本发明属于生物复合材料领域，涉及一种细菌纤维素/凹凸棒复合生物质保水肥料及其制备方法。
背景技术：
：环保型高效保水肥料是针对农业、园林、园艺等领域需求大量使用保水、节水材料，而研制的一直新型多功能复合材料，由于其独特的吸水保水持肥等性能，在沙漠治理和农田抗旱等方面得到了广泛的应用。凹凸棒土为一种晶质水合镁铝硅酸盐矿物，具有独特的层链状结构特征，晶体呈针状，纤维状或纤维集合状，其理想的化学分子式为：Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O。凹凸棒石粘土具有特殊的孔道结构、界面性质以及较大的比表面积。中国专利CN105174278A公开了一种改性凹凸棒的制备方法及以改性凹凸棒为主要原料制备生物质保水肥料的方法。凹凸棒土具有较好的阳离子代换性、吸附性、吸水性、黏结性等特点，可以改良土壤的物化性状，改善土壤的水热条件。同时，凹凸棒土含有较高的矿质营养元素，能够提供微量元素。凹凸棒虽然具有良好的吸水性质，然而其堆积密度大难以形成腐质层，保水功能不行，本身不是肥料。细菌纤维素在化学组成和分子结构上与普通植物纤维素相近，均是由β-1,4葡萄糖连接而成的直连大分子。细菌纤维素高纯度、高聚合度，还具有良好的吸释控水功能，同时纤维素本身可作为土壤的有机养料形成具有良好透气性的保水腐殖层。技术实现要素：本发明提供了一种细菌纤维素/凹凸棒复合生物质保水肥料，将凹凸棒与细菌纤维素复合制成生物质保水肥料，能够改良土壤，使其保水透气，防止土壤板结，并提供农作物生长所需要的有机及部分无机养料。本发明的技术方案如下：一种细菌纤维素/凹凸棒复合生物质保水肥料，由细菌纤维素和凹凸棒组成，所述的细菌纤维素包裹生长在凹凸棒的表面，所述的细菌纤维素和凹凸棒的质量比为5:1～1:5。优选地，所述的细菌纤维素和凹凸棒的质量比为3:1～1:1。本发明还提供上述细菌纤维素/凹凸棒复合生物质保水肥料的制备方法，通过将凹凸棒土加入到细菌纤维素的发酵培养基中制得，包括以下步骤：步骤1，将凹凸棒石含量不小于98％的凹凸棒石黏土原矿粉碎，过100～300目筛，得到凹凸棒粉末，将凹凸棒粉末浸泡在盐酸中；步骤2，按5％～10％的接种量，将木醋杆菌种子液接种到发酵培养基中，然后加入与木醋杆菌种子液的质量体积比为1:1～4:1的凹凸棒粉末，发酵培养得到细菌纤维素/凹凸棒复合物；步骤3，将细菌纤维素/凹凸棒复合物清洗后，120℃下灭菌处理，浸泡在4％的氢氧化钠和0.1％的过氧化氢混合溶液中，100℃下保持8～12h，加入醋酸-醋酸钠缓冲溶液中和过量的氢氧化钠，水洗至pH至中性，干燥即得细菌纤维素/凹凸棒复合生物质保水肥料。优选地，步骤2中，所述的木醋杆菌为AcetobacterxylinumNUST4菌。优选地，步骤2中，木醋杆菌种子液的接种量为7％。优选地，步骤2中，凹凸棒粉末与木醋杆菌种子液的质量体积比为2:1。优选地，所述的发酵培养基为：葡萄糖4～7％，蔗糖1～3％，玉米浆1.5～3.5％，硫酸铵0.2～0.4％，磷酸二氢钾0.1～0.3％，硫酸镁0.02～0.04％，乳酸钙0.01～0.03％，初始pH6.0。本发明的生物质保水肥料具有良好的保水性能，能吸收其自身重量几十倍乃至上千倍的水，不仅可以提高土壤水分含量，防止水土流失。同时，本发明的生物质保水肥料能够促进土壤团聚体的形成，增强土壤通透性，降低植物死亡率，提高土壤保肥能力，使其保水透气，防止板结，并提供农作物生长所需要的有机及部分无机养料。