CN107556110A - 一种保水基质及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种保水基质及其制备方法和应用。一种保水基质，包括土壤、吸水树脂、植物发酵物、珍珠岩、蛭石和纤维载体；其中，所述土壤、所述吸水树脂、所述植物发酵物、所述珍珠岩和所述蛭石的重量比为60～75:0.3～0.4：50～70:5～7:10～12；所述纤维载体为椰糠和/或聚酯纤维。本发明的保水基质具有吸水倍率高、保水时间长、可快速固化、营养丰富、提高植物耐寒性等特点。

Description

一种保水基质及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及种植领域，尤其是涉及一种保水基质及其制备方法和应用。

背景技术

城市立体绿化是城市绿化的重要形式之一，是改善城市生态环境，丰富城市绿化景观重要而有效的方式。发展立体绿化，能丰富城区园林绿化的空间结构层次和城市立体景观艺术效果，有助于进一步增加城市绿量，减少热岛效应，吸尘、减少噪音和有害气体，营造和改善城区生态环境；还能保温隔热，节约能源，也可以滞留雨水，缓解城市下水、排水压力。

世界各地的许多城市十分重视立体绿化。在日本，东京都政府就颁发了城市绿化法律，法律规定在设计大楼时必须提出绿化计划书；随后又制定了“都市建筑物绿化计划指南”，使城市绿化更为具体。东京都市绿化运动是由东京建设、造景等48家公司组成的高档天台开发研究会率先兴起的，它得到了东京都政府的大力支持。在新加坡，到处是郁郁葱葱的植被，立体绿化让建筑物淹没在一片绿色之中。在美国，芝加哥屋顶花园也十分普及，芝加哥环境部决定设计建造各种屋顶花园，这样可以节省市政府在夏季的开销，每年节省下的4000万美元降温费用于建筑新屋顶，其寿命比传统屋顶长一半。设计多层特制土壤，并用聚苯乙烯材料、蛋壳形锥体和防水薄膜等防止屋顶不能承受土壤、洒水和植物的总重量而发生的渗漏。屋顶花园将种植野洋葱、红花山桃草、天蓝色翠菊和野牛草等各种植物。匈牙利的布达佩斯也是繁花似锦的花园城市，该市居民楼的每户阳台上布满藤蔓植物，每个楼梯上及转弯平台处也摆放盆盆鲜花。世界上还有不少的国家规定，城市不准建砖墙、水泥墙，必须营造“生态墙”。具体做法是沿墙等距离植树，中间以攀缘爬藤类花草，辅以铁艺网，这样省工、省料，又实用的形式，既达到了垂直绿化效果，而且可以起到透绿的作用；也可以在墙体外墙进行挂袋、装盒，然后在袋和盒中装上基质，栽植植物，形成立体绿化强。立体绿化不仅可以对人产生良好的心理效果，而且可以改善环境，净化空气，美化城市，同时对建筑物本身起到隔热节能和降低噪音的作用。

我国各省市区许多城市也开始重视立体绿化。在广东，东莞市首先引进立体花墙，在国内引起轰动效益，其后众多立体绿化模式限速蔓延，立体花墙绿化是绿色建筑根本，对高空客气质量有较为显著的改善，立体墙体绿化不仅可以净化空气，大幅度提高负氧离子含量，其特点防辐射、除甲醛、流通空气提高艺术修养，陶冶生活情操等。在上海，上海世博会上的植物墙和屋顶绿化夺人眼球，从此中国台湾以及大陆地区涌现出一大批优秀的立体绿化企业，具有代表性的技术有链模盆组技术、模块种植技术、植物袋种植技术，这些技术成功的在上海、武汉、广州、杭州等城市得到广泛的应用，并且得到广大市民一致认可。目前北京、郑州、长沙、常德等城市也先后启动了以立体绿化为主要内容的海绵城市建设。

但是目前绿化所用的基质由生活污泥或畜禽粪便组成，卫生条件堪忧，并且基质的保水效能低。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种保水基质，所述的保水基质具有吸水倍率高、保水时间长、可快速固化、营养丰富、提高植物耐寒性等特点。

