CN112889625A - 纤维素和/或纤维素衍生物在保水固沙中的应用、组合物、沙漠种植用土、制备方法和应用 - Google Patents

纤维素和/或纤维素衍生物在保水固沙中的应用、组合物、沙漠种植用土、制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于保水固沙技术领域，具体涉及纤维素和/或纤维素衍生物在保水固沙中的应用、组合物、沙漠种植用土、制备方法和应用。本发明提供一种纤维素和/或纤维素衍生物在保水固沙中的应用、组合物、沙漠种植用土、制备方法和应用，本发明提供的纤维素和/或纤维素衍生物不仅保水性能高，而且具有沙子固结的作用，其保水固沙组合物制备简单，成本低，适合大面积推广使用。

Description

纤维素和/或纤维素衍生物在保水固沙中的应用、组合物、沙 漠种植用土、制备方法和应用
技术领域
本发明属于保水固沙技术领域，具体涉及纤维素和/或纤维素衍生物在保水固沙中的应用、组合物、沙漠种植用土、制备方法和应用。
背景技术
土地沙化又称土地沙漠化，是指非沙质荒漠地区因气候变异和人类活动，使土壤中细粒物质及营养物质被风蚀吹走，留下粗粒物质，出现的以风沙流动，沙丘起伏为主要标志的沙漠景观颓化过程。土地沙漠化最主要的危害有：土地的生产潜力衰退，土地沙化使土地的生物生产潜力逐渐衰减消失；土地生产力下降，20世纪90年代以来，受土地沙化严重影响的农田产量普遍下降70％～80％，全世界每年这方面的损失就高达260亿美元；草场质量下降，土地沙化给牧业带来的损失，在世界大多数草原特别是在发展中国家的干旱草原地区非常严重，其中我国国最著名的八大沙漠分别是：塔克拉玛干沙漠、古尔班通古特沙漠(准噶尔盆地沙漠)、巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、库木塔格沙漠、柴达木盆地沙漠、库布齐沙漠、乌兰布和沙漠，沙漠总面积约70万平方千米。；由于土地沙化的危害，牧业发展长期受阻，不少地区已出现下降趋势；自然灾害加剧，每年冬春两季从沙区吹来的风沙尘暴，不仅使当地二三米内视线不清，而且还飘逸千里之外，造成大范围内空气污浊，妨碍人类生产活动；而且这些由石英、微量元素、盐分等组成的沙尘物质还严重污染空气、饮水、食物，对人畜健康与机器、仪表产生直接损害。风沙危害不仅破坏了人类赖以生存的生态环境，而且直接影响着农业生产和经济开发建设。
目前，为解决上述问题已经有一些沙漠固沙的方法，如中国专利CN110933966A(一种沙漠固沙的方法)通过采用沙漠固沙的方法，主要解决现有固沙剂耐风蚀能力差、不易降解的问题。但该发明是通过对沙子进行造粒，工程实施难度大，保水性能较低，使用高效吸水剂量大。
而CN104788619虽然公开了一种星型网状有机-无机复合型超强吸水剂及其制备方法，常温状态下即可制备超强吸水剂，具有稳定优异的吸水保水性能，具有很好的耐盐性，可用于干旱/半干旱地区的防沙治沙、农业种植庄稼等方面。但该发明的制备成本较高，不适合大面积推广使用。
双膜覆盖技术种植技术：膜覆盖沙漠水稻种植是指在沙地被平整后，在砂层的80cm处铺设防水衬膜，减少水的渗漏量；为防止地表蒸发量在地表覆盖厚度为5～7μm的塑料薄膜，并在水稻全生育期内不建立水层，分蘖中期前维持根系层土壤基本饱和、之后保持根系层土壤处于非饱和状态。与传统沙漠绿化相比，双膜覆盖沙漠水稻种植技术具有快速绿化、有效降低氮素向地表水体的流失和由于深层渗漏污染地下水的风险、减少水资源消耗的显著特点，传统水稻每亩的需水量是1400m3，衬膜水稻每亩的需水量是800m3，利用双膜技术种植的水稻，每亩的需水量仅500m3。该技术的缺点是工程量较大，成本高，亩产农作物的成本高，以水稻为例为其它地区5倍。且该技术为并未有效的固沙。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种纤维素和/或纤维素衍生物在保水固沙中的应用、组合物、沙漠种植用土、制备方法和应用，本发明提供的纤维素和/或纤维素衍生物不仅保水性能高，而且具有沙子固结的作用，其保水固沙组合物制备简单，成本低，适合大面积推广使用。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供一种纤维素和/或纤维素衍生物在保水固沙中的应用。
