干旱半干旱区退化草原空斑的快速修复方法

1.本发明涉及草原生态环境修复技术领域。更具体地说，本发明涉及一种干旱半干旱区退化草原空斑的快速修复方法。


背景技术：

2.草原是我国一项重要的农业生产资源，面积60亿亩占国土面积41％，既是重要的绿色生态屏障，又是重要的畜牧业生产基地。然而，由于不合理的利用，目前草原土壤退化严重，已成为我国一个重大的资源和环境问题。草原土地退化的原因主要是由于人类从草原土地上不断取走大量的物质与能量，草原土地长期入不敷出，违背了生态平衡的基本原则而造成的。而最直接、最重要的原因是：(1)过度放牧，(2)不适当开垦、挖药材、砍薪柴、割草、搂草、搂发菜等，破坏草地植被，使风蚀、水蚀、沙化、盐渍化和土壤贫瘠化加剧；(3)管理不当，(4)草原土地的使用、管理权限不明。
3.现有的退化草原修复技术多是基于机械深耕翻、机械浅耕翻、开沟槽等机械扰动基础上的补播，例如申请号为202011189413.0的发明专利公开了一种退化草原表土快速修复方法，其通过封禁灭菌使得原先存在的微生物灭活，再通过整地，在土壤底部加入牧草纤维和生物质活性炭在土壤底部构建保水层，实现快速修复并持续保持草原表土质量的目的。但这种方法对原生植被与原生土壤的扰动较大，不利于土壤碳储藏。
4.液体生态地膜是一种新开发的高分子化合物，与水混合形成一种液体材料，可以随意地喷洒，在土壤表面形成一种功能生态膜，可促进土壤形成团粒，改良土壤结构，能够固结沙粒、集水取水、保墒和促进植物生长等，可以用在沙漠、农田、坡耕地、风蚀地区。申请号为201510026651.2的发明专利公开了一种可生物降解农用液态地膜及其制备方法，利用淀粉、蛋白质等原料通过氧化、水解、接枝共聚适量的丙烯酸，制备了一种农用液态地膜，但该制备过程工艺复杂，使用到的丙烯酸属于易燃品，对人体健康存在危害，且得到的地膜抗拉强度差、保湿性较差，在土壤表面易于破损，不适宜在干旱半干旱区的草原上使用。


技术实现要素：

5.本发明的一个目的是提供一种干旱半干旱区退化草原空斑的快速修复方法，其不翻耕、不开沟槽，充分利用液态地膜的保水保墒优点，并对现有技术中的液态地膜进行改良，对干旱半干旱区草甸草原退化斑块进行修复。
6.为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，根据本发明的一个方面，本发明提供了干旱半干旱区退化草原空斑的快速修复方法，主要包括以下步骤：草植种植后在土壤表面均匀喷涂液态地膜，所述液态地膜中原料按重量份数计主要包括腐殖酸80～120份，改性纤维素80～150份，蒙脱土20～40份，阿拉伯树胶5～10份，成膜助剂10～20份，交联剂10～20份，表面活性剂3～5份，农药3～5份，水100～300份，其中，所述改性纤维素为海藻酸-纤维素复合微凝珠。
7.优选的是，所述改性纤维素的制备方法为：向质量百分数浓度为1.5～3％的海藻
酸钠溶液中加入乳化剂和萃取剂，制成悬浮液，将所述悬浮液和质量百分数浓度为1～4％的羧甲基纤维素胶体溶液按体积比为1：(2～5)的比例混合，加入占海藻酸钠溶液的质量百分比为0.2～1％的交联剂，搅拌，静置交联0.5～1h,获得混合溶液；将所述混合溶液用注射器逐滴加入至浓度为1～4％氯化钙溶液，搅拌，超声分散，产生胶珠沉降，过滤，洗涤，制得平均粒径为0.1～10μm的海藻酸-纤维素复合微凝珠。
8.优选的是，所述悬浮液的具体制备方法为：将水升温至50～80℃，边搅拌边取海藻酸钠均匀加入水中，制取浓度为1.5～3％的海藻酸钠溶液，将乳化剂加入海藻酸钠溶液中，搅拌的同时，均匀加入萃取剂，形成悬浮液，其中，所述乳化剂、萃取剂与海藻酸钠溶液的质量比为(0.1～0.5)：(0.1～0.3)：100。优选的是，所述步骤一中乳化剂为吐温60。
