CN113875507B - 一种草地生态修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生态修复技术领域，具体公开一种草地生态修复方法，包括围封、浅耕施肥、种子处理、混播和封育管理，围封是指围封需要修复的草地，按300‑800kg/亩的使用量喷洒土壤修复剂后，封育6‑12个月；其中土壤修复剂按重量份数计由以下原料组成：壳聚糖纳米微球3‑5份、微生物复合发酵液3‑5份、腐殖酸5‑8份、禽畜粪便2‑5份及无机肥2‑5份。该草地生态修复方法，能够对退化草原的土壤结构进行修复，促进土壤团粒结构的形成，并增加土壤的肥力，使退化草原逐渐恢复生态功能。

Description

一种草地生态修复方法
技术领域
本发明属于生态修复技术领域，具体公开一种草地生态修复方法。
背景技术
草地是生长草本和灌木植物为主并适宜发展畜牧业生产的土地，是发展草地畜牧业的最基本的生产资料和基地。在不合理利用下，草原生态系统逆行演替、生产力下降的过程称草地退化，也称草原退化。主要表现是草地植被的高度、盖度、产量和质量下降、土壤生境恶化、生产能力和生态功能衰退。长时间、大范围的草地退化，引起的不仅仅是草地本身生产力的下降，还造成生态环境恶化和对人类生存与发展的威胁。
目前草地退化的原因主要是由于人类过度从草地上攫取大量的物质与能量，雨水稀少导致草地长期入不敷出，打破了生态平衡而引起的。因此，研究草地修复效果佳的修复方法是十分有必要的。
发明内容
本发明提供一种草地生态修复方法，能够对退化草原的土壤结构进行修复，促进土壤团粒结构的形成，并增加土壤的肥力，使退化草原逐渐恢复生态功能。
本发明提供的草地生态修复方法，包括围封、浅耕施肥、种子处理、混播和封育管理，所述围封包括以下步骤：
围封需要修复的草地，按300-800kg/亩的使用量喷洒土壤修复剂，封育6-12个月；
所述土壤修复剂按重量份数计由以下原料组成：壳聚糖纳米微球3-5份、微生物复合发酵液3-5份、腐殖酸5-8份、禽畜粪便2-5份及无机肥2-5份；
所述壳聚糖纳米微球是按照以下方法制备得到：将质量分数为0.2-0.5％的壳聚糖溶液与质量分数为0.05-0.08％聚丙烯酸铵溶液按体积比为1:1-3混合，加入致孔剂，且所述致孔剂与所述壳聚糖的质量比为1-2:1，磁力搅拌3-5h，依次过滤、干燥，即得；
所述微生物复合发酵液是将枯草芽孢杆菌、贝莱斯芽孢杆菌及地衣芽孢杆菌按质量比为2-3:2:2混合，按5％-10％接种量接种于培养基中，在35℃-40℃培养24-72h，即得；且所述微生物复合发酵液中的有效活菌数为5-8×108cfu/mL。
优选地，所述禽畜粪便为猪粪、羊粪、蚯蚓粪或牛粪中的一种或几种。
优选地，所述无机肥为钙镁磷肥、草木灰、石灰、钙镁磷钾肥或钙镁硼肥中的至少两种。
优选地，所述致孔剂为二氧化硅或聚乙二醇。
优选地，所述土壤修复剂是按照以下步骤制备得到：
S1、称取壳聚糖纳米微球、微生物复合发酵液、腐殖酸、禽畜粪便及无机肥，备用；
S2、将所述壳聚糖纳米微球与所述微生物复合发酵液混合，磁力搅拌8-10h，过滤，所得固体物使用真空冷冻干燥，得到壳聚糖负载微生物微球；
S3、将所述禽畜粪便堆肥处理40-60天，堆肥过程中在第20天时翻堆一次，继续堆肥至第30天时用塑料薄膜密封，继续腐熟10-30天，得到腐熟粪便物；
S4、将所述壳聚糖负载微生物微球与所述腐殖酸、所述腐熟粪便物及无机肥混合，即得。
优选地，
所述浅耕施肥是对草地进行浅耕，并按照50-80kg/亩的用量撒施有机肥；
