CN113072949A - 一种沙漠化治理土壤再生剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及沙漠治理领域，公开了一种沙漠化治理土壤再生剂，包括钠基膨润土50‑60份、腐殖酸10‑15份、气化炉渣改性材料25‑35份和复合微生物菌剂0.5‑1份，复合微生物菌剂包括蓝藻发酵液1份、酵母菌发酵液2份、细链格孢发酵液1份、吸附剂2份。本发明能够适合中性或碱性沙化土壤，在降低土壤pH具有重要作用，在高pH荒漠土壤中促进维管束植物殖入是非常有效的，能够稳定和保护土壤表面免受侵蚀影响，且能够与土壤中其他微生物构成微生物菌群，使土壤表面土壤酶的数量和活性增加，从而增加土壤的发育和熟化过程，达到有效改善沙漠化土壤的目的。

Description

一种沙漠化治理土壤再生剂
技术领域
本发明涉及沙漠治理领域，具体涉及一种沙漠化治理土壤再生剂。
背景技术
土地沙漠化简单地说就是指土地退化，也叫"荒漠化"，是指包括气候变异和人类活动在内的种种因素造成的干旱、半干旱和亚湿润干旱地区的土地退化，使原非沙漠的地区出现了类似沙漠景观的环境变化过程。沙漠化一直以来都是世界各国亟待解决的环境问题，因为它不仅让贫瘠的土地在地球上蔓延开来，而且还会让城市饱受风沙困扰，给人们的生活环境带来极大的挑战，因此防沙固沙、改善土质已经成了首要任务。
目前针对沙漠化的防治措施主要有：1、以内陆河流流域作为生态单元进行全面规划,合理分配上中下游用水比例；2、以绿洲为中心,建立绿洲外围封沙育草带、绿洲边缘乔木灌木结合的防沙林带与绿洲内部的窄林带、小网格的护田林网相结合的防护林系；3、对绿洲边缘的流动沙丘,采取在沙丘表面设置沙障与障内栽植固沙植物相结合的防护体系；4、在防治沙害基础上,采取改良土壤措施。其中在防治沙害的基础上进行土壤改良为最根本的沙漠化治理措施，目前，施加土壤治理剂是业界比较公认的方式，如：芽孢杆菌和假单胞菌组成的微生物菌剂促进植物的生长发育；EM菌促进植物生长，增强抗病能力；枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、胶冻样类芽孢杆菌组成的微生物菌剂对提高土壤有机质及土壤碱解氮、速效钾、速效磷含量有较好的效果，虽然能够实现某些定向的功能，但是没有从根本上改善土质，而且较为单一。
发明内容
本发明意在提供一种沙漠化治理土壤再生剂，以解决目前的土壤改良剂不能从根本上改善土质，且功能单一的问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种沙漠化治理土壤再生剂，包括钠基膨润土50-60份、腐殖酸10-15份、气化炉渣改性材料25-35份和复合微生物菌剂0.5-1份，复合微生物菌剂包括蓝藻发酵液0.5-1份、酵母菌发酵液1-3份、细链格孢发酵液1-2份、吸附剂2-4份。
本方案的原理及优点是：本技术方案中，钠基膨润土具有吸水膨胀，改变沙化物理性状结构，提高沙化土保水保肥功能，腐殖酸溶于弱碱，不溶于水和弱酸，与水、膨润土中的钠离子具有交换、吸附、络合作用，在土壤混合体系中，具备凝聚、胶溶作用，较好的改善沙化土的砂质结构，提高保水保肥特性。气化炉渣改性材料在沙化土壤中，能粘附沙土，形成大的土壤团粒结构，改变沙土特性，提高土壤保水性能。同时，改性气化炉渣为多孔类活性炭结构，是微生物在土壤中的优选载体，作为微生物在土壤中的生长微环境，提高微生物生长能力，促进微生物次级代谢产物的生成外排，通过微生物次级代谢产物外排的胞外聚糖、蛋白等有机大分子物质，凝聚沙化的细沙，形成土壤团粒结构，达到土壤保水保肥功能。