本发明涉及保水剂领域，具体涉及一种干性土壤用复合保水剂及其制备方法。
背景技术：
保水剂使用的是高吸水树脂，它是一种吸水能力特别强的功能高分子材料。无毒无害，反复释水、吸水，因此农业上人们把它比喻为“微型水库”。同时，它还能吸收肥料、农药、并缓慢释放，增加肥效、药效。
干旱是全世界关注的大事，本世纪50年代以来，随着工业的快速发展和人口急剧膨胀，气候变暖干旱问题的日益突出。这些问题促使各国科学家开式研究解决干旱问题的有效方法。目前保水剂是有效抑制水分蒸发，防止水土流失，使周围的土壤保持潮湿，以供给植物根系水分，保墒省水。
中国专利cn102127456a公开了一种土壤保水剂，其采用丙烯酸、淀粉、乙氨酸以及硼砂进行聚合反应，一段时间后加入过硫酸钾、氟硅酸钠、偏硅酸钠继续反应，从而得到土壤保水剂；制备方法简单，但是存在保水效果作用时间短的缺点。
中国专利cn101508895a的专利申请公开了一种农用保水剂，其包含如下比例的组分：丙烯酸70-10、氢氧化钠30-40、丙烯酰胺18-30、淀粉10-22、聚乙烯醇5-15、交联剂0.15-0.5、粘土10-20、纤维6-15、引发剂0.5-2.5、烷烃及表面活性剂2-6、其它3-8。该保水剂生产工艺简单、性能稳定，可广泛应用于农林业的土壤节水保湿领域，但是存在功能性单一的缺点。
尽管已有多种保水剂的成功研制，但这些保水剂仍存在着保水量不够大、持水时间不够久以及功能性单一等缺陷。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种干性土壤用复合保水剂及其制备方法，本发明保水剂成分丰富具有良好的保水性能，同时通过原料间的协配作用还具有改善土壤理化性质，提高土壤活性的作用，保水保肥效果好，延长肥料的作用时间。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种干性土壤用复合保水剂，包括以下重量份计的原料：
淀粉-丙烯酸共聚物60-70份、改性凹凸棒土10-15份、壳聚糖4-9份、黄原胶4-9份、羟丙基甲基纤维素醚3-7份、有机发酵料7-12份、纳米二氧化硅5-10份、改性竹炭3-7份、聚乙烯醇2-5份、交联剂0.3-0.8份和引发剂1.2-2.5份；
所述有机发酵料包括以下重量份计的原料：稻糠15-20份、油粕8-15份、糖渣6-12份、腐植酸6-12份、牲畜粪便15-20份、蚯蚓粪便2-6份、木屑粉5-10份和云母粉5-10份。
优选地，包括以下重量份计的原料：淀粉-丙烯酸共聚物62-68份、改性凹凸棒土11-14份、壳聚糖5-8份、黄原胶5-8份、羟丙基甲基纤维素醚4-6份、有机发酵料9-11份、纳米二氧化硅6-9份、改性竹炭4-6份、聚乙烯醇3-4份、交联剂0.4-0.7份和引发剂1.7-2.1份；
所述有机发酵料包括以下重量份计的原料：稻糠17-19份、油粕10-13份、糖渣8-10份、腐植酸8-10份、牲畜粪便17-19份、蚯蚓粪便3-5份、木屑粉6-9份和云母粉6-9份。
优选地，包括以下重量份计的原料：淀粉-丙烯酸共聚物65份、改性凹凸棒土13份、壳聚糖7份、黄原胶7份、羟丙基甲基纤维素醚5份、有机发酵料10份、纳米二氧化硅8份、改性竹炭5份、聚乙烯醇3.5份、交联剂0.5份和引发剂1.9份；