9.优选的是，所述步骤一中萃取剂为2-乙基己基磷酸2-乙基己基酯。
10.优选的是，所述步骤三中交联剂为丁烷四羧酸。
11.优选的是，具体步骤为：
12.步骤a、选种，在对当地草甸草原原生种植物和气候水文条件进行实地调研的基础上，确定并筛选适合当地环境且具有良好耐旱、耐寒性的草本植物种子；
13.步骤b、播种及覆土，早春雨后选择3～4种草本植物种子等比例混合后进行混播，撒播后覆土，土层厚2cm，所覆土壤的组成为：客土70～100份，草炭30～35份，氮肥 2～3份，有机肥4～5份，蚯蚓粪4～5份，菌渣4～5份；
14.步骤c、喷施所述液态地膜，播种覆土后，用喷雾器将液态地膜均匀喷施于土壤表面，施用量为300～500kg/hm2；
15.步骤d、保育，春季喷施所述液态地膜后，采取封育和人工看护措施，以确保幼苗萌发后能顺利扎根并迅速生长，秋季可恢复放牧，放牧后留茬高度5～8cm。
16.优选的是，所述草本植物种子包括披碱草、羊草、扁穗冰草、无芒雀麦、杂花苜蓿。
17.优选的是，所述步骤c中液态地膜的施用量为450kg/hm2。
18.本发明至少包括以下有益效果：
19.第一、本发明具有低扰动、高效率修复草原退化斑块的优点，其将液态地膜直接喷洒在土壤表面，起到防风、保持土壤水分，提高地温的作用，可明显改善土壤水分状况及水分利用率；
20.第二、本发明所述液态地膜，在40天到60天后可逐渐降解为腐殖酸类肥料，降解入土后具有改良土壤团粒结构，改善土壤通透性等作用；
21.第三、本发明对液态地膜进行改进，将纤维素和海藻酸制备成复合微凝珠，纤维素和海藻酸形成三维网状结构，束缚住更多的自由水，提高液态地膜的保水性，同时起到保温的作用，且有效提高了液态地膜的力学性能。
22.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
23.下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
24.需要说明的是，下述实施方案中实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，试剂和
材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
25.《实施例1》
26.一种干旱半干旱区退化草原空斑的快速修复方法，具体步骤为：
27.步骤a、选种，在对当地草甸草原原生种植物和气候水文条件进行实地调研的基础上，确定并筛选适合当地环境且具有良好耐旱、耐寒性的草本植物种子；
28.步骤b、播种及覆土，早春雨后选择碱草、羊草、扁穗冰草、无芒雀麦四种草本植物种子等比例混合后进行混播，撒播后覆土，土层厚2cm，所覆土壤的组成为：客土80 份，草炭35份，氮肥3份，有机肥4份，蚯蚓粪4份，菌渣5份；
29.步骤c、喷施液态地膜，播种覆土后，用喷雾器将液态地膜均匀喷施于土壤表面，施用量为450kg/hm2，晴天喷施，若遇下雨则待天晴后再补喷1次，所述液态地膜包含以下成分：腐殖酸100份，改性纤维素120份，蒙脱土30份，阿拉伯树胶8份，成膜助剂 15份，交联剂12份，表面活性剂4份，农药4份，水200份，使用时将各组分混合均匀；
30.步骤d、保育，春季喷施液态地膜后，采取封育和人工看护措施，以确保幼苗萌发后能顺利扎根并迅速生长，秋季可恢复放牧，放牧后留茬高度7cm。
31.其中，所述成膜助剂为交联羧甲基淀粉，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠，所述交联剂为环氧硅烷交联剂，所述农药为杀虫剂，所述改性纤维素为海藻酸-纤维素复合微凝珠，其制备方法为：
