CN113337292A - 一种基于褐煤-秸秆的退化盐碱湿地修复剂的制备方法 - Google Patents

一种基于褐煤-秸秆的退化盐碱湿地修复剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种基于褐煤‑秸秆的退化盐碱湿地修复剂的制备方法，本发明涉及一种退化盐碱湿地修复剂的制备方法。本发明解决了退化盐碱湿地修复中存在的成本高及二次污染的问题。方法：一、秸秆柔丝处理；二、发酵剂活化；三、秸秆、褐煤与活化菌液混合；四、窖中发酵。本发明的修复剂制备过程简单，还能有效利用当地秸秆资源，提高秸秆综合利用率，使用成本低，使用过程中不存在二次污染的情况。

Description

一种基于褐煤-秸秆的退化盐碱湿地修复剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种退化盐碱湿地修复剂的制备方法。
背景技术
据统计全世界盐碱地面积已达9.6×108公顷，盐碱地因其表面盐分积聚，土壤渗透率低，不利于植物的生长，严重影响土地生产力和农业可持续发展。盐碱湿地，具备湿地属性在维持生物多样性、碳固持功能等方面均发挥重要作用，对区域生态环境变化起到重要缓冲作用。气候变化与人类活动双重压力导致盐碱湿地严重退化，主要表现在盐碱化加重，持水性差以及营养物质损失严重，导致植物多样性降低甚至消失。以中国松嫩平原西部为例，目前已经有三分之二以上的盐碱湿地发生了退化，盐碱湿地生态结构与功能发生严重破坏，威胁区域生态安全与农牧业发展。目前，研究多集中在盐碱土壤改良方面，包括水利工程、生物修复和化学修复，但是在退化盐碱湿地修复方面研究相对薄弱。而且以往研究在成本与二次污染方面均存在问题，目前应继续开发有效、低成本且环保的盐碱土修复剂。
发明内容
本发明为了解决退化盐碱湿地修复中存在的成本高及二次污染的问题，而提供了一种基于褐煤-秸秆的退化盐碱湿地修复剂的制备方法。
本发明基于褐煤-秸秆的退化盐碱湿地修复剂的制备方法按照以下步骤进行：
一、秸秆柔丝处理；
二、发酵剂活化：按照重量份数比为10:1:0.2的比例称取水、红糖和秸秆发酵剂；取1份的水加热至70～100℃，然后与1份的红糖混合得到红糖溶液；待红糖溶液温度降至40℃时加入0.2份的秸秆发酵剂搅拌均匀，倒入发酵容器，再向发酵容器中加入9份的水，密封发酵培养3～5天得到活化菌液；
三、步骤一处理后的秸秆与褐煤按照质量比为1:4～10的比例进行混合，混合过程中加入步骤二的活化菌液，最终含水量控制在60～70％；
四、步骤三的混合液放入窖中进行发酵，发酵温度为15～35℃，发酵时间为45～60天，即得到基于褐煤-秸秆的退化盐碱湿地修复剂。
本发明方法中的秸秆发酵菌剂中含有丰富的乳酸菌、酵母菌等益生菌，这些功能菌群可以摧毁植物细胞壁(秸秆)，将纤维素、果糖降解为单糖和寡糖，提高营养水平，降低pH；而褐煤内部空隙发达，存在多类孔，而且含有碳基官能团丰富，具有较高的吸附能力。本发明采用厌氧发酵技术充分的发挥褐煤与秸秆优势，形成褐煤-秸秆修复剂，在厌氧发酵过程中秸秆发酵产生酸性以及营养物质将被褐煤吸收，即改良褐煤属性提高其修复地力性能，短期内即可充分发挥褐煤优势促进植物生长，修复剂中的秸秆缓慢腐解为植物生长提供养分，从而可持续恢复盐碱湿地功能。即本发明制备的修复剂在用于退化盐碱湿地的土壤基质修复，能够促进植物群落恢复，提升地力，促进植物生长，逐渐提升植物适应能力，激发生态系统自我修复机制，实现修复退化盐碱湿地土壤目的。
本发明的修复剂制备过程简单，还能有效利用当地秸秆资源，提高秸秆综合利用率，使用成本低，修复过程中不存在二次污染的情况。
附图说明
图1为实施例1的存活率结果图；
图2为实施例1的pH值和持水力的结果图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式基于褐煤-秸秆的退化盐碱湿地修复剂的制备方法按照以下步骤进行：
一、秸秆柔丝处理；
二、发酵剂活化：按照重量份数比为10:1:0.2的比例称取水、红糖和秸秆发酵剂；取1份的水加热至70～100℃，然后与1份的红糖混合得到红糖溶液；待红糖溶液温度降至40℃时加入0.2份的秸秆发酵剂搅拌均匀，倒入发酵容器，再向发酵容器中加入9份的水，密封发酵培养3～5天得到活化菌液；
三、步骤一处理后的秸秆与褐煤按照质量比为1:4～10的比例进行混合，混合过程中加入步骤二的活化菌液，最终含水量控制在60～70％；
四、步骤三的混合液放入窖中进行发酵，发酵温度为15～35℃，发酵时间为45～60天，即得到基于褐煤-秸秆的退化盐碱湿地修复剂。
本实施方式步骤三中如活化菌液不能满足最终60～70％含水量时，可以加水调节水分含量。
本实施方式步骤四放入窑中时必须将混料逐层铺平压实以排除空气，密封后，再进行发酵。
本实施方式修复即的使用方法：野外使用时按照1公顷盐碱地250kg修复剂添加，将修复剂均匀播散后，旋耕机在土壤10cm左右深度进行充分混匀即可。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中秸秆柔丝处理后的秸秆宽<0.5cm、秸秆的长<1cm。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤四中窖为水泥窖、土窖或塑料袋窖。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
