CN109380047B - 沙漠绿化种植结构以及在沙漠中种植植物的方法 - Google Patents

沙漠绿化种植结构以及在沙漠中种植植物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种沙漠绿化种植结构以及在沙漠中种植植物的方法，该种植结构为自沙漠沙土层表面向下开设种植坑，种植坑表面设防渗保水层，且其内部种植植物后回填沙土形成种植播种层，其上依次覆盖固化沙土层和豆渣肥料层；防渗保水层和固化沙土层均由含植物脲酶酶液的固沙剂处理得到。豆渣肥料层提供植物生长所需肥料，提高植物成活率；且具有一定防渗和黏聚效果，减少了表层沙土水分蒸发，减弱了种植坑上方沙土风蚀。在沙漠中种植植物的方法为：在沙漠沙土中开挖种植坑，使用固沙剂处理种植坑表面形成防渗保水层；在种植坑内种植植物，回填沙土形成种植播种层；使用固沙剂处理种植播种层表面形成固化沙土层，最后施加豆渣肥料形成豆渣肥料层。

Description

沙漠绿化种植结构以及在沙漠中种植植物的方法
技术领域
本发明涉及一种沙漠绿化种植结构以及在沙漠中种植植物的方法，属于沙漠治理技术领域。
背景技术
我国的沙漠及沙漠化土地面积约为160.7万平方公里，占国土面积的16.7％，当前我国沙漠化土地面积正以每年2460平方公里的速度扩展，而且还有加速扩大的趋势。土地沙漠化是我国当前最为严重的生态环境问题之一，给我国国民经济和社会发展带来了极大的危害。
沙漠地区气候条件差、沙土易风蚀、沙地贫瘠缺水等都是沙漠中植物种植的难题。传统的植物种植方法不适用于沙漠地区，需要耗费大量的人力物力，因此，开发一种适用于沙漠地区的沙漠种植结构，寻求有效的植物种植方法，实现沙漠绿化，遏止沙漠化进程，迫在眉睫。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中沙漠治理存在的难题，本发明提供一种沙漠绿化种植结构，并提供了一种在沙漠中种植植物的方法。
技术方案：本发明所述的一种沙漠绿化种植结构，其自沙漠沙土层表面向下开设种植坑，该种植坑表面设防渗保水层，且种植坑内部种植植物或播种后回填沙土、形成种植播种层，种植播种层表面依次覆盖固化沙土层和豆渣肥料层；其中，防渗保水层和固化沙土层均由含植物脲酶的沙漠固沙剂处理沙土得到。
具体的，含植物脲酶的沙漠固沙剂由体积比为1:1～1:5的植物脲酶酶液和无机处理液配制得到，其中，植物脲酶酶液由豆类植物中提取得到；按沙漠固沙剂总体积计，无机处理液包括下述成分：尿素0.05～0.5mol/L、钙盐0.05～0.5mol/L。含植物脲酶的固沙剂防渗保水、固沙的作用原理依靠的是生物水泥技术，植物脲酶催化尿素水解生成NH4 +与CO3 2-，CO3 2-与Ca2+结合生成碳酸钙，在沙土颗粒之间与表面析出碳酸钙晶体，将沙土颗粒胶结在一起，并且填充了沙土的孔隙，形成了一定厚度的硬壳层，固化沙土层沙土被粘结在一起，抗风蚀性能提高，防渗保水层沙土的渗透系数降低，保水性能提高，使得植被具有利于生长的环境。
优选的，植物脲酶酶液的提取方法为：称取干燥豆类，粉碎得到豆粉；然后称取豆粉溶于水、制成豆粉浓度为20～160g/L的豆粉溶液，离心处理，取上层清液得植物脲酶酶液。豆粉溶液离心过程可采用低温高速离心机；离心处理的参数条件优选为：离心温度2～6℃，转速3000～6000r/s，离心时间10～30min。
无机处理液中，尿素与钙盐的浓度比优选为2:1～1:1。进一步的，钙盐可为氯化钙、硝酸钙、醋酸钙中的至少一种。
