一种沙漠改造剂的制备方法、应用及其制备装置与流程

1.本发明涉及沙漠改造技术领域，具体涉及一种沙漠改造剂的制备方法、应用及其制备装置。


背景技术：

2.地球陆地的三分之一是沙漠，还有43％的土地正面临着沙漠化的威胁。中国是世界上荒漠化最严重的国家之一，荒漠化土地面积达264万km2，占国土面积的27.5％，其中尤以沙漠危害最为严重，其面积已达80.9万km2，并且还在继续扩大蔓延，平均每年有610km2左右的沙漠出现活化，其中有310km2土地沦为沙地。
3.从沙漠的物理特性可知，沙漠中的沙子主要是二氧化硅颗粒，颗粒之间没有结合力，也没有中间物质铰连，无法形成团粒结构，因此沙漠不具备存储水、肥、气、热的能力，即是没有土壤功能；由于沙漠沙粒处于一种离散状态，不受任何约束和粘滞，可以随风飘逸，遇强烈气流就可能形成遮天蔽日的沙尘暴，甚至形成迁移性沙丘、沙山。
4.沙漠化造成生态器失衡，可耕地面积不断缩小，对中国工农业生产和人民生活带来严重影响。中国西北干旱区沙漠和沙漠化土地，已成为中国乃至亚太地区沙尘暴的主要源地之一，由于沙漠的不稳定性及漂浮运移性，对沙漠公路、沙漠铁路、沙漠油、气集输管线及其他沙漠建筑构成极大威胁，给国家社会经济造成了巨大的损失。
5.几十年来，采用草方格、阻沙栅栏等措施，在防沙、固沙方面取得了重要成果；但改造沙漠的研究和实践效果不显著，很少见到关于沙漠结构、沙粒特性及沙漠改造机理等方面的研究和试验成果；沙漠改造技术滞后是明显的短板。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种沙漠改造剂的制备方法、应用及其制备装置，解决现有的沙漠改造技术滞后、改造效果不佳的技术问题。
7.本发明第一个方面是提供了一种沙漠改造剂的制备方法，通过下述技术方案实现：包括以下步骤：
8.(1)对磷石膏进行干燥、研磨，得到磷石膏粉末；
9.(2)加入碱液，搅拌中和，得到含浸出液的物质a，且浸出液的ph值为6～7；
10.(3)将物质a转移入反应容器，加适量水，除杂处理，干燥，得到磷石膏粉料；
11.(4)选取掺有微生物菌剂的食用菌培养基、中药制剂残渣、禽畜粪污中的一种或几种进行发酵、灭菌、消毒，得到填料；
12.(5)将磷石膏粉料与填料混合，封装，得沙漠改造剂。
13.优选地，所述碱液为石灰液。
14.优选地，所述步骤(1)中得到的磷石膏粉末的粒径为小于等于50um，如可以为10um、20um、30um、40um、50um。
15.优选地，所述步骤(3)中水与物质a的重量比为3～4:1，如可以为3:1、4:1、3.5:1。
16.优选地，所述步骤(3)中的除杂处理具体为逆流漂洗、固液分离，用来洗涤去除可溶性盐，及重金属离子。
17.优选地，所述微生物菌剂为酵母菌，当然也可以选取其他的微生物菌剂，如枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌等。
18.优选地，所述步骤(4)的食用菌培养基、中药制剂残渣、禽畜粪污中的一种或几种在掺入微生物菌剂前，进行干燥、粉碎，干燥后的含水率小于等于20％，如可以为5％、10％、15％、20％，粉碎后粒径尺寸小于等于1.0mm，如可以为0.2mm、0.5mm、1.0mm。
19.优选地，所述步骤(5)中磷石膏粉料与填料的重量比为1:1。
20.本发明第二个方面是提供了采用上述的方法制备的一种沙漠改造剂的应用，用于沙漠、荒漠化土壤的改造，及及沙漠、戈壁建筑的固沙作业，具体地按照如下步骤进行：
