一种利用生物基水凝胶种植枸杞的方法与流程

1.本发明属于农作物栽培技术领域，具体涉及一种利用生物基水凝胶种植枸杞的方法。


背景技术：

2.水凝胶是一种经分子交联形成的三维网络结构，因具有高吸水性、保水性、缓释功能等优点，常被用作农业种植的保水剂，成为农业研究的热点之一。目前，水凝胶的生产方法主要包括化学交联法和生物交联法。
3.化学合成的水凝胶保水剂，其原料多为不可再生的石油资源，并且化学水凝胶材料在农业环境中难以降解，易在土壤中积累而污染土壤，降低土壤微生物的数量和活性，造成土壤营养失调，使土壤板结。
4.相对而言，生物交联法所得水凝胶环保性更佳。聚谷氨酸水凝胶作为一种常用的生物材料，对人体和环境均无毒害。现有的聚谷氨酸水凝胶多以成本较高的高纯级γ-聚谷氨酸为单体，然而，纯聚谷氨酸水凝胶仅能在实验室进行小规模实验，无法实现大规模的工业化生产，导致其生产成本高，无法与化学合成的石油基聚合物水凝胶竞争。
5.研究人员发现，聚谷氨酸水凝胶的结构对其性能具有很大影响，因此，尝试采用复合水凝胶用于枸杞种植，然后，现有复合水凝胶并不能持续提供枸杞生长所需的营养成分和水分，且枸杞苗木生长的抗逆性不佳。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种利用生物基水凝胶种植枸杞的方法，该方法应用γ-聚谷氨酸复合水凝胶，降低了生产成本，提高杞苗木的抗逆性，实现增产，提高枸杞果实品质。
7.本发明提出一种利用生物基水凝胶种植枸杞的方法，包括以下步骤：
8.将γ-聚谷氨酸复合水凝胶打碎，加入水，对枸杞苗木进行灌溉处理。
9.进一步的，每棵枸杞苗木除使用γ-聚谷氨酸复合水凝胶进行灌溉外，每棵枸杞苗木除使用γ-聚谷氨酸复合水凝胶进行灌溉外，施用肥料，所述肥料包括：1-2斤复合肥、1-2斤磷酸二氢铵；其中，复合肥中氮：磷：钾质量比为10-30:10-20:5-10。
10.进一步的，每1l水加入γ-聚谷氨酸复合水凝胶1000-3000mg。
11.进一步的，每1l水加入γ-聚谷氨酸复合水凝胶1000-2000mg。
12.进一步的，所述γ-聚谷氨酸复合水凝胶为γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络复合水凝胶。
13.进一步的，所述γ-聚谷氨酸复合水凝胶由包括以下步骤制备而得：将明胶溶解于溶液，加入γ-聚谷氨酸和/或γ-聚谷氨酸发酵液后，得γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络复合水凝胶。
14.进一步的，γ-聚谷氨酸与明胶的质量比为1-10:10；明胶与γ-聚谷氨酸发酵液的质量比为100g:250-2500ml。
15.进一步的，γ-聚谷氨酸与明胶的质量比为1.6-4:10；明胶与γ-聚谷氨酸发酵液的质量比为100g:400-1000ml。
16.进一步的，所述灌溉处理为滴灌、喷灌、水平畦灌或涌流灌。
17.进一步的，所述灌溉处理为滴灌。
18.本发明具有以下优势：
19.本发明提出的一种利用生物基水凝胶种植枸杞的方法，将γ-聚谷氨酸复合水凝胶应用于枸杞育苗和种植，由于聚谷氨酸是生物基材料，可实现土壤水分、营养缓慢释放，聚谷氨酸通过调控枸杞苗木生长过程中的过氧化酶活性，从而提高枸杞苗木的抗逆性，使土壤中的有机质等被更有效地利用，促进枸杞生长，有效提高枸杞果实产量，同时还可提高枸杞果实品质。将γ-聚谷氨酸复合水凝胶应用于枸杞苗木种植，降低生产成本，实现较低成本的γ-聚谷氨酸复合水凝胶在农业的大规模应用。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明不同施加量的γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络复合水凝胶对土壤含水量的影响变化图；
22.图2为本发明不同施加量的γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络复合水凝胶对土壤ph的影响变化图；
23.图3为本发明不同施加量的γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络复合水凝胶对土壤有机质含量的影响变化图；
24.图4为本发明未施加γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络复合水凝胶的枸杞种植的对照图；
25.图5为本发明施加γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络复合水凝胶后的枸杞种植图。
具体实施方式
26.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。所用方法为常规方法如无特殊说明，均为常规方法。
28.本发明一实施例提出一种利用生物基水凝胶种植枸杞的方法，包括以下步骤：
29.将γ-聚谷氨酸复合水凝胶打碎，加入水，对枸杞苗木进行灌溉处理。
30.本发明实施例提出的利用生物基水凝胶种植枸杞的方法，将γ-聚谷氨酸复合水凝胶应用于枸杞育苗及种植，该方法可通过调控过氧化物酶活性，提高枸杞苗木的抗逆性。该方法还可控制枸杞生长期土壤中的有机质降解量，以及缓释土壤水分及营养，为枸杞生
长提供更多营养，使土壤中的有机质等被更有效地利用，同时通过调控枸杞苗木的生理代谢，实现枸杞增产并提高其抗逆性。
31.γ-聚谷氨酸复合水凝胶具有无毒、可降解等特性，其保水性能强，吸收养料并缓慢释放，减少水分与可溶性养分的损失，有效提高枸杞生长过程中水分利用率，促进枸杞生长。
32.本发明提出的枸杞种植的方法，安全、无毒，无化学合成组分，不存在潜在的土壤污染和食品安全问题。相对于纯聚谷氨酸复合水凝胶，本发明使用较低成本的γ-聚谷氨酸复合水凝胶，有效降低了生产成本。
33.本发明一实施例中，每棵枸杞苗木除使用γ-聚谷氨酸复合水凝胶进行灌溉外，施用肥料，肥料包括：1-2斤复合肥、1-2斤磷酸二氢铵；其中，复合肥中氮：磷：钾质量比为10-30:10-20:5-10。
