CN111499275A - 一种生物质保水砖及其在重度退化草地恢复中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种生物质保水砖及其在重度退化草地恢复中的应用，生物质保水砖的制备包括以下步骤：（a）将马铃薯粉碎，得到马铃薯渣，备用；（b）将土壤或沙土磨碎，过筛除去大颗粒物，备用；（c）将作物秸秆粉碎至大小1‑3cm，备用；（d）按重量份计，称取如下原料：15‑20份马铃薯渣、25份土壤或沙土、50‑55份动植物纤维或者50‑55份作物秸秆、5份多糖；（e）将原料混合，并加水搅拌均匀；（f）用机械压制成长条砖状，然后进行干燥，再经养护后即得所述生物质保水砖。本发明通过垄沟内铺设生物质保水砖，可以起到吸水保水的效果，降低昼夜温差，随着生物质材料的缓慢分解，也可以起到改良土壤的作用。

Description

一种生物质保水砖及其在重度退化草地恢复中的应用

技术领域

本发明涉及退化草地恢复治理技术领域，具体地说是涉及一种生物质保水砖及其在重度退化草地恢复中的应用。

背景技术

草地退化致使草地生态系统出现物种群落退化、生物多样性降低、草地生产力下降、土壤退化和生态功能下降等特征。我国盐碱化和沙化的形成，与当地的自然条件和长期人为不合理的利用导致的，从而使盐碱化和沙化的退化程度普遍较高，严重的盐碱和沙化土壤地区植被几乎不能生存。不同类型的退化草地是在一定的自然条件下形成的，其中盐碱化形成是由于盐分不断地上移，积聚在土壤表层；沙化形成是因为降雨量小，蒸发量大，土壤中失去了植物生长的环境。

退化的盐碱地由于地下水位高，高温、干旱的气候条件，造成土壤缺水、积盐，返盐，经过长期的积累，盐分不易洗脱，久而久之形成了不同程度的盐碱化甚至是光碱斑；沙化草地由于水分含量少，导致植被存活率下降，植物物种数减少，并伴有不同程度的退化。

随着天然草地出现不同程度的盐碱化和沙化现象，常常采用不同的恢复技术。由于盐碱化和沙化是不同类型的土壤，所以在现有技术上存在不同。

目前现有技术对盐碱地的改良措施主要有平整土地，建立井、沟、渠配套完善的排灌系统，换土，淋洗，淤泥等水利工程；深耕细作、铺沙、垄沟内铺设玉米秸秆等物理措施；种植耐盐植物，施用微生物菌剂等生物措施；向土壤中添加各种改良剂等化学措施。对沙化草地的改良措施主要有围栏封育、沙障固沙、人工补播牧草等方法，可以起到固沙的作用，能够达到促进植被恢复的目的。

对盐碱地改良措施的缺点：通过这一系列的措施，有效的阻断了土表之间的交际，减少土壤水分的蒸发；破坏土壤的毛细管，阻断盐分向地表进一步的聚集。但是水利工程措施因工程量大，费用高，不能从根本上降低含盐量，制约着其不能广泛的推广应用；物理措施虽能有效的缓解了土壤结构，增加肥力，但铺沙、铺设秸秆保水效果不明显，抑制盐分也只是暂时性的；大量的对土壤施用改良剂和化肥农药，不仅造成土壤板结，恶化，破坏，并伴随盐分含量上升，且污染生态环境。

对沙化地改良措施的缺点：围栏封育对植被恢复效果显著，但对土壤功能的恢复周期较长；流动沙地上和风沙区治理设置沙障对于防风固沙效果显著，但技术难度大，费工时，成本高，且沙化草地补播物种成活率低，见效慢，综合治理效果不理想。

盐碱土、沙化草地等退化草地现已成为了一种重要的土地利用后备军，因此广为关注。在人类的农业生产实践中，最初改良盐碱土是通过水利工程措施，通过平整土地、换土、淋洗、淤积等来改良和治理盐碱土，此措施不能从根本上降低土壤盐分且成本高、耗时长，只适合于特殊的土地上。但随着大量土壤改良剂的产生，可以快速的改良土壤理化性质，备受人们使用，虽然化学措施的见效快，但容易置换新的离子造成二次污染。随着人们意识性的加强，开始通过农业物理措施、生物措施等来治理盐碱地，虽环保性好，但见效慢。在实际实施过程中，降低盐分含量和保持一定的湿度是改良盐碱化最为首要的任务。

