内陆盐碱地土壤改良剂及牧草的高产种植方法

1.本发明涉及生态修复技术领域，更具体的涉及内陆盐碱地土壤改良剂及牧草的高产种植方法。


背景技术：

2.盐碱土地由地表水溶性盐分过量扩散和累积而形成，极难被直接利用。其中nacl、na2so4、na2co3以及nahco3等是盐碱土地最常见的物质形态。但内陆盐碱地通常生态环境恶劣，治理技术缺乏，有效利用困难，导致不断加剧的盐碱化、次生盐碱化严重制约了土壤质量和牧草产量的提升。因此，合理修复并利用内陆盐碱地，基于盐碱土改良剂和耐盐植物资源发展盐土农牧业显得非常迫切。
3.优质抗逆牧草是内陆盐碱地改良、植被恢复和生产力提升的物质基础。中国科学院植物研究所选育的中科1号羊草(leymus chinensis zhongke no.1)具有产量高、蛋白质含量高、适口性好、再生力强、叶量多等特性，而且抗寒抗旱、耐盐碱、耐瘠薄；已在陕西、宁夏、内蒙古等地成功引种。但内陆重度、中度盐碱地和次生盐碱地在牧草建植之前需要脱盐降碱，否则，高度盐碱化的土壤会抑制草种萌发，进而影响牧草的出苗率、结实率、种产量和干/鲜草产量等。这也是当前盐碱地生态修复与有效利用的重点和难点。利用土壤改良剂在一定程度上降低土壤盐碱化之后，可以种植羊草，实现对盐碱地的高效利用。
4.沸石作为一种多孔的铝硅酸盐矿物，其开放的三维结构和独特的四面体格架使其具有巨大的比表面积以及大量宽阔的孔穴和孔道，决定了其较高的离子吸附容量和吸附交换能力，可作为土壤改良剂使用。尽管沸石具有较大的比表面积，但在盐碱地中，天然沸石的孔道极易被水分子和其他不同离子半径的na
+
、k
+
、ca
2+
、mg
2+
等盐基离子占据，造成沸石孔道堵塞，进而影响沸石的离子交换能力和表面吸附能力，使得天然沸石在改良盐碱土中表现出一定的局限性。


技术实现要素：

5.针对以上问题，本发明提供了内陆盐碱地土壤改良剂及牧草的高产种植方法，先利用土壤改良剂使土壤脱盐降碱，进而种植具有较强抗逆性的羊草，该方法可以有效降低土壤的盐碱化程度、增加植被覆盖度、控制土地荒漠化并提高牧草产量。
6.本发明的第一个目的是提供内陆盐碱地土壤改良剂，土壤改良剂由以下重量份的组分组成：7-10份氧化石墨烯/沸石、30-50份磷石膏、3-6份纤维素水凝胶；
7.所述氧化石墨烯/沸石按照以下步骤制备得到：
8.步骤1、向nacl改性沸石中加入壳聚糖溶液，30-35℃搅拌得到壳聚糖/沸石；
9.步骤2、以水为溶剂，加入氧化石墨烯和壳聚糖/沸石，70-80℃搅拌得到氧化石墨烯/沸石。
10.优选的，步骤1中，搅拌时间为5-7h；nacl改性沸石与壳聚糖溶液的比例为20-40g：100ml，壳聚糖溶液的浓度为15-30mg/ml。
11.优选的，步骤1中，将壳聚糖溶于体积百分比为2％的醋酸溶液中，制成15-30mg/ml的壳聚糖溶液。
12.优选的，步骤2中，搅拌时间为6-10h；氧化石墨烯在水中的浓度为1-5mg/ml，氧化石墨烯与壳聚糖/沸石的质量比为1-5：1.5-7.5。
13.优选的，步骤1中，nacl改性沸石是以氯化钠为改性剂，对沸石改性得到。
14.本发明的第二个目的是提供牧草的高产种植方法，将上述内陆盐碱地土壤改良剂添加至待修复的盐碱地中，翻耕；次年，在改良后的盐碱地中种植牧草。
15.优选的，所述土壤改良剂的用量为300-400kg/亩。
16.优选的，牧草品种为中科1号羊草；
17.播种方式为免耕穴播，播种时间为7月份，播种量2-3kg/亩，每穴草种8-11粒，行距15cm，播种深度1-2cm。
