本发明涉及一种轻质保水材料的制备方法及使用方法，属于固废利用及农作物生产领域。
背景技术：
水资源问题是当今全世界最受关注的焦点问题之一。虽然我国幅员辽阔、水资源十分丰富，但却是人均占有量少并且属多水患国家，目前，我国普遍的节水灌溉技术是：喷灌技术、微灌（滴灌和微喷灌）技术、渗灌技术、渠道防渗和低压管道输水灌溉技术。虽说，这些节水灌溉技术在一定程度上节约了水资源。但是，就各方面而言，还存在着一些缺点。喷灌技术：受风的影响极大，一般在3级风意思，部分水滴在空中被吹走，灌溉均匀程度大大降低。空气相对湿度过低时，水滴未落到地面之前在空中的蒸发损失可达到10%。同时，设备投资过高。微灌（滴灌和微喷灌）技术：灌水器易堵塞，一般需要根据水质，进行分级过滤，耗费人力财力。同时，对于平整地块而言，微灌系统相对于地面浇灌，投资较高。渗灌技术：渗灌会导致表层的土壤湿度较差，不利于作物种子发芽和幼苗生长，也不利于浅根作物生长。同时，也易产生深层渗漏，特别对透水性较强的轻质土壤，更容易产生渗漏损失。在前期施工时也是极为复杂，投资高，且管理维修困难，一旦管道堵塞或破坏，难以检查和修理。渠道防渗和低压管道输水灌溉技术：施工复杂，造价高
保水剂又称土壤保水剂、高吸水剂、保湿剂、高吸水性树脂、高分子吸水剂等，是利用强吸水性树脂制成的一种超高吸水保水能力的高分子聚合物。目前国内外的保水剂共分为两大类，一类是丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物（聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸铵等）；另一类是淀粉接枝丙烯酸盐共聚交联物(淀粉接枝丙烯酸盐。常用保水剂有无定型颗粒、粉末、细末，片状和纤维状，在国内使用的只有聚丙烯酰胺型的颗粒、粉末和细末。相对应的方法有拌土、拌种或包衣和沾根。高能抗旱保水剂，聚丙烯酸盐型（gn）；黑金子营养保水剂，一种含无机矿物与植物生长促进素的高分子吸水材料（h）；stocksorb400k型保水剂，高度交联的甲基聚丙烯酸酯聚丙烯酰胺三聚体型保水剂（s）
经过以上三种保水剂处理的土壤含水率与对照土壤在经过第4天至第16天蒸发后，分gn、h、s与对照相比，别增加了20.45%、12.76%、16.26%。期间土壤水分蒸发量与对照相比，分别下降了20.70%、13.21%、15.03%。在1~28d的整个蒸发过程中，对照的总蒸发量为204.12g，而gn、h、s型处理的土壤水蒸发量分别为175.37、185.25、180.36g，与对照相比其下降幅度为14.08%、9.24%、11.64%。
保水剂虽有强吸水能力，吸水速度较快，保水能力好，有着保温保肥的作用。但是，运用保水剂处理的土壤，保水程度提高的幅度不大，作用不明显，不能从根本上达到保水、节水的目的。而且，保水剂使用方法是加入土壤中，是一种不可逆转的操作技术，导致了市场上的一些保水剂，含有某些化学成分的保水剂会对土壤造成伤害，也是不可逆转的。市场上某些保水剂遇水后便发粘胶着在一起成糊状,在光照下颜色变黑变暗,表面看能吸水但实质上没有反复吸水和释放水的能力,在土壤潮湿时容易腐蚀植物根部,在干旱条件下便会引起土壤板结。这对我国人均土地资源紧缺的现状来说，也是不可逆转的巨大损失。同时，保水剂使用寿命较短，吸水倍率易随时间减小，保水性能逐渐减低，使得成本不断的提高。
近年来，国内对保水层进行了不少的研究。就陶粒保温保水层来说，是一种陶粒密度小，内部多孔，形态、成分较均一，且具有一定的强度和坚固度，具有耐腐蚀、抗冻和良好隔绝性的新型保水层。陶粒保温保水层在一定程度上，对土壤的含水率和保水率有着增加的作用。但是，陶粒保温保水层有着极高的强度，只限使用于根系强壮切茂密的高大木本植物，不可用于矮小草本植株。同时，陶粒的原料价格较高，导致了保水层的造价高，成本高。因此，寻找一种新型的保水材料是非常有必要的。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种轻质保水材料的制备方法，具体包括以下步骤：按质量比为25:9~10的比例将土壤与水混合，搅拌成轻质料，然后堆成空心圆台体，按质量比为5:3~4的比例将高强石膏粉与水混合，搅拌成浆体；最后将高强石膏粉和水的浆体倒入空心圆台体中，充分搅拌成黄褐色流体，待混合物干燥至含水量小于等于80%后，得到无规则轻质多孔保水材料，高强石膏粉与土壤的质量比为1:4~3:7。
