CN109121526B - 一种提高黄土丘陵区土壤固碳能力的方法 - Google Patents

一种提高黄土丘陵区土壤固碳能力的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高黄土丘陵区土壤固碳能力的方法，包括移植森林腐植土、移栽树苗进行植物造林、定期观察等步骤，所述森林腐植土为待进行土壤固碳区域附近的森林表层营养土，植树造林所用树种选用适合于黄土丘陵区气候、土壤条件的树种，包括侧柏和刺槐，在移植森林腐植土后还喷洒有生物胶水，实验表明，通过上述方法能有效提高土壤固碳能力。本发明的提高土壤固碳能力的方法操作简单、易于实现，移栽的树苗成活率高，且过程中不施用任何化肥，天然环保，对其他地区土壤固碳能力的提高具有借鉴意义。

Description

一种提高黄土丘陵区土壤固碳能力的方法
技术领域
本发明涉及区域生态恢复技术领域，尤其涉及一种提高黄土丘陵区土壤固碳能力的方法。
背景技术
温室效应引起的全球变暖已成为人类关注的焦点，而陆地生态系统碳循环是研究全球气候变化的关键。土壤碳库是大气碳库的3.3倍，生物碳库的4.5倍，因而成为陆地生态系统最大的碳库。土壤有机碳库占到土壤碳库的一半以上，与大气成分进行活性交换的土壤有机碳大约占到陆地生态系统碳的2/3，所以土壤有机碳的微小变化将会极大的缓和或加速大气CO2浓度的提高，进而改变全球碳循环。因此，提高土壤固碳能力对控制土壤温室气体排放、减缓温室效应具有重要意义，不仅如此，也有利于土壤肥力的提高。
黄土高原位于中国中部偏北部，为中国四大高原之一，也是地球上分布最集中且面积最大的黄土区，总面积64万平方千米，横跨中国青、甘、宁、内蒙古、陕、晋、豫7省区。黄土高原地区土地资源大体可以分三类：一、黄土丘陵(坡度>3°)，二、平地(坡度<3°)，三、土石山丘地，其中，黄土丘陵区是黄土高原面积最为辽阔的地貌区，占黄土高原面积的56.79％。黄土丘陵区属于暖温带半干旱气候，干旱少雨，土壤以黄土母质发育的黄绵土为主，土壤瘠薄、土质疏松、有机质含量低、抗侵蚀性能差，水土流失严重，是我国西北典型的生态环境脆弱区，其土壤固碳能力差，已陷入“越垦越穷、越穷越垦”的恶性循环，严重了影响工业、农业生产和生态可持续发展。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种提高黄土丘陵区土壤固碳能力的方法，提高黄土丘陵区抗侵蚀能力，遏制水土流失状况，积累土壤有机质，从而实现改善黄土丘陵区的生态环境，控制土壤温室气体排放、减缓温室效应的目标。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种提高黄土丘陵区土壤固碳能力的方法，所述方法是移植森林腐植土和植树造林协同配合的方法，所述森林腐植土为待进行土壤固碳区域附近的森林表层营养土，植树造林所用树种选用侧柏和刺槐；所述方法如下：
(1)移植、铺设森林腐植土：铲取待进行土壤固碳区域附近的森林表层营养土作为森林腐植土，将森林腐植土铺设于待进行固碳区域的土壤表面，铺设厚度为10-20cm，对覆盖有森林腐植土的土壤进行反复翻耕以使森林腐植土与待固碳的土壤充分混合；
(2)移栽树苗：选取健康、无病害的侧柏树苗和刺槐树苗进行栽种，栽种时，侧柏和刺槐依次间隔排列，栽种间距为3-6m；
(3)每间隔1-3个月，观察树苗的成长状况，及时移除死亡树苗，补种活树苗，直至树苗完全成活。
所述步骤(1)中，铺设完森林腐植土后，在森林腐植土表面还喷洒有用于保水、保肥且固定土壤的生物胶水，喷洒完毕后再对覆盖有森林腐植土的土壤进行反复翻耕以使森林腐植土、生物胶水与待固碳的土壤充分混合。
所述生物胶水为溶于水后具有土壤粘黏性的生物胶颗粒和水的混合物，所述生物胶颗粒由溶于水后具有粘结性或粘附性的可生物降解胶黏剂和可生物降解的多孔材料制成，所述可生物降解胶黏剂附着在多孔材料表面和孔内。
所述可生物降解胶黏剂为木质素和米糠的混合物。
所述可生物降解的多孔材料为仿生壳聚糖泡沫颗粒。