32.步骤一、将水升温至60℃，边搅拌边取海藻酸钠均匀加入水中，制取浓度为2％的海藻酸钠溶液，将吐温60加入海藻酸钠溶液中，搅拌的同时，均匀加入2-乙基己基磷酸 2-乙基己基酯，形成悬浮液，其中，所述吐温60、2-乙基己基磷酸2-乙基己基酯与海藻酸钠溶液的质量比为0.3：0.2：100；
33.步骤二、取羧甲基纤维素与水混合，混合过程中充分搅拌，制取浓度为3％的胶体溶液；
34.步骤三、将所述悬浮液和胶体溶液按体积比为1：3的比例混合，加入占海藻酸钠溶液的质量百分比为0.3％的丁烷四羧酸，搅拌，静置交联0.5h,获得混合溶液；
35.步骤四、将所述混合溶液用注射器逐滴加入至浓度为3％氯化钙溶液，搅拌，超声分散，产生胶珠沉降，过滤，洗涤，制得平均粒径为2μm的所述海藻酸-纤维素复合微凝珠。
36.《实施例2》
37.一种干旱半干旱区退化草原空斑的快速修复方法，具体步骤为：
38.步骤a、选种，在对当地草甸草原原生种植物和气候水文条件进行实地调研的基础上，确定并筛选适合当地环境且具有良好耐旱、耐寒性的草本植物种子；
39.步骤b、播种及覆土，早春雨后选择扁穗冰草、无芒雀麦、杂花苜蓿三种草本植物种子等比例混合后进行混播，撒播后覆土，土层厚2cm，所覆土壤的组成为：客土100 份，草炭30份，氮肥2份，有机肥5份，蚯蚓粪5份，菌渣5份；
40.步骤c、喷施液态地膜，播种覆土后，用喷雾器将液态地膜均匀喷施于土壤表面，施用量为450kg/hm2，晴天喷施，若遇下雨则待天晴后再补喷1次，所述液态地膜包含以下成分：腐殖酸80份，改性纤维素150份，蒙脱土20份，阿拉伯树胶5份，成膜助剂20份，交联剂10份，表面活性剂5份，农药5份，水300份，使用时将各组分混合均匀；
41.步骤d、保育，春季喷施液态地膜后，采取封育和人工看护措施，以确保幼苗萌发后
能顺利扎根并迅速生长，秋季可恢复放牧，放牧后留茬高度5cm。
42.其中，所述成膜助剂为交联羧甲基淀粉，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠，所述交联剂为环氧硅烷交联剂，所述农药为杀虫剂，所述改性纤维素为海藻酸-纤维素复合微凝珠，其制备方法为：
43.步骤一、将水升温至50℃，边搅拌边取海藻酸钠均匀加入水中，制取浓度为1.5％的海藻酸钠溶液，将吐温60加入海藻酸钠溶液中，搅拌的同时，均匀加入2-乙基己基磷酸 2-乙基己基酯，形成悬浮液，其中，所述吐温60、2-乙基己基磷酸2-乙基己基酯与海藻酸钠溶液的质量比为0.1：0.1：100；
44.步骤二、取羧甲基纤维素与水混合，混合过程中充分搅拌，制取浓度为2％的胶体溶液；
45.步骤三、将所述悬浮液和胶体溶液按体积比为1：2的比例混合，加入占海藻酸钠溶液的质量百分比为0.2％的环氧硅烷交联剂，搅拌，静置交联1h，获得混合溶液；
46.步骤四、将所述混合溶液用注射器逐滴加入至浓度为2％氯化钙溶液，搅拌，超声分散，产生胶珠沉降，过滤，洗涤，制得平均粒径为1μm的所述海藻酸-纤维素复合微凝珠。
47.《对比例1》
48.一种干旱半干旱区退化草原空斑的快速修复方法，步骤a～d同实施例1，不同的是所述液态地膜包含以下成分：腐殖酸100份，改性纤维素80份，海藻酸钠25份，蒙脱土 35份，阿拉伯树胶8份，成膜助剂16份，交联剂12份，表面活性剂3份，农药4份，水150份，使用时将各组分混合均匀。所述改性纤维素由秸秆粉改性制备而成，制备方法包括以下步骤：将秸秆粉与0.3m的氢氧化钠溶液按照重量比1:5的比例混合均匀，加入氯醋酸钠进行羧甲基化反应，反应结束后沉淀、过滤，将所得液体透析、冻干后得到改性纤维素。
