本发明专利涉及沙地土壤改良，特别是涉及一种基于同源植物的沙地节水保肥材料及其应用。
背景技术：
：随着我国城镇化发展，可开发农业用地短缺，沙漠成为农业开发重点区域。沙地开发首先要解决节水保肥问题。沙质土壤的机械组成砂粒(2.0-0.02mm)占到95.82％、粉砂粒(0.02-0.002mm)占到2.27％和黏粒(0-0.002mm)占到1.19％。由于沙土颗粒的表面积小，因此沙土的保水保肥能力差，限制了植物的生长。为此，在干旱季节通过施用矿物质肥料和灌溉来提高沙地的产量，从而增加经济收益，缺点是由于沙地的高渗透性，容易淋失植物养分、碱性阳离子和有毒杀虫剂，不仅造成经济损失，而且引起土壤酸化和地下水污染。近年来用于沙地改良的植物性节水保肥材料的研究，逐渐受到重视。用于土壤改良的有机物料，主要是指农林业生产过程中所产生的一些高碳含量的剩余物、废弃物料或上述材料的堆肥材料，主要包括作物秸秆、林木枝叶、畜禽粪肥和各类堆肥等。我国每年秸秆产量在7亿吨以上，位列世界秸秆年产量之首。一方面秸秆是农民生活和农业发展的宝贵资源，随意抛弃、露天焚烧带来了一系列环境问题；另一方面秸秆中含有作物生长所需要的大量的有机质，氮磷钾和微量元素。生物质颗粒炭是生物质在低氧条件下不完全燃烧产生的黑色炭粉颗粒(炭黑)，具有类似土壤腐殖质(酸)的多种特性，吸附和保持氮磷钾等养分的能力强，保水保墒效果显著。技术实现要素：本发明的目的是提供了一种基于同源植物的沙地节水保肥材料，该发明通过采用粘土和玉米秸秆生物炭、腐熟牛粪相结合为植物生长所需的微生物提供了生存环境，同时为植物根系生长提供固沙保水的环境。本发明的另一目的是提供了该沙地节水保肥的应用方法。本发明的基于同源植物的沙地节水保肥材料，包括以下风干重量份的原料复配而成：粘土70-75份，玉米秸秆生物炭10-8份，腐熟牛粪20-17份。优选的，由以下风干重量份的原料复配而成：粘土70份，玉米秸秆生物炭10份，腐熟牛粪20份。优选的，本发明的粘土取自流动沙丘丘间地，风干磙碎，过2mm筛。优选的，玉米秸秆生物炭使用玉米秸秆，在卧式炉炭化炉制得。采用高温分解法制得将秸秆质置于缺氧状态下，温度在450-650摄氏度。所述玉米秸秆生物炭的粒度小于2mm。优选的，所述腐熟牛粪的制备方法为：将牛粪、玉米秸秆、复合微生物菌剂按重量比100：25：0.3进行混合均匀。调节含水量为55％-60％，条垛堆沤20-35天后。二次陈化发酵50-60天。风干磙碎，过2mm筛。所述复合微生物菌剂为黑曲霉(aspergillusniger)︰绿色木霉(trichodermaviride)：枯草芽孢杆菌(bacillussubtilis)：沼泽红假单胞菌(rhodopseudomonaspalustris)为2︰2︰1︰1的比例混和。上述几种菌株购自中国农业微生物菌种保藏管理中心，其中黑曲霉(aspergillusniger)的编号为accc32589，绿色木霉(trichodermaviride)保藏编号为accc32591，枯草芽孢杆菌(bacillussubtilis)的编号为accc11089，沼泽红假单胞菌(rhodopseudomonaspalustris)的编号为accc10649。优选的，将本发明的节水保肥材料用在沙地造林中。在沙地梭梭定植时，将所述复配节水保肥材料填入梭梭栽培穴内，用于改善原沙地土体结构；梭梭在30×30×30cm3坑内种植，每穴5株植物施加肥料1.2kg，肥料与少量沙土混合后放入坑内20～30cm处。最后将将梭移栽在树穴中。本发明的粘土取自流动沙丘丘间地，是流动沙丘伴生土壤，来源广，取土方便。本发明所用粘土具有重要的抑制径流和保持水土作用，有效防治风蚀。本发明的秸秆生物碳和腐熟牛粪，可以通过植物秸秆的不同处理获得。包括碳化、过腹和堆肥。其中生物碳具有比表面积大、吸附能力和抗分解能力强等特点，交换吸附土壤水肥，起到养分缓释作用，提高养分利用率。腐熟牛粪具有植物生长需要的营养物质，促进土壤有益微生物繁殖。本发明实现了同源植物不同处理材料的协同节水保肥功能。