本方案中发的蓝藻(Cyanobacteria)、酵母菌(Eremothecium gossypi)、细链格孢(Alternaria)组成的复合微生物菌剂与其他微生物菌剂相比具有的特点：一是微生物种类较多，防治效果高于单一菌株的菌剂，单一生物菌剂对环境依赖性强，需菌量大且防治效果差；二是与其他微生物菌剂形成生物结皮的原理不同，本方案分泌胞外多糖粘连沙粒，对沙粒起到束缚作用，并且其自身通过固氮、固碳能力，产生的有机物直接进入土壤促进植物吸收利用；三是微生物之间存在相互共生关系，在碱性环境条件下能选择性吸收钠离子，进一步增强耐盐性；四是由蓝藻、酵母菌、细链格孢组成的复合微生物菌剂在改良土壤结构、稳定理化性质、促进植物对矿物质的吸收利用、增强植物抗逆性和提高产量方面形成一个有机整体。
本技术方案的有益效果在于：
1、本技术方案适合中性或碱性土壤，在降低土壤pH具有重要作用，在高pH荒漠土壤中促进维管束植物殖入是非常有效的。
2、本技术方案的土壤再生剂适应能力强，具有较强的抗性、固氮和聚集能力，能够忍受较大的温度变化，从而有利于充分利用光能，蓝藻的固氮能力一般随光强的增加而增强，利用光合作用固定有机碳直接进入土壤生态系统，增加荒漠土中碳、氮、磷的含量，增加土壤有机物含量，改善土壤微环境。
3、沙化土壤治理改良一年时间，治理前后土壤养分检测分析，土壤中氮含量增加0.75倍以上，磷含量增加1.14倍以上，钾含量增加0.70倍以上，有机质含量增加1.45倍以上。使用土壤再生剂对沙漠化治理作用明显，有效增加土壤中氮、磷、钾及有机质含量。
4、本技术方案中的复合微生物菌剂能够分泌胞外聚合物，粘结沙粒，尤其是丝状种类对沙粒起到束缚作用，形成结皮，其中藻类可以分泌胞外多糖，将松散的沙粒黏结在一起，丝状蓝藻、真菌菌丝以及苔藓植物的假根能进一步把土壤中的颗粒缠绕捆绑在一起，从而稳定和保护土壤表面免受侵蚀影响。
5、本技术方案中的复合微生物菌剂与其他细菌、真菌是互利共生关系，与土壤中其他微生物构成微生物菌群，使土壤表面土壤酶的数量和活性增加，从而增加土壤的发育和熟化过程。
6、本技术方案能够使与植物表面接触引起植物体内一系列相关酶活性增加和基因表达量增强，激发植物体内一系列代谢调控，促进植物根茎叶生长；
7、本技术方案中的复合微生物菌剂可产生细菌素、类细菌素等抑菌物质，有效抑制有害微生物的活动和有机物的急剧腐败分解。
8、本技术方案中的改性气化炉渣一方面实现了炉渣废弃物的再生利用，另一方面也是微生物在土壤中的优选载体，可作为微生物在土壤中的生长微环境，提高微生物生长能力，促进微生物次级代谢产物的生成外排，通过微生物次级代谢产物外排的胞外聚糖、蛋白等有机大分子物质，凝聚沙化的细沙，形成土壤团粒结构，达到土壤保水保肥功能。
优选的，作为一种改进，气化炉渣改性材料为气化炉渣在800-1000℃下，经5-8min气化而成。
本技术方案中，通过对气化炉渣进行高温气化处理，能够使制备而成的气化炉渣改性材料具备轻质、多孔、类活性炭特性，便于吸附沙土，提高土壤的保水性能。经试验分析，气化炉渣在高温高于1000℃下，容易结成玻璃体结构，炉渣内空隙度减少，低于800℃下，碳化程度偏弱，内部空隙度偏少；在合适温度下，5-8min时间最佳，避免能源浪费，同时炉渣内部孔隙度、炉渣颗粒强度适中。
优选的，作为一种改进，吸附剂为轻质碳酸钙或膨润土。
本技术方案中，轻质碳酸钠和膨润土均能够对发酵液达到很好的吸附效果，实际使用时可根据需要自行选择。
