专利名称：适于中国黄土高原使用的保水育林剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及高吸水树脂保水剂及其肥料混合物，特别是一种适于黄土高原栽培树木使用的保水育林剂。
多年来，为了发展粮食生产和采伐，人类对土壤植被的破坏愈演愈烈。随之而来的土地荒漠化、盐碱化、水土流失、洪水泛滥等自然灾害亦越加严重。因此“退耕还林，封山绿化”成了人类可持续发展的必由之路。但是在中国广大中、西部地区，尤其是以黄土高原为代表的干旱、半干旱地区，值树绿化中存在着植树成活率低的严重困难。主要原因就是缺水，土壤肥力低下。众所周知，林木的生长发育由阳光、水、肥决定，其中水决定着土壤肥力，树木所需的全部营养物质只有溶解在水中处于溶液状态才能被树木吸收利用。而且水调节着土壤温度和湿度，并通过地面蒸腾调节植物体内的温度和养分运输。中国黄土高原地域指太行山以西，日月山-贺兰山以东、阴山以南、秦岭以北的广大地域，属于干旱、半干旱区。该地区存在着严重的水土流失和风沙危害，生态环境十分脆弱。主要土壤类型包括褐土、嵝土、黄绵土、黑垆土、灰钙土、栗钙土、棕钙土、风沙等。从总体上看，干旱是影响该地区林业发展的主要灾害。在无保水育林剂和水资源灌溉的情况下，树木只能依赖天然降水，如果严重干旱，则将极大地影响林木的成活率。由于该地区所处的自然地理位置，使树木(草)的成活率及生长发育受到很大影响，其主要原因是缺水干埋，在树木(草)生长发育最需水的时节，自然降水极少，以至于成活率很低，而存活率则更低，给植树造林造成很大的障碍。
根据黄土高原与植树相关的土壤水分、养分状况、土壤持水性能、入渗性能、供水性能和储水性能分析，我们测定了土壤中与树木关系特别密切的元素N、P、K，详细数据从略。综合看来，本地区土壤PH值较高，呈弱中碱性，富含碳酸钙，而代换量又较低，从整体上不利于多数养分的活化与保蓄。有机质缺乏是本地区土壤贫瘠的一个集中表现。
土壤NN素是树木最重要的营养元素。土壤N素含量丰缺及其形态组成，是土壤肥沃度的一个重要指标。黄土高原地区土壤全N含量变化在0.0003-0.914％之间，变异系数42％。林地土壤平均0.21％，风沙土0.024％，延安黄绵土0.054％，源土壤0.068％。
土壤C/N林地为15.2，总体上看多数土壤N素贫瘠，缺N比较严重。土壤N的矿化速率和矿化量可作为氮素供应能力的一个指标。用矿化培养法测定了黄土各层氮矿化速率，具体数据从略。该地区土壤碱解N含量在4-477.4ppm的范围，变异系数50.7％，林地土壤的平均值144.5ppm，占全N的6.88％。总体上看含N较高的土壤很少，土壤有效形态N缺乏。
土壤P素全P变化在0.014-0.287％。林地全P变化平均值0.116％，多数土壤全P集中在0.05-0.18％范围内。全磷是丰富的，但有效磷供应不足，原因是土壤PH值高，碳酸钙丰富以及有机质缺乏，黄土高原土壤表层有机磷占全磷15-30％，平均20％。其余全为无机磷。土壤全磷丰富而有效磷缺乏是本地区土壤磷素的主要特征。
土壤K素本地区土壤全钾含量较小，多数土壤含量1.5-2.5％，变异系数15.2％。速效钾含量50-200ppm，缓效钾含量100-1200ppm，平均840ppm，林地速效钾平均为175.9ppm。