21.(1)将改良剂混入待改造层一定深度，每亩待改造层混入改良剂20～25m3，撒水浸透；
22.(2)将改造剂、待改造层、水均匀混合，得到改造层。
23.本发明的第三个方面是提供用于实施以上一种沙漠改造剂的制备方法的装置，采用如下技术方案实现：包括干燥器、研磨器、反应器、粉碎器、分离器、发酵器、搅拌混合器、配料器；
24.所述干燥器用于磷石膏、除杂处理后产物的干燥；
25.所述研磨器用于磷石膏的研磨；
26.所述反应器用于磷石膏粉末与碱液的混合、反应；
27.所述粉碎器用于干燥后的食用菌培养基、禽畜粪污的粉碎；
28.所述分离器用于除杂处理过程中的固液分离；
29.所述发酵器用于发酵掺有微生物菌剂的食用菌培养基、中药制剂残渣、禽畜粪污；
30.所述搅拌混合器用于搅拌、混合；
31.所述配料器用于比例配料。
32.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
33.(1)本发明采用磷石膏为原料，经过干燥、研磨为粒径小于50um的颗粒，具有强烈的聚凝作用，同时钙氢氧化合物也具有强烈的聚凝作用，再配合掺杂有微生物菌剂的食用菌培养基、中药制剂残渣、禽畜粪污，使改造剂中含有丰富的有机质和纤维素，可以有效改善与沙粒胶凝形成的团粒结构，使得胶凝体硬化结构酥松、多孔，从而增加改造土壤的储墒能力，使沙漠改良土壤成为优质土壤，实现沙变土，从根本上解决了沙漠、荒漠化土壤、固沙改造的技术问题。且改性的磷石膏是气硬性胶凝材料，在有水环境与其他离散物料的胶接、在干燥环境中维持和发展胶凝效果；在降雨或浇水情况下不被水冲蚀，能抵御大风吹蚀，也不会自然降解，因此沙漠改造效果具有持续性和稳定性。
34.(2)沙漠改造剂与沙漠沙粒混合，使离散沙粒及填充物质胶结形成团粒，具有抵御风雨浸蚀、剥离的结构强度，可以起到良好的防沙、固沙作用；同时，沙漠改造层对沙体产生罩封效应，大大减少了沙体的蒸发量，减缓养分流失及热量散失，长此积累可以改变沙漠构造形态，可以种植草木，恢复植被，形成永久性防沙带。
35.(3)本发明使用的磷石膏经除杂处理后，含有未分解的磷灰石、不溶性p2o5、共晶p2o5；还含砷、铜、锌、铝、镁、铁、锰、铅、镉、汞等微量元素；使用的发酵处理后的食用菌培养
基、中药制剂残渣及禽畜粪污同样含有多种微量元素，供植物吸收利用。
36.(4)对磷石膏加以利用，实现资源化利用，减少磷石膏对环境的污染。利用废弃的食用菌培养基、中药制剂残渣、禽畜粪污，节约资源，降低成本，降低环境污染。
37.(5)另外，利用沙漠改造剂改造的土壤，可以种植高效作物，获得显著效益，如：植耐旱牧草
‑
苜蓿，建立牧场，实现生态循环；种植耐旱中草药，建立中药制剂工厂，实现循环经济；依据磷石膏含有的肥料组分，种植花生、黄豆可以显著提高含油率和增加产量。
附图说明
38.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
39.图1a为沙漠改造层的集水、渗透性实验结果示意图；
40.图1b为土壤改造层的集水、渗透性实验结果示意图；
41.图1c为未经改造的沙堆的集水、渗透性实验结果示意图；
42.图2a为沙漠改造层经蒸发干燥试验后的结果示意图；
43.图2b为土壤改造层经蒸发干燥试验后的结果示意图；
44.图3a为在沙漠改造层种植5天后植物的生长情况图；
45.图3b为在土壤改造层种植5天后植物的生长情况图；
46.图3c为在固沙改造层种植5天后植物的生长情况图；
47.图3d为在土壤改造层种植8天后植物生长情况图；
