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CN111826164A - 一种混合生物粉及减少土壤水分蒸发的方法 - Google Patents

一种混合生物粉及减少土壤水分蒸发的方法 Download PDF

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CN111826164A
CN111826164A CN202010374526.1A CN202010374526A CN111826164A CN 111826164 A CN111826164 A CN 111826164A CN 202010374526 A CN202010374526 A CN 202010374526A CN 111826164 A CN111826164 A CN 111826164A
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李海红
何凡
翟家齐
王丽珍
朱永楠
何国华
王建华
龚家国
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Original Assignee
China Institute of Water Resources and Hydropower Research
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Abstract

本发明提供了一种混合生物粉及减少土壤水分蒸发的方法。所述方法包括：将按照一定比例的混合生物粉混入表层土壤中，得到包含一定浓度混合生物粉的土壤；再根据预设的含水率添加一定量的水，配置成待蒸发的非饱和土壤。通过本发明的方法，芦荟粉‑果胶粉按照2：1的比例得到的混合生物粉，当施撒量为45kg/亩时，所取得的节水效率为17.688％；海带粉‑榆木粉按照1：1的比例得到的混合生物粉，当施撒量为45kg/亩时，所取得的节水效率为19.220％，其中本发明所有按照不同比例混合后的生物粉混合试剂与土壤的质量比为0.05％。本发明的方法具有成本低、用量少、原材料广、无污染、提高土壤肥力和稳定性好等特点。

Description

一种混合生物粉及减少土壤水分蒸发的方法
技术领域
本发明涉及农业水利工程技术领域，特别是涉及一种混合生物粉及减少土壤水分蒸发的方法。
背景技术
土壤水分是土地与大气连接的纽带和中心环节，参与地表水循环、能量和动量交换等过程，它是生态系统和气候系统中不可缺少的关键参数。特别是在干旱半干旱地区，土壤水分是能够表征干旱区土壤状况的重要指标，其影响着植被的生长、分布格局和演变过程，也能反映和解释土壤风化程度。土壤水分蒸发是土壤水分平衡的一个重要环节，是土壤—大气界面发生的土壤水分扩散过程。蒸发过程是发生于多孔介质土壤内部及其与大气界面上的复杂过程，即包括水分在土壤中的运移以及在土壤表面的蒸发。土壤蒸发现象既是地面热量平衡的组成部分,又是水量平衡的组成部分，受到能量供给条件、水汽运移条件以及蒸发介质的供水能力等的影响。在干旱半干旱地区，土壤水分蒸发是农田水分损失的重要途径，特别是在广大的荒漠戈壁地区，土壤水分的剧烈蒸发成为制约农业种植的关键因素之一。因此，开展抑制土壤水分蒸发，减少土壤无效蒸发技术研究，对于合理开发水资源、调控田间水分状况具有十分重要的意义。
目前对于抑制土壤水分蒸发技术的研究，主要有物理覆盖法(如砂石覆盖、秸秆覆盖、地膜覆盖)、添加化学保水剂、添加生物炭等方法。
采用砂石覆盖，有研究表明只有达到5～10cm才具有明显的节水效果。其缺点也较为明显，首先，这对砂石的需求量较大，导致节水成本较高，当砾石粒径、施加量、不同粒径比例设置不合理时，甚至增大土壤累积蒸发量。其次，由于耕作环节的机械翻耕，表层的砂石会与土壤混合，表层砂石含量会降低节水效果。最后，经过多轮种植和对此砂石覆盖后，土壤砂石含量增高，势必导致土壤中有机质比例降低，导致土壤结构被破坏，对农业的可持续发展极为不利。
秸秆覆盖可以增强土壤水分的下渗、降低土壤水分蒸发、分解后的秸秆可以提高土壤肥力，且具有降解的优点。然而由于新生作物秸秆会增加耕作阻力，某种程度上增加了单位机耕能耗。
土壤中添加生物炭可降低土壤容重和密度，增大土壤孔隙度，改变土壤团聚体分布特征，能够提高土壤持水量和导水率，提升作物抗旱能力。然而也有研究表明，并非所有土壤添加生物炭都有节水的效果，当生物炭添加量分别为0.05～0.1g·g－1时，砂壤土持水能力降低。因此采用添加生物炭法对耕作土质有严格要求，且施加量较高。
覆膜保墒技术在我国北方干旱区广泛应用，具有明显的节水、保温、增产、控盐等特点，同时也引发了残膜污染的问题。一方面残存在土壤中的地膜碎片会造成土壤通气性能的降低，透水性能的减弱，甚至破坏农田土壤空气的正常循环和交换，最终结果使土壤的肥力水平降低、土壤板结。另一方面塑料地膜在土壤中可残留百年之久，极难在自然条件下降解。多年农膜覆盖耕作使残膜累积，导致土壤入渗阻力增加，降低土壤密度、减少田间蓄水量，最终导致作物减产。