土壤微量元素主要指Cu、Fe、Mn、Zn、B、Mo。本地区土壤全Cu、Fe、Mn、Zn、B和Mo平均含量分别为69.1、537、22.5、28000、60.2和0.62PPm。根据资料分析，潜在缺Zn占总面积75％，存在大面积缺Zn土壤。同时存在大面积缺Mn、B、Mo的土壤。由于土壤等自然条件恶劣，造成西北黄土高原地区普遍植树成活率低下，甚至草木不生的现状。
由于黄土高原地区土壤PH处于7.8-8.5之间，显微碱性，土壤有机质含量在3％以下。N素含量在0.003-0.914％之间，虽然全磷丰富(0.014-0.287％)，但有效磷缺乏，钾素虽未显出明显缺乏，但亦显不足。加之微量元素和水分的缺乏，树木成活率很低。因而，植树中除需保水外，必须提供满足树木生长的营养元素。
目前国内外已广泛使用高吸水树脂作为保水剂。高吸水性树脂(也称保水剂)是一种新颖的功能高分子材料，它是具有松散网络结构的交联吸水性高分子聚合物，具有优异的吸水性能，能吸收自身重量几百倍至几千倍的水份，吸水速率快，吸水后膨胀为透明凝胶状，在一定压力下，仍有相当高的吸水保持率，而失水后又能收缩复原。外界湿度高时，它可吸收水份；反之，又可将内含水通过扩散而释出，因而达到吸水保水作用。吸水树脂是通过化学吸附对水分进行有效吸收而发挥保水作用的，加入多种处于离子状态的营养素后，会明显改变保水剂的吸水倍率，影响其保水效果。即水中溶解的氮磷钾等养分越多，保水率越低。由于吸水和吸肥是互相矛盾、互相制约的关系，往往顾此失彼，迄今尚未有人研究出水、肥之间的最佳配比，使之达到最佳吸水吸肥的效果。
本发明的目的是要克服现有技术的上述困难，提供一种适于中国黄土高原使用的可以同时获得最高吸水量和营养成份的保水育林剂，使其中的营养成份和吸水量兼顾，共同达到最高状态。即找到在含较高N、P、K等营养元素同时又保持较高含水量的最佳配比。针对黄土高原土壤主要肥力指标现状，以及树木种类，准确计算N、P、K各营养元素最佳比例和用量，并做出保水剂配比量的最佳选择。还对各元素支持化合物的最佳用量进行选定。真正作到因土、因树木而施肥保水，保证林木的最大成活率。
本发明的解决方案是保水育林剂以高吸水树脂为载体，在其吸附的水中含有氮、磷、钾营养元素，其重量百分比组成为氮8-9.4磷10-12钾5.5-6.7其余为水。
上述的氮、磷、钾三种营养元素的的溶液中还可以含有微量元素铜0.1-0.2、铁0.1-0.3、锰0.2-0.4、锌0.1-0.2、硼0.1-0.2中至少一种(当选用两种以上时其总含量0.2-0.8，以上均以重量百分比计)。
上述的氮、磷、钾三种营养元素的来源分别是尿素、过磷酸钙和氯化钾。
上述的高吸水树脂可以是丙烯酸钠胶联共聚物或其它类似树脂。
针对黄土高原生态区的土壤养分类型及缺水状况，本公司研制开发的保水育林剂是一种新型的植树抗旱材料和土壤改良剂，它通过保水剂N、P、K的协同作用，达到最大限度吸水、吸肥的目的，使苗木根系处在较好的水分和营养环境中，并可使苗木根系表面形成一种胶体膜，从而保护苗木根系，使苗木活力增强，提高造林成活率，促进苗木生长。
本发明要找到在含较高N、P、K等营养元素同时又保持较高含水量的最佳配比。
我们经研究发现，育林剂中含氮、磷、钾的量为某一定值时，可以获得最高吸水量。以下为本发明的具体实施例水中含氮9％，，磷11％，钾6％。
实验方法按苗木生长所需营养元素实行配比。在保水剂中加入上述各成分充分混匀后，取1g待测样品，加入500m1去离子水，静置1小时，过180目筛，将滤过水定量，加入水与滤进水之差即为改变的吸水倍率，各营养元素对保水育林剂吸水倍率影响。