本发明所述轻质保水材料还可以通过以下方法制备得到，具体包括以下步骤：按质量比为1:1~1:2的比例将高强石膏粉与水混合，充分搅拌后倒入磨具中，经过自然硬化，形成规则固状轻质微孔保水材料。
本发明所述轻质保水材料还可以通过以下方法制备得到，具体包括以下步骤：高强石膏粉、二氧化锰、柠檬酸钠、过氧化氢、表面活性剂混合均匀，充分搅拌后倒入磨具中，经过自然发泡硬化，形成规则固状轻质多孔保水材料；二氧化锰的加入量为高强石膏粉质量的0.6~0.7‰，柠檬酸钠加入量为高强石膏粉质量的0.1~0.2‰，过氧化氢加入量为高强石膏粉质量的4~6‰，表面活性剂加入量为高强石膏粉质量的8~9‰。
本发明所述高强石膏粉为α型半水石膏或者加入改性添加剂的β型半水石膏，所述改性剂为聚羧酸减水剂。磷石膏是磷肥工业湿法生产磷酸过程中产生的固体废弃物，其主要组成的是caso4.2h2o（含量在９０％左右）；在湿法制取磷酸的过程中，每生产１ｔ磷酸排放5~6ｔ磷石膏，目前全世界每年排放1.5亿ｔ以上的磷石膏，而我国每年磷石膏的产量在7000万ｔ左右。
α型半水石膏：以固体废弃物磷石膏为原料通过水热法、加压水蒸气法等方法制备α型高强石膏粉。
β型半水石膏（加入改性添加剂）：将固体废弃物磷石膏在破碎磨细或处理后经过低温（１０７～１７０℃）煅烧制脱水制成以β－高强石膏粉(改性剂为聚羧酸减水剂)。
本发明所述轻质多孔保水材料的使用方法为：第一层为土基，第二层为轻质多孔保水材料，第三层为植生带或各类植物种子，第四层为表土，第五层为缓释肥料。
无规则轻质多孔保水材料主要多用于园林种植，环境绿化种植；规则固状轻质多孔保水材料（微孔及发泡）主要多用于农业、农田等勤于翻种的种植。
本发明的有益效果：
（1）本发明所述新型保水、节水材料有十分优秀的吸水速率、保水率、保温性；比在没有使用本新型材料的土壤的吸水速率提高了一倍以上，保水率提高了70%~111%。同时，无规则轻质多孔保水材料的孔隙率为47%~98%，测出规则固状轻质多孔保水材料的孔隙率为53%~61%。
（2）本发明所述多孔保水材料是可回收的，可逆转的操作方法。不会对土壤造成土壤板结等任何不可逆转的损害，在我国人均土资源紧缺的背景下，从根本上的对国土资源进行了保护。
（3）由于本土基原料为固体废弃物磷石膏(磷石膏目前经过各项检测，在放射性、含重金属量、酸碱度等均已达到国家标准要求，目前，磷石膏可作用于土壤调理剂)，在一定程度上，能够促进地上生物量和地下生物量，还能改善其生理特征，如出尽细胞内叶绿素的合成，提高抗氧化酶活性，调节植物体内的养分代谢等，对土壤的理化和生化性质起到很好的调节作用。综上所述，本发明所述保水材料是一种各项性能良好且廉价，固废重复循环利用的保水性材料。
附图说明
图1为保水材料使用方法图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
（1）轻质多孔保水材料的制备：高强石膏粉和土壤按质量比为1:4的比例称取，按质量比为25:9的比例将土壤与水混合，搅拌成轻质料，然后堆成空心圆台体，按质量比为5:3的比例将高强石膏粉与水混合，搅拌成浆体；最后将高强石膏粉和水的浆体倒入空心圆台体中，充分搅拌成黄褐色流体，待混合物干燥至含水量小于等于80%后，得到无规则轻质多孔保水材料；通过实际高羊茅种植监测，本实施例制备得到的轻质多孔保水材料保水率提高60%。
实施例2
