一种用于沙漠戈壁地区的土壤调理剂及其应用方法

摘要

本发明公开一种用于沙漠戈壁地区的土壤调理颗粒剂，每个颗粒由外向内包括吸水层、肥料层、复合菌层和固沙层的重量比为1:3‑5:1:2‑4；固沙层的原料按重量百分比包括改性沙蒿胶13‑23％、高吸水树脂75‑85％、粘合剂2％；改性沙蒿胶是将羧甲基沙蒿胶、有机硅偶联剂搅拌后制得，有机硅偶联剂重量占羧甲基沙蒿胶的1‑2.5％；肥料层的原料至少包括复合菌养料、植物肥料中一种，还包括粘合剂；复合菌层的原料包括复合菌粉和粘合剂。通过设置多层颗粒状结构，使肥料和益生菌在土壤中均匀释放分布，沙漠土壤的改良固化按合理顺序进行；采用合理的使用方法，营造了最适宜微生物生长、肥力分布以及后续植物生长的土壤环境，起到非常好的固沙保水效果；用量少，所需灌溉水少。

权利要求

1.一种用于沙漠戈壁地区的土壤调理剂，其特征在于，为片形、颗粒或球形，且每个片形、颗粒形或球形的土壤调理剂由外向内包括吸水层、肥料层、复合菌层和固沙层的重量比为1:3-5:1:2-4；所述固沙层的原料按重量百分比包括改性沙蒿胶13-23％、高吸水树脂75-

85％、粘合剂2％；

所述改性沙蒿胶是将羧甲基沙蒿胶、有机硅偶联剂搅拌后制得，所述有机硅偶联剂重量占羧甲基沙蒿胶的1-2.5％；

所述肥料层的原料包括复合菌养料、植物肥料、粘合剂，其中复合菌养料、植物肥料的重量比为1:0.8-1.5；

所述复合菌层的原料包括复合菌粉和粘合剂；

所述吸水层的原料包括高吸水树脂和粘合剂。

2.根据权利要求1所述的用于沙漠戈壁地区的土壤调理剂，其特征在于，每个片形、颗粒形或球形的土壤调理剂的吸水层、肥料层、复合菌层和固沙层的重量比为1:4:1:3。

3.根据权利要求1或2所述的用于沙漠戈壁地区的土壤调理剂，其特征在于，所述固沙层的原料按重量百分比包括改性沙蒿胶17％、高吸水树脂81％、粘合剂2％。

4.根据权利要求1所述的用于沙漠戈壁地区的土壤调理剂，其特征在于，所述肥料层的原料中，复合菌养料、植物肥料的重量比为1:1.2。

5.根据权利要求1所述的用于沙漠戈壁地区的土壤调理剂，其特征在于，所述粘合剂包括羧甲基纤维素钠、微晶纤维素。

6.根据权利要求1、2、4或5所述的用于沙漠戈壁地区的土壤调理剂，其特征在于，所述吸水层的外部喷涂有水溶膜。

7.一种权利要求1所述的用于沙漠戈壁地区的土壤调理剂的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、按100-200kg/亩的用量将土壤调理剂均匀撒在沙漠土壤中，同时对土壤边搅拌边淋水，搅拌深度为35-55cm，淋水用量为8-10t/亩；

S2、经过1-1.5d后，按相同深度边搅拌边淋水，淋水用量为14-18t/亩，2d后即可播种农作物或林木。

8.根据权利要求7所述的用于沙漠戈壁地区的土壤调理剂的应用方法，其特征在于，步骤S1中，土壤调理剂的用量为175kg/亩，搅拌深度为45cm，淋水用量为9t/亩。

说明书

一种用于沙漠戈壁地区的土壤调理剂及其应用方法

技术领域

[0001] 本发明属于土壤改良领域，特别是沙漠戈壁地区的土壤改良剂。

背景技术

[0002] 中国的沙漠化土地面积巨大，遍及新疆、内蒙古、甘肃、青海、陕西等地区，土地沙漠化使我国的土地面积逐渐减少，造成土地生产力严重衰退。因此，防沙治沙成为我国所面临的最严峻和紧迫的任务之一。我国的沙漠化面积大、生态脆弱，沙漠化土壤用水量大且植物种植效果差，土壤沙漠化的防治难度很大，开发一种能改变沙漠化土壤颗粒松散，缺少团粒结构，提高保水保肥能力，提高有机质含量的土壤改良剂，对我国沙漠化土地防治非常重要。我国现有的治理沙漠化土壤的改良剂主要是采用化学试剂和天然农业废料结合制备而成。