34.优选的，每棵枸杞苗木除使用γ-聚谷氨酸复合水凝胶进行灌溉外，施用肥料，肥料包括：1-1.5斤复合肥、1-1.7斤磷酸二氢铵；其中，复合肥中氮：磷：钾质量比为15-25:10-15:5-10。
35.例如，每棵枸杞苗木除使用γ-聚谷氨酸复合水凝胶进行灌溉外，施用肥料，肥料包括：1.2斤复合肥、1.5斤磷酸二氢铵；其中，复合肥中氮：磷：钾质量比为20:12:8。
36.本发明一实施例中，每1l水加入1000-3000mgγ-聚谷氨酸复合水凝胶。优选的，每1l水加入1000-2000mgγ-聚谷氨酸复合水凝胶。更优选的，每1l水加入1200-1600mgγ-聚谷氨酸复合水凝胶。例如，每1l水加入1500mgγ-聚谷氨酸复合水凝胶。
37.本发明一实施例中，γ-聚谷氨酸复合水凝胶为γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络复合水凝胶。
38.本发明实施例中，明胶、γ-聚谷氨酸均可生物提取，且均为可降解材料，由其制备得到的γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络复合水凝胶可降解、安全、无毒，无化学合成组分，用于枸杞种植不存在潜在的食品安全问题。并且，明胶的价格与γ-聚谷氨酸相比较低，使复合水凝胶的整体成本下降。
39.具体而言，γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络复合水凝胶，由包括以下步骤制备而得：将明胶溶解于溶液，加入γ-聚谷氨酸和/或γ-聚谷氨酸发酵液后，得γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络复合水凝胶。
40.其中，明胶采用水溶液进行溶解。
41.优选的，γ-聚谷氨酸与明胶的质量比为1-10:10。更优选的，γ-聚谷氨酸与明胶的质量比为1.6-4:10。
42.优选的，明胶与γ-聚谷氨酸发酵液的质量比为100g:250-2500ml。更优选的，明胶与γ-聚谷氨酸发酵液的质量比为100g:400-1000ml。
43.需要指出，γ-聚谷氨酸发酵液为常规方法制备得到的。例如，可以为cn103695485b公开的方法制备γ-聚谷氨酸发酵液。
44.需要指出，随γ-聚谷氨酸与明胶质量比的增加，γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络复合水凝胶的压缩强度、断裂应变、拉伸和储能模量g’随之增加，溶胀随之减小，γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络复合水凝胶力学性能相比于γ-聚谷氨酸具有明显改善。
45.本发明实施例提出的提高枸杞种植产量及抗逆性的方法，使用较低成本的γ-聚
谷氨酸/明胶半互穿网络复合水凝胶，有效降低了生产成本，缩短了γ-聚谷氨酸复合水凝胶的生产工艺，使其在农业的大规模应用成为可能。此外，该方法不会造成土壤污染，保证了土壤中微生物的数量和活性。
46.本发明一实施例中，灌溉处理为滴灌、喷灌、水平畦灌或涌流灌。具体的，可以为两种或两种以上的滴灌方式的结合。例如，可以为滴灌和喷灌两种方式结合。优选的，灌溉处理为滴灌。
47.本发明实施例在中宁县杞鑫枸杞苗木专业合作社(宁夏中卫市中宁县滨河南路营盘滩一队)的实施，实现枸杞增产10％左右，中宁全县使用后预计可实现增收2-3亿元。
48.下面结合实施例对本发明做进一步详细说明书，但本发明并不限于以下实施例。
49.实施例1：一种利用生物基水凝胶种植枸杞的方法
50.γ-聚谷氨酸复合水凝胶：将γ-聚谷氨酸发酵液400ml(γ-聚谷氨酸浓度为4％)和100g明胶溶入水中，定容5l，凝固后形成γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络复合水凝胶。
51.施加方式：将γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络复合水凝胶打碎后，加入500l灌溉用水，制得样品，然后对枸杞苗木进行滴灌。根据枸杞苗木生长期灌溉次数，将样品均匀分次加入。
52.种植地点：中宁县杞鑫枸杞苗木专业合作社(宁夏中卫市中宁县滨河南路营盘滩一队)。
53.种植面积及枸杞苗木数量：2亩(每亩依次编号为1#、2#)，每亩种植枸杞苗木220棵。
54.土质：灌淤土。
55.枸杞品种：宁杞五号、十号。
56.实施例2：一种利用生物基水凝胶种植枸杞的方法
57.同实施例1，不同之处在于，γ-聚谷氨酸复合水凝胶为：将γ-聚谷氨酸发酵液700ml(γ-聚谷氨酸浓度为4％)和100g明胶溶入水中，定容5l，凝固后形成γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶。
58.实施例3：一种利用生物基水凝胶种植枸杞的方法
59.同实施例1，不同之处在于，γ-聚谷氨酸复合水凝胶为：将γ-聚谷氨酸发酵液1000ml(γ-聚谷氨酸浓度为4％)和100g明胶溶入水中，定容5l，凝固后形成γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶。
60.对比例1：一种利用生物基水凝胶种植枸杞的方法
61.同实施例1，不同之处在于，不添加γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶。
62.试验例1：
63.为了便于对比，将实施例1-3、对比例1部分实验条件统计列于表1。采用实施例1-3、对比例1方法进行枸杞育苗和种植，记录土壤指标，培育全程记录枸杞苗木生长、生理指标，分别采收枸杞果实，全程记录产量和品质指标并进行统计学分析，整个试验过程保持非试验因素一致。
64.表1γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶不同施加量
[0065][0066]
采样方法：在枸杞树根部深度为8-10cm下进行土壤采样。
[0067]
观察不同施加量的γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶对土壤含水量、ph值和有机质含量的影响。记录土壤指标结果于表2。
[0068]
