人工土壤及其制備方法和改良沙漠化土壤的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)保土技術，尤其涉及一種人工土壤及其制備方法和改良沙漠化土壤的方法。
【背景技術】
[0002]全球沙漠化問題導致人類的生存空間和可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)受到了嚴重的威脅，成為全世界關注的重要生態(tài)環(huán)境問題。全球有2/3的國家和地區(qū)受到沙漠化的危害，有近35.3億m2的陸地面積正受到沙漠化的威脅，防治沙漠化是全人類所面臨的最最嚴峻和緊迫的任務之一。中國也是深受沙漠化危害的國家之一，沙漠化遍及寧夏、陜西、山西、河北、吉林、遼寧、黑龍江、新疆、內(nèi)蒙古、西藏、甘肅、青海等廣大地區(qū)，總面積達17397萬hm2，占國土面積的18.1 %。我國沙漠化面積大，人口眾多，廣大沙漠地區(qū)，生態(tài)脆弱，經(jīng)濟條件較為落后，沙漠化防治的難度很大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種人工土壤及其制備方法和改良沙漠化土壤的方法，通過工業(yè)固廢與農(nóng)業(yè)固廢的資源化利用，實現(xiàn)沙漠化土壤的改良。
[0004]本發(fā)明提供一種人工土壤，按照重量份包括如下原料:畜禽糞便30?50份，硅鈣渣50?70份，沙子O?20份，水15?25份，解磷釋鉀菌0.006?0.014份，且該人工土壤的pH為中性至弱堿性。
[0005]本發(fā)明的人工土壤pH值呈現(xiàn)中性至弱堿性，S卩pH在7?8之間，該pH值能夠有效增強土壤肥力并且符合大多數(shù)植物的成生長環(huán)境。
[0006]具體地，硅鈣渣是煤基固廢的一種，是粉煤灰通過堿法提取氧化鋁后剩余的尾渣，主要成分為2Ca0.S12,由于硅鈣渣的產(chǎn)地有限，目前對其進行的研究較少。發(fā)明人經(jīng)過大量研究后發(fā)現(xiàn)，粉煤灰經(jīng)過提鋁后，粉煤灰中玻璃微珠結(jié)構(gòu)遭到嚴重破壞，顆粒表面受到嚴重腐蝕，使得硅鈣渣顆粒呈多孔、疏松結(jié)構(gòu)，從而具有粒度細、比表面積大、活性高等特點，因此，將硅鈣渣作為人工土壤中的原料之一，既能增強土壤的疏松性，還能夠充分利用硅鈣渣資源，實現(xiàn)其資源化利用，不僅對提高粉煤灰綜合利用率具有重要的意義，而且可以緩解硅鈣渣因排放堆積帶來的二次污染。
[0007]畜禽糞便是一種農(nóng)業(yè)與農(nóng)村固廢，本發(fā)明中的畜禽糞可以是牛糞、雞糞、豬糞等的一種或多種。另外，解磷釋鉀菌是一種能夠?qū)⒅参镫y以吸收利用的磷轉(zhuǎn)化為可吸收利用的形態(tài)的微生物，尤其是解磷釋鉀菌中的膠質(zhì)芽孢桿菌能夠有效的對硅鈣渣和畜禽糞便中的磷元素以及鉀元素進行釋放和轉(zhuǎn)化，有能夠分解鉀長石、磷灰石等不溶的硅鋁酸鹽的無機礦物，促進難溶性的鉀、磷、鎂等養(yǎng)分元素轉(zhuǎn)化成為可溶性養(yǎng)分，增加土壤中速效養(yǎng)分含量，幫助增強人工土壤的營養(yǎng)功能。
[0008]本發(fā)明提供的人工土壤原料成本低，能夠?qū)I(yè)固廢和農(nóng)業(yè)固廢實現(xiàn)資源化利用，采用工業(yè)固廢硅鈣渣和農(nóng)業(yè)固廢畜禽糞便作為主要原料，有效提高人工土壤對水分的保持利用率，補充氮、磷、鉀等大量營養(yǎng)元素和鈣、硅、鎂、鐵、鋅、銅、錳等中微量元素，提高土壤的營養(yǎng)水平，促使植物常量和微量營養(yǎng)元素均衡，滿足植株生長發(fā)育對水分和營養(yǎng)的需求。