[0003] 例如专利CN109370597A提供了一种基于淀粉的沙漠化土壤改良剂，在废弃淀粉中加入甘油、聚乙二醇和浓硫酸反应生成淀粉多元醇，再与二元有机酸按比例混匀制得。这种土壤改良剂每亩沙漠化土地需要使用700kg，使用量较大，对沙漠化土壤的治理改善效果不明显。专利CN108893122A提供了一种基于秸秆的沙漠化土壤改良剂，在秸秆粉中加入乙二醇、碳酸乙烯酯和浓硫酸反应生成秸秆多元醇，再与异氰酸酯按比例混匀制得。这种改良剂也同样需要较高使用量，对沙漠土壤治理效果不明显。又例如授权专利CN106717219B提供了一种沙漠地区盐碱地土地治理方法，通过选用由pH调节剂、无机肥、有机肥、混合菌种等制成的土壤改良剂，采用复杂的治理方式和特殊的雨水收集装置。但是这种方法非常繁琐，对土壤改良剂选择、施工方法等要求非常高，可复制性较低，治理后的土壤的农作物或林木的种植效果有限。

发明内容

[0004] 针对以上现有技术的不足，本发明提供了一种用于沙漠戈壁地区的土壤调理剂，通过将调理剂制成每个颗粒中均包含多层结构的颗粒剂，并且每层采用特定的材料按照比例压制而成，使用方法非常简单，治理后的沙漠土壤的种植效果明显改善，具体通过以下技术实现。

[0005] 一种用于沙漠戈壁地区的土壤调理剂，为片形、颗粒或球形，且每个颗粒由外向内包括吸水层、肥料层、复合菌层和固沙层的重量比为1:3-5:1:2-4；所述固沙层的原料按重量百分比包括改性沙蒿胶13-23％、高吸水树脂75-85％、粘合剂2％；

[0006] 所述改性沙蒿胶是将羧甲基沙蒿胶、有机硅偶联剂搅拌后制得，所述有机硅偶联剂重量占羧甲基沙蒿胶的1-2.5％；

[0007] 所述肥料层的原料至少包括复合菌养料、植物肥料中一种，还包括粘合剂；

[0008] 所述复合菌层的原料包括复合菌粉和粘合剂；

[0009] 所述吸水层的原料包括高吸水树脂和粘合剂。

[0010] 在使用上述土壤调理剂后，需要喷淋相对少量的水，随着水的渗透，土壤调理剂的吸水层中的高吸水树脂迅速吸水膨胀，避免水快速渗透流失，随后肥料层中的复合菌养料、植物肥料率先吸水解离、溶解，在(旋转式搅拌机)搅拌过程中逐渐均匀分布到周围的土壤中，并形成一定浓度，改善土壤肥力，营造良好的微生物生长环境；随后复合菌层也吸水解离，释放出的植物生长所需的益生菌在良好的环境中开始迅速繁殖；当肥料和复合菌已经在土壤中相对均匀分布后，再次喷淋一定量的水，最内层的固沙层也开始吸水解离，并迅速膨胀，改性沙蒿胶起到非常好的固沙结块效果，同时还与高吸水树脂联合作用，起到非常好的吸水保水效果，使土壤固结和土壤中水分持续时间显著延长，从而完成沙漠土壤的逐步调理改良。上述土壤调理剂的重点在于吸水层、肥料层、复合菌层和固沙层的顺序，如果不按照上述调节剂的各层顺序制备，则无法按照特定的时间顺序进行解离，则影响土壤固结和吸水的时机，不利于肥料的均匀分布，也不利于水分的充分保持和利用，影响益生菌的繁殖和植物生长。