18.优选的，播种前用次氯酸钠对中科1号羊草种子进行消毒处理；
19.播种后进行田间管理，包括灌水、病虫害防治、除杂草；次年以后，在每年的7月和9月各刈割1次。
20.优选的，所述盐碱地为中度或重度内陆盐碱地。
21.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
22.首先，本发明以nacl为改性剂，制备得到了nacl改性沸石，使得原有的孔穴得以被打通，内部孔隙结构更加清晰，然后以壳聚糖为桥梁，将氧化石墨烯引入到沸石表面，制备得到改性沸石，使得沸石表面孔隙更加丰富，比表面积和孔体积均增大，从而提高沸石的离子交换能力和表面吸附能力，再将改性沸石与磷石膏和纤维素水凝胶复配成土壤改良剂，向中度或重度内陆盐碱地施入土壤改良剂；次年种植具备耐盐碱、抗寒抗旱、产量高、适口性好的中科1号羊草，实现盐碱地改良、荒漠化建植、防风固沙和涵养水源等生态效益，同时还可以增加优质饲草产量，提升经济效益。
23.本发明选定免耕穴播的方式播种羊草，方法简单、操作方便；松动的土壤成穴存在，可以将灌溉或降雨时的水分有效地留存在种子附近，抗旱保墒；且免耕方式动土少，减少了对土壤结构和地表形态的破坏，可以降低土壤侵蚀风险，适宜在内陆盐碱地生态脆弱区应用与推广。
24.利用本发明提供的土壤改良剂和牧草的高产种植方法，可实现对中度和重度内陆盐碱地的有效修复与高效利用。
附图说明
25.图1为实施例1及对比例1-2制备的改性沸石的阳离子交换容量；
26.图2为实施例7中返青期一个穴中羊草的根茎(a)及羊草的整体长势(b)；
27.图3为实施例7-10及对比例5-6的种植方法中羊草的干草产量；
28.图4为实施例7-10及对比例5-6的种植方法中羊草的草种产量。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基
于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.下述实验方法和检测方法，如没有特殊说明，均为常规方法；下述试剂和原料，如没有特殊说明，均为市售试剂和原料。本发明所用天然沸石购自于天津市红桥区飞跃石料加工厂，所用中科一号羊草草种购自内蒙古科塔草业有限公司。
31.实施例1
32.本实施例提供了一种改性沸石的制备方法，按照以下步骤制备得到：
33.步骤1、称取8g经过清洗、干燥处理的天然沸石置于烧瓶中，加入100ml、质量分数为10％的nacl溶液，分散均匀后，在40℃水浴中搅拌12h，反应结束后用蒸馏水冲洗至中性，40℃烘干得到nacl改性沸石，备用；
34.称取壳聚糖溶于体积百分比为2％的醋酸溶液中，超声振荡得到20mg/ml的壳聚糖溶液，备用；
35.量取100ml壳聚糖溶液，加入30gnacl改性沸石，在30℃水浴中搅拌6h，反应结束后，过滤，用醋酸溶液清洗3次，再用蒸馏水清洗4次后，于40℃下烘干得到壳聚糖/沸石；
36.步骤2、将0.1g氧化石墨烯均匀分散在100ml水中制备得到1mg/ml的氧化石墨烯溶液，加入0.2g壳聚糖/沸石，超声分散均匀后，转移至油浴锅中，70℃下磁力搅拌6h，反应完成后，离心，再用蒸馏水洗涤离心4次后，冷冻干燥得到氧化石墨烯/沸石，即改性沸石。
37.实施例2
38.本实施例提供了一种改性沸石的制备方法，按照以下步骤制备得到：
