一种可降解富营养保水固沙剂的制备方法和应用

1.本发明涉及土壤保水剂领域，具体地说，涉及一种可降解富营养保水固沙剂的制备方法和应用。


背景技术：

2.中国沙漠总面积约70万平方千米，如果连同50多万平方千米的戈壁在内总面积为128万平方千米，占全国陆地总面积的13％。中国西北干旱区是中国沙漠最为集中的地区，约占全国沙漠总面积的80％。近些年加强了沙漠化治理力度，取得了明显的治理成果，绿洲面积逐年扩大。但是，受到沙漠气候影响，降水少、温度高、蓄水能力弱、蒸发量大等原因导致植被存活能力下降，给沙漠绿化带来诸多困难。经过多年的努力和探索，人们逐渐形成了一套沙漠绿化的方法，首先，设置沙障，利用草方格沙障、黏土沙障、篱笆沙障、立式沙障、平铺沙障等形式起到防风阻沙的作用。草方格沙障使用麦草、稻草、芦苇等材料，在流动沙丘上扎成挡风墙，以削弱风力的侵蚀，同时有截留降雨的作用，能提高沙层的含水量，有利于沙生植物的生长，但是，耗费大量人力。黏土沙障是将黏土在沙丘上堆成高20-30m的土埂，间距1-2m，走向与风向垂直。黏土固沙施工简单，固沙效果较好，且具有良好的保水能力，但需要大量的黏土。其次，选择耐沙漠气候的沙生植物作为植被，以阻止沙漠扩张及改善沙漠土地。第三，充分利用和保护有限的水资源，沙漠中的水源主要有地下水、河道水和降水。但沙漠区域的降水量不稳定，一般随气候的变化而变化，湿润年份降水量多，而干暖年份降水量少。沙漠地下水较稳定，其沙层厚，具有一定的“隔热”性，使水得以在地下保存。但这种稳定是相对的，受到降水的制约。最后，恢复和重建生态系统是沙漠化治理的最终目标，逐步形成完善的沙漠生态系统，遏制沙漠化进一步扩张。
3.沙漠绿化治理任重而道远，需要通过科学的手段和使用廉价的材料，结合简便的操作方法，从根本上减少人力、物力的投入，降低沙漠绿化成本，尽快实现沙漠变绿洲的目标。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种可降解富营养保水固沙剂的制备方法和应用，以解决上述背景技术中提出的沙漠化治理面临的实际问题，通过使用微生物调控技术和高分子嫁接改性技术，开发一种可降解富营养保水固沙剂。先将有机底物通过微生物调控技术，采用好氧发酵，将多糖类物质和蛋白质类物质分解成小分子有机酸、多肽、单糖以及释放出植物易吸收的氮、磷、钾等营养元素，同时，在好氧过程中微生物活动分泌出酶及胞外聚合物对高分子嫁接改性有很好的促进作用，微生物好氧发酵产生的热量为高分子改性提供能量，在发酵温度升高至35℃时加入淀粉以及改性和交联剂，同时加入调节剂调节物料ph值，继续发酵升温至55℃稳定24h以上即可完成淀粉的改性和交联。将制备好的物料加入膨润土搅拌均匀陈化后研磨即可得到可降解富营养保水固沙剂。
5.为实现上述目的，一方面，本发明提供一种可降解富营养保水固沙剂的制备方法，
包括以下步骤：
6.s1、原料预破碎：将秸秆、草木灰、畜禽粪便初步破碎成粒径为2mm的小颗粒，混合均匀后继续研磨粉碎，草木灰和畜禽粪便呈粉状，秸秆颗粒不大于0.5mm，混合均匀使用传输带输送至发酵装置；
7.s2、预发酵：将混合均匀的物料输送至发酵装置，均匀喷洒微生物母液，保证物料含水率在55-65％，在自动发酵设备中控温预发酵，温度控制在35℃，氧浓度控制在14-18％，预发酵周期2天；
8.s3、材料改性和交联：物料预发酵2天后，发酵仓温度恒定在35℃，加入淀粉、改性剂、交联剂和调节剂，迅速搅拌均匀，进入高温发酵阶段，在高温过程中改性剂、交联剂与淀粉反应，形成交联羧甲基淀粉，并与发酵产生的多糖和微生物分泌物嫁接交联，高温发酵周期3-5天，温度维持在55℃；
9.s4、陈化：将发酵和改性完成的物料输送至陈化仓，加入膨润土搅拌均匀，陈化24h，达到产品均质化；
10.s5、粉碎：将陈化完成的保水固沙剂输送至粉碎机中，将其研磨成粒径不大于50微米的均匀颗粒。