实施例1：本实施方式基于褐煤-秸秆的退化盐碱湿地修复剂的制备方法按照以下步骤进行：
一、秸秆柔丝处理，其中，秸秆柔丝处理后的秸秆宽<0.5cm、秸秆的长<1cm；
二、发酵剂活化：按照重量份数比为10:1:0.2的比例称取水、红糖和秸秆发酵剂；取1份的水加热至90℃，然后与1份的红糖混合得到红糖溶液；待红糖溶液温度降至40℃时加入0.2份的秸秆发酵剂搅拌均匀，倒入发酵容器，再向发酵容器中加入9份的水，密封发酵培养3～4天得到活化菌液；
三、步骤一处理后的秸秆与褐煤按照质量比1:5比例进行混合，混合过程中加入步骤二的活化菌液，最终含水量控制在60～70％；
四、步骤三的混合液放入窖中进行发酵，发酵温度为25℃，发酵时间为55天，即得到基于褐煤-秸秆的退化盐碱湿地修复剂。
本实施方式步骤三中如活化菌液不满足最终含水量在60～70％左右时，可以额外加水调节水分含量。
本实施方式步骤四所述的窑是塑料袋窖，放入窑中时必须将混料逐层铺平压实以排除空气，密封后，再进行发酵。
实施例2：本实施方式基于褐煤-秸秆的退化盐碱湿地修复剂的制备方法按照以下步骤进行：
一、秸秆柔丝处理，其中，秸秆柔丝处理后的秸秆宽<0.5cm、秸秆的长<1cm。
二、发酵剂活化：按照重量份数比为10:1:0.2的比例称取水、红糖和秸秆发酵剂；取1份的水加热至90℃，然后与1份的红糖混合得到红糖溶液；待红糖溶液温度降至40℃时加入0.2份的秸秆发酵剂搅拌均匀，倒入发酵容器，再向发酵容器中加入9份的水，密封发酵培养3～4天得到活化菌液；
三、步骤一处理后的秸秆与褐煤按照质量比为1:10的比例进行混合，混合过程中加入步骤二的活化菌液，最终含水量控制在60～70％；
四、步骤三的混合液放入窖中进行发酵，发酵温度为25℃，发酵时间为55天，即得到基于褐煤-秸秆的退化盐碱湿地修复剂。
本实施方式步骤三中如活化菌液不满足最终含水量在60～70％左右时，可以额外加水调节水分含量。
本实施方式步骤四所述的窑是塑料袋窖，放入窑中时必须将混料逐层铺平压实以排除空气，密封后，再进行发酵。
本实施方式步骤三中如活化菌液不满足最终含水量在60～70％左右时，可以额外加水调节水分含量。
实施例3测试本发明制备得到的修复剂的使用效果
本实施例选取吉林-大安-小西米泡典型退化盐碱土壤(pH>10)作为本修复剂的测试土壤，评估其对盐碱土改良效果。然后通过比较分析的方式，从修复剂种类、施加量与复合修复剂配比上进行分析，测试修复后土壤特性、苗存活率以及成本方面进行综合评估。
测试过程中设置试验组：
对照组是取吉林-大安-小西米泡典型退化盐碱湿地的土壤作为对照，并以体积为单位；第一组是实施例1制备得到的修复剂与吉林-大安-小西米泡典型退化盐碱湿地土壤按照1:1的体积比混合；第二组是实施例1制备得到的修复剂与吉林-大安-小西米泡典型退化盐碱湿地土壤按照1:4的体积比混合；第三组是实施例2制备得到的修复剂与吉林-大安-小西米泡典型退化盐碱湿地土壤按照1:1的体积比混合；第四组为柔丝处理后秸秆与吉林-大安-小西米泡典型退化盐碱湿地土壤直接按照1:1的体积比混合(柔丝秸秆体积通过1L烧杯计量并轻微压实)；第五组为褐煤与吉林-大安-小西米泡典型退化盐碱湿地土壤按照1:1的体积比混合。
本实施例是基于盆栽实验来评估改良效果，选用芦苇根茎作为测试材料，提前将萌发根茎，每个处理设置5个重复，每个试验组中种植4个带有芦苇芽孢根茎，栽培时间为30天，每2～3天进行水分补给，最后，统计芦苇苗存活率、测试土壤pH与持水量。
芦苇苗存活率的实验结果如图1所示，从图中可以看出对照组中的盐碱土种植的芦苇苗存活率为0％，第二组(本发明的修复剂)存活率为12.5～50％，而第一组(本发明的修复剂)处理盐碱土芦苇苗存活率达到60％，而第三组(本发明的修复剂)处理盐碱土芦苇苗存活率为50％。结果表明使用本发明的复合修复剂的芦苇苗存活率高。
pH值和持水力的结果如图2所述，从图2可以看出，在土壤性质改良方面，与对照组相比较，第五组、第三组与第一组显著降低盐碱土pH值约10％；土壤持水力方面，第一组提高了12.6％持水力，第三组提升了27.7％持水力，第五组处理提升19.0％持水力。从此可见，本发明的修复剂对土壤持水力和pH修复的综合效果比较理想。此外，秸秆虽然价格便宜，但其腐解速率较低，而且对退化盐碱湿地土壤pH调节效果有限。而褐煤成本相对较高，养分供给量小于秸秆，二者单独使用均具有一定局限性，即秸秆的pH调节效果差，而褐煤成本相对较高。
综上所述，本发明的修复剂(实施例1)对植物生长以及土壤修复效果最佳，从其功效包括发酵过程增强褐煤调节碱性能力，褐煤内部空隙发达、存在多类孔，而且含有碳基官能团丰富，可将发酵菌剂破坏植物产生的纤维素、单糖和寡糖吸收、存储，短期内提供养分促进植物生长，弥补了秸秆分解速率低养分供给能力有限的弊端；同时秸秆缓慢分解也可以持续提供养分，激发生态系统自我修复机制，从而可持续恢复盐碱湿地功能。
此外，在野外添加按照植物定植深度10cm计算，以褐煤添加为例，1公顷盐碱地需要添加500kg，如卢培娜等(2021)中记载添加腐熟秸秆为11250kg·hm-2，而本发明的修复剂仅需要250kg·hm-2，远低于市场同等产品施加量，本发明的修复剂应用成本更低。本发明的修复剂合成操作简单，还能有效利用当地秸秆资源，提高秸秆综合利用率，修复过程中不存在二次污染的情况。
本发明的秸秆-褐煤复合修复剂在植物恢复、对土壤性质改良、成本、操作方面均具有较高优势。