上述沙漠绿化种植结构中，豆渣肥料层为植物生长提供所需的营养，豆渣肥料层所用豆渣肥料由豆渣和清水发酵制得，较优的，豆渣为植物脲酶酶液提取过程中弃置的豆渣，实现了材料的高效利用。豆渣肥料的制备方法具体为：将豆渣与清水按质量比1:5～1:30混匀后倒入密封容器中，自然条件下发酵10～20天，然后取出发酵后的豆渣溶液，稀释5～20倍后作为豆渣肥料。进一步的，豆渣肥料的使用量为1～10L/m2。
种植坑内种植的植物宜为耐旱的灌木，例如沙柳、沙枣、花棒、油蒿、梭梭树等。种植坑深度一般为30～60cm，且其在沙漠中宜间隔布置，相邻种植坑的间距最好为1～5m；种植坑内也可进行种子播种，播种深度最好为5～30cm，播种间距最好为10～30cm。
本发明所述的在沙漠中种植植物的方法，包括下述步骤：首先在沙漠沙土中开挖种植坑，使用含植物脲酶的沙漠固沙剂对种植坑表面进行处理、形成防渗保水层；然后在种植坑内种植植物或播种，回填沙土形成种植播种层；再使用含植物脲酶的沙漠固沙剂对种植播种层沙土表面进行处理形成固化沙土层，最后在固化沙土层表面施加豆渣肥料形成豆渣肥料层。其中，含植物脲酶的沙漠固沙剂由体积比为1:1～1:5的植物脲酶酶液和无机处理液配制得到，按沙漠固沙剂总体积计，无机处理液包括下述成分：尿素0.05～0.5mol/L、钙盐0.05～0.5mol/L；植物脲酶酶液由豆类植物中提取得到，豆渣肥料由豆渣和清水发酵制得，且该豆渣为植物脲酶酶液提取过程中弃置的豆渣。
作为优选的，采用含植物脲酶的沙漠固沙剂对种植坑沙土表面或种植播种层沙土表面进行处理时，该沙漠固沙剂的用量为2～8L/m2。处理的方式可为喷洒等。
有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点为：(1)本发明的沙漠种植结构在固化沙土层上增设了豆渣肥料层，为植物生长提供了所需的肥料，解决了沙漠沙土缺失肥料的难题，有利于提高植物的成活率；而且，豆渣肥料层具有一定的防渗效果，减少了沙漠表层沙土水分蒸发，还具有黏聚效果，有效减弱了种植坑上方沙土的风蚀；(2)本发明的沙漠种植结构中形成的固化沙土层与防渗保水层能够降低灌溉过程中水的下渗速度，提高灌溉效率，节约用水；且固化沙土层固化效果优良，能够减弱沙土的风蚀，避免植物根系裸露，提高植物的成活率；(3)本发明采用的沙漠固沙剂为植物中提取的脲酶与低浓度处理液的混合溶液，相比传统的化学试剂以及微生物固沙剂而言，对环境没有影响，绿色环保，成本低廉；(4)本发明的种植方法操作简便，不需要投入大量的人力物力，有利于推广应用。
附图说明
图1为本发明的沙漠绿化种植结构的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示，本发明的沙漠绿化种植结构，由地表向下依次为豆渣肥料层5、固化沙土层4、种植播种层3、防渗保水层2和沙漠沙土层1，具体而言，本发明沙漠绿化种植结构自沙漠沙土层1表面向下开设种植坑，种植坑表面由含植物脲酶的沙漠固沙剂处理形成防渗保水层2，种植坑内部种植植物或播种后回填沙土、形成种植播种层3，种植播种层3表面由含植物脲酶的沙漠固沙剂处理形成固化沙土层4，固化沙土层4表面覆盖豆渣肥料、形成豆渣肥料层5。
