利用生物化学材料与经济作物种植相结合改良荒漠化土地的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用生物化学材料与经济作物种植相结合改良荒漠化土地的方法，包括（1）生物化学土地改良材料的制备：将混合土、改性纤维素、植物秸秆粉末、腐熟的动物粪便混合均匀，即得荒漠化土地改良材料；（2）经济作物的种植：先在荒漠化土地表面撒入肥料，再将上述制备的荒漠化土地改良材料铺在地面，用旋耕机旋耕后在播种经济作物的种子，灌溉，使土壤保持湿润以保证种子发芽、出苗、生长。本发明专利技术在甘肃兰州、酒泉、张掖、敦煌，新疆哈密等地实施后，可以有效防止水肥渗漏，浇水施肥次数和用量明显下降，水肥利用率提高25～52%，且土壤有机质、微生物种类和数量显著增加，土壤生态功能明显提高。

The method of improving desertification land by combining biochemical materials with cash crop planting

【技术实现步骤摘要】
利用生物化学材料与经济作物种植相结合改良荒漠化土地的方法
本专利技术涉及一种改良荒漠化土地的方法，尤其涉及一种利用生物化学材料与经济作物种植相结合改良荒漠化土地的方法，属于水土保持领域和农业种植领域。
技术介绍
荒漠化的定义由“荒漠化公约”（UNCCD）提出：在脆弱环境（干旱、半干旱和亚湿润干旱地区）主要因过度人类活动和气候变化引起的土地退化。土壤侵蚀退化的诱因是流体（例如风或水）拖曳与土壤颗粒间抗剪切力之间的相互作用。而水侵蚀引起的水土流失是全球土壤侵蚀的最大来源。荒漠化是全球最为严峻的环境和社会经济问题，主要威胁着农业和经济的可持续发展，其中，沙漠化是荒漠化的主要类型，因此土地荒漠化的防治是重中之重。在荒漠化防治过程中，逐渐形成了生物、工程和化学三种主要防治方式。然而，采用工程方法在成本、时效性和施工等方面具有诸多局限，而使用高分子材料的化学方式由于具有施工简便、成本低、见效快等优点。因此，将化学-生物手段相结合，不仅可迅速改良荒漠化土地，还可为植物生长创造良好的水土条件，对于沙化土地的治理、农作物种植、生态环境改善有及其重大而深远的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种利用生物化学材料与经济作物种植相结合改良荒漠化土地的方法，可以有效防止水肥渗漏，提高土地水肥利用率，土壤有机质、微生物种类和数量，从而提高土壤生态功能。（1）生物化学土地改良材料的制备将混合土、改性纤维素、植物秸秆粉末、腐熟的动物粪便混合均匀，即得荒漠化土地改良材料。改性纤维素的制备，是在浓硫酸催化作用下，纤维素与含多亲水基团化合物在70~140℃，反应2.5~12时间而得；其中，纤维素为羧甲基纤维素钠、羟甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素和乙基纤维素中的至少一种；含多亲水基团化合物为多元羟基化合物（如乙二醇、丙三醇、聚乙二醇）或多元羧基化合物（草酸、柠檬酸、苹果酸、腐殖酸、氨基酸），且纤维素与含多亲水基团化合物的摩尔比在1:1~1:8的范围内；浓硫酸的用量为纤维素质量的2~10%。纤维素和多元羟基化合物的反应方程式如下：纤维素和多元羧基化合物的反应方程式如下：纤维素作为一种天然高分子材料，和含多亲水基团的化合物反应，生成的改性纤维素具有很强的粘聚作用，不仅能防止水土流失、较好的抑制土壤水分蒸发性能，而且具有保水、保肥、增产等效用。改性纤维素用量为混合土质量的0.05~2wt%。另外，纤维素具有来源广泛、可再生、生物可降解、无毒无害等优点，避免了对土壤的二次污染。混合土为黏土（红土、蒙脱土、高岭土、凹凸棒黏土）和黄土的混合物，且黏土与黄土的质量比1:1~1:5。混合土的作用是为沙地增加各种植物生长所需的微量元素及矿物质。植物秸秆粉末的主要作用是引进微生物并促进微生物的繁殖。植物秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆、棉花秸秆、高粱秸秆中的一种，植物秸秆粉末用量为混合土质量的3~15wt%。动物粪便在60~70℃的高温厌氧环境下腐熟后分解快，有利于植物吸收，同时有害虫卵、杂草种子大部分会死亡。腐熟的动物粪便的主要功效是增加土壤有机质及N、P元素的含量。腐熟的动物粪便用量为混合土质量的5~25wt%。混合土、植物秸秆粉末和腐熟的动物粪便不但可降低沙地改良材料的生产成本，而且可以为植物生长提供必需的营养物质。（2）经济作物的种植先在荒漠化土地表面撒入肥料，再将上述制备的荒漠化土地改良材料铺在地面，用旋耕机旋耕后在播种经济作物的种子，灌溉，使土壤保持湿润以保证种子发芽、出苗、生长，并根据不同植物种类在不同时期使用黄腐酸钾。黄腐酸钾具有降低作物蒸腾量，促进根系发育，提高作物抗旱、抗病能力等优点。经济作物可以为豆科固氮植物、非豆科固氮植物、壳类谷物和蔬菜作物中的至少一种。作物的播种可以是撒播，栽种，也可以按40~60cm的距离条播。种子发芽、出苗后，根据具体天气状况及生长季节需要，酌情浇水30~200mm。本专利技术制备的荒漠化土地改良材料实施在甘肃兰州、酒泉、张掖、敦煌，新疆哈密等地后，可以有效防止水肥渗漏，持水持肥效果显著，浇水施肥次数和用量明显减少，水肥利用率提高25~52%，且土壤有机质、微生物种类和数量显著增加，土壤生态功能明显提高，同时，作物蒸腾量下降、根系变长、抗病能力提高，植物得到了更好的生长环境。在改良荒漠化土地的同时带动当地经济发展。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术的改良荒漠化土地的方法作进一步说明。实施例1、改性纤维素和豆科固氮植物对荒漠化土地的改良（1）在浓硫酸催化下，羧甲基纤维素钠和丙三醇以1:3的摩尔比在140℃下反应12h，得到羟基化羧甲基纤维素钠；再将羟基化羧甲基纤维素钠（混合土的0.5wt%）与混合土（红土与黄土质量比为1:2），小麦秸秆粉末（混合土的5wt%），在70℃的高温厌氧环境下腐熟的羊粪（混合土10wt%）混合并搅拌混匀，即得荒漠化土地改良材料；（2）在需要改良的土地表面撒入磷酸二胺12kg/亩，再将荒漠化土地改良材料铺在地面，用旋耕机旋耕。在旋耕后的地面撒播豆科植物的种子，灌溉，使土壤保持湿润以保证种子发芽、出苗、生长，在果实生长期喷洒黄腐酸钾和多菌灵的混合液，以防叶斑病的发生。种子发芽、出苗后，在初花期刈割并翻埋，并根据具体天气状况及生长季节需要酌情浇水。该方法在甘肃张掖地区实施一年后，防止水肥渗漏、持水持肥效果显著，叶斑病的发病率明显下降且效果优于单独使用多菌灵，水肥有效利用率提高约43%以上；2年后土壤有机质，微生物数量、种类显著增加。具体见表1：实施例2、改性纤维素和非豆科固氮植物对荒漠化土地的改良（1）在浓硫酸催化下，羟甲基纤维素钠和草酸以1:5的摩尔比在110℃下反应2.5h，得到羧基化羟甲基纤维素钠；再将羧基化羟甲基纤维素钠（混合土的0.8wt%）与混合土（凹凸棒土与黄土质量比为1:2），玉米秸秆粉末（混合土的8wt%）、在65℃的高温厌氧环境下腐熟的猪粪（混合土的18wt%）混合，并搅拌混匀，即得荒漠化土地改良材料；（2）在1.5m×1.5m的树穴中放入根瘤菌剂，按撒入10kg/亩在树穴中撒入磷酸二胺，将荒漠化土地改良材料铺在树穴中，栽种桤木和沙棘幼苗，埋土，灌溉，使土壤保持湿润以保证树苗生根、生长，在植物越冬期喷洒1200倍黄腐酸钾液。树苗栽种后，根据具体天气状况及生长季节需要酌情浇水。该方法在新疆哈密地区实施一年后，防止水肥渗漏、持水持肥效果显著，叶片衰老推迟、绿叶数保持多，水肥有效利用率提高约40%以上；2年后土壤有机质，微生物数量、种类显著增加。桤木生长迅速，固沙保土效果优异。具体见表2：实施例3、改性纤维素和壳类谷物对荒漠化土地的改良（1）在浓硫酸催化下，羟丙基纤维素和聚乙二醇以1:2的摩尔比在140℃下反应4h，得到羟基化羟丙基纤维素；再将羟基化羟丙基纤维素（混合土的1.5wt%），混合土（蒙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.利用生物化学材料与经济作物种植相结合改良荒漠化土地的方法，包括以下内容：/n（1）生物化学土地改良材料的制备：将混合土、改性纤维素、植物秸秆粉末、腐熟的动物粪便混合均匀，即得荒漠化土地改良材料；/n（2）经济作物的种植：先在荒漠化土地表面撒入肥料，再将上述制备的荒漠化土地改良材料铺在地面，用旋耕机旋耕后在播种经济作物的种子，灌溉，使土壤保持湿润以保证种子发芽、出苗、生长，并根据不同植物种类在不同时期使用黄腐酸钾。/n

