一种纳米三氧化二铁催化合成人工腐殖酸的水稻促生方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米三氧化二铁催化合成人工腐殖酸的水稻促生方法，属于纳米农业领域。本发明专利技术所述的利用过渡金属催化废弃生物质合成人工腐殖酸的方法，包括如下步骤：在生物质原料中加入碱、过渡金属催化剂、水的混合溶液，在160～250℃催化反应6～48小时；反应结束后，将反应产物进行固液分离，之后将得到的液体进行过滤，得到人工腐殖酸。本发明专利技术采用纳米过渡金属催化合成的人工腐殖酸可促进水稻更早更快萌发，发芽率提高15％，还能有效促进水稻的生长，根系活力提高166.76％，净光合速率提高72.08％，且能提高水稻根系对水分和养分的吸收以及养分的转运，提高水稻抵御氧化胁迫和盐胁迫的能力。制备简单，操作便捷，易于推广应用。应用。应用。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米三氧化二铁催化合成人工腐殖酸的水稻促生方法


[0001]本专利技术涉及一种纳米三氧化二铁催化合成人工腐殖酸的水稻促生方法，属于纳米农业领域。

技术介绍

[0002]碳是植物生长所必需的一种大量元素。据估计，陆地碳库中的碳含量约为10
16
吨，是大气碳库的1.15
×
104倍，在全球碳供应和平衡中发挥着重要作用。而陆地碳库中的活性碳库主要以有机碳为主，约为1.50
×
10
12
吨，对维持土壤结构、提高土壤肥力、支持作物生长具有重要作用。腐殖酸是有机碳库中最活跃且含量最多的部分。腐殖酸通过提供养分、提高光合作用和抗病性来促进作物生长，并能提高土壤持水能力和微生物活性，改善氮素矿化和土壤质地，提高养分有效性，从而有利于植物根系的生长。此外，腐植酸还可以减缓肥料的分解，提高作物的养分利用效率。
[0003]土壤中天然腐殖质层一般是由枯枝落叶或植物残体经微生物代谢缓慢形成的。然而，天然腐殖酸的形成需要成百上千年的时间，且由于生物质腐殖化需要厌氧或极端温度环境，因此，我国富含腐殖质土壤的分布是极不均匀的，大部分土壤呈现腐殖酸含量不足现象。通常，从自然中提取天然腐殖酸需要耗费大量的物力财力。以上因素都极大限制了腐殖酸在农业生产中的作用。据了解，每年有2200多亿吨的碳通过光合作用进入植物，这些碳大部分会跟随废弃生物质被浪费掉，只有很少的部分能返回土壤。此外，废弃生物质的不当处理还会带来经济损失和环境负担。因此，如何再利用这些含有大量有效碳的废弃生物质是研究的热点。
[0004]通过化学方法将生物质中的碳经水热腐殖化生成人工腐殖酸是有效方法之一。已有研究表明水热法合成的人工腐殖酸与天然腐殖酸具有相似表面形态和结构性质，在促进植物养分吸收方面具有一定应用潜力。然而，传统的水热法合成腐殖酸方法需要强酸强碱的极端环境，且具有收率低和反应剧烈等缺点。此外，目前对人工合成腐殖酸的物质组成还未有报道，其促进植物生长的关键物质还不明确。