所述有机发酵料包括以下重量份计的原料：稻糠18份、油粕12份、糖渣9份、腐植酸9份、牲畜粪便18份、蚯蚓粪便4份、木屑粉8份和云母粉8份。
优选地，所述改性凹凸棒土的制备方法如下：
(a)将凹凸棒土置入350-450摄氏度的煅烧炉中，焙烧4小时，冷却至室温后，送入研磨机中研磨至颗粒粒径至300-500目；
(b)按照2:1的液固质量比在焙烧后的凹凸棒土中加入质量分数45％的硫酸溶液，搅拌混合均匀后，升温至70-80摄氏度，以300-500转/分钟的速度搅拌混合反应4-5小时，将物料过滤，洗涤至滤液为中性，置入真空烘箱中干燥至水分小于6％，即得改性凹凸棒土。
优选地，所述改性竹炭的制备方法如下：
(1)将竹炭粉碎至100-200目后，经过浓硫酸搅拌浸泡5-10分钟，用去离子洗涤干净后，加入蒸馏水中采用超声破碎仪进行表面处理；
(2)将处理后的竹炭粉加入0.01克/毫升的硝酸银溶液中，搅拌混合均匀后，室温下静置35小时，然后在70摄氏度下进行旋转蒸发15小时，冷却至室温后，用去离子水洗涤3-5次后，置入烘箱中进行干燥，即得改性竹炭。
优选地，所述超声破碎仪的超声强度为12-18瓦，超声时间为35-40分钟。
优选地，所述硝酸银溶液和竹炭的比例为2毫升:1.5克。
优选地，所述交联剂为n,n-亚甲基双丙烯酰胺和n-羟甲基丙烯酰胺中的至少一种。
优选地，所述引发剂为过硫酸铵和过硫酸钾中的至少一种。
本发明中还公开了一种上述干性土壤用复合保水剂的制备方法，具体地，包括以下步骤
(1)有机发酵料的制备：
将稻糠、油粕、糖渣、腐植酸、牲畜粪便、蚯蚓粪便、木屑粉、腐植酸和云母粉加入高速搅拌机中混合均匀后，加入微生物发酵剂，高速搅拌混合后，加入一定量的水，至水分含量在40-50％，充分混合均匀，得混合料；
将混合料加入沼气池中进行厌氧发酵25-30天后，加入适量的灭菌剂搅拌混合均匀后，密封1-2天后，进行低温干燥至水分含量低于8％，即得；
(2)将淀粉-丙烯酸共聚物、聚乙烯醇、壳聚糖、黄原胶、羟丙基甲基纤维素醚混合搅拌均匀后，加入相当于其重量3倍的水分，升温至55-60摄氏度，以500-800转/分钟的速度，搅拌混合40-50分钟后，加入步骤(1)制得的发酵料和其它剩余的原料，机械搅拌混合1.5-2小时；
(3)将步骤(2)制得的混合物在70-80摄氏度下加热1.5-3小时后，造粒，干燥，即得所述干性土壤用复合保水剂。
本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明保水剂成分丰富具有良好的保水性能，同时通过原料间的协配作用还具有改善土壤理化性质，提高土壤活性的作用，保水保肥效果好，延长肥料的作用时间。
(2)本发明中通过高温煅烧和酸化凹凸棒土，增加凹凸棒土的纯度，同时提高凹凸棒土表面的孔径的活性，增强凹凸棒土的活性，提高凹凸棒土的吸水性和保水保肥性。
(3)本发明通过将银离子吸附在竹炭表面，使竹炭不均具有吸水调湿功能，同时具有杀菌和抗菌功能，防止保水剂中的有机物质细菌繁衍。
(4)本发明中添加有有机发酵料，发酵料颗粒不仅可以提高保水剂的保水功能，同时可以保水剂的营养成分，促进植物生长，改善土壤理化性质，同时通过除壳聚糖、黄原胶、羟丙基甲基纤维素醚的复合作用，延缓水分的蒸发，增强保水作用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种干性土壤用复合保水剂，包括以下重量份计的原料：
