一种功能型复混材料及其制备方法和应用

本发明属于土地修复领域，具体涉及一种功能型复混材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、我国沙漠土地辽阔，资源丰富，大约90％左右沙漠化士地由于流动沙丘多、水资源缺乏，降雨量少、干旱、风沙大等自然灾害，而导致农业不能开发利用以外，大约10％(4.8亿亩)沙丘稳定、降雨量多，地上地下水资源丰富能够利用，有可以扩大耕地面积，发展沙漠农业的优势。然而，干旱和半干旱地区，由于自然因素和人类活动的影响而引起生态系统的破坏，使原来非沙漠地区出现了类似沙漠环境的变化。在干旱和亚干旱地区，在干旱多风和具有疏松沙质地表的情况下，由于人类不合理的经济活动，使原非沙质荒漠的地区，出现了以风沙活动、沙丘起伏为主要标志的类似沙漠景观的环境退化过程。土地沙漠化和土地荒漠化差别不大，但荒漠化严重程度要高。如何治理沙化土地既是科学难题，也是国家发展的战略需要。

2、耕地土体中的细粒物质和营养物质消失或占土体的比例下降，耕层变薄到一定程度，影响植物正常生长的一种耕地类型，据统计，我国沙化耕地面积达256.21万公顷，占耕地总面积的1.93％(摘自https://www.zsbeike.com/cd/45489904.html)。通常，高肥力农业具有较好的土壤性状，如有机质等基础养分含量、孔隙结构分布合理、蓄水保肥能力强等，这是由于自然土壤在人为开垦活动下经历了漫长的土壤熟化过程，使养分失衡或不利于农业生产的因素趋于有利于农作生长养分需求、较强自然缓冲性能、生态功能友好且可持续的方向变化，最终成为具有较强生产能力、抵御自然不利因素影响的缓冲性能的熟化土壤层，但土壤熟化过程十分漫长，少则几十年多则上百年，因而，通过快速熟化沙化土地是治理复垦沙地的重要的途径。近几年国家林业和草原局等七部门联合印发《全国防沙治沙规划(2021—2030年)》(以下简称《规划》)。《规划》明确了今后一个阶段全国防沙治沙的目标任务，即到2025年，规划完成沙化土地治理任务1亿亩，沙化土地封禁保护面积0.3亿亩；到2030年，规划完成沙化土地治理任务1.86亿亩，沙化土地封禁保护面积0.9亿亩。然而，当前治沙工作主要通过工程平整土地、修建水利工程、植树固沙等方法，上述方法无法从根本上解决沙地肥力瘠薄的问题，而由于沙地多处于土壤有机质等基础养分贫乏、结构缺失且干旱地区，致使沙地自身保水固肥能力极差，致使人工种植植物或复垦地作物难以存活，可见，通过传统长期种植作物熟化土壤的方法难以实现。因此，向国家战略需求，急需研制能够在短期内实现土壤熟化、肥力与结构大幅提升的新垦沙地修复技术，短期内快速构建沙地肥力与孔隙结构基础，为沙地作物种植提供必要土壤条件，进而实现新垦沙地治理成效显现快速且效果持久。

技术实现思路

1、解决的技术问题：本发明克服现有技术空白而提供一种功能型复混材料及其制备方法和应用，本发明技术可用于沙地保护、沙化土地复垦、生态修复等领域，本发明技术一次性实施可快速实现沙地基础肥力快速提升，为沙地作物种植等其它植物生长构建必须的土壤条件，最终实现固沙、培肥的目的，该发明方法有效填补了当前治沙难、效果差、成本高的技术空白。

2、技术方案：一种功能型复混材料，由脱硫石膏10-20份、风化岩5-15份、生物质碳110-130份、有机肥140-160份、禾谷类作物秸秆材料70-80份组成。