[0011] 上述土壤调理剂的吸水层由高吸水树脂和粘合剂组成，粘合剂能使高吸水树脂压制成整体。肥料层可以选择复合菌快速繁殖所需要的营养成分，也可以选择植物生长所需要的肥料，也可以两者按照特定的比例混合，既保证益生菌群快速适应土壤环境，又能使土壤中提前具备植物所需的肥料，促进植物快速生根生长。复合菌养料一般选用市面上常售的适合微生物生长的干粉培养基或颗粒培养基，具体可以根据益生菌的种类进行选择。植物肥料可以根据种植的农作物或林木种类进行针对性的选择。复合菌层采用适合植物生长的益生菌群，例如枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、根瘤菌、硝化细菌等。这些细菌能够固定土壤和空气中的氮、磷和钾等植物生长所需的元素，转化成植物可以吸收的状态，为后续种植植物及良好生长创造良好的环境。在土壤中淋水后，相比于普通的羧甲基化的沙蒿胶，固沙层中的改性沙蒿胶在吸水后能够非常快速的起到固沙效果，对沙漠土壤的固结厚度、抗风蚀能力等固沙效果明显更好，同时还能与吸水膨胀后的高吸水树脂相配合，提升土壤团聚体水稳定性、渗透性、保水性，避免灌溉水快速挥发或渗透流失。随着高吸水树脂后续逐渐脱水，肥料层中的肥料进一步溶解和均匀渗透，复合菌层中的益生菌进一步快速繁殖，提升土壤肥力，达到比较高的益生菌浓度，为后续植物种植创造良好土壤条件。

[0012] 上述土壤调理剂的颗粒剂的制备方法相对简单，即采用常见的压片方法，首先将固沙层的各原料(含粘合剂)混匀后，在压片机上初次压制成小颗粒状，作为初级内芯；然后将复合菌层的复合菌粉、粘合剂等原料混匀后，二次压制成大颗粒状，作为次级内芯；再将肥料层的各种原料(含粘合剂)混匀后进行第三次压制，最后将吸水层的各原料(含粘合剂)混匀后第四次压制，即得土壤调理剂成品。最终压制成型的土壤调理剂为球形、颗粒性或片剂，一般为球形。

[0013] 优选地，每个土壤调理剂颗粒的吸水层肥料层、复合菌层和固沙层的重量比为1:4:1:3。

[0014] 优选地，所述固沙层的原料按重量百分比包括改性沙蒿胶17％、高吸水树脂81％、粘合剂2％。

[0015] 优选地，所述肥料层的原料包括复合菌养料、植物肥料、粘合剂，其中复合菌养料、植物肥料的重量比为1:0.8-1.5。

[0016] 更优选地，所述肥料层的原料中，复合菌养料、植物肥料的重量比为1:1.2。

[0017] 优选地，所述粘合剂包括羧甲基纤维素钠、微晶纤维素。

[0018] 优选地，所述吸水层的外部喷涂有水溶膜。在固沙层外部喷涂水溶膜，能够一定程度增加颗粒的稳定性，使其不易碎裂，同时也能避免吸水层和固沙层提前接触过多水分导致提前吸水膨胀。

[0019] 本发明还提供了一种上述土壤调理剂的应用方法，包括以下步骤：

[0020] S1、按100-200kg/亩的用量将土壤调理剂均匀撒在沙漠土壤中，同时对土壤边搅拌边淋水，搅拌深度为35-55cm，淋水用量为8-10t/亩；

[0021] S2、经过1-1.5d后，按相同深度边搅拌边淋水，淋水用量为14-18t/亩，2d后即可播种农作物或林木。

[0022] 上述应用方法专门针对本发明提供的土壤调理剂，步骤S1中喷淋相对少量的水，使吸水层迅速吸水膨胀，保持水分，随后水分再慢慢释放使肥料层和复合菌层逐渐按顺序解离，初步改善土壤状态。此时固沙层大部分还未解离，只有少量颗粒的固沙层吸水膨胀并使土壤结块；然后步骤S2先将土壤再次搅拌，使土壤中的益生菌和肥料在土壤中进一步分散和混合均匀，随后再次进行淋相对大量的水，一方面促进肥料进一步溶解渗透和益生菌繁殖，更重要的是使固沙层快速吸水膨胀，快速达到良好的固沙、保水效果，高吸水树脂吸收的水分会逐渐再次释放，使整个土壤的肥力和状态长期保持，有利于后续植物的生长。

