CN112979361A - 一种无土栽培营养凝胶 - Google Patents

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Abstract

本发明属于栽培技术领域，具体涉及一种无土栽培营养凝胶；通过对海藻酸、壳聚糖的接枝改性，制成一种含有植物生长所需营养的水凝胶，能将所含养分缓慢释放，持续为植物的生长提供充足的养分，可以使根系呼吸到氧气，并且不受设备条件、地域环境等影响。

Description

一种无土栽培营养凝胶
技术领域
本发明属于栽培技术领域，具体涉及一种无土栽培营养凝胶。
背景技术
无土栽培，是指不用天然土壤而用基质等进行作物栽培及育苗的方法，主要应用在花卉苗木或者瓜果蔬菜生产上，与传统的土壤栽培相比，是一项省水省肥又省工的高产优质先进栽培技术，能提高作物产量与品质，避免土壤连作障碍，且不受地域等条件限制。现有无土栽培的主要形式为基质栽培、水培栽培和雾培栽培，基质栽培是将植物根系生长在固体基质内，通过输送营养液的形式使作物生长；水培栽培则是将植物根系直接与营养液接触，能稳定地为植物根系提供充足的养分；雾培栽培则是利用喷雾装置将营养液雾化，使植物的根系在封闭黑暗的栽培箱内，悬空于雾化的营养液环境中。
基质栽培存在养分前期充足，后期缺乏、保水性较差的问题，且许多基质采用的原料多为珍珠岩、椰壳、河沙等物质，保水性差，在浇水时易粉末化流失，制约了基质的使用范围和寿命。水培栽培由于植物根系长时间浸泡在营养液中，虽然为植物生长提供了持续而充足的营养，但根系所能接触到的氧气很少，也是不利于植物生长的。雾培栽培可以同时兼顾养分提供和所需氧气，但局限于栽培箱的体积、雾化设备等，限制了其的发展。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供了一种无土栽培营养凝胶。
具体是通过以下技术方案来实现的：
一种无土栽培营养凝胶，其组成按重量份计包括:有机物发酵液30-35份、亲水材料27-31份、草木灰12-14份、环氧氯丙烷12-15份、磷酸盐缓冲溶液20-22份、硫酸锌2-4份、硫酸铜2-4份、磷酸钙2-3份；
进一步，所述的有机物发酵液，其组成按重量份计包括：鸡粪20-22份、废弃菌渣21-24份、秸秆23-25份、枯草芽孢杆菌10-14份；
进一步,所述的有机物发酵液是经过两段发酵制成的；
进一步，所述的两段发酵方法为：
a.鸡粪以4倍重量水稀释先于28-30℃下发酵3-4天；
b.将秸秆干燥粉碎后与废弃菌渣混合加入步骤a中，于34-36℃下继续发酵5-7天，过滤，取滤液，混入枯草芽孢杆菌即得到有机物发酵液；
进一步，所述的亲水材料，其组成按重量份计包括：半胱氨酸10-12份、海藻酸2-6份、壳聚糖2-6份；
进一步，所述的磷酸盐缓冲溶液，其ph值为7.4-8.1；
一种无土栽培营养凝胶的制备方法，包括以下步骤：
a.将硫酸锌、硫酸铜、磷酸钙和草木灰溶于发酵液中，得溶液A；
b.将亲水材料中的海藻酸和壳聚糖溶于溶液A，，加入溶液重量50％的氢氧化钠，搅拌溶解后加热至60-65℃，加入半胱氨酸，缓慢滴入环氧氯丙烷，反应1-1.5h后过滤，调节滤液ph至5.0-6.0，用无水乙醇洗涤3-4次，于60-70℃下真空干燥得巯基接枝单体；
c.将巯基接枝单体在磷酸盐缓冲溶液中溶于二甲基亚砜中，50-55℃旋蒸，去离子水洗涤5-6次，烘干即得到无土栽培营养凝胶；
所述的凝胶可以作为制备基质的其中一种原料，也可直接使用。
综上所述，本发明的有益效果在于：本发明通过对海藻酸、壳聚糖的接枝改性，制成一种含有植物生长所需营养的水凝胶，能将所含养分缓慢释放，持续为植物的生长提供充足的养分，可以使根系呼吸到氧气，并且不受设备条件、地域环境等影响。
其中，采用鸡粪、废弃菌渣、秸秆进行发酵，对废弃资源进行了充分利用，且分两段发酵使得秸秆和废弃菌渣不至于过度发酵，发酵完成后添加枯草芽孢杆菌，使微生物能有充足的养分生长，保持活性。对海藻酸和壳聚糖用环氧氯丙烷接枝改性，同时添加半胱氨酸，可形成网络型聚合凝胶，在为植物提供营养的同时可以将营养物质包裹在高分子聚合物中，起到缓释的效果，同时经改性制成的凝胶其吸水性和保水性极强，在栽培过程中可以有效的保持根系湿度，保证植物生长所需的湿度和水分，同时又不妨碍其进行正常的呼吸作用。当此凝胶作为基质制备的其中一种组成时，由于其吸附性强，还可以将土壤或基质中的重金属元素吸收，避免对植物造成影响。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
实施例1
一种无土栽培营养凝胶，其组成按重量份计包括:有机物发酵液33份、亲水材料29份、草木灰13份、环氧氯丙烷13份、磷酸盐缓冲溶液21份、硫酸锌3份、硫酸铜3份、磷酸钙2份；