淀粉-丙烯酸共聚物60份、改性凹凸棒土10份、壳聚糖4份、黄原胶4份、羟丙基甲基纤维素醚3份、有机发酵料7份、纳米二氧化硅5份、改性竹炭3份、聚乙烯醇2份、交联剂0.3份和引发剂1.2份；
所述有机发酵料包括以下重量份计的原料：稻糠15份、油粕8份、糖渣6份、腐植酸6份、牲畜粪便15份、蚯蚓粪便2份、木屑粉5份和云母粉5份。
改性凹凸棒土的制备方法如下：
(a)将凹凸棒土置入350摄氏度的煅烧炉中，焙烧4小时，冷却至室温后，送入研磨机中研磨至颗粒粒径至300目；
(b)按照2:1的液固质量比在焙烧后的凹凸棒土中加入质量分数45％的硫酸溶液，搅拌混合均匀后，升温至70摄氏度，以300转/分钟的速度搅拌混合反应4小时，将物料过滤，洗涤至滤液为中性，置入真空烘箱中干燥至水分小于6％，即得改性凹凸棒土。
改性竹炭的制备方法如下：
(1)将竹炭粉碎至100目后，经过浓硫酸搅拌浸泡5分钟，用去离子洗涤干净后，加入蒸馏水中采用超声破碎仪进行表面处理；
(2)将处理后的竹炭粉加入0.01克/毫升的硝酸银溶液中，搅拌混合均匀后，室温下静置35小时，然后在70摄氏度下进行旋转蒸发15小时，冷却至室温后，用去离子水洗涤3-5次后，置入烘箱中进行干燥，即得改性竹炭。
超声破碎仪的超声强度为12-18瓦，超声时间为35-40分钟。
硝酸银溶液和竹炭的比例为2毫升:1.5克。
交联剂为n,n-亚甲基双丙烯酰胺。
引发剂为过硫酸铵。
本实施例中的干性土壤用复合保水剂的制备方法，具体地，包括以下步骤
(1)有机发酵料的制备：
将稻糠、油粕、糖渣、腐植酸、牲畜粪便、蚯蚓粪便、木屑粉、腐植酸和云母粉加入高速搅拌机中混合均匀后，加入微生物发酵剂，高速搅拌混合后，加入一定量的水，至水分含量在40％，充分混合均匀，得混合料；
将混合料加入沼气池中进行厌氧发酵25天后，加入适量的灭菌剂搅拌混合均匀后，密封1天后，进行低温干燥至水分含量低于8％，即得；
(2)将淀粉-丙烯酸共聚物、聚乙烯醇、壳聚糖、黄原胶、羟丙基甲基纤维素醚混合搅拌均匀后，加入相当于其重量3倍的水分，升温至55摄氏度，以500转/分钟的速度，搅拌混合40分钟后，加入步骤(1)制得的发酵料和其它剩余的原料，机械搅拌混合1.5小时；
(3)将步骤(2)制得的混合物在70-80摄氏度下加热1.5-3小时后，造粒，干燥，即得所述干性土壤用复合保水剂。
实施例2
一种干性土壤用复合保水剂，包括以下重量份计的原料：
淀粉-丙烯酸共聚物70份、改性凹凸棒土15份、壳聚糖9份、黄原胶9份、羟丙基甲基纤维素醚7份、有机发酵料12份、纳米二氧化硅10份、改性竹炭7份、聚乙烯醇5份、交联剂0.8份和引发剂2.5份；
有机发酵料包括以下重量份计的原料：稻糠20份、油粕15份、糖渣12份、腐植酸12份、牲畜粪便20份、蚯蚓粪便6份、木屑粉10份和云母粉10份。
改性凹凸棒土的制备方法如下：
(a)将凹凸棒土置入450摄氏度的煅烧炉中，焙烧4小时，冷却至室温后，送入研磨机中研磨至颗粒粒径至500目；
(b)按照2:1的液固质量比在焙烧后的凹凸棒土中加入质量分数45％的硫酸溶液，搅拌混合均匀后，升温至80摄氏度，以500转/分钟的速度搅拌混合反应5小时，将物料过滤，洗涤至滤液为中性，置入真空烘箱中干燥至水分小于6％，即得改性凹凸棒土。
改性竹炭的制备方法如下：