保水剂作为一种新型保水化学产品，用于农地、林业水土保持及园林绿化方面具有显著的保水、保肥性，具有较好的保水保土效益及经济利用价值。然而保水剂对土壤的影响也存在着一些问题，例如施加保水剂对土壤团聚体的作用机理是如何影响的，保水剂对土壤入渗性是如何影响的，且针对不同的地区施用保水剂的类型、施用方法和剂量等都未可知。
综上所述，对于抑制土壤水分蒸发的相关技术，一直存在高污染、高单位机耕能耗、添加剂用量高、不利于环保等问题。
发明内容
本发明提供一种混合生物粉及减少土壤水分蒸发的方法，以解决上述问题。
第一方面，本发明提供了一种混合生物粉，所述混合生物粉至少包括抗旱宝、芦荟粉、海带粉、果胶粉以及榆木粉中的任意两种，所述混合生物粉应用于降低土壤中水分的蒸发。
优选地，当所述混合生物粉包括两种生物粉时，所述混合生物粉中两种混合生物粉的比例为3：1～1：3；其中，所述混合生物粉包括芦荟粉-抗旱宝、芦荟粉-果胶粉、芦荟粉-榆木粉、海带粉-榆木粉、抗旱宝-果胶粉、榆木粉-果胶粉中的任一种。
优选地，当所述混合生物粉为芦荟粉-抗旱宝时，芦荟粉与抗旱宝的比例为3:1～1:2；
当所述混合生物粉为芦荟粉-果胶粉时，芦荟粉与果胶粉的比例为2:1～1:2；
当所述混合生物粉为芦荟粉-榆木粉时，芦荟粉与榆木粉的比例为2:1～1:2；
当所述混合生物粉为海带粉-榆木粉时，海带粉与榆木粉的比例为2:1～1:2；
当所述混合生物粉为抗旱宝-果胶粉时，抗旱宝与果胶粉的比例为2:1～1:2；
当所述混合生物粉为榆木粉-果胶粉时，榆木粉与果胶粉的比例为2:1～1:1。
优选地，所述混合生物粉包括多糖、植物纤维；其中，所述多糖具有增稠性，将牛顿液态水转化成非牛顿液态水；所述植物纤维具有稳定性，所述非牛顿液态水具有较强的蒸发阻力
优选地，所述混合生物粉被土壤微生物分解为水分子和有机质；
所述水分子为土壤和农作物提供水分，所述有机质作为农作物生长所需的营养原料。
第二方面，本发明提供了一种减少土壤水分蒸发的方法，采用上述第一方面所述的混合生物粉，所述方法包括：
步骤1，将混合生物粉混入表层土壤中，得到包含混合生物粉的土壤；
步骤2，对所述包含混合生物粉的土壤进行预处理，配置成待蒸发的非饱和土壤。
优选地，在所述步骤1中，所述表层土壤的容重为1g/cm3～2g/cm3；所述混合生物粉占所述表层土壤的质量比为0.01％～0.1％。
优选地，所述表层土壤为耕地土壤的表层，所述减少土壤水分蒸发的方法还包括：
计算混合生物粉的施加量；
按照计算的施加量，向耕地土壤施撒混合生物粉，采用机耕的方式将果胶粉与表层土壤进行混合；
其中，所述混合生物粉的用量计算方法为：
混合生物粉的用量＝表层土壤的表面积×表层土壤的厚度×表层土壤的容重×质量比。
优选地，在所述步骤2中，所述预处理为：根据预设的含水率，向所述包含混合生物粉的土壤加入一定量的水，配置成待蒸发的非饱和土壤；
其中，所述非饱和土壤的初始含水率介于土壤滞留含水率和饱和含水率之间。
优选地，所述水属于牛顿液态水，所述混合生物粉将所述牛顿液态水转化成非牛顿液态水。
本发明实施例所提供的一种利用混合生物粉减少土壤水分蒸发的方法，所述方法包括：将混合生物粉混入表层土壤中，得到包含混合生物粉的土壤；对所述包含混合生物粉的土壤进行预处理，得到处理后的混合生物粉土壤；再根据预设的含水率添加一定量的水，配置成待蒸发的非饱和土壤。通过本发明的方法，芦荟粉-果胶粉按照2：1的比例得到的混合生物粉，当施撒量为45kg/亩时，所取得的节水效率为17.688％；海带粉-榆木粉按照1：1的比例得到的混合生物粉，当施撒量为45kg/亩时，所取得的节水效率为19.220％。本发明的方法具有成本低、用量少、原材料广、无污染、提高土壤肥力和稳定性好等特点。
此外，本发明实施例所提供的利用混合生物粉减少土壤水分蒸发的方法，所利用的混合生物粉具有明显的节水效果，并且，本发明中，当混合生物粉由海带粉与榆木粉组合时，海带粉与榆木粉比例R可设置为R＝1:1(该比例条件下对应的节水效率η＝19.220％)、R＝1:2(该比例条件下对应的节水效率η＝15.877％)或R＝2:1(该比例条件下对应的节水效率η＝15.181％)；当混合生物粉由芦荟粉与海带粉组合时，芦荟粉与果胶粉比例R可设置为R＝2:1(该比例条件下对应的节水效率η＝17.688％)、R＝1:2(该比例条件下对应的节水效率η＝17.549％)或R＝1:1(该比例条件下对应的节水效率η＝17.131％)；当混合生物粉由抗旱宝与果胶粉组合时，抗旱宝与果胶粉比例R可设置为R＝2:1(该比例条件下对应的节水效率η＝13.788％)、R＝1:1(该比例条件下对应的节水效率η＝11.421％)或R＝1:2(该比例条件下对应的节水效率η＝9.749％)；当混合生物粉由芦荟粉与抗旱宝组合时，芦荟粉与抗旱宝比例R可设置为R＝2:1(该比例条件下对应的节水效率η＝12.813％)、R＝3:1(该比例条件下对应的节水效率η＝12.674％)或R＝1:2(该比例条件下对应的节水效率η＝12.396％)；当混合生物粉由芦荟粉与榆木粉组合时，芦荟粉与榆木粉比例R可设置为R＝1:2(该比例条件下对应的节水效率η＝11.699％)、R＝2:1(该比例条件下对应的节水效率η＝11.142％)或R＝1:1(该比例条件下对应的节水效率η＝10.028％)；当混合生物粉由榆木粉与果胶粉组合时，榆木粉与果胶粉比例R可设置为R＝1:1(该比例条件下对应的节水效率η＝9.889％)或R＝2:1(该比例条件下对应的节水效率η＝9.471％)。