[0009]進一步地，所述禽畜奠便的粒徑為3?8mm，所述娃I丐渣的粒徑為I?3mm，所述沙子的粒徑為0.5?1mm。其中，將禽畜奠便和娃|丐渣的粒徑控制在該范圍，能夠有效增加解磷釋鉀菌對禽畜糞便和硅鈣渣的接觸面積，保證禽畜糞便和硅鈣渣中營養(yǎng)元素的最大化釋放；將沙子的粒徑控制在該范圍，能夠保證土壤的最優(yōu)蓬松度，利于植物和微生物的生長。
[0010]進一步地，所述硅鈣渣的pH值為7?8;按照重量百分數(shù)計，所述沙子和畜禽糞便的含水量不高于8 %。具體的，可以使用重量分數(shù)為3?5 %的硝酸水溶液調(diào)節(jié)硅鈣渣的P H值以控制人工土壤的pH值。由于土壤原料中包括水，為了保證土壤的最佳形態(tài)，需要對沙子和畜禽糞便的含水量進行控制，當控制兩者的含水量不高于8 %時，土壤在呈現(xiàn)最佳形態(tài)的同時還具有最佳的含水量，因此能夠為植物和微生物提供良好的生長環(huán)境。
[0011 ]進一步地，所述人工土壤按照下述方法制備得到:將4?6 %的解磷釋鉀菌水溶液與畜禽糞便、硅鈣渣、沙子混合，加入余量水，靜置一周后調(diào)節(jié)PH值為中性至弱堿性，制得所述人工土壤。在具體操作過程中，為了增加土壤中的氮含量，可以選用質(zhì)量濃度為3?5%的硝酸水溶液調(diào)節(jié)土壤的PH值。優(yōu)選的，可以將解磷釋鉀菌水溶液的質(zhì)量濃度控制為5%。
[0012]本發(fā)明還提供一種上述任一所述的人工土壤的制備方法，包括如下步驟:
[0013]I)取部分水將0.006?0.014份解磷釋鉀菌配制成質(zhì)量分數(shù)為4?6 %的解磷釋鉀菌水溶液；
[0014]2)將50?70份硅鈣渣，O?20份沙子，30?50份畜禽糞便混合，攪拌20?30min，得到第一混合物；
[0015]3)將所述解磷釋鉀菌水溶液與所述第一混合物混合，攪拌10?20min，隨后加入余量水，在20?25 °C下靜置一周，得到第二混合物；
[0016]4)調(diào)節(jié)所述第二混合物的pH值為中性至弱堿性，制得所述人工土壤。
[0017]本發(fā)明并不限制步驟I)和2)的先后順序，可以先配制解磷釋鉀菌水溶液，也可以先將硅鈣渣，沙子和畜禽糞便混合生成第一混合物。
[0018]步驟I)中，可以在15?25份水中取適量水將0.006?0.014份解磷釋鉀菌配制成質(zhì)量分數(shù)為4?6%的解磷釋鉀菌水溶液。當將解磷釋鉀菌水溶液和第一混合物混合后，再向其中加入剩余的水，并且在20?25°C下靜置一周，得到第二混合物。該靜置過程能夠保證各原料成分間的微生物相互作用發(fā)酵，從而為人工土壤提供大量的營養(yǎng)元素。步驟4)中，可以用質(zhì)量濃度為3?5%的硝酸水溶液調(diào)節(jié)第二混合物的pH值至7?8，從而制備出中性至弱堿性的人工土壤。其中，控制該制備方法中的攪拌速率在1000?3000r/min。
[0019]本發(fā)明提供的人工土壤的制備方法，操作簡便，可實施性高，無需借助大型設備，通過控制原料的添加形態(tài)和添加順序得到了富含多種營養(yǎng)元素的人工土壤。
[0020]進一步地，步驟2)前還包括將所述硅鈣渣的預處理至pH值為7?8且粒徑為I?3mm的顆粒。具體地，可以采用質(zhì)量濃度為3?5%的硝酸水溶液調(diào)節(jié)硅鈣渣的pH值，并優(yōu)選調(diào)節(jié)pH值至7.5。
[0021]進一步地，步驟2)前還包括將所述沙子預處理至含水量不高于8%且粒徑為0.5?Imm的顆粒。