所述生物胶颗粒的制备方法为：S1.称取500-1000g米糠，在米糠中加入0.8-1.2L质量浓度为8％的氢氧化钠溶液，搅拌均匀后，于50-70℃糊化2-3h，制成米糠胶黏剂；S2.在米糠胶黏剂中边搅拌边依次加入3-6L水、400-600g仿生壳聚糖泡沫颗粒、300-800g木质素，在60-80℃下搅拌4-6h，挤出造粒，烘干，制成生物胶颗粒。
生物胶颗粒的制备方法的S2步骤中在添加木质素后，还添加有150-250g植物根病净化剂。
所述步骤(2)中，移栽树苗后，还向土壤表面铺设有草皮。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过移植森林腐植土和植树造林的方法提高黄土丘陵区土壤固碳能力，其中，森林腐植土由森林中表土层树木的枯枝残叶经过长时期腐烂发酵形成，含有植物生长所需的各种营养物质，无需在移栽树苗后再对树苗施用化肥，环保性好；森林腐植土中还含有多种活性微生物，如细菌、真菌等，这些微生物群落可在土壤中进行氧化、硝化、氨化、固氮、硫化等过程，促进土壤有机质的分解和养分的转化，对土壤固碳具有积极的促进作用；森林腐植土选自待进行土壤固碳区域附近的森林，此森林所在地区的环境条件基本与待进行土壤固碳区域一致，因此选自此森林的腐植土将最适合于待进行土壤固碳区域的植被生长，避免引入其他地区的腐植土时，腐植土中携带的多种不同生物物种破坏目标区域的物种结构；植树造林所用树种选用侧柏和刺槐，侧柏具有良好的固碳能力，而刺槐的固氮能力更强，由于土壤有机碳与全氮高度依存，相互促进增长，移栽时使侧柏和刺槐依次间隔排列，可优化地表凋落物的有机组成，从而提高土壤有机质的积累，同步提高土壤固碳和固氮能力；另外，与自行配置腐殖土肥料相比，直接取用森林腐植土，更加省时省力，且更加天然，环保。
(2)黄土丘陵区的土壤保水能力差，水土易流失，在铺设完森林腐植土后，在森林腐植土表面喷洒用于保水、保肥且固定土壤的生物胶水，并将生物胶水与森林腐植土、待固碳的土壤混合，从而利用生物胶水增强土壤间的黏着力，提高土壤保水、保肥能力，使水土不易流失，有利于树苗的正常发育和成长，并进一步提高土壤的固碳能力；生物胶水由在水中添加生物胶颗粒制成，生物胶颗粒包括溶于水后具有粘结性或粘附性的可生物降解胶黏剂和可生物降解的多孔材料，多孔材料采用仿生壳聚糖泡沫颗粒，仿生壳聚糖泡沫颗粒孔道丰富，比表面积大，且天然无毒、可降解，对环境友好，在此将其作为可生物降解胶黏剂的支撑材料，一方面通过吸附更多的胶黏剂，从而提高生物胶颗粒的比表面积，实现对土壤更强的黏着力，另一方面其自身也具有吸水、吸肥性，可进一步提高生物胶的保水、保肥能力；生物胶颗粒可降解，一方面降解后的营养物质可作为肥料供植物生长用，另一方面也不会对土壤造成负担，破坏土壤生态环境。
(3)土壤中除了含有对植物有益的或能与植物共生的有益微生物外，还含有对植物有害，易引发植物根部病害的有害微生物；植物根病净化剂可有效抑制土壤有害微生物的繁殖，激活土壤中各种有益菌的活性，使植物免受根部病害；将植物根病净化剂添加在生物胶颗粒内，生物胶颗粒在土壤中自然降解时，植物根病净化剂便可以逐渐释放出来，防治土传病害，防止植物根部生病；并且，与一次性在土壤中施加植物根病净化剂相比，植物根病净化剂随生物胶的降解而逐渐释放，用量少而均匀，且持久，可延长植物根病净化剂的有效作用时间，防止有害菌产生抗药性。
(4)在移栽树苗后在土壤表面铺设草皮，可进一步巩固土壤，防止在暴雨时期，水土流失。
(5)本发明的提高土壤固碳能力的方法操作简单、易于实现，移栽的树苗成活率高，且过程中不施用任何化肥，天然环保，经实验发现，本方法可有效提高黄土丘陵区土壤固碳能力，对其他地区土壤固碳能力的提高具有借鉴意义。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：
实施例一：生物胶颗粒一的制备：
(1)称取500g米糠，在米糠中加入0.8L质量浓度为8％的氢氧化钠溶液，搅拌均匀后，于50-70℃糊化2h，制成米糠胶黏剂；