所述种子处理是按质量比2-3:1将豆科植株种子与禾本科植株种子混合，晾晒1-2天，再用种子包衣剂进行包衣处理；
所述混播是按照15-25kg/hm2的播种密度撒播经包衣处理的混合种子，撒播后镇压处理；
所述封育管理是在出苗后定期灌溉、追肥、防治病虫害，围栏封育2-3年。
优选地，所述浅耕是翻耕深度为10-18cm。
优选地，所述有机肥按重量份数计是由以下原料组成：鸡粪10-20份、酒精糟10-15份、菜籽饼粕8-12份、腐烂果实10-20份、蓖麻饼粕10-20份及发酵菌剂3-8份；
其中，所述发酵菌剂是假丝酵母菌与枯草芽孢杆菌按照质量比1:0.5-2混合，且所述发酵菌剂中的有效活菌数为1-2×109cfu/mL。
优选地，所述有机肥是按照以下步骤制备得到：
S1、按重量份数称取鸡粪、酒精糟、菜籽饼粕、腐烂果实、蓖麻饼粕及发酵菌剂，备用；
S2、将菜籽饼粕及蓖麻饼粕粉碎后与鸡粪、酒精糟、腐烂果实混合，加入发酵菌剂，在35-40℃下发酵24-48h，即得。
优选地，所述豆科植株是紫花苜蓿、柱花草、箭舌豌豆、野豌豆、沙打旺、黄花羽扇豆、红豆草、白花草木樨、黄花草木樨、地三叶、百脉根、紫云英中的一种或几种；所述禾本科植株是多年生黑麦草、多花黑麦草、高羊茅、白茅、鸡脚草、猫尾草、草地羊茅、草地早熟禾、无芒雀麦、非洲虎尾草、苏丹草、狗牙根中的一种或几种。
对比现有技术，本发明的有益效果为：
1、本发明提供的草地生态修复方法，围栏禁牧后向待修复草地中播撒土壤修复剂，聚丙烯酸铵作为分散剂，既能够吸附在壳聚糖胶粒的表面，通过高分子链起到空间稳定的作用，又通过本身所带电荷起到静电稳定的作用，从而使得制备得到的壳聚糖纳米微球具有高分散性与稳定性；同时，加入的致孔剂使得壳聚糖纳米微球形成疏松多孔的结构，多孔的壳聚糖纳米微球能够将微生物负载在孔内，使微生物能够缓慢释放并长期地与土壤作用，对土壤结构进行修复。
2、微生物能够与腐殖酸相互作用，其可以对腐殖酸产生分解作用，分解产生的生物活性物质可以作为肥效成分，同其他原料一起增强待修复草地的肥力，促进土壤团粒结构的形成，从而改善土壤。
3、带负电荷的壳聚糖纳米微球与无机肥、土壤及禽畜粪便中的钙离子、镁离子等搭桥物质结合，进一步聚合形成水稳定性土壤团粒结构，达到土壤修复的目的。
4、菜籽饼粕及蓖麻饼粕发酵后的产物中含有大量的有益微生物菌，有益微生物菌在土壤中繁殖，起到改良土壤、防治病害等功能；同时蓖麻饼粕中含有蓖麻碱成分能够杀灭鸡粪及腐烂果实中含有的有害病菌及残留虫卵，避免施用到草地土壤中影响有益微生物发挥作用，同时避免虫卵繁殖后对种植的植株造成影响。
5、使用浅耕加豆禾科植物混播的方式，能够显著提高植被盖度，增强植株对土壤的改善作用。
6、有机肥料提供了足够的碳、氮源，供土壤微生物代谢为植物提供养分。
7、种子撒播后镇压，可以提高种子的定殖能力，有效减少种子被风沙带走。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
需要说明的是，以下所用材料、包衣剂及菌株均为购买得到，未具体提及的操作方法均为本领域常规的方法。
实施例1
一种草地生态修复方法，包括以下步骤：
S1、围封
使用铁丝网围封需要修复的草地，按300kg/亩的使用量喷洒土壤修复剂，封育12个月；
土壤修复剂由以下原料组成：壳聚糖纳米微球3份、微生物复合发酵液3份、腐殖酸5份、禽畜粪便2份(该禽畜粪便是猪粪、羊粪以任意比例混合得到)及钙镁磷肥与石灰的1:1混合物2份；
