润土7-10份、nh4cl2-3份和木薯淀粉1-2份；

7、所述水凝胶外膜由苯甲醛和苯硼酸双修饰的聚乙烯醇接枝到壳聚糖中并添加聚多巴胺溶液形成的；

8、优选地，所述增稠剂包括以下重量份的组分：羧甲基纤维素钠2-3份和黄原胶3-4份；

9、优选地，所述乳化剂包括十二烷基苯磺酸钠、阿拉伯树胶、卵磷脂、羊毛脂、脂肪酸皂中的至少一种；

10、优选地，所述水凝胶基肥的制备方法具体包括以下步骤：

11、s1、将膨润土进行研磨、干燥、过150目筛，添加nh4cl和木薯淀粉进行混合均匀，得到水凝胶内膜基材，加入氧化反应液，得到水凝胶内膜；

12、s2、将聚乙烯醇溶于90-100℃水，得到聚乙烯醇溶液；将4-羧基苯硼酸频那醇酯溶于无水二甲基亚砜，得到4-羧基苯硼酸频那醇酯溶液；将3,4-二羟基苯甲醛溶于聚乙烯醇溶液后，加入4-羧基苯硼酸频那醇酯溶液，加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺和n-羟基丁二酰亚胺，在80-90℃、1000-1500rpm下搅拌进行超声处理40-60min，得到预处理反应液；

13、s3、将壳聚糖溶于质量分数为1%的醋酸水溶液中，得到壳聚糖溶液，加入s2所得预处理反应液，添加光引发剂，在室温、500-700rpm下搅拌20-24h，在ph为8.0的磷酸盐缓冲液中透析1-2d，以6000-8000rpm下离心8-10min，收集上清液，得到反应液；

14、s4、将聚多巴胺溶解在ph为7.0的tris-hcl缓冲液中，得到聚多巴胺溶液，加入s3所得反应液，混合均匀，紫外光交联，得到水凝胶外膜；

15、s5、将硅元素和纳米二氧化硅进行混合，加入至s1所得水凝胶内膜中进行溶解2-3h后，加入s4所得水凝胶外膜，在室温、100-300rpm下搅拌4-6h，减压抽滤、干燥过筛，得到水凝胶基肥。

16、优选地，在s1中，所述氧化反应液为体积比为1:1-3的nano3水溶液和h2o2水溶液；

17、优选地，在s1中，所述水凝胶内膜基材与氧化反应液的质量体积比为10-15g:50-60ml；

18、优选地，在s2中，所述聚乙烯醇在水中的添加量为0.1-0.2g/ml；

19、优选地，在s2中，所述4-羧基苯硼酸频那醇酯在无水二甲基亚砜中的添加量为12-16mg/ml；

20、优选地，在s2中，所述3,4-二羟基苯甲醛、聚乙烯醇、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺和n-羟基丁二酰亚胺的质量比为10-30:10-20:1-2:0.6-0.8；

21、优选地，在s3中，所述壳聚糖在醋酸水溶液中的添加量为5-10mg/ml；

22、优选地，在s3中，所述光引发剂为质量浓度为0.1%的苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰亚膦酸锂，在预处理反应液和壳聚糖溶液的混合液中的添加量为0.4-0.6mg/ml；

23、优选地，在s4中，所述聚多巴胺溶解在tris-hcl缓冲液中的添加量为6-10mg/ml；

24、优选地，在s4中，紫外光交联处理中，功率为100-300w，照射时间为10-20min；

25、优选地，在s5中，所述硅元素包括硅酸钾、硅酸钙和硅酸钠中的至少一种；

26、优选地，在s5中，所述纳米二氧化硅的粒径为10-50nm；

27、优选地，所述有机质发酵液的制备方法具体包括以下步骤：

28、将秸秆、禽畜粪和厨余垃圾分选除杂，粉碎，加水打浆，加入发酵菌液，搅拌均匀，在36-48℃下发酵1-3d后升温至50-60℃，供氧反应5-7天，降至常温，静置5-7天，过滤除渣得到有机质发酵液；

29、优选地，所述秸秆包括玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆和油菜秸秆中的至少一种；

30、优选地，所述禽畜粪包括牛粪、羊粪和鸡粪中的至少一种；

31、优选地，所述厨余垃圾包括废弃食材、厨余果皮、水果蔬菜残次品中的至少一种；

32、优选地，所述秸秆、禽畜粪、厨余垃圾和水的质量体积比为3-5g:4-8g:1-3g:12-20ml；

33、优选地，所述发酵菌液由质量比为3:2:1的地衣芽孢杆菌液、植物乳杆菌液和埃氏慢生根瘤菌液混合形成，发酵菌液的添加量为秸秆总量的2-3%，且发酵菌液中发酵菌剂的活菌数均≥105cfu/ml。