表2不同施加量的γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶对土壤含水量、ph值和有机质含量的影响
[0069][0070]
(1)不同施加量的γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶对土壤含水量的影响
[0071]
表3不同施加量的γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶对土壤含水量的影响
[0072][0073][0074]
由表3结合图1可知，施用γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶后，可以明显提高土壤含水量。土壤含水量随着γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶施用量的增加呈现先增加、后降低的趋势。在施加实施例2的γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶后，可以使土壤含水量提高30％。
[0075]
(2)不同施加量的γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶对土壤ph值的影响
[0076]
表4不同施加量的γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶对土壤ph值的影响
[0077][0078]
由表4结合图2，表明使用不同梯度的γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶后，土壤ph无明显差别，均在7.6-8.0之间，基本处于中性，适合植物生长。
[0079]
(3)不同施加量的γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶对土壤有机质含量的影响
[0080]
表5不同施加量的γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶对土壤有机质含量的影响
[0081][0082]
由表5结合图3可知，施用γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶后，可以明显提高土壤有机质含量。土壤有机质含量随着γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶施用量的增加呈现先增加、后降低的趋势。在施加实施例2的γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶后，可以使土壤有机质含量提高14％。
[0083]
(4)不同施加量的γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶对枸杞苗木叶片叶绿素、过氧化物酶的影响
[0084]
表6不同施加量的γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶对枸杞苗木叶片叶绿素、过氧化物酶的影响
[0085][0086]
由表6可知，当施用γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶后，枸杞苗木叶片的叶绿素含量降低，而过氧化物酶普遍提高。γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶通过调控过氧化物酶活性，提高枸杞苗木的抗逆性。
[0087]
(5)不同施加量的γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶对枸杞果实干物质含量、可溶性固形物和粒重的影响。其中，枸杞果实干物质含量的测定采用烘干法。
[0088]
表7不同施加量的γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶对枸杞果实干物质含量、可溶性固形物和粒重的影响
[0089][0090]
由表7可知，施用γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶后，枸杞果实的干物质含量、可溶性固定物略有降低，实施例1的粒重明显增加。
[0091]
(6)不同施加量的γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶对枸杞果实的枸杞多糖和总糖含量的影响
[0092]
表8不同施加量的γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶对枸杞果实的枸杞多糖和总糖含量的影响
[0093][0094]
由表8可知，施用γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶后，实施例3的枸杞多糖含量明显增加，实施例1-3的总糖含量均增加。表明，施用γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶可以提高枸杞果实品质。
[0095]
(7)施加γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶对枸杞鲜果产量的影响
[0096]
对比例1的枸杞鲜果亩产量为1200斤。施用实施例1-3的γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶亩产，枸杞鲜果亩产量达到1320斤左右，因此，将γ-聚谷氨酸/明胶半互穿网络水凝胶应用于枸杞育苗和种植，可以实现枸杞鲜果增产10％。中宁全县使用后预计可实现增收2-3亿元。
[0097]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
[0098]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。