39.步骤1、称取8g经过清洗、干燥处理的天然沸石置于烧瓶中，加入100ml、质量分数为10％的nacl溶液，分散均匀后，在40℃水浴中搅拌12h，反应结束后用蒸馏水冲洗至中性，40℃烘干得到nacl改性沸石，备用；
40.称取壳聚糖溶于体积百分比为2％的醋酸溶液中，超声振荡得到20mg/ml的壳聚糖溶液，备用；
41.量取100ml壳聚糖溶液，加入30gnacl改性沸石，在30℃水浴中搅拌6h，反应结束后，过滤，用醋酸溶液清洗3次，再用蒸馏水清洗4次后，于40℃下烘干得到壳聚糖/沸石；
42.步骤2、将0.1g氧化石墨烯均匀分散在100ml水中制备得到1mg/ml的氧化石墨烯溶液，加入0.15g壳聚糖/沸石，超声分散均匀后，转移至油浴锅中，70℃下磁力搅拌6h，反应完成后，离心，再用蒸馏水洗涤离心4次后，冷冻干燥得到氧化石墨烯/沸石，即改性沸石。
43.实施例3
44.本实施例提供了一种改性沸石的制备方法，按照以下步骤制备得到：
45.步骤1、称取8g经过清洗、干燥处理的天然沸石置于烧瓶中，加入100ml、质量分数为10％的nacl溶液，分散均匀后，在40℃水浴中搅拌12h，反应结束后用蒸馏水冲洗至中性，40℃烘干得到nacl改性沸石，备用；
46.称取壳聚糖溶于体积百分比为2％的醋酸溶液中，超声振荡得到20mg/ml的壳聚糖溶液，备用；
47.量取100ml壳聚糖溶液，加入30gnacl改性沸石，在30℃水浴中搅拌6h，反应结束后，过滤，用醋酸溶液清洗3次，再用蒸馏水清洗4次后，于40℃下烘干得到壳聚糖/沸石；
48.步骤2、将0.1g氧化石墨烯均匀分散在100ml水中制备得到1mg/ml的氧化石墨烯溶
液，加入0.4g壳聚糖/沸石，超声分散均匀后，转移至油浴锅中，70℃下磁力搅拌6h，反应完成后，离心，再用蒸馏水洗涤离心4次后，冷冻干燥得到氧化石墨烯/沸石，即改性沸石。
49.对比例1
50.本对比例提供了一种改性沸石的制备方法，按照以下步骤制备得到：
51.步骤1、称取8g经过清洗、干燥处理的天然沸石置于烧瓶中，加入100ml、质量分数为10％的nacl溶液，分散均匀后，在40℃水浴中搅拌12h，反应结束后用蒸馏水冲洗至中性，40℃烘干得到nacl改性沸石，备用；
52.称取壳聚糖溶于体积百分比为2％的醋酸溶液中，超声振荡得到20mg/ml的壳聚糖溶液，备用；
53.量取100ml壳聚糖溶液，加入30gnacl改性沸石，在30℃水浴中搅拌6h，反应结束后，过滤，用醋酸溶液清洗3次，再用蒸馏水清洗4次后，于40℃下烘干得到壳聚糖/沸石，记为改性沸石。
54.对比例2
55.本对比例提供了一种改性沸石的制备方法，按照以下步骤制备得到：
56.步骤1、称取8g经过清洗、干燥处理的天然沸石置于烧瓶中，加入100ml、质量分数为10％的nacl溶液，分散均匀后，在40℃水浴中搅拌12h，反应结束后用蒸馏水冲洗至中性，40℃烘干得到nacl改性沸石，记为改性沸石。
57.阳离子交换容量测试：称取1g沸石样品置于烧杯中，加入1mol/l的nh4cl溶液150ml，在电炉上煮沸20min后，将上清液倾出，并将湿沸石样品转移至玻璃漏斗中，用蒸馏水洗至无cl-，反复处理三次，然后用60℃、10％的kcl溶液100ml，分多次洗脱沸石吸附的nh
4+
，收集洗脱液，使用甲醛法测定洗脱下的nh
4+
总量，按下式计算各改性沸石的阳离子交换容量；
[0058][0059]
式中：qc为阳离子交换容量，mmol/g；q
nh4+
为铵根离子总量，mmol；w为沸石质量，g。
[0060]
