一种土壤改良剂以及促进土壤快速稳定的复合方法与流程

本发明涉及一种土壤改良剂以及促进土壤快速稳定的复合方法，属于环境生态学领域。

背景技术：

随着人口增加，工、农业生产的发展及人类不合理开发活动的加剧，环境生态系统特别是环境土壤生态系统的严重退化已成为世界范围内的普遍现象。调查发现，我国水土流失问题日益增多，土壤理化性质严重恶化，丧失其拦截、过滤、孕育等功能。基底是生态系统的重要组成部分，是植物、微生物的生长环境，为各种生物提供营养来源。基底环境的严重破坏、退化直接影响各湖泊水陆交错带及其周围居民的健康，对旅游业、农业、渔业以及各类生产产生了严重的不利影响。

近年来，国内外在土壤基底修复工程研究方面开展了许多工作，国内已经开始注重土壤基底的修复工作，主要包括物理、化学、生物等方法。其中：

1、物理方法，主要利用石头，修筑石质防护堤，减少甚至切断风、浪等对土壤基底的冲刷，从而避免侵蚀陡坎。物理方法具有工程造价昂贵、景观效果差等缺点。

2、化学方法，主要通过添加基底修复剂，如pac(聚合氯化铝)、pam(聚丙烯酰胺)、磁性填料、生物修复剂等，用以改良土壤理化性质，减缓土壤水土流失等问题。但此类化学技术不同程度的存在修复污染单一、修复效果有待提高等问题。

3、生物方法，主要通过构建植被缓冲带来实现，利用植物实现对土壤的加固，提高抗侵蚀性，并且净化土质。此类方法的关键点在于植物的合理配置。

技术实现要素：

为了克服现有的湖滨带土壤修复中理化性质恢复周期较长，且受外界影响严重的问题，本发明旨在提供一种土壤改良剂以及促进土壤快速稳定的复合方法，不仅能使修复后的土壤的总氮、总磷、有效氮、有效磷和有机质在短周期内满足国家土壤养分ⅲ级标准，同时，使修复后土壤的团聚体保持良好的稳定性，有效抵御外界造成的侵蚀；除此之外，本发明中提供的植物配置方案亦能产生不错的景观效果。

本发明土壤改良剂为无机与有机高分子的混合物，进一步地说，为无机高分子pam(聚丙烯酰胺)与秸秆的混合物，无机高分子pam与秸秆的质量比为1:4。具体使用时，秸秆通过植物粉碎机粉碎过200目筛，各类型秸秆都可以使用。土壤改良剂的使用量为1～1.25kg/m²的初始量覆盖于土壤的表面，并在土壤改良剂的表面再覆盖一层土壤以避免土壤改良剂与空气接触，进行堆肥化处理，形成共聚物，提供较大的比表面积，承载更多的微生物。

本发明土壤改良剂适用于湖滨带、河岸带等淡水域与陆地之间的过渡带土壤修复。

本发明促进土壤快速稳定的复合方法，是采用将土壤改良剂覆盖于土壤的表面进行堆肥化处理以及种植乔-草-被缓冲带相结合的方式。

所述乔-草-被缓冲带是指乔木-草本植物-地被植物缓冲带；其中乔木为耐湿、耐盐碱、垂直根或斜生根型，选自柳树、江南桤木、沼生栎、池杉、落羽杉、水杉中的一种或几种；草本植物主要选择芦苇、茭草、香蒲、美人蕉、千屈菜、再力花中的一种或几种；地被植物主要选择中华结缕草、狗牙根、黑麦草中的一种或几种。

所述乔-草-被缓冲带在种植时：乔木种植于湖滨带陆生乔木带，其种植范围是从湖滨带的顶部向下垂直落差0.5m的区域，每株乔木之间的种植间隔为20m；草本植物种植于湖滨带湿生灌草带和/或挺水植物带，其种植范围为湖滨带陆生乔木带与湖滨带底部之间的区域，按照10～15株草本植物/平方米的密度种植；空余地用地被植物补种全。