(1)将竹炭粉碎至200目后，经过浓硫酸搅拌浸泡10分钟，用去离子洗涤干净后，加入蒸馏水中采用超声破碎仪进行表面处理；
(2)将处理后的竹炭粉加入0.01克/毫升的硝酸银溶液中，搅拌混合均匀后，室温下静置35小时，然后在70摄氏度下进行旋转蒸发15小时，冷却至室温后，用去离子水洗涤5后，置入烘箱中进行干燥，即得改性竹炭。
超声破碎仪的超声强度为18瓦，超声时间为40分钟。
硝酸银溶液和竹炭的比例为2毫升:1.5克。
交联剂为n-羟甲基丙烯酰胺。
引发剂为过硫酸钾。
本实施例中的干性土壤用复合保水剂的制备方法，具体地，包括以下步骤
(1)有机发酵料的制备：
将稻糠、油粕、糖渣、腐植酸、牲畜粪便、蚯蚓粪便、木屑粉、腐植酸和云母粉加入高速搅拌机中混合均匀后，加入微生物发酵剂，高速搅拌混合后，加入一定量的水，至水分含量在50％，充分混合均匀，得混合料；
将混合料加入沼气池中进行厌氧发酵30天后，加入适量的灭菌剂搅拌混合均匀后，密封2天后，进行低温干燥至水分含量低于8％，即得；
(2)将淀粉-丙烯酸共聚物、聚乙烯醇、壳聚糖、黄原胶、羟丙基甲基纤维素醚混合搅拌均匀后，加入相当于其重量3倍的水分，升温至60摄氏度，以800转/分钟的速度，搅拌混合50分钟后，加入步骤(1)制得的发酵料和其它剩余的原料，机械搅拌混合2小时；
(3)将步骤(2)制得的混合物在80摄氏度下加热3小时后，造粒，干燥，即得所述干性土壤用复合保水剂。
实施例3
一种干性土壤用复合保水剂，包括以下重量份计的原料：
淀粉-丙烯酸共聚物62份、改性凹凸棒土11份、壳聚糖5份、黄原胶5份、羟丙基甲基纤维素醚4份、有机发酵料9份、纳米二氧化硅6份、改性竹炭4份、聚乙烯醇3份、交联剂0.4份和引发剂1.7份；
有机发酵料包括以下重量份计的原料：稻糠17份、油粕10份、糖渣8份、腐植酸8份、牲畜粪便17份、蚯蚓粪便3份、木屑粉6份和云母粉6份。
改性凹凸棒土的制备方法如下：
(a)将凹凸棒土置入400摄氏度的煅烧炉中，焙烧4小时，冷却至室温后，送入研磨机中研磨至颗粒粒径至400目；
(b)按照2:1的液固质量比在焙烧后的凹凸棒土中加入质量分数45％的硫酸溶液，搅拌混合均匀后，升温至78摄氏度，以400转/分钟的速度搅拌混合反应4.5小时，将物料过滤，洗涤至滤液为中性，置入真空烘箱中干燥至水分小于6％，即得改性凹凸棒土。
改性竹炭的制备方法如下：
(1)将竹炭粉碎至150目后，经过浓硫酸搅拌浸泡8分钟，用去离子洗涤干净后，加入蒸馏水中采用超声破碎仪进行表面处理；
(2)将处理后的竹炭粉加入0.01克/毫升的硝酸银溶液中，搅拌混合均匀后，室温下静置35小时，然后在70摄氏度下进行旋转蒸发15小时，冷却至室温后，用去离子水洗涤4后，置入烘箱中进行干燥，即得改性竹炭。
超声破碎仪的超声强度为16瓦，超声时间为38分钟。
硝酸银溶液和竹炭的比例为2毫升:1.5克。
交联剂为n-羟甲基丙烯酰胺。
引发剂为过硫酸铵种。
本实施例中的干性土壤用复合保水剂的制备方法，具体地，包括以下步骤
(1)有机发酵料的制备：
将稻糠、油粕、糖渣、腐植酸、牲畜粪便、蚯蚓粪便、木屑粉、腐植酸和云母粉加入高速搅拌机中混合均匀后，加入微生物发酵剂，高速搅拌混合后，加入一定量的水，至水分含量在45％，充分混合均匀，得混合料；
将混合料加入沼气池中进行厌氧发酵28天后，加入适量的灭菌剂搅拌混合均匀后，密封1天后，进行低温干燥至水分含量低于8％，即得；
