CN115074133A - 一种土壤改良剂及干旱或半干旱地区植被恢复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生态修复技术领域，具体涉及一种土壤改良剂及干旱或半干旱地区植被恢复方法，所述土壤改良剂由以下重量份的原料制备而成：益生菌3‑5份、生物炭20‑30份、固体保水剂40‑60份；所述益生菌为EM菌或者乳酸菌CGMCC No.10574。本发明将鸡蛋花等夹竹桃科植物与草本植物配合种植，同时施加以土壤改良剂，在改良干热河谷地区土壤性质的同时，促进了植物的生长，提高了鸡蛋花等植物的存活率，进而提高了该地区的植被修复效率。
Description
技术领域
本发明属于生态修复技术领域，具体涉及一种土壤改良剂及干旱或半干旱地区植被恢复方法，更具体的涉及一种土壤改良剂及利用夹竹桃科植物恢复干旱或半干旱地区植被生态的方法。
背景技术
金沙江干热河谷气候是典型的干旱或半干旱区域，全年干湿季分明，由于该地区的气温高，水分蒸发量高于降水量，所以长期处于干旱或者半干旱状态。长期以来，干热河谷仍具有加大的荒漠化区域，土壤贫瘠，不利于植物的生长，所以该地区的植被修复和生态修复一直是难以克服的技术。现有技术虽然有选育适用于干热河谷地区的新植物品种，但是这些新品种的长期生存能力较差，存活率仍然较低。
鸡蛋花属于夹竹桃科鸡蛋花属的落叶灌木或小乔木、乔木，是常见的园林绿化树种，其可通过扦插和组培，也可用种子进行繁殖，鸡蛋花的生命力极强，具有很强的抗逆性，但是鸡蛋花仅能保证自身的成活率，无法很好的修复土壤(尤其是干热河谷地区土壤)性质。
鉴于干热河谷地区普遍存在的植物存活率低的问题，所以专利CN110663439中利用鸡蛋花、地涌金莲、清香木等多种植物进行干热河谷地区的生态修复工作，将经济效益高的鸡蛋花植物与乡土植物进行配合，既提高了鸡蛋花等植物的存活率，也保证了经济价值。然而，进一步的研究发现，专利CN110663439所选用的植物均为现有的植物品种，仅仅是利用了植物间的相互作用关系，紧靠植物生长来修复干热河谷地区，所以，土壤的修复效果是有限的，且不能很好的改变干热河谷地区土壤性质，导致该地区的修复工作一直处于较低效率。因此需要开发一种针对干旱或半干旱地区土壤修复的土壤改良剂，以提高相应地区的生态修复效率。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种干旱或半干旱地区植被恢复方法。
本发明的第一个目的是提供一种土壤改良剂，由以下重量份的原料制备而成：益生菌3-5份、生物炭20-30份、固体保水剂40-60份；
所述益生菌为EM菌或者乳酸菌CGMCC No.10574。
优选的，上述土壤改良剂，所述固体保水剂为高分子吸水材料，高吸水性树脂SAP(河北燕兴化工有限公司)或者抗旱保水剂CA-50(东营启迈新材料有限公司)。
本发明的第二个目的是提供一种土壤改良剂在进行干旱或半干旱地区植被恢复中的应用。
本发明的第三个目的是提供一种土壤改良剂在促进植物生长中的应用。
本发明的第四个目的是提供一种干旱或半干旱地区植被恢复方法，如下：
将权利要求1所述土壤改良剂施加到待修复的土壤中，翻耕；土壤改良剂的施用量为10-20kg/亩。
优选的，上述干旱或半干旱地区植被恢复方法，覆土后还包括：
种植夹竹桃科植物。
优选的，上述干旱或半干旱地区植被恢复方法，所述夹竹桃科植物为鸡蛋花或者夹竹桃。
优选的，上述干旱或半干旱地区植被恢复方法，所述夹竹桃科植物的种植密度为60-150株/亩。
优选的，上述干旱或半干旱地区植被恢复方法，先于土壤肥力较好的地区育苗至苗高70-200cm，然后将鸡蛋花苗种植至干旱或半干旱地区。
优选的，上述干旱或半干旱地区植被恢复方法，将夹竹桃科植物与乔木植物(清香木、木棉、番石榴、泡桐树或者凤凰树)、灌木植物(车桑子、胡颓子、沙棘、金合欢或者银合欢)或草本植物(千斤拔、香茅、狗尾草、狼尾草)间种。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、干热河谷地区是干旱或半干旱地区形貌的其中一种情况，其典型特点是缺水，而本发明的主要创新之处在于提高土壤的保水能力，减少水分的蒸发和流失，所以本发明的土壤改良剂也可以适用于其他的水分含量低的干旱或半干旱地区。