Claims (3)

1.一种基于褐煤-秸秆的退化盐碱湿地修复剂的制备方法，其特征在于基于褐煤-秸秆的退化盐碱湿地修复剂的制备方法按照以下步骤进行：
一、秸秆柔丝处理；
二、发酵剂活化：按照重量份数比为10:1:0.2的比例称取水、红糖和秸秆发酵剂；取1份的水加热至70～100℃，然后与1份的红糖混合得到红糖溶液；待红糖溶液温度降至40℃时加入0.2份的秸秆发酵剂搅拌均匀，倒入发酵容器，再向发酵容器中加入9份的水，密封发酵培养3～5天得到活化菌液；
三、步骤一处理后的秸秆与褐煤按照质量比为1:4～10的比例进行混合，混合过程中加入步骤二的活化菌液，最终含水量控制在60～70％；
四、步骤三的混合液放入窖中进行发酵，发酵温度为15～35℃，发酵时间为45～60天，即得到基于褐煤-秸秆的退化盐碱湿地修复剂。
2.根据权利要求1所述的一种基于褐煤-秸秆的退化盐碱湿地修复剂的制备方法，其特征在于步骤一中秸秆柔丝处理后的秸秆宽<0.5cm、秸秆的长<1cm。
3.根据权利要求1所述的一种基于褐煤-秸秆的退化盐碱湿地修复剂的制备方法，其特征在于步骤四中窖为水泥窖、土窖或塑料袋窖。
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