优选的，所述纤维素和/或纤维素衍生物包括羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素和羧甲基纤维素钠中的一种或多种混合物。
本发明还提供一种保水固沙的组合物，包括以下质量份的组分：粘合剂1～2份、水100份；所述粘合剂包括纤维素和/或纤维素衍生物；
所述粘合剂的吸水性能≥自身重量的200倍。
本发明还提供一种沙漠种植用土，包括上述方案所述的保水固沙的组合物和改良沙土；所述保水固沙组合物和改良沙土的质量比为1:1～1:5。
优选的，所述改良沙土包括以下质量份的组分：沙600～700份、营养元素5～10份、生物有机质50～200份和有机肥50～250份；所述营养元素包括化肥。
优选的，所述生物有机质包括稻壳灰、秸秆灰、秸秆、碎木屑、干树叶、干杂草和玉米芯中的一种或多种。
优选的，所述有机肥的制备原料包括动物粪便、动物骨粉、厨房垃圾和农产品加工废物中的一种或多种。
本发明还提供了上述方案所述的沙漠种植用土的制备方法，包括：将保水固沙组合物和改良沙土混合，得到沙漠种植用土。
优选的，所述保水固沙组合物和改良沙土的混合方式包括水渗透；所述水渗透的方法包括：喷灌、滴灌和微喷中的任意一种。
本发明还提供了上述方案所述的保水固沙组合物或上述方案所述的沙漠种植用土或上述方案所述的制备方法制备得到的沙漠用土在控制和改善沙地环境、提高沙地生产力和降低沙地改良成本方面的应用。
有益效果：
本发明提供一种纤维素和/或纤维素衍生物在保水固沙中的应用。该纤维素和/或纤维素衍生物不仅保水性能高，而且具有沙子固结的作用。
进一步的，本发明提供的一种保水固沙的组合物，包括以下质量份的组分：粘合剂1～2份、水100份；所述粘合剂包括纤维素和/或纤维素衍生物；所述粘合剂的吸水性能≥自身重量的200倍。本发明的保水固沙组合物能够吸收自身重量200倍以上的水，且可以反释水和吸水，不仅保水性能高，可以重复利用，而且制备简单，成本低，适合大面积推广使用。
进一步的，本发明的保水固沙的组合物不仅无毒、无害、无污染，而且可以生物降级，降低了对生态环境的破坏作用。
进一步的，本发明的保水固沙的组合物不仅使松散和沙子具备了土壤的保水效果，同时解决沙子因风移动的问题，起到固化作用。
进一步的，本发明提供的沙漠种植用土，通过保水固沙组合物与沙、有机肥、有机质和营养元素的复配，不仅使沙土具备了植物种植所需的营养物质，而且利用具有粘接作用的粘合剂，在流动的沙地上形成有一定强度的防护层，隔开气流对沙面的直接作用，提高沙面的耐风蚀性能；这种防护层具有较强的保持水分和改良沙地性质，可以提高植物成活率，达到控制和改善沙地环境、提高沙地生产力的目的。
进一步的，本发明提供的沙漠种植用土利用保水性能高的粘合剂和废弃有机物制备的有机肥，不仅具有良好的保水、固沙和增肥的作用，而且制备简单，成本低，适合大面积推广使用。
具体实施方式
本发明提供一种纤维素和/或纤维素衍生物在保水固沙中的应用。在本发明中，所述纤维素和/或纤维素衍生物优选包括羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素和羧甲基纤维素钠中的一种或多种混合物。
如无特殊说明，本发明对所述纤维素和/或纤维素衍生物的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的市售商品即可。