[0022]進一步地，步驟2)前還包括將所述畜禽糞便預處理至含水量不高于8%且粒徑為3?8mm的顆粒。其中，可以直接將畜禽糞便堆疊，其中的微生物發(fā)酵產(chǎn)生的熱量能夠?qū)⑿笄菁S便中的水分進行烘干。
[0023]本發(fā)明還提供了一種改良沙漠化土壤的方法，包括如下步驟:
[0024]I)將上述任一所述的人工土壤覆蓋至沙漠化土壤表面，得到改良土壤，控制所述人工土壤在所述沙漠化土壤表面的覆蓋厚度為2?3cm;
[0025]2)將植被在所述改良土壤中進行培育。
[0026]可以采用覆蓋法將本發(fā)明的人工土壤覆蓋在沙漠化土壤表面形成改良土壤并控制厚度在2?3cm即可，由于本發(fā)明的人工土壤富含多種營養(yǎng)元素土質(zhì)肥沃，因此通過在改良土壤中進行植被的種植能夠提高植被的存活率，有效提高沙漠化土壤對水分的保持利用率。
[0027]本發(fā)明提供的改良沙漠化土壤的方法，通過在沙漠化土壤表面覆蓋本發(fā)明的人工土壤，能夠滿足生長發(fā)育對水分和營養(yǎng)的要求，植被發(fā)育后可長期固定并改良沙漠化土壤，治理沙漠化環(huán)境。
[0028]進一步的，所述植被為使用上述任一所述的人工土壤培養(yǎng)草籽而成的幼苗。為了提高植被的存活率，可以選取抗旱、易成活的牧草或能源草草籽品種并預先使用本發(fā)明的人工土壤培育至發(fā)芽成為幼苗，再將該幼苗移植至改良土壤中進行培育。
[0029]本發(fā)明的實施，至少具有以下優(yōu)勢:
[0030]I)本發(fā)明將硅鈣渣和畜禽糞便資源作為人工土壤的主要原料，不僅能夠減緩硅鈣渣和畜禽糞便資源對環(huán)境的二次污染，還能夠?qū)崿F(xiàn)硅鈣渣和畜禽糞便的資源化利用，生成高營養(yǎng)水平的人工土壤。
[0031]2)本發(fā)明中人工土壤的制備方法簡單易操作，通過對原料進行預處理以及添加順序的控制，能夠生成土質(zhì)肥沃的人工土壤，為工業(yè)固廢和農(nóng)業(yè)固廢的資源化利用提供了可實施的操作基礎。
[0032]3)通過在沙漠化土壤上覆蓋本發(fā)明的人工土壤層，能夠有效提高沙漠化土壤對水分的保持利用效率，為沙漠化土壤補充氮、磷、鉀等大量營養(yǎng)元素和鈣、硅、鎂、鐵、鋅、銅、錳等中微量元素，提高沙漠化土壤的營養(yǎng)水平，促使植物常量和微量營養(yǎng)元素均衡，滿足植株生長發(fā)育對水分和營養(yǎng)的需求，并且植被發(fā)育后可長期固定并改良沙漠化土壤，從而實現(xiàn)沙漠化環(huán)境的有效治理。
【具體實施方式】
[0033]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明的實施例，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0034]本實施例中原料來源與參數(shù)指標如下:
[0035]硅鈣渣:大唐國際脫堿處理后所得的硅鈣渣
[0036]牛糞:蒙牛集團公牛養(yǎng)殖場腐熟后的牛糞，含水量<8%
[0037]沙子:建筑用沙，含水量<8%
[0038]實施例1
[0039]本實施例的人工土壤，按照按照重量份包括如下原料:牛糞30份，硅鈣渣70份，沙子15份，水25份，解磷釋鉀菌0.006份。
[0040]該人工土壤可按如下方法制備:
[0041]I)在25份水中取出適量水，將0.006份解磷釋鉀菌配制為質(zhì)量濃度為5%的解磷釋鉀菌水溶液。
[0042]2)用粉碎機將硅鈣渣的粉碎至粒徑為I?3mm的顆粒，然后用3%的硝酸水溶液調(diào)節(jié)其pH值為7.5，備用；
[0043]將沙子過篩，選取粒徑為0.5?Imm的沙子備用；
[0044]將牛奠研磨至粒徑為3?8mm的顆粒，備用；
[0045]將經(jīng)過上述預處理后的硅鈣渣、沙