含植物脲酶的沙漠固沙剂由体积配比为1:1～1:5的植物脲酶酶液和无机处理液配制得到。其中，植物脲酶酶液可从豆类植物中的至少一种中提取而得，提取过程如下：取干燥豆类，粉碎得到豆粉，然后称取豆粉溶于水、制成豆粉浓度为20～160g/L的豆粉溶液，离心处理，弃置底部沉淀物豆渣，取上层清液得植物脲酶酶液。无机处理液包括以下成分：尿素(浓度为0.05-0.5mol/L)和钙盐(浓度为0.05-0.5mol/L)，其中，钙盐为氯化钙、硝酸钙中的至少一种；尿素与钙盐的浓度比可为2:1～1:1。
豆渣肥料层5所用豆渣肥料由豆渣和清水发酵制得，较优的，豆渣为植物脲酶酶液提取过程中弃置的豆渣，实现了材料的高效利用。豆渣肥料的制备方法为：将豆渣与清水按质量比1:5～1:30混匀后倒入密封容器中，自然条件下发酵10～20天，然后取出发酵后的豆渣溶液，稀释5～20倍后作为豆渣肥料。
实施例1
第一步：制备固沙剂
制备植物脲酶酶液：称取干燥豆类，置于粉碎机中粉碎，过100目筛网备用(需低温干燥、密封储藏，以防变质)。称取豆粉溶于水制成豆粉溶液，豆粉浓度40g/L。将豆粉溶液进行离心处理，离心过程采用低温高速离心机，设定离心温度为4℃，转速为4000r/s，离心时间为15min，离心过程结束后，弃置离心管底部沉淀物豆渣，取上层清液得植物脲酶酶液。
制备无机处理液：尿素浓度为0.25mol/L，氯化钙浓度为0.25mol/L。
将制得的植物脲酶酶液和无机处理液以体积比1:3的比例混合均匀，得到含植物脲酶的固沙剂。
第二步：制备豆渣肥料
将植物脲酶提取过程中弃置的豆渣与清水按质量比1:10混合均匀后倒入密封容器内发酵15天，取出稀释10倍后作为所用豆渣肥料。
第三步：在沙漠中种植植物
(1)根据种植植物要求确定种植坑的布置方式及植坑深度，在沙漠表层开挖种植坑，在种植坑坑底表层喷洒含植物脲酶的固沙剂形成防渗保水层，含植物脲酶的固沙剂用量为5L/m2；
(2)48h后在种植坑内种植沙柳，并将开挖的沙土回填到种植坑内形成种植播种层；
(3)对种植播种层喷洒清水，使得植物处于适宜生长的湿度环境；
(4)对种植播种层沙土表面喷洒含植物脲酶的固沙剂，用量为5L/m2，固化48h后形成固化沙土层；
(5)按用量为5L/m2将豆渣肥料喷洒在沙漠表层，形成豆渣肥料层；
(6)在植物生长过程中，定期对植物进行清水喷洒处理，提高沙土的含水率，为植物生长提供湿润的生长环境。
实施例2
第一步：制备固沙剂
制备植物脲酶酶液：称取干燥豆类，置于粉碎机中粉碎，过100目筛网备用(需低温干燥、密封储藏，以防变质)。称取豆粉溶于水制成豆粉溶液，豆粉浓度20g/L。将豆粉溶液进行离心处理，离心过程采用低温高速离心机，设定离心温度为2℃，转速为3000r/s，离心时间为10min，离心过程结束后，弃置离心管底部沉淀物豆渣，取上层清液得植物脲酶酶液。
制备无机处理液：尿素浓度为0.05mol/L，硝酸钙浓度为0.05mol/L。
在使用前30min将制得的植物脲酶酶液和无机处理液以体积比1:1的比例混合均匀，得到含植物脲酶的固沙剂。
第二步：制备豆渣肥料
将植物脲酶提取过程中弃置的豆渣与清水按质量比1:30混合均匀后倒入密封容器内发酵10天，取出稀释20倍后作为所用豆渣肥料。
第三步：在沙漠中种植植物
(1)根据种植植物要求确定种植坑的布置方式及植坑深度，在沙漠表层开挖种植坑，在种植坑坑底表层喷洒含植物脲酶的固沙剂形成防渗保水层，含植物脲酶的固沙剂用量为8L/m2；
(2)48h后在种植坑内种植梭梭树，并将开挖的沙土回填到种植坑内形成种植播种层；
(3)对种植播种层喷洒清水，使得植物处于适宜生长的湿度环境；