对实施例1及对比例1-2制备的改性沸石进行阳离子交换容量测试，结果如图1所示，可以看出，本发明制备的改性沸石有效提高了沸石的阳离子交换容量。
[0061]
实施例4
[0062]
本实施例提供了一种内陆盐碱地土壤改良剂，由以下重量份的组分组成：7kg氧化石墨烯/沸石、30kg磷石膏、3kg纤维素水凝胶。
[0063]
本实施例所用氧化石墨烯/沸石由实施例1制备得到。
[0064]
实施例5
[0065]
本实施例提供了一种内陆盐碱地土壤改良剂，由以下重量份的组分组成：10kg氧化石墨烯/沸石、50kg磷石膏、4kg纤维素水凝胶。
[0066]
本实施例所用氧化石墨烯/沸石由实施例1制备得到。
[0067]
实施例6
[0068]
本实施例提供了一种内陆盐碱地土壤改良剂，由以下重量份的组分组成：8kg氧化石墨烯/沸石、40kg磷石膏、6kg纤维素水凝胶。
[0069]
本实施例所用氧化石墨烯/沸石由实施例1制备得到。
[0070]
对比例3
[0071]
本对比例提供了一种内陆盐碱地土壤改良剂，由以下重量份的组分组成：8kg沸石、40kg磷石膏、6kg纤维素水凝胶。
[0072]
本对比例所用沸石为原始未处理的沸石。
[0073]
对比例4
[0074]
本对比例提供了一种内陆盐碱地土壤改良剂，由以下重量份的组分组成：40kg磷石膏、6kg纤维素水凝胶。
[0075]
在宁夏回族自治区吴忠市盐池县选取1处典型次生盐碱地，分成4块，每块区域约0.1亩，彼此间隔5m。所选盐碱地土壤ph为9.41，全盐含量1.68g/kg，其中nacl：na2so4：nahco3：na2co3的质量比为1∶9∶9∶1。向3个区域的盐碱地中分别撒施实施例6、对比例3及对比例4制备的土壤改良剂，翻耕，使土壤改良剂与盐碱土混合均匀；土壤改良剂按照300kg/亩的标准撒施。第4个区域的盐碱地仅进行翻耕操作，作为空白对照组。
[0076]
表1不同处理下内陆盐碱地的土壤性质
[0077][0078]
由表1可以看出，相比于对比例3，本发明将沸石改性处理后得到的改性沸石(即氧化石墨烯/沸石)，在有效提高了沸石的阳离子交换容量后，将其用于盐碱地土壤中，可以明显降低土壤的ph值、全盐含量和碱化度；另外，相比于对比例4，本发明将氧化石墨烯/沸石与磷石膏和纤维素水凝胶复配制备的土壤改良剂可以有效降低土壤ph值、全盐含量以及碱化度。
[0079]
实施例7
[0080]
本实施例提供了一种牧草的高产种植方法。按照以下步骤进行：
[0081]
向待处理的盐碱地中加入实施例4制备的土壤改良剂，翻耕，使土壤改良剂与土壤混合均匀；土壤改良剂的施入量为350kg/亩。
[0082]
次年，用浓度为4％的次氯酸钠对中科1号羊草种子进行消毒处理，消毒时间为30min，消毒完成后播种。7月免耕穴播羊草，播种量2kg/亩，每穴(2cm
×
2cm)草种8粒，行距15cm，播种深度2cm。播种后开展常规的田间管理，包括灌水、病虫害防治、除杂草等。次年开始，每年的7月和9月各刈割1次，每亩地2年可收获干草1083.68kg，草种48.37kg。图2为实施例7中返青期一个穴中羊草的根茎及羊草的整体长势；由图可见，根茎上有128个芽，说明羊草地下部有很强的无性繁殖能力，生长速度快。干草和草种的产量见图3和图4。
[0083]
实施例8
[0084]
本实施例提供了一种牧草的高产种植方法，按照以下步骤进行：
[0085]
向待处理的盐碱地中加入实施例4制备的土壤改良剂，翻耕，使土壤改良剂与土壤混合均匀；土壤改良剂的施入量为400kg/亩。
