CN109095996A - 沙化土壤改良剂及其制备方法与应用 - Google Patents

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刘晓林
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Abstract

本发明公开了沙化土壤改良剂及其制备方法与应用。本发明所提供的沙化土壤改良剂，由包括如下重量份的物质制成：膨润土20‑40份、秸秆50‑70份、尿素0.5‑1.5份、微生物菌剂0.2份、维生素B6水溶液8‑9份。本发明在秸秆和膨润土为主要原料基础上，添加维生素B6、尿素以及微生物菌剂复合加工成颗粒化土壤改良剂，不仅可以增加沙化土壤团粒结构和培肥土壤，提高其保水保肥能力，还可促进植物生长，提高沙化土壤植被覆盖，便于生产和运输，达到农业废弃物高效利用和沙化土壤改良与治理的效果。

Description

沙化土壤改良剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及土壤改良领域，特别涉及沙化土壤改良剂及其制备方法与应用。
背景技术
土壤沙化和荒漠化是全球最严重的环境问题之一。目前，全球有超过30％的干旱土地受荒漠化的影响，而且土地转化为沙漠的趋势正在向半干旱土地扩张。据统计，全球有近15亿人口直接受到荒漠化的威胁，每年有1200万hm2土地转变为沙漠。中国是世界上受荒漠化影响最为严重的国家之一，截止2014年，全国荒漠化和沙化土地面积占国土总面积的45.13％。土壤沙化和荒漠化不仅破坏原生植被、降低生物多样性、加剧水土流失，同时也造成生态功能失调、生态环境退化，严重威胁着人类的生存发展。因此，加强沙化土地治理，改良沙化土地，防止沙化土地继续退化迫在眉睫。
沙化土壤土粒松散无结构、肥力贫瘠、保水保肥性能差，急需改善沙化土壤的团粒结构、增加沙化土壤有机质含量、增强沙化土壤的保水保肥能力，这对防止风力水力对沙化土壤进一步侵蚀具有重要的意义。同时沙化土壤改良必须与植物种植相结合才能确保沙化土壤改良治理的顺利完成。随着防沙治沙的不断深入，通过施用土壤改良剂改良沙化土壤已成为当前沙化土壤改良的重点和热点，但现有沙化土壤改良剂以沙化土壤物理化学特性的改良为主，在改良土壤理化特性基础上如何促进沙化土壤植物生长，对提升沙化土壤的改良与治理效果具有重要作用。
土壤改良剂主要分为天然改良剂、合成改良剂、天然-合成共聚物改良剂和生物改良剂四大类。其中，天然改良剂以膨润土、污泥、腐殖酸和泥炭等为代表，人工合成改良剂以聚丙烯酰胺为代表，天然-合成共聚物改良剂以腐殖酸-聚丙烯酸为代表，生物改良剂以生物控制剂为主。除天然改良剂外，其余改良剂的生产工艺相对复杂、造价较高，或属于化工产品、易导致次生环境污染，在大规模推广使用中均存在一定障碍。此外，大部分土壤改良剂的功能较为单一，只能针对单一障碍土壤进行改良，而对于像沙化土壤存在土粒松散、肥力贫瘠、漏水漏肥严重等多种问题的障碍土壤，单一土壤改良剂的改良效果较差。目前，以天然材料(特别是农业废弃物)为原料研制新型多功能土壤改良剂是目前研究的重点和热点。
我国是农业生产大国，每年至少产生7亿吨秸秆。秸秆用则利，弃则害。秸秆作为农业废弃物，含有大量的有机质和氮磷钾养分，是一种天然、安全、廉价的保水保肥材料。我国膨润土矿产资源十分丰富且分布广泛，膨润土总量仅次于美国，居世界第二位，年产量超340万吨。
发明内容
为了弥补以上领域的不足，本发明提供了一种促进植物生长的沙化土壤改良剂。这种土壤改良剂原料来源丰富，无污染，成本低，易制作，见效快，是真正的绿色环保的沙化土壤改良剂。