48.图3e为在沙漠改造层种植8天后植物生长情况图；
49.图4为在沙漠改造层中生长的植物根系生长情况图。
50.图5为本发明制备过程示意图。
具体实施方式
51.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
52.一、一种沙漠改造剂的制备方法
53.实施例1：
54.一种沙漠改造剂的制备方法，具体地，包括以下步骤：
55.(1)对磷石膏进行干燥、球磨，得到粒径为50um的磷石膏粉末；
56.(2)向磷石膏粉末中加入生石灰液，搅拌中和，得到含浸出液的物质a，且浸出液的ph值为6～7；
57.(3)将含浸出液的物质a转移入反应容器中，各成分在反应容器中进行混合、反应，加适量的水进行洗涤，水与物质a的重量比为3：1，然后采用逆流漂洗的方式进行除杂处理，脱出可溶性盐、重金属离子，然后进行固液分离，将固体进行干燥，得到磷石膏粉料，其中磷石膏粉料的含水率等于20％；
58.(4)将食用菌培养基进行干燥、粉碎，干燥后的食用菌培养基的含水率为20％，粒径为1.0mm；然后向干燥、粉碎处理的食用菌培养基中掺入酵母菌，进行快速腐熟、除臭、80
～100℃下高温发酵，同时灭菌、消毒，得到填料；
59.(5)将磷石膏粉料与填料按照重量比为1:1配制，混合均匀，再采用覆膜袋封装，防止吸水结块，即得到得沙漠改造剂。
60.实施例2：
61.一种沙漠改造剂的制备方法，其与实施例1的区别在于：
62.步骤(1)中得到的磷石膏粉末的粒径为30um；
63.步骤(3)中水与物质a的重量比为4:1，磷石膏粉料的含水率为10％；
64.步骤(4)中选取掺有微生物菌剂的食用菌培养基、中药制剂残渣进行发酵、灭菌、消毒，得到填料；具体地，将食用菌培养基、中药制剂残渣进行干燥、粉碎，干燥后的食用菌培养基、中药制剂残渣混合物的含水率为10％，粒径为1.0mm。
65.其他过程与实施例1相同。
66.实施例3：
67.一种沙漠改造剂的制备方法，其与实施例1的区别在于：
68.步骤(1)中得到的磷石膏粉末的粒径为10um；
69.步骤(3)中水与物质a的重量比为3.5:1，磷石膏粉料的含水率为5％；
70.步骤(4)中选取掺有微生物菌剂的食用菌培养基、中药制剂残渣、禽畜粪污进行发酵、灭菌、消毒，得到填料；具体地，将食用菌培养基、中药制剂残渣、禽畜粪污进行干燥、粉碎，干燥后的食用菌培养基、中药制剂残渣、禽畜粪污的混合物含水率为10％，粒径为0.5mm。
71.其他过程与实施例1相同。
72.二、一种沙漠改造剂的应用
73.1、由实施例1
‑
3制备的沙漠改造剂，可用于沙漠、荒漠化土壤的改造，及沙漠、戈壁建筑的固沙作业，具体地按照如下步骤进行：
74.(1)将改良剂混入待改造层一定深度，每亩待改造层混入改良剂20～25m3，撒水浸透；
75.(2)将改造剂、待改造层、水均匀混合，得到改造层。
76.实施例4：
77.采用上述实施例1
‑
3制备得到的一种沙漠改造剂的应用，应用于沙漠改造。
78.按照如下步骤进行：
79.(1)将改良剂混入沙漠深度200mm，其中沙漠改造剂2m3、沙漠50m2，撒水浸透；
80.(2)利用专用机械将改造剂、沙粒、水在耕作层范围内均匀混合，沙粒间迅速形成团粒结构，得到沙漠改造层。
81.实施例5：
82.采用上述实施例1
‑
3制备得到的一种沙漠改造剂的应用，应用于荒漠化土壤改造。
83.具体地可按照如下步骤进行：
84.(1)将改良剂混入荒漠化土壤深度200mm，其中沙漠改造剂2m3、荒漠化土壤50m2,撒水浸透；