附图说明
图1示出了本发明的一种利用混合生物粉减少土壤水分蒸发的方法实施例的流程图；
图2示出了本发明实施例中由芦荟粉与抗旱宝组成的混合生物粉在不同比例混合条件下土壤水分累积蒸发量随时间变化示意图；
图3示出了本发明实施例中由芦荟粉与海带粉组成的混合生物粉在不同比例混合条件下土壤水分累积蒸发量随时间变化示意图；
图4示出了本发明实施例中由芦荟粉与果胶粉组成的混合生物粉在不同比例混合条件下土壤水分累积蒸发量随时间变化示意图；
图5示出了本发明实施例中由芦荟粉与榆木粉组成的混合生物粉在不同比例混合条件下土壤水分累积蒸发量随时间变化示意图；
图6示出了本发明实施例中由海带粉与果胶粉组成的混合生物粉在不同比例混合条件下土壤水分累积蒸发量随时间变化示意图；
图7示出了本发明实施例中由海带粉与榆木粉组成的混合生物粉在不同比例混合条件下土壤水分累积蒸发量随时间变化示意图；
图8示出了本发明实施例中由海带粉与抗旱宝组成的混合生物粉在不同比例混合条件下土壤水分累积蒸发量随时间变化示意图；
图9示出了本发明实施例中由抗旱宝与果胶粉组成的混合生物粉在不同比例混合条件下土壤水分累积蒸发量随时间变化示意图；
图10示出了本发明实施例中由抗旱宝与榆木粉组成的混合生物粉在不同比例混合条件下土壤水分累积蒸发量随时间变化示意图；
图11示出了本发明实施例中由榆木粉与果胶粉组成的混合生物粉在不同比例混合条件下土壤水分累积蒸发量随时间变化示意图；
图12示出了本发明实施例中由芦荟粉与抗旱宝组成的混合生物粉在不同比例混合条件下节水效率示意图；
图13示出了本发明实施例中由芦荟粉与海带粉组成的混合生物粉在不同比例混合条件下节水效率示意图；
图14示出了本发明实施例中由芦荟粉与果胶粉组成的混合生物粉在不同比例混合条件下节水效率示意图；
图15示出了本发明实施例中由芦荟粉与榆木粉组成的混合生物粉在不同比例混合条件下节水效率示意图；
图16示出了本发明实施例中由海带粉与果胶粉组成的混合生物粉在不同比例混合条件下节水效率示意图；
图17示出了本发明实施例中由海带粉与榆木粉组成的混合生物粉在不同比例混合条件下节水效率示意图；
图18示出了本发明实施例中由海带粉与抗旱宝组成的混合生物粉在不同比例混合条件下节水效率示意图；
图19示出了本发明实施例中由抗旱宝与果胶粉组成的混合生物粉在不同比例混合条件下节水效率示意图；
图20示出了本发明实施例中由抗旱宝与榆木粉组成的混合生物粉在不同比例混合条件下节水效率示意图；
图21示出了本发明实施例中由榆木粉与果胶粉组成的混合生物粉在不同比例混合条件下节水效率示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
第一方面，本发明提供了一种混合生物粉，所述混合生物粉至少包括抗旱宝、芦荟粉、海带粉、果胶粉以及榆木粉中的任意两种，所述混合生物粉应用于降低土壤中水分的蒸发；
具体实施时，可根据具体需要混合成不同比例、不同组分的混合生物粉，即该混合生物粉包括两种生物粉或两种以上的生物粉，且比例可根据实际需求进行调整。
优选地，当所述混合生物粉包括两种生物粉时，所述混合生物粉中两种混合生物粉的比例为3：1～1：3；其中，所述混合生物粉包括芦荟粉-抗旱宝、芦荟粉-果胶粉、芦荟粉-榆木粉、海带粉-榆木粉、抗旱宝-果胶粉、榆木粉-果胶粉中的任一种。
优选地，当所述混合生物粉为芦荟粉-抗旱宝时，芦荟粉与抗旱宝的比例为3:1～1:2；
当所述混合生物粉为芦荟粉-果胶粉时，芦荟粉与果胶粉的比例为2:1～1:2；
当所述混合生物粉为芦荟粉-榆木粉时，芦荟粉与榆木粉的比例为2:1～1:2；
当所述混合生物粉为海带粉-榆木粉时，海带粉与榆木粉的比例为2:1～1:2；
当所述混合生物粉为抗旱宝-果胶粉时，抗旱宝与果胶粉的比例为2:1～1:2；
当所述混合生物粉为榆木粉-果胶粉时，榆木粉与果胶粉的比例为2:1～1:1。
优选地，所述混合生物粉包括多糖、植物纤维；其中，所述多糖具有增稠性，将牛顿液态水转化成非牛顿液态水；所述植物纤维具有稳定性，所述非牛顿液态水具有较强的蒸发阻力。
此外，本发明提供的混合生物粉包含胶体，该胶体与水结合，形成具有较强蒸发阻力的非牛顿液态水，以达到减少土壤水分蒸发的目的；并且，该胶体为有机物，可被土壤微生物分解，避免对土壤造成污染。
优选地，所述混合生物粉被土壤微生物分解为水分子和有机质；
所述水分子为土壤和农作物提供水分，所述有机质作为农作物生长所需的营养原料。
