碳气凝胶作为纳米碳肥料增效剂在调节植物生长中的应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及碳气凝胶作为纳米碳肥料增效剂在调节植物生长中的应用。
【背景技术】
[0002] 纳米技术在农业领域具有开发潜力和应用前景，其被广泛应用于消毒杀菌、促进 光合作用、调节生长激素等方面。俄罗斯纳米工业集团封闭型股份公司将纳米技术广泛应 用在农工综合体领域，例如，纳米技术已经从食品包装到贮存都在使用，复合包装材料（由 银金属离子与纳米粒子合成)，具有抗菌、保鲜的功效，可有效对各类食品进行消毒；应用铁 金属生物活性纳米粒子，可以使某些谷类作物的单产提高，比例高达10%~40% ;在纳米 技术的基础上，对牲畜进行生物活性喂养，能收到有效降低动物发病率，加快动物长膘的效 果。
[0003] 近年来，受高投入高产出种植模式的影响，大田生产不合理施肥甚至过量施肥严 重，导致土壤板结及土壤肥力降低；同时过量的养分由于雨水淋溶进入水体，导致严重的面 源污染。《自然》杂志也有相关的报道（Gleiter，1997)，有机种植的产量要低于传统种植 产量的1/4左右。因此，对于以产量为农业生产系统重要考核指标的中国，完全不使用化 学肥料无助于解决农民增收及粮食安全问题。因此，如何在少使用化学肥料的同时又能使 农作物增产成为农业领域研究的热点。

【发明内容】

[0004] 本发明的目的在于提供一种碳气凝胶作为纳米碳肥料增效剂在调节植物生长中 的应用。
[0005] 本发明的实现过程如下： 碳气凝胶作为纳米碳肥料增效剂在调节植物生长中的应用。
[0006] 具体应用中可以将碳气凝胶分散于水中配成悬浊液，在分散过程中加入氮、磷、钾 肥和微量元素。
[0007] 上述的碳气凝胶制备方法为：在密闭容器中，将水溶性糖类化合物和水溶性高分 子溶于水，在140~300°C反应后得到碳气凝胶，水溶性糖类化合物和水溶性高分子的质量 比为1 :1~1 :0. 05,水溶性糖类化合物和水的质量比为1:5~1 :0. 5。
[0008] 上述的水溶性糖类选自单糖、二糖、多糖。
[0009] 上述的水溶性糖类选自葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖、可溶性淀粉；水溶性高 分子选自聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺。
[0010] 上述的反应体系中加入有机酸，有机酸选自甲酸、乙酸、乙二酸、丙酸，糖类化合物 和有机酸的质量比为1:4~1 :0. 5。
[0011] 上述的反应温度为160~230°C。
[0012] 和传统的肥料相比，加入纳米碳肥料增效剂的肥料具有以下特点：（1)纳米碳能 在光合作用下使土壤中养分增加，促进植物根系活性化，提高植物生命力；（2)纳米碳的高 吸附性和缓释放性，使纳米碳进入土壤后能溶于水，增加植物根系吸收水分和养分的潜能； (3)植物还可以通过根系吸收纳米碳粒附着的养分，进入植物根茎、叶，缩短植物生长周期 并达到增产效果；（4)纳米碳可以使土壤中有益噬碳微生物、小生物大量繁殖，促进土地生 态循环，逐渐改善土壤状况，长远带动减少肥料施用。
[0013] 本发明的碳气凝胶具有纳米尺寸小，比表面积大，其作为纳米碳肥料增效剂添加 到肥料中，将更利于植物吸收，促进植物生长。
【附图说明】
[0014] 图1为实施例1、2、4、7制备的碳气凝胶照片； 图2为实施例1制备的碳气凝胶的透射电镜图。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合实施例对本发明作进一步说明。
[0016] 实施例1 将IOg葡萄糖和6g聚乙烯吡咯烷酮（K30)溶于50mL水中，将混合液转移至密闭反应 釜中，在200°C下反应8小时，反应结束后得到柱状碳气凝胶见图la，碳气凝胶的透射电镜 照片见图2,从图中可以看出碳颗粒的尺寸约为20~30nm。
[0017] 实施例2 将5.58蔗糖和0.58聚丙烯酰胺（]\^:2000000~14000000)溶于201^水中，加入61^ 甲酸，将混合液转移至密闭反应釜中，在200°C下反应5小时，反应结束后得到圆柱状碳气 凝胶见图lb。
[0018] 实施例3 将5g果糖和0. 6g聚乙烯吡咯烷酮（K30)溶于15mL水中，再加入IOmL冰乙酸，将混 合液转移至密闭反应釜中，在140°C下反应16小时，反应结束后得到圆柱状碳气凝胶。