细菌纤维素/凹凸棒复合生物质保水肥料使用三年左右，凹凸棒土成为土壤土质部分，而细菌纤维素也可作为土壤养分被自然降解形成腐殖层，有效预防土壤板结并提供肥力，是一种无污染的、能够改良土壤的生物质保水肥料。本发明的制备方法绿色环保，通过微生物手段制备的生物质保水肥料工艺简单，条件温和，易于大规模规范化生产和应用。附图说明图1为细菌纤维素(a)和细菌纤维素/凹凸棒复合生物质保水肥料(b)的TEM图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本发明作进一步详述。实施例1一种细菌纤维素/凹凸棒复合生物质保水肥料的制备方法，步骤如下：步骤1，凹凸棒粉末制备：选择凹凸棒石含量为99％的凹凸棒石黏土原矿粉碎成通过200目筛，将所得的凹凸棒粉末浸泡在1％的盐酸溶液1h，并用去离子水洗涤，经过121℃灭菌20min后备用。步骤2，种子培养：配置种子培养基50mL：葡萄糖5％，玉米浆0.6％，硫酸铵0.3％，磷酸氢二钾0.5％，硫酸镁0.05％，蛋白胨0.5％，羧甲基纤维素钠0.05％，pH5.2，121℃灭菌20min。将1gAcetobacterxylinumNUST4菌种放入种子培养基进行培养，29℃震荡培养24h，摇床转速为180r/min。步骤3，发酵培养：配置发酵培养基500mL：葡萄糖3％，蔗糖2.5％，玉米浆2％，硫酸铵0.3％，磷酸二氢钾0.2％，硫酸镁0.05％，乳酸钙0.02％，初始pH6.0，121℃灭菌20min。种子液以5％的接种量(25mL)接入，并加入与种子液质量体积比为2：1的凹凸棒粉末(5g)，摇匀，在29℃恒温条件下培养5天，使细菌纤维素在凹凸棒上成功长出，得到细菌纤维素/凹凸棒复合物。步骤4，分离纯化：将细菌纤维素/凹凸棒复合物水洗数次，在120℃的灭菌锅里进行杀菌处理。再用4％的氢氧化钠和0.1％的氢氧化氢混合溶液浸泡处理后，水浴加热到100℃，保持10h。用醋酸-醋酸钠缓冲溶液中和过量的氢氧化钠，水洗至pH为中性，自然干燥后，得到细菌纤维素/凹凸棒复合生物质保水肥料，称重为10.5g。实施例2一种细菌纤维素/凹凸棒复合生物质保水肥料的制备方法，步骤如下：步骤1，凹凸棒粉末制备：选择凹凸棒石含量为98％的凹凸棒石黏土原矿粉碎成通过100目筛，将所得的凹凸棒粉末浸泡在1％的盐酸溶液1h，并用去离子水洗涤，经过121℃灭菌20min后备用。步骤2，种子培养：配置种子培养基50mL：葡萄糖5％，玉米浆0.6％，硫酸铵0.3％，磷酸氢二钾0.5％，硫酸镁0.05％，蛋白胨0.5％，羧甲基纤维素钠0.05％，pH5.2，121℃灭菌20min。将1gAcetobacterxylinumNUST4菌种放入种子培养基进行培养，29℃震荡培养24h，摇床转速为180r/min。步骤3，发酵培养：配置发酵培养基500mL：葡萄糖3％，蔗糖2.5％，玉米浆2％，硫酸铵0.3％，磷酸二氢钾0.2％，硫酸镁0.05％，乳酸钙0.02％，初始pH6.0，121℃灭菌20min。种子液以7％的接种量(35mL)接入，并加入与种子液质量体积比为1：1的凹凸棒粉末(35g)，摇匀，在29℃恒温条件下培养5天，使细菌纤维素在凹凸棒上成功长出，得到细菌纤维素/凹凸棒复合物。步骤4，分离纯化：将细菌纤维素/凹凸棒复合物水洗数次，在120℃的灭菌锅里进行杀菌处理。再用4％的氢氧化钠和0.1％的氢氧化氢混合溶液浸泡处理后，水浴加热到100℃，保持8h。用醋酸-醋酸钠缓冲溶液中和过量的氢氧化钠，水洗至pH为中性，自然干燥后，得到细菌纤维素/凹凸棒复合生物质保水肥料，称重为40.1g。