所述乔-草-被缓冲带在种植时，采用各种植基地的普通种苗即可。

本发明选择适合于本地生长、价格廉价、兼顾水陆交错带生态和美学价值的植物，通过种植乔-草-被缓冲带增强基底土层的稳定性，拦截地表径流等外力造成的养分流失。

本发明的有益效果体现在：

本发明通过对沿基地修复中易侵蚀陡坡、迎风侧等区域增植耐湿、富集养分、发达根系的乔木和草本木种，构建乔-草-被缓冲带，其主要原理在于：利用此类乔木和草本植物根系发达的特点及其与地被植物间根系的竞争作用，可在修复区域种植此类草本木种，增加土壤中植物根系的分布，从而提高根系对底土层中土壤颗粒粘合、凝聚等作用，增强底土层的稳定性，使整个基底形成被根系加固的根系-土壤综合体。

本发明结合土壤修复中土壤肥力不佳，受外界影响波动性较大的特点，通过在特定的植物缓冲带修复下联合采用无机高分子pam与秸秆按重量比1:4的比例混合，覆盖于土壤中堆肥化处理。充分利用了无机高分子pam的絮凝、团聚的作用，有效提高了基底土壤的团聚体稳定性，以及有机高分子秸秆资源带来的增肥效果和一定的凝聚效果。并且此种复合改良方法中有机高分子配合无机高分子能形成共聚物，提供较大的比表面积，能承载更多的微生物，对土壤团聚体起到有效的聚合、稳定效果，再生利用秸秆资源，提高土壤肥力，同时堆肥过程中还有一定的重金属与有机污染(如多环芳烃、多氯联苯等)去除能力。

附图说明

图1为水陆交错带基底修复模拟示意图。其中：1草本植物配合地被植物，2土壤改良剂，3湖滨带土培槽，4浮水植物，如睡莲等，5沉水植物，如黑藻、狐尾藻等。

图1中模拟岸坡采用根系发达的草本植物配合地被植物形成，类似“混凝土”的根系-土壤综合体。土壤层厚度约为10cm，均匀填充本发明土壤改良剂。因装置小，无法种植乔木，故图1中没有画出。另外，模拟的湖泊中可种植浮水植物，如：睡莲，黑藻等。

图2是本发明采用将土壤改良剂覆盖于土壤的表面进行堆肥化处理以及种植乔-草-被缓冲带相结合的方式复合修复的示意图。

图3为本发明土壤改良剂的混合照片。

具体实施方式

现结合实施例进一步说明本发明的技术方案，但本发明的内容并不受以下实施例限制。

实施例1：

首先，将风干的秸秆切成10cm的小段，通过植物粉碎机粉碎过200目筛。pam(聚丙烯酰胺)由法国进口，白色粉末晶体，溶于水，具有很强的豁聚作用，与过筛的秸秆粉末混匀后均匀地洒在土表，再用需修复的土壤覆盖，堆肥化处理，整个过程约需25天，秸秆和pam用量分别为1kg/m²和0.25kg/m²配置成土壤改良剂。

最后，乔木池杉种植于湖滨带陆生乔木带，其种植范围是从湖滨带的顶部向下垂直落差0.5m的区域，本实施例中为距坡底10-15m之间的区域，每株乔木之间的种植间隔为20m；草本植物千屈菜种植于湖滨带陆生乔木带与湖滨带底部之间的区域，本实施例中为从坡底至距坡底10m之间的区域，按照10～15株草本植物/平方米的密度种植；其余部分用狗牙根填充，以上构成植物配置带。

表1：供试土壤性质

两个月后供试土壤取样测定分析记录数据见下表2：

表2

通过对表1、表2中供试土壤理化性质和土壤养分的变化分析，可知本发明方法在土壤基底修复中起到显著的作用。

实施例2：

本实施例的实验过程同实施例1，不同的是土壤改良剂中秸秆与pam的质量比由4：1替换成3：1，并且用同样的植物配置方式，对同样的供试土壤进行处理。

两个月后取样测定分析记录数据见下表3：

表3

从表3中的数据可以看出，土壤改良剂中秸秆与pam的质量比为3：1时，对土壤基底的修复作用没有秸秆与pam的质量比为3：1的土壤改良剂好。

对比例1：

裸地(ld)

对比例2：

美人蕉+狗牙根(c1)

对比例3：

千屈菜+狗牙根(c2)

对比例4：

芦苇+狗牙根(c3)