第二方面，本发明实施例提供了一种减少土壤水分蒸发的方法，采用上述第一方面所述的混合生物粉，如图1所示，所述方法包括：
步骤1(S101)，将混合生物粉混入表层土壤中，得到包含混合生物粉的土壤；
具体实施时，可分为两种应用场景。第一种为：试验场景，按照本发明所述的表4中所述的比例梯度，将若干量的混合生物粉与风干土壤均匀混合，得到不同比例梯度的试验土壤。
第二种为：农业生产节水场景，在播种前，按照本发明所述表4所述最佳节水效率对应的比例，向耕作土壤表层施撒45公斤的混合生物粉(即表层10cm土壤中混合生物粉的含量为0.05％)。
步骤2(S102)，对所述包含混合生物粉的土壤进行预处理，配置成待蒸发的非饱和土壤。
具体实施时，可分为两种应用场景，分别对应于上述步骤1中的第一种和第二种。对应第一种的应用场景，其操作过程为：然后将若干量的自来水加入上述添加了抗旱试剂(混合生物粉)的风干土壤，配置成一定含水率的待蒸发试验土壤。对应第二种的应用场景，其操作过程为：对施撒混合生物粉的耕地土壤进行机耕，经过机耕之后，然后对施撒了抗旱试剂(混合生物粉)后的土壤进行灌溉，对于降雨量丰富的地区则无需或者少量灌溉。
本发明实施例中，优选地，所述表层土壤的厚度为5cm～20cm；在所述步骤S101中，所述表层土壤的容重为1g/cm3～2g/cm3；所述混合生物粉占所述表层土壤的质量比为0.01％～0.1％。其中，质量比为0.01％～0.1％所对应的应用场景为上述第一种应用场景；当应用场景为上述第二种农业生产场景时，最优的质量比范围为0.05％，通过试验可知，在该浓度下，混合生物粉按照表4中的较佳比例进行配置，具有较高的节水效率，并且在农业生产中，混合生物粉的施加量按照10厘米的表层土壤计算。
本发明实施例中，另一方面，当应用场景为农业节水，所述表层土壤位于耕地土壤的表层，所述减少土壤水分蒸发的方法还包括：
步骤1(S201)，计算施加量：根据本发明所述的最佳节水效率对应的浓度计算施加量；
其中，所述混合生物粉的用量计算方法为：
混合生物粉的用量＝表层土壤的表面积×表层土壤的厚度×表层土壤的容重×质量比；具体实施时，在农业生产中，混合生物粉的施加量按照表层10厘米计算，例如，耕地土壤容重为1.35×103t/m3,给表层10cm土壤施撒0.05％的混合生物粉，每公顷仅需混合生物粉的量为：104m2×0.1m×1.35×103t/m3×0.05％＝0.675t。
步骤2(S202)，机耕混合：在播种期按照步骤1计算的添加量向耕地施撒混合生物粉，然后采用机耕对混合生物粉与表层土壤进行混合，机耕的作用一方面使混合生物粉与土壤充分混合，另一方面是方便撒种，最后还有疏松土壤，增加土壤孔隙率提高土壤蓄水能力的作用；
步骤3(S203)，播种后灌水(针对北方地区)，或者不灌水/少量灌水(针对南方地区)。
本发明实施例中，优选地，在所述步骤S102中，所述预处理为：根据预设的含水率，向所述包含混合生物粉的土壤加入一定量的水，配置成待蒸发的非饱和土壤；其中，所述非饱和土壤的初始含水率介于土壤滞留含水率和饱和含水率之间；
具体实施时，初始含水率的取值区间可为0.06～0.5，也可根据土壤的不同进行不同的取值，取值的依据为：大于所述滞留含水率，且小于所述饱和含水率；其中，所述滞留含水率也称为凋萎系数，也就是植物产生永久凋菱时土壤的含水量，即植物可利用的土壤水量(有效水)的下限；所述饱和含水率也称为饱和含水量(全持水量)，也就是土壤所有孔隙全部充满水分时的土壤含水量。
本发明实施例中，优选地，所述水属于牛顿液态水，所述混合生物粉将牛顿液态水转化成非牛顿液态水。
其中，加入的所述水为牛顿液态水，牛顿液态水在混合生物粉的作用下转化成非牛顿液态水，该非牛顿液态水具有较强的蒸发阻力，以防止土壤中的水分蒸发。并且，形成的非牛顿液体中的水分子也能被植物根系分别吸收，非牛顿液体中的混合生物粉在分解后也会被植物根系吸收。
本发明实施例提供的方法具有以下优点：
(1)用料广：①海带原材料丰富：海藻是海洋水产资源的重要组成部分，海藻门褐子纲海带目海带科海带属的海带是产量最高的海藻，而我国的海带产量又位居世界首位中国海藻资源十分丰富。②芦荟原材料丰富：芦荟分布几乎遍及世界各地，在印度和马来西亚一带、非洲大陆和热带地区都有野生芦荟分布。我国福建、台湾、广东、广西、四川、云南等地有栽培。芦荟的野生品种至少有300种以上，其中非洲大陆就有250种左右，马达加斯加约有40种，其余10种分布在阿拉伯等地。③果胶原材料丰富：天然果胶类物质以原果胶、果胶、果胶酸的形态广泛存在于植物的果实、根、茎、叶中。我国有300多种果树，这些过数产品残渣可用于提炼果胶。④榆木原材料丰富：榆树广泛分布于我国东北、华北、西北及西南各省区，朝鲜、前苏联、蒙古等国家和地区，分布相对较广。其被制作为家居过程中产生的榆树皮常也相对丰富。