11.作为本技术方案的进一步改进，所述s1中，所述秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆、大豆秸秆、水稻秸秆、谷子秸秆和所有农作物秸秆中的一种或多种，含水率不大于15％，平均粒径不大于2mm。
12.作为本技术方案的进一步改进，所述s1中，所述畜禽粪便以禽类粪便为最优，家畜粪可作为补充使用，二者的配比按质量计2:1-1:1。
13.作为本技术方案的进一步改进，所述s1中，所述草木灰为生物质焚烧所产生的炭灰或灰渣，可以使用超细粉煤灰代替，但是重金属限量需执行生物有机肥标准。
14.作为本技术方案的进一步改进，所述s3中，所述淀粉为玉米淀粉、红薯淀粉、木薯粉和土豆淀粉和所有淀粉类型中的一种或多种，优选未淀粉厂废弃淀粉。
15.作为本技术方案的进一步改进，所述s3中，所述改性剂为淀粉改性提供羧甲基基团的任何一种或多种有化合机物，优选为氯乙酸。
16.作为本技术方案的进一步改进，所述s3中，所述交联剂为环氧氯丙烷、三氯氧磷和三偏磷酸钠中的一种或多种，优选为环氧氯丙烷，所述交联剂用于强化羧甲基淀粉分子结构稳定性。
17.作为本技术方案的进一步改进，所述s3中，所述调节剂为熟石灰、烧碱、小苏打中的一种或多种，优选为熟石灰，所述调节剂能够调节物料的酸碱度。
18.作为本技术方案的进一步改进，原材料的使用量按重量份计，其中秸秆粉沫30份，膨润土15份，淀粉10份，草木灰10份，淀粉改性剂、交联剂、调节剂共15份，畜禽粪便20份。。
19.另一方面，本发明提供了一种根据上述中任意一项所述的可降解富营养保水固沙剂的制备方法制备得到的固沙剂在沙漠化治理、荒漠植树造林和缺水地区农田保水中的应用，具体的应用方法包括以下步骤：
20.1、配制：取一定量的可降解富营养保水固沙剂置于配料桶中，开启搅拌装置，并加入清水，固液比为1:15，配置成乳浊液待用。
21.2、基坑喷涂：基坑开挖大小为1m3，基坑底部铺垫50mm厚秸秆粉沫，秸秆粉沫粒径
为2mm，覆沙土50mm，沙土上均匀喷洒配置好的保水固沙剂乳浊液。
22.3、植入苗木后覆沙土，覆土层上沿要低于基坑上沿不小于30mm，覆盖好沙土后继续喷洒保水固沙剂乳浊液。
23.上述步骤1中，加入清水配置成乳浊液主要用于覆土喷涂，基坑底部保水固沙剂可以采用干料投撒的方式。
24.上述步骤1中，可降解富营养保水固沙剂的具体用量为一个1m3的基坑使用1.5kg保水固沙剂。
25.上述步骤2中，基坑喷涂采用负压泵等设备喷洒，厚度2mm。
26.上述步骤2中，基坑底铺垫秸秆粉沫的作用是膨胀输水，可使用杂草粉沫代替，其粒径不大于2mm。
27.上述步骤3中，覆土喷涂应用于绿化草皮的种植可将草籽直接添加在保水固沙剂中制成乳浊液喷涂在覆土表面，使其自然出芽生长，直接种植草毡时，可将保水固沙剂均匀喷涂在覆土上后再植上草毡。
28.与现有技术相比，本发明的有益效果：
29.该可降解富营养保水固沙剂的制备方法和应用中，以秸秆粉沫，膨润土，淀粉，草木灰，淀粉改性剂，交联剂，调节剂，畜禽粪便为原料。将原料按照预发酵、改性、陈化、破碎等工艺制成保水固沙剂。结合科学的使用方法，能够快速改善土壤沙漠化，在植物根系周围形成保水层，通过蒸腾作用，根据植物根系蓄水量缓慢释放水分和营养物质，提高植物成活率，直至植物形成发达根系，保水固沙剂完全降解，营养成分被植物完全吸收。
附图说明
30.图1为本发明实施例1的整体流程框图。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.实施例1
33.根据图1所示，一种可降解富营养保水固沙剂的制备方法，具体步骤如下：
34.s1，原料预破碎：将秸秆、草木灰、畜禽粪便初步破碎成粒径为2mm的小颗粒，混合均匀后继续研磨粉碎，草木灰和畜禽粪便呈粉状，秸秆颗粒不大于0.5mm，混合均匀使用传输带输送至发酵装置。
35.s2、预发酵：将混合均匀的物料输送至发酵装置，均匀喷洒微生物母液，保证物料含水率55-65％，在自动发酵设备中控温预发酵，温度控制在35℃，氧浓度控制在14-18％，预发酵周期2天。