保水剂及配比量的选择保水剂因合成原料、合成路线不同，所得保水剂吸水率，可溶性及其它性质也不同。为此，我们选择不同市售高吸水树脂和最佳量的营养元素配比，对配方中所需量进行了实验选择。结果列于下表
由上述实验结果知选用XND、XND2型号树脂配比量较佳，应选用适合吸水倍数≥100，范围控制在100-200倍的上述树脂。
N、P、K三种营养元素的最佳配比。根据黄土高原土质情况，以三种营养元素的三个水平对保水剂的影响为标准，确定了最佳配方，实验设计按三因素水平正交表(L33)进行。结果见下表(保水剂使用量为1g)
由表中所列结果知以组合1为最佳，即N(8.7mg)、p(11.11mg)、K(6.67mg)。分别占8.7％、11.11％和6.78％。通过进一步试验确定，当氮、磷、钾在溶液中含量分别是8-9.4％、10-12％、5.5-6.7％时，保水剂可以获得最大吸水量。
Cu、Fe、Mn、Zn、B等微量元素的选择
由上表，微量元素源选择硼酸、ZnSo47H2O、MnO、Fe2(NH4)PO4H2O、CuSO45H2O。
对环境影响的评价保水育林剂是由吸水树脂和植物营养元素组成，大量研究表明，吸水树脂在土壤中两年内即可被降解，并且吸水树脂本身和其降解产物无毒、无害，对环境不会产生任何危害。
众所周知，树木生长的关键因素有三个阳光、水和肥料，由于黄土高原属于缺水、缺肥地区，故植树关键是为树木提供足够有效的水、肥。而保水育林剂的开发正是解决此问题的重要途径之一。
1、实验材料与方法采用本发明的保水育林剂(本公司自制)，即上述筛选出的最佳组分。供试树苗苹果(红富士)、杨树、刺槐(均购自渭南果树所)。
2、操作步骤将土壤研碎，过筛，装盒，加入保水育林剂，以未加保水剂作为对照(CK)栽入树苗。
3、结果与分析(1)加入育林剂后，成活率明显提高树苗发芽率和长势观察(35天)
(2)保水育林剂处理对树苗长势的影响结果见表
育林剂处理对树木长势的影响
(3)保水育林剂处理对树苗叶片含水量的影响见表保水育林剂处理对树苗叶片含水量的影响
(4)保水育林剂处理对树苗叶片叶绿素含量的影响实验按《植物生理学实验技术》(科学出版社)规定的方法进行，结果如表保水育林剂对树苗叶绿素含量的影响
保水育林剂处理后，树苗叶片内叶绿素含量明显增高，外观表现为叶片较绿，叶片宽厚。
(5)保水育林剂对树苗多胺氧化酶(PAO)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、酸性磷酸酯酶(Acid Phosphatase,AP)、CAT(过氧化氢酶)活性的影响实验步骤树苗单株取样，每条2片叶芽，作酶活性分析，每样本称取1g，重复3次。SOD活性测定采用Giannoplitis的方法，并作酶促还原照光过程中的低温处理，以保护酶的高活性。POD活性测定采用联苯胺比色法。其它酶活性测定依《植物生理学实验技术》(上海科学技术出版社)，测定了保水育林剂对树苗PAO、SOD、POD、AP、CAT等几种与干旱及体内代谢相关的酶活性的影响，结果如表
注活性单位，SOD(×103活力单位/gDW)、CAT(mg,H2O2/g FW min)、AP(μg,p/gDW)、PAO(u/gFW)、POD(ΔOD/g(FW)min)。
