一种防治坡面侵蚀的土壤改良剂及其制备方法及施用方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及水土保持领域、土壤保护领域和土壤改良领域，特别涉及一种防治坡 面侵蚀的土壤改良剂及其制备方法及施用方法。
【背景技术】
[0002] 目前，土壤侵蚀是全球性的重要环境问题之一。根据2000年世界粮农组织（FA0) 世界土壤资源报告全球严重土地退化面积占总土地面积的26 %。土壤侵蚀是土地退化的主 要表现形式，它不仅造成土地资源严重退化甚至彻底破坏，而且大量径流泥沙及其挟带的 污染物对水体质量和河道运行安全造成严重威胁。据2011年国家林业局《第四次中国荒漠 化和沙化状况公报》显示，截止2009年底，中国荒漠化土地面积262. 37万km2,占国土总面 积的27. 33 %，其中，风蚀荒漠化土地面积183. 20万km2,水蚀荒漠化土地面积25. 52万km2。 因此，开展侵蚀性土壤，特别是土壤侵蚀剧烈地区的土壤修复研究具有重要意义。土壤改良 剂作为修复侵蚀退化土壤、防治水土流失的重要手段，不仅能有效改善土壤理化性状和土 壤养分状况，还能对土壤微生物产生积极影响，进而提高退化土地的生产力。
[0003] 土壤改良剂的研究始于19世纪末，按原料来源可将土壤改良剂分为天然改良剂、 合成改良剂、天然一合成共聚物改良剂和生物改良剂。目前，研究较多的土壤改良剂主要包 括沸石、粉煤灰、污泥、绿肥、聚丙烯酰胺等单一改良剂和部分复合改良剂。土壤改良剂控制 土壤侵蚀的作用机理，主要包括以下两类：一类是通过向低电解的雨水中提供电解液从而 促进土壤膨胀，降低土壤密度，提高总孔隙度，防止地表板结，增加土壤入渗而降低土壤侵 蚀量；另一类被称为离子型多聚体，是一种好凝剂，主要通过多价阳离子对土壤颗粒的吸附 促进土壤团聚体和土壤结皮的形成，增强土壤的抗蚀性和抗冲性，降低坡面土壤侵蚀速率。 但是，这些土壤改良剂在施用过程中存在原材料价格昂贵，配合施用的方法复杂，改良效果 不全面和造成重金属污染等问题，且大多数土壤改良剂不以减少坡面水蚀，防治土壤风蚀 为主要施用目的。因此，开发一种原材料价格低廉，制作工艺简单，能有效提高土壤抗侵蚀 能力，降低坡面水蚀和土壤风蚀的土壤改良剂有重要的理论价值和现实意义。
[0004] 玉米是我国主要的栽培作物之一，玉米秸杆资源极其丰富，年产量可达1. 6万t， 玉米秸杆汁也是丰富的可利用资源，按照出汁率30. 6%计算，我国可年产玉米秸杆汁0. 49 万t。然而，现阶段我国的玉米秸杆资源多未被有效利用，处理方式包括直接翻入土中还田 (30. 8% )、作食草家畜的饲料（26. 2% )、作燃料（24. 6% )和就地燃烧（12. 8% )。直接焚 烧玉米秸杆不仅会造成空气质量下降而且极易引发雾霾天气，秸杆还田亦存在腐解时间过 长、增加病虫害发生几率和影响播种等诸多弊端。少数产业将秸杆作为纤维原料使用，其中 间产物一一秸杆汁被作为废液直接倾倒，造成了资源浪费及水质污染。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种制备过程简单，原料易得，成本低 廉的土壤改良剂，产品不但能提高土壤的保水能力，增加土壤硬度和抗剪强度，还能降低土 壤静水崩解速率、溅蚀速率、面蚀速率和风蚀速率的防治坡面侵蚀的土壤改良剂及其制备 方法及施用方法。
[0006] 本发明的技术方案是：一种防治坡面侵蚀的土壤改良剂，适用于防治黄土坡面 (沙黄土、黄绵土、黏黄土）水蚀和风蚀的土壤改良剂，该土壤改良剂的各组分的质量百分 比为：玉米猜杆汁：95_97wt%，苯甲酸钠：3_5wt%。