49.《对比例2》
50.一种干旱半干旱区退化草原空斑的快速修复方法，步骤a～d同实施例1，不同的是所述液态地膜中改性纤维素的制备方法为：
51.步骤一、将水升温至60℃，边搅拌边取海藻酸钠均匀加入水中，制取浓度为2％的海藻酸钠溶液；
52.步骤二、取羧甲基纤维素与水混合，混合过程中充分搅拌，制取浓度为3％的胶体溶液；
53.步骤三、将所述海藻酸钠溶液和胶体溶液按体积比为1：3的比例混合，加入占海藻酸钠溶液的质量百分比为0.3％的丁烷四羧酸，搅拌，静置交联0.5h,获得混合溶液；
54.步骤四、将所述混合溶液用注射器逐滴加入至浓度为3％氯化钙溶液，搅拌，超声分散，产生胶珠沉降，过滤，洗涤，制得平均粒径为2μm的微凝珠。
55.《对比例3》
56.一种干旱半干旱区退化草原空斑的快速修复方法，步骤a～d同实施例1，不同的是所述液态地膜中改性纤维素替换为海藻酸钠-木质素复合微凝珠，其制备方法为：
57.步骤一、将水升温至60℃，边搅拌边取海藻酸钠均匀加入水中，制取浓度为2％的海藻酸钠溶液，将吐温60加入海藻酸钠溶液中，搅拌的同时，均匀加入2-乙基己基磷酸 2-乙基己基酯，形成悬浮液，其中，所述吐温60、2-乙基己基磷酸2-乙基己基酯与海藻酸钠溶液的质量比为0.3：0.2：100；
58.步骤二、将所述海藻酸钠溶液和浓度为3％的木质素磺酸钠溶液按体积比为1：3的比例混合，加入占海藻酸钠溶液的质量百分比为0.3％的环氧氯丙烷，搅拌，静置交联 0.5h，获得混合溶液；
59.步骤三、将所述混合溶液用注射器逐滴加入至浓度为3％氯化钙溶液，搅拌，超声分散，产生胶珠沉降，过滤，洗涤，制得平均粒径为2μm的海藻酸钠-木质素复合微凝珠。
60.《液态地膜性能试验》
61.对实施例1～2和对比例1～3中制备得到的液态地膜进行保温性能、保湿性能和力学性能测试。
62.其中，所述保温性能和保湿性能的测试方法为：按实施例1～2和对比例1～3中的方法分别将实施例1～2和对比例1～3中制备的液态地膜按450kg/hm2施用量均匀喷洒于干旱半干旱区退化草原空斑地表，利用湿度分析计和土壤温度计分别测定覆膜一段时间内 10cm土壤深处的湿度值和温度值，每7天测定一次，实验结果如表1所示。
63.实验结果表明，实施例1～2中的液态地膜具有很好的保温保湿性，这是由于利用本发明所述方法制得的液态地膜，将纤维素和海藻酸制备成复合微凝珠，纤维素和海藻酸形成三维网状结构，束缚住更多的自由水，提高液态地膜的保水性，同时阻断了土壤的蒸腾作用，提高了土壤的保温性能。
64.表1
[0065][0066]
力学性能测试方法为将实施例1～2和对比例1～3中制备的液态地膜在光洁的聚乙烯塑料板表面延流成膜，自然条件下干燥24h后揭膜，根据gb 13022-91，制作哑铃形试样，试样宽度为15mm，原始标距为50mm，试验速度为500mm/min，每次做4个平行试样，取平均值。实验结果如表2所示。
[0067]
表2
[0068] 拉伸强度/mpa实施例121.4实施例222.1对比例114.8
对比例215.6对比例315.9
[0069]
结果显示，本发明所述干旱半干旱区退化草原空斑的快速修复方法，不翻耕、不开沟槽，采用低扰动退化草原修复技术，将液态地膜直接喷洒在土壤表面，起到防风、保持土壤水分，提高地温的作用，可明显改善土壤水分状况及水分利用率。另外，本发明所述液态地膜，不仅提高了液态地膜的保水性，同时起到保温的作用，且有效提高了液态地膜的力学性能。
[0070]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述。