优选的，作为一种改进，钠基膨润土、腐殖酸、气化炉渣改性材料与复合微生物菌剂的质量比为55：14：30：1。
钠基膨润土在施入土壤中，易吸水膨胀，改变土壤中的固液气比例，低于该比例量，达不到凝固沙粒作用，形成不了有效的团粒结构；高于该比例，会打破土壤中适宜的固液气比例，造成土壤粘结，不适合土壤中微生物生殖和水分吸纳存储；腐殖酸：溶于弱碱，不溶于水和弱酸。添加合适比例，与水、膨润土中的钠离子具有交换、吸附、络合作用，在土壤混合体系中，具备凝聚、胶溶作用，较好的改善沙化土的砂质结构。低于该添加比例，达不到有效的和钠离子吸附络合作用，在土壤体系中形成不了凝聚胶溶作用；高于一定比例，会造成土壤偏碱，影响土壤微生物活动作用。改性气化炉渣，合适比例下，在沙化土壤中，能粘附沙土，形成大的土壤团粒结构，改变沙土特性，提高土壤保水性能，同时，改性气化炉渣多孔类活性炭结构，是微生物在土壤中的优选载体，作为微生物在土壤中的生长微环境，提高微生物生长能力，促进微生物次级代谢产物的生成外排，通过微生物次级代谢产物外排的胞外聚糖、蛋白等有机大分子物质，凝聚沙化的细沙，形成土壤团粒结构，达到土壤保水保肥功能。低于一定比例，形成不了有效的微生物载体，在土壤中营造不了适宜的生物微环境，土壤改良过程降低；高于一定比例，由于炉渣多孔、独立的小颗粒，造成沙化土进一步蓬松，保水保肥效果差。
本技术方案中，通过对钠基膨润土、腐殖酸、气化炉渣改性材料与复合微生物菌剂添加比例的优化，能够增强土壤再生剂的效果，实现对沙土保水性、土壤内微环境等的有效改善。
优选的，作为一种改进，复合微生物菌剂的制备方法包括菌种活化步骤、摇瓶培养步骤、种子罐培养步骤、发酵罐培养步骤和吸附干燥步骤。
本技术方案中，通过对蓝藻、酵母菌和细链格孢进行活化、药瓶培养、种子罐培养基发酵罐培养，能够获得具有一定活性的微生物菌液，通过对菌液进行吸附干燥，能够方便将其与其他原料的混合，便于实际使用。
优选的，作为一种改进，菌种活化步骤中，将蓝藻、酵母菌、细链格孢分别接种到固体培养基内，蓝藻的培养条件为：温度22-24℃，光强6200Lx，培养时间48-60h；酵母菌、细链格孢的培养条件为：在pH6.5-7、温度28-30℃下培养36-72h。
本技术方案中，通过对蓝藻、酵母菌、细链格孢进行菌种活化，能够获得活力旺盛的、接种数量足够的培养物，便于后期的扩大培养，上述培养条件为经过试验验证的最佳培养条件。
优选的，作为一种改进，摇瓶培养步骤中，摇瓶培养步骤中，将活化后的蓝藻、酵母菌、细链格孢分别接种到液体培养基内进行震荡培养，蓝藻的培养条件为：温度22-24℃，光强6200Lx，转速60rpm，培养时间48-60h；酵母菌、细链格孢的培养条件为：温度28-30℃、转速120rpm、培养时间20-24h。
蓝藻属原核生物蓝藻界，光合放氧型菌种，对光源要求敏感，有独立的生长条件。酵母菌、细链格孢属真菌类，一定范围条件下，可以混合培养。本技术方案中，在摇瓶培养步骤中，采用震荡培养的方式，通过对蓝藻、酵母菌、细链格孢培养条件的优化，能够获得较高的氧传递速率，便于微生物的迅速生长，上述培养条件为经过试验验证的最佳培养条件。
优选的，作为一种改进，种子罐培养步骤中，将蓝藻接种于温度22-24℃，光强6200Lx，转速60rpm，培养时间48-60h；将摇瓶内培养好的酵母菌、细链格孢的菌液，接种于冷却至28-30℃的种子罐内进行培养，种子罐培养条件：温度28-30℃、转速90rpm、培养时间24h得种子液。