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明在采用秸秆生物碳和腐熟牛粪的基础上，添加粘土，，制备节水保肥材料，有效的克服了沙地土壤渗水漏肥的缺陷，改善沙地水肥条件，提高土壤微生物活性，从而提高植物在沙地土壤中的存活率；本发明的沙地节水保肥材料成本低，粘土可就地取材。沙地生产作物秸秆，作物秸秆既可碳化，也可作为青贮饲料养殖牛，牛粪腐熟还田，从而实现了绿色有机循环。改善了环境，降低了沙地改良成本。具体实施方式本发明的基于同源植物的沙地节水保肥材料是在长期的对沙地植物种植的研究中，逐步优化组分获得的一种可以节水保肥的材料，它包括粘土、玉米秸秆生物炭和腐熟牛粪。将粘土、玉米秸秆生物炭和腐熟牛粪按比例混合即得沙地节水保肥材料。其中，粘土：取自流动沙丘丘间地，风干磙碎，过2mm筛。玉米秸秆生物炭：秸秆生物炭使用玉米秸秆，在卧式炉炭化炉制得。采用高温分解法制得将秸秆质置于缺氧状态下，温度在450-650摄氏度。粒度小于2mm。腐熟牛粪：将牛粪、玉米秸秆、复合微生物菌剂按重量比100：25：0.3进行混合均匀。调节含水量为55％-60％，条垛堆沤30天后。二次陈化发酵60天。风干磙碎，过2mm筛。复合微生物菌剂为黑曲霉(aspergillusniger)︰绿色木霉(trichodermaviride)：枯草芽孢杆菌(bacillussubtilis)：沼泽红假单胞菌(rhodopseudomonaspalustris)为2︰2︰1︰1的比例混和。上述几种菌株购自中国农业微生物菌种保藏管理中心，其中黑曲霉(aspergillusniger)的编号为accc32589，绿色木霉(trichodermaviride)保藏编号为accc32591，枯草芽孢杆菌(bacillussubtilis)的编号为accc11089，沼泽红假单胞菌(rhodopseudomonaspalustris)的编号为accc10649。发明人对各种参数进行优化，如下所述：一、组分比例的优化1、粘土比例对保水的影响按照上述方法用粘土、玉米秸秆生物炭和腐熟牛粪制备沙地节水保肥材料，改变粘土含量，组分中其他成分比例保持一定(玉米秸秆生物炭和腐熟牛粪重量比保持10：20不变，粘土用量如表1所示，其余同上所述)。将风干沙土3kg与沙地节水保肥材料120g均匀混合，装入高为25cm、直径10cm塑料桶中，初始含水量为沙土田间持水量的70％，放入网室内模拟自然条件进行室外培养。7个月后用环刀法测土壤容重、田间持水量和毛管持水量，用烘干法测定土壤含水量。结果如表1所示，结果表明，提高粘土的比例有利于抑制土壤蒸发，保持土壤水分，改善土壤的保水效能。表1.粘土比例对保水的影响粘土占比(％)土壤容重(k/cm3)含水量(％)田间持水量(％)毛管持水量(％)651.222.2822.421.0701.212.8924.622.1751.263.2826.222.4801.324.1928.123.22、秸秆生物炭比例对保水的影响按照上述方法用粘土、玉米秸秆生物炭和腐熟牛粪制备沙地节水保肥材料，改变沙地节水保肥材料中生物炭占比，如表2所示，组分中其他成分比例保持一定(粘土和腐熟牛粪重量比保持70：20不变)。风干沙土3kg与沙地节水保肥材料120g均匀混合，装入高为25cm、直径10cm塑料桶中，初始含水量为沙土田间持水量的70％，放入网室内模拟自然条件进行室外培养。7个月后用环刀法测土壤容重和田间持水量，用烘干法测定土壤含水量，用干筛法测定土壤团聚体。通过实验表明，提高生物炭比例使土壤膨松，提高土壤田间持水量，促进土壤团聚体的形成，改善土壤结构。表2.秸秆生物炭比例对保水的影响3、腐熟牛粪按照上述方法用粘土、玉米秸秆生物炭和腐熟牛粪制备沙地节水保肥材料，通过实验表明，改变沙地节水保肥材料中腐熟牛粪占比，如表3所示，组分中其他成分比例保持一定的情况下(粘土和秸秆生物炭重量比保持70：10不变)。风干沙土3kg与沙地节水保肥材料120g均匀混合，装入高为25cm、直径10cm塑料桶中，初始含水量为沙土田间持水量的70％，放入网室内模拟自然条件进行室外培养。7个月取样测定。有机质测定采用重铬酸钾容量法,碱解氮测定采用碱解扩散法,速效磷测定采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法,速效钾测定采用醋酸铵浸提-火焰光度法，ph值测定按土水比1.0∶2.5提取液，用酸度计测定。