本发明所提供的沙化土壤改良剂，由包括如下重量份的物质制成：膨润土20-40份、秸秆50-70份、尿素0.5-1.5份、微生物菌剂0.2-0.5份、维生素B6水溶液8-9份。
所述微生物菌剂为包含枯草芽孢杆菌和侧孢芽孢杆菌的微生物菌剂，其中枯草芽孢杆菌和侧孢芽孢杆菌的质量比为10：6～10：12。
所述枯草芽孢杆菌和侧孢芽孢杆菌在所述微生物菌剂中有效活菌数量为≥0.2亿/g。
所述秸秆为玉米秸秆和/或小麦秸秆和/或水稻秸秆；所述秸秆被粉碎至≤2mm的细小颗粒。
所述维生素B6水溶液的浓度为400-600mg/L。
所述尿素调节所述沙化土壤改良剂中的碳氮比维持在15:1～20:1之间。
本发明还提供了制备所述沙化土壤改良剂的方法，包括如下步骤：
将风干后的秸秆粉碎至≤2mm的细小颗粒，得到秸秆颗粒；将50-70份秸秆颗粒先与0.5-1.5份尿素混合均匀，然后添加8-9份维生素B6水溶液，再与20-40份膨润土混合继续混匀，最后添加0.2-0.5份微生物菌剂，通过造粒机加工成颗粒化土壤改良剂。
所述秸秆为玉米和/或小麦和/或水稻秸秆，秸秆中的有机质含量以干基计，其质量百分比≥40％，氮磷钾养分含量≥2％。
所述膨润土为钙质膨润土，主要化学成份为SiO2、Al2O3，含少量的CaO、Fe2O3、Na2O、Fe2O3，pH值为5.5-8.5。
所述沙化土壤改良剂在沙化土壤改良和修复中的应用也属于本发明的保护范围。
在秸秆和膨润土为主要原料基础上，添加维生素B6、尿素以及微生物菌剂复合加工成颗粒化土壤改良剂，不仅可以增加沙化土壤团粒结构和培肥土壤，提高其保水保肥能力，还可促进植物生长，提高沙化土壤植被覆盖，便于生产和运输，达到农业废弃物高效利用和沙化土壤改良与治理的效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)膨润土具有独特的晶体结构和化学性质，使其具有较强的吸水性、膨胀性、吸附性、分散性、粘着性、阳离子交换性、保水保肥性等一系列优良理化性质，是较好的土壤改良剂。在沙化土上应用膨润土，可改善土壤的理化性质、防止水土流失和养分淋溶，增加沙土的保水保肥能力。
(2)秸秆是农业生产过程中产生的废弃物，还残留着丰富的有机质和氮磷钾养分，将秸秆与膨润土复合加工成沙化土壤改良剂施入土壤，可有效解决沙化土壤土粒松散、肥力贫瘠、漏水漏肥严重等问题，达到增加土壤团粒结构、改善沙土理化性质、培肥沙化土壤和恢复沙化植被的效果。
(3)维生素以各种辅酶的形式参与植物体内多种代谢活动，对根系和植株器官生长、分化等有很好的促进作用。虽然大多数的植物细胞在生长中都能合成所必需的维生素，但沙化土壤上植物细胞维生素在数量上还明显不足。维生素B6能促进植物根系和地上部生长，在沙化土壤可促进植物根系快速生长，增加植物生物量，提高沙化土壤植物成活率和植被覆盖度。
(4)土壤改良剂中添加微生物菌剂为枯草芽孢杆菌和侧孢芽孢杆菌。枯草芽孢杆菌是一种多功能微生物，其菌体生长过程中产生的枯草菌素、多粘菌素、制霉菌素、短杆菌肽等活性物质，自身合成α-淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、多种B族维生素等物质，这些活性和酶类物质对致病菌或内源性感染的条件致病菌有明显的抑制作用，能够显著促进植物根系和地上部生长。侧孢芽孢杆菌能够增强植物新陈代谢，促进光合作用和强化叶片保护膜，抑制植物体内外病原菌繁殖，减轻病虫害；促进植物根系生长，增强根系吸收能力，从而提高作物产量；同时具有改良疏松土壤、活化土壤，解决土壤板结的作用。
(5)本发明的沙化土壤改良剂可有效增加沙化土壤养分含量和含水量，显著促进黑麦草根系和植株生长，对沙化土壤的改良效果好于当地常规改良。