[0023] 优选地，步骤S1中，土壤调理剂的用量为175kg/亩，搅拌深度为45cm，淋水用量为9t/亩。

[0024] 与现有技术相比，本发明的有益之处在于：通过设置多层颗粒状结构，使肥料的释放和在土壤中均匀分布，益生菌的生长和在土壤中均匀分布，沙漠土壤的改良固化的顺序进行；采用改性沙蒿胶和高吸水树脂联用，并采用合理的使用方法，共同营造了最适宜微生物生长、肥力分布以及后续植物生长的土壤环境，起到非常好的固沙保水效果；相比于其他用于沙漠土壤的普通改良剂，用量明显变少。

具体实施方式

[0025] 下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

[0026] 以下实施例和对比例中以高粱和玉米作为试验对象，在以高粱为试验对象的实施例和比较例中，植物肥料为市面上常售的高粱复合肥。在以玉米为试验对象的实施例和比较例中，植物肥料为市面上常售的玉米复合肥，复合菌养料采用市面上常用的用于细菌培养的干粉培养基。所有的实施例和对比例中，所用的复合菌粉为枯草芽孢杆菌粉、巨大芽孢杆菌粉、硝化细菌粉，且重量比为2:2:1。所用的粘合剂均为羧甲基纤维素钠、微晶纤维素，且用量比为1:1。

[0027] 下列实施例和对比例的土壤调理剂颗粒的制备方法为(对比例8、9除外)：首先将固沙层的各原料(含粘合剂)混匀后，在压片机上先压制成小颗粒状，作为初级内芯；然后将复合菌层的复合菌粉、粘合剂等原料混匀后，二次压制成大颗粒状，作为次级内芯；再把肥料层的各种原料(含粘合剂)混匀后进行第三次压制，最后将吸水层的各原料(含粘合剂)混匀后第四次压制，即得土壤调理剂成品，且剂型为球形。

[0028] 以下实施例和对比例的羧甲基化沙蒿胶的制备方法统一使用“用羧甲基化法改善沙蒿胶水溶性的研究”(侯晓晖，精细石油化工进展，2004(5)9,30-32)，或者“羧甲基沙蒿胶的制备、性质及应用”(曹晓霞，2007.06.01)中公开的方法，任选其一。

[0029] 实施例1

[0030] 本实施例所采用的土壤调理剂的颗粒中，吸水层、肥料层、复合菌层和固沙层的重量比为1:4:1:3；所述固沙层的原料按重量百分比为改性沙蒿胶17％、高吸水树脂81％、粘合剂2％；