对比例5：

裸地+本发明土壤改良剂(c4)

对比例6：

美人蕉+狗牙根+本发明土壤改良剂(c5)

对比例7：

千屈菜+狗牙根+本发明土壤改良剂(c6)

对比例8：

芦苇+狗牙根+本发明土壤改良剂(c7)

以上对比例是以江苏省无锡市太湖流域中贡湖退渔还湖区修复基底为供试对象，现场试验设置了裸地(ld)、美人蕉+狗牙根(c1)、千屈菜+狗牙根(c2)、芦苇+狗牙根(c3)、裸地+本发明土壤改良剂(c4)、美人蕉+狗牙根+本发明土壤改良剂(c5)、千屈菜+狗牙根+本发明土壤改良剂(c6)、芦苇+狗牙根+本发明土壤改良剂(c7)等8种处理，分别于种植植株前(a)、植株生长阶段(b)和植株成熟阶段(c)采集表层土壤样品，并结合室内土培试验，分析不同修复措施下土壤肥力、团聚体组成及其稳定性的变化、了解改善土壤结构的机理。

跟踪监测的结果表明：

1、现场试验中，b时期各处理(除c2)的ph值均高于ld，说明修复后土壤的缓冲性能增强，相对于ld减缓了土壤ph值的下降；b时期各处理组的土壤的全氮、全磷含量的平均值分别比a时期提高了50％、56％，其中c5～c7处理土壤全氮、全磷的上升幅度最为明显。c时期c7、c6、c5、c4处理组的有机质含量比ld增加了30.63％，其他处理组间无显著差异，显著地突出了c5～c7的植物联合基底改良剂的修复方式在提高基底养分中的作用；室内土培试验表明，添加秸秆覆盖配合pam处理组的土壤有机质含量比裸地和仅种植植物分别上升了36.06％和32.74％，其他处理组之间无显著差异。大田试验b、c时期均以c6(千屈菜+狗牙根+本发明土壤改良剂)处理组的碱解氮含量最高，c时期c6和c4处理土壤速效钾分别比ld提高了152.67％、59.25％；土培试验表明，pam有利于土壤碱解氮含量的提高，秸秆堆肥覆盖可增加土壤速效磷、速效钾含量，土壤速效钾含量随着秸秆施用量的增加而显著上升。随着修复时间的延长，大田小区土壤游离态铁铝氧化物含量逐渐减少，非晶形铁铝氧化物含量逐渐增加，说明土壤晶形铁铝氧化物逐渐向非晶形转化，铁铝氧化物的活化度逐渐提高。

2、干筛后，各处理团聚体以大粒径(>4mm，4～2mm)为主，本发明土壤改良剂可显著增加土壤>4mm干筛团聚体的含量。湿筛后，各处理土壤团聚体的组成发生变化，c时期各处理(除c1)>0.25mm的水稳性团聚体含量比ld增加了23.57％～40.23％，由植物联合基底改良剂的土壤<0.25mm的微团聚体逐渐向2～1mm以及0.5～0.25mm的大团聚体转变。说明，各处理方式都有一定的提高较大水稳性团聚体的作用，而植物联合基底改良剂的修复方式能更好的使小团聚体向更大粒径团聚体的转变；同时，通过土培试验表明，添加pam可显著提高>4mm水稳性团聚体的含量，且随着pam用量的增加而增加。使用>0.25mm水稳性团聚体含量(wsa)、>0.25mm团聚体的破坏率(pad)和平均重量直径(mwd)来衡量各处理的土壤团聚体稳定性，最终结果表明，大田试验以c7、c6、c2处理的团聚体稳定性较高，土培实验中c6(千屈菜+狗牙根+本发明土壤改良剂)处理的团聚体稳定性显著高于其他处理。

3、综合可得，单独还是联合处理方式在基底改善方面都能起到一定的作用。但是，本发明使用过的c6处理，能最有效地使土壤物理性质中细粒物质含量提高，砂粒含量降低，孔隙数量增多，土壤容重减小，土壤大团聚体含量提高，以及土壤化学性质中有机质、碱解氮、速效磷、全氮、全磷含量提高。在湿地水陆交错带基底修复中，以及其它基底修复工程中有很好的前景和使用价值。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。