一种以沼气发酵残余物制备的保水混剂土及其方法

摘要

本发明提供一种以沼气发酵残余物制备保水混剂土的方法，通过将沼渣、锯末、骨粉、泥土混合，进行粉碎，再在混合物中添加溶胀后的保水剂、再加入沼液搅拌均匀，置于常温厌氧发酵20～30天后，即得到以沼气发酵残余物制备的保水混剂土。该制备方法快速简便、成本低廉，实现了沼气发酵残余物的综合利用及资源化、减量化和无害化。所得保水混剂土具有如下特点：能快速吸收雨水、灌溉水并保存起来，保证植物正常生长所需的水份；保证土壤长期保持湿润；荷重轻、容重低、孔隙率大；营养成分全面，兼具迟效、速效营养成分；在各种植物以及不同气候条件下都能保持其稳定性和高效性；节省肥料和农药；无毒无害、无副作用，对环境不产生任何污染。

说明书

技术邻域

本发明涉及土质和石质边坡绿化用高效复合保水混剂土，尤其是涉及一种以沼气发酵残余物制备的保水混剂土及其方法。

背景技术

随着人口的增长、生态环境的不断恶化，可供人类利用的土地资源正日益减少。而近年来，由于开垦荒地、毁坏森林、掠夺性开发矿产资源以及高速度发展交通运输、能源、通讯等事业，大面积扰动地表，造成土地破坏和新的水土流失，使水土流失面积有增无减。专家预言：如不加以重视，日益加重的水土流失势必影响社会经济的可持续发展，并直接威胁到国家的生态安全。公路建设的蓬勃发展，导致其引起的水土流失量占水土流失总量的很大比重，目前己成为我国最严重的国土水土流失之一，其破坏程度令人担忧，表现为大量良田被蚕食、土壤肥力下降、泥沙淤积、防洪能力削弱。面对如此严峻的形势，如何采取有效措施，来减轻水土流失程度，促进现有土地资源的合理利用已迫在眉睫。

利用沼气发酵残留物尤其是其中的沼渣和沼液，制备出边坡绿化保水混剂土是解决上述问题的一个有效途径。以沼气发酵残余物沼渣和沼液为主要制备原料，其来源十分广泛，可为沼渣沼液的综合开发利用、实现固体废物“三化”(资源化、减量化、无害化) 提供一种有效途径。在我国，沼气池在广大农村等地区正得到大规模的建设和应用。但随之而来的，是产生了越来越多的沼气发酵残余物，如果不对其加以有效综合利用和资源化，沼气发酵残余物则成为固体废物而对环境产生危害。沼气发酵残留物经测定富含大量有作物生长发育所需要的腐植酸、有机质、全氮、含磷、全钾及速效的氮、磷、钾等成分。厌氧发酵产沼气过程所消耗的是发酵原料中的碳和氢，即1个C原子和4个H原子结合生成1个CH₄分子，所以沼气发酵残余物氮、磷、钾等有利于植物生长的营养成分并未损失，同时在厌氧发酵处理后，氮、磷、钾等成分以更有利用作为吸收的形态存在，例如铵态氮（即速效性氮）的数量增加1倍以上，更有利于农作物对氮素营养的需要，全氮损失仅1.1%。因此，以沼液沼渣为原料，制备出的复合混剂土，其养分高于普通土质土壤。

发明内容

本发明的目的是提供一种营养成分迟速兼备，保肥、保水、荷载轻、不易板结、成本低的复合高效保水混剂土，能起到防止水土流失和美化环境的作用，通过下列技术方案实现。

一种以沼气发酵残余物制备保水混剂土的方法，经过下列步骤：

将沼渣、锯末、骨粉、泥土混合，进行粉碎，再在混合物中添加溶胀后的保水剂、再加入沼液搅拌均匀，置于常温厌氧发酵20～30天后，即得到以沼气发酵残余物制备的保水混剂土。