(6)将土壤改良剂加工造粒，可有效增加土壤消纳秸秆和膨润土的能力，灵活增加沙化土壤改良剂的施用量。此外，沙化区域植被覆盖率低，对风力的阻挡能力弱，颗粒化的土壤改良剂可有效增加土壤改良剂施入沙土后的稳定性。
(7)本发明的土壤改良剂制备工艺简单，加工环节少，操作简单易行，生产加工成本低，适合大面积推广。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步详细描述，需要理解的是，下述实施例仅作为对本发明的解释和说明，不限制本发明的保护范围。
膨润土购自四川省仁寿宏瑞泰膨润土科技有限公司，产品目录号为1302-78-9；
尿素购自四川美丰化工股份有限公司，产品目录号为57-13-6；
微生物菌剂购自山东蔚蓝生物科技有限公司，枯草芽孢杆菌产品目录号为CGMCC1.3358；侧孢芽孢杆菌产品目录号为AS 1.864。
维生素B6购自郑州盛义宏生物科技有限公司，产品目录号为65-23-6；
维生素B6溶液制备方法如下：称取400-600mg维生素B6，用蒸馏水定容至1L。
实施例1、制备沙化土壤改良剂
一、沙化土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：
将玉米秸秆风干，风干后的玉米秸秆中的有机质含量以干基计，其质量百分比≥40％，氮磷钾养分含量≥2％。将风干后的玉米秸秆粉碎至≤2mm的细小颗粒，得到秸秆颗粒；将60份玉米秸秆颗粒先与1.0份尿素混合均匀，然后添加8份浓度为500mg/L的维生素B6水溶液，再与30份膨润土混合继续混匀，最后添加0.3份微生物菌剂，通过造粒机加工成颗粒化土壤改良剂，即为本实施例的沙化土壤改良剂A。所述尿素可调节所述沙化土壤改良剂中的碳氮比维持在15:1～20:1之间。
上述微生物菌剂为包含枯草芽孢杆菌和侧孢芽孢杆菌的微生物菌剂，其中枯草芽孢杆菌和侧孢芽孢杆菌的质量比为10：8。枯草芽孢杆菌和侧孢芽孢杆菌在微生物菌剂中有效活菌数量为≥0.2亿/g。
上述膨润土为钙质膨润土，主要化学成份为SiO2、Al2O3，含少量的CaO、Fe2O3、Na2O、Fe2O3，pH值为5.5-8.5。
二、本实施例的沙化土壤改良剂的应用效果实验
本实验安排在四川省阿坝州红原县瓦切乡，为高寒海拔区域，平均海拔3500米以上，年平均气温1.4℃，实验区为重度沙化区域。将上述制备得到的沙化土壤改良剂A，施入沙化土中进行应用比较。
实验共设置4个处理：CK0(空白对照)、CK1(当地牦牛粪改良)、T1(施用本实施例的沙化土壤改良剂9t/hm2)、T2(施用本实施例的沙化土壤改良剂18t/hm2)每个处理重复3次。
小区面积4m×10m，共12个小区，小区内条播种植黑麦草，间距20cm。当地经验改良方法CK1为施用腐熟的牦牛粪便，施用量30t/hm2。当地经验改良方法CK1中，牧草播种前在距离牧草种子播种行10cm左右的位置，将牦牛粪条施于5-10cm深度土壤，然后进行牧草种子播种。T1(施用本实施例的沙化土壤改良剂9t/hm2)和T2(施用本实施例的沙化土壤改良剂18t/hm2)中，牧草播种前在距离牧草种子播种行10cm左右的位置，将土壤改良剂条施于5-10cm深度土壤，然后进行牧草种子播种。于黑麦草播种后30天调查出苗质量，50天测定黑麦草株高、主根系长、单株干物质和根冠比，并测定沙化土0-20cm土层的土壤含水量、速效养分和土壤有机质。
选取代表性黑麦草植株20株用皮尺测定株高、主根系长，分根系和地上分105℃杀青，80℃烘干至恒重测定根系和地上植株干重，并计算单株干物质和根冠比。土壤含水量采用烘干方法测定，土壤硝态氮采用紫外分光光度法测定，土壤速效钾采用用火焰分光光度法测定，土壤有机质采用重铬酸钾氧化法测定。
实验结果：
(1)不同处理对沙化土理化性质的影响结果如表1所示：
表1沙化土壤改良剂对沙化土理化性质的影响