技术实现思路

[0005][技术问题][0006]传统的水热法合成人工腐殖酸过程反应过于剧烈，产物回收率低且促进植物生长的活性成分较少，人工腐殖酸中物质组成不明确。
[0007][技术方案][0008]为了解决上述问题，本专利技术以废弃生物质为原料，采用过渡金属作为催化剂合成人工腐殖酸；通过UPLC
‑
MS/MS对人工腐殖酸物质的组成和合成过程进行鉴定，之后将人工腐殖酸用于植物生长检验其促生作用。本专利技术所述的合成人工腐殖酸的方法绿色简单，而且农业施用方便易操作且效果好。
[0009]本专利技术的第一个目的是提供一种利用过渡金属催化废弃生物质合成人工腐殖酸
的方法，包括如下步骤：
[0010]在生物质原料中加入碱、过渡金属催化剂、水的混合溶液，在160～250℃催化反应6～48小时；反应结束后，将反应产物进行固液分离，之后将得到的液体进行过滤，得到人工腐殖酸。
[0011]在本专利技术的一种实施方式中，所述的生物质包括大宗农田废弃生物质、绿化废弃生物质，其中，所述的大宗农田废弃生物质包括秸秆、稻壳和花生壳等，所述的绿化废弃生物质包括树枝和树叶等。
[0012]在本专利技术的一种实施方式中，所述的碱包括氢氧化钾、氢氧化钠。
[0013]在本专利技术的一种实施方式中，所述的过渡金属催化剂为纳米三氧化二铁；所述的过渡金属催化剂的粒径为纳米级别(<100nm)。
[0014]在本专利技术的一种实施方式中，所述的生物质原料和过渡金属催化剂用量比为2.5～3.5:1，进一步优选为3：1。
[0015]在本专利技术的一种实施方式中，所述的生物质原料和水的质量比为1g：15～25mL，进一步优选为1：20mL。
[0016]在本专利技术的一种实施方式中，所述的碱在水中的浓度不高于0.01g/mL。
[0017]在本专利技术的一种实施方式中，所述的过滤是采用<0.45um的滤膜过滤。
[0018]本专利技术的第二个目的是本专利技术所述的方法制备得到的人工腐殖酸。
[0019]在本专利技术的一种实施方式中，所述的人工腐殖酸中含有香豆酸、异柠檬酸等植物激素类物质。
[0020]本专利技术的第三个目的是提供一种利用本专利技术的人工腐殖酸促进植物生长的方法，所述的方法是在植物种子萌发或者植株生长的过程中添加人工腐殖酸进行培养。
[0021]在本专利技术的一种实施方式中，所述的在种子萌发过程中添加人工腐殖酸具体是：先将植物种子在添加人工腐殖酸的溶液中室温培养至发芽。
[0022]在本专利技术的一种实施方式中，所述的植物种子在萌发之前需要杀菌；其中杀菌是采用5％(v:v)H2O2溶液。
[0023]在本专利技术的一种实施方式中，所述的植株生长的过程中添加人工腐殖酸具体是：取发芽情况均一的水稻种子在含有土壤和人工腐殖酸的环境中进行培养；其中，人工腐殖酸与土壤比为1/30(mL/g)。
[0024]在本专利技术的一种实施方式中，所述的植物种子包括水稻种子；所述的植株包括水稻植株。
[0025][有益效果][0026](1)本专利技术制备人工腐殖酸所用的原料来源广泛，主要为生物质废弃物，且制备方法简单、易于实施，具有低碳环保的特点。
[0027](2)本专利技术制备人工腐殖酸与天然腐殖酸具有相似的形态结构。
[0028](3)本专利技术采用纳米过渡金属催化加速了生物质大分子水热腐殖质化过程，提高生物质降解率(达到14％以上)，促进人工腐殖酸中生长激素类似物(如，异柠檬酸、香豆酸等)的合成。
[0029](4)本专利技术采用纳米过渡金属催化合成的人工腐殖酸可促进水稻更早更快萌发，发芽率提高15％，还能有效促进水稻的生长，根系活力提高166.76％，净光合速率提高
72.08％，且能提高水稻根系对水分和养分的吸收以及养分的转运，提高水稻抵御氧化胁迫和盐胁迫的能力。制备简单，操作便捷，易于推广应用。
附图说明
[0030]图1是人工腐殖酸扫面电镜照片；其中(a)为黑土(black soil)中提取的天然腐殖酸；(b)为KOH；(c)为KOH+FeCl3；(d)为KOH+Fe2O3。
[0031]图2是人工腐殖酸表面官能团的图片。
[0032]图3是人工腐殖酸合成过程的示意图。
[0033]图4为实施例1、对比例1和对比例2中的人工腐殖酸的共有的部分物质；其中A是L
‑
来苏糖；B是蛋氨酸亚砜；C是3
‑
羟丙基
‑
二甲氧基苯酚。
[0034]图5为实施例1中的人工腐殖酸特有的物质；其中A是4
‑
香豆酸；B是异柠檬酸；C是4
‑
亚加基
‑
L
‑
谷氨酸。
[0035]图6为对比例1中的人工腐殖酸特有的物质；其中A是DL
‑
乳酸；B是吡啶羧酸；C是3...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用过渡金属催化废弃生物质合成人工腐殖酸的方法，其特征在于，包括如下步骤：在生物质原料中加入碱、过渡金属催化剂、水的混合溶液，在160～250℃催化反应6～48小时；反应结束后，将反应产物进行固液分离，之后将得到的液体进行过滤，得到人工腐殖酸。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的生物质包括大宗农田废弃生物质、绿化废弃生物质，其中，所述的大宗农田废弃生物质包括秸秆、稻壳和花生壳等，所述的绿化废弃生物质包括树枝和树叶等。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的过渡金属催化剂为纳米三氧化二铁。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的生物质原料和过渡金属催化剂用量比为2.5～3.5:1。5.权利要求1～4任一项所述的方法制备得到的人工腐殖酸。6.根据权利要求5...

【专利技术属性】
技术研发人员：王震宇，李晓娜，廉菲，王传洗，乐乐，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：