CN107439078A - 一种沙地土体重构方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于沙地土地整治领域，涉及一种沙地土体重构方法，首先剥离沙地表层，并将表土剥离后的地表整理平坦；然后将粉煤灰平铺在步骤一处理后的地表上，均匀喷洒少量水；再通过机械旋耕将粉煤灰和沙充分混合，得到粉煤灰与沙土混合层；再碾压步骤三中的混合层，得到托水托肥层；最后在步骤四得到的托水托肥层上覆盖步骤一剥离的沙地表土。解决了沙地的托水托肥能力及粉煤灰堆放占压土地的问题，本发明的粉煤灰和沙土混合、压实后形成人造托水托肥层，既能保证土壤的通气性，又具有一定的托水托肥能力，使得其产量可接近或达到在一般土地上种植相同农作物的产量。

Description

一种沙地土体重构方法
技术领域
本发明属于沙地土地整治领域，涉及一种沙地土体重构方法。
背景技术
我国西北内陆干旱地区分布有大面积的沙地。由于质地松散、粗粒多(粒径介于1～0.05mm)，毛管持水作用弱，有限的降水向深层渗漏，使得沙地的水分和养分易流失，且灌溉需水量大，难以达到节水技术要求，直接种植作物，不仅田间的漏水漏肥现象严重而且作物的长势较差，土地生产力和经济效益低下，因此大面积的沙地荒芜，土地资源浪费严重。改善沙地的托水托肥能力已经成为沙地治理领域亟待解决的问题。
西北地区也是我国重要的煤炭产区和能源化工基地，粉煤灰的总量已经超过1亿吨。巨量堆放的粉煤灰不仅占压了大量土地资源，引发了严重的环境污染，而且加剧了土地利用的矛盾。随着国家对土地资源的管理和保护政策日趋严格，对粉煤灰进行资源化利用以及对沙地等耕地后备资源的有序开发，不但可以有效的保护环境、也有助于提高资源的利用效益及保证粮食安全。
发明内容
为了解决沙地的托水托肥能力及粉煤灰堆放占压土地的问题，本发明提出了一种沙地土体重构方法。
粉煤灰的粒径较细(0.5～300μm)，与壤土的粒径组成相似，比重约为2.14g cm-3，比表面积为1600～3500cm2g-1，孔隙率一般为60％～70％；是一种高度分散的微细颗粒集合体；且富含SiO2(水凝材料)和CaO(气凝材料)，因此，将其作为土壤改良剂，可以使土壤容重降低、持水能力增强，饱和导水率降低，并有效降低土壤薄膜水断裂的可能性。
由此，本发明将粉煤灰作为托水托肥原料加入沙土中，压实到容重为1.70g cm-3构造托水托肥层，将有限降水、灌溉水及养分拦蓄在作物根系发育层，从而提高沙地的托水托肥特性。本发明因地制宜，工程成本低，对生态环境无任何扰动，立足于“从被动的单一化治理向主动的综合化利用”模式转变，为粉煤灰的利用，特别是沙地的因地制宜、变害为利、变害为宝开辟了一条新途径。
本发明的技术解决方案是提供一种沙地土体重构方法，包括以下步骤：
步骤一：剥离沙地表层，并将表土剥离后的地表整理平坦；
步骤二：将粉煤灰平铺在步骤一处理后的地表上，均匀喷洒少量水；
步骤三：通过机械旋耕将粉煤灰和沙充分混合，得到粉煤灰与沙土混合层；
步骤四：碾压步骤三中的混合层，得到托水托肥层；
步骤五：在步骤四得到的托水托肥层上覆盖步骤一剥离的沙地表土。
优选地，上述粉煤灰与沙土混合层中粉煤灰与沙土的体积比为1:1～1:4。
优选地，上述粉煤灰与沙土混合层中粉煤灰与沙土的体积比还可以为1:2～1:3。
优选地，上述粉煤灰与沙土混合层中粉煤灰与沙土的体积比还可以是1:2.5。
优选地，上述托水托肥层的厚度为5～15cm，容重为1.43～1.70g cm-3。
优选地，上述托水托肥层的厚度为15cm，容重为1.70g cm-3。
优选地，上述托水托肥层的厚度为10cm，容重为1.70g cm-3。