(4)对种植播种层沙土表面喷洒含植物脲酶的固沙剂，用量为8L/m2，固化48h后形成固化沙土层；
(5)按用量为10L/m2将豆渣肥料喷洒在沙漠表层，形成豆渣肥料层；
(6)在植物生长过程中，定期对植物进行清水喷洒处理，提高沙土的含水率，为植物生长提供湿润的生长环境。
实施例3
第一步：制备固沙剂
制备植物脲酶酶液：称取干燥豆类，置于粉碎机中粉碎，过100目筛网备用(需低温干燥、密封储藏，以防变质)。称取豆粉溶于水制成豆粉溶液，豆粉浓度160g/L。将豆粉溶液进行离心处理，离心过程采用低温高速离心机，设定离心温度为6℃，转速为6000r/s，离心时间为30min，离心过程结束后，弃置离心管底部沉淀物豆渣，取上层清液得植物脲酶酶液。
制备无机处理液：尿素浓度为0.5mol/L，氯化钙浓度为0.5mol/L。
将制得的植物脲酶酶液和无机处理液以体积比1:5的比例混合均匀，得到含植物脲酶的固沙剂。
第二步：制备豆渣肥料
将植物脲酶提取过程中弃置的豆渣与清水按质量比1:5混合均匀后倒入密封容器内发酵20天，取出稀释5倍后作为所用豆渣肥料。
第三步：在沙漠中种植植物
(1)根据播种要求确定种植坑的布置方式及植坑深度，在沙漠表层开挖种植坑，在种植坑坑底表层喷洒含植物脲酶的固沙剂形成防渗保水层，含植物脲酶的固沙剂用量为2L/m2；
(2)48h后在种植坑内播种，并将开挖的沙土回填到种植坑内形成种植播种层；
(3)对种植播种层喷洒清水，使得植物处于适宜生长的湿度环境；
(4)对种植播种层沙土表面喷洒含植物脲酶的固沙剂，用量为2L/m2，固化48h后形成固化沙土层；
(5)按用量为1L/m2将豆渣肥料喷洒在沙漠表层，形成豆渣肥料层；
(6)在植物生长过程中，定期对植物进行清水喷洒处理，提高沙土的含水率，为植物生长提供湿润的生长环境。
实验一：防渗保水层与豆渣肥料层的渗透试验
(1)制备试样：试验所用原料土为从宁夏腾格尔沙漠现场所取的风积沙，首先在直径为18.5cm的圆柱筒中布置2cm厚度的粗砂滤层，再将原料土倒入筒中，分层压实，保证沙土的干密度为1.46g/cm3。筒壁两侧面外接两根出水管，用于渗透试验中清水的流出。按照上述方法，配置3份相同的沙土试样。
(2)喷洒：取实施例1中制备含植物脲酶的固沙剂和豆渣肥料，向其中一份沙土试样表面喷洒豆渣肥料，用量为5L/m2，另一份沙土试样表面喷洒含植物脲酶的固沙剂，用量也为5L/m2。喷洒后，将试样置于试验桌上48h，确保固沙剂在沙土表面反应完全。第三份试样不做任何处理，作为试验的对照样。
(3)渗透试验：在60cm常水头条件下对土样进行渗透试验，打开筒两侧出水管的阀门，对20min内的渗流液流量进行测量，求得清水在土样中的渗透速度。
试验结果表明，未处理试样单位面积的渗透速度为2.37×10-1L·m-2·s-1，喷洒豆渣肥料层的试样单位面积的渗透速度为5.24×10-2L·m-2·s-1，喷洒固沙剂的试样单位面积的渗透速度为1.16×10-2L·m-2·s-1，可见喷洒固沙剂与豆渣肥料的沙土渗透速度均明显降低，说明采用含植物脲酶酶液的固沙剂处理后的沙土能够降低灌溉过程中水的下渗速度，提高灌溉效率，同时，本发明提供的豆渣肥料也具有一定的防渗效果，能够减少表层沙土水分蒸发。
实验二：豆渣肥料层与固化沙土层的风洞试验
(1)配制试样：试验所用原料土为从宁夏腾格尔沙漠现场所取的风积沙，将沙土倒入长×宽×高为26cm×18cm×5cm的不锈钢托盘内，并将试样表面处理平整，配置3份相同的试样，置于电子天平上，依次称取各试样质量，其中1份不作处理，作为试验对照试样。