[0086]
次年，用浓度为4％的次氯酸钠对中科1号羊草种子进行消毒处理，消毒时间为30min，消毒完成后播种。7月免耕穴播羊草，播种量2kg/亩，每穴(2cm
×
2cm)草种8粒，行距15cm，播种深度2cm。播种后开展常规的田间管理，包括灌水、病虫害防治、除杂草等。次年开始，每年的7月和9月各刈割1次，每亩地2年可收获干草1009.31kg，草种42.90kg。干草和草种的产量见图3和图4。
[0087]
实施例9
[0088]
本实施例提供了一种牧草的高产种植方法，按照以下步骤进行：
[0089]
向待处理的盐碱地中加入实施例6制备的土壤改良剂，翻耕，使土壤改良剂与土壤混合均匀；土壤改良剂的施入量为300kg/亩。
[0090]
次年，用浓度为4％的次氯酸钠对中科1号羊草种子进行消毒处理，消毒时间为30min，消毒完成后播种。7月免耕穴播羊草，播种量3kg/亩，每穴(2cm
×
2cm)草种11粒，行距15cm，播种深度2cm。播种后开展常规的田间管理，包括灌水、病虫害防治、除杂草等。次年开始，每年的7月和9月各刈割1次，每亩地2年可收获干草1198.46kg，草种54.39kg。干草和草种的产量见图3和图4。
[0091]
实施例10
[0092]
本实施例提供了一种牧草的高产种植方法，按照以下步骤进行：
[0093]
向待处理的盐碱地中加入实施例5制备的土壤改良剂，翻耕，使土壤改良剂与土壤混合均匀；土壤改良剂的施入量为300kg/亩。
[0094]
次年，用浓度为4％的次氯酸钠对中科1号羊草种子进行消毒处理，消毒时间为30min，消毒完成后播种。7月免耕穴播羊草，播种量2.3kg/亩，每穴(2cm
×
2cm)草种9粒，行距15cm，播种深度2cm。播种后开展常规的田间管理，包括灌水、病虫害防治、除杂草等。次年开始，每年的7月和9月各刈割1次，每亩地2年可收获干草1073.12kg，草种48.61kg。干草和草种的产量见图3和图4。
[0095]
对比例5
[0096]
本对比例提供了一种牧草的种植方法，按照以下步骤进行：
[0097]
向待处理的盐碱地中加入实施例6制备的土壤改良剂，翻耕，使土壤改良剂与土壤混合均匀；土壤改良剂的施入量为300kg/亩。
[0098]
次年，用浓度为4％的次氯酸钠对中科1号羊草种子进行消毒处理，消毒时间为30min，消毒完成后播种。7月免耕条播羊草，播种量3kg/亩，播种行距为15cm，播种深度为2cm；播种后开展常规的田间管理，包括灌水、病虫害防治、除杂草等。次年开始，每年的7月和9月各刈割1次，每亩地2年可收获干草903.47kg，草种37.52kg。干草和草种的产量见图3和图4。
[0099]
对比例6
[0100]
本对比例直接在盐碱地中种植羊草，羊草的种植方法与实施例9相同。
[0101]
用浓度为4％的次氯酸钠对中科1号羊草种子进行消毒处理，消毒时间为30min，消毒完成后播种。7月免耕穴播羊草，播种量3kg/亩，每穴(2cm
×
2cm)草种11粒，行距15cm，播种深度2cm。播种后开展常规的田间管理，包括灌水、病虫害防治、除杂草等。次年开始，每年的7月和9月各刈割1次，每亩地2年可收获干草233.77kg，草种11.64kg。干草和草种的产量见图3和图4。
[0102]
由图3和图4可以看出，使用本发明制备的土壤改良剂对内陆重度盐碱地土壤脱盐降碱之后，可显著提高所种植羊草的干草产量及草种产量；同时，相比于对比例5采用免耕条播的方式播种羊草，本发明实施例7通过免耕穴播的方式种植的羊草，其干草产量较条播方式提高了32.65％，草种产量提高了44.96％，说明本发明选定的免耕穴播种植方式更有利于牧草产量提升。
