本發明屬于生物復合材料領域，涉及一種細菌纖維素/凹凸棒復合生物質保水肥料及其制備方法。
背景技術：
：環保型高效保水肥料是針對農業、園林、園藝等領域需求大量使用保水、節水材料，而研制的一直新型多功能復合材料，由于其獨特的吸水保水持肥等性能，在沙漠治理和農田抗旱等方面得到了廣泛的應用。凹凸棒土為一種晶質水合鎂鋁硅酸鹽礦物，具有獨特的層鏈狀結構特征，晶體呈針狀，纖維狀或纖維集合狀，其理想的化學分子式為：Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O。凹凸棒石粘土具有特殊的孔道結構、界面性質以及較大的比表面積。中國專利CN105174278A公開了一種改性凹凸棒的制備方法及以改性凹凸棒為主要原料制備生物質保水肥料的方法。凹凸棒土具有較好的陽離子代換性、吸附性、吸水性、黏結性等特點，可以改良土壤的物化性狀，改善土壤的水熱條件。同時，凹凸棒土含有較高的礦質營養元素，能夠提供微量元素。凹凸棒雖然具有良好的吸水性質，然而其堆積密度大難以形成腐質層，保水功能不行，本身不是肥料。細菌纖維素在化學組成和分子結構上與普通植物纖維素相近，均是由β-1,4葡萄糖連接而成的直連大分子。細菌纖維素高純度、高聚合度，還具有良好的吸釋控水功能，同時纖維素本身可作為土壤的有機養料形成具有良好透氣性的保水腐殖層。技術實現要素：本發明提供了一種細菌纖維素/凹凸棒復合生物質保水肥料，將凹凸棒與細菌纖維素復合制成生物質保水肥料，能夠改良土壤，使其保水透氣，防止土壤板結，并提供農作物生長所需要的有機及部分無機養料。本發明的技術方案如下：一種細菌纖維素/凹凸棒復合生物質保水肥料，由細菌纖維素和凹凸棒組成，所述的細菌纖維素包裹生長在凹凸棒的表面，所述的細菌纖維素和凹凸棒的質量比為5:1～1:5。優選地，所述的細菌纖維素和凹凸棒的質量比為3:1～1:1。本發明還提供上述細菌纖維素/凹凸棒復合生物質保水肥料的制備方法，通過將凹凸棒土加入到細菌纖維素的發酵培養基中制得，包括以下步驟：步驟1，將凹凸棒石含量不小于98％的凹凸棒石黏土原礦粉碎，過100～300目篩，得到凹凸棒粉末，將凹凸棒粉末浸泡在鹽酸中；步驟2，按5％～10％的接種量，將木醋桿菌種子液接種到發酵培養基中，然后加入與木醋桿菌種子液的質量體積比為1:1～4:1的凹凸棒粉末，發酵培養得到細菌纖維素/凹凸棒復合物；步驟3，將細菌纖維素/凹凸棒復合物清洗后，120℃下滅菌處理，浸泡在4％的氫氧化鈉和0.1％的過氧化氫混合溶液中，100℃下保持8～12h，加入醋酸-醋酸鈉緩沖溶液中和過量的氫氧化鈉，水洗至pH至中性，干燥即得細菌纖維素/凹凸棒復合生物質保水肥料。優選地，步驟2中，所述的木醋桿菌為AcetobacterxylinumNUST4菌。優選地，步驟2中，木醋桿菌種子液的接種量為7％。優選地，步驟2中，凹凸棒粉末與木醋桿菌種子液的質量體積比為2:1。優選地，所述的發酵培養基為：葡萄糖4～7％，蔗糖1～3％，玉米漿1.5～3.5％，硫酸銨0.2～0.4％，磷酸二氫鉀0.1～0.3％，硫酸鎂0.02～0.04％，乳酸鈣0.01～0.03％，初始pH6.0。本發明的生物質保水肥料具有良好的保水性能，能吸收其自身重量幾十倍乃至上千倍的水，不僅可以提高土壤水分含量，防止水土流失。同時，本發明的生物質保水肥料能夠促進土壤團聚體的形成，增強土壤通透性，降低植物死亡率，提高土壤保肥能力，使其保水透氣，防止板結，并提供農作物生長所需要的有機及部分無機養料。