腐熟牛粪比例增加提高了土壤中有机质以及速效氮、憐、钾的含量。表3.腐熟牛粪的比例对保肥的影响二、各组分材料参数的优化1、粘土的粒度对保水保肥的影响粘土取自当地丘间地，粒径0-0.002mm，比较均匀，为了与其他组分充分结合，因此风干磙碎，过2mm筛。2、秸秆生物炭粒径和种类的影响通过对比玉米秸秆和锯末生物炭的节水保肥作用，玉米秸秆生物炭在提高土壤田间持水量，降低土壤容重，提高土壤ph值、有机质和速效养分含量方面较锯末生物炭作用效果更加显著。采用玉米秸秆生物炭，粒度小于2mm，为了与其他组分充分结合。粘土：腐熟牛粪：生物炭重量比＝70：20：10。生物炭材料分别采用玉米秸秆和锯末生物炭。风干沙土3kg与保水保肥材料120g均匀混合，装入高为25cm、直径10cm塑料桶中，初始沙土含水量为田间持水量的70％，放入网室内模拟自然条件进行室外培养。7个月取样测定。用环刀法测田间持水量，有机质测定采用重铬酸钾容量法，碱解氮测定采用碱解扩散法,速效磷测定采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法,速效钾测定采用醋酸铵浸提-火焰光度法，ph值测定按土水比1.0∶2.5提取液，用酸度计测定。表4.不同材料生物炭对保水保肥的影响3、腐熟牛粪的处理方式通过土柱实验，设置腐熟牛粪和生牛粪分别5％的施用浓度(粘土和秸秆生物炭重量比为85：10)，8个月后采用常规方法测定土壤结构和养分含量。表5.腐熟牛粪的处理方式土壤结构和养分含量的影响基于上述优化本发明的基于同源植物的沙地节水保肥材料，包括以下风干重量份的原料复配而成：粘土70-75份，玉米秸秆生物炭10-8份，腐熟牛粪20-17份。优选的，本发明的粘土取自流动沙丘丘间地，风干磙碎，过2mm筛。优选的，秸秆生物碳使用玉米秸秆，在卧式炉炭化炉制得。采用高温分解法制得将秸秆质置于缺氧状态下，温度在450-650摄氏度。粒度小于2mm。优选的，所述腐熟牛粪时将牛粪、玉米秸秆、复合微生物菌剂按重量比100：25：0.3进行混合均匀。调节含水量为55％-60％，条垛堆沤30天后。二次陈化发酵60天。风干磙碎，过2mm筛。复合微生物菌剂为黑曲霉(aspergillusniger)︰绿色木霉(trichodermaviride)：枯草芽孢杆菌(bacillussubtilis)：沼泽红假单胞菌(rhodopseudomonaspalustris)为2︰2︰1︰1的比例混和。上述几种菌株购自中国农业微生物菌种保藏管理中心，其中黑曲霉(aspergillusniger)的编号为accc32589，绿色木霉(trichodermaviride)保藏编号为accc32591，枯草芽孢杆菌(bacillussubtilis)的编号为accc11089，沼泽红假单胞菌(rhodopseudomonaspalustris)的编号为accc10649。为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明。以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例中的试验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径购买。实施例1、基于同源植物的沙地节水保肥材料的制备本发明的基于同源植物的沙地节水保肥材料，由以下重量份的原料混合而成：粘土70份，玉米秸秆生物炭10份，腐熟牛粪20份。其中，粘土取自流动沙丘丘间地，风干磙碎，过2mm筛。玉米秸秆生物炭使用玉米秸秆，在卧式炉炭化炉制得。采用高温分解法制得将秸秆质置于缺氧状态下，温度在450-650摄氏度。粒度小于2mm。腐熟牛粪时将牛粪、玉米秸秆、复合微生物菌剂按重量比100：25：0.3进行混合均匀。调节含水量为55％-60％，条垛堆沤30天后。二次陈化发酵60天。风干磙碎，过2mm筛。复合微生物菌剂为黑曲霉(aspergillusniger)︰绿色木霉(trichodermaviride)：枯草芽孢杆菌(bacillussubtilis)：沼泽红假单胞菌(rhodopseudomonaspalustris)为2︰2︰1︰1的比例混和。