技术领域
[0001] 本
发明广泛但不排他地涉及用于提高
土壤肥力的制品、其制造方法和提高土壤肥力的方法。
背景技术
[0002] 营养素和
水缺乏会阻碍
植物的生长。快速的城市化和过度使用土地导致土地退化问题变得越来越严重。土壤中重金属含量高和
盐度大等问题会影响作物种植土壤的条件。土地退化威胁加剧可能会影响农业产量和
可持续性。
[0003] 需要不断地对农业用地进行
施肥和处理以避免这些问题。例如，可以通过向土壤提供适量的水和
肥料来施肥。这可以减轻不同类型的非
生物和生物胁迫的影响，从而增强作物的生长。农民可以通过人力为作物施肥。在该过程中可以采用其他应用，例如
灌溉系统。
[0004] 然而，如果陆地面积相对较大，则施肥和处理过程可能是繁重的。而且，由于各种原因，这些过程可能是昂贵的但是无效的。例如，供水可能会因
气候变化而中断，例如干旱的发生。这剥夺了作物的营养，从而破坏作物的关键的生长阶段。
[0005] 因此，需要提供一种用于提高土壤肥力的制品及其制造方法，其寻求解决上述问题中的至少一个或提供有用的替代方案。
发明内容
[0006] 根据本发明的第一方面，提供了一种用于提高土壤肥力的制品，所述制品包括：
[0008] 置于所述容器中的肥料；以及
[0009] 置于所述容器中的水分调节剂，
[0010] 其中，所述水分调节剂被配置为基于所述容器内的空间和所述容器的外部之间存在的水分梯度反复吸收来自容器外部的水分，并将吸收的水分释放到所述容器内的空间中，以控制所述肥料从所述容器通过所述膜的释放，以及
[0011] 其中，所述水分调节剂被进一步配置为在所述容器内的空间中形成基底以供对水分敏感的
微生物栖息，所述微生物能够基于所述水分梯度通过所述膜转移。
[0012] 所述水分调节剂可包括多个水凝胶。
[0013] 所述多个水凝胶可包括选自由均聚水凝胶、共聚水凝胶和多聚物互穿
聚合物水凝胶构成的组的水凝胶。
[0014] 所述水分调节剂可由可
生物降解材料制成。
[0015] 所述水分调节剂的重量可在所述容器的重量的0.1-20％的范围内
[0016] 所述可渗透膜可由
可生物降解材料制成。
[0017] 所述可渗透膜可包括选自由以下物质构成的组中的至少一个：
牛皮纸、再生环保纸、制袋牛皮纸、聚乳酸衍生聚合物、聚羟基
脂肪酸酯衍生聚合物、聚乙烯衍生聚合物、聚
氨酯衍生聚合物、
层压到纸上的聚合物和层压到聚合物上的聚合物。
[0018] 所述肥料可包括选自由
生物肥料、矿物肥料、
有机肥料和
无机肥料构成的组的至少一种肥料。
[0019] 所述生物肥料可包括置于至少一个
外壳内的微生物，所述至少一个外壳包括外部涂层，并且其中，所述外部涂层被配置为在
接触水分预定的时间段后溶解，从而提供所述微生物的延迟释放。
[0020] 所述微生物可选自由根瘤菌、固氮菌、固氮螺菌、
磷酸盐增溶菌(PSB)、泡囊丛枝菌根(VAM)和植物
根际促生菌(PGPR)组成的组，上述菌选自假单胞菌属、肠杆菌属、芽孢杆菌属、变异杆菌属、克雷伯氏菌属、伯克霍尔德氏菌属、固氮螺菌属、沙雷菌属、固氮菌属。
[0021] 所述矿物肥料可包括选自由以下物质构成的组的至少一种：尿素、
氯化铵、
硫酸铵、
硝酸铵、磷酸一铵、磷酸二铵、氯化
钾、磷酸钾、五水
硼酸盐、硫酸
铜(II)、
硫酸镁、硫酸亚
铁、硫酸锌、硫酸锰、钼酸钠。
[0022] 根据本发明的第二方面，提供了一种制造用于提高土壤肥力的制品的方法，所述方法包括以下步骤：
[0023] 将肥料置于容器中，所述容器包括流体可渗透膜；以及
[0024] 将水分调节剂置于所述容器中，
[0025] 其中，所述水分调节剂能够基于所述容器内的空间和所述容器的外部之间存在的水分梯度反复吸收来自容器外部的水分，并将吸收的水分释放到所述容器内的空间中，以控制所述肥料从所述容器通过所述膜的释放，以及
[0026] 其中，所述水分调节剂还能够在所述容器内的空间中形成基底以供对水分敏感的微生物栖息，所述微生物能够基于所述水分梯度通过所述膜转移。
[0027] 根据本发明的第三方面，提供了一种提高土壤肥力的方法，所述方法包括将第一方面所限定的制品放置在植物根部附近的步骤。
附图说明
[0028] 本发明的
实施例仅作为示例提供，并且将通过以下书面描述和附图被更好地理解并且对于本领域普通技术人员而言是显而易见的，其中：
[0029] 图1示出了根据示例性实施例的用于提高土壤肥力的制品的示意图。