实施例3一种细菌纤维素/凹凸棒复合生物质保水肥料的制备方法，步骤如下：步骤1，凹凸棒粉末制备：选择凹凸棒石含量为99％的凹凸棒石黏土原矿粉碎成通过300目筛，将所得的凹凸棒粉末浸泡在1％的盐酸溶液1h，并用去离子水洗涤，经过121℃灭菌20min后备用。步骤2，种子培养：配置种子培养基50mL：葡萄糖5％，玉米浆0.6％，硫酸铵0.3％，磷酸氢二钾0.5％，硫酸镁0.05％，蛋白胨0.5％，羧甲基纤维素钠0.05％，pH5.2，121℃灭菌20min。将1gAcetobacterxylinumNUST4菌种放入种子培养基进行培养，29℃震荡培养24h，摇床转速为180r/min。步骤3，发酵培养：配置发酵培养基500mL：葡萄糖3％，蔗糖2.5％，玉米浆2％，硫酸铵0.3％，磷酸二氢钾0.2％，硫酸镁0.05％，乳酸钙0.02％，初始pH6.0，121℃灭菌20min。种子液以10％的接种量(50mL)接入，并加入与种子液质量体积比为4：1的凹凸棒粉末(200g)，摇匀，在29℃恒温条件下培养5天，使细菌纤维素在凹凸棒上成功长出，得到细菌纤维素/凹凸棒复合物。步骤4，分离纯化：将细菌纤维素/凹凸棒复合物水洗数次，在120℃的灭菌锅里进行杀菌处理。再用4％的氢氧化钠和0.1％的氢氧化氢混合溶液浸泡处理后，水浴加热到100℃，保持12h。用醋酸-醋酸钠缓冲溶液中和过量的氢氧化钠，水洗至pH为中性，自然干燥后，得到细菌纤维素/凹凸棒复合生物质保水肥料，称重为205.7g。实施例4细菌纤维素/凹凸棒复合生物质保水肥料的施用效果实验材料：黄瓜苗种子实验方法：A、试验组：实施上述方法制备的保水肥料：设两个实验组，I组2g/盆；II组3g/盆，每个处理重复3次。B、对照组：单独实施凹凸棒和细菌纤维素：设两个实验组，III组2g/盆的过200目分子筛粉碎凹凸棒土；IV组2g/盆未加入凹凸棒的絮状发酵细菌纤维素。实验步骤：在播种前将这些肥料或者物质与土壤充分混合，再放置3日。没盆播种黄瓜种子20粒，播种后立刻浇水300mL/盆。出苗的20天内没有浇水。出苗率(黄瓜种子出苗数量与总黄瓜种子数量之比)及其生长状况如表1所示。表1各实验组的黄瓜出苗率实验组出苗率生长状况I78％幼苗叶片嫩绿，生长良好II88％幼苗叶片嫩绿，生长良好III5％幼苗基本枯死IV30％幼苗叶片变黄，生长一般从表1可以看出，I和II组说明了增加土壤中保水肥料的含量有利于黄瓜苗的生长；I和IV说明了细菌纤维素可以起到肥料作用，但是无法起到保水效果；I和III说明了凹凸棒本身并不具有提供植物生长肥料的作用。实施例5细菌纤维素/凹凸棒复合生物质保水肥料的保水效果实验材料：盆装土壤实验方法：A、试验组：实施上述方法制备的保水肥料：设两个实验组，I组2g/盆；II组3g/盆，每个处理重复3次B、对照组：单独实施凹凸棒和细菌纤维素：设两个实验组，III组2g/盆的过200目分子筛粉碎凹凸棒土；IV组2g/盆未加入凹凸棒的絮状发酵细菌纤维素。C、空白组：V组不做任何处理。实验步骤，每个盆中倒入300mL水。检测经过不同时间段后各实验组的土壤含水率，结果如表2所示。表2各实验组的土壤含水率从表2可以看出，由I和II可知，适当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，但是没有很好的保水效果；由II和IV可知，虽然细菌纤维素有很好的吸水效果，但是没有很好的保水效果。综上可以看出，本保水肥料相对于各个对照组有着极为良好的保水效果。当前第1页1 2 3