改良沙化使用围栏封育对土壤功能的改善需要的时间周期较长，随后人们通过补播牧草恢复当年的效果明显，但不能从根本解决问题。沙化草地的恢复，首要任务是保持适宜的水分含量，才能利用植物存活以及返青。

综上所述，现有盐碱地、沙化地的改良方法普遍存在改良成本较高，周期长，保水作用不明显，盐分抑制效果差，破坏环境等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物质保水砖及其在重度退化草地恢复中的应用，以解决现有方法普遍存在改良成本较高，周期长，保水作用不明显，盐分抑制效果差，破坏环境等问题。

本发明采用的技术方案是：一种生物质保水砖，由以下方法制备得到：

(a)将马铃薯粉碎，过60目筛除去大颗粒物，得到马铃薯渣，备用；

(b)将土壤或沙土磨碎，过80目筛除去大颗粒物，备用；

(c)将作物秸秆粉碎至大小1-2cm，备用；

(d)按重量份计，称取如下原料：15-20份马铃薯渣、30份经步骤(b)处理的土壤或沙土、50-55份动植物纤维或者50-55份经步骤(c)处理的作物秸秆、5份多糖；

(e)将步骤(d)称取的原料混合，并加水搅拌均匀，得到混合泥浆；

(f)将混合泥浆用机械压制成长条砖状，然后进行干燥，再经养护后即得所述生物质保水砖。

步骤(a)中，马铃薯为工业加工中的马铃薯下脚料或者品相低等的马铃薯原料。

步骤(c)中，作物秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆、稻草、马铃薯秸、莜麦秆、天然牧草中的一种或一种以上的混合物。

步骤(d)中，动植物纤维为羊毛纤维、作物秸秆等植物纤维中的一种或多种混合物。

步骤(d)中，多糖为玉米多糖。

步骤(e)中，加水量为原料总质量的40-50％。

步骤(f)中，所述生物质保水砖长25cm、宽2-5cm、高3-5cm，生物质保水砖的养护条件是取下模具后置阴凉处风干3-5天后，将砖翻转继续通风阴干，待彻底干透后即生物质保水砖。

上述的生物质保水砖在重度退化草地恢复治理中的应用，包括以下步骤：

(a)对重度退化草地进行耕翻处理，使其形成垄和垄沟；

(b)将生物质保水砖连续铺设于垄沟内；

(c)补播选定的牧草。

所述重度退化草地指重度退化的盐碱化草地或沙化草地，对于重度退化的沙化草地，将沙化草地每隔25-30cm搂一条垄沟，垄沟深度为8-12cm。

本发明通过垄沟内铺设生物质保水砖，可以起到吸水保水的效果，降低昼夜温差，随着生物质材料的缓慢分解，也可以起到改良土壤的作用。本发明施工简单，不需要大型机械设备，施工成本低廉，可就地取材。根据实际所需，生物质保水砖的形状可为砖块状，长条状或其他形状。实施时只需要在补播前期选择合适尺寸的生物质保水砖，在播种时铺设于垄沟内即可。

动植物纤维、作物秸秆能就地取材，且能够吸收自身4-6倍水。透气性和保水性显著，同时能降低各土层(盐碱地)的含盐量，改善土壤；同时可降解的材料还可以增加土壤中的营养和有机质，有效的促进植物生长；生物质保水砖生态环保、能够自然降解，避免了对环境造成影响。其具体优点如下：

1、生物质保水砖具有质轻、透气、蓄水保肥、耐雨水冲蚀和浸泡、营养丰富等特点，马铃薯渣、动植物纤维、作物秸秆富含养分，能改变土壤结构，增加土壤肥力，降低土壤耕层的含盐量。

