CN108373376A - 一种用牛粪制备的沙化土壤改良剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及沙化土壤改良技术领域，公开了一种用牛粪制备的沙化土壤改良剂，包括牛粪基生物质炭和牛粪堆肥，牛粪基生物质炭和牛粪堆肥的质量比为1:3～3:1，牛粪基生物质炭的制备方法包括：牛粪经热解炭化炉在无氧条件下进行热解炭化，冷却后储存于干燥器中，热解温度为550～650℃，热解时间为1～2h，牛粪堆肥由牛粪经厌氧发酵制备得到。本发明的改良剂以牛粪为原料，提高了牛粪的利用率，制备得到的沙化土壤改良剂可以用于改良土壤沙化现象，既可以保护环境，又可以促进经济循环发展，实现牛粪的资源化利用，同时具有一定的修复效率，成本低，易于推广。

Description

一种用牛粪制备的沙化土壤改良剂
技术领域
本发明涉及沙化土壤改良技术领域，尤其涉及了一种用牛粪制备的沙化土壤改良剂。
背景技术
土壤沙化，也称荒漠化，是一种土壤退化过程，通常发生在干旱、半干旱或者半湿润的区域，主要由环境改变和人为活动造成。当前世界范围内沙化土地面积扩大速度惊人，达到每年5～7万平方公里，地球表面43％的土地分布在干旱地区，有10亿以上的人受到影响，因此，全球每年都将损失约420亿美元。
2011年《第四次中国荒漠化和沙化状况公报》显示：2009年底我国荒漠化土地面积为262×104km2，沙化土地面积为173×104km2；2016年《第五次中国荒漠化和沙化状况公报》显示：与第四次监测结果相比，本次结果呈现出整体遏制、持续缩减、功能增强的良好态势，体现了政府在沙化土壤治理方面做出的不懈努力，但是局部地区仍有扩展，甚至加重，想要彻底解决沙化问题任重而道远。
我国畜禽养殖业发展迅速，养殖量几乎每10年就会增加1～2倍。但爆增的畜禽粪便排泄量成为了普遍讨论的焦点。我国2010年产生的畜禽粪便达22.35亿吨，并且粪便利用率普遍较低，尤其是在我国的南方地区，粪便的能源化利用率仅为5％～10％。面对如此巨大的体量，如能变废为宝，将畜禽粪便资源化利用，必将为发展经济和保护环境找到一条双赢的道路。
红原县位于青藏高原东部边沿，其沙化地域主要集中在境内西北部平坝区河流下游与若尔盖沙化区相连处，呈由北向南沿河推进的趋势。其主要退化过程为沼泽草甸土-草原草甸土-草原草地-风沙土，植被生长环境逐步恶劣，土壤有机质和腐殖酸含量呈降低趋势。此外，土壤上层(0～20cm)的容重低于土壤下层(20～40cm)，土壤上层的总孔隙度和毛管孔隙度高于土壤下层；草地总体含沙量偏高，表明川西北高寒草地具有沙化的倾向。
红原所属的川西北高寒草地是全国五大牧区之一，同时是重要的草食畜牧业生产基地，草地的退化使当地的支柱产业面临危机。该地区畜牧业发达，牛羊的粪便供大于求。当地藏族牧民除了将部分干粪便作为燃料之外，大多在羊圈周边挖5～10m的深坑将多余的牛羊粪便就地掩埋了事，并没有利用这些粪便作为土壤有机肥的习惯。
发明内容
本发明针对现有技术中牛粪利用率不高的缺点，提供了一种用牛粪制备的沙化土壤改良剂，以红原当地的牛粪为原料，分别进行炭化和堆肥处理，将得到的牛粪基生物质炭和牛粪堆肥按不同质量比加入土壤，可以显著改良沙化土壤，并提升黑麦草品质。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
一种用牛粪制备的沙化土壤改良剂，包括牛粪基生物质炭和牛粪堆肥，牛粪基生物质炭和牛粪堆肥的质量比为1:3～3:1，牛粪基生物质炭的制备方法包括：牛粪经热解炭化炉在无氧条件下进行热解炭化，冷却后储存于干燥器中，热解温度为550～650℃，热解时间为1～2h。