細菌纖維素/凹凸棒復合生物質保水肥料使用三年左右，凹凸棒土成為土壤土質部分，而細菌纖維素也可作為土壤養分被自然降解形成腐殖層，有效預防土壤板結并提供肥力，是一種無污染的、能夠改良土壤的生物質保水肥料。本發明的制備方法綠色環保，通過微生物手段制備的生物質保水肥料工藝簡單，條件溫和，易于大規模規范化生產和應用。附圖說明圖1為細菌纖維素(a)和細菌纖維素/凹凸棒復合生物質保水肥料(b)的TEM圖。具體實施方式下面結合實施例和附圖對本發明作進一步詳述。實施例1一種細菌纖維素/凹凸棒復合生物質保水肥料的制備方法，步驟如下：步驟1，凹凸棒粉末制備：選擇凹凸棒石含量為99％的凹凸棒石黏土原礦粉碎成通過200目篩，將所得的凹凸棒粉末浸泡在1％的鹽酸溶液1h，并用去離子水洗滌，經過121℃滅菌20min后備用。步驟2，種子培養：配置種子培養基50mL：葡萄糖5％，玉米漿0.6％，硫酸銨0.3％，磷酸氫二鉀0.5％，硫酸鎂0.05％，蛋白胨0.5％，羧甲基纖維素鈉0.05％，pH5.2，121℃滅菌20min。將1gAcetobacterxylinumNUST4菌種放入種子培養基進行培養，29℃震蕩培養24h，搖床轉速為180r/min。步驟3，發酵培養：配置發酵培養基500mL：葡萄糖3％，蔗糖2.5％，玉米漿2％，硫酸銨0.3％，磷酸二氫鉀0.2％，硫酸鎂0.05％，乳酸鈣0.02％，初始pH6.0，121℃滅菌20min。種子液以5％的接種量(25mL)接入，并加入與種子液質量體積比為2：1的凹凸棒粉末(5g)，搖勻，在29℃恒溫條件下培養5天，使細菌纖維素在凹凸棒上成功長出，得到細菌纖維素/凹凸棒復合物。步驟4，分離純化：將細菌纖維素/凹凸棒復合物水洗數次，在120℃的滅菌鍋里進行殺菌處理。再用4％的氫氧化鈉和0.1％的氫氧化氫混合溶液浸泡處理后，水浴加熱到100℃，保持10h。用醋酸-醋酸鈉緩沖溶液中和過量的氫氧化鈉，水洗至pH為中性，自然干燥后，得到細菌纖維素/凹凸棒復合生物質保水肥料，稱重為10.5g。實施例2一種細菌纖維素/凹凸棒復合生物質保水肥料的制備方法，步驟如下：步驟1，凹凸棒粉末制備：選擇凹凸棒石含量為98％的凹凸棒石黏土原礦粉碎成通過100目篩，將所得的凹凸棒粉末浸泡在1％的鹽酸溶液1h，并用去離子水洗滌，經過121℃滅菌20min后備用。步驟2，種子培養：配置種子培養基50mL：葡萄糖5％，玉米漿0.6％，硫酸銨0.3％，磷酸氫二鉀0.5％，硫酸鎂0.05％，蛋白胨0.5％，羧甲基纖維素鈉0.05％，pH5.2，121℃滅菌20min。將1gAcetobacterxylinumNUST4菌種放入種子培養基進行培養，29℃震蕩培養24h，搖床轉速為180r/min。步驟3，發酵培養：配置發酵培養基500mL：葡萄糖3％，蔗糖2.5％，玉米漿2％，硫酸銨0.3％，磷酸二氫鉀0.2％，硫酸鎂0.05％，乳酸鈣0.02％，初始pH6.0，121℃滅菌20min。種子液以7％的接種量(35mL)接入，并加入與種子液質量體積比為1：1的凹凸棒粉末(35g)，搖勻，在29℃恒溫條件下培養5天，使細菌纖維素在凹凸棒上成功長出，得到細菌纖維素/凹凸棒復合物。步驟4，分離純化：將細菌纖維素/凹凸棒復合物水洗數次，在120℃的滅菌鍋里進行殺菌處理。再用4％的氫氧化鈉和0.1％的氫氧化氫混合溶液浸泡處理后，水浴加熱到100℃，保持8h。用醋酸-醋酸鈉緩沖溶液中和過量的氫氧化鈉，水洗至pH為中性，自然干燥后，得到細菌纖維素/凹凸棒復合生物質保水肥料，稱重為40.1g。