[0019] 实施例4 将7g麦芽糖和Ig聚丙烯酸钠 （Mw :5000000~7000000)溶于25mL水中，再加入7g 乙二酸，将混合液转移至密闭反应釜中，在300°C下反应5小时，反应结束后得到圆柱状碳 气凝胶见图lc。
[0020] 实施例5 将Ig乳糖和0.05g水解聚丙酰胺溶于5mL水中，再加入4mL冰乙酸，将混合液转移 至密闭反应釜中，在160°C下反应10小时，反应结束后得到圆柱状碳气凝胶。
[0021] 实施例6 将5g可溶性淀粉和0. 7g聚乙烯吡咯烷酮（K30)溶于15mL水中，再加入6mL丙酸，将 混合液转移至密闭反应釜中，在200°C下反应8小时，反应结束后得到圆柱状碳气凝胶。
[0022] 实施例7 将6g葡萄糖和0. 7g聚乙烯吡咯烷酮（K30)溶于20mL水中，再加入5mL冰乙酸，将混合 液转移至密闭反应釜中，在230°C下反应7小时，反应结束后得到圆柱状碳气凝胶见图Id。
[0023] 实施例8 将6g葡萄糖和0. 5g聚乙烯吡咯烷酮（K30)溶于IOmL水中，再加入5mL冰乙酸，将混 合液转移至密闭反应釜中，在200°C下反应8小时，反应结束后得到圆柱状碳气凝胶。
[0024] 实施例9碳气凝胶作为纳米碳肥料增效剂在调节植物生长方面的应用 (1)纳米碳使用浓度室内盆栽试验 按大豆每亩施肥量换算室内盆栽的施肥量，然后将实施例8制备的碳气凝胶配制成碳 的质量分数分别为〇、〇. 5%。、1%。，3%。，5%。的纳米碳肥料增效剂，每个处理设置5盆，每盆5 株，培养45天。测试大豆全植株生物量，统计分析。
[0025] 表1碳气凝胶作为纳米碳肥料增效剂调节植物生长的评价数据表
从表1可以看出，碳气凝胶作为纳米碳肥料增效剂具有促进植物生长的作用，随着纳 米碳浓度的增大，大豆苗的质量先增大后减少，当纳米碳浓度增大到3%。时，大豆苗的生长 速率***快，质量达到6. 9g，而当浓度达到5%。时，大豆苗生长速率减缓，质量为5. 3g，说明碳 的质量分数为3%。的纳米碳肥料增效剂能够显著促进植物生长。
[0026] ( 2 )肥料减量室内盆栽试验 以纳米碳肥料增效剂适宜添加比例3%。为基础，设置100%、60%的肥料施用及添加纳米 碳肥料增效剂3%。的肥料施用处理，每个处理5盆，每盆5株，培养45天，测试大豆全植株生 物量，统计分析。
[0027] 表2碳气凝胶作为纳米碳肥料增效剂调节植物生长的评价数据表
从表2可以看出，与正常施肥（即100%)相比，增加3%。纳米碳肥增效剂后，大豆苗的鲜 重增加了 2. 85g，在施肥量减为60%时，在肥料中加入3%。纳米碳肥料增效剂后，大豆苗的鲜 重比正常施肥(即100%)重1.45g，说明碳气凝胶作为纳米碳肥料增效剂在促进植物生长的 同时能够减少施肥量。
【主权项】
1. 碳气凝胶作为纳米碳肥料增效剂在调节植物生长中的应用。2. 根据权利要求1所述应用，其特征在于：将碳气凝胶分散于水中配成悬浊液。3. 根据权利要求2所述应用，其特征在于：所述的碳气凝胶在分散过程中加入氮、磷、 钾肥和微量元素。4. 根据权利要求1至3任意之一所述应用，其特征在于所述的碳气凝胶制备方法为： 在密闭容器中，将水溶性糖类化合物和水溶性高分子溶于水，在140~300°C反应后得到碳 气凝胶，水溶性糖类化合物和水溶性高分子的质量比为1 :1~1 :〇. 05,水溶性糖类化合物 和水的质量比为1:5~1 :0. 5。5. 根据权利要求4所述应用，其特征在于：所述的水溶性糖类选自单糖、二糖、多糖。6. 根据权利要求5所述应用，其特征在于：所述的水溶性糖类选自葡萄糖、果糖、蔗糖、 麦芽糖、乳糖、可溶性淀粉。7. 根据权利要求4所述应用，其特征在于：所述的水溶性高分子选自聚乙烯吡咯烷酮、 聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺。8. 根据权利要求4所述应用，其特征在于：反应体系中加入有机酸，糖类化合物和有机 酸的质量比为1:4~1 :0. 5。9. 根据权利要求8所述应用，其特征在于：所述的有机酸选自甲酸、乙酸、丙酸、乙二 酸。10. 根据权利要求4所述应用，其特征在于：反应温度为160~230°C。
【专利摘要】本发明公开了一种碳气凝胶在促进植物生长方面的应用，具体涉及碳气凝胶作为纳米碳肥料增效剂在调节植物生长中的应用。本发明在密闭容器中，将水溶性糖类化合物和水溶性高分子溶于水，在140～300℃反应后，经干燥得到碳气凝胶。本发明碳气凝胶作为纳米碳肥料增效剂，不仅能促进植物生长，而且能够吸附土壤中重金属、有机污染物，达到改善土质、净化土壤的目的。