所述保水剂为淀粉接枝丙烯酸型保水剂。

所述沼渣、锯末、骨粉、泥土、保水剂干剂按下列质量百分含量进行混合：沼渣35%、锯末18%、骨粉5.5%、泥土40%、保水剂1.5%。

所述加入的沼液为每千克混合物中加入300mL。

所述粉碎的颗粒度小于3mm。

所述沼渣为产气60天以上的沼气发酵残余物的固相风干物。

所述沼气发酵的原料为人畜粪便和/或农作物秸秆。

本发明的另一目的在于提供一种以沼气发酵残余物制备的保水混剂土，是通过上述方法获得的保水混剂土。

本发明所使用的原料之一沼渣的营养成分全面，含有机质、全氮、全磷、全钾及速率氮、速效磷、速效钾等成分。沼渣的纤维有机质孔隙度大，孔隙多，有较强的离子交换性，吸水能力强。锯末对起到疏松土质、增加通气、透水和保水性能的作用，同时保温性强，可缩小混剂土的昼夜温差，因此有利用促进植物的生长。保水剂的施用，不仅可以充分吸收灌溉水或自然降雨，防止水分渗漏和流失，提高水分利用率，而且可以促进土壤团聚体的形成，改善土壤孔隙结构，防止肥料、农药和水土流失，提高肥料的有效利用率。沼液中含有丰富的微量元素、腐殖质酸、氨基酸、植物生长激素、抗生素，可促进植物成长，加强植物抗病虫害能力，与干基质混合经厌氧发酵后提高了保水混剂土中的营养成分。

在混剂土中添加适量的淀粉接枝丙烯酸型保水剂，其目的在于加强复合混剂土的保湿效果。淀粉接枝型属具有高吸水性的高分子聚合物，含有大量结构特异的强吸水基团，不但能增加土壤的的保水性，还可使混剂土的含水率、容重、团聚体等理化参数得到提高，主要用于造林地蓄水保墒，使用寿命长，吸水倍率和吸水速度等性状极佳，成本较低。为确保在混剂土上栽种的青草、花卉等绿化植物的生长，在混剂土中还添加适量骨粉，以提高土壤中钙和磷的比例。骨粉为白色粉末，可作基肥，发酵后施用，可提高肥效。本发明还通过对保水混剂土进行厌氧发酵的方法，来提高沼液和沼渣中营养成分被作物的利用程度，根据物料所需氮、磷、钾等有效组分及混剂土所需的疏松和密度，加入适当的沼液来调节，制备出复合高效保水混剂土。

本发明提供一种以沼气发酵残余物沼渣和沼液为主要制备原料、可适用于边坡绿化的复合高效保水混剂土，其特征是保水效果好、水土流失量低，营养成分全面，有效养分稳定释放，成本低廉，尤其适用于高效公路等地点的边坡绿化，亦可做为屋顶、庭院或盆栽植物的栽种基质土壤。采用混剂土进行绿化，可美化高速公路旁边坡等地点的景观环境、提高生态环境质量，兼具生态效应，经济效应和社会效应。本发明具有以下优点：

1．成本低廉，本高效保水复合混剂土，大部分原料为废弃物，制作工艺简单，投资少。

2．能快速吸收雨水、灌溉水并保存起来，当植物需要时，又缓慢释放，这样既能保证植物正常生长所需的水份，又能防止因蒸发、渗漏、流失把水份浪费掉，保证土壤长期保持湿润，可反复吸水、放水、缓慢供植物利用。

3．营养成分全面，兼具迟效、速效营养成分。

4．改良土壤结构（团粒结构、透水性、透气性）。反复的收缩与吸胀给土壤造成大量的孔隙，提高了土壤的透气性、透水性，改善了根际环境，同时也增强了根际微生物的活动，加快了根际周围有机矿物质的分解有利于根系吸收，促进了根系和植物的生长发育，改良了土壤基质，防止土壤板结，盐渍化。