(2)用量少：采用5～10cm厚度砂石覆盖减少土壤蒸发，假设砂石容重为2.5×103t/m3，覆盖厚度为10cm，则每公顷需104m2×0.1m×2.5×103t/m3＝2500×103t砂石。而如果采用混合生物粉，假设耕地土壤容重为1.35×103t/m3，给表层10cm土壤施撒0.05％的混合生物粉，每公顷仅需104m2×0.1m×1.35×103t/m3×0.05％＝0.675t(0.6775t远低于2500×103t)。
(3)节水效率高：海带粉与榆木粉比例为R＝1:1时节水效率为19.220％；芦荟粉与海带粉比例为R＝2:1时节水效率为17.688％；抗旱宝与果胶粉比例为R＝2:1时节水效率为13.788％；芦荟粉与抗旱宝比例为R＝2:1时节水效率为12.813％；芦荟粉与榆木粉比例为R＝1:2时节水效率为11.699％；榆木粉与果胶粉比例R＝1:1时节水效率为9.889％。
(4)无污染：海带主要含有多糖、蛋白质、纤维素、脂肪、矿物质及核酸等组成；果胶是一种酸性杂多糖，果胶分子主要由半乳糖醛酸聚糖，鼠李半乳糖醛酸聚糖I型，鼠李半乳糖醛酸聚糖II型，木糖半乳糖醛酸聚糖4种结构域单元组成；芦荟含有大量的多糖成分，芦荟中的多糖主要包括甘露糖、半乳糖、葡萄糖、植物凝血素、木糖、阿拉伯糖、葡甘聚糖与鼠李糖等30多种；榆木粉主要由植物纤维和多糖组成。这些物质在其分解后成为碳水化合物，不会对对土壤产生污染。并且，分解后的水分一方面能够少量补充土壤水分，而被土壤微生物分解后的有机质也可作为农作物生长所需的营养原料供作物生长。
(5)提高土壤肥力：首先，被土壤微生物分解后的有机质除了为农作物生长提供营养原料；第二，有机质能够改善土壤结构，防止土壤板结；第三，由于有机质具有增强土壤团聚体的功能，因而也能增强土壤保水性和通气性；第四其分解腐烂后也伴随着能量的释放，能够促进作物根系呼吸。综合混合生物粉对土壤水肥气热的影响可知，混合生物粉被分解后，具有提高土壤肥力的功能。
(6)稳定性好：由于混合生物粉包含酸性杂多糖，具有良好的增稠性及稳定性。
为使本领域技术人员更好地理解本发明，以下通过具体的实施例来说明本发明的利用混合生物粉减少土壤水分蒸发的方法，在本实施例中，采用的混合方式为两两混合。
实施例
1)试验材料和仪器
本发明的一个用实例中，试验土壤为江西省南昌市典型红壤土，实验材料以及试验仪器规格/型号见表1所示，试验土壤颗粒理化性质见表2所示。
表1试验材料和仪器
Figure BDA0002479586880000121
表2试验土壤颗粒理化性质
Figure BDA0002479586880000122
2)试验方案
在本发明的应用实例中，分别采用抗旱宝(Drought reagent,DR)、芦荟粉(AloePowder,ALP)、海带粉(Kelp Powder,KEP)、果胶粉(Pectin Powder,PEP)以及由榆树皮去掉外面角质层留下的内部纤维层制作的榆木粉(Elm Powder,ELP)等五种试剂，两两组合，每种组合设置5个浓度配比：R＝3:1、R＝2:1、R＝1:1、R＝1:2和R＝1:3，共有
Figure BDA0002479586880000131
组试验(如表4所示)，再加上一个空白对照试验，总计51组试验。
3)土样处理
混合后的添加剂按照0.05％的浓度与风干后的红壤土充分混合，试验土壤容重设置为1.35g/cm3，土壤装填高度为15cm，每一个蒸发皿装填14.313kg的混合添加剂后的试验土壤，装入直径为15cm的蒸发皿。然后对每个蒸发面添加5kg的自来水，配置成含水率为0.35的待蒸发试验土壤。其中，待蒸发试验土壤可以理解为处理后的混合生物粉土壤，所选用的抗旱宝为现有技术中的抗旱宝。
4)气象条件
本实例中，研究区位于江西省南昌工程学院，试验起止时间为2019年11月17日08:00～2019年11月22日20:00，试验期间气象指标见表3所示：
表3：2019年11月2日08:00～2019年11月17日20:00气象数据
Figure BDA0002479586880000132
备注：“*”表示“微量”，“0”表示无降水。
5)节水效率计算：
记不添加植物粉条件下的土壤水分累积蒸发量为P0(对照试验)，添加植物粉后的土壤水分累积蒸发量为Pc，节水效率为η，其计算公式如下：
Figure BDA0002479586880000141
式中，η≥0表征节水，η＜0表征不节水。本发明中各组试验的蒸发量，是通过对待蒸发试验土壤进行称重得到的，待蒸发试验土壤的重量变化值即等于水分的蒸发量。
6)应用实例结果：
在本实例中，不同添加剂不同比例混合后的土壤水分累积蒸发量随时间变化见图2～11所示，根据公式(1)计算所得节水效率如表4和图12～21所示。
表4生物粉不同组合不同比例条件下节水效率/％
Figure BDA0002479586880000142
对照组的节水效率为：
由图2可知，芦荟粉与抗旱宝五个比例(R＝ALP/DR)条件下的累积蒸发量由大小依次为：对照组>R＝1:1>R＝1:3>R＝1:2>R＝3:1>R＝2:1，即图2中各比例对应的累积蒸发量曲线从上到下依次为对照组、R＝1:1、R＝1:3、R＝1:2、R＝3:1、R＝2:1。这说明芦荟粉与抗旱宝的混合试剂对于红壤土均有着节水效果。