由表1可知，施用本实施例的沙化土壤改良剂均可显著增加沙化土壤0-20cm土层含水量、土壤速效养分和有机质含量，且含量随改良剂施用量的增加而显著性增加。T1处理的土壤含水量、硝态氮含量、有效磷含量、速效钾含量和有机质含量分别较CK0显著增加了85.30％、260.62％、84.08％、79.93％和182.97％。此外，本实施例的沙化土壤改良剂的改良效果显著优于当地经验改良，T1处理的土壤含水量、硝态氮含量、有效磷含量、速效钾含量和有机质含量分别较CK1显著增加了21.68％、164.14％、40.15％、22.15％和47.92％。施用本实施例的沙化土壤改良剂可有效改良土壤理化性质，增加沙化土壤含水量和速效养分含量，改良效果优于当地经验改良。
(2)不同处理对对黑麦草生长的影响结果如表2所示：
表2沙化土壤改良剂对黑麦草生长的影响
由表2可知，施用本实施例的沙化土壤改良剂可显著提高黑麦草出苗率，促进黑麦草生长，有效增加黑麦草株高、主根系长、单株干物质重，显著降低黑麦草根冠比。T1处理的株高、主根系长、地上部干物质和地下部干物质分别较CK0显著增加了65.25％、22.32％、275％和66.67％，T1处理的根冠比较CK0显著降低了50％。施用牦牛粪改良对黑麦草的生长也有一定的促进作用，但效果甚微，除株高外，其余各指标与空白对照CK0的差异均不显著。
总体来说，施用本实施例的沙化土壤改良剂可有效增加沙化土壤养分含量和含水量，显著促进黑麦草根系和植株生长，对沙化土壤的改良效果好于当地常规改良。
实施例2、制备沙化土壤改良剂
一、沙化土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：
将收获小麦后的小麦秸秆风干，风干后的小麦秸秆中的有机质含量以干基计，其质量百分比≥40％，氮磷钾养分含量≥2％。将风干后秸秆粉碎至≤2mm的细小颗粒，得到秸秆颗粒；将50份秸秆颗粒先与0.5份尿素混合均匀，然后添加8份浓度为400mg/L的维生素B6水溶液，再与20份膨润土混合继续混匀，最后添加0.2份微生物菌剂，通过造粒机加工成颗粒化土壤改良剂，即为本实施例的沙化土壤改良剂B。所述尿素可调节所述沙化土壤改良剂中的碳氮比维持在15:1～20:1之间。
上述微生物菌剂为包含枯草芽孢杆菌和侧孢芽孢杆菌的微生物菌剂，其中枯草芽孢杆菌和侧孢芽孢杆菌的质量比为10：6。枯草芽孢杆菌和侧孢芽孢杆菌在微生物菌剂中有效活菌数量为≥0.2亿/g。
上述膨润土为钙质膨润土，主要化学成份为SiO2、Al2O3，含少量的CaO、Fe2O3、Na2O、Fe2O3，pH值为5.5-8.5。
二、本实施例的沙化土壤改良剂的应用效果实验
本实验安排在四川省阿坝州红原县瓦切乡，为高寒海拔区域，平均海拔3500米以上，年平均气温1.4℃，实验区为重度沙化区域。将上述制备得到的沙化土壤改良剂B，施入沙化土中进行应用比较。
实验共设置4个处理：CK0(空白对照)、CK1(当地牦牛粪改良)、T1(施用本实施例的沙化土壤改良剂9t/hm2)、T2(施用本实施例的沙化土壤改良剂18t/hm2)每个处理重复3次。
实验方法同上述实施例1。
实验结果：
(1)不同处理对沙化土理化性质的影响结果与上述实施例1无显著差异。
(2)不同处理对对黑麦草生长的影响结果与上述实施例1无显著差异。
总体来说，施用本实施例的沙化土壤改良剂可有效增加沙化土壤养分含量和含水量，显著促进黑麦草根系和植株生长，对沙化土壤的改良效果好于当地常规改良。
实施例3、制备沙化土壤改良剂
一、沙化土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：