作为优选，牛粪堆肥由牛粪经厌氧发酵制备得到：将牛粪堆在温室大棚内，加入发酵剂，堆成圆锥状，将水均匀喷洒在牛粪上，使牛粪保持湿润，但又不会使水分流出，牛粪外部再撒上一层碎秸秆。根据温度的变化进行翻堆，每当温度达到50℃以上翻堆一次，厌氧发酵1个月。
作为优选，还包括聚丙烯酰胺，聚丙烯酰胺的分子量为200万～1400万，聚丙烯酰胺与牛粪基生物质炭的质量比为4:9～4:3。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：
(1)本发明以牛粪为原料，取材天然环保，将牛粪回收利用，提高了牛粪的利用率，制备得到的沙化土壤改良剂可以用于改良土壤沙化现象，既可以保护环境，又可以促进经济循环发展，实现牛粪的资源化利用，同时具有一定的修复效率，成本低，易于推广；
(2)本发明的改良剂可以改善沙化土壤的氮素和磷素含量，增加土壤中的总氮、碱解氮和硝态氮含量，增加土壤中有效磷的含量，调节土壤pH，提高土壤有机质含量，同时添加了聚丙烯酰胺，可以固定沙化土壤，增强土壤保水能力；
(3)在经本发明的沙化土壤改良剂改良后的土壤上种植黑麦草，可以促进黑麦草快速生长，增加黑麦草的生物量，同时得到的黑麦草质量较好，中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量较低，粗蛋白含量较高，相对饲喂价值较好，具有较高的市场价值。
附图说明
图1是实施例1-2和对比例1-4的土壤中不同形式氮素的含量，其中(a)为土壤总氮含量，(b)为土壤碱解氮含量，(c)为土壤硝态氮含量，(d)为土壤铵态氮含量。
图2是实施例1-2和对比例1-4的土壤总磷和有效磷的含量，其中(a)为土壤总磷含量，(b)为土壤有效磷含量。
图3是实施例1-2和对比例1-4的土壤pH值。
图4是实施例1-2和对比例1-4的土壤有机质含量。
图5是实施例1-2和对比例1-4的黑麦草生物量。
图6是实施例1-2和对比例1-4的黑麦草中性洗涤纤维含量。
图7是实施例1-2和对比例1-4的黑麦草酸性洗涤纤维含量。
图8是实施例1-2和对比例1-4的黑麦草粗蛋白含量。
图9是实施例1-2和对比例1-4的黑麦草相对饲喂价值。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
土壤样品采集于红原县瓦切镇，红原至若尔盖公路旁，距瓦切镇约3km处，海拔3476m，采样区域已严重沙化，地面植被以少数灌木为主。土壤样品为0～20cm土层的土壤，土壤样品直接装入花盆下层(7～15cm)，土壤样品与本发明的沙化土壤改良剂混合后装入花盆上层(0～7cm)。对土壤样品进行测试，其田间持水量为27％，粒径组成为砂粒(1～0.05mm)91.3％、粉粒(0.05～0.001mm)2.1％和粘粒(<0.001mm)6.6％，其它基本理化性质如表1所示：
表1 土壤样品的基本理化性质
试验所用草种为黑麦草，品种为冬牧70，购于江苏亿豪园林绿化有限公司。
实施例1
一种用牛粪制备的沙化土壤改良剂，包括22.5g牛粪基生物质炭和7.5g牛粪堆肥，牛粪基生物质炭的制备方法包括：牛粪经热解炭化炉在无氧条件下进行热解炭化，冷却后储存于干燥器中，热解温度为600℃，热解时间为1h。
牛粪堆肥由牛粪经厌氧发酵制备得到：将牛粪堆在温室大棚内，加入发酵剂，堆成圆锥状，将水均匀喷洒在牛粪上，使牛粪保持湿润，但又不会使水分流出，牛粪外部再撒上一层碎秸秆。根据温度的变化进行翻堆，每当温度达到50℃以上翻堆一次，整个厌氧发酵时间持续一个月。