本发明还提供一种保水固沙的组合物，包括以下质量份的组分：粘合剂1～2份、水100份；所述粘合剂包括纤维素和/或纤维素衍生物；所述粘合剂的吸水性能≥自身重量的200倍。本发明的粘合剂吸水性能强，不仅可以降低使用成本，而且可以保证沙土的透气性。
本发明优选还提供了上述保水固沙的组合物的制备方法，包括：将粘合剂和水进行第一混合，得到保水固沙的组合物。本发明对所述第一混合的方式没有限定，采用本领域所熟知的混合方式即可。
本发明的保水固沙组合物能够吸收自身重量200倍以上的水，且可以反复释水和吸水，不仅保水性能高，可以重复利用，而且制备简单，成本低，适合大面积推广使用。
本发明的保水固沙的组合物不仅无毒、无害、无污染，而且可以生物降级，降低了对生态环境的破坏作用。
本发明的保水固沙的组合物用于沙土时，自然水分蒸发为原蒸发量的1/20，形成的沙土干燥后在沙子表面形成一层2～5cm后的硬质沙土，可降低大风对沙子的侵蚀，干燥后的沙土重新遇水后，可以再次具备种植植物的条件，从而使得本发明的保水固沙组合物不仅使松散和沙子具备了土壤的保水效果，同时解决沙子因风移动的问题，起到固化作用。
本发明还提供一种沙漠种植用土，包括上述方案所述的保水固沙的组合物和改良沙土；所述保水固沙组合物和改良沙土的质量比为1:1～1:5，进一步优选为1:1～1:3，最优选为1:1。
在本发明中，所述改良沙土优选包括以下质量份的组分：沙600～700份、营养元素5～10份、生物有机质50～150份和有机肥50～250份；所述营养元素包括化肥。
如无特殊说明，本发明对所改良沙土的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的市售商品即可。
以质量份计，本发明所述改良沙土优选包括沙600～700份，进一步优选为600～650份，最优选为600份。
以所述沙的质量份为基准，本发明所述改良沙土优选包括营养元素5～10份，进一步优选为5～7份，最优选为5份。在本发明中，所述营养元素优选包括化肥；所述化肥中的氮磷钾的质量比为24:6:10；所述化肥优选包括磷酸二氢钾和尿素。
以所述沙的质量份为基准，本发明所述改良沙土优选包括生物有机质50～200份，进一步优选为100～150份，最优选为150份。在本发明中，所述生物有机质优选包括稻壳灰、秸秆灰、秸秆、碎木屑、干树叶、干杂草和玉米芯中的一种或多种；所述秸秆、干杂草、干树叶和玉米芯的粒径为1～20mm。本发明通过将秸秆、干杂草、干树叶和玉米芯等生物有机质粉碎，可以使生物有机质与改良沙土的其他组分混合后具有很好的均匀性。
以所述沙的质量份为基准，本发明所述改良沙土优选包括有机肥50～250份，进一步优选为100～200份，最优选为100份。在本发明中，所述有机肥的制备原料优选包括动物粪便、动物骨粉、厨房垃圾和农产品加工废物中的一种或多种。本发明有机肥的制备原料常见且容易获取，实现了废弃物的重复利用。
本发明优选还提供有机肥的制备方法，包括以下步骤：将制备原料堆积，当原料堆积体积塌缩为原体积的1/3～1/4，温度下降至40℃以下，得到有机肥。本发明制备的有机肥无臭味，无白色菌毛。
本发明优选还提供上述改良沙土的制备方法，包括以下步骤：将沙、营养元素、生物有机质和有机肥进行第二混合，得到改良沙土。在本发明中，所述第二混合的转速优选为5～15r/min，进一步优选为10～12r/min，最优选为10r/min；所述第二混合的时间优选为5～10min，进一步优选为8～10min，最优选为10min。
本发明还提供了上述方案所述的沙漠种植用土的制备方法，包括：将保水固沙组合物和改良沙土混合，得到沙漠种植用土。在本发明中，所述混合的方式优选包括搅拌，所述搅拌的时间优选为8～10min。本发明对所述搅拌的方式没有限定，采用本领所熟知的搅拌方式即可。