[0103]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0104]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.内陆盐碱地土壤改良剂，其特征在于，土壤改良剂由以下重量份的组分组成：7-10份氧化石墨烯/沸石、30-50份磷石膏、3-6份纤维素水凝胶；所述氧化石墨烯/沸石按照以下步骤制备得到：步骤1、向nacl改性沸石中加入壳聚糖溶液，30-35℃搅拌得到壳聚糖/沸石；步骤2、以水为溶剂，加入氧化石墨烯和壳聚糖/沸石，70-80℃搅拌得到氧化石墨烯/沸石。2.根据权利要求1所述的内陆盐碱地土壤改良剂，其特征在于，步骤1中，搅拌时间为5-7h；nacl改性沸石与壳聚糖溶液的比例为20-40g：100ml，壳聚糖溶液的浓度为15-30mg/ml。3.根据权利要求1所述的内陆盐碱地土壤改良剂，其特征在于，步骤1中，将壳聚糖溶于体积百分比为2％的醋酸溶液中，制成15-30mg/ml的壳聚糖溶液。4.根据权利要求1所述的内陆盐碱地土壤改良剂，其特征在于，步骤2中，搅拌时间为6-10h；氧化石墨烯在水中的浓度为1-5mg/ml，氧化石墨烯与壳聚糖/沸石的质量比为1-5：1.5-7.5。5.根据权利要求1所述的内陆盐碱地土壤改良剂，其特征在于，步骤1中，nacl改性沸石是以氯化钠为改性剂，对沸石改性得到。6.牧草的高产种植方法，其特征在于，将权利要求1-5任一项所述的内陆盐碱地土壤改良剂添加至待修复的盐碱地，翻耕；次年，在改良后的盐碱地中种植牧草。7.根据权利要求6所述的牧草的高产种植方法，其特征在于，所述土壤改良剂的用量为300-400kg/亩。8.根据权利要求6所述的牧草的高产种植方法，其特征在于，牧草品种为中科1号羊草；播种方式为免耕穴播，播种时间为7月份，播种量2-3kg/亩，每穴草种8-11粒，行距15cm，播种深度1-2cm。9.根据权利要求6所述的牧草的高产种植方法，其特征在于，播种前用次氯酸钠对中科1号羊草种子进行消毒处理；播种后进行田间管理，包括灌水、病虫害防治、除杂草；次年以后，在每年的7月和9月各刈割1次。10.根据权利要求6所述的牧草的高产种植方法，其特征在于，所述盐碱地为中度或重度内陆盐碱地。

技术总结
本发明公开了内陆盐碱地土壤改良剂及牧草的高产种植方法，属于生态修复技术领域。内陆盐碱地土壤改良剂由以下重量份的组分组成：7-10份氧化石墨烯/沸石、30-50份磷石膏、3-6份纤维素水凝胶；所述氧化石墨烯/沸石按照以下步骤制备得到：向NaCl改性沸石中加入壳聚糖溶液，30-35℃搅拌得到壳聚糖/沸石；以水为溶剂，加入氧化石墨烯和壳聚糖/沸石，70-80℃搅拌得到氧化石墨烯/沸石。上述土壤改良剂可以有效降低中度及重度内陆盐碱地土壤的pH值、全盐含量以及碱化度，结合抗逆优质牧草高产种植技术，能够明显提升中度及重度内陆盐碱地的植被覆盖度、防治土地荒漠化并增加牧草产量。防治土地荒漠化并增加牧草产量。防治土地荒漠化并增加牧草产量。


技术研发人员：钟泽坤 刘建 魏孝荣 王永亮 田玉强 李伟
受保护的技术使用者：西北农林科技大学
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/7/7