2、根据本发明的研究实验，土壤改良剂中EM菌具有保水效果，EM菌中具有多种微生物，与鸡蛋花以及干热河谷地区本土微生物相辅相生，从微观状态和宏观状态均改善地区生态环境；生物炭一方面可以提高土壤中的有机质含量，另一方面可以改善干旱造成的土壤板结等情况，便于植物的生长，提高植物成活率。
3、本发明是在前期研究的基础上进行的改进，将鸡蛋花等夹竹桃科植物与草本植物配合种植，同时施加以土壤改良剂，在干热河谷地区土壤性质的同时，促进了植物的生长，提高了鸡蛋花等植物的存活率，进而提高了该地区的植被修复效率。
附图说明
图1为吸水倍率实验结果；
图2为释水速率实验结果；
图3为萌发率实验结果。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。
在本发明的描述中，如未特殊说明，所用试剂均为市售，所用方法均为本领域常规技术。
在本发明的描述中，所述EM菌粉购买自济南聚益商贸有限公司，有效活菌数≥100亿个/克。
在本发明的描述中，所述生物炭购买自郑州万泰净水材料有限公司，200目。
在本发明的描述中，所述高吸水性树脂SAP，购买自河北燕兴化工有限公司，货号201。
在本发明的描述中，所述乳酸菌CGMCC No.10574购买自中国普通微生物菌种保藏管理中心；乳酸菌菌粉的制备方法如下：利用MRS液体培养基制备乳酸菌的种子液，然后将种子液接种至固体培养基中，30-35℃发酵培养3天，然后粉碎成100目的粉末；其中，所述固体培养基由麸皮、蔗糖、豆粕按照100:20:100的质量比例混合而成，灭菌后用于接种种子液，接种量为10％。
实施例1
一种土壤改良剂，由以下重量份的原料制备而成：EM菌菌粉3份、生物炭30份、固体保水剂40份，所述固体保水剂为高吸水性树脂SAP。上述材料混合均匀后得到土壤改良剂。
实施例2
一种土壤改良剂，由以下重量份的原料制备而成：EM菌菌粉5份、生物炭20份、固体保水剂60份，所述固体保水剂为高吸水性树脂SAP。上述材料混合均匀后得到土壤改良剂。
实施例3
一种土壤改良剂，由以下重量份的原料制备而成：EM菌菌粉4份、生物炭25份、固体保水剂50份，所述固体保水剂为高吸水性树脂SAP。上述材料混合均匀后得到土壤改良剂。
实施例4
一种土壤改良剂，由以下重量份的原料制备而成：乳酸菌菌粉4份、生物炭25份、固体保水剂50份，所述固体保水剂为高吸水性树脂SAP。上述材料混合均匀后得到土壤改良剂。
实验一保水实验
根据“吉林.保水剂对干旱矿区土壤改良的试验研究[D].中国矿业大学,2014.”的4.1.2方法测定吸水倍率、释水速率，进而评价土壤改良剂的保水效果。其中，吸水倍率考察的是土壤改良剂对去离子水的吸收效果，释水速率考察的是土壤改良剂对去离子水的释放效果。
我们设置了如下的对照组：
对照1：土壤改良剂为高吸水性树脂SAP。
对照2：土壤改良剂由以下重量份的原料制备而成：EM菌菌粉29份、固体保水剂50份，所述高吸水性树脂SAP；上述材料混合均匀后得到土壤改良剂。
对照3：土壤改良剂由以下重量份的原料制备而成：乳酸菌菌粉29份、固体保水剂50份，所述高吸水性树脂SAP；上述材料混合均匀后得到土壤改良剂。
对照4：土壤改良剂由以下重量份的原料制备而成：生物炭29份、固体保水剂50份，所述高吸水性树脂SAP；上述材料混合均匀后得到土壤改良剂。
参见图1，实施例1-4和对照组1-4的吸水倍率虽然有差异，但是吸水倍率最小值和吸水倍率最大值的差异不超过最大值的12％，这是由于不同实施例与对照组中固体保水剂的含量差异不同导致的，固体保水剂的含量越低，则吸水倍率越低，说明在土壤改良剂中，固体保水剂仍然对于吸水起到至关重要的作用，EM菌、乳酸菌和生物炭对吸水起到辅助作用。
参见图2，实施例1-4和对照组1-4的释水速率均有差异，与仅使用固体保水剂的对照1相比，其他组的释水速率均较低，最小值与对照1的差异达对照1的16％，最小达对照1的5％，各组之间的释水速率差异较大。