(2)喷洒：取实施例1中制备含植物脲酶的固沙剂和豆渣肥料，向其中一份沙土试样表面喷洒豆渣肥料，用量为5L/m2；向另一份试样表面喷洒含植物脲酶的固沙剂，用量为5L/m2。喷洒后将试样置于试验桌上48h，确保固沙剂在沙土表面反应完全。最后再将试样置于温度为60℃烘箱内24h，烘干试样。
(3)风洞试验：将烘干的试样与未处理的试样放置于风洞试验洞室中，调节风速为15m/s，10min后结束试验，取出试样，称取风洞试验后试样的质量，计算试样单位面积损失量，未处理试样风蚀量为6135.25g/m2，喷洒豆渣肥料的试样风蚀量为26.4g/m2，喷洒含植物脲酶的固沙剂的试样风蚀量为9.73g/m2。
可见，经豆渣肥料与固沙剂喷洒后试样风蚀量显著减小，这是由于豆渣肥料具有粘聚性，能将松散的沙土颗粒胶结在一起，既提高沙土的抗风蚀性能，还提高了沙土的肥力。而含植物脲酶的固沙剂能够在土颗粒间形成碳酸钙，也有效提高了沙土的胶结效果，避免植坑上方沙土被风蚀，植物根系裸露，提高了植物的存活率。
上述实验一和实验二充分说明了本发明的可行性和有效性。

Claims (7)

1.一种沙漠绿化种植结构，其特征在于，该种植结构自沙漠沙土层(1)表面向下开设种植坑，该种植坑表面设防渗保水层(2)，且种植坑内部种植植物(6)或播种后回填沙土、形成种植播种层(3)，所述种植播种层(3)表面依次覆盖固化沙土层(4)和豆渣肥料层(5)；其中，所述防渗保水层(2)和固化沙土层(4)均由含植物脲酶的沙漠固沙剂处理沙土得到；其中，所述含植物脲酶的沙漠固沙剂由体积比为1:1～1:5的植物脲酶酶液和无机处理液配制得到，其中，所述植物脲酶酶液由豆类植物中提取得到；按所述沙漠固沙剂总体积计，无机处理液包括下述成分：尿素0.05～0.5mol/L、钙盐0.05～0.5mol/L；所述豆渣肥料层所用豆渣肥料由豆渣和清水发酵制得，其中，所述豆渣为植物脲酶酶液提取过程中弃置的豆渣。
2.根据权利要求1所述的沙漠绿化种植结构，其特征在于，所述豆渣肥料的制备方法为：将豆渣与清水按质量比1:5～1:30混匀后倒入密封容器中，自然条件下发酵10～20天，然后取出发酵后的豆渣溶液，稀释5～20倍后作为豆渣肥料。
3.根据权利要求1所述的沙漠绿化种植结构，其特征在于，所述豆渣肥料的使用量为1～10L/m2。
4.根据权利要求1所述的沙漠绿化种植结构，其特征在于，所述植物脲酶酶液的提取方法为：称取干燥豆类，粉碎得到豆粉；然后称取豆粉溶于水、制成豆粉浓度为20～160g/L的豆粉溶液，离心处理，取上层清液得植物脲酶酶液。
5.根据权利要求1所述的沙漠绿化种植结构，其特征在于，所述无机处理液中，尿素与钙盐的浓度比为2:1～1:1。
6.一种在沙漠中种植植物的方法，其特征在于，包括下述步骤：首先在沙漠沙土中开挖种植坑，使用含植物脲酶的沙漠固沙剂对种植坑表面进行处理、形成防渗保水层；然后在种植坑内种植植物或播种，回填沙土形成种植播种层；再使用含植物脲酶的沙漠固沙剂对种植播种层沙土表面进行处理、形成固化沙土层，最后在固化沙土层表面施加豆渣肥料形成豆渣肥料层。
7.根据权利要求6所述的在沙漠中种植植物的方法，其特征在于，采用含植物脲酶的沙漠固沙剂处理对种植坑沙土表面或种植播种层沙土表面进行处理时，该沙漠固沙剂的用量为2～8L/m2。
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