一种即喷成膜腐植酸型保水治沙剂及制备方法和应用

本发明属于化学固沙，具体涉及一种即喷成膜腐植酸型保水治沙剂及制备方法和应用。

背景技术：

1、土地荒漠化是一个全球性的生态问题，荒漠化土地严重威胁生态安全、农业生产与区域可持续发展。目前，主要的沙地治理方式包括工程固沙、生物固沙和化学固沙三类。其中，化学固沙因见效快、便于机械化施工，在实际工程中得到了广泛应用。然而，现有化学固沙技术仍存在以下不足：耐久性较差：多数化学固沙剂有效周期短，固结层易老化、开裂，需反复喷洒，导致长期治理成本较高；环境风险突出：部分化学固沙剂存在毒性或难以生物降解的问题，尤其是某些合成高分子材料在沙漠环境中残留时间较长，易造成二次污染；影响生态恢复：部分高分子固沙材料虽能有效封闭沙面，但严重阻碍了沙体内部的水气交换，降低沙面粗糙度，导致土壤透气性下降，进而抑制植物种子的萌发与生长。

2、公开号为cn122302384a的中国专利申请，公开了一种可降解治沙液态地膜及其应用，通过魔芋葡甘聚糖、海藻酸钠等成膜剂与腐植酸接枝改性产物复配，实现地膜铺设与种子播种同步进行；主要定位于施种覆膜一体化的农业生产场景，侧重于种子包埋与地膜覆盖的协同，而非针对沙漠化土地治理的专项固沙需求；虽然提及固沙功能，但其核心在于解决种子与地膜混喷时的萌发问题，固沙仅作为附带功能，缺乏对沙地固结强度、抗风蚀能力等固沙核心指标的针对性优化。公开号为cn114456009a的中国专利申请，公开了一种海藻酸钠基种子包衣材料及其制备方法和应用，利用海藻酸钠与二价金属离子交联快速成膜，提高种子发芽率；该技术的核心应用场景是种子包衣处理，旨在提高种子发芽率、发芽势和活力指数，与沙漠化土地治理的固沙需求存在本质差异；配方中含有多菌灵、福镁锌、吡虫啉等农药成分，喷洒于沙地表面可能对沙地生态系统中的微生物群落产生负面影响，不符合生态固沙的绿色环保理念；主要关注种子的包衣效果和萌发促进，未涉及固沙层的抗压强度、抗风蚀能力、保水率等固沙核心性能指标。目前尚缺乏一种将物理固沙、化学保水和生物促生功能有机整合于同一体系，且组分精简、工艺简便、环境友好的即喷成膜型保水治沙剂。

3、因此，亟需找到一种即喷成膜腐植酸型保水治沙剂及其制备方法，通过将腐植酸盐、成膜剂、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、磷酸酯双淀粉、生长调节剂、甘油、分散剂和有益菌按特定配比经化学耦合工艺复合，实现吸水保水、固沙改土、培肥促生等多功能组分的有机整合，喷洒于沙地表层后可迅速形成具有保水、抗风蚀、缓释营养功能的多孔海绵状结构层，适用于沙漠化治理的一体化生态修复。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种即喷成膜腐植酸型保水治沙剂及制备方法和应用，以解决现有化学固沙材料存在的耐久性差、环境风险高、影响生态恢复以及功能单一、无法兼顾固沙-改土-培肥-促生一体化需求的技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明公开了一种即喷成膜腐植酸型保水治沙剂的制备方法，包括以下步骤：

4、1）将成膜剂溶于醋酸溶液中，得到反应液1；

5、2）将聚乙烯醇溶于水中，加热搅拌至溶解，得到反应液2；

6、3）向反应液2中加入腐植酸盐、磷酸酯双淀粉、生长调节剂及聚丙烯酰胺，混合反应均匀，得到反应液3；

7、4）向反应液3中加入甘油、分散剂及芽孢态有益菌，搅拌均匀，得到反应液4；

8、5）将反应液1加入至反应液4中，搅拌均匀，得到即喷成膜腐植酸型保水治沙剂。

9、优选地，成膜剂、聚乙烯醇、腐植酸盐、磷酸酯双淀粉、生长调节剂、聚丙烯酰胺、甘油、分散剂和芽孢态有益菌的质量份数比为（1~5）：（1~5）：（5~30）：（1~5）：（1~5）：（5~15）：（1~3）：（1~5）：（1~3）。

10、优选地，步骤1）中，成膜剂包括海藻酸钠、壳聚糖、明胶、琼脂或聚氨酯。

11、优选地，步骤2）中，加热搅拌的条件包括：搅拌速率为50~100 rpm；温度为80~100℃，时间为0.5~1 h。

12、优选地，步骤3）中，腐植酸盐采用腐植酸钾或腐植酸钠；生长调节剂为赤霉酸、芸苔素内酯、s-诱抗素或萘乙酸。

13、优选地，步骤3）中，混合反应的条件包括：搅拌速率为30~80 rpm；温度为40~50℃，时间为0.5~1 h。

14、优选地，步骤4）中，分散剂选用吐温20-80或司盘20-80；芽孢态有益菌为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌或多粘芽孢杆菌；搅拌的时间为30~60min；