进一步，所述的有机物发酵液，其组成按重量份计包括：鸡粪21份、废弃菌渣23份、秸秆24份、枯草芽孢杆菌12份；
进一步,所述的有机物发酵液是经过两段发酵制成的；
进一步，所述的两段发酵方法为：
a.鸡粪以4倍重量水稀释先于29℃下发酵4天；
b.将秸秆干燥粉碎后与废弃菌渣混合加入步骤a中，于35℃下继续发酵6天，过滤，取滤液，混入枯草芽孢杆菌即得到有机物发酵液；
进一步，所述的亲水材料，其组成按重量份计包括：半胱氨酸11份、海藻酸4份、壳聚糖4份；
进一步，所述的磷酸盐缓冲溶液，其ph值为7.4；
一种无土栽培营养凝胶的制备方法，包括以下步骤：
a.将硫酸锌、硫酸铜、磷酸钙和草木灰溶于发酵液中，得溶液A；
b.将亲水材料中的海藻酸和壳聚糖溶于溶液A，，加入溶液重量50％的氢氧化钠，搅拌溶解后加热至62℃，加入半胱氨酸，缓慢滴入环氧氯丙烷，反应1.5h后过滤，调节滤液ph至5.5，用无水乙醇洗涤4次，于65℃下真空干燥得巯基接枝单体；
c.将巯基接枝单体在磷酸盐缓冲溶液中溶于二甲基亚砜中，53℃旋蒸，去离子水洗涤6次，烘干即得到无土栽培营养凝胶。
实施例2
一种无土栽培营养凝胶，其组成按重量份计包括:有机物发酵液35份、亲水材料31份、草木灰14份、环氧氯丙烷15份、磷酸盐缓冲溶液22份、硫酸锌4份、硫酸铜4份、磷酸钙3份；
进一步，所述的有机物发酵液，其组成按重量份计包括：鸡粪22份、废弃菌渣24份、秸秆25份、枯草芽孢杆菌14份；
进一步,所述的有机物发酵液是经过两段发酵制成的；
进一步，所述的两段发酵方法为：
a.鸡粪以4倍重量水稀释先于30℃下发酵4天；
b.将秸秆干燥粉碎后与废弃菌渣混合加入步骤a中，于36℃下继续发酵7天，过滤，取滤液，混入枯草芽孢杆菌即得到有机物发酵液；
进一步，所述的亲水材料，其组成按重量份计包括：半胱氨酸12份、海藻酸6份、壳聚糖6份；
进一步，所述的磷酸盐缓冲溶液，其ph值为7.8；
一种无土栽培营养凝胶的制备方法，包括以下步骤：
a.将硫酸锌、硫酸铜、磷酸钙和草木灰溶于发酵液中，得溶液A；
b.将亲水材料中的海藻酸和壳聚糖溶于溶液A，，加入溶液重量50％的氢氧化钠，搅拌溶解后加热至65℃，加入半胱氨酸，缓慢滴入环氧氯丙烷，反应1.5h后过滤，调节滤液ph至6.0，用无水乙醇洗涤4次，于70℃下真空干燥得巯基接枝单体；
c.将巯基接枝单体在磷酸盐缓冲溶液中溶于二甲基亚砜中，55℃旋蒸，去离子水洗涤6次，烘干即得到无土栽培营养凝胶。
实施例3
一种无土栽培营养凝胶，其组成按重量份计包括:有机物发酵液30份、亲水材料27份、草木灰12份、环氧氯丙烷12份、磷酸盐缓冲溶液20份、硫酸锌2份、硫酸铜2份、磷酸钙2份；
进一步，所述的有机物发酵液，其组成按重量份计包括：鸡粪20份、废弃菌渣21份、秸秆23份、枯草芽孢杆菌10份；
进一步,所述的有机物发酵液是经过两段发酵制成的；
进一步，所述的两段发酵方法为：
a.鸡粪以4倍重量水稀释先于28℃下发酵3天；
b.将秸秆干燥粉碎后与废弃菌渣混合加入步骤a中，于34℃下继续发酵5天，过滤，取滤液，混入枯草芽孢杆菌即得到有机物发酵液；
进一步，所述的亲水材料，其组成按重量份计包括：半胱氨酸10份、海藻酸2份、壳聚糖2份；
进一步，所述的磷酸盐缓冲溶液，其ph值为8.1；
一种无土栽培营养凝胶的制备方法，包括以下步骤：
a.将硫酸锌、硫酸铜、磷酸钙和草木灰溶于发酵液中，得溶液A；
b.将亲水材料中的海藻酸和壳聚糖溶于溶液A，，加入溶液重量50％的氢氧化钠，搅拌溶解后加热至60℃，加入半胱氨酸，缓慢滴入环氧氯丙烷，反应1h后过滤，调节滤液ph至5.0，用无水乙醇洗涤3次，于60℃下真空干燥得巯基接枝单体；
c.将巯基接枝单体在磷酸盐缓冲溶液中溶于二甲基亚砜中，50℃旋蒸，去离子水洗涤5次，烘干即得到无土栽培营养凝胶。
对比例1
本实验在与实施例1的同等条件下，将海藻酸、壳聚糖所制备的凝胶更换为普通水凝胶进行营养凝胶的制作，测定其吸水率及凝胶经过2个月放置后的保水率，并与实施例1进行对比，结果如表1所示。
表1
项目 吸水率 培养基保水率
实施例1 746.5％ 90.1％
对比例1 689.7％ 77.5％
对比例2
本实验以洋葱根系培养为例，分别使用实施例1的营养凝胶、市售营养液水培、市售营养液雾培、传统基质栽培，观察洋葱根系的生长情况，记录根系长度，其结果如表2所示。
表2
项目 第3天 第10天 第30天
实施例1 2cm 6cm 15cm
水培 4cm 7cm 12cm
雾培 3cm 6cm 13cm
基质栽培 3cm 5cm 11cm
由实验结果可知，水培、雾培和基质栽培在前期都能迅速的刺激植物根系生长，但到后期，水培由于氧气量被消耗，导致生长速度变慢；基质栽培则由于营养物质没有缓释效果，后期养分缺乏，且通过浇水等操作导致基质营养物质流失，以至于植物生长受到影响。