[0031] 所述肥料层的原料包括复合菌养料、植物肥料且重量比为1:1.2，还包括粘合剂，粘合剂用量为肥料层总重量的2％；

[0032] 所述复合菌层的原料包括复合菌粉和粘合剂，粘合剂用量占复合菌层总重量的2％；

[0033] 所述吸水层的原料为高吸水树脂和粘合剂，粘合剂用量占复合菌层总重量的2％。

[0034] 实施例2

[0035] 本实施例与实施例1的区别为：吸水层、肥料层、复合菌层和固沙层的重量比为1:3:1:3，且所述吸水层、复合菌层和固沙层所用的实际重量与实施例1相同。

[0036] 实施例3

[0037] 本实施例与实施例1的区别为：吸水层、肥料层、复合菌层和固沙层的重量比为1:5:1:3，且所述吸水层、复合菌层和固沙层所用的实际重量与实施例1相同。

[0038] 实施例4

[0039] 本实施例与实施例1的区别为：吸水层、肥料层、复合菌层和固沙层的重量比为1:4:1:2，且所述吸水层和固沙层所用的实际重量与实施例1相同。

[0040] 实施例5

[0041] 本实施例与实施例1的区别为：吸水层、肥料层、复合菌层和固沙层的重量比为1:4:1:4，且所述吸水层、肥料层和复合菌层所用的实际重量与实施例1相同。

[0042] 实施例6

[0043] 本实施例与实施例1的区别为：所述固沙层的原料按重量百分比包括改性沙蒿胶13％、高吸水树脂85％、粘合剂2％。

[0044] 实施例7

[0045] 本实施例与实施例1的区别为：所述固沙层的原料按重量百分比包括改性沙蒿胶23％、高吸水树脂75％、粘合剂2％。

[0046] 实施例8

[0047] 本实施例与实施例1的区别为：所述肥料层的原料包括复合菌养料、植物肥料、粘合剂，其中复合菌养料、植物肥料的重量比为1:0.8。

[0048] 实施例9

[0049] 本实施例与实施例1的区别为：所述肥料层的原料包括复合菌养料、植物肥料、粘合剂，其中复合菌养料、植物肥料的重量比为1:1.5。

[0050] 实施例10

[0051] 本实施例与实施例1的区别为：所述肥料层的原料包括复合菌养料、粘合剂。

[0052] 实施例11

[0053] 本实施例与实施例1的区别为：所述肥料层的原料包括植物肥料、粘合剂。

[0054] 对比例1

[0055] 本对比例与实施例1的区别为：将实施例1中相同用量的吸水层、肥料层、复合菌层、固沙层的原料全部混匀，直接压制成调理剂颗粒。

[0056] 对比例2

[0057] 本对比例与实施例1的区别为：每个颗粒由外向内包括吸水层、固沙层、肥料层和复合菌层，且每层的重量比为1:3:4:1。

[0058] 本对比例的土壤调理剂颗粒的制备方法为：首先将复合菌层的复合菌粉、粘合剂等原料混匀后，在压片机上先压制成小颗粒状，作为初级内芯；然后将肥料层的各原料(含粘合剂)混匀后，二次压制成大颗粒状，作为次级内芯；再把固沙层的各种原料(含粘合剂)混匀后进行第三次压制，最后将吸水层的各原料(含粘合剂)混匀后第四次压制，即得土壤调理剂成品，且剂型为球形。

[0059] 对比例3

[0060] 本对比例与实施例1的区别为：本对比例与实施例1的区别为：每个颗粒由外向内包括吸水层、肥料层、固沙层和复合菌层，且每层的重量比为1:4:3:1。

[0061] 本对比例的土壤调理剂颗粒的制备方法为：首先将复合菌层的复合菌粉、粘合剂等原料混匀后，在压片机上先压制成小颗粒状，作为初级内芯；然后将固沙层的各原料(含粘合剂)混匀后，二次压制成大颗粒状，作为次级内芯；再把肥料层的各种原料(含粘合剂)混匀后进行第三次压制，最后将吸水层的各原料(含粘合剂)混匀后第四次压制，即得土壤调理剂成品，且剂型为球形。

[0062] 对比例4

[0063] 本对比例与实施例1的区别为：本对比例与实施例1的区别为：每个颗粒由外向内包括吸水层、复合菌层、肥料层和固沙层，且每层的重量比为1:1:4:3。

[0064] 本对比例的土壤调理剂颗粒的制备方法为：首先将将固沙层的各原料(含粘合剂)混匀后，先压制成小颗粒状，作为初级内芯；然后把肥料层的各种原料(含粘合剂)混匀后进行二次压制成大颗粒状，作为次级内芯；再将复合菌层的复合菌粉、粘合剂等原料混匀后，在压片机上进行第三次压制，最后将吸水层的各原料(含粘合剂)混匀后第四次压制，即得土壤调理剂成品，且剂型为球形。

[0065] 对比例5

[0066] 本对比例与实施例1的区别为：所述固沙层的原料采用普通羧甲基化的沙蒿胶，沙蒿胶的羧甲基化的方法与实施例1相同。

[0067] 对比例6

[0068] 本对比例与实施例1的区别为：将改性沙蒿胶全部替换成高吸水树脂。

[0069] 对比例7

[0070] 本对比例与实施例1的区别为：将高吸水树脂全部替换为改性沙蒿胶。

[0071] 应用例

[0072] 1、关于沙漠土壤的固沙效果、保水性的测定

[0073] (1)试验方法：

[0074] ①取沙漠土壤(容重约1.56g/cm3)混匀后装到若干个长、宽50cm，高60cm的容器中；

[0075] ②在装填好的沙漠土壤按100kg/亩(即300g/m2)的用量将上述实施例和对比例制备的土壤调理剂均匀撒在沙漠土壤中，同时对整个容器中的土壤边搅拌边淋水，淋水用量为9t/亩(即13.5kg/m2)；