表2 牛粪基生物质炭和牛粪堆肥的基本理化性质
盆栽试验于2016年10～11月进行，盆栽试验所用花盆的盆顶内径15cm，盆高为15cm，盆的容积为2L，盆底放有托盘，用水浇透后，可以使盆中的土壤不易流失。
装填土壤样品时，先直接加入1000g土壤样品于花盆下层(7～15cm)，1000g土壤样品与沙化土壤改良剂混匀后，装入花盆上层(0～7cm)。以160粒/盆的密度播种黑麦草种，为了增加存活率，先对草种进行催芽处理：将黑麦草种平铺在托盘中，上面盖上催芽纸，用水将催芽纸润湿，保证其处于湿润状态，放置在避光、室温的环境下5天。
播种时，黑麦草种覆土约5mm，之后每隔一天以600mL的超纯水喷洒浇灌。试验期间，盆置于温室大棚内，使所有植株都能获得均匀的光照。试验结束时，收割黑麦草的叶和黑麦草根部周围土壤进行测验。
实施例2
同实施例1，所不同的是实施例2还包括10g聚丙烯酰胺，聚丙烯酰胺的分子量为200万～1400万。
对比例1
同实施例1，所不同的是对比例1只添加22.5g牛粪基生物质炭。
对比例2
同实施例1，所不同的是对比例2只添加7.5g牛粪堆肥。
对比例3
同实施例1，所不同的是对比例3只添加10g聚丙烯酰胺。
对比例4
同实施例1，所不同的是对比例4不添加牛粪基生物质炭、牛粪堆肥和聚丙烯酰胺。
实施例3
同实施例2，所不同的是实施例3添加18g羊粪基生物质炭、12g羊粪堆肥和24g聚丙烯酰胺，羊粪基生物质炭的热解温度为550℃，热解时间为2h。
实施例4
同实施例2，所不同的是实施例4添加7.5g羊粪基生物质炭、22.5g羊粪堆肥和5g聚丙烯酰胺，羊粪基生物质炭的热解温度为650℃，热解时间为1.5h。
实施例5
对实施例1-2和对比例1-4的土壤和黑麦草进行测试，选取黑麦草根部周围的土壤测试了氮素和磷素含量，选取黑麦草叶部测试了生物量，并通过中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、粗蛋白含量和相对饲喂价值来评价黑麦草质量的优劣，结果如下：
如图1(a)所示：实施例1的土壤总氮含量显著低于对比例3，与对比例1-2和对比例4无显著差异，但是实施例1的总氮含量高于对比例1-2和对比例4；实施例2的土壤总氮含量高于对比例3，显著高于对比例1-2和对比例4，实施例2的土壤总氮含量比对比例4增加了226.2％，对氮素的增加效果十分明显。如图1(b)所示：实施例1的土壤碱解氮含量与对比例1-2和对比例4无显著差异；实施例2的土壤碱解氮含量为555.3mg·kg-1，显著高于对比例1-2和对比例4。如图1(c)所示：实施例1-2的土壤硝态氮含量显著高于对比例1-2和对比例4，与对比例4相比，分别增加了112％和133.8％，与对比例3无显著差异，但实施例1-2的土壤硝态氮含量高于对比例3。如图1(d)所示：实施例1-2的土壤铵态氮含量显著低于对比例3-4，与对比例1-2无显著差异，但实施例1-2的土壤铵态氮含量高于对比例1-2。由此可见，实施例2对于改良土壤的氮素状况优势明显。
如图2(a)所示：实施例1的土壤总磷含量显著高于对比例2，与对比例1和对比例3-4无显著差异，但高于对比例1和对比例3-4，与对比例4相比，实施例1的土壤总磷含量增加了26.3％；实施例2的土壤总磷含量显著高于对比例1-4，与对比例4相比，实施例2的土壤总磷含量增加了67.6％。如图2(b)显示：实施例1-2的土壤有效磷含量显著高于对比例1-2和对比例4，与对比例4相比，分别高出了20.4％和63.5％。由此可见，实施例1-2对于改良沙化土壤的磷素状况效果最佳。