2、垄沟内铺设生物质保水砖不仅可以吸水保水、改善土壤，还可以为种子根系建立良好的生长环境，促进种子萌发，生物质砖体适宜植被恢复。

3、生物质保水砖可以保温和降低昼夜温差，可降低对幼苗的伤害。

4、可降解，增加土壤中的养分和有机质，为植物生长提供养分，有利于促进植物生长。

5、储蓄一定的水分，防止水分流失，达到了水土保持的目的。

6、施工简单，施工成本低，均为天然材料，可就地取材，利用农业废弃物，对环境无害无污染，同时为废气物的资源化利用提供了新途径。

7、一次投资，多年受益，动植物纤维可在3-5年内降解(可维持3-5年)。

8、与适生的植物补播配合，可促进草地植被快速恢复。

附图说明

图1是实施例1制备的生物质保水砖的成品图片。

图2是实施例2草地恢复情况照片，其中，左侧为对照区，右侧为试验区。

图3是实施例3草地恢复情况照片，其中，左侧为对照区，右侧为试验区。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细阐述，下述实施例仅作为说明，并不以任何方式限制本发明。本发明未提到的操作和试剂等均为本领域的常用技术。

实施例1生物质保水砖的制备

(a)将马铃薯粉碎，过60目筛除去大颗粒物，得到马铃薯渣，备用；

(b)将栗钙土土壤磨碎，过80目筛除去大颗粒物，备用；

(c)将作物秸秆粉碎至大小10cm，备用；

(d)按重量份计，称取如下原料：15份马铃薯渣、30份经步骤(b)处理的栗钙土土壤、50份经步骤(c)处理的玉米秸秆、5份玉米多糖；

(e)将步骤(d)称取的原料混合，并加水搅拌均匀，得到混合泥浆；

(f)将混合泥浆用机械压制成长条砖状，然后进行干燥，再经养护后得到长25cm、宽2cm、高3cm的生物质保水砖。(如图1所示)。

实施例2重度盐碱化草地恢复

以张家口市察北管理区天然草地退化草地裸地盐碱化斑块为研究对象，试验处理组合采用随机区组设计：对照组为补播牧草(披碱草+野大麦)，试验组为铺设生物质保水砖+补播牧草(披碱草+野大麦)，每小区不小于1m×1m，每个处理重复4次。试验组具体操作为：将退化草地翻耕，形成垄和垄沟，将实施例1制备的生物质保水砖铺设于垄沟内，然后补播披碱草和野大麦。结果见表1和图2所示。

表1：

处理	牧草出苗率(％)	牧草存活率(％)	株高(cm)	生物量(g)
					对照	13.1±2.11a	17.9±3.12b	7.0±0.38b	1.7±0.33b
生物质保水砖	14.6±1.41a	30.6±2.86a	11.2±0.58a	5.6±0.77a

表注：同一列中不同小写字母表示不同处理之间差异达到显著水平(P<0.05)

由表1可知，铺设了生物质保水砖后，试验区域的牧草存活率提高了41.5％，株高较对照高4cm以上，生物量较对照提高了3倍多。

对土壤性质改良情况进行测试，结果见表2和表3所示。

表2：生物质保水砖对土壤含盐量(％)的影响

处理	0-5cm	5-10cm	10-20cm
				对照	0.64±0.11a	0.73±0.13a	0.94±0.11a
生物质保水砖	0.35±0.03b	0.45±0.03b	0.74±0.05b

由表2可知，在0-10cm土层下，垄沟内铺设生物质保水砖的盐分含量较对照显著下降，降低了近一半，0-5cm土层降低至0.4％以下；在10-20cm土层内，与对照相比铺设生物质保水砖的含盐量也下降0.2个单位。

表3：生物质保水砖对土壤湿度(％)的影响

由表3可知，7月份，生物质保水砖与对照之间土壤湿度虽无显著性差异，但也有增加的趋势；8月份，铺设生物质保水砖的0-5cm土层的土壤湿度较对照提高了7.6个百分点，5-10cm土层的较对照提高了4.7个百分点，在10-20cm土层虽无显著差异但也提高了2.9个百分点。

