[发明专利]土壤治理用的复合材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种农业用的土壤治理复合材料，具体讲是具有吸水/保水功能，并作为可进一步负载解磷菌、固氮菌等微生物载体的功能复合材料，以及该材料的制备方法。

背景技术

高吸水保水材料通常是一种含有羧基、羟基等强亲水基团并具有一定交联度的功能高分子材料，它不溶于水，却具有很高的吸水、保水能力，目前已广泛应用于医疗卫生、农业园林、石油化工、土木建筑等领域中。如李丽等人在“天然高分子吸水材料的制备工艺与性能评价”(《材料科学与工艺》[J].2006，14(5)：470-477)中报道了将以淀粉接枝丙烯酸、丙烯酸酯、醋酸乙烯酯、丙烯酸胺等制备的高吸水材料应用在农林园艺方面，可具有较高的吸水率。但是其在制备工艺、生产成本及环保方面尚存在问题。此外，作为当前高吸水保水材料主流产品的丙烯酸类聚合物，其生物分解性差，对生态环境具有很大的不利影响，而其制备原料则又依赖于日益紧张和枯竭的石油资源，因而越来越不被人们所接受。研究和开发可生物降解型、环境友好型高吸水保水材料已日益受到重视。

纤维素是地球上存在量最大的天然高分子物质，价格低廉，在水中可以吸水溶胀，可用作吸水材料，尤其是其具有优良的生物降解性能，且降解产物环境友好。目前已有将纤维素通过醚化、酯化、交联、接枝共聚等方法制备高吸水材料的报道，特别是将纤维素制备成羧甲基纤维素后，再经交联制成的高吸水材料，其吸水率适中，吸水速度快，在自然界中可自发降解。

壳聚糖是一种聚阳离子多糖，常由甲壳素经脱乙酰化而得，具有良好的生物相容性和降解性。在制备高吸水材料方面有广阔的前景。

由羧甲基纤维素和壳聚糖制备的复合材料薄膜，利用其在透气性、可负载药物及有利于组织细胞生长等生物学方面的特殊性能，在医疗材料中作为组织引导再生膜的应用目前已有研究和报道。

另一方面，为满足植物或农作物生存、生长所需的氮、磷等营养元素，工业化肥一直被认为是农业生产中实现这一目的的主要途径。但随着化肥用量的增大，其如成本高，对非再生能源消耗大，污染空气、土壤及水质，危害农牧业等食品安全，破坏土壤结构及微生物区系及多样性等负面影响已日益明显。随着对环境保护的要求、对非再生资源危机的认识以及对持续农业重要性的理解，寻求其他肥料来源的研究与日俱增。

大气中氮气的含量接近80％，但大多数植物并不能直接吸收利用。而如自生固氮菌等微生物则能通过体内固氮酶的活动，将空气中分子形态的氮素固定并转变成能为生物体直接利用的氨态氮，即所谓的生物固氮。磷和氮素一样，在植物的能量转换、呼吸及光合作用等代谢活动中都起关键作用。但是现有研究显示，施入土壤中的磷肥的利用率仅为20％左右，绝大部分的磷都被土壤固定形成了难溶性磷化物。因此，提高土壤中固氮微生物数量及磷的利用率，对植物生长具有重要的作用。大量研究证明，将解磷菌接种于土壤，利用其生长繁殖所产生的有机酸，可以将土壤中难溶性磷化物分解转化为可溶性磷，能大幅度提高土壤中速效磷含量，从而改善作物的磷素营养。而且解磷菌对固氮菌的繁殖和固氮活性之间也有着明显的促进作用，且固氮菌对解磷菌的萌发和水溶性磷的形成同样也存在着关键的生物学效应。但实际应用中，由于土壤中缺少这些微生物的有效载体，因此难以发挥其应有和最大的作用和功效，且所施放和/或形成的肥料成分也容易随水而流失，难以起到改善土壤结构、增加土壤肥力和提高对植物的营养及促生长的作用。

发明内容

针对上述情况，本发明将提供一种能具有吸水/保水功能，并还可以作为能进一步负载解磷菌和/或固氮菌等微生物的载体，因而可用于土壤治理的功能高分子材料。在此基础上，本发明进一步还将提供该土壤治理用复合材料的制备方法。

本发明土壤治理用的复合材料，是由质量比为0.5～9.5∶1、优选为4～9∶1的羧甲基纤维素或其钠盐成分与壳聚糖交联所成的具有贯通性孔隙结构的多孔复合材料，孔隙的平均孔径为20～200μm，孔隙中吸储水分的吸水率为材料自身质量的2000％～8000％。

其中，所说的羧甲基纤维素或羧甲基纤维素钠盐，可以是由各种来源形式的纤维素，如由常见的麻、麦秆、稻草、甘蔗渣等原料得到的纤维素，经羧基化改性处理(可参考如CN03117504.X等文献的改性方法)，特别是使改性后羧甲基纤维素的取代度大于0.6的羧甲基纤维素(或钠盐)。其结构上带有的更多羧基，有利于提高其亲水、吸水和保水性能。