将收获水稻后的水稻秸秆风干，风干后的水稻秸秆中的有机质含量以干基计，其质量百分比≥40％，氮磷钾养分含量≥2％。将风干后的水稻秸秆粉碎至≤2mm的细小颗粒，得到秸秆颗粒；将70份水稻秸秆颗粒先与1.5份尿素混合均匀，然后添加9份浓度为600mg/L的维生素B6水溶液，再与40份膨润土混合继续混匀，最后添加0.5份微生物菌剂，通过造粒机加工成颗粒化土壤改良剂，即为本实施例的沙化土壤改良剂C。所述尿素可调节所述沙化土壤改良剂C中的碳氮比维持在15:1～20:1之间。
上述微生物菌剂为包含枯草芽孢杆菌和侧孢芽孢杆菌的微生物菌剂，其中枯草芽孢杆菌和侧孢芽孢杆菌的质量比为10：12。枯草芽孢杆菌和侧孢芽孢杆菌在微生物菌剂中有效活菌数量为≥0.2亿/g。
上述膨润土为钙质膨润土，主要化学成份为SiO2、Al2O3，含少量的CaO、Fe2O3、Na2O、Fe2O3，pH值为5.5-8.5。
二、本实施例的沙化土壤改良剂的应用效果实验
本实验安排在四川省阿坝州红原县瓦切乡，为高寒海拔区域，平均海拔3500米以上，年平均气温1.4℃，实验区为重度沙化区域。将上述制备得到的沙化土壤改良剂C，施入沙化土中进行应用比较。
实验共设置4个处理：CK0(空白对照)、CK1(当地牦牛粪改良)、T1(施用本实施例的沙化土壤改良剂9t/hm2)、T2(施用本本实施例的沙化土壤改良剂18t/hm2)每个处理重复3次。
实验方法同上述实施例1。
实验结果：
(1)不同处理对沙化土理化性质的影响结果与上述实施例1无显著差异。
(2)不同处理对对黑麦草生长的影响结果与上述实施例1无显著差异。
总体来说，施用本实施例的沙化土壤改良剂可有效增加沙化土壤养分含量和含水量，显著促进黑麦草根系和植株生长，对沙化土壤的改良效果好于当地常规改良。

Claims (10)

1.沙化土壤改良剂，由包括如下重量份的物质制成：膨润土20-40份、秸秆50-70份、尿素0.5-1.5份、微生物菌剂0.2-0.5份、维生素B6水溶液8-9份。
2.根据权利要求1所述的沙化土壤改良剂，其特征在于：所述微生物菌剂为包含枯草芽孢杆菌和侧孢芽孢杆菌的微生物菌剂，其中枯草芽孢杆菌和侧孢芽孢杆菌的质量比为10：6～10：12。
3.根据权利要求2所述的沙化土壤改良剂，其特征在于：所述枯草芽孢杆菌和侧孢芽孢杆菌在所述微生物菌剂中有效活菌数量为≥0.2亿/g。
4.根据权利要求1所述的沙化土壤改良剂，其特征在于：所述秸秆为玉米秸秆和/或小麦秸秆和/或水稻秸秆；所述秸秆被粉碎至≤2mm的细小颗粒。
5.根据权利要求1所述的沙化土壤改良剂，其特征在于：所述维生素B6水溶液的浓度为400-600mg/L。
6.根据权利要求1所述的沙化土壤改良剂，其特征在于：所述尿素可调节所述沙化土壤改良剂中的碳氮比维持在15:1～20:1之间。
7.制备权利要求1-6中任一所述沙化土壤改良剂的方法，包括如下步骤：
将风干后的秸秆粉碎至≤2mm的细小颗粒，得到秸秆颗粒；将50-70份秸秆颗粒先与0.5-1.5份尿素混合均匀，然后添加8-9份维生素B6水溶液，再与20-40份膨润土混合继续混匀，最后添加0.2-0.5份微生物菌剂，通过造粒机加工成颗粒化土壤改良剂。
8.根据权利要求7所述制备沙化土壤改良剂的方法，其特征在于：所述秸秆为玉米和/或小麦和/或水稻秸秆，秸秆中的有机质含量以干基计，其质量百分比≥40％，氮磷钾养分含量≥2％。
9.根据权利要求7所述制备沙化土壤改良剂的方法，其特征在于：所述膨润土为钙质膨润土，主要化学成份为SiO2、Al2O3，含少量的CaO、Fe2O3、Na2O、Fe2O3，pH值为5.5-8.5。
10.权利要求1-6中任一所述的沙化土壤改良剂在沙化土壤改良和修复中的应用。
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