壳聚糖纳米微球是按照以下方法制备得到：将质量分数为0.2％的壳聚糖溶液与质量分数为0.05％聚丙烯酸铵溶液按体积比为1:1混合，加入与壳聚糖等质量的二氧化硅，磁力搅拌3h，依次过滤、干燥，即得；
微生物复合发酵液是将枯草芽孢杆菌、贝莱斯芽孢杆菌及地衣芽孢杆菌按质量比为1:1:1混合，于培养基中按5％接种量接入菌种，在35℃-40℃培养24h，即得；且微生物复合发酵液中的有效活菌数为5×108cfu/mL；
S2、浅耕施肥
对草地进行浅耕，翻耕深度为10cm，并按照50kg/亩的用量撒施有机肥；
有机肥是由以下原料组成：鸡粪10份、酒精糟10份、菜籽饼粕8份、腐烂果实10份、蓖麻饼粕10份及发酵菌剂3份；
其中，发酵菌剂是假丝酵母菌与枯草芽孢杆菌按照质量比1:0.5混合，且发酵菌剂中的有效活菌数为1×109cfu/mL。
S3、种子处理
按质量比2:1将紫花苜蓿种子与鸡脚草种子混合，晾晒2天，再用种子包衣剂进行包衣处理；
S4、混播
按照15kg/hm2的播种密度撒播经包衣处理的混合种子，撒播后镇压处理；
S5、封育管理
出苗后灌溉3次，之后逐渐减少或者根据降雨量酌情灌溉，同时在出苗期及植株生长旺盛期分别进行追肥，使用的肥料选择现有技术中的常规草种的农业用肥即可；并在植株生长周期内根据病虫害发生情况及植株特性喷洒农药进行防治病虫害，围栏封育2年。
实施例2
一种草地生态修复方法，与实施例1的不同在于土壤修复剂不同，具体为：土壤修复剂是由壳聚糖纳米微球5份、微生物复合发酵液5份、腐殖酸8份、禽畜粪便5份(该禽畜粪便是猪粪、羊粪、蚯蚓粪以任意比例混合得到)及钙镁磷肥、草木灰与石灰的1:1混合物5份；
壳聚糖纳米微球是按照以下方法制备得到：将质量分数为0.5％的壳聚糖溶液与质量分数为0.08％聚丙烯酸铵溶液按体积比为1:3混合，加入与壳聚糖等质量的二氧化硅，磁力搅拌5h，依次过滤、干燥，即得；
微生物复合发酵液是将枯草芽孢杆菌、贝莱斯芽孢杆菌及地衣芽孢杆菌按质量比为1:1:1混合，于培养基中按10％接种量接入菌种，在35℃-40℃培养24h，即得；且微生物复合发酵液中的有效活菌数为8×108cfu/mL。
实施例3
一种草地生态修复方法，与实施例1的不同在于土壤修复剂不同，具体为：微生物复合发酵液是将枯草芽孢杆菌、贝莱斯芽孢杆菌及地衣芽孢杆菌按质量比为3:2:2混合，于培养基中按10％接种量接入菌种，在35℃-40℃培养72h，即得；且微生物复合发酵液中的有效活菌数为8×108cfu/mL。
实施例4
一种草地生态修复方法，与实施例1的不同在于有机肥的撒施量不同，具体是按照80kg/亩的用量撒施有机肥。
实施例5
一种草地生态修复方法，与实施例1的不同在于混播植株类型不同，具体是多花黑麦草、柱花草、紫云英与草地羊茅等质量混播。
实施例6
一种草地生态修复方法，与实施例1的不同在于致孔剂为聚乙二醇。
实施例7
一种草地生态修复方法，与实施例1的不同在于浅耕时翻耕深度为18cm。
实施例8
一种草地生态修复方法，与实施例1的不同在于有机肥是由以下原料组成：鸡粪20份、酒精糟15份、菜籽饼粕12份、腐烂果实20份、蓖麻饼粕20份及发酵菌剂8份；
其中，发酵菌剂是假丝酵母菌与枯草芽孢杆菌按照质量比1:2混合，且发酵菌剂中的有效活菌数为2×109cfu/mL。
实施例9
一种草地生态修复方法，与实施例1的不同在于有机肥中的发酵菌剂是假丝酵母菌与枯草芽孢杆菌按照质量比1:1.5混合，且发酵菌剂中的有效活菌数为1×109cfu/mL。
实施例10
一种草地生态修复方法，与实施例1的不同在于撒施土壤修复剂后围栏封育6个月。
对比例1