（1）轻质多孔保水材料的制备：高强石膏粉和土壤按质量比为3:7的比例称取，按质量比为25:10的比例将土壤与水混合，搅拌成轻质料，然后堆成空心圆台体，按质量比为5:4的比例将高强石膏粉与水混合，搅拌成浆体；最后将高强石膏粉和水的浆体倒入空心圆台体中，充分搅拌成黄褐色流体，待混合物干燥至含水量小于等于80%后，得到无规则轻质多孔保水材料；通过实际高羊茅种植监测，本实施例制备得到的轻质多孔保水材料保水率提高100%。
实施例3
（1）轻质多孔保水材料的制备：高强石膏粉和土壤按质量比为2:3的比例称取，按质量比为25:9的比例将土壤与水混合，搅拌成轻质料，然后堆成空心圆台体，按质量比为5：3的比例将高强石膏粉与水混合，搅拌成浆体；最后将高强石膏粉和水的浆体倒入空心圆台体中，充分搅拌成黄褐色流体，待混合物干燥至含水量小于等于80%后，得到无规则轻质多孔保水材料；通过实际高羊茅种植监测，本实施例制备得到的轻质多孔保水材料保水率提高100%。
实施例1~3制备得到的无规则轻质多孔保水材料的使用过程为（如图1所示）：待混合物进一步变干（含水量为50%）放上高羊茅种子，之后在铺上高4cm~5cm表层土，首次浇灌把整体浇灌透（100%），之后浇灌可按80%水量浇灌，详细方法如下：
（1）将按一定比例制作好的无规则轻质多孔保水材料铺在整理好的坪床上（按常规的坪床要求准备即可）要按园林绿化工程要求精耕细作，坪床准备包括：清理场内的石块瓦砾、渣土杂草杂物等；翻松土壤，深度为30～70cm；土质较差时要过筛，极差时应当换土。如有条件应当在松土中加入泥炭、腐殖土或有机肥料来改善土质，提高地力；最后把翻松的地块耙平，有条件还可以用磙压实，即达坪床要求。
（2）通过自动化的生产设备，制作特殊的植生带或选取各类植物种子。
（3）将无规则轻质多孔保水材料淋透水；日均温大于10℃时都可以铺植，铺建时把植生带铺开或者直接撒上种子，平放在已淋透水的无规则轻质多孔保水材料上，注意要压实，使植生带地面和无规则轻质多孔保水材料紧密结合；然后，覆上1~2cm的生土或河沙，然后在覆土上撒上以固体废弃物磷石膏制成的缓释肥料，之后压实，为防止植生带边角翘起，可用细铁丝做成扣钉，将边角出钉在土面。
（4）植生带铺好后要浇水养护，每天早晚各浇一次，雨季可用不浇水。一般10~15天（有的草种3~5天）即可发芽，在草种发芽，长到3cm~5cm后，可一周浇水1~2次（不同地区的草坪的灌溉次数时间依然和当地的气候有关，南方降水量相对北方更加充足，因此南方可以适当减少灌溉次数）。期间，保证草坪的高度在3~5cm的程度。
上述无规则轻质多孔保水材料可适用于面积大的草坪，经实验后，可以发现，在无规则轻质多孔保水材料的作用下，可以使草坪的保水率达120%~200%，节水率为10%~50%。同时在一定间距下使用同样有固体废弃物磷石膏为原料制成的缓释肥料进行辅助作用下，可使草坪的长势和密集程度达到一个最完美的状态。总的来说，在我国水资源紧缺的背景下，本发明的无规则轻质多孔保水材料在大面积种植的情况下，有非常好的吸水速率、保水率，特别是在雨天的情况下有无规则轻质多孔保水材料作用的土壤，可以极快的吸收雨水，在雨水储存在本发明所述保水材料中，进一步在根源上达到节水的作用和有效的防止水土流失的情况。同时，本发明所述保水材料也具有很好的保温性性能和肥力功效。在天气寒冷和缺水的情况下，可以保证高羊茅的长势和发芽情况。很重要的是，本发明所述保水材料不会造成土壤板结，伤害土壤，从根本上的对国土资源进行了保护。由于本无规则轻质多孔保水材料原料为固体废弃物磷石膏，在一定程度上，能够促进地上生物量和地下生物量，还能改善其生理特征，如出尽细胞内叶绿素的合成，提高抗氧化酶活性，调节植物体内的养分代谢等，对土壤的理化和生化性质起到很好的调节作用。综上所述，本发明所述保水材料是一种各项性能良好且廉价，固废重复循环利用的保水性材料。
实施例4
（1）规则轻质多孔保水材料的制备：将高强石膏粉：水=1:1充分搅拌，倒入磨具中，经过自然硬化，形成规则固状轻质微孔保水材料。通过轻质微孔保水材料的吸水率的方法检测，本实施例制备得到的轻质微孔保水材料孔隙率为53%。
实施例5
