一种适用于干旱半干旱地区盐碱地改良的方法
【专利摘要】本发明提供了一种适用于干旱半干旱地区盐碱地改良的方法，采用剥离表土、碾压底层、铺填粘土层、覆盖高密度聚乙烯(HDPE)膜、铺填有机混合物料、布设排盐盲管、回填表土、种植植物等技术步骤进行改良；具有阻隔导排盐碱离子效果好，充分利用有机质改善土壤质地和降低盐碱离子，废物资源化利用程度高，标本兼治，流程简单，成本低，原位修复，节约表土资源等诸多优点，在环境保护、生态修复、园林建设及农业生产领域具有广阔的应用前景及推广价值，可创造良好的经济效益和社会、生态效益。
【专利说明】—种适用于干旱半干旱地区盐碱地改良的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种盐碱地改良的方法，尤其涉及一种适用于干旱半干旱地区盐碱地的改良方法。
【背景技术】
[0002]盐碱地是指因盐类聚积而使土壤中所含盐分过高，影响到植物正常生长的土地。根据联合国教科文组织和粮农组织不完全统计，全世界盐碱地的面积为9.5438亿公顷，其中我国为9913万公顷。盐碱地由于土壤内大量盐分的积累，引起一系列土壤物理性状的恶化:结构粘滞，通气性差，生物菌群减少，容重高，土温上升慢，土壤中好气性微生物活动性差，养分释放慢，渗透系数低，毛细作用强，便导致表层土壤盐溃化的加剧。土壤盐碱化后会严重影响植物的生长，使植物失去了良好的生长环境和营养条件，降低作物产量。目前我国社会和国民经济发展迅速，耕地减少与人口增长的矛盾日益突显，各类土地资源，特别是盐碱地作为一种重要的土地后备资源，急需去保护、开发和利用。
[0003]盐碱地的形成原因首先与所在地的气候条件、地理条件有关，其次与土壤质地、地下水位高低、河流和海水浸溃、不当的耕作管理措施等有关。不同成因或不同地域的盐碱土壤具有不同的水分运移特点。我国南方气候湿润，雨水多，盐碱地的盐分随水分向土壤深层或位置低的方向运移；而我国北方，尤其是西北干旱半干旱地区，降水量小，蒸发量大，溶解在水中的盐分随水气向土壤表层运移，表层盐碱化越发严重，土壤深层反而较轻。这些特点使得不同地域的盐碱土壤改良措施应有所不同。
[0004]就治理措施而言，目前盐碱土主要采用排灌系统改良法、客土填垫法、土壤改良剂施用与肥盐平衡法、耐盐脱盐植物种植等方法中的一种或多种组合进行治理。这些方法都存在一定的缺陷，如治标不治本，见效慢，效果不持久，成本高，浪费表土资源等，尤其不适合地域特别广阔的干旱半干旱地区的盐碱地改良。
[0005]为此，本发明提供一种兼具盐分隔离排灌与土壤质地改良、养分平衡等功效的盐碱土原位改良方法，可有效避免上述方法的种种不足，具有标本兼治，流程简单，效果好，成本低，废物循环利用，节约资源等优点，推广应用前景广阔。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种适用于干旱半干旱地区盐碱地的改良方法，具有标本兼治，工艺流程简单，改良效果好，废物资源化程度高等优点。
[0007]为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案:
[0008]包括以下技术步骤:
[0009]1、根据土地用途剥离20~50cm表层土(5)另放，然后碾压底层(1)，直到不沉降为止，其中:
[0010]①农业用地:剥离表层土(5) 20~30cm ； [0011]②林地或绿化用地:剥离表层土(5)30~50cm。[0012]这样做的理由是，表层土(5)是植物能够生长的熟化土壤，是重要的资源，也是改良的重点对象；对农业用地而言，农作物根系主要分布在表层20~30cm以内；对于林地或绿化用地而言，植物根系则主要分布在表层30~50cm以内。碾压底层(I)，则是为了最大程度地封闭土壤空隙及毛管，避免底层(I)水分轻易地向上运移。
[0013]2、布设处理场地排水沟，要求排水沟底部低于底层(I)平面20cm以上。这样做的理由是，使隔离层以上的水能渗浸或通过排盐盲管(6)导排到排水沟里。
[0014]3、铺填粘土层(2)，厚度10~20cm，清除其中的硬物，压实、压平，保持湿润、光滑。这样做的理由是，粘土层(2)作为高密度聚乙烯(HDPE)膜(3)的垫层，要求平整、光滑、湿润、无硬块，这样才能使膜与垫层紧密粘结。