对干旱或者半干旱地区的保水效果需求而言，不仅要求能够吸收大量的水分，更重要的是水分的缓慢释放，因为在降雨天气下，水分的蒸发率本身较低，土壤以及保水剂(或者土壤改良剂)均具有吸水功能，土壤本身对水的吸附量也是很大的，而在非降雨天气下，尤其是高温天气下，水分蒸发量大，这时造成干旱或者半干旱的原因是水分蒸发过快，所以实际应用过程中，更需要释放速率较慢的实施例1-4组的土壤改良剂。综合考虑图1和图2的结果，应当选择实施例1-4组的土壤改良剂。
实验二水分胁迫实验
为了验证本发明土壤改良剂的效果，我们还进行了水分胁迫实验。
实验植株：拟南芥种子，消毒水消毒后清洗干净。
实验方法：参照“张依章.PEG模拟水分胁迫条件下拟南芥突变体筛选方法的研究[D].中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心,2006.”3.2的方法制备PEG平衡琼脂，PEG水溶液的浓度为15％，实验组在琼脂中添加了相当于琼脂质量分数5％的土壤改良剂。
其中，实施例3组是指向PEG平衡琼脂中添加5％的实施例3的土壤改良剂；实施例4组是指向PEG平衡琼脂中添加5％的实施例4的土壤改良剂。
对照1：是指向PEG平衡琼脂中添加5％的高吸水性树脂SAP。
对照2：是指向PEG平衡琼脂中添加5％的如下成分土壤改良剂：由以下重量份的原料制备而成：EM菌菌粉29份、固体保水剂50份，所述固体保水剂为高吸水性树脂SAP；上述材料混合均匀后得到土壤改良剂。
对照3：是指向PEG平衡琼脂中添加5％的如下成分土壤改良剂：由以下重量份的原料制备而成：乳酸菌菌粉29份、固体保水剂50份，所述固体保水剂为高吸水性树脂SAP；上述材料混合均匀后得到土壤改良剂。
对照4：是指向PEG平衡琼脂中添加5％的如下成分土壤改良剂：土壤改良剂由以下重量份的原料制备而成：生物炭29份、固体保水剂50份，所述固体保水剂为高吸水性树脂SAP；上述材料混合均匀后得到土壤改良剂。
萌发率是体现植物生长趋势的重要指标，水分胁迫条件下萌发率较好的植株，预示着具有该植株再耐旱条件下仍具有较好的生长趋势和较好的生长速度。图3结果显示，添加了土壤改良剂的实验组，拟南芥的萌发率更好，说明土壤改良剂具有很好的促进生长作用，以及保水抗旱作用。另外，添加了生物炭或者EM菌
实验三土壤理化性质改良实验
试验土地为盐碱地土壤，土壤的有机质含量为16.33g/kg，全盐含量为1.92g/kg，每千克盐碱地土壤中添加土壤改良剂100克，空白对照组不添加任何物质，实验一组添加高吸水性树脂SAP，实验二组和实验三组分别添加实施例3、实施例4制备的土壤改良剂。室外静置一个月后，测量土壤中全盐含量、有机质含量变化，参见表1。结果显示，经过土壤改良剂改良以后，盐碱地土壤中的全盐含量有不同程度的降低，有机质含量有不同程度的升高，说明本发明提供的土壤改良剂可以改善土壤理化性质，进而改善土壤质量。
表1土壤改良后理化性质
| 全盐含量(g/kg) | 有机质含量(g/kg) | |
| 空白对照组 | 2.02 | 15.26 |
| 实验一组 | 1.74 | 17.40 |
| 实验二组 | 1.41 | 18.02 |
| 实验三组 | 1.56 | 17.95 |
实施例4(实际应用)
本实施例的土壤区域为海拔1800米以下的干热河谷地区。
一种干旱或半干旱地区植被恢复方法，开春后，将实施例1的所述土壤改良剂施加到待修复的土壤中，翻耕；土壤改良剂的施用量为20kg/亩，种植鸡蛋花，种植密度为150株/亩。
需要说明的是，鸡蛋花采用挖坑种植的方法，土壤改良剂围绕每颗植物周围半径30cm内施用，施用后覆土。
需要说明的是，先于土壤肥力较好的地区育苗至苗高100cm，然后将鸡蛋花苗种植至干旱或半干旱地区。
效果：种植半年后，鸡蛋花成活率为90％，种植两年后，前期成活的鸡蛋花均继续存活。
实施例5(实际应用)
本实施例的土壤区域为海拔1800米以下的干热河谷地区。
一种干旱或半干旱地区植被恢复方法，开春后，将实施例4的所述土壤改良剂施加到待修复的土壤中，翻耕；土壤改良剂的施用量为20kg/亩，种植鸡蛋花和夹竹桃，二者间种，种植密度均为75株/亩。