（1）规则轻质多孔保水材料的制备：将高强石膏粉：水=1:2充分搅拌，倒入磨具中，经过自然硬化，形成规则固状轻质微孔保水材料。通过轻质微孔保水材料的吸水率的方法检测，本实施例制备得到的轻质微孔保水材料孔隙率为60%。
实施例6
高强石膏粉和水按比例1:1称取，在称取（以高强石膏粉总量为参考量）0.1‰柠檬酸钠、4‰过氧化氢、0.6‰二氧化锰、9‰表面活性剂。将二氧化锰与高强石膏粉充分混合，将柠檬酸钠、过氧化氢和表面活性剂倒入水中，再将拌好的高强石膏粉倒入水中，用机器进行充分搅拌后，倒入磨具中；经过自然发泡硬化，形成规则固状轻质多孔保水材料。通过轻质多孔保水材料的吸水率的方法检测，本实施例制备得到的轻质多孔保水材料孔隙率为61%。
实施例7
高强石膏粉和水按比例1:1称取，在称取（以高强石膏粉总量为参考量）0.2‰柠檬酸钠、6‰过氧化氢、0.7‰二氧化锰，8‰表面活性剂。将二氧化锰与高强石膏粉充分混合，将柠檬酸钠、过氧化氢和表面活性剂倒入水中，再将拌好的高强石膏粉倒入水中，用机器进行充分搅拌后，倒入磨具中；经过自然发泡硬化，形成规则固状轻质多孔保水材料。通过轻质多孔保水材料的吸水率的方法检测，本实施例制备得到的轻质多孔保水材料孔隙率为62%。
实施例4~7制备得到的规则轻质多孔保水材料的使用过程为：把规则固状轻质多孔保水材料按2~3cm间隔埋入土中，撒上高羊茅种子，在铺上高4~5cm表层土。首次浇灌把整体浇灌透（100%），之后浇灌可按80%水量浇灌，详细方法如下：
（1）将规则固状轻质多孔保水材料按1~3cm间隔埋入在整理好的坪床上（按常规的坪床要求准备即可要按园林绿化工程要求精耕细作，坪床准备包括：清理场内的石块瓦砾、渣土杂草杂物等；翻松土壤，深度为30～70cm；土质较差时要过筛，极差时应当换土。如有条件应当在松土中加入泥炭、腐殖土或有机肥料来改善土质，提高地力；最后把翻松的地块耙平，有条件还可以用磙压实，即达坪床要求。）
（2）通过自动化的生产设备，制作特殊的植生带或选取各类植物种子。
（3）将规则固状轻质多孔保水材料淋透水。日均温大于10℃时都可以铺植，铺建时把植生带铺开或直接撒上种子，平放在已淋透水的规则固状轻质多孔保水材料上，注意要压实，使植生带地面和规则固状轻质多孔保水材料紧密结合。然后，覆上1~2，cm的生土或河沙，然后在覆土上撒上以固体废弃物磷石膏制成的缓释肥料，之后压实，为防止植生带边角翘起，可用细铁丝做成扣钉，将边角出钉在土面。
（4）植生带铺好后要浇水养护，每天早晚各浇一次，雨季可用不浇水。一般10~15天（有的草种3~5天）即可发芽，在草种发芽，长到3cm~5cm后，可一周浇水1~2次（不同地区的草坪的灌溉次数时间依然和当地的气候有关，南方降水量相对北方更加充足，因此南方可以适当减少灌溉次数）。期间，保证草坪的高度在3~5cm的程度。
上述规则固状轻质多孔保水材料可适用于面积较小的种植区域、花草养殖。经实验可知，在规则固状轻质多孔保水材料的作用下，保水率可比没有规则固状轻质多孔保水材料高出70%~111%；节水率为39%~56%；同时，可测出土壤肥力增加，特别是在固体废弃物磷石膏为原料制成的缓释肥料进行辅助作用下，高羊茅的的发芽密度和长势达到最好。本发明所述保水材料有着非常好的吸水速率、保水率，特别是在雨天的情况下有规则固状轻质多孔保水材料作用的土壤，可以极快的吸收雨水，在雨水储存在本发明所述保水材料中，进一步在根源上达到节水的作用和有效的防止水土流失的情况。同时，本发明所述保水材料也具有很好的保温性性能和肥力功效。在天气寒冷和缺水的情况下，可以保证高羊茅的长势和发芽情况。很重要的是，本发明所述保水材料不会造成土壤板结，伤害土壤，从根本上的对国土资源进行了保护。特别是由于本规则固状轻质多孔保水材料为固体废弃物磷石膏，在一定程度上，能够促进地上生物量和地下生物量，还能改善其生理特征，如出尽细胞内叶绿素的合成，提高抗氧化酶活性，调节植物体内的养分代谢等，对土壤的理化和生化性质起到很好的调节作用综上所述，本发明所述保水材料是一种各项性能良好且廉价，固废重复循环利用的保水性材料。