由图3可知，实施例1-2的pH显著高于对比例3-4，显著低于对比例1-2，因此，实施例1-2可以调节土壤pH；由图4可知，实施例1-2的土壤有机质含量显著高于对比例2-4，与对比例1无显著性差异，因此，实施例1-2可以提高土壤有机质含量。
生物量的高低往往能够作为衡量某一种群或群落生态效益大小的参考。由图5可知，实施例1的黑麦草生物量与对比例3相近，高于对比例1-2和对比例4；与对比例1-4相比，实施例2可以显著提高黑麦草的生物量。因此，实施例1-2可以提高黑麦草的生物量。
我国对于黑麦草质量的评价没有统一的标准，因此，国内的一些草业公司引进了美国常用的黑麦草评价指标来评判黑麦草质量的优劣，包括中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、粗蛋白含量和相对饲喂价值(RFV)等。NDF和ADF是反映了黑麦草的纤维含量，它们是评价黑麦草作为饲料的重要指标，其值越小，表示黑麦草的质量越好。由图6-7可知，实施例1-2的NDF含量显著低于对比例1-2，而与对比例3-4无显著差异，但实施例1-2的NDF含量低于对比例3-4；实施例1-2和对比例1-4的ADF含量差异不显著，但实施例2的ADF含量低于对比例1-4。因此，实施例1-2的NDF和ADF含量较低，黑麦草质量较好。
植物粗蛋白是衡量黑麦草质量的重要营养指标，他们含量的高低反映了黑麦草质量的优劣。由图8可知，实施例1的粗蛋白含量高于对比例1-2，实施例2的粗蛋白含量显著高于对比例1-2，与对比例3-4无显著差异。
RFV是一个评价牧草质量水平的综合指标，RFV＝100为基本指标，其值越高，则表明该黑麦草饲喂家畜的效果越好，市场价值也越高。由图9可知，实施例1的RFV值与对比例1-4无显著差异，但实施例1的RFV值高于对比例1-4；实施例2的RFV值显著高于对比例1-4，与对比例4相比，实施例2的RFV值增加了13％。因此，实施例1-2的黑麦草质量优于对比例1-4的黑麦草的质量，市场价值较好。
综上所述，实施例1-2的沙化土壤改良剂可以改善沙化土壤的氮素和磷素含量，调节土壤酸碱度，提高土壤有机质含量，同时添加了聚丙烯酰胺，可以增强土壤保水能力。在经实施例1-2的改良剂改良后的土壤上种植黑麦草，可以促进黑麦草快速生长，增加黑麦草的生物量，同时得到的黑麦草质量较好，中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量较低，粗蛋白含量较高，相对饲喂价值较好，具有较高的市场价值。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种用牛粪制备的沙化土壤改良剂，其特征在于：包括牛粪基生物质炭和牛粪堆肥，牛粪基生物质炭和牛粪堆肥的质量比为1:3～3:1，牛粪基生物质炭的制备方法包括：牛粪经热解炭化炉在无氧条件下进行热解炭化，冷却后储存于干燥器中，热解温度为550～650℃，热解时间为1～2h。
2.根据权利要求1所述的一种用牛粪制备的沙化土壤改良剂，其特征在于：牛粪堆肥由牛粪经厌氧发酵制备得到：将牛粪堆在温室大棚内，加入发酵剂，堆成圆锥状，将水均匀喷洒在牛粪上，使牛粪保持湿润，但又不会使水分流出，牛粪外部再撒上一层碎秸秆。
3.根据权利要求1所述的一种用牛粪制备的沙化土壤改良剂，其特征在于：还包括聚丙烯酰胺，聚丙烯酰胺的分子量为200万～1400万，聚丙烯酰胺与牛粪基生物质炭的质量比为4:9～4:3。
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