85.(2)利用专用机械将改造剂、荒漠化土壤、水在耕作层范围内均匀混合，土壤粒径≥2mm的团粒结构显著增加，得到土壤改造层。
86.实施例6：采用上述实施例1
‑
3制备得到的一种沙漠改造剂的应用，应用于沙漠、戈壁建筑固沙作业。
87.具体地可按照如下步骤进行：
88.(1)将改良剂混入固沙深度300mm，其中沙漠改造剂3.0m3、固沙50m2，撒水浸透；
89.(2)利用专用机械将改造剂、固沙、水在耕作层范围内均匀混合，形成具有团粒结构的固沙层，即为固沙改造层。
90.2、改造层的性能研究
91.(1)对由实施例4、5得到的沙漠改造层、土壤改造层进行集水及渗透性实验，得到如附图1a、1b所示结果，由图1a可以看出，土壤改造层的土堆经水流冲击后，形成土坑，且土坑中有积水，积水渗透缓慢，而由图1b可以看出，沙漠改造层的土堆经水流冲击后，形成土坑，土坑中有积水，积水渗透缓慢。
92.对比附图1c中的未经改造的沙堆，未改造的沙堆经水流冲击后，形成沙坑，但沙坑中没有积水，积水迅速渗透，说明经改造剂改造的沙漠、荒漠化土壤具有很强的储备水分的功能。
93.(2)对实施例4、5得到的沙漠改造层、土壤改造层进行蒸发干燥试验
94.分别将实施例4、实施例5的改造层用水湿透，在晴天，经24小时自然蒸发、温度25℃，得到如附图2所示结果。
95.由附图2a可知，沙漠改造层经蒸发干燥试验后，变成细沙并含有较多的团块结构，说明改造剂与沙粒具有强烈的聚凝作用，将沙粒与改造剂中的矿物质、有机质胶凝形成团粒结构，团粒结构酥松、多孔，容重减小，从而建立起了储备水分、养分、空气和热量的土壤架构。
96.由图2b可知，土壤改造层经蒸发干燥试验后，得到湿润土，说明改造剂与荒漠化土壤具有强烈的聚凝作用，土壤与改造剂中的矿物质、有机质胶凝形成团粒结构，形成具有储备水分、养分、空气和热量的土壤架构。
97.(3)对由实施例4
‑
6得到的沙漠改造层、土壤改造层、固沙改造层进行种植试验，得到如附图3所示的结果。
98.其中附图3a、3b、3c分别为在沙漠改造层、土壤改造层、固沙改造层中，种植5天后植物的生长情况，可知在沙漠改造层、土壤改造层、固沙改造层生长的植物均生长良好。
99.如图3d、3e为在土壤改造层、沙漠改造层种植8天后植物生长情况，相比于附图3b、3a中，植物生长迅速，说明植物生长良好、旺盛。
100.(4)对植株在改造层中的根系情况进行研究
101.对种植在实施例5的沙漠改造层的植物根系进行观察，得到如附图4的结果，可知植株根系在改造层发展，明显避开未改造层。
102.本发明中对改造层的研究，进行的各种试验所采用的方法为本领域常用的试验方法，为本领域人员应该掌握的现有技术，在此不再进行阐述。
103.三、实施一种沙漠改造剂的制备方法的装置
104.一种沙漠改造剂的制备装置，包括干燥器、研磨器、反应器、粉碎器、分离器、发酵器、搅拌混合器、配料器。
105.所述干燥器用于磷石膏、除杂过程的固液分离得到的固体的干燥；所述研磨器用
于磷石膏的研磨，可以采用球磨仪；所述反应器用于磷石膏粉末与碱液的混合、反应；所述粉碎器用于对干燥处理后的食用菌培养基、禽畜粪污进行粉碎；所述分离器用于除杂处理过程中的固液分离；所述发酵器用于发酵掺有微生物菌剂的食用菌培养基、中药制剂残渣、禽畜粪污，并进行灭菌、消毒；所述搅拌混合器用于物料的搅拌、混合均匀；所述配料器用于填料、磷石膏粉料按照设定比例进行配料。
106.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。