(2)将淀粉-丙烯酸共聚物、聚乙烯醇、壳聚糖、黄原胶、羟丙基甲基纤维素醚混合搅拌均匀后，加入相当于其重量3倍的水分，升温至58摄氏度，以700转/分钟的速度，搅拌混合48分钟后，加入步骤(1)制得的发酵料和其它剩余的原料，机械搅拌混合1.8小时；
(3)将步骤(2)制得的混合物在78摄氏度下加热2.5小时后，造粒，干燥，即得所述干性土壤用复合保水剂。
实施例4
一种干性土壤用复合保水剂，包括以下重量份计的原料：
淀粉-丙烯酸共聚物68份、改性凹凸棒土14份、壳聚糖8份、黄原胶8份、羟丙基甲基纤维素醚6份、有机发酵料11份、纳米二氧化硅9份、改性竹炭6份、聚乙烯醇4份、交联剂0.7份和引发剂2.1份；
所述有机发酵料包括以下重量份计的原料：稻糠19份、油粕13份、糖渣10份、腐植酸10份、牲畜粪便19份、蚯蚓粪便5份、木屑粉9份和云母粉9份。
改性凹凸棒土的制备方法如下：
(a)将凹凸棒土置入380摄氏度的煅烧炉中，焙烧4小时，冷却至室温后，送入研磨机中研磨至颗粒粒径至350目；
(b)按照2:1的液固质量比在焙烧后的凹凸棒土中加入质量分数45％的硫酸溶液，搅拌混合均匀后，升温至78摄氏度，以450转/分钟的速度搅拌混合反应4.8小时，将物料过滤，洗涤至滤液为中性，置入真空烘箱中干燥至水分小于6％，即得改性凹凸棒土。
改性竹炭的制备方法如下：
(1)将竹炭粉碎至180目后，经过浓硫酸搅拌浸泡8分钟，用去离子洗涤干净后，加入蒸馏水中采用超声破碎仪进行表面处理；
(2)将处理后的竹炭粉加入0.01克/毫升的硝酸银溶液中，搅拌混合均匀后，室温下静置35小时，然后在70摄氏度下进行旋转蒸发15小时，冷却至室温后，用去离子水洗涤5次后，置入烘箱中进行干燥，即得改性竹炭。
超声破碎仪的超声强度为16瓦，超声时间为36分钟。
硝酸银溶液和竹炭的比例为2毫升:1.5克。
交联剂为n-羟甲基丙烯酰胺。
引发剂为过硫酸铵。
本实施例中的干性土壤用复合保水剂的制备方法，具体地，包括以下步骤
(1)有机发酵料的制备：
将稻糠、油粕、糖渣、腐植酸、牲畜粪便、蚯蚓粪便、木屑粉、腐植酸和云母粉加入高速搅拌机中混合均匀后，加入微生物发酵剂，高速搅拌混合后，加入一定量的水，至水分含量在49％，充分混合均匀，得混合料；
将混合料加入沼气池中进行厌氧发酵28天后，加入适量的灭菌剂搅拌混合均匀后，密封2天后，进行低温干燥至水分含量低于8％，即得；
(2)将淀粉-丙烯酸共聚物、聚乙烯醇、壳聚糖、黄原胶、羟丙基甲基纤维素醚混合搅拌均匀后，加入相当于其重量3倍的水分，升温至58摄氏度，以700转/分钟的速度，搅拌混合47分钟后，加入步骤(1)制得的发酵料和其它剩余的原料，机械搅拌混合1.8小时；
(3)将步骤(2)制得的混合物在78摄氏度下加热2.5小时后，造粒，干燥，即得所述干性土壤用复合保水剂。
实施例5
一种干性土壤用复合保水剂，包括以下重量份计的原料：
淀粉-丙烯酸共聚物65份、改性凹凸棒土13份、壳聚糖7份、黄原胶7份、羟丙基甲基纤维素醚5份、有机发酵料10份、纳米二氧化硅8份、改性竹炭5份、聚乙烯醇3.5份、交联剂0.5份和引发剂1.9份；
所述有机发酵料包括以下重量份计的原料：稻糠18份、油粕12份、糖渣9份、腐植酸9份、牲畜粪便18份、蚯蚓粪便4份、木屑粉8份和云母粉8份。
改性凹凸棒土的制备方法如下：