[0076] ③经过1d后，对深度为45cm的土壤再次搅拌，然后按16t/亩(即24kg/m2)的用量对土壤再次淋水，2d后开始用于检测。

[0077] ④对使用了实施例1、4-7，对比例5、6的调理剂的沙漠土壤的固结厚度、抗压强度进行检测；另设空白例，只进行第①、②步的搅拌、淋水过程，不撒任何调理剂。对使用了实施例1、4-7，对比例5-7的失水率进行检测。具体结果见下表1、2。

[0078] 固结厚度用卷尺测量，每个试样重复测量五次。抗压强度用土壤硬度计进行测定，测定和换算方法与“不同喷洒浓度沙蒿胶固沙效果试验”(刘军，农业工程学报，2016(32)5，149-155)相同，每个试样重复测量五次；质量含水率检测方法为：从上述固结的沙漠土壤中取长宽高均为10cm的试样，每隔2d记录一次试样的重量，共检测20d，每次分别记录5个数据取平均值，然后计算相比上一次测量的重量损失，失水率＝(重量损失/上次试样重量)×
100％。固结厚度和抗压强度的最终检测结果见下表1。保水性的检测结果见下表2。

[0079] 表1沙漠土壤的固沙效果、抗压强度检测结果

[0080]组名 固结厚度，cm 抗压强度，MPa
空白例 1.4 0.03
实施例1 48.7 1.16
实施例4 46.1 1.03
实施例5 47.4 1.08
实施例6 47.2 1.10
实施例7 47.8 1.12
对比例5 26.2 0.26
对比例6 6.2 1.25

[0081] 表2沙漠土壤的保水性检测结果

[0082]

[0083]

[0084] 根据上表可知，实施例1、4-7的固沙效果好于对比例5、6，说明本发明的土壤调理剂的固沙层的用量，以及固沙层中的改性沙蒿胶的用量都会影响最终沙漠土壤的固结和强度。在调理剂其他原料用量不变的情况下，固沙层用量越多，或固沙层中改性沙蒿胶的用量越大，对土壤的固沙效果更好，但是固沙层中改性沙蒿胶用量过高的同时，高吸水树脂用量减少，会影响沙漠土壤的保水性。固沙层中完全采用高吸水树脂会严重影响最终的固沙效果，采用普通的羧甲基化的沙蒿胶的固沙效果不如使用改性沙蒿胶。

[0085] 2、使用土壤调理剂后的沙漠土壤栽培农作物的效果

[0086] 取实施例1-3、8-11和对比例1-4制备的土壤改良剂，播撒玉米和高粱种子各200粒，种植1个月。经过对比可知，采用实施例1-3、8-11的玉米植株成活率分别为98.5％、95％、96.5％、94.5％、96％、93.5％、94％，成活的玉米生长旺盛，玉米茎秆粗壮，叶片面积大，均已开始拔节；而对比例1-4的玉米成活率为55％、67％、72％、71％；成活的玉米长势参差不齐，植株高度偏矮，叶片面积相对较小，成活的玉米植株部分开始拔节。采用实施例1-
3、8-11的高粱植株成活率分别为96.5％、91％、92％、92.5％、91％、90％、90.5％，成活的高粱植株长势好，叶片面积大，均已开始拔节；而对比例1-4的高粱存活率为43％、52％、58％、
56％，成活的高粱植株长势较好，叶片面积正常，部分植株生长较慢，植株较矮。

[0087] 经分析，肥料层中复合菌养料和植物肥料的比例对农作物的生长有明显影响，比例过低则复合菌养料含量较少，不利于益生菌繁殖，比例过高，植物肥料含量偏少，同样影响玉米种子和幼苗吸收肥料。而将吸水层、肥料层、复合菌层和固沙层全部混匀之后制成的调理剂，由于土壤固化速度过快，肥料和复合菌在土壤中的分布不均匀，导致部分农作物幼苗因缺少肥料而长势较差。而改变土壤调理剂的肥料层、复合菌层和固沙层的顺序，也会影响土壤固结的时间和吸水效率，还会影响益生菌繁殖和肥料快速溶解分布。