實施例3一種細菌纖維素/凹凸棒復合生物質保水肥料的制備方法，步驟如下：步驟1，凹凸棒粉末制備：選擇凹凸棒石含量為99％的凹凸棒石黏土原礦粉碎成通過300目篩，將所得的凹凸棒粉末浸泡在1％的鹽酸溶液1h，并用去離子水洗滌，經過121℃滅菌20min后備用。步驟2，種子培養：配置種子培養基50mL：葡萄糖5％，玉米漿0.6％，硫酸銨0.3％，磷酸氫二鉀0.5％，硫酸鎂0.05％，蛋白胨0.5％，羧甲基纖維素鈉0.05％，pH5.2，121℃滅菌20min。將1gAcetobacterxylinumNUST4菌種放入種子培養基進行培養，29℃震蕩培養24h，搖床轉速為180r/min。步驟3，發酵培養：配置發酵培養基500mL：葡萄糖3％，蔗糖2.5％，玉米漿2％，硫酸銨0.3％，磷酸二氫鉀0.2％，硫酸鎂0.05％，乳酸鈣0.02％，初始pH6.0，121℃滅菌20min。種子液以10％的接種量(50mL)接入，并加入與種子液質量體積比為4：1的凹凸棒粉末(200g)，搖勻，在29℃恒溫條件下培養5天，使細菌纖維素在凹凸棒上成功長出，得到細菌纖維素/凹凸棒復合物。步驟4，分離純化：將細菌纖維素/凹凸棒復合物水洗數次，在120℃的滅菌鍋里進行殺菌處理。再用4％的氫氧化鈉和0.1％的氫氧化氫混合溶液浸泡處理后，水浴加熱到100℃，保持12h。用醋酸-醋酸鈉緩沖溶液中和過量的氫氧化鈉，水洗至pH為中性，自然干燥后，得到細菌纖維素/凹凸棒復合生物質保水肥料，稱重為205.7g。實施例4細菌纖維素/凹凸棒復合生物質保水肥料的施用效果實驗材料：黃瓜苗種子實驗方法：A、試驗組：實施上述方法制備的保水肥料：設兩個實驗組，I組2g/盆；II組3g/盆，每個處理重復3次。B、對照組：單獨實施凹凸棒和細菌纖維素：設兩個實驗組，III組2g/盆的過200目分子篩粉碎凹凸棒土；IV組2g/盆未加入凹凸棒的絮狀發酵細菌纖維素。實驗步驟：在播種前將這些肥料或者物質與土壤充分混合，再放置3日。沒盆播種黃瓜種子20粒，播種后立刻澆水300mL/盆。出苗的20天內沒有澆水。出苗率(黃瓜種子出苗數量與總黃瓜種子數量之比)及其生長狀況如表1所示。表1各實驗組的黃瓜出苗率實驗組出苗率生長狀況I78％幼苗葉片嫩綠，生長良好II88％幼苗葉片嫩綠，生長良好III5％幼苗基本枯死IV30％幼苗葉片變黃，生長一般從表1可以看出，I和II組說明了增加土壤中保水肥料的含量有利于黃瓜苗的生長；I和IV說明了細菌纖維素可以起到肥料作用，但是無法起到保水效果；I和III說明了凹凸棒本身并不具有提供植物生長肥料的作用。實施例5細菌纖維素/凹凸棒復合生物質保水肥料的保水效果實驗材料：盆裝土壤實驗方法：A、試驗組：實施上述方法制備的保水肥料：設兩個實驗組，I組2g/盆；II組3g/盆，每個處理重復3次B、對照組：單獨實施凹凸棒和細菌纖維素：設兩個實驗組，III組2g/盆的過200目分子篩粉碎凹凸棒土；IV組2g/盆未加入凹凸棒的絮狀發酵細菌纖維素。C、空白組：V組不做任何處理。實驗步驟，每個盆中倒入300mL水。檢測經過不同時間段后各實驗組的土壤含水率，結果如表2所示。表2各實驗組的土壤含水率從表2可以看出，由I和II可知，適當增加土壤中保水肥料的含量有利于土壤保水；由I、III和V可知，凹凸棒本身具有一定的吸水效果，但是沒有很好的保水效果；由II和IV可知，雖然細菌纖維素有很好的吸水效果，但是沒有很好的保水效果。綜上可以看出，本保水肥料相對于各個對照組有著極為良好的保水效果。當前第1頁1 2 3