36.s3、材料改性和交联：物料预发酵2天后，发酵仓温度恒定在35℃，加入淀粉、改性剂、交联剂和调节剂，迅速搅拌均匀，进入高温发酵阶段，在高温过程中改性剂、交联剂与淀粉反应，形成交联羧甲基淀粉，并与发酵产生的多糖和微生物分泌物嫁接交联，高温发酵周
期3-5天，温度维持在55℃。
37.s4、陈化：将发酵和改性完成的物料输送至陈化仓，加入膨润土搅拌均匀，陈化24h，达到产品均质化；
38.s5、粉碎：将陈化完成的保水固沙剂输送至粉碎机中，将其研磨成粒径不大于50微米的均匀颗粒。
39.在上述基础上，原材料的使用量按重量份计，其中秸秆粉沫30份，膨润土15份，淀粉10份，草木灰10份，淀粉改性剂、交联剂、调节剂共15份，畜禽粪便20份；
40.其中秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆、大豆秸秆、水稻秸秆、谷子秸秆和所有农作物秸秆中的一种或多种，含水率不大于15％，平均粒径不大于2mm；
41.所述畜禽粪便以禽类粪便为最优，家畜粪可作为补充使用，二者的配比按质量计2:1～1:1；
42.草木灰为生物质焚烧所产生的炭灰或灰渣，可以使用超细粉煤灰代替，但是重金属限量需执行生物有机肥标准；
43.淀粉为玉米淀粉、红薯淀粉、木薯粉和土豆淀粉和所有淀粉类型中的一种或多种，优选未淀粉厂废弃淀粉；
44.改性剂为淀粉改性提供羧甲基基团的任何一种或多种有化合机物，优选为氯乙酸；
45.交联剂为环氧氯丙烷、三氯氧磷和三偏磷酸钠中的一种或多种，优选为环氧氯丙烷，交联剂用于强化羧甲基淀粉分子结构稳定性；
46.调节剂为熟石灰、烧碱、小苏打中的一种或多种，优选为熟石灰，调节剂能够调节物料的酸碱度。
47.实施例2
48.将上述实施例1制备的可降解富营养保水固沙剂，其用于沙漠化治理的具体实施过程如下：
49.取2.0kg的可降解富营养保水固沙剂置于配料桶中，开启搅拌装置，用30kg水溶解配置成乳浊液。开挖两个1m3的基坑，每个基坑底部铺垫50mm厚秸秆粉沫，用50mm厚沙土覆盖，沙土覆层上喷涂2mm厚保水固沙剂，植入苗木，并覆土，覆土层上沿低于基坑上沿20mm，在覆土层上喷涂保水固沙剂2mm，浇水约150l。表层不再有积水时测定喷涂层膨胀倍数及基坑含水率，检测发现，第一天喷涂层膨胀倍数为15，基坑含水率50％，之后逐渐降低，15天后，喷涂层膨胀倍数仍有5，基坑含水率35％，保墒效果良好，没有使用保水固沙剂的基坑保水效果仅能维持3天，基坑周围沙化程度明显。
50.本发明可降解富营养保水固沙剂，作为保水固沙剂在荒漠化治理中应用，本发明属于环境保护领域，特别属于土壤保水剂领域，涉及一种荒漠化治理保水固沙材料，主要针对荒漠化、沙漠化治理绿化。以下试验例说明使用效果。
51.试验例
52.将本发明可降解富营养保水固沙剂用于新疆托云牧场，用于荒漠化治理，营造防风固沙林，同时与传统治沙造林方法做对比。两种方法均采用开挖基坑，使用可降解富营养保水固沙剂的基坑，按照每个基坑用量1.5kg，每个基坑底部铺垫50mm厚秸秆粉沫，用50mm厚沙土覆盖，沙土覆层上喷涂2mm厚保水固沙剂，植入苗木，并覆土，覆土层上沿低于基坑上
沿20mm，在覆土层上喷涂保水固沙剂2mm，浇水约150l。采用传统方法的，覆土后每个基坑用秸秆做沙障，沙障植入覆土下200mm，浇水约150l，检测两种方式基坑中的含水率，具体检测结果如表1所示。
53.表1表1可降解富营养保水固沙剂在沙漠化治理中应用效果
[0054][0055]
根据表1可以看出，使用可降解富营养保水固沙剂的基坑保墒能力良好，苗木成活率高，并且枝叶壮硕。而采用传统秸秆沙障的基坑水分蒸发很快，并且苗木成活率较低，成活植株茎秆柔弱，叶片显黄色。
[0056]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。