一种草地生态修复方法，与实施例1的不同在于土壤修复剂中未使用壳聚糖纳米微球，其余原料及其用量均相同。
对比例2
一种草地生态修复方法，与实施例1的不同在于土壤修复剂中未使用致孔剂，其余原料及其用量均保持不变。
对比例3
一种草地生态修复方法，与实施例1的不同在于施用的有机肥中未添加蓖麻饼粕，其余原料及其用量均保持不变。
对比例4
一种草地生态修复方法，与实施例1的不同在于种子撒播后未镇压。
下面对各实施例及各对比例提供的修复方法的效果进行说明。
1、土样分析
1.1取样方法
在阿坝县内每一个围栏区随机选取3个点分别在土壤表层(0-15cm)取土，间隔200米，取样后将土壤自然风干，过孔径为5mm的筛，过筛的土样备用。
1.2土壤养分分析与测定
对过筛的土样进行养分含量测定分析，具体分析方法如表1所示。
表1土壤常规养分的测定方法
测定项目 方法
全氮 半微量凯式定氮法
速效氮 扩散吸收法
全磷 NaOH熔融-钼锑抗比色法
速效磷 双酸浸提钼锑抗比色法
全钾 NaOH熔融-火焰光度法
速效钾 <![CDATA[NH<sub>4</sub>OAc浸提-火焰光度法]]>
有机质 重铬酸钾氧化外加热法
pH值 酸度计
2、群落高度的计算
草地群落高度采用高度和多度加权相乘法来计算：
草群高度的计算方法：
Figure BDA0003295998350000091
式中：M为样方中记录的各植物中多度之和，Hi为第i中植物的高度，Ci为样方中记录的第i种植物的多度。
3、群落总盖度的计算
按照授权公告号为CN 101493894中记载的方法进行计算。
4、土壤团粒结构分析
田间采集的原状土样(分别在深度为10cm、30cm及50cm取样)室内风干后，用干筛法分别测定>5mm、3-5mm、2-3mm、1-2mm、0.5-1mm及0.25-0.5mm的各级风干团聚体和水稳定性团聚体含量，并计算不同粒径范围内在不同深度土样中团聚体及水稳定性团聚体含量的平均值。
5、结果
5.1土样养分测定结果
结果见表2。
表2土壤养分测定结果(g/kg)
分组 TN 速效氮 TP 速效磷 TK 速效钾 TOC pH
实施例1 2.98 0.45 1.25 0.51 25.46 0.32 112.46 6.31
实施例2 2.87 0.39 0.97 0.46 24.48 0.29 121.43 5.98
实施例3 3.01 0.43 0.86 0.49 25.13 0.31 119.76 6.21
实施例4 2.86 0.49 1.08 0.52 23.97 0.28 123.34 6.03
实施例5 2.64 0.38 1.14 0.47 22.86 0.34 120.87 5.87
实施例6 3.12 0.41 0.92 0.45 24.07 0.33 132.41 5.76
实施例7 2.73 0.35 0.83 0.46 24.15 0.27 129.54 6.13
实施例8 2.85 0.40 1.21 0.52 22.76 0.36 113.26 5.92
实施例9 2.76 0.46 0.97 0.49 24.24 0.27 124.21 5.96
实施例10 2.94 0.45 0.81 0.43 23.81 0.29 122.09 6.14
对比例1 2.37 0.31 0.49 0.48 17.46 0.21 64.53 5.56
对比例2 2.46 0.29 0.54 0.34 16.89 0.19 71.29 5.43
对比例3 2.21 0.33 0.37 0.36 18.01 0.22 68.82 5.67