[0007] 本发明的另一目的是提供上述土壤改良剂的制备方法及其喷施方法，具体包括以 下步骤：
[0008] 步骤A:将收获12h内的玉米秸杆进行榨汁处理，储存备用。如对不能在12h内进 行榨汁处理的玉米秸杆应将其置于阴凉处并加以苫盖，以防止水分蒸发。
[0009] 步骤B:向步骤A制备的秸杆汁中添加一定量的苯甲酸钠，搅拌均匀，即得到土壤 改良剂，其中，玉米秸杆汁的质量百分比为95-97wt%，苯甲酸钠质量百分比为：3-5wt%。
[0010] 步骤C.将步骤A榨汁处理后的玉米秸杆置于干燥通风处，自然风干至其含水率小 于10% ;然后用粉碎机将风干玉米秸杆粉碎至约l〇cm，备用。
[0011] 步骤D.测定待喷施坡面面积A，再测定待喷施坡面的土壤前期含水量W，土壤容重 P，土壤田间持水量0，带入公式（1)和（2)，分别求出稀释改良剂所需水量T和土壤改良 剂的施用量G，公式如下：
[0012] T=AXO.IXpX( 0 -W)， (1)
[0013] 其中，式中T(kg)为喷施用水总量，A(m2)为喷施坡面面积，P(kgm3)为喷施坡面 土壤容重，Q(% )为喷施坡面田间持水量，W(% )为喷施坡面土壤前期含水量；
[0014] G= 1/3XAX0.IXpX0， (2)
[0015] 其中，式中G(kg)为喷施用改良剂的总量，A(m2)为喷施坡面面积，P(kgm3)为喷 施坡面土壤容重，0 (%)为喷施坡面田间持水量。
[0016] 步骤E.按照每千克干土 2g的用量计算待喷施坡面所需榨汁后粉碎秸杆的量，公 式如下：
[0017] M=AXO.IXpX0. 002 (3)
[0018] 其中，M(kg)为所需粉碎玉米秸杆的总量，A(m2)为喷施坡面面积，P(kgm3)为喷 施坡面的土壤容重。
[0019] 步骤F.按照上述步骤得到的粉碎秸杆的量，将粉碎秸杆翻耕埋入坡面土壤表层 10cm土壤，并使之与表层土壤充分混合。
[0020] 步骤G.按照上述步骤得到所需的改良剂与水的量，分别称取，并将改良剂与水混 合搅拌均匀后，均匀喷洒在待改良坡面的土壤表面，搅拌时需将土壤改良剂缓缓加入称量 好的水中，边加入边搅拌，搅拌速度控制在60-65r/min。为保证搅拌时玉米秸杆汁的主要成 分不发生改变，搅拌温度需控制在20-25°C，喷施过程中为保证玉米秸杆汁能自由入渗，喷 施时以少喷多次为原则并控制土壤表面无明显积水。
[0021] 步骤H.测定喷施后坡面土壤表层10cm的土壤含水量，检验喷施效果以确定是否 达到目标值，即喷施后的坡面土壤含水量为坡面黄土（沙黄土、绵黄土和黏黄土）的田间持 水量 9。若未达标，则复喷。
[0022] 进一步，所述水为自来水、井水或雨水。
[0023] 所述土壤改良剂每年雨季之前施用一次。
[0024] 玉米秸杆汁作为天然植物提取液，主要成分包括可溶性糖（葡萄糖、果糖、蔗糖、 木糖、甘露糖、阿拉伯糖、乳糖、半乳糖）、氨基酸和矿质元素等，但其改良土壤理化性质，防 治土壤侵蚀的效果仍不明确。因此，研究玉米秸杆汁改良土壤理化性质的作用以及防治黄 土坡面水蚀和土壤风蚀效果，不仅有明显的现实意义和使用价值，还能为天然土壤改良剂 的应用提供新的理论依据，也对环境保护有积极意义。
[0025] 本发明与现有技术相比，具有以下优点：
[0026] (1)以玉米秸杆为原材料，材料易得，成本低廉，且榨汁后的玉米秸杆亦被利用，变 废为宝。
[0027] (2)制作设备简单，工序流程清晰，施用方法易掌握。
[0028] (3)有效改善土壤物理性质，提高土壤保水能力及水稳性团聚体含量，增加土壤硬 度和抗剪强度，降低土壤静水崩解速率、溅蚀速率、面蚀速率和风蚀速率。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