[0030] 图2A示出了图1的制品的水分吸收过程。
[0031] 图2B示出了如图2A所示的制品中的水分保持过程。
[0032] 图2C示出了从如图2B所示的制品的水分释放过程。
[0033] 图2D示出了如图2C所示的制品中的微生物的活化过程。
[0034] 图3示出了根据示例性实施例的制造用于提高土壤肥力的制品的方法的
流程图。
具体实施方式
[0035] 图1示出了根据示例实施例的用于提高土壤肥力的制品100的示意图。制品100包括由流体可渗透膜104制成的容器102。制品100还包括置于容器102中的多种类型的肥料106。制品100还包括布置于容器102中的水分调节剂，如图1中的水凝胶108所示。水分调节剂被配置为反复吸收来自容器102外部的水分，并基于容器102内的空间和容器102的外部之间存在的水分梯度将吸收的水分释放到容器102内的空间中，以控制肥料从容器通过膜的释放。水分调节剂被进一步配置为在容器102内的空间中形成基底以停靠对湿度敏感的微生物，微生物能够基于水分梯度通过膜转移。
[0036] 水凝胶108的实例包括均聚水凝胶、共聚水凝胶和多聚物互穿聚合物水凝胶。由于具有反复吸收、保持和释放水分的能力，水凝胶108能够有利地调节周围区域的土壤(未示出)的水分含量。
[0037] 例如，周围环境在雨后具有高水分浓度并使水凝胶108吸收水分。水分调节剂的重量通常在容器的重量的0.1-20％的范围内。水分被保持在水凝胶中，直到周围环境的水分浓度降至低于制品100内的水分浓度。有利地，容器102中的这种水分保留允许微生物迁移到容器102中以填充由肥料106的溶解产生的空隙。微生物到容器102中的迁移在容器102中形成微生物的定殖。
[0038] 当土壤变干并且周围环境的水分含量降至低于容器102内的水分浓度时，水凝胶108将吸收的水分释放回土壤。从水凝胶108释放的水分使肥料溶解，并且来自肥料的营养物将被植物吸收。
[0039] 肥料106包括一种生物肥料110，生物肥料110包括支持植物生长的微生物。所述微生物通常选自与植物相关的微
生物群落、促进植物生长的微生物(PGPM)和根相关的微生物群落。微生物的示例包括根瘤菌、固氮菌、固氮螺菌、磷酸盐增溶菌(PSB)、泡囊丛枝菌根(VAM)和植物根际促生菌(PGPR)，它们选自假单胞菌属、肠杆菌属、芽孢杆菌属、变异杆菌属、克雷伯氏菌属、伯克霍尔德氏菌属、固氮螺菌属、沙雷菌属、固氮菌属。
[0040] 在一个实施例中，微生物被置于包括外部涂层112的外壳内。外部涂层112可以为微生物提供保护，并且在接触水分预定的时间段后将完全溶解，从而提供微生物的延迟释放。活化的微生物通常根据水分的流动方向而迁移。因此，当水凝胶108释放水分时，微生物向外迁移到土壤。发现，土壤中的微生物活动促进来自土壤中的矿物和有机物的营养物的释放，以供植物使用。
[0041] 在一个实施例中，肥料106还包括矿物肥料114、有机肥料116和无机肥料118。这些肥料是能够吸收空气中的水分的吸湿性肥料。与水分接触时，这些肥料溶解以向植物提供营养物。当土壤干燥时，水凝胶108释放的水分使肥料溶解，并且来自肥料的营养物质将被植物吸收。因此，制品100的使用可有利地确保即使在土壤干燥时也向植物供应水和营养物。
[0042] 矿物肥料114的示例包括尿素、氯化铵、硫酸铵、硝酸铵、磷酸一铵、磷酸二铵、
氯化钾、磷酸钾、五水硼酸盐、硫酸铜(II)、硫酸镁、硫酸亚铁、硫酸锌、硫酸锰、钼酸钠等。
[0043] 有机肥料116的示例包括堆肥、磷酸岩等。
[0044] 利用该制品100，由于持续的水分供应，无论是来自周围环境还是来自水凝胶108，能够增强从肥料106到作物的营养物和微生物的供应。换句话说，即使周围环境干燥，水凝胶108也能够提供必要的水分来溶解肥料106。及时向作物提供营养物和微生物能够确保作物和土壤的生产力。
[0045] 应当理解，可以从生物肥料110中除去外部涂层112，使得微生物的释放不会被延迟。此外，如果需要延迟某些特定营养物的释放，除了生物肥料110之外，容器102中包含的其他类型的肥料也可以选择性地包括外部涂层。
[0046] 容器102是由渗透膜104形成的多孔柔性密封袋。如图1所示，容器102呈椭圆形。容器102的形状可以根据容器102中的水分和物质的量而变化。