(a)将凹凸棒土置入420摄氏度的煅烧炉中，焙烧4小时，冷却至室温后，送入研磨机中研磨至颗粒粒径至450目；
(b)按照2:1的液固质量比在焙烧后的凹凸棒土中加入质量分数45％的硫酸溶液，搅拌混合均匀后，升温至78摄氏度，以450转/分钟的速度搅拌混合反应4.5小时，将物料过滤，洗涤至滤液为中性，置入真空烘箱中干燥至水分小于6％，即得改性凹凸棒土。
优选地，所述改性竹炭的制备方法如下：
(1)将竹炭粉碎至180目后，经过浓硫酸搅拌浸泡8分钟，用去离子洗涤干净后，加入蒸馏水中采用超声破碎仪进行表面处理；
(2)将处理后的竹炭粉加入0.01克/毫升的硝酸银溶液中，搅拌混合均匀后，室温下静置35小时，然后在70摄氏度下进行旋转蒸发15小时，冷却至室温后，用去离子水洗涤5次后，置入烘箱中进行干燥，即得改性竹炭。
超声破碎仪的超声强度为15瓦，超声时间为38分钟。
硝酸银溶液和竹炭的比例为2毫升:1.5克。
交联剂为n-羟甲基丙烯酰胺种。
引发剂为过硫酸钾。
本实施例中的干性土壤用复合保水剂的制备方法，具体地，包括以下步骤
(1)有机发酵料的制备：
将稻糠、油粕、糖渣、腐植酸、牲畜粪便、蚯蚓粪便、木屑粉、腐植酸和云母粉加入高速搅拌机中混合均匀后，加入微生物发酵剂，高速搅拌混合后，加入一定量的水，至水分含量在49％，充分混合均匀，得混合料；
将混合料加入沼气池中进行厌氧发酵26天后，加入适量的灭菌剂搅拌混合均匀后，密封1.6天后，进行低温干燥至水分含量低于8％，即得；
(2)将淀粉-丙烯酸共聚物、聚乙烯醇、壳聚糖、黄原胶、羟丙基甲基纤维素醚混合搅拌均匀后，加入相当于其重量3倍的水分，升温至58摄氏度，以750转/分钟的速度，搅拌混合48分钟后，加入步骤(1)制得的发酵料和其它剩余的原料，机械搅拌混合1.6小时；
(3)将步骤(2)制得的混合物在78摄氏度下加热2小时后，造粒，干燥，即得所述干性土壤用复合保水剂。
对比例1：除改性凹凸棒土和有机发酵料不加外，其余原料与制备方法均与实施例1相同；
对比例2：除壳聚糖、黄原胶、羟丙基甲基纤维素醚不加外，其余原料与制备方法均与实施例1相同；
设置7个实验组，每个培养钵中播种30粒大豆种子为一个实验组，分别为实施例1-5的保水剂和对比例1-2的保水剂，各组均采用相同重量的土壤，初期，统一控制土壤含水量为60％，播种大豆15天后对大豆的出苗率、土壤的含水量进行统计，结果如下表1：
表1：
综上可以得出以下结论，本发明具有以下优点：
(1)本发明保水剂成分丰富具有良好的保水性能，同时通过原料间的协配作用还具有改善土壤理化性质，提高土壤活性的作用，保水保肥效果好，延长肥料的作用时间。
(2)本发明中通过高温煅烧和酸化凹凸棒土，增加凹凸棒土的纯度，同时提高凹凸棒土表面的孔径的活性，增强凹凸棒土的活性，提高凹凸棒土的吸水性和保水保肥性。
(3)本发明通过将银离子吸附在竹炭表面，使竹炭不均具有吸水调湿功能，同时具有杀菌和抗菌功能，防止保水剂中的有机物质细菌繁衍。
(4)本发明中添加有有机发酵料，发酵料颗粒不仅可以提高保水剂的保水功能，同时可以保水剂的营养成分，促进植物生长，改善土壤理化性质，同时通过除壳聚糖、黄原胶、羟丙基甲基纤维素醚的复合作用，延缓水分的蒸发，增强保水作用。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。