[0030] 实施例1:
[0031] 以安塞黄绵土为研究对象，用本发明进行土工试验，试验用土盒规格为 40cmX40cmX10cm，填土高度5cm，填土容重1. 20g/cm3,试验重复三次。试验步骤为：对 刚收获的新鲜玉米秸杆进行榨汁处理，并向秸杆汁中添加苯甲酸钠备用；然后将榨汁后 的秸杆自然风干、粉碎后备用；控制玉米秸杆汁和苯甲酸钠的质量百分比为：玉米秸杆汁 95-97wt%，苯甲酸钠3-5wt% ;计算待喷施坡面所需粉碎秸杆的量，然后将粉碎秸杆翻耕埋 入坡面表层l〇cm土壤，并使之与表层土壤充分混合；测定待喷施坡面的土壤前期含水量和 田间持水量，并控制该改良剂施用后坡面表层l〇cm的土壤含水量达到田间持水量，且玉米 秸杆汁与表层土壤持水量的质量百分比为1 :3,然后计算上述成品和自来水的施用量，将 改良剂与水充分混合后进行喷施，分别在喷施7d和14d后用TYD-1型土壤硬度计测定土壤 硬度，用HP30数显式推拉力计测定土壤静水崩解速率。本试验中，黄绵土的田间持水量为 20. 0 %，土壤初始含水量为5. 0 %，玉米秸杆汁与水的质量分别为1. 28和2. 88kg，粉碎秸杆 的用量为38. 4g。
[0032] 试验结果表明，施用本发明的土壤改良剂7d和14d后，可显著提高土壤的抗侵 蚀能力，其中，土壤硬度提高4. 6 %~127. 5 %，土壤在静水中的崩解速率降低97. 7 %~ 98. 5%〇
[0033] 表1施用本发明土壤改良剂后对土壤硬度和土壤静水崩解速率的影响
[0034]
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[0035] 实施例2 :
[0036] 以安塞黄绵土为研究对象，用本发明进行土工试验，试验用土盒规格为 40cmX40cmX10cm，填土高度5cm，填土容重1. 20g/cm3,试验重复三次。试验步骤为：对 刚收获的新鲜玉米秸杆进行榨汁处理，并向秸杆汁中添加苯甲酸钠备用；然后将榨汁后 的秸杆自然风干、粉碎后备用；控制玉米秸杆汁和苯甲酸钠的质量百分比为：玉米秸杆汁 95-97wt%，苯甲酸钠3-5wt% ;计算待喷施坡面所需粉碎秸杆的量，然后将粉碎秸杆翻耕埋 入坡面表层l〇cm土壤，并使之与表层土壤充分混合；测定待喷施坡面的土壤前期含水量和 田间持水量，并控制该改良剂施用后坡面表层l〇cm的土壤含水量达到田间持水量，且玉米 秸杆汁与表层土壤持水量的质量百分比为1 :3,然后计算上述成品和水自来水的施用量， 将改良剂与水充分混合后进行喷施，分别在喷施7d和14d后用M251468现场剪力测试仪测 定土壤抗剪强度。本试验中，黄绵土的田间持水量为20. 0%，土壤初始含水量为5. 0%，玉 米猜杆汁与水的质量分别为1. 28和2. 88kg，粉碎猜杆的用量为38. 4g。
[0037] 试验结果表明，施用本发明的土壤改良剂7d和14d后，可显著提高土壤抗剪强度 97. 9%~140. 0%〇
[0038] 表2施用本发明土壤改良剂后对土壤抗剪强度的影响
[0039]
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[0040] 实施例3 :
[0041] 以安塞黄绵土为研究对象，用本发明进行室内土盒培养试验，土盒规格为 40cmX40cmX10cm，填土高度5cm，填土容重1. 20g/cm3,试验重复三次。试验步骤为：对 刚收获的新鲜玉米秸杆进行榨汁处理，并向秸杆汁中添