5．应用范围广泛，在不同气候条件下都能保持其稳定性和高效性，抑尘防蚀。可用于边坡、屋顶、庭院的绿化及盆栽花卉植物。

6．如将肥料与其混用，在其储存雨水和灌溉水的同时也能把肥料保存起来缓慢释放，减少因蒸发、渗漏所导致的肥料和浪费，从而提高肥料的利用率。

7．所使用制备材料全部为无害物质，对栽种作物为产生毒副作用，使用过程对环境无任何污染。

附图说明

图1为保水混剂土与普通土质的土壤水分蒸发量比较；

图2为保水混剂土与普通土质的土壤水分蒸发率比较；

图3为保水混剂土与普通土质的土壤水土流失量比较。

具体实施方式

实施例1

将沼渣3.5kg、锯末1.8kg、骨粉0.55kg、泥土4kg混合，进行粉碎至颗粒度小于3mm，其中沼渣为产气60天以上的人畜粪便和农作物秸秆的沼气发酵残余物的固相风干物，再取淀粉接枝丙烯酸型保水剂0.15kg待溶胀后添加到混合物中，再加入沼液3000mL搅拌均匀，置于常温厌氧发酵20天后，即得到以沼气发酵残余物制备的保水混剂土。

所得保水混剂土的中各组分质量百分含量如下：沼渣35%，锯末18%，骨粉5.5%，泥土40%，淀粉接枝丙烯酸型保水剂1.5%，沼液3000mL。

实施例2

将沼渣3.5kg、锯末1.8kg、骨粉0.55kg、泥土4kg混合，进行粉碎至颗粒度小于3mm，其中沼渣为产气60天以上的人畜粪便的沼气发酵残余物的固相风干物，再取淀粉接枝丙烯酸型保水剂0.15kg待溶胀后添加到混合物中，再加入沼液3000mL搅拌均匀，置于常温厌氧发酵30天后，即得到以沼气发酵残余物制备的保水混剂土。

所得保水混剂土的中各组分质量百分含量如下：沼渣35%，锯末18%，骨粉5.5%，泥土40%，淀粉接枝丙烯酸型保水剂1.5%，沼液3000mL。

实施例3

将沼渣3.5kg、锯末1.8kg、骨粉0.55kg、泥土4kg混合，进行粉碎至颗粒度小于3mm，其中沼渣为产气60天以上的农作物秸秆的沼气发酵残余物的固相风干物，再取淀粉接枝丙烯酸型保水剂0.15kg待溶胀后添加到混合物中，再加入沼液3000mL搅拌均匀，置于常温厌氧发酵25天后，即得到以沼气发酵残余物制备的保水混剂土。

所得保水混剂土的中各组分质量百分含量如下：沼渣35%，锯末18%，骨粉5.5%，泥土40%，淀粉接枝丙烯酸型保水剂1.5%，沼液3000mL。

采用实施例1所得的复合保肥混剂土进行理化特征参数分析，见表1：

表1 边坡绿化保水混剂土理化特征参数分析

将混剂土阴干，除去粗根及小石块，分析其比重、容重、孔隙率和pH值，并与普通土质的土壤样品的相应指标进行比照。结果表明，混剂土的酸碱度不因保水剂及沼渣等成分的加入而产生显著改变。混剂土加入保水剂及沼液、沼渣等有效成分后，容重略有下降，而比重和孔隙率有显著提高。孔隙率的提高主要原因是沼渣中含有纤维素、半纤维素及木质素，可使得混剂土孔隙率提高，因而可有效改土壤的理化特性。

采用实施例2所得的边坡绿化保水混剂土进行植物长势分析和混剂土组成分析，见表2。

表2 边坡绿化保水营养成分分析

测定结果表明，混剂土的营养组分含量均高于对照的普通土质土壤土样。选择翠菊为试验植物，考察作物在边坡绿化保水混剂土中的长势，并以普通土质土壤为参比土样，比较翠菊在两种不同土壤中的种子发芽率、平均株高、冠径、