需要说明的是，鸡蛋花和夹竹桃采用挖坑种植的方法，土壤改良剂围绕每颗植物周围半径30cm内施用，施用后覆土。
需要说明的是，先于土壤肥力较好的地区育苗至苗高100cm，然后将鸡蛋花苗种植至干旱或半干旱地区。
效果：种植半年后，鸡蛋花和夹竹桃成活率为90％、91％，种植两年后，前期成活的鸡蛋花、夹竹桃均继续存活。
实施例6
本实施例的土壤区域为海拔1800米以下的干热河谷地区。
一种干旱或半干旱地区植被恢复方法，开春后，将实施例1的所述土壤改良剂施加到待修复的土壤中，翻耕；土壤改良剂的施用量为20kg/亩，种植鸡蛋花和夹竹桃，二者间种，种植密度均为75株/亩。
需要说明的是，鸡蛋花和夹竹桃采用挖坑种植的方法，土壤改良剂围绕每颗植物周围半径30cm内施用，施用后覆土。
需要说明的是，先于土壤肥力较好的地区育苗至苗高100cm，然后将鸡蛋花苗种植至干旱或半干旱地区。
雨季到来时，鸡蛋花和夹竹桃之间播种千斤拔、香茅、狗尾草、狼尾草的混合种子，千斤拔、香茅、狗尾草、狼尾草的种子质量比例为1:1:1:1。
效果：种植半年后，鸡蛋花和夹竹桃成活率为92％、93％，种植两年后，前期成活的鸡蛋花、夹竹桃均继续存活。
对照例1(是实施例4的对照)
本对照例的土壤区域为海拔1800米以下的干热河谷地区。
一种干旱或半干旱地区植被恢复方法，与实施例4的植被恢复方法基本相同，区别在于：开春后，直接种植鸡蛋花，种植密度为150株/亩；不施用土壤改良剂。
需要说明的是，鸡蛋花采用挖坑种植的方法。
需要说明的是，先于土壤肥力较好的地区育苗至苗高100cm，然后将鸡蛋花苗种植至干旱或半干旱地区。
效果：种植半年后，鸡蛋花成活率为85％，种植两年后，前期成活的鸡蛋花中有1％死亡。
对照例2(是实施例5的对照)
本对照例的土壤区域为海拔1800米以下的干热河谷地区。
一种干旱或半干旱地区植被恢复方法，与实施例5的植被恢复方法基本相同，区别在于：开春后，种植鸡蛋花和夹竹桃，二者间种，种植密度均为75株/亩；不施用土壤改良剂。
需要说明的是，鸡蛋花和夹竹桃采用挖坑种植的方法。
需要说明的是，先于土壤肥力较好的地区育苗至苗高100cm，然后将鸡蛋花苗种植至干旱或半干旱地区。
效果：种植半年后，鸡蛋花和夹竹桃成活率为86％、82％，种植两年后，前期成活的鸡蛋花、夹竹桃中有1％、2％、死亡。
需要说明的是，本发明中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与实施例相同，为了防止赘述，本发明描述了优选的实施例。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种土壤改良剂，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：益生菌3-5份、生物炭20-30份、固体保水剂40-60份；
所述益生菌为EM菌或者乳酸菌CGMCC No.10574。
2.根据权利要求1所述的土壤改良剂，其特征在于，所述固体保水剂为高分子吸水材料。
3.根据权利要求1所述的土壤改良剂在进行干旱或半干旱地区植被恢复中的应用。
4.根据权利要求1所述的土壤改良剂在促进植物生长中的应用。
5.一种干旱或半干旱地区植被恢复方法，其特征在于，如下：
将权利要求1所述土壤改良剂施加到待修复的土壤中，翻耕；土壤改良剂的施用量为10-20kg/亩。
6.根据权利要求5所述的干旱或半干旱地区植被恢复方法，其特征在于，覆土后还包括：
种植夹竹桃科植物。
7.根据权利要求6所述的干旱或半干旱地区植被恢复方法，其特征在于，所述夹竹桃科植物为鸡蛋花或者夹竹桃。
8.根据权利要求7所述的干旱或半干旱地区植被恢复方法，其特征在于，所述夹竹桃科植物的种植密度为60-150株/亩。
9.根据权利要求7所述的干旱或半干旱地区植被恢复方法，其特征在于，先于土壤肥力较好的地区育苗至苗高70-200cm，然后将鸡蛋花苗种植至干旱或半干旱地区。
10.根据权利要求6所述的干旱或半干旱地区植被恢复方法，其特征在于，将夹竹桃科植物与乔木植物、灌木植物或草本植物间种。
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