[0047] 渗透膜104的材料包括但不限于以下：牛皮纸、再生环保纸、制袋用牛皮纸、聚乳酸衍生聚合物、聚羟基脂肪酸酯衍生聚合物、聚乙烯衍生聚合物、聚氨酯衍生聚合物、层压到纸上的聚合物、层压到聚合物上的聚合物等。
[0048] 应当理解，容器102可以不是完全密封的。相反，容器102可以是开口容器，具有封闭部件例如盖板。这可以有利地允许在合适的时间将物质再填充到容器102中。此外，应当理解，根据作物的需求，容器102可以进一步包含诸如酶和增产剂的物质。
[0049] 在使用中，制品100邻近植物的根部放置，例如放置在土壤上，或者部分或完全地埋在土壤中。在一个实施例中，容器102和水分调节剂由可生物降解材料制成。因此，制品100将在一段时间之后在环境中分解。这对环境是有利的，因为制品100的使用不会引起任何污染。而且，这能够显著地节约经济成本和时间，因为在使用后无需处置制品100。
[0050] 图2A示出了图1的制品100的水分吸收过程。这里，将制品100放置于具有高水分浓度的周围环境。水分202基于水分子在可渗透膜104两侧的浓度梯度经由渗透膜104渗透到容器102中，如图2A中的箭头204所示。
[0051] 矿物肥料114、有机肥料116和无机肥料118与水分202接触而溶解，并且这些肥料在水分202中的溶液基于肥料分子在渗透膜104两侧的浓度梯度逐渐释放到周围环境中。同时，水凝胶108吸收水分202并扩大尺寸。
[0052] 图2B示出了如图2A所示的制品100中的水分保持过程。这里，水分浓度在制品100的内部和外部处于平衡状态。水分202被保持在水凝胶108中，而矿物肥料114、有机肥料116和无机肥料118继续溶解在水分202中，并根据肥料分子在可渗透膜104两侧的浓度梯度被继续释放到周围环境中。
[0053] 图2C示出了如图2B所示的制品100的水分释放过程。这里，周围环境的水分浓度降至低于制品100内的水分浓度。水分202被水凝胶108被释放到容器102内的空间中，如图2C中的箭头206所示。释放的水分202还使矿物肥料114、有机肥料116和无机肥料118溶解。
[0054] 图2D示出了如图2C所示的制品100中的微生物的活化过程。这里，生物肥料110的外部涂层112在与水分202接触一段时间后溶解，结果，封闭在外部涂层112内的微生物被释放。微生物的活化速率取决于制品100的水分含量。释放的微生物随后通过水分流入土壤而穿过可渗透膜104迁移。
[0055] 当周围环境的水分浓度增加至高于制品100的水分浓度的水平时，重复上述关于图2A至2D说明的过程。一些或所有肥料106会在新循环开始时被溶解，在制品100内留下一些空隙。随着水分202流入制品100，来自周围环境的微生物将迁移到制品100中以填充空隙。
[0056] 图3示出了根据示例性实施例的制造用于提高土壤肥力的制品的方法的流程图300。在步骤302，将肥料置于可渗透膜中。在步骤304，将水分调节剂置于可渗透膜中。水分调节剂被配置为反复吸收、保持和释放水分。水分调节剂能够基于容器内的空间和容器的外部之间存在的水分梯度反复吸收来自容器外部的水分并将吸收的水分释放到容器内的空间中，以控制肥料从容器通过膜的释放。水分调节剂还能够在容器内的空间中形成基底以供对水分敏感的微生物栖息，微生物能够基于水分梯度通过所述膜转移。
[0057] 本发明的实施例提供了用于提高土壤肥力的制品100及其制造方法。制品100包括容器102，容器102包含肥料106和水凝胶108。当土壤的水分浓度高时，水凝胶108吸收并在容器102内的空间中保持水分。这可以有利地允许微生物迁移到容器102中，以在容器内形成微生物的定殖。当土壤的水分浓度低时，水凝胶108能够释放吸收的水分以使肥料106溶解，从而为作物提供必要的水分、营养物和微生物。
[0058] 这种简单的容器设计提供了简单有效的施肥和处理过程。肥料106的量可被测量并包含在容器102中，从而不易随着水流被冲走。利用制品100，由于水分202的持续供应，能够控制营养物和微生物释放的速率。因此，向作物供应营养物和微生物能够被容易地管理。
[0059] 土壤中充足的水分、营养物和微生物能够增强作物的生长和作物耐受例如干旱、盐分和重金属毒性的非生物和生物胁迫的能力。
[0060] 本领域技术人员将理解，在不脱离宽泛描述的本发明的精神或范围的情况下，可以对如具体实施例所示的本发明进行多种变化和/或
修改。因此，本发明的实施例在所有方面均应被视为是说明性的而非限制性的。