在本发明中，所述保水固沙组合物和改良沙土的混合方式优选包括水渗透；所述水渗透的方法优选包括：喷灌、滴灌和微喷中的任意一种。本发明对所述水渗透的方法没有限定，采用本领域技术人员所熟知的方法即可。
本发明还提供了上述方案所述的保水固沙组合物或上述方案所述的沙漠用土或上述制备方法得到的沙漠种植用土在控制和改善沙地环境、提高沙地生产力和降低沙地改良成本方面的应用。在本发明中，所述保水固沙组合物或沙漠种植用土的施用厚度优选为20cm以上。
本发明提供的沙漠种植用土，通过保水固沙组合物与沙、有机肥、有机质和营养元素的复配，不仅使沙土具备了植物种植所需的营养物质，而且利用具有粘接作用的粘合剂，在流动的沙地上形成有一定强度的防护层，隔开气流对沙面的直接作用，提高沙面的耐风蚀性能；这种防护层具有较强的保持水分和改良沙地性质，可以提高植物成活率，达到控制和改善沙地环境、提高沙地生产力的目的。
本发明提供的沙漠种植用土利用保水性能高的粘合剂和废弃有机物制备的有机肥，不仅具有良好的保水、固沙和增肥的作用，而且制备简单，成本低，适合大面积推广使用。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的包括纤维素和/或纤维素衍生物在保水固沙中的应用、组合物、沙漠种植用土、制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种保水固沙组合物，按以下质量份的原料进行备料：羟丙基甲基纤维素1份、水100份。
该保水固沙组合物的制备：将羟丙基甲基纤维素10g，水1kg，混合，搅拌均匀，得到保水固沙组合物。
实施例2
一种保水固沙组合物，按以下质量份的原料进行备料：羟乙基纤维素2份、水100份。
该保水固沙组合物的制备：将羟乙基纤维素20g，水1kg，混合，搅拌均匀，得到保水固沙组合物。
实施例3
一种保水固沙组合物，按以下质量份的原料进行备料：羧甲基纤维素钠2份、水100份。
该保水固沙组合物的制备：将羧甲基纤维素钠20g，水1kg，混合，搅拌均匀，得到保水固沙组合物。
实施例4
一种保水固沙组合物，按以下质量份的原料进行备料：羟丙基甲基纤维素1份、羟乙基纤维素1份、羧甲基纤维素钠1份和水300份。
该保水固沙组合物的制备：将羟丙基甲基纤维素10g、羟乙基纤维素10g、羧甲基纤维素钠10g和水3kg，混合，搅拌均匀，得到保水固沙组合物。
实施例5
一种沙漠种植用土，按以下质量份的原料进行备料：沙600份、复合肥(氮磷钾的质量比为24:6:10)5份、稻壳灰150份、有机肥100份。
该沙漠种植用土的制备：
将沙600g、复合肥(氮磷钾的质量比为24:6:10)5g、稻壳灰150g、有机肥100g分别加入混合机中，控制转速为10r/min，混合时间10min使其混合均匀，得到改良沙土；
将500g实施例1制备的保水固沙组合物利用喷灌的方式与500g改良沙土混合(质量比为1:1)，搅拌10min，得到沙漠种植用土。
实施例6
一种沙漠种植用土，按以下质量份的原料进行备料：沙600份、复合肥(氮磷钾的质量比为24:6:10)10份、秸秆灰100份、有机肥150份。
该沙漠种植用土的制备：
将沙600g、复合肥(氮磷钾的质量比为24:6:10)10g、秸秆灰100g、有机肥150g分别加入混合机中，控制转速为10r/min，混合时间10min使其混合均匀，得到改良沙土；
将500g实施例2制备的保水固沙组合物利用滴灌的方式与500g改良沙土混合(质量比为1:1)，搅拌10min，得到沙漠种植用土。
实施例7
一种沙漠种植用土，按以下质量份的原料进行备料：沙700份、复合肥(氮磷钾的质量比为24:6:10)8份、秸秆200份、有机肥200份。
该沙漠种植用土的制备：