34、地衣芽孢杆菌会产生吲哚乙酸植物生长素和赖氨酸、色氨酸等植物所需有机氮源，有助于增强植物根系发育，提高植物的养分吸收能力和抗逆性，地衣芽孢杆菌还具有抑制土传病原菌的能力，可以降低土壤中病原菌的数量，减少植物的病害发生；植物乳杆菌能够产生有益的抗生素，有助于抑制有害微生物的生长，维持土壤微生物群落的平衡，促进土壤有益微生物的生长，分解土壤中的有机物质，释放出有益的养分供植物吸收利用，促进作物生长；埃氏慢生根瘤菌与植物具有共生关系，能够提高植物的抗逆性，增强植物对逆境环境的适应能力，如抗病虫、耐盐碱等能力，有助于改善植物的生长状况和增强植物的生存率；地衣芽孢杆菌、植物乳杆菌和埃氏慢生根瘤菌协同作用，与废弃有机质共同发酵，得到有机质发酵液，有助于提高土壤通气性和保水性，有利于土壤微生物的平衡发展，促进植物健康生长。

35、本发明还提供了一种生物有机硅液体肥制备方法，具体包括如下步骤：

36、将水凝胶基肥和有机质发酵液进行混合，在室温、300-500rpm下搅拌30-40min后，加入尿素、木质素磺酸钠、腐殖酸、增稠剂和乳化剂，继续在室温、1000-1200rpm下搅拌40-60min，得到生物有机硅液体肥。

37、本发明取得的有益效果如下：

38、本发明将膨润土、nh4cl和木薯淀粉进行混合，加入氧化反应液，得到水凝胶内膜；膨润土具有优良的吸水性和保水性，可以帮助储存水分并逐渐释放给作物，保持土壤湿润度；氯化铵作为一种氮肥，提供植物所需的氮元素，促进植物的生长和发育；木薯淀粉作为一种生物降解材料，可以在土壤中降解为有机物，对环境友好，同时也能为作为提供营养物质；三者协同作用，通过阳离子交换、表面吸附、络合等方式，提高氮肥利用率、提高土壤ph和持水保水能力、固定重金属，将重金属转化为较低的生物利用度状态，降低重金属对土壤的污染影响，有助于提高土壤健康状态；通过将3,4-二羟基苯甲醛和4-羧基苯硼酸频那醇酯双修饰的聚乙烯醇接枝到壳聚糖中并添加聚多巴胺溶液，得到水凝胶外膜；3,4-二羟基苯甲醛的醛基与壳聚糖的氨基之间发生席夫碱反应，3,4-二羟基苯甲醛的羟基与4-羧基苯硼酸频那醇酯的硼酸之间形成硼酸酯键，4-羧基苯硼酸频那醇酯的羧基与聚多巴胺的氨基之间发生酰胺化反应，通过席夫碱、硼酸酯键和酰胺化的动态作用进行多种交联形成具有复杂多孔交联结构的水凝胶外膜，并通过聚乙烯醇和聚多巴胺引入双键和邻苯二酚基团的方式，使水凝胶外膜具有光敏性特点，通过4-羧基苯硼酸频那醇酯引入硼酸酯键的方式，一方面提高水凝胶的凝胶强度，从而增加体系的机械性能，有助于提高硅元素和纳米二氧化硅的稳定性，另一方面硼酸酯键作为缓释剂，具有延缓释放水凝胶基肥的活性成分的作用；将硅元素和纳米二氧化硅先后用水凝胶内膜和水凝胶外膜进行包覆，得到具有光敏性的水凝胶基肥，水凝胶基肥一方面能够帮助土壤起到持水保水作用，另一方面通过水凝胶的方式将硅肥活性成分稳定包覆在膜材料内，使其不易流失营养成分，进而实现缓慢释放肥料营养成分的技术效果；将秸秆、禽畜粪以及厨余垃圾等废弃有机质与发酵菌液共同发酵，得到有机质发酵液，生活中大部分农田和生活中的废弃物作为垃圾被收集填埋或弃置于土壤上，废弃有机质不仅占用大量的土地面积，而且容易繁殖和传播病菌，给环境带来许多不良影响，本发明充分利用废弃的有机质，将其变废为宝，提高废弃物的附加值，节约成本，有利于保护生态环境，符合可持续发展理念；水凝胶基肥与有机质发酵液协同作用后的生物有机硅液体肥中有效硅含量高，作物吸收效果好，可迅速的为玉米补充硅营养，能够提高硅养分的利用率，提高玉米的产量和品质；本发明所制备的液体肥制备工艺流程简单，原料均无毒无害，绿色环保，液体肥可用于喷灌和滴灌系统，省时、省工、省肥，使用方便。