由图3可知，芦荟粉与海带粉五个比例条(R＝ALP/KEP)件下的累积蒸发量由大小依次为：R＝1:3>对照组>R＝3:1>R＝1:1>R＝2:1>R＝1:2，即图3中各比例对应的累积蒸发量曲线从上到下依次为R＝1:3、对照组、R＝3:1、R＝1:1、R＝2:1、R＝1:2。这说明芦荟粉与海带粉的混合试剂除了R＝1:3条件下不具有节水效果，其他四个比例条件下均具有节水效果。
由图4可知，芦荟粉与果胶粉五个比例(R＝ALP/PEP)条件下的累积蒸发量由大小依次为：对照组>R＝3:1>R＝1:3>R＝1:1>R＝1:2>R＝2:1，即图4中各比例对应的累积蒸发量曲线从上到下依次为对照组、R＝3:1、R＝1:3、R＝1:1、R＝1:2、R＝2:1。这说明芦荟粉与果胶粉的混合试剂对于红壤土均有着节水效果。
由图5可知，芦荟粉与榆木粉五个比例(R＝ALP/ELP)条件下的累积蒸发量由大小依次为：对照组>R＝3:1>R＝1:3>R＝1:1>R＝2:1>R＝1:2，即图5中各比例对应的累积蒸发量曲线从上到下依次为对照组、R＝3:1、R＝1:3、R＝1:1、R＝2:1、R＝1:2。这说明芦荟粉与抗旱宝的混合试剂对于红壤土均有着节水效果。
由图6可知，海带粉与果胶粉五个比例(R＝KEP/PEP)条件下的累积蒸发量由大小依次为：R＝3:1>对照组>R＝2:1>R＝1:1>R＝1:2>R＝1:3，即图6中各比例对应的累积蒸发量曲线从上到下依次为R＝3:1、对照组、R＝2:1、R＝1:1、R＝1:2、R＝1:3。这说明海带粉与果胶粉的混合试剂除了R＝3:1条件下不具有节水效果，其他四个比例条件下均具有节水效果。
由图7可知，海带粉与榆木粉五个比例(R＝KEP/ELP)条件下的累积蒸发量由大小依次为：对照组>R＝3:1>R＝1:3>R＝2:1>R＝1:2>R＝1:1，即图7中各比例对应的累积蒸发量曲线从上到下依次为对照组、R＝3:1、R＝1:3、R＝2:1、R＝1:2、R＝1:1。这说明海带粉与榆木粉的混合试剂对于红壤土均有着节水效果。
由图8可知，海带粉与抗旱宝五个比例(R＝KEP/DR)条件下的累积蒸发量由大小依次为：R＝3:1>R＝2:1>R＝1:3>对照组>R＝1:2>R＝1:1，即图8中各比例对应的累积蒸发量曲线从上到下依次为R＝3:1、R＝2:1、R＝1:3、对照组、R＝1:2、R＝1:1。这说明海带粉与抗旱宝的混合试剂除了R＝1:1和R＝1:2对于红壤土有着节水效果，其他三种比例条件下均不具有节水效果。
由图9可知，抗旱宝与果胶混合五个比例(R＝DR/PEP)条件下的累积蒸发量由大小依次为：对照组>R＝1:3>R＝3:1>R＝1:2>R＝1:1>R＝2:1，即图9中各比例对应的累积蒸发量曲线从上到下依次为对照组、R＝1:3、R＝3:1、R＝1:2、R＝1:1、R＝2:1。这说明芦荟粉与抗旱宝的混合试剂对于红壤土均有着节水效果。
由图10可知，抗旱宝与榆木粉五个比例(R＝DR/ELP)条件下的累积蒸发量由大小依次为：R＝1:3>R＝3:1>R＝1:2>对照组>R＝2:1>R＝1:1，即图10中各比例对应的累积蒸发量曲线从上到下依次为R＝1:3、R＝3:1、R＝1:2、对照组、R＝2:1、R＝1:1。这说明抗旱宝与榆木粉的混合试剂除了R＝1:1和R＝2:1对于红壤土均有微弱的节水效果，其他三种比例条件下均不具有节水效果。
由图11可知，榆木粉与果胶粉五个比例(R＝ELP/PEP)条件下的累积蒸发量由大小依次为：对照组>R＝1:3>R＝3:1>R＝1:2>R＝2:1>R＝1:1，即图2中各比例对应的累积蒸发量曲线从上到下依次为对照组、R＝1:3、R＝3:1、R＝1:2、R＝2:1、R＝1:1。这说明榆木粉与果胶粉的混合试剂对于红壤土均有着节水效果。
由表4第2行和图12可知，芦荟粉与抗旱宝五个比例(R＝ALP/DR)条件下的节水效率大小依次为:
η＝12.813％(R＝2:1)>η＝12.674％(R＝3:1)>η＝12.396％(R＝1:2)>η＝10.306％(R＝1:3)>η＝6.546％(R＝1:1)，平均节水效率为10.947％。整体上芦荟粉与抗旱宝比例(R＝ALP/DR)在R＝2:1、R＝3:1和R＝1:2时有着较好的节水效果，且相差不大，R＝2:1时节水效果最好，η＝12.813％。
由表4第3行和图13可知，芦荟粉与海带粉五个比例(R＝ALP/KEP)条件下的节水效率大小依次为:
η＝5.989％(R＝1:2)>η＝4.596％(R＝2:1)>η＝12.396％(R＝1:1)>η＝2.925％(R＝3:1)>η＝-2.228％(R＝1:3)，平均节水效率为3.120％。除了R＝1:3不具有节水效果外，芦荟粉与海带粉比例(R＝ALP/DR)在R＝1:2、R＝2:1、R＝1:1和R＝3:1时有一定的节水效果，但节水效率较低。
由表4第4行和图14可知，芦荟粉与果胶粉五个比例(R＝ALP/PEP)条件下的节水效率大小依次为:
η＝17.688％(R＝2:1)>η＝17.549％(R＝1:2)>η＝17.131％(R＝1:1)>η＝13.092％(R＝1:3)>η＝11.978％(R＝3:1)，平均节水效率为15.487％。芦荟粉与果胶粉在5种比例条件下整体上有着较好的节水效果，尤其在R＝2:1、R＝1:1和R＝1:2时有着显著的节水效果。
由表4第5行和图15可知，芦荟粉与榆木粉五个比例(R＝ALP/ELP)条件下的节水效率大小依次为:
η＝11.699％(R＝1:2)>η＝11.142％(R＝2:1)>η＝10.028％(R＝1:1)>η＝7.242％(R＝1:3)>η＝3.343％(R＝3:1)，其平均节水效率为8.691％。芦荟粉与榆木粉比例在R＝1:2、R＝2:1和R＝1:1时有着较高的节水效果。
由表4第6行和图16可知，海带粉与果胶粉五个比例(R＝KEP/PEP)条件下的节水效率大小依次为:
η＝5.989％(R＝1:3)>η＝5.850％(R＝1:2)>η＝4.735％(R＝1:1)>η＝2.228％(R＝2:1)>η＝-2.646％(R＝1:1)，表现出随着果胶粉比例增大节水效率增高的趋势，其平均节水效率为3.231％。海带粉与果胶粉混合试剂除了在，R＝3:1时不具有节水效果，其他四个比例条件R:1:3、R＝1:2、R:1:1和R＝2:1均有着节水效果，但整体上节水效率不高。
由表4第7行和图17可知，海带粉与榆木粉五个比例(R＝KEP/ELP)条件下的节水效率大小依次为:
η＝19.220％(R＝1:1)>η＝15.877％(R＝1:2)>η＝15.181％(R＝2:1)>η＝11.142％(R＝3:1)>η＝7.382％(R＝1:3)，其平均节水效率为13.760％。整体上海带粉与榆木粉在五个比例条件下均有着显著的节水效果，尤其在R＝1:1时节水效果最好，达到η＝19.220％。
由表4第8行和图18可知，对于海带粉与抗旱宝五个比例(R＝KEP/DR)条件下的节水效率大小依次为:
η＝4.875％(R＝1:1)>η＝2.089％(R＝1:2)>η＝-0.836％(R＝2:1)>η＝-1.811％(R＝1:3)>η＝-4.596％(R＝3:1)，其平均节水效率为-0.056％。海带粉与抗旱宝比例在R＝1:1、R＝1:2时有着较小的节水效率，其他三个比例条件下节水效率为负值，不具备节水的功能。
由表4第9行和图19可知，抗旱宝与果胶粉五个比例(R＝DR/PEP)条件下的节水效率大小依次为:η＝13.788％(R＝2:1)>η＝11.421％(R＝1:1)>η＝9.749％(R＝1:2)>η＝7.660％(R＝3:1)>η＝6.128％(R＝1:3)，其平均节水效率为9.749％。整体上抗旱宝与果胶粉在五个比例条件下有着相对较好的节水效果，尤其在R＝2:1时节水效果最好，节水效率达到η＝13.788％。
由表4第10行和图20可知，抗旱宝与榆木粉五个比例(R＝DR/ELP)条件下的节水效率大小依次为:η＝1.532％(R＝1:1)>η＝0.045％(R＝2:1)>η＝-1.114％(R＝1:2)>η＝-3.621％(R＝3:1)>η＝-3.760％(R＝1:3)，其平均节水效率为-1.384％。抗旱宝与榆木粉除了在R＝1:1和R＝2:1时有着微弱的节水效率，其它三个比例条件下的节水效率均为负值，整体上抗旱宝与榆木粉组合不具有节水功能。
由表4第11行和图21可知，榆木粉与果胶粉五个比例(R＝ELP/PEP)条件下的节水效率大小依次为:
η＝9.889％(R＝1:1)>η＝9.471％(R＝2:1)>η＝6.267％(R＝1:2)>η＝2.089％(R＝1:3)>η＝2.952％(R＝3:1)，其平均节水效率为6.128％。榆木粉与果胶粉比例在R＝1:1、R＝2:1和R＝1:2时有着相对较好的节水效果，其它三个比例条件下也具有节水效率，但节水效率较低。
综上实施例可知，对比表4中10种组合方式的不同比例节水效率，当混合生物粉由海带粉与榆木粉组合时，海带粉与榆木粉比例R＝KEP/ELP应设置为R＝1:1(该比例条件下对应的节水效率η＝19.220％)、R＝1:2(该比例条件下对应的节水效率η＝15.877％)或R＝2:1(该比例条件下对应的节水效率η＝15.181％)；当混合生物粉由芦荟粉与海带粉组合时，芦荟粉与果胶粉比例R＝ALP/PEP应设置为R＝2:1(该比例条件下对应的节水效率η＝17.688％)、R＝1:2(该比例条件下对应的节水效率η＝17.549％)或R＝1:1(该比例条件下对应的节水效率η＝17.131％)；当混合生物粉由抗旱宝与果胶粉组合时，抗旱宝与果胶粉比例R＝DR/PEP应设置为R＝2:1(该比例条件下对应的节水效率η＝13.788％)、R＝1:1(该比例条件下对应的节水效率η＝11.421％)或R＝1:2(该比例条件下对应的节水效率η＝9.749％)；当混合生物粉由芦荟粉与抗旱宝组合时，芦荟粉与抗旱宝比例R＝ALP/DR应设置为R＝2:1(该比例条件下对应的节水效率η＝12.813％)、R＝3:1(该比例条件下对应的节水效率η＝12.674％)或R＝1:2(该比例条件下对应的节水效率η＝12.396％)；当混合生物粉由芦荟粉与榆木粉组合时，芦荟粉与榆木粉比例R＝ALP/ELP应设置为R＝1:2(该比例条件下对应的节水效率η＝11.699％)、R＝2:1(该比例条件下对应的节水效率η＝11.142％)或R＝1:1(该比例条件下对应的节水效率η＝10.028％)；当混合生物粉由榆木粉与果胶粉组合时，榆木粉与果胶粉比例R＝ELP/PEP应设置为R＝1:1(该比例条件下对应的节水效率η＝9.889％)或R＝2:1(该比例条件下对应的节水效率η＝9.471％)。