(2)在米糠胶黏剂中边搅拌边依次加入3L水、400g仿生壳聚糖泡沫颗粒、300g木质素、150g植物根病净化剂，在60-80℃下搅拌4h，挤出造粒，烘干，制成生物胶颗粒一。
实施例二：生物胶颗粒二的制备：
(1)称取1000g米糠，在米糠中加入1.2L质量浓度为8％的氢氧化钠溶液，搅拌均匀后，于50-70℃糊化3h，制成米糠胶黏剂；
(2)在米糠胶黏剂中边搅拌边依次加入6L水、600g仿生壳聚糖泡沫颗粒、800g木质素、250g植物根病净化剂，在60-80℃下搅拌6h，挤出造粒，烘干，制成生物胶颗粒二。
实施例三：生物胶颗粒三的制备：
(1)称取700g米糠，在米糠中加入1L质量浓度为8％的氢氧化钠溶液，搅拌均匀后，于50-70℃糊化2.5h，制成米糠胶黏剂；
(2)在米糠胶黏剂中边搅拌边依次加入4L水、500g仿生壳聚糖泡沫颗粒、400g木质素、200g植物根病净化剂，在60-80℃下搅拌5h，挤出造粒，烘干，制成生物胶颗粒三。
实施例一至三中使用的植物根病净化剂购买自美国金嘉赫国际化工集团有限公司技术授权的士专家牌植物根病净化剂。
陕西省安塞县的五里湾流域位于黄土高原腹地安塞县境内，属于暖温带半干旱气候，地貌为典型丘陵沟壑区，土壤以黄土母质发育的黄绵土为主。以下实施例将以五里湾流域为实验区考察本发明所述的提高黄土丘陵区土壤固碳能力的方法。
实施例四：一种提高黄土丘陵区土壤固碳能力的方法的实验考察
(1)实验样地的划定：选择五里湾流域中杂草稀少、无植被、土壤裸露的平缓地，将平缓地划分为四块25m×25m的样地，依次标号为样地1、样地2、样地3、样地4。
(2)通过土壤取样、并利用H2SO4—K2Cr2O7外加热法分别测定样地1、样地2、样地3、样地4的土壤有机碳(SOC)含量，测定结果分别标为SOC对照1、SOC对照2、SOC对照3、SOC对照4。
(3)在与样地1、样地2、样地3、样地4最邻近的森林中挖取3cm深度的腐植土备用；
(4)在样地1、样地2、样地3、样地4中进行铺设森林腐植土和移栽树苗操作，具体为：
样地1：将森林腐植土均匀铺满于样地1土壤表面，铺设厚度为10cm，将实施例一中制备的生物胶颗粒一溶于水中制成生物胶水一，将生物胶水一喷洒在森林腐植土表面，喷洒量以使森林腐植土表面湿润即可，喷洒完毕后对覆盖有森林腐植土的土壤进行反复翻耕以使森林腐植土、生物胶水与样地1土壤充分混合；选取健康、无病害的侧柏树苗进行栽种，树苗之间的栽种间距为3m，移栽树苗后，在土壤表面铺设草皮；每间隔1个月，观察侧柏树苗的成长状况，及时移除死亡树苗，补种活树苗，直至侧柏树苗完全成活。
样地2：将森林腐植土均匀铺满于样地2土壤表面，铺设厚度为15cm，将实施例二中制备的生物胶颗粒二溶于水中制成生物胶水二，将生物胶水二喷洒在森林腐植土表面，喷洒量以使森林腐植土表面湿润即可，喷洒完毕后对覆盖有森林腐植土的土壤进行反复翻耕以使森林腐植土、生物胶水与样地2土壤充分混合；选取健康、无病害的刺槐树苗进行栽种，树苗之间的栽种间距为4m，移栽树苗后，在土壤表面铺设草皮；每间隔2个月，观察刺槐树苗的成长状况，及时移除死亡树苗，补种活树苗，直至刺槐树苗完全成活。
样地3：将森林腐植土均匀铺满于样地3土壤表面，铺设厚度为20cm，将实施例三中制备的生物胶颗粒三溶于水中制成生物胶水三，将生物胶水三喷洒在森林腐植土表面，喷洒量以使森林腐植土表面湿润即可，喷洒完毕后对覆盖有森林腐植土的土壤进行反复翻耕以使森林腐植土、生物胶水与样地3土壤充分混合；选取健康、无病害的侧柏树苗和刺槐树苗进行栽种，树苗之间的栽种间距为6m，移栽树苗后，在土壤表面铺设草皮；每间隔3个月，观察侧柏树苗和刺槐树苗的成长状况，及时移除死亡树苗，补种活树苗，直至侧柏树苗和刺槐树苗完全成活。
样地4：将森林腐植土均匀铺满于样地4土壤表面，铺设厚度为10cm，对覆盖有森林腐植土的土壤进行反复翻耕以使森林腐植土与样地4土壤充分混合；选取健康、无病害的侧柏树苗和刺槐树苗进行栽种，树苗之间的栽种间距为3m，移栽树苗后，在土壤表面铺设草皮；每间隔1个月，观察侧柏树苗和刺槐树苗的成长状况，及时移除死亡树苗，补种活树苗，直至侧柏树苗和刺槐树苗完全成活。