本发明的第二目的在于上述保水基质的制备方法，所述的制备方法能够改善基质的空间网络结构，使其更接近土壤团粒结构。

为了解决以上技术问题，本发明提供了以下技术方案：

一种保水基质，包括土壤、吸水树脂、植物发酵物、珍珠岩、蛭石和纤维载体；

其中，所述土壤、所述吸水树脂、所述植物发酵物、所述珍珠岩和所述蛭石的重量比为60～75:0.3～0.4：50～70:5～7:10～12；

所述纤维载体为椰糠和/或聚酯纤维，优选椰糠和聚酯纤维。

本发明的上述保水基质具有以下特点：

1、多层次的保水特点：

首先，土壤、植物发酵物、珍珠岩和蛭石具有不同的粒径尺寸，利用四种材料间的尺寸差别形成具有层次的吸水和放水空间体系，近似水能自然流动的微型水库，使基质中的水分既相对保持又能自由移动。其次，吸水树脂能够快速吸水和持久保水，是一种独具三维网状结构的有机高分子聚合物。该材料具有吸水和保肥、疏松土壤等性能，能迅速吸收水分，膨胀为水凝胶，然后缓慢释放水分，供种子发芽与植物生长。但是吸水树脂需适量加入，若加入量过多则基质容重不足，且疏松、粘结性不强，紧实度差，若加入量过少则基质不能成块。第三，纤维载体形成的网络结构具有一定的蓄水作用。

2、极强的透气性：

首先，土壤、植物发酵物、珍珠岩和蛭石形成的多层次的空间结构不仅能蓄水，而且透气；其次，纤维载体也有一定的孔隙率，能够透气。

3、营养丰富：

植物发酵物提供使植物健康生长的富里酸、胡敏酸和胡敏素，尤其是胡敏酸具有能将基质中珍珠岩、土壤中的矿物质快速释放的功能。土壤提供根系的矿质元素，还富含磷、钾与微量元素，改善营养环境。

4、团粒结构：

如上文所述，本发明所采用的材料能够搭配形成透气透水的网络结构，该结构充分模拟了原生态土壤的团粒结构，利于作物生长。

5、不板结：

本发明的所有材料协同作用，形成松弛有度的结构，具有一定的粘性，而在干燥时又不会板结，尤其适合立体绿化栽培。

6、固化速度快：

以纤维为载体，提高了基质的固化速度。

7、提高了植物耐寒性：

吸水树脂降低了基质内水分的冰点，可以减缓植物根系受冻。

综上所述，本发明采用土壤、植物发酵物、珍珠岩、蛭石和纤维载体之间的协同作用，形成基质的土壤毛细管，总孔隙度为56％～58％，非毛管孔隙度10％～12％，毛管孔隙度45％～47％，以上结构提高了基质的吸水率，相比草炭土与珍珠岩的混合物提高了12倍以上，还延长了保水时间，在20～40℃通风烘干情况下，保水时间延迟37小时。

本发明中，植物发酵物提供植物健康生长的富里酸、胡敏酸和胡敏素，尤其是胡敏酸具有能将珍珠岩、土壤中的矿物质快速释放的功能；草炭土提供植物根系具有产生根系分泌物后，进入根系主动吸收后的营养供给；珍珠岩提供根系生长所需的空气，形成基质的疏松状态；蛭石提供根系空气与水分的动态平衡环境；吸水性树脂：提供植物移栽后根系通过渗透与扩散作用被动吸收阶段所需的水分，帮助根系快速生长。

以上保水基质还可以进一步改进，以改善技术效果，例如：

优选地，所述土壤、所述吸水树脂、所述植物发酵物、所述珍珠岩和所述蛭石的重量比为60～70:0.35～0.4：50～60:6～7:10～11。

改善这五种成分的配比，可以提高协同作用，完善基质的毛细管结构。

优选地，所述椰糠和所述聚酯纤维的重量比为3～4:4～8。

所述椰糠和所述聚酯纤维为两个层级的架桥结构，椰糠形成第一级的网状结构的骨架；聚酯纤维为第二级次的网格，连接骨架与基质材料(所述土壤、所述吸水树脂、所述植物发酵物、所述珍珠岩和所述蛭石)。另外，第一级次纤维——椰糠与基质混匀，起到通透空气、水分的作用。基质在该状态下，只要水分定时供应充足，植物完全可以生长。第二级次与植物纤维和基质之间的立体网络能够提高基质的强度，降低固化难度，一般通过蒸汽加压技术即可定型。

聚酯纤维还可以分为两个层级的网络结构，具体如下：

优选地，所述聚酯纤维包括长聚酯纤维和短聚酯纤维；

所述长聚酯纤维为PET复合三维中空聚酯纤维；

所述短聚酯纤维为PET复合亲水型三维中空聚酯纤维；

优选地，所述长聚酯纤维和所述短聚酯纤维的质量比为2～4:2～4。

长聚酯纤维作为第二层级的网格，连接椰糠和短聚酯纤维。短聚酯纤维作为第三层级的网格，连接长聚酯纤维和基质材料。这样通过更多层次的网格可以为植物根系提供更好的空气与水的动态平衡环境，而且基质更接近土壤团粒结构。