上述几种菌株购自中国农业微生物菌种保藏管理中心，其中黑曲霉(aspergillusniger)的编号为accc32589，绿色木霉(trichodermaviride)保藏编号为accc32591，枯草芽孢杆菌(bacillussubtilis)的编号为accc11089，沼泽红假单胞菌(rhodopseudomonaspalustris)的编号为accc10649。将粘土、秸秆生物碳和腐熟牛粪按照上述重量分数比混合得到沙地节水保肥材料。实施例2、基于同源植物的沙地节水保肥材料的制备本发明的基于同源植物的沙地节水保肥材料，包括以下重量份的原料混合而成：粘土75份，玉米秸秆生物炭8份，腐熟牛粪17份。其中，粘土取自流动沙丘丘间地，风干磙碎，过2mm筛。玉米秸秆生物炭：使用玉米秸秆，在卧式炉炭化炉制得。采用高温分解法制得将秸秆质置于缺氧状态下，温度在450-650摄氏度。粒度小于2mm。腐熟牛粪时将牛粪、玉米秸秆、复合微生物菌剂按重量比100：25：0.3进行混合均匀。调节含水量为55％-60％，条垛堆沤30天后。二次陈化发酵60天。风干磙碎，过2mm筛。复合微生物菌剂为黑曲霉(aspergillusniger)︰绿色木霉(trichodermaviride)：枯草芽孢杆菌(bacillussubtilis)：沼泽红假单胞菌(rhodopseudomonaspalustris)为2︰2︰1︰1的比例混和。上述几种菌株购自中国农业微生物菌种保藏管理中心，其中黑曲霉(aspergillusniger)的编号为accc32589，绿色木霉(trichodermaviride)保藏编号为accc32591，枯草芽孢杆菌(bacillussubtilis)的编号为accc11089，沼泽红假单胞菌(rhodopseudomonaspalustris)的编号为accc10649。将粘土、玉米秸秆生物碳和腐熟牛粪按照上述重量分数比混合得到沙地节水保肥材料。实施例3、基于同源植物的沙地节水保肥材料的制备本发明的基于同源植物的沙地节水保肥材料，由以下重量份的原料混合而成：粘土80份，秸秆生物碳5份，腐熟牛粪15份。其中，粘土取自流动沙丘丘间地，风干磙碎，过2mm筛。秸秆生物碳使用玉米秸秆，在卧式炉炭化炉制得。采用高温分解法制得将秸秆质置于缺氧状态下，温度在450-650摄氏度。粒度小于2mm。腐熟牛粪时将牛粪、玉米秸秆、复合微生物菌剂按重量比100：25：0.3进行混合均匀。调节含水量为55％-60％，条垛堆沤30天后。二次陈化发酵60天。风干磙碎，过2mm筛。复合微生物菌剂为黑曲霉(aspergillusniger)︰绿色木霉(trichodermaviride)：枯草芽孢杆菌(bacillussubtilis)：沼泽红假单胞菌(rhodopseudomonaspalustris)为2︰2︰1︰1的比例混和。上述几种菌株购自中国农业微生物菌种保藏管理中心，其中黑曲霉(aspergillusniger)的编号为accc32589，绿色木霉(trichodermaviride)保藏编号为accc32591，枯草芽孢杆菌(bacillussubtilis)的编号为accc11089，沼泽红假单胞菌(rhodopseudomonaspalustris)的编号为accc10649。将粘土、玉米秸秆生物碳和腐熟牛粪按照上述重量分数比混合得到沙地节水保肥材料。实施例4、基于同源植物的沙地节水保肥材料的制备本发明的基于同源植物的沙地节水保肥材料，由以下重量份的原料混合而成：粘土65份，秸秆生物碳15份，腐熟牛粪20份。其中，粘土取自流动沙丘丘间地，风干磙碎，过2mm筛。秸秆生物碳使用玉米秸秆，在卧式炉炭化炉制得。采用高温分解法制得将秸秆质置于缺氧状态下，温度在450-650摄氏度。粒度小于2mm。腐熟牛粪时将牛粪、玉米秸秆、复合微生物菌剂按重量比100：25：0.3进行混合均匀。调节含水量为55％-60％，条垛堆沤30天后。二次陈化发酵60天。风干磙碎，过2mm筛。