本技术方案中，种子罐培养能够使菌株进一步扩大繁殖，培养温度、转速及培养时间都是影响种子罐培养的重要条件，通过对蓝藻、酵母菌、细链格孢的菌液种子罐培养条件的优化，能够保证获得的种子液的质量以及种子液中的微生物活性。
优选的，作为一种改进，发酵罐培养步骤中，蓝藻培养条件：温度22-24℃，光强7200Lx，转速60rpm，培养时间60-72h；将酵母菌、细链格孢的种子液，接种于冷却至28-30℃的发酵罐内进行培养，发酵罐培养条件：温度28-30℃、转速90rpm、罐压0.05MPa、发酵周期72-80h；发酵前24h通气量1:0.4(V/V.min),发酵后24-72h通气量1:0.75(V/V.min)。
本技术方案中，发酵罐培养为种子液的深层培养，通过发酵罐培养能够使种子液进一步发酵代谢形成所需目标产物，在发酵罐培养过程中，发酵温度、发酵时间、转速等因素都是影响发酵效果的重要因素，通过通气量调节发酵罐内溶氧，控制微生物生长繁殖速率，调控微生物生长数量和生长周期，一般在微生物指数期稳定期为佳。上述培养条件为经过试验验证的最佳发酵罐培养条件。
优选的，作为一种改进，一种沙漠化治理土壤再生剂的使用方法，使用量为300-500公斤/亩，施于地表后进行深翻整平，而后滴灌处理，滴灌时的用水量为20-25m3/亩。
本技术方案中，土壤再生剂使用时只需要施于地表即可，操作非常方便，难度小适于实用。在施加了土壤再生剂后，通过滴灌处理，能够给微生物生长提供必要的水分，利于土壤再生剂发挥效用。通过深翻平整，使得改良剂广泛均匀拌合与土壤中，加快改良剂在土壤中的理化作用，促进微生物生长活动，同时水分的补充，为微生物生长活动和改良剂中膨润土、腐殖酸的吸附络合作用提供促进诱导剂。
附图说明
图1为本发明实施例中作物成活株数数据图。
图2为本发明实施例中作物成活率数据图。
图3为本发明实施例中作物平均株高数据图。
图4为本发明实施例中作物平均冠幅数据图。
具体实施方式
实施例一
一种沙漠化治理土壤再生剂，包括钠基膨润土50-60份、腐殖酸10-15份、气化炉渣改性材料25-35份和复合微生物菌剂0.5-1份，复合微生物菌剂包括蓝藻发酵液0.5-1份、酵母菌发酵液1-3份、细链格孢发酵液1-2份、吸附剂2-4份。本实施例中的吸附剂为膨润土。
一种沙漠化治理土壤再生剂的制备方法，包括如下步骤：
S1：气化炉渣改性材料的制备，用破碎机将气化炉渣破碎成粒径小于3mm的气化炉渣颗粒备用，而后利用煅烧装置气化炉渣颗粒在800℃-1000℃下，气化8min即得气化炉渣改性材料。
S2：复合微生物菌剂的制备，包括菌种活化步骤、摇瓶培养步骤、种子罐培养步骤、发酵罐培养步骤和吸附干燥步骤。
菌种活化步骤：将蓝藻接种到固体培养基内，温度24℃，光强5500Lx，培养时间54h；将酵母菌、细链格孢菌分别接种到固体培养基内，在pH＝7、温度28℃下恒温培养48h。
摇瓶培养步骤：将活化后的蓝藻、酵母菌、细链格孢菌分别接种到液体培养基内，在全温震荡培养箱中进行震荡培养，蓝藻的培养条件为：接种于温度22-24℃，光强6000Lx，转速60rpm，培养时间72h；酵母菌、细链格孢的培养条件为：温度30℃、转速120rpm、培养时间20h。
种子罐培养步骤：将摇瓶内培养好的蓝藻、酵母菌、细链格孢菌的菌液，蓝藻接种于温度22-24℃，光强6200Lx，转速60rpm，培养时间54h；将摇瓶内培养好的酵母菌、细链格孢的菌液，接种于冷却至28-30℃的种子罐内进行培养，种子罐培养条件：温度28-30℃、转速90rpm、培养时间24h得种子液,种子液观察有团簇菌丝和椭圆菌体，即可转入发酵罐培养。