优选地，所述植物发酵物为木本植物发酵物。

木本植物发酵物中的胡敏酸含量更高。

优选地，所述植物发酵物中胡敏酸的含量为10wt％以上。

优选地，所述植物发酵物由以下方法制得：向植物废弃物中添加放线菌发酵。

该发酵方式简单，而且代谢生成的富里酸、胡敏酸和胡敏素更多。

在发酵时，为了提高发酵效率，可以将植物废弃物的含水量调至50～60％(指重量)，也可以调节碳氮比，以适宜加入的放线菌的繁殖。

另外，在发酵过程中，每隔一段时间翻动依次，增加含氧量。

优选地，所述放线菌为灰色链霉菌。

优选地，所述土壤为紫色土和/或草炭土；优选紫色土和草炭土以10～15:50～60的重量比组成。

紫色土富含钙质(碳酸钙)和磷、钾等营养元素，很肥沃；草炭土腐殖质含量高，质轻。将紫色土和草炭土以10～15:50～60的重量比混合后，营养更丰富，保水效果更好。

优选地，所述吸水树脂选自聚丙烯酸钠高分子吸水性树脂。

该树脂的吸水倍率快，而且不会因吸水过度膨胀而降低基质强度。

本发明以上所有方案所述的保水基质均可以用于任意作物的载体，例如立体绿化种植或果树栽培。

本发明以上所有方案所述的保水基质均可以采用以下方法制得：

按照配方，将所有原料混匀，干燥。

该工艺简单，无需加入其它添加剂或定型剂，便于工业化生产。

为了增加基质的轻度，解决杀菌、纤维漂浮污染问题，可采用以下方式混合。

优选地，所述混匀的方法为：先将所述土壤、所述植物发酵物、所述珍珠岩和所述蛭石混合，然后边通入水蒸气边向其中加入所述纤维载体，之后加入吸水树脂。

综上，与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：

(1)本发明提高了基质的吸水倍率，至少提高了12倍；

(2)本发明减缓了基质的蒸发速率，在20～40℃通风烘干情况下，保水时间至少延迟37小时；

(3)本发明与常见的栽培基质相比，可以快速固化成型；

(4)本发明采用经发酵的木本植物粉碎物使基质内部产生丰富的富里酸、胡敏酸和胡敏素，可以改善植物的矿物营养环境；

(5)本发明采用的吸水树脂，降低了基质内水分的冰点，可以减缓植物根系受冻；

(6)本发明的操作工艺简单，便于工业化生产。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

一种保水基质：

1.木本植物粉碎发酵

将林业生产中的树枝、木屑等木本植物废弃物进行废碎，废碎至直径不超过2～3cm的木屑。将其含水量调至50％～60％，调节C/N比，添加灰色链霉菌放线菌，每11～17天翻动一次，使胡敏酸的含量达到10％以上即可。

2.按比例添加草炭土、珍珠岩、蛭石、紫色土

按照珍珠岩、蛭石、草炭土、紫色土、植物发酵物质量为5kg、12kg、50kg、10kg、70kg添加。该比例可以丰富土壤毛细管，使基质块中水分既相对保持，又能自由移动。

3.一次搅拌

本次搅拌速度为40-60转/min。

4.按比例添加椰糠、长聚酯纤维、高强度短聚酯纤维

按照椰糠、PET复合三维中空聚酯纤维、PET复合高强度亲水三维中空聚酯纤维；三级次纤维质量分比为4:2:4添加。该比例可以使基质形成空间网络结构，彻底改变种植基质松散的物理特性。固化后的基质可以在立体绿化的屋顶绿化工程中任意铺设；也可以在立体绿化的墙体绿化工程中借助设施简便施工。

5.蒸汽加热、二次搅拌

本次搅拌速度为30-50转/min。在加入椰糠、纤聚酯纤维、高强度短聚酯维的过程中，要在搅拌机内不间断充入水蒸气。

6.按比例添加充分吸水溶胀的吸水性树脂

先将聚丙烯酸钠高分子吸水性树脂充分溶胀，然后按照0.3kg的添加。吸水树脂可以避免植物的根系悬空，使植物移栽后根系通过渗透与扩散作用被动吸收阶段，帮助根系快速生长。