Claims (8)

1.一种无土栽培营养凝胶，其特征在于，其组成按重量份计包括:有机物发酵液30-35份、亲水材料27-31份、草木灰12-14份、环氧氯丙烷12-15份、磷酸盐缓冲溶液20-22份、硫酸锌2-4份、硫酸铜2-4份、磷酸钙2-3份。
2.如权利要求1所述的一种无土栽培营养凝胶，其特征在于，所述的有机物发酵液，其组成按重量份计包括：鸡粪20-22份、废弃菌渣21-24份、秸秆23-25份、枯草芽孢杆菌10-14份。
3.如权利要求1所述的一种无土栽培营养凝胶，其特征在于，所述的有机物发酵液是经过两段发酵制成的。
4.如权利要求2所述的一种无土栽培营养凝胶，其特征在于，所述的两段发酵方法为：
a.鸡粪以4倍重量水稀释先于28-30℃下发酵3-4天；
b.将秸秆干燥粉碎后与废弃菌渣混合加入步骤a中，于34-36℃下继续发酵5-7天，过滤，取滤液，混入枯草芽孢杆菌即得到有机物发酵液。
5.如权利要求1所述的一种无土栽培营养凝胶，其特征在于，所述的亲水材料，其组成按重量份计包括：半胱氨酸10-12份、海藻酸2-6份、壳聚糖2-6份。
6.如权利要求1所述的一种无土栽培营养凝胶，其特征在于，所述的磷酸盐缓冲溶液，其ph值为7.4-8.1。
7.一种无土栽培营养凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.将硫酸锌、硫酸铜、磷酸钙和草木灰溶于发酵液中，得溶液A；
b.将亲水材料中的海藻酸和壳聚糖溶于溶液A，，加入溶液重量50％的氢氧化钠，搅拌溶解后加热至60-65℃，加入半胱氨酸，缓慢滴入环氧氯丙烷，反应1-1.5h后过滤，调节滤液ph至5.0-6.0，用无水乙醇洗涤3-4次，于60-70℃下真空干燥得巯基接枝单体；
c.将巯基接枝单体在磷酸盐缓冲溶液中溶于二甲基亚砜中，50-55℃旋蒸，去离子水洗涤5-6次，烘干即得到无土栽培营养凝胶。
8.一种营养凝胶在无土栽培技术领域中的应用，其特征在于，所述的凝胶可以作为制备基质的其中一种原料，也可直接使用。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113651976A (zh) * 2021-08-18 2021-11-16 苏州大学 一种硒-水溶性高分子多糖水凝胶的制备及其在植物富硒方面的应用

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