【技术特征摘要】
1.利用生物化学材料与经济作物种植相结合改良荒漠化土地的方法，包括以下内容：
（1）生物化学土地改良材料的制备：将混合土、改性纤维素、植物秸秆粉末、腐熟的动物粪便混合均匀，即得荒漠化土地改良材料；
（2）经济作物的种植：先在荒漠化土地表面撒入肥料，再将上述制备的荒漠化土地改良材料铺在地面，用旋耕机旋耕后在播种经济作物的种子，灌溉，使土壤保持湿润以保证种子发芽、出苗、生长，并根据不同植物种类在不同时期使用黄腐酸钾。


2.如权利要求1所述利用生物化学材料与经济作物种植相结合改良荒漠化土地的方法，其特征在于：步骤（1）中改性纤维素的制备，是在浓硫酸催化作用下，纤维素与含多亲水基团化合物以1:1~1:8的摩尔比在70~140℃反应2.5~12时间而得。


3.如权利要求2所述利用生物化学材料与经济作物种植相结合改良荒漠化土地的方法，其特征在于：所述纤维素为羧甲基纤维素钠、羟甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素和乙基纤维素中的至少一种；含多亲水基团化合物为多元羟基化合物或多元羧基化合物。


4.如权利要求1所述利用生物化学材料与经济作物种植相结合改良...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷自强，程莎，熊红冉，李新雪，刘晓梅，叶喜娥，仇雪雁，杨尧霞，
申请(专利权)人：西北师范大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62