7.三次搅拌、压轧成模

本次搅拌速度为20-40转/min。在加入充分溶胀吸水树脂后，充分搅拌，挤压成模。

8.烘干成型

在20～40℃通风干燥情况下，使第三次搅拌、压轧成模的基质，烘干48～96小时，成型。亦可夏季在避雨棚下，搭建晾晒架，阴干成型，以节约能源。

实施例2

与实施例1的差别在于珍珠岩、蛭石、草炭土、紫色土、植物发酵物和吸水树脂的质量比不同，为7kg、10kg、60kg、15kg、50kg、0.4kg。

实施例3

与实施例1的差别在于珍珠岩、蛭石、草炭土、紫色土、植物发酵物和吸水树脂的质量比不同，为6kg、11kg、55kg、13kg、60kg、0.35kg。

实施例4

与实施例1的差别在于将草炭土全部替换为紫色土。

实施例5

与实施例1的差别在于将紫色土全部替换为草炭土。

实施例6

与实施例1的差别在于椰糠、PET复合三维中空聚酯纤维、PET复合高强度亲水三维中空聚酯纤维的比例不同，为3:4:2。

实施例7

与实施例1的差别在于椰糠、PET复合三维中空聚酯纤维、PET复合高强度亲水三维中空聚酯纤维的比例不同，为3:2:2。

对比例1

与实施例1的差别在于将紫色土、蛭石、植物发酵物质、吸水树脂、椰糠、PET复合三维中空聚酯纤维、PET复合高强度亲水三维中空聚酯纤维全部换为草炭土，即对比例1由草炭土、珍珠岩构成。

测试以上所有实施例所得基质的吸水和保水性能，结果如表1。

表1一种保水基质的吸水与保水效能

	吸水倍率(％)	保水时间(h)
			实施例1	3591	78
实施例2	3249	72
			实施例3	2907	55
实施例4	2052	44
			实施例5	2565	46
实施例6	2736	49
			实施例7	2668	48
对比例1	171	7

注：

吸水倍率的定义与测试方法为：

定义：单位质量或体积的基质能够吸收的水分与吸水剂自身的体积或质量的比成为吸水倍率。

测试方法：吸水倍率＝充分吸水后基质质量/充分吸水前基质质量×100％。

保水时间的测试方法为：保水时间＝将土壤盒内充分吸水的基质放置40℃烘箱内，通风烘干至基质相对持水量为0时所需时间。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种保水基质，其特征在于，包括土壤、吸水树脂、植物发酵物、珍珠岩、蛭石和纤维载体；

其中，所述土壤、所述吸水树脂、所述植物发酵物、所述珍珠岩和所述蛭石的重量比为60～75:0.3～0.4：50～70:5～7:10～12；

所述纤维载体为椰糠和/或聚酯纤维，优选椰糠和聚酯纤维。

2.根据权利要求1所述的保水基质，其特征在于，所述土壤、所述吸水树脂、所述植物发酵物、所述珍珠岩和所述蛭石的重量比为60～70:0.35～0.4：50～60:6～7:10～11。

3.根据权利要求1所述的保水基质，其特征在于，所述椰糠和所述聚酯纤维的重量比为3～4:4～8。

4.根据权利要求1或3所述的保水基质，其特征在于，所述聚酯纤维包括长聚酯纤维和短聚酯纤维；

所述长聚酯纤维为PET复合三维中空聚酯纤维；

所述短聚酯纤维为PET复合亲水型三维中空聚酯纤维；

优选地，所述长聚酯纤维和所述短聚酯纤维的质量比为2～4:2～4。

5.根据权利要求1所述的保水基质，其特征在于，所述植物发酵物为木本植物发酵物；

优选地，所述植物发酵物中胡敏酸的含量为10wt％以上。

6.根据权利要求1或5所述的保水基质，其特征在于，所述植物发酵物由以下方法制得：向植物废弃物中添加放线菌发酵；

优选地，所述放线菌为：灰色链霉菌。

7.根据权利要求1所述的保水基质，其特征在于，所述土壤为紫色土和/或草炭土；优选紫色土和草炭土以10～15:50～60的重量比组成。

8.根据权利要求1所述的保水基质，其特征在于，所述吸水树脂为聚丙烯酸钠高分子吸水性树脂。

9.权利要求1-8任一项所述的保水基质的应用，其特征在于，所述保水基质用于立体绿化种植或果树栽培。

10.权利要求1所述的保水基质的制备方法，其特征在于，按照配方，将所有原料混匀，干燥；

优选地，所述混匀的方法为：先将所述土壤、所述植物发酵物、所述珍珠岩和所述蛭石混合，然后边通入水蒸气边向其中加入所述纤维载体，之后加入所述吸水树脂。