15、步骤5）中，搅拌的时间为10~30 min。

16、本发明还公开了一种即喷成膜腐植酸型保水治沙剂，采用上述的即喷成膜腐植酸型保水治沙剂的制备方法制得。

17、优选地，按照质量份数计，原料包括：5~30份腐植酸盐，1~5份成膜剂，1~5份聚乙烯醇，5~15份聚丙烯酰胺，1~5份磷酸酯双淀粉，1~5份生长调节剂，1~3份甘油，1~5份分散剂和1~3份有益菌。

18、本发明还公开了上述的即喷成膜腐植酸型保水治沙剂在沙漠化治理中的应用。

19、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

20、本发明公开的一种即喷成膜腐植酸型保水治沙剂的制备方法，采用分步梯度升温耦合交联的制备工艺，通过先使成膜剂在稀醋酸中质子化溶解，再构建聚乙烯醇-腐植酸盐-聚丙烯酰胺-磷酸酯双淀粉的水相网络，最后引入甘油、分散剂和芽孢态有益菌并完成离子络合交联，实现了各功能组分在分子层面的均匀分散与协同稳定。醋酸溶液一方面促使成膜剂的氨基质子化转变为阳离子聚电解质，使其分子链舒展并暴露出大量活性位点；另一方面为后续与腐植酸盐电离出的阴离子基团（-coo-）及磷酸酯双淀粉阴离子发生离子络合构建连续三维水相网络创造了温和的酸性环境，从而确保固沙层兼具优异的机械强度与多孔透气性。表1数据表明，采用该方法制备的即喷成膜腐植酸型保水治沙剂粘度最高可达1300 mpa·s，固沙层抗压强度最高达1.05 mpa，五天保水率高达80%，且可抵御11级风蚀。此外，甘油作为增塑剂降低了膜层脆性，分散剂保证了功能组分腐植酸盐和有益菌的均匀悬浮，避免了团聚沉降，芽孢态有益菌则在低温搅拌条件下保持高存活率，使最终产品可直接配合低空飞防作业，实现即喷成膜的一体化施工。

21、本发明公开的一种即喷成膜腐植酸型保水治沙剂，在喷洒于沙地表层后，聚丙烯酰胺中的-conh2基团与聚乙烯醇中的-oh基团通过氢键和离子键与沙粒表面的≡si-oh发生多点锚固，完成初始物理固沙并形成抗风蚀固结层；同时腐植酸盐提供的-cooh和-oh赋予体系极强的保水性和离子络合能力，磷酸酯双淀粉的糊化增稠作用使膜层形成多孔海绵状结构，既能显著抑制水分蒸发，五天保水率达60%~80%，又能维持沙体内部的水气交换通道，避免传统化学固沙剂封闭沙面导致种子窒息的问题。通过物理固沙-化学保水-生物促生三位一体协同增效：腐植酸盐作为土壤改良剂促进沙土团粒结构形成、降低容重并调节酸碱度，生长调节剂定向刺激植物根系发育，芽孢态有益菌在腐植酸提供的碳源滋养下持续激活土壤生物酶活性，从而在固沙的同时完成改土-培肥-促生的生态修复链条，从根本上克服了现有化学固沙剂功能单一、易老化开裂、抑制植被恢复的技术缺陷。

22、进一步地，通过各组分的质量份数配比，腐植酸盐5~30份、成膜剂1~5份、聚乙烯醇1~5份、聚丙烯酰胺5~15份、磷酸酯双淀粉1~5份、生长调节剂1~5份、甘油1~3份、分散剂1~5份、芽孢态有益菌1~3份，构建了一个兼具结构强度-保水持水-生物活性三重性能平衡的最优配方。若腐植酸盐低于5份则土壤改良与保水效果不足，高于30份则体系粘度过大影响喷施雾化；聚丙烯酰胺与聚乙烯醇的协同比例确保了氢键交联密度与固沙层抗压强度，表1中实施例4以15份聚丙烯酰胺、5份聚乙烯醇达到1.05 mpa最高抗压强度；磷酸酯双淀粉作为增稠剂在40~50℃糊化后参与离子络合，既增强了膜层的连续性和韧性，又避免了纯化学成膜剂导致的脆裂问题；同时，生长调节剂与芽孢态有益菌在该配比范围内互不拮抗，腐植酸盐提供的缓释营养环境使芽孢态有益菌在贮存和使用过程中维持代谢活性，从而确保治沙剂喷施后既能形成足以抵御11级风蚀的物理固结层，抗压强度0.52~1.05 mpa，又能提供植物萌发生长所需的养分和激素刺激，最终实现固沙与生态恢复的同步达成。

23、本发明公开的一种即喷成膜腐植酸型保水治沙剂在沙漠化治理中的应用，该治沙剂兼具低粘度和高触变性，配合低空飞防无人机作业可在大规模沙区实现高效、均匀喷洒，无需复杂施工机械，突破了传统工程固沙草方格人工成本高、生物固沙周期长的瓶颈。表1的实施例1~4表明，以2.5 l/m2的用量喷洒于沙层表面后，固沙层抗压强度达0.52~1.05mpa，五天保水率为60%~80%，且抗风蚀强度均达到抵御11级风力的等级，满足极端风沙天气的治理要求。更为重要的是，该应用并非单纯的物理覆盖，而是通过腐植酸盐的团粒结构改良、生长调节剂的促根作用及芽孢态有益菌的土壤微生态激活，在固沙层下方逐步形成适宜植物定居的微型生境，使沙地治理从被动防护升级为主动修复，尤其适合农牧交错带和荒漠草原区的生态重建工程，具有显著的生态效益和推广应用前景。