本发明的发明核心为：1、按照不同浓度梯度称量若干克抗旱试剂(生物粉)，然后混合，混合均匀后，再根据设定的含水率添加一定量的自来水，配置成待蒸发的非饱和土壤，其中抗旱试剂的浓度取值为本发明的核心；2、采用具有凝胶作用的可降解的生物粉，与耕地土壤中的水分子结合，形成蒸发阻力较强的非牛顿液态水，以达到节约水资源的目的，并且本发明中提供的生物粉可以实现用量少且节水效率高的效果，因此本发明提供的方法可以广泛地应用到农业耕种中，具有可观地经济性。
本发明的原理为：当添加抗旱试剂(混合生物粉)后，土壤中的水分子与生物粉颗粒发生反应，将原本的牛顿液态水转化为非牛顿液态水，由于这种非牛顿液态水的粘度较牛顿液态水的粘度大，其在蒸发作用下从土壤中逃逸出来的阻力也相对较大，因而相同蒸发条件下添加了抗旱试剂(混合生物粉)的土壤蒸发量也较小，从而达到减少水分蒸发的目的。
对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和部件并不一定是本发明所必须的。
以上对本发明所提供的一种混合生物粉及减少土壤水分蒸发的方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种混合生物粉，其特征在于，所述混合生物粉至少包括抗旱宝、芦荟粉、海带粉、果胶粉以及榆木粉中的任意两种，所述混合生物粉应用于降低土壤中水分的蒸发。
2.根据权利要求1所述的混合生物粉，其特征在于，当所述混合生物粉包括两种生物粉时，所述混合生物粉中两种混合生物粉的比例为3：1～1：3；其中，所述混合生物粉包括芦荟粉-抗旱宝、芦荟粉-果胶粉、芦荟粉-榆木粉、海带粉-榆木粉、抗旱宝-果胶粉、榆木粉-果胶粉中的任一种。
3.根据权利要求2所述的混合生物粉，其特征在于，当所述混合生物粉为芦荟粉-抗旱宝时，芦荟粉与抗旱宝的比例为3:1～1:2；
当所述混合生物粉为芦荟粉-果胶粉时，芦荟粉与果胶粉的比例为2:1～1:2；
当所述混合生物粉为芦荟粉-榆木粉时，芦荟粉与榆木粉的比例为2:1～1:2；
当所述混合生物粉为海带粉-榆木粉时，海带粉与榆木粉的比例为2:1～1:2；
当所述混合生物粉为抗旱宝-果胶粉时，抗旱宝与果胶粉的比例为2:1～1:2；
当所述混合生物粉为榆木粉-果胶粉时，榆木粉与果胶粉的比例为2:1～1:1。
4.根据权利要求1所述的混合生物粉，其特征在于，所述混合生物粉包括多糖、植物纤维；其中，所述多糖具有增稠性，将牛顿液态水转化成非牛顿液态水；所述植物纤维具有稳定性，所述非牛顿液态水具有较强的蒸发阻力。
5.根据权利要求1所述的混合生物粉，其特征在于，所述混合生物粉被土壤微生物分解为水分子和有机质；
所述水分子为土壤和农作物提供水分，所述有机质作为农作物生长所需的营养原料。
6.一种减少土壤水分蒸发的方法，其特征在于，采用上述权利要求1-5任一所述的混合生物粉，所述方法包括：
步骤1，将混合生物粉混入表层土壤中，得到包含混合生物粉的土壤；
步骤2，对所述包含混合生物粉的土壤进行预处理，配置成待蒸发的非饱和土壤。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述表层土壤的容重为1g/cm3～2g/cm3；所述混合生物粉占所述表层土壤的质量比为0.01％～0.1％。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述表层土壤为耕地土壤的表层，所述减少土壤水分蒸发的方法还包括：
计算混合生物粉的施加量；
按照计算的施加量，向耕地土壤施撒混合生物粉，采用机耕的方式将果胶粉与表层土壤进行混合；
其中，所述混合生物粉的用量计算方法为：
混合生物粉的用量＝表层土壤的表面积×表层土壤的厚度×表层土壤的容重×质量比。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述预处理为：根据预设的含水率，向所述包含混合生物粉的土壤加入一定量的水，配置成待蒸发的非饱和土壤；
其中，所述非饱和土壤的初始含水率介于土壤滞留含水率和饱和含水率之间。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述水属于牛顿液态水，所述混合生物粉将所述牛顿液态水转化成非牛顿液态水。
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