(5)一年以后，再次通过土壤取样、并利用H2SO4—K2Cr2O7外加热法分别测定栽种有树苗的样地1、样地2、样地3、样地4的土壤有机碳(SOC)含量，测定结果分别标为SOC实验1、SOC实验2、SOC实验3、SOC实验4，并测定树苗的成活率。
(6)对种植树苗前后，样地1、样地2、样地3、样地4之间的SOC进行比较，比较结果如表1所示。
表1
Figure BDA0001795725600000071
从表1可以看出，通过移植森林腐植土和移栽树苗，一年以后，样地1、样地2、样地3、样地4土壤SOC含量均明显增多，这说明本发明所述的方法能有效提高土壤的固碳能力；样地1中仅种植侧柏树苗、样地2中仅种植刺槐树苗、样地3中种植侧柏和刺槐两种树苗、比较样地1、样地2、样地3的SOC实验值可以发现，样地3的SOC实验值高于样地1、样地2的SOC实验值，由此可以知道，种植侧柏和刺槐两种树种能优化地表凋落物的有机组成，与种植单一树种相比，能更有效的提高土壤固碳能力；样地3在移植完森林腐植土后喷洒有生物胶水，样地4在移植完森林腐植土后没有喷洒生物胶水，比较样地3、样地4的SOC实验值、树苗成活率可以发现，样地3的SOC实验值、树苗成活率均高于样地4，这说明生物胶水具有良好的保水、保肥能力，能有效遏制水土流失，从而保证树苗得到良好的营养供给，提高树苗成活率，进而提高土壤固碳能力。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (5)

1.一种提高黄土丘陵区土壤固碳能力的方法，其特征在于，所述方法是移植森林腐植土和植树造林协同配合的方法，所述森林腐植土为待进行土壤固碳区域附近的森林表层营养土，植树造林所用树种选用侧柏和刺槐；所述方法如下：
(1)移植、铺设森林腐植土：铲取待进行土壤固碳区域附近的森林表层营养土作为森林腐植土，将森林腐植土铺设于待进行固碳区域的土壤表面，铺设厚度为10-20cm，对覆盖有森林腐植土的土壤进行反复翻耕以使森林腐植土与待固碳的土壤充分混合；
(2)移栽树苗：选取健康、无病害的侧柏树苗和刺槐树苗进行栽种，栽种时，侧柏和刺槐依次间隔排列，栽种间距为3-6m；
(3)每间隔1-3个月，观察树苗的成长状况，及时移除死亡树苗，补种活树苗，直至树苗完全成活；
所述步骤(1)中，铺设完森林腐植土后，在森林腐植土表面还喷洒有用于保水、保肥且固定土壤的生物胶水，喷洒完毕后再对覆盖有森林腐植土的土壤进行反复翻耕以使森林腐植土、生物胶水与待固碳的土壤充分混合；
所述生物胶水为溶于水后具有土壤粘黏性的生物胶颗粒和水的混合物，所述生物胶颗粒由溶于水后具有粘结性或粘附性的可生物降解胶黏剂和可生物降解的多孔材料制成，所述可生物降解胶黏剂附着在多孔材料表面和孔内；
所述生物胶颗粒的制备方法为：S1.称取500-1000g米糠，在米糠中加入0.8-1.2L质量浓度为8％的氢氧化钠溶液，搅拌均匀后，于50-70℃糊化2-3h，制成米糠胶黏剂；S2.在米糠胶黏剂中边搅拌边依次加入3-6L水、400-600g仿生壳聚糖泡沫颗粒、300-800g木质素，在60-80℃下搅拌4-6h，挤出造粒，烘干，制成生物胶颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种提高黄土丘陵区土壤固碳能力的方法，其特征在于，所述可生物降解胶黏剂为木质素和米糠的混合物。
3.根据权利要求2所述的一种提高黄土丘陵区土壤固碳能力的方法，其特征在于，所述可生物降解的多孔材料为仿生壳聚糖泡沫颗粒。
4.根据权利要求3所述的一种提高黄土丘陵区土壤固碳能力的方法，其特征在于，生物胶颗粒的制备方法的S2步骤中在添加木质素后，还添加有150-250g植物根病净化剂。
5.根据权利要求1所述的一种提高黄土丘陵区土壤固碳能力的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，移栽树苗后，还向待进行固碳区域的土壤表面铺设有草皮。
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