对比例4 2.49 0.31 0.43 0.32 17.23 0.22 70.48 5.64
注：表中TN、TP、TK分别是指全氮、全磷、全钾。
由表2可知，各实施例组相较于各对比例组，土壤中的各养分含量均有所增加，表明本发明提供的修复方法能够改善土壤结构，增加土壤肥力。
5.2群落高度
结果见表3。
表3不同实施例及对比例的草地中群落高度(cm)
分组 群落高度
实施例1 132
实施例2 128
实施例3 126
实施例4 129
实施例5 104
实施例6 125
实施例7 128
实施例8 131
实施例9 133
实施例10 124
对比例1 116
对比例2 108
对比例3 113
对比例4 115
由表3可知，实施例1-4及实施例6-10(实施例5与各对比例种植植被种类不同，故不作比较)组相较于各对比例组，群落的高度均有所增加，表明本发明提供的修复方法能够改善土壤，促进植株生长。
5.3群落总盖度
结果见表4。
表4不同实施例及对比例的草地中群落总盖度(％)
Figure BDA0003295998350000111
Figure BDA0003295998350000121
由表4可知，各实施例提供的修复方法相较于各对照组的植被总盖度均较高，表明本发明提供的修复方法能够促进植株的生长。
5.4土壤团粒结构分析
结果见表5及表6。
表5不同实施例及对比例的土壤团聚体组成(％)
分组 >5 3-5 2-3 1-2 0.5-1 0.25-0.5 0.25-2
实施例1 47.6 12.4 7.6 8.4 5.8 3.6 17.8
实施例2 48.2 10.3 6.9 7.6 5.1 2.9 15.6
实施例3 48.3 12.7 7.5 8.2 5.9 3.3 17.4
实施例4 47.9 11.2 7.3 7.7 5.4 2.7 15.8
实施例5 48.7 13.4 8.1 8.3 5.4 2.5 16.2
实施例6 47.7 12.7 7.6 7.5 5.7 3.4 16.6
实施例7 46.8 13.5 7.8 8.1 6.2 2.7 17
实施例8 47.3 12.4 6.9 7.2 6.3 3.1 16.6
实施例9 48.1 13.2 7.4 8.3 5.4 2.6 16.3
实施例10 47.3 12.9 6.7 8.4 6.6 3.4 18.4
对比例1 61.2 9.7 5.4 4.6 4.5 2.9 12
对比例2 55.4 10.6 6.4 6.8 5.2 2.3 14.3
对比例3 49.7 11.2 8.8 6.6 5.4 2.9 14.9
对比例4 50.4 14.6 5.8 6.4 5.3 3.1 14.8
表6不同实施例及对比例的土壤水稳定团聚体的影响(％)
Figure BDA0003295998350000122
Figure BDA0003295998350000131
结合表5-6可知，各实施例组与各对比例组相比较，实施例组中的粒径集中在0.25-2mm之间的团粒含量高于各对比例组，且大于0.25mm的水稳定性团聚体的含量也高于各对比例组，而0.25-2mm团聚体的含量是体现土壤肥力的重要因素，以上结果表明本发明提供的修复方法能够促进土壤团粒结构形成，有效提高土壤肥力。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种草地生态修复方法，包括围封、浅耕施肥、种子处理、混播和封育管理，其特征在于，所述围封包括以下步骤：