3、由脱硫石膏15份、风化岩10份、生物质碳120份、有机肥150份、禾谷类作物秸秆材料75份组成。

4、上述脱硫石膏和风化岩经粉碎，粒径不超过1mm。

5、上述生物质碳为作物秸秆生物炭，有机肥为商品化发酵纯鸡粪颗粒。

6、上述禾谷类作物秸秆材料为小麦、水稻、玉米、高粱或燕麦秸秆。

7、功能型复混材料的制备方法，步骤为：将脱硫石膏、风化岩粉碎处理，粉碎后的粒径不超过1mm；将脱硫石膏、风化岩、生物质碳、有机肥按照干基重15:10:120:150比例混合后，在密闭发酵罐中发酵20天，发酵罐密闭前按照每吨干基物料加入1kg发酵菌剂，维持发酵罐内物料湿度为20±5％、温度为30±5℃，发酵完成后，将发酵罐内物料造粒成型，即得主体材料；将秸秆剪切成20±10cm长段秸秆材料，然后，将秸秆材料放在密闭且不透光的容器内，调节含水量至含水率50±10％，按照每吨干基秸秆加入8kg尿素与2kg秸秆腐熟剂，所述尿素的氮含量为46％，维持15天腐熟，腐熟完成后，将秸秆摊在不透水地面或塑料薄膜上晾至含水率为15±5％，最后得到的腐熟秸秆材料即为辅助活性材料；将主体材料与辅助活性材料按照29.5:7.5的干基重量比混合，并调节混合物含水率在15-20％，该混合物材料即为功能型复混材料。

8、上述功能型复混材料在新垦沙地快速熟化中的应用。

9、具体应用时，将功能型复混材料混入沙地表层0-30cm土壤后耙平，种植一季绿肥，并将绿肥翻入土壤，完成新垦沙地快速熟化。

10、按照干基重量37t/ha的标准撒施功能型复混材料，然后将地表撒施的功能型复混材料翻入20±5cm土壤深度，然后耙平深翻后的沙地；沙地耙平后按照200kg n/ha、150kgp2o5/ha、150kg k2o/ha撒施化肥并播种苜蓿作为绿肥，播种后进行一次灌溉，按照苜蓿常规田间管理措施进行管理，苜蓿完熟后利用机械粉碎机直接粉碎苜蓿地上生物量，然后利用旋耕机将粉碎后的苜蓿旋入0-25cm深度土壤，最后进行一次灌溉，使0-20cm土壤瞬时含水率达到20-25％即可完成工程化作业。

11、工程化作业完成后热带或亚热带或存在风蚀、水蚀等自然灾害风险的地区需在3个月内种植作物，暖温带需要5个月内种植作物，中温带或月平均温度低于10℃极寒地区需在6个月内种植作物，种植作物类型为当地适宜的草本植物、木本植物或农作物。

12、有益效果：本技术发明所采用的主体材料与辅助活性均采用廉价的废弃物及其二次加工环保材料，原料来源广泛，本发明技术流程简单、可操作性强。本发明技术采用脱硫石膏、风化岩、生物质碳、有机肥制成的主体材料与自然肥沃土壤基质相似，该主体材料具备土壤肥力的物质基础，能够为植物生长提供基础条件，本发明技术利用秸秆制成的辅助活性材料主要为活性有机物质，该辅助活性材料与主体材料进行组合制成的功能型复混材料同时拥有与高肥力土壤相似矿质组成、不同活性的营养成分，该功能型复混材料可用于沙地保护、沙化土地复垦、生态修复等领域，本发明技术一次性实施可快速实现沙地基础肥力快速提升，为沙地作物种植等其它植物生长构建必须的土壤条件，最终实现固沙、培肥的目的，该发明方法有效填补了当前治沙难、效果差、成本高的技术空白。

技术特征：

1.一种功能型复混材料，其特征在于，由脱硫石膏10-20份、风化岩5-15份、生物质碳110-130份、有机肥140-160份、禾谷类作物秸秆材料70-80份组成。