发酵罐培养步骤：将蓝藻、酵母菌、细链格孢菌的种子液，将蓝藻接种于温度24℃，光强6200Lx，转速60rpm，培养时间84h；将培养好的酵母菌、细链格孢的种子液，接种于冷却至30℃的发酵罐内进行培养，发酵罐培养条件：温度28-30℃、转速90rpm、罐压0.05MPa、发酵周期72-80h；发酵前24h通气量1:0.4(V/V.min),发酵后24-72h通气量1:0.75(V/V.min)。
吸附干燥步骤：将发酵液按比例混合后，用轻质碳酸钙或膨润土进行吸附干燥处理即得复合微生物菌剂。
S3：混合，将钠基膨润土、腐殖酸、气化炉渣改性材料和复合微生物菌剂按比例混合并搅拌均匀，即得沙漠化治理土壤再生剂。
沙漠化治理土壤再生剂的使用方法，使用量为300-500公斤/亩，施于地表后进行深翻整平，犁翻深度30-35cm，而后滴灌处理，滴灌时的用水量为20-25m3/亩，后期即可农业种植。
实验例：
试验设计：本实验采用的土壤再生剂包括钠基膨润土、腐殖酸、汽化炉渣改性材料和复合微生物菌剂，复合微生物菌剂包括蓝藻发酵液1份，酵母菌发酵液2份，细链格孢发酵液1份，吸附剂2份。钠基膨润土、腐殖酸、气化炉渣改性材料与复合微生物菌剂的质量比为55：14：30：1。
每亩地使用土壤再生剂400公斤，均匀撒施后深翻整平，犁翻深度约为30cm，浇透水后种植梭梭树，株行距为2m×3m。
1、使用前后土壤品质对比。
随机选取面积大小相等4块样地做标记，采用“五点取样法”分别于使用土壤再生剂前和施用150d后取10-20cm土壤测定氮磷钾及有机质含量，不使用土壤再生剂为对照。土壤中氮含量采用凯氏定氮法测定，磷含量采用分光光度法测定，钾含量采用火焰光度法测定，有机质含量采用重铬酸钾容量法测定。试验重复三次，结果表示为平均数。
表1
Figure BDA0002999174400000081
通过表1数据可知，使用土壤再生剂后土壤中氮、磷、钾有机质含量明显增加，且高于对照地。
2、使用前后土壤保水性对比
随机选取面积大小一致的8块样地，利用水分测定仪分别测定使用土壤再生剂前和使用150d后梭梭根际20cm处土壤含水量，不使用土壤再生剂为对照。试验重复三次，结果表示为平均数。
表2
样地 使用前含水率％ 使用后含水率％
样地1 4.11 10.77
样地2 4.04 11.53
样地3 3.98 11.50
样地4 2.99 11.63
样地5 3.04 10.50
样地6 3.34 10.25
样地7 3.61 13.73
样地8 3.14 11.77
对照1 4.55 5.33
对照2 3.11 3.21
通过表2数据可知，使用土壤再生剂前样地1-8平均含水率为3.53％，使用土壤再生剂后梭梭根际土壤含水率为11.46，较使用前土壤含水率明显增加，且高于对照。使用本发明的土壤再生剂可明显提高土壤的保水性。
3、使用前后土壤作物生长状态对比
在使用土壤再生剂的区域选取8块样地，每块样地大小为36m×10m，且每块样地内梭梭长势基本一致，不使用土壤再生剂样地为对照，样地大小与使用土壤再生剂样地大小相同。调查梭梭播种150d后的成熟株数、株高、成活率相关数据，结果如下所示。
表3
样地 成活株数 成活率％ 平均株高 平均冠幅
样地1 52 86.67 90.13 59.82
样地2 50 83.33 84.44 68.69
样地3 55 91.67 94.50 69.61
样地4 56 93.33 84.21 63.71
样地5 44 73.33 79.43 54.43
样地6 51 85.00 89.82 73.10