将沙700g、复合肥(氮磷钾的质量比为24:6:10)8g、秸秆200g、有机肥200g分别加入混合机中，控制转速为5r/min，混合时间5min使其混合均匀，得到改良沙土；
将500g实施例3制备的保水固沙组合物利用微喷的方式与500g改良沙土混合(质量比为1:1)，搅拌10min，得到沙漠种植用土。
实施例8
一种沙漠种植用土，按以下质量份的原料进行备料：沙600份、复合肥(氮磷钾的质量比为24:6:10)5份、碎木屑50份、有机肥50份。
该沙漠种植用土的制备：
将沙600g、复合肥(氮磷钾的质量比为24:6:10)5g、碎木屑50g、有机肥50g分别加入混合机中，控制转速为5r/min，混合时间5min使其混合均匀，得到改良沙土；
将1500g实施例4制备的保水固沙组合物利用微喷的方式与500g改良沙土混合(质量比为3：1)，搅拌10min，得到沙漠种植用土。
实施例9
一种沙漠种植用土，按以下质量份的原料进行备料：沙700份、复合肥(氮磷钾的质量比为24:6:10)8份、玉米芯50份、有机肥250份。
该沙漠种植用土的制备：
将沙700g、复合肥(氮磷钾的质量比为24:6:10)8g、玉米芯50g、有机肥200g分别加入混合机中，控制转速为5r/min，混合时间5min使其混合均匀，得到改良沙土；
将2500g实施例4制备的保水固沙组合物利用微喷的方式与500g改良沙土混合(质量比为5:1)，搅拌10min，得到沙漠种植用土。
应用例1
实验条件：在植物培养箱中装入内蒙古乌兰布和沙漠的天然细沙，然后在天然细沙上面铺设20cm厚的实施例5制备的沙漠种植用土，采用分根繁殖方式将绒毛香茶菜插入到沙漠种植中，种植密度为5000株/m2，为促进植物生根采用每20d补水一次(水为自来水，补水量为制备所述沙漠种植用土时水的质量的1/3)；植物培养箱微电脑模拟内蒙古沙漠区域光照、湿度、温度和风力变化条件。
模拟沙漠参数：
乌兰布和沙漠：年平均降水量102.9mm，最大年降水量150.3mm，最小年水降水量公33.3mm，年均气温7.8℃，绝对最高气温39℃，绝对最低气温-29.6℃，年均蒸发量2258.8mm，无霜期168d，年日照时数3181h，太阳辐射150千卡/cm2，全年大于10℃的有效积温为3289.1℃，年均风速4.1m/s。
试验效果：绒毛香茶菜5d生根，15d后根长2cm，30d植物高度增加5mm，90d增加15mm。
应用例2
实验条件：在植物培养箱中装入塔克拉玛干沙漠的天然细沙，然后在天然细沙上面铺设25cm厚的实施例6制备的沙漠种植用土，采用分根繁殖方式将绒毛香茶菜插入到沙漠种植中，种植密度为4800株/m2，为促进植物生根采用每25d补水一次(水为地下水，补水量为制备所述沙漠种植用土时水的质量的1/3)；植物培养箱微电脑模拟塔克拉玛干沙漠区域光照、湿度、温度和风力变化条件。
模拟沙漠参数：
塔克拉玛干沙漠：平均气温12.4℃，一年中最热月为7月份，月平均气温28.2℃；最冷月为12月份，月平均气温-8.1℃，全年≥10℃的有效积温为4618.6℃，无霜期为283d，年日照时数2571.3h；多年平均年降水量36.6mm，平均相对湿度29.4％，年蒸发量为3638.6mm；平均风速2.5m/s。
试验效果：绒毛香茶菜5d生根，15d后根长2.2cm，30d植物高度增加4.5mm。
应用例3
一种与应用例1相似的实验方法，区别在于，铺设的沙漠种植用土为实施例7制备的沙漠种植用土；种植植物为：采用分根繁殖方式将黑麦草插入到沙漠种植用土中，种植密度为4500株/m2。
试验效果：种植的黑麦草，2d后可以生新根，30d补水一次，补水量为制备所述沙漠种植用土时水的质量的1/3，沙漠种植用土能恢复到初始配制状态，说明本发明制备的沙漠种植用土保水性能优良。
应用例4