2.根据权利要求1所述功能型复混材料，其特征在于，由脱硫石膏15份、风化岩10份、生物质碳120份、有机肥150份、禾谷类作物秸秆材料75份组成。

3.根据权利要求2所述功能型复混材料，其特征在于，所述脱硫石膏和风化岩经粉碎，粒径不超过1mm。

4.根据权利要求3所述功能型复混材料，其特征在于，所述生物质碳为作物秸秆生物炭，有机肥为商品化发酵纯鸡粪颗粒。

5.根据权利要求4所述功能型复混材料，其特征在于，所述禾谷类作物秸秆材料为小麦、水稻、玉米、高粱或燕麦秸秆。

6.根据权利要求1-5所述功能型复混材料的制备方法，其特征在于，步骤为：将脱硫石膏、风化岩粉碎处理，粉碎后的粒径不超过1mm；将脱硫石膏、风化岩、生物质碳、有机肥按照干基重15:10:120:150比例混合后，在密闭发酵罐中发酵20天，发酵罐密闭前按照每吨干基物料加入1kg发酵菌剂，维持发酵罐内物料湿度为20±5%、温度为30±5℃，发酵完成后，将发酵罐内物料造粒成型，即得主体材料；将秸秆剪切成20±10cm长段秸秆材料，然后，将秸秆材料放在密闭且不透光的容器内，调节含水量至含水率50±10%，按照每吨干基秸秆加入8kg尿素与2kg秸秆腐熟剂，所述尿素的氮含量为46%，维持15天腐熟，腐熟完成后，将秸秆摊在不透水地面或塑料薄膜上晾至含水率为15±5%，最后得到的腐熟秸秆材料即为辅助活性材料；将主体材料与辅助活性材料按照29.5:7.5的干基重量比混合，并调节混合物含水率在15-20%，该混合物材料即为功能型复混材料。

7.权利要求1-4任一所述功能型复混材料在新垦沙地快速熟化中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，将功能型复混材料混入沙地表层0-30cm土壤后耙平，种植一季绿肥，并将绿肥翻入土壤，完成新垦沙地快速熟化。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，按照干基重量37t/ha的标准撒施功能型复混材料，然后将地表撒施的功能型复混材料翻入20±5cm土壤深度，然后耙平深翻后的沙地；沙地耙平后按照200kg n/ha、150kg p2o5/ha、150kg k2o/ha撒施化肥并播种苜蓿作为绿肥，播种后进行一次灌溉，按照苜蓿常规田间管理措施进行管理，苜蓿完熟后利用机械粉碎机直接粉碎苜蓿地上生物量，然后利用旋耕机将粉碎后的苜蓿旋入0-25cm深度土壤，最后进行一次灌溉，使0-20cm土壤瞬时含水率达到20-25%即可完成工程化作业。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，工程化作业完成后热带或亚热带或存在风蚀、水蚀等自然灾害风险的地区需在3个月内种植作物，暖温带需要5个月内种植作物，中温带或月平均温度低于10℃极寒地区需在6个月内种植作物，种植作物类型为当地适宜的草本植物、木本植物或农作物。

技术总结
一种功能型复混材料及其制备方法和应用，由脱硫石膏10‑20份、风化岩5‑15份、生物质碳110‑130份、有机肥140‑160份、禾谷类作物秸秆材料70‑80份组成。本发明技术流程简单、可操作性强，本发明技术可用于沙地保护、沙化土地复垦、生态修复等领域，本发明技术一次性实施可快速实现沙地基础肥力快速提升，为沙地作物种植等其它植物生长构建必须的土壤条件，最终实现固沙、培肥的目的，该发明方法有效填补了当前治沙难、效果差、成本高的技术空白。

技术研发人员：赵占辉,潘传姣,马战林,刘战,鞠尊洲,李军杰
受保护的技术使用者：河南城建学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16