样地7 53 88.33 97.68 77.15
样地8 55 91.67 89.09 65.09
对照1 10 16.67 55.12 13.15
对照2 5 8.33 42 15
通过表3数据结合图1-4可知，使用土壤再生剂后样地1-8平均成活率为86.67％，平均株高为88.67cm，平均冠幅为66.45，对照地平均成活率为12.5％，平均株高为48.56，平均冠幅为14.08。使用土壤再生剂成活率、株高、平均冠幅均明显高于对照地，生长量高于对照样地。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种沙漠化治理土壤再生剂，其特征在于：包括钠基膨润土50-60份、腐殖酸10-15份、气化炉渣改性材料25-35份和复合微生物菌剂0.5-1份，所述复合微生物菌剂包括蓝藻发酵液0.5-1份、酵母菌发酵液1-3份、细链格孢发酵液1-2份、吸附剂2-4份。
2.根据权利要求1所述的一种沙漠化治理土壤再生剂，其特征在于：所述气化炉渣改性材料为气化炉渣在800-1000℃下，经5-8min气化而成。
3.根据权利要求2所述的一种沙漠化治理土壤再生剂，其特征在于：所述吸附剂为轻质碳酸钙或膨润土。
4.根据权利要求3所述的一种沙漠化治理土壤再生剂，其特征在于：所述钠基膨润土、腐殖酸、气化炉渣改性材料与复合微生物菌剂的质量比为55：14：30：1。
5.根据权利要求4所述的一种沙漠化治理土壤再生剂，其特征在于：所述复合微生物菌剂的制备方法包括菌种活化步骤、摇瓶培养步骤、种子罐培养步骤、发酵罐培养步骤和吸附干燥步骤。
6.根据权利要求5所述的一种沙漠化治理土壤再生剂，其特征在于：所述菌种活化步骤中，将蓝藻、酵母菌、细链格孢分别接种到固体培养基内，蓝藻的培养条件为：温度22-24℃，光强6200Lx，培养时间48-60h；酵母菌、细链格孢的培养条件为：在pH6.5-7、温度28-30℃下培养36-72h。
7.根据权利要求6所述的一种沙漠化治理土壤再生剂，其特征在于：所述摇瓶培养步骤中，将活化后的蓝藻、酵母菌、细链格孢分别接种到液体培养基内进行震荡培养，蓝藻的培养条件为：温度22-24℃，光强6200Lx，转速60rpm，培养时间48-60h；酵母菌、细链格孢的培养条件为：温度28-30℃、转速120rpm、培养时间20-24h。
8.根据权利要求7所述的一种沙漠化治理土壤再生剂，其特征在于：所述种子罐培养步骤中，将蓝藻接种于温度22-24℃，光强6200Lx，转速60rpm，培养时间48-60h；将摇瓶内培养好的酵母菌、细链格孢的菌液，接种于冷却至28-30℃的种子罐内进行培养，种子罐培养条件：温度28-30℃、转速90rpm、培养时间24h得种子液。
9.根据权利要求8所述的一种沙漠化治理土壤再生剂，其特征在于：所述发酵罐培养步骤中，蓝藻培养条件：温度22-24℃，光强7200Lx，转速60rpm，培养时间60-72h；将酵母菌、细链格孢的种子液，接种于冷却至28-30℃的发酵罐内进行培养，发酵罐培养条件：温度28-30℃、转速90rpm、罐压0.05MPa、发酵周期72-80h；发酵前24h通气量1:0.4(V/V.min),发酵后24-72h通气量1:0.75(V/V.min)。
10.一种沙漠化治理土壤再生剂的使用方法，其特征在于：使用量为300-500公斤/亩，施于地表后进行深翻整平，而后滴灌处理，滴灌时的用水量为20-25m3/亩。
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