[0015]4、铺设HDPE膜(3)。这样做的有益效果是，HDPE膜(3)具有较高的强度和良好的延展性，不易老化，经久耐用，铺装后可以形成良好的隔离防渗层，以阻断膜上下层土壤之间的水盐交换。同时，截留雨水或浇水养护时渗滤下来的盐碱渗滤液，使其可从排盐盲管
(6)排出。
[0016]5、铺填有机混合物料(4)，包括粉碎后的作物秸杆、矿化垃圾、粪渣、畜禽粪便等。这样做的有益效果是，有机混合物料(4)在微生物的作用下降解腐熟，逐步转化成腐殖质、腐殖质前体和矿质养分，为改良土壤和植物生长提供了良好的条件。具体作用与机理如下:
[0017]①腐殖质及其前体具有丰富的芳香基、酚羟基、醇羟基、碳基共扼双键等活性基团，可络合或螯合盐碱土中的盐基离子，从而降低土壤中游离盐基离子的浓度。
[0018]②腐殖质及其前体是土壤有机质的主要组成部分，是土壤团粒结构的主要构成因素，可改善土壤质地，保持疏松`及通透，为植物生长及营造良好的根际环境提供了条件。
[0019]③在微生物降解有机物料(4)及腐殖化的过程中，会产生有机酸，可中和表层土
(5)中的碱性。
[0020]④矿质养分可为植物生长所利用，同时平衡肥盐，减少施肥。
[0021]⑤有机物料(4)在微生物作用下降解，会释放出一定的热量，从而提高盐碱土本不易提升的地温；同时，土壤有机质含量的提高对保持地温、缩短温差也有帮助。
[0022]6、在有机混合物料层(4)底部布设排盐盲管(6),末端向低位倾斜,通排水沟。这样做的有益效果是，遇到降雨或浇水养护时，含有盐碱离子的渗滤液可进入排盐盲管(6)并最终导排到水沟，排出处理场地以外。
[0023]7、回填先前剥离的表土，要求敲碎板结块，清除硬物，保持疏松。这样做的好处是，对表土进行改良和利用，保护和利用好表土资源；保持疏松，可为淋洗土壤的盐碱离子创造条件。
[0024]8、在表土中种植作物或植被，并周期性地收割。这样做的好处是，可充分利用植物吸收盐碱基离子，构建植物体，并周期性地收割，以逐渐耗竭土壤中的盐碱基离子，降低其含量。这是典型的植物修复。理论上讲，所有的矿质元素，包括造成危害的盐碱土盐基、碱基离子，大部分是构成植物必需的矿质元素，只不过需要控制在适当的浓度范围内，低于这个范围则表现为缺素，高于这个范围则造成肥害或盐碱危害、土壤污染等。
[0025]本发明较好的技术方案可以是，步骤5所述的有机混合物料，进行如下处理:
[0026]①先将秸杆粉碎成2~IOcm长，用水浸透；[0027]②配施人畜粪便或粪渣，秸杆与人畜粪便或粪渣的比例为(2~5): I ；
[0028]③加入垃圾堆放场的矿化垃圾，秸杆与矿化垃圾的比例为3: I;若实施地附近没有矿化垃圾，则将秸杆与人畜粪便或粪渣的比例提高到(5~8): I。
[0029]④调整混合物料的水分至50%~70%，加入碳铵、尿素中的一种或两种，使C /N比为(20~30): I ;加入过磷酸钙、磷酸二氢钾中的一种或两种，使C / P比为(75~150): I。
[0030]这样做的原因是，满足微生物存活、生长、繁衍及高效分解有机物的必要条件，形成良好的土壤微环境。对有机物腐熟过程而言，一般C / N控制在20~30之间比较适宜，若C / N比过高，微生物增殖时由于氮不足，生长受到限制，有机物降解速率变得缓慢，有机物腐熟时间变长；若0 / N比过低，则腐熟过程中产生氨，不仅影响环境，而且造成肥分氮素的损失。磷也是微生物所必需的营养元素，有机物腐熟需要将C / P比保持在75~150，不足则需要补充磷素。另外，合适的水分条件也是必要的。
[0031]采用上述有机物料混配方案还有以下考虑因素:
[0032]①秸杆C / N比高，容重小，需要添加氮源及和容重相对偏高的物质一起配合使用，才能加快腐熟进程，提高改良盐碱化土壤的有效性；而人粪尿中含氮高，矿化垃圾的容重比较高，混配后较好地解决了秸杆快速腐熟的问题。
[0033]②矿化垃圾单独利用存在粒径大、保肥能力差等缺陷，而配施秸杆和人畜粪便正好可以弥补矿化垃圾单独利用存在的缺陷。
[0034]③秸杆中含有丰富的营养元素，同时，秸杆盐份含量低，分解时所产生的有机酸能促进土壤中难溶性磷酸盐转化为弱酸可溶性磷酸盐，并中和盐碱土中的碱性；矿化垃圾有机质含量高，结构松散，具有较好的水力传导和渗透性能，将两者结合，能增加土壤的腐殖质，可更有利于盐分淋洗，抑制返盐，分解后产生的有机酸还能中和土壤的碱性。