从以上结果可以看出，由于受干旱条件的影响，对照组CAT、SOD、CAT三种酶活性较低，酸性磷酸脂酶(AP)活性较高，实验组由于保水育林剂实施了有效的保水和营养作用，降低了干旱程度，植株体内CAT、SOD活性增强、AP活性下降。从PAO活性改变情况来看，实验组较对照组高，增强了植株对干旱的抵抗程度。
通过以上结果可以明显看出保水育林剂用于植树，尤其是对干旱、半干旱地区植树中提高树木成活率将起到积极的作用。
我公司开发研制的专用于植树造林的“秀美”牌保水育林剂，主要由高吸水性树脂，氮、磷、钾等植物营养元素和植物生长调节剂等，专门针对树苗生长需要，并结合西北地区土质、气候特点，经过合理配比，复配而成的高科技产品，到目前为止，国内还没有同类型产品销售。适合于西北地区气候土壤条件。
早在一九九八年初，公司就开始进行“保水育林剂”的开发研制工作。通过大量的资料检索和市场调研以及实验室试验，确定了最优生产技术和工艺，进行了实验室试验以及穴栽小规模试验，树种有苹果、杨树、刺槐、红香椿、酥梨等。其后于一九九九年春季始，分别在陕西“耀县锦屏山农林牧有限公司”林果基地；耀县石柱乡阿古村“耀县燎原有限公司”林果基地等处进行了160余亩大田试验。产品配方科学、先进，是国内首创的植树造林专用剂。充分满足了树木成活和生长发育所必需的营养和水份供给。经过实验室、小规模盆栽及160余亩大田试验表明，施用“保水育林剂”后，树木移栽成活率达到95％以上，延长灌溉周期，减少灌溉次数，节水达50％以上，使移栽树木根系发育状况及生长活性明显增强，抵御恶劣自然环境能力大大提高。
权利要求
1.适于中国黄土高原使用的保水育林剂，以高吸水树脂为载体，其特征在于吸附的水中含有氮、磷、钾营养元素，其重量百分比组成为氮8-9.4磷10-12钾5.5-6.7其余为水。
2.如权利要求1所述的保水育林剂，其特征在于所说的氮、磷、钾三种营养元素的溶液中含有微量元素铜0.1-0.2、铁0.1-0.3、锰0.2-0.4、锌0.1-0.2、硼0.1-0.2中至少一种(当选用两种以上时其总含量0.2-0.8)。
3.如权利要求1所述的保水育林剂，其特征在于所说的氮、磷、钾三种营养元素的来源分别是尿素、过磷酸钙和氯化钾。
4.如权利要求权1或2所述的保水育林剂，其特征在于所说的高吸水树脂是丙烯酸钠胶联共聚物。
5.如权利要求权1或2所述的保水育林剂，其特征在于所说的高吸水树脂丙烯酸钠胶联共聚物选用XND1和/或XND2型号树脂，其吸水倍数范围在100-200倍。
全文摘要
适于中国黄土高原使用的保水育林剂,以高吸水树脂为载体,所吸附的水中含有氮、磷、钾营养元素,其重量百分比组成为:氮8－9.4%,磷10－12%,钾5.5－6.7%,其余为水。高吸水树脂丙烯酸钠胶联共聚物最好选用XND1和/或XND2型号树脂,其吸水倍数范围在100－200倍。吸附液中并可含有微量元素铜、铁、锰、锌、硼等。本发明提供了一种可同时获得最高吸水量和营养成份的保水育林剂,既在含较高N、P、K等营养元素同时又保持较高含水量,使其中的营养成份和吸水量兼顾,共同达到最佳状态。做到真正因土、因树木而施肥保水,保证林木的最大成活率。
文档编号C09K17/40GK1325935SQ0011382
公开日2001年12月12日 申请日期2000年5月31日 优先权日2000年5月31日
发明者张兴群, 荆效民, 张 林, 董皙年, 许晓东, 张向东, 杨林 申请人:西安诺亚环境科技有限公司