实施例3重度沙化草地恢复

以承德围场县御道口园山子项目区后台子沙化地(植被盖度<5％)为研究对象，试验处理组合采用随机区组设计：対照组为补播牧草(披碱草、冰草)，试验组为铺设生物质保水砖+补播牧草(披碱草、冰草)，每小区不小于2m×2m，每个处理重复6次。试验组具体操作为：将沙化草地每隔30cm搂一条垄沟，垄沟深度为10cm，将生物质保水砖(制备方法同实施例1，砖块尺寸为长25cm、宽5cm、高5cm)铺设于垄沟内，然后补播披碱草和冰草。结果见表4和图3所示。

表4：

处理	出苗率(％)	存活率(％)	株高(cm)
				对照	9.0±1.18b	20.1±3.5b	7.0±0.19b
生物质保水砖	17.3±1.88a	48.0±2.4a	11.7±0.49a

从表4可知，铺设生物质保水砖出苗率和存活率分别较对照提高了近1倍，株高较对照提高了4.7cm，效果显著。

对土壤性质改良情况进行测试，结果见表5所示。

表5：生物质保水砖对土壤湿度(％)的影响

由表5可得，铺设生物砖显著提高了0-20cm土层的土壤含水量。6月份，在0-5cm土层下，铺生物质保水砖较对照提高了4.4个百分点；5-10cm土层时较对照提高了6.1个百分点；10-20cm土层较对照提高了5.6个百分点。7月份，0-5cm、5-10cm、10-20cm土层分别较对照提高了6.2，8.1和10.2个百分点。8月份时，0-5cm、5-10cm、10-20cm土层分别较对照提高了6.2，6.9和7.7个百分点。

Claims (9)

1.一种生物质保水砖，其特征是，由以下方法制备得到：

（a）将马铃薯粉碎，过60目筛除去大颗粒物，得到马铃薯渣，备用；

（b）将土壤或沙土磨碎，过80目筛除去大颗粒物，备用；

（c）将作物秸秆粉碎至大小1-2cm，备用；

（d）按重量份计，称取如下原料：15-20份马铃薯渣、25份经步骤（b）处理的土壤或沙土、50-55份动植物纤维或者50-55份经步骤（c）处理的作物秸秆、5份多糖；

（e）将步骤（d）称取的原料混合，并加水搅拌均匀，得到混合泥浆；

（f）将混合泥浆用机械压制成长条砖状，然后进行干燥，再经养护后即得所述生物质保水砖。

2.根据权利要求1所述的生物质保水砖，其特征是，步骤（a）中，马铃薯为工业加工中的马铃薯下脚料或者品相低等的马铃薯原料。

3.根据权利要求1所述的生物质保水砖，其特征是，步骤（c）中，作物秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆、稻草、马铃薯秸、莜麦秆、天然牧草中的一种或一种以上的混合物。

4.根据权利要求1所述的生物质保水砖，其特征是，步骤（d）中，动植物纤维为羊毛纤维、作物秸秆等植物纤维中的一种或多种混合物。

5.根据权利要求1所述的生物质保水砖，其特征是，步骤（d）中，多糖为玉米多糖。

6.根据权利要求1所述的生物质保水砖，其特征是，步骤（e）中，加水量为原料总质量的40—50%。

7.根据权利要求1所述的生物质保水砖，其特征是，步骤（f）中，所述生物质保水砖长25cm、宽2-5cm、高3-5cm，生物质保水砖的养护条件是取下模具后置阴凉处通风阴干3-5天，然后将砖翻转继续阴干，待彻底干透后即生物质保水砖。

8.权利要求1-7任一所述的生物质保水砖在重度退化草地恢复治理中的应用，其特征是，包括以下步骤：

（a）对重度退化草地进行耕翻处理，使其形成垄和垄沟；

（b）将生物质保水砖连续铺设于垄沟内；

（c）补播选定的牧草。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征是，所述重度退化草地指重度退化的盐碱化草地或沙化草地，对于重度退化的沙化草地，将沙化草地每隔25-30cm搂一条垄沟，垄沟深度为8-12cm。

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