[0035]有机物料(4)在微生物作用下腐熟降解成为土壤有机质和矿质养分的过程分两个阶段:
[0036]第一阶段:分解阶段，即将大分子有机物降解成小分子有机物和矿质养分，产生构成腐殖质主要成分的原始材料，即由各种形态和状态的有机物质组成的混合物，在微生物作用下分解为各种简单的化合物
[0037]第二阶段:合成阶段，即由微生物为主导的生化过程，将原始材料合成腐殖质的单体分子，进而再通过聚合作用形成不同分子量的复杂环状化合物。
[0038]本发明较好的技术方案也可以是，步骤6所述的排盐盲管(6)是一种管身上布满小孔的PVC管、PPR管中的一种，并纵横交错均匀布置，对接处视需要采用十字四通、Y型三通、直角二通、直通等构件连接。
[0039]这样做的理由是:
[0040]①排盐盲管(6)上的小孔可以成为土壤中盐碱渗滤液的进入通道；
[0041]②排盐盲管采用PVC的好处是，用聚氯乙稀材料制成的水管，性质稳定，不易被酸、碱、盐腐蚀；材料易得，成本低。
[0042]③排盐盲管(6)采用PPR管的好处是，PPR管是用无规共聚聚丙烯材料制成的水管，具有良好的抗冲击性和长期蠕变性，耐酸、碱、盐腐蚀，使用寿命长等优点。
[0043]④排盐盲管(6)纵横交错均匀布置，可以缩短土壤盐碱渗滤液的运移距离，在相对较近的点位找到排放的通道，而不需要很大的浓度梯度或很长的运移距离才找到排放□。
[0044]本发明具有以下优点:
[0045]①良好的阻隔、导排盐碱离子的功效。
[0046]②充分利用了有机质的改善土壤质地和降低盐碱的功效，改良效果好，效率高，作用持久。
[0047]③有机废物的混配使用，使物质与能量合理循环，资源化利用程度高。
[0048]④标本兼治，流程简单，成本低。
[0049]⑤原位修复,节约表土资源。
[0050]鉴于本发明技术方案的科学性、合理性及所具有的独特功效与优点，可以预期，在环境保护、生态修复、园林建设及农业生产领域具有广阔的应用前景及推广价值，可创造出良好的经济效益和社会、生态效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0051]下面结合附图和具体实施例做进一步的说明。
[0052]图1是本发明的剖面结构示意图。图中，I是碾压底层，2是粘土层，3是HDPE膜，4是有机物料层，5是表 层土，6是排盐盲管，7是植物。
[0053]图2是本发明的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0054]实施例1
[0055]本发明所述盐碱地改良方法首先在西北干旱半干旱地区某园林绿化用地进行测试。供试场地面积5000m2，表层出现积盐返盐现象，属于重度盐化土壤。
[0056]采用如下技术步骤进行改良:
[0057](I)根据土地用途剥离表层30~50cm的土壤另放，然后碾压底层(I)，直到不沉降为止，其中表土较瘠薄的地方剥离的表层土(5)要浅些，但不少于30cm;土层深厚肥沃的地方，剥离的表层土(5)则深些,但不厚于50cm。
[0058](2)在经碾压的底层(I)上布设处理场地排水沟，排水沟底部低于底层(I)平面20cmo
[0059](3)铺填粘土层⑵，厚度15cm，清除其中的硬物，压实、压平，保持湿润、光滑。
[0060](4)铺设 HDPE 膜(3)。
[0061](5)铺填有机混合物料(4)，包括粉碎后的作物秸杆、矿化垃圾、畜禽粪便、粪渣等。有机混合物料(4)进行如下处理:
[0062]①先将秸杆粉碎成3~5cm长，用水浸透；
[0063]②配施人畜粪便或粪渣，秸杆与人畜粪便或粪渣的比例为3: I ；
[0064]③加入垃圾堆放场的矿化垃圾，秸杆与矿化垃圾的比例为3:1。
[0065]④调整混合物料的水分至60%~65%，加入尿素，使C / N比为(23~25): I ；加入过磷酸钙，使C / P比为(100~110): I。
[0066](6)在有机混合物料层(4)中底部布设排盐盲管(6),末端向低位倾斜,通排水沟。[0067](7)回填先前剥离的表层土(5)，敲碎板结块，清除硬物，保持疏松。
[0068](8)在表层土(5)中种植绿化植被，并定期浇水养护，周期性地收割地被灌木和草本。