优选地，上述粉煤灰与沙土混合层的厚度为10～20cm，容重为1.30～1.50g cm-3。
优选地，步骤一剥离0～30cm的沙地表层。
本发明通过确定托水托肥层中粉煤灰与沙土最优的混合比例、容重和厚度，最大程度地提高沙地的托水托肥能力及作物产量。
本发明的有益效果是：
1、本发明的粉煤灰和沙土混合、压实后形成人造托水托肥层，既能保证土壤的通气性，又具有一定的托水托肥能力，使得其产量可接近或达到在一般土地上种植相同农作物的产量；
2、采用粉煤灰作为托水托肥层的原料，既解决了工业固体废弃物压占大量土地以及处置不当引起的一系列环境问题，又实现了固体废弃物变废为宝的资源化利用，对增加耕地数量，缓解耕地资源压力提供了一种有效的方法；
3、托水托肥层的原料简单易得，且供应充足，经济实用；
4、本发明方法简单、易于操作，直接在沙地上进行原料混合，大大降低了工程成本，提高了经济实用性。
附图说明
图1为土体剖面构型。
图中附图标记为：1-沙土层，2-托水托肥层。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释说明。
从土壤改良及农作物种植的角度来讲，粉煤灰和沙土在粒径大小、托水托肥能力等方面具有互补的特性，本发明正是基于此并且在大量实验的基础上开发出一种在沙地构建托水托肥层的方法，具体包括以下步骤：
剥离沙地0～30cm表土并将地表整理平坦；将粉煤灰逐次平铺在沙地表面，均匀喷洒少量水；通过机械旋耕将粉煤灰和沙土充分混合，得到容重为1.30～1.50g cm-3厚度为10～20cm的粉煤灰和沙混合层，该混合层中，粉煤灰和沙土的体积比为1:1～1:4，采用压路机对将操平的混合层碾压至容重为1.70g cm-3形成托水托肥层；最后将剥离的沙地表土覆盖在托水托肥层上。
以下是相关参数优化对比试验，以对本发明的技术方案作理论、效果支持说明。
一、试验小区设计
试验在陕西省渭南市富平县褚源村(109°12′10″E，34°42′31″N)进行。每个试验小区周围用水泥砖隔离，防止水分和溶质运移的相互影响，每个试验小区面积为3m×3m。试验根据托水托肥层的厚度、容重、粉煤灰与沙土的比例设立试验小区，试验小区随机区组排列，具体见表1。本试验中的粉煤灰采自陕西韩城发电厂，粉煤灰的平均粒径为150μm，与壤土的粒径组成相似，平均比重为2.14g cm-3。试验所用沙土的粒径组成为＜0.002mm占2.9％，0.002～0.02mm为40.8％，0.02～2.00mm占56.3％。
表1试验小区处理
备注：处理1～30的托水托肥层以下均为沙土。
二、测试内容
(一)土体饱和导水率测定
1.在每个试验处理，选择具有代表性的点，将地面整平，采用圆盘入渗仪测定土体饱和导水率。
具体选择3个具有代表性的点，划分出1m2(1m×1m)的地块进行测定。每个点按照以下方法进行测试，试验开始后进行观测，开始每30秒读数一次，读数10次；再每2分钟读数一次，读数5次；接下来每5分钟读数一次，读数9次；然后每10分钟读数一次，直至入渗稳定，得到三个点的入渗稳定时的饱和导水率，平均三个点的饱和导水率得到土壤饱和导水率的测定结果见表2。
(二)农作物种植及产量测定
在各处理的小区内人工播种玉米，每个试验小区种植玉米6行，每行12株，种植密度为8万株hm-2。6月5日播种，10月8日收获。
试验小区的灌溉、施肥等措施保持一致，灌溉量为4500m3hm-2，尿素、磷酸二铵、氯化钾的施肥量分别为334kg hm-2、196kg hm-2、96kg hm-2。收获时各处理分别单收单称，计产并考种分析。各试验小区玉米产量见表2。