复合微生物菌剂为黑曲霉(aspergillusniger)︰绿色木霉(trichodermaviride)：枯草芽孢杆菌(bacillussubtilis)：沼泽红假单胞菌(rhodopseudomonaspalustris)为2︰2︰1︰1的比例混和。上述几种菌株购自中国农业微生物菌种保藏管理中心，其中黑曲霉(aspergillusniger)的编号为accc32589，绿色木霉(trichodermaviride)保藏编号为accc32591，枯草芽孢杆菌(bacillussubtilis)的编号为accc11089，沼泽红假单胞菌(rhodopseudomonaspalustris)的编号为accc10649。将粘土、玉米秸秆生物碳和腐熟牛粪按照上述重量分数比混合得到沙地节水保肥材料。实施例5、基于同源植物的沙地节水保肥材料的制备本发明的基于同源植物的沙地节水保肥材料，由以下重量份的原料混合而成：粘土65份，秸秆生物炭15份，腐熟牛粪20份。其中，粘土取自流动沙丘丘间地，风干磙碎，过2mm筛。秸秆生物炭使用小麦秸秆，在卧式炉炭化炉制得。采用高温分解法制得将秸秆质置于缺氧状态下，温度在450-650摄氏度。粒度小于2mm。腐熟牛粪时将牛粪、小麦秸秆、复合微生物菌剂按重量比100：25：0.3进行混合均匀。调节含水量为55％-60％，条垛堆沤30天后。二次陈化发酵60天。风干磙碎，过2mm筛。复合微生物菌剂为黑曲霉(aspergillusniger)︰绿色木霉(trichodermaviride)：枯草芽孢杆菌(bacillussubtilis)：沼泽红假单胞菌(rhodopseudomonaspalustris)为2︰2︰1︰1的比例混和。上述几种菌株购自中国农业微生物菌种保藏管理中心，其中黑曲霉(aspergillusniger)的编号为accc32589，绿色木霉(trichodermaviride)保藏编号为accc32591，枯草芽孢杆菌(bacillussubtilis)的编号为accc11089，沼泽红假单胞菌(rhodopseudomonaspalustris)的编号为accc10649。将粘土、小麦秸秆生物炭和腐熟牛粪按照上述重量分数比混合得到沙地节水保肥材料。实施例6、基于同源植物的沙地节水保肥材料的制备本发明的基于同源植物的沙地节水保肥材料，由以下重量份的原料混合而成：粘土65份，秸秆生物炭15份，生牛粪20份。其中，粘土取自流动沙丘丘间地，风干磙碎，过2mm筛。秸秆生物炭使用玉米秸秆，在卧式炉炭化炉制得。采用高温分解法制得将秸秆质置于缺氧状态下，温度在450-650摄氏度。粒度小于2mm。生牛粪风干磙碎，过2mm筛。将粘土、玉米秸秆生物碳和生牛粪按照上述重量分数比混合得到沙地节水保肥材料。实施例7、本发明沙地节水保肥材料的效果实验将实施例1-6制备的的沙地节水保肥材料在内蒙古乌兰布和沙地定植梭梭，将本发明的沙地节水保肥材料在内蒙古乌兰布和沙地定植梭梭，在种植地域挖30×30×30cm3的坑作为梭梭栽培穴，将上述制备的沙地节水保肥材料1.2kg填入梭梭栽培穴内；一年生梭梭苗在梭梭栽培穴内种植，每穴5株植物，施加节水保肥材料1.2kg/穴，节水保肥材料与30kg沙土混合后放入坑内20～30cm处。最后将将梭移栽在树穴中。在种植梭梭与白梭梭后进行一次性浇水40l/株，以后不再浇水。同时进行对照试验，对照试验未添加沙地节水保肥材料其余同上。施用5个月后，用土钻在植物根部周围15cm内取土样，取样深度为40cm，采用烘干法测定土壤含水率，同时测定有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、ph等指标，9月份统计存活率。施用效果如表1所示。施用本发明的沙地节水保肥材料后，原来风沙土的理化性质发生了很大的变化，有机质、碱解氮、速效磷、速效钾等指标显著增加，ph接近于中性，土壤速效养分供应的能力提高，土壤持水能力增加。梭梭成活率显著提高。对梭梭种植而言，最佳配方是：粘土70份，玉米秸秆生物炭10份，腐熟牛粪20份。表1.沙地节水保肥材料施用效果以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化和修改，皆应属本发明的涵盖范围。当前第1页12