[0069]施工完成后，植物长势良好，地表植被覆盖迅速，景观效果好。定期采集表层土(5)样品并检测其盐碱含量，呈随时间推移逐渐降低的趋势。表明处理系统隔盐排盐、植物吸盐效果较好。治理6年后，土壤盐分含量已基本回归正常。
[0070]实施例2
[0071]本发明所述盐碱地改良方法首先在西北干旱半干旱地区某盐碱化农田进行试验。供试农田面积1500m2，场地平坦，土层深厚，土壤状况较为均一，表层偶现积盐返盐现象，属重度盐化农田土壤。
[0072]采用如下技术步骤进行改良:
[0073](I)根据土地用途剥离表层20cm的土壤另放，然后碾压底层(I)，直到不沉降为止。
[0074](2)在经碾压的底层⑴上布设处理场地排水沟，排水沟底部低于底层平面25cm。
[0075](3)铺填粘土层(2)，厚度12cm，清除其中的硬物，压实、压平，保持湿润、光滑。
[0076](4)铺设 HDPE 膜(3)。
[0077](5)铺填有机混合`物料(4)，包括粉碎后的作物秸杆、粪渣、畜禽粪便等。有机混合物料(4)进行如下处理:
[0078]①先将秸杆粉碎成3~5cm长，用水浸透；
[0079]②配施人畜粪便，秸杆与人畜粪便或粪渣的比例为6: I ；
[0080]③调整混合物料的水分至60%~70%，加入碳铵和尿素，使C / N比为(20~25): I ;加入过磷酸二氢钾，使C / P比为(80~90): I。
[0081](6)在有机混合物料层(4)中底部布设排盐盲管(6),末端向低位倾斜,通排水沟。
[0082](7)回填先前剥离的表土，敲碎板结块，清除硬物，保持疏松。
[0083](8)按季节，在表层土(5)中种植小麦、玉米等作物，并定期浇水养护，周期性地收获粮食及收割作物秸杆。
[0084]改良施工完成后，作物长势良好，收成明显较改良前高，定期采集表层土(5)样品，检测其盐碱含量，亦呈随时间推移而迅速降低的趋势。治理5年后，土壤盐分含量已基本回归正常，体现出了良好的经济效益和社会、生态效益。
【权利要求】
1.一种适用于干旱半干旱地区盐碱地改良的方法，其特征在于，包括以下技术步骤: (1)、根据土地用途剥离20~50cm表层土(5)另放，然后碾压底层(I)，直到不沉降为止，其中: ①农业用地:剥离表层土(5)20~30cm； ②林地或绿化用地:剥离表层土(5)30~50cm。 (2)、布设处理场地排水沟，要求排水沟底部低于底层(I)平面20cm以上。 (3)、铺填粘土层(2)，厚度10~20cm，清除其中的硬物，压实、压平，保持湿润、光滑。 (4)、铺设HDPE 膜(3)。 (5)、铺填有机混合物料(4)，包括粉碎后的作物秸杆、矿化垃圾、粪渣、畜禽粪便等。 (6)、在有机混合物料层(4)中底部布设排盐盲管(6),末端向低位倾斜,通排水沟。 (7)、回填先前剥离的表土，要求敲碎板结块，清除硬物，保持疏松。 (8)、在表土中种植作物或植被，并周期性地收割。
2.根据权利要求1所述的一种适用于干旱半干旱地区盐碱地改良的方法，其特征在于:步骤5所述的有机混合物料，进行如下处理: ①先将秸杆粉碎成2 ~IOcm长,用水浸透； ②配施人畜粪便或粪渣，秸杆与人畜粪便或粪渣的比例为(2~5): I ； ③加入垃圾堆放场的矿化垃圾，秸杆与矿化垃圾的比例为3: I;若实施地附近没有矿化垃圾，则将秸杆与人畜粪便或粪渣的比例提高到(5~8): I。 ④调整混合物料的水分至50%~70%，加入碳铵、尿素中的一种或两种，使C/ N比为(20~30): I ;加入过磷酸钙、磷酸二氢钾中的一种或两种，使C / P比为(75~150): I。
3.根据权利要求1所述的一种适用于干旱半干旱地区盐碱地改良的方法，其特征在于:步骤6所述的排盐盲管(6)是一种管身上布满小孔的PVC管、PPR管中的一种，并纵横交错均匀布置，对接处视需要采用十字四通、Y型三通、直角二通、直通等构件连接。
【文档编号】A01B77/00GK103814647SQ201410083108
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月7日 优先权日:2014年3月7日
【发明者】朱兆华, 曹华英, 董沁, 徐国钢, 孙吉雄, 陈晓蓉, 刘杰, 向海涛, 周庆 申请人:深圳市万信达生态环境股份有限公司