一种与应用例2相似的实验方法，区别在于，铺设的沙漠种植用土为实施例8制备的沙漠种植用土；种植植物为：采用分根繁殖方式将黑麦草插入到沙漠种植用土中，种植密度为4800株/m2。
试验效果：种植的黑麦草，2d后可以生新根，40d补水一次，补水量为制备所述沙漠种植用土时水的质量的1/3，沙漠种植用土能恢复到初始配制状态，说明本发明制备的沙漠种植用土保水性能优良。
应用例5
一种与应用例1相似的实验方法，区别在于，铺设的沙漠种植用土为实施例9制备的沙漠种植用土；种植植物为：采用分根繁殖方式将香菜插入到沙漠种植用土中，种植密度为4500株/m2。
试验效果：种植的香菜，2d后可以生新根，35d补水一次，补水量为制备所述沙漠种植用土时水的质量的1/3，沙漠种植用土能恢复到初始配制状态，说明本发明制备的沙漠种植用土保水性能优良。
应用例6
采用应用例1相似的实验条件，将辣椒、茄子、西红柿、大葱和香菜移植至铺设有实施例5制备的沙漠种植用土的植物培养箱中，沙漠种植用土的厚度20cm，移植深度分别为2～5cm，不同植物的种植面积均为30cm*30cm，不同植物的补水时间均为30d/次，不同植物的补水量均制备所述沙漠种植用土时水的质量的1/3。测试存活情况见表1。
表1不同植物存活情况
序号 植物名称 种植深度 存活率
1 辣椒 5cm 100％
2 茄子 4cm 80％
3 西红柿 5cm 90％
4 大葱 4cm 80％
5 香菜 2cm 90％
综上所述，本发明制备的沙漠种植用土不仅具有良好的保水、固沙和增肥的作用，而且可以提高植物成活率，达到控制和改善沙地环境、提高沙地生产力的目的，成本低，适合大面积推广使用。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (10)

1.一种纤维素和/或纤维素衍生物在保水固沙中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述纤维素和/或纤维素衍生物包括羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素和羧甲基纤维素钠中的一种或多种混合物。
3.一种保水固沙的组合物，其特征在于，包括以下质量份的组分：粘合剂1～2份、水100份；所述粘合剂包括纤维素和/或纤维素衍生物；
所述粘合剂的吸水性能≥自身重量的200倍。
4.一种沙漠种植用土，其特征在于，包括权利要求3所述的保水固沙的组合物和改良沙土；所述保水固沙组合物和改良沙土的质量比为1:1～1:5。
5.根据权利要求4所述的沙漠种植用土，其特征在于，所述改良沙土包括以下质量份的组分：沙600～700份、营养元素5～10份、生物有机质50～200份和有机肥50～250份；所述营养元素包括化肥。
6.根据权利要求4所述的沙漠种植用土，其特征在于，所述生物有机质包括稻壳灰、秸秆灰、秸秆、碎木屑、干树叶、干杂草和玉米芯中的一种或多种。
7.根据权利要求4所述的沙漠种植用土，其特征在于，所述有机肥的制备原料包括动物粪便、动物骨粉、厨房垃圾和农产品加工废物中的一种或多种。
8.权利要求4～7任一项所述的沙漠种植用土的制备方法，其特征在于，包括：将保水固沙组合物和改良沙土混合，得到沙漠种植用土。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述保水固沙组合物和改良沙土的混合方式包括水渗透；所述水渗透的方法包括：喷灌、滴灌和微喷中的任意一种。
10.权利要求3所述的保水固沙组合物或权利要求4～7任一项所述的沙漠种植用土或权利要求8或9所述的制备方法制备得到的沙漠用土在控制和改善沙地环境、提高沙地生产力和降低沙地改良成本方面的应用。
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