(三)土体肥力与养分测定
玉米收获后采集各处理的耕层土壤，测定土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾的含量，分析不同土体构型的土壤肥力与养分差异情况，测定结果见表2。
表2各处理测定指标的结果汇总
(四)结果分析
由表2所示结果可知，与其他设置托水托肥层的处理1～30相比较，未设置托水托肥层的处理31(沙土对照处理)的饱和导水率(达到234.6cm d-1)显著高于其他处理；此外，收获期，处理31的玉米产量最低(4201kg hm-2)，耕作层的土壤肥力与养分含量最低，土壤有机质、全氮、速效钾、有效磷含量分别为1.42g kg-1、0.08g kg-1、1.4mg kg-1、43mg kg-1。说明未设置托水托肥层的沙土漏水漏肥现象严重、玉米产量及经济效益较低。
根据表2分析可知：
1、托水托肥层沙土和粉煤灰体积比
沙土和粉煤灰体积比为1:2.5，其饱和导水率较体积比为1:1、1:4的饱和导水率小，土壤托水托肥性也相对较好，玉米产量较高。
2、托水托肥层厚度
托水托肥层厚度为5cm的处理的饱和导水率较处理31(对照试验)均有一定下降，但与农作物生长适宜的土体条件相比，其托水托肥性仍然较差。托水托肥层厚度为10cm和15cm，容重为1.70g cm-3，粉煤灰和沙体积比为1:2.5时，饱和导水率相差不大、土体肥力与养分均能满足农作物生长需求并可获得较高的产量。
3、托水托肥层容重
托水托肥层的容重为1.43g cm-3时，不同处理沙土的饱和导水率均较大，土壤养分和玉米产量也明显低于容重为1.70g cm-3的相同处理，说明托水托肥层的容重不宜过低。
综合考虑工程造价、托水托肥效果和田间作物的产量，建议沙地构造托水托肥层最优的厚度为10cm、粉煤灰与沙的体积比为1:2.5，容重为1.70g cm-3。

Claims (9)

1.一种沙地土体重构方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：剥离沙地表层，并将表土剥离后的地表整理平坦；
步骤二：将粉煤灰平铺在步骤一处理后的地表上，均匀喷洒少量水；
步骤三：通过机械旋耕将粉煤灰和沙充分混合，得到粉煤灰与沙土混合层；
步骤四：碾压步骤三中的混合层，得到托水托肥层；
步骤五：在步骤四得到的托水托肥层上覆盖步骤一剥离的沙地表土。
2.根据权利要求1所述的沙地土体重构方法，其特征在于：所述粉煤灰与沙土混合层中粉煤灰与沙土的体积比为1:1～1:4。
3.根据权利要求1所述的沙地土体重构方法，其特征在于：所述粉煤灰与沙土混合层中粉煤灰与沙土的体积比为1:2～1:3。
4.根据权利要求1所述的沙地土体重构方法，其特征在于：所述粉煤灰与沙土混合层中粉煤灰与沙土的体积比为1:2.5。
5.根据权利要求2至4任一所述的沙地土体重构方法，其特征在于：所述托水托肥层的厚度为5～15cm，容重为1.43～1.70g cm-3。
6.根据权利要求5所述的沙地土体重构方法，其特征在于：所述托水托肥层的厚度为15cm，容重为1.70g cm-3。
7.根据权利要求5所述的沙地土体重构方法，其特征在于：所述托水托肥层的厚度为10cm，容重为1.70g cm-3。
8.根据权利要求2至4任一所述的沙地土体重构方法，其特征在于：所述粉煤灰与沙土混合层的厚度为10～20cm，容重为1.30～1.50g cm-3。
9.根据权利要求8所述的沙地土体重构方法，其特征在于：步骤一剥离0～30cm的沙地表层。
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