围封需要修复的草地，按300-800kg/亩的使用量喷洒土壤修复剂，封育6-12个月；
所述土壤修复剂按重量份数计由以下原料组成：壳聚糖纳米微球3-5份、微生物复合发酵液3-5份、腐殖酸5-8份、禽畜粪便2-5份及无机肥2-5份；
所述壳聚糖纳米微球是按照以下方法制备得到：将质量分数为0.2-0.5％的壳聚糖溶液与质量分数为0.05-0.08％聚丙烯酸铵溶液按体积比为1:1-3混合，加入致孔剂，且所述致孔剂与所述壳聚糖的质量比为1-2:1，磁力搅拌3-5h，依次过滤、干燥，即得；
所述微生物复合发酵液是将枯草芽孢杆菌、贝莱斯芽孢杆菌及地衣芽孢杆菌按质量比为2-3:2:2混合，按5％-10％接种量接种于培养基中，在35℃-40℃培养24-72h，即得；且所述微生物复合发酵液中的有效活菌数为5-8×108cfu/mL；
所述土壤修复剂是按照以下步骤制备得到：
S1、称取壳聚糖纳米微球、微生物复合发酵液、腐殖酸、禽畜粪便及无机肥，备用；
S2、将所述壳聚糖纳米微球与所述微生物复合发酵液混合，磁力搅拌8-10h，过滤，所得固体物使用真空冷冻干燥，得到壳聚糖负载微生物微球；
S3、将所述禽畜粪便堆肥处理40-60天，堆肥过程中在第20天时翻堆一次，继续堆肥至第30天时用塑料薄膜密封，继续腐熟10-30天，得到腐熟粪便物；
S4、将所述壳聚糖负载微生物微球与所述腐殖酸、所述腐熟粪便物及无机肥混合，即得；
所述浅耕施肥是对草地进行浅耕，并按照50-80kg/亩的用量撒施有机肥；所述有机肥按重量份数计是由以下原料组成：鸡粪10-20份、酒精糟10-15份、菜籽饼粕8-12份、腐烂果实10-20份、蓖麻饼粕10-20份及发酵菌剂3-8份；
所述有机肥是按照以下步骤制备得到：
S1、按重量份数称取鸡粪、酒精糟、菜籽饼粕、腐烂果实、蓖麻饼粕及发酵菌剂，备用；
S2、将菜籽饼粕及蓖麻饼粕粉碎后与鸡粪、酒精糟、腐烂果实混合，加入发酵菌剂，在35-40℃下发酵24-48h，即得；
其中，所述发酵菌剂是假丝酵母菌与枯草芽孢杆菌按照质量比1:0.5-2混合，且所述发酵菌剂中的有效活菌数为1-2×109cfu/mL；
所述种子处理是按质量比2-3:1将豆科植株种子与禾本科植株种子混合，晾晒1-2天，再用种子包衣剂进行包衣处理；
所述混播是按照15-25kg/hm2的播种密度撒播经包衣处理的混合种子，撒播后镇压处理；
所述封育管理是在出苗后定期灌溉、追肥、防治病虫害，围栏封育2-3年。
2.根据权利要求1所述的草地生态修复方法，其特征在于，所述禽畜粪便为猪粪、羊粪、蚯蚓粪或牛粪中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的草地生态修复方法，其特征在于，所述无机肥为钙镁磷肥、草木灰、石灰、钙镁磷钾肥或钙镁硼肥中的至少两种。
4.根据权利要求1所述的草地生态修复方法，其特征在于，所述致孔剂为二氧化硅或聚乙二醇。
5.根据权利要求1所述的草地生态修复方法，其特征在于，所述浅耕是翻耕深度为10-18cm。
6.根据权利要求1所述的草地生态修复方法，其特征在于，所述豆科植株是紫花苜蓿、柱花草、箭舌豌豆、野豌豆、沙打旺、黄花羽扇豆、红豆草、白花草木樨、黄花草木樨、地三叶、百脉根、紫云英中的一种或几种；所述禾本科植株是多年生黑麦草、多花黑麦草、高羊茅、白茅、鸡脚草、猫尾草、草地羊茅、草地早熟禾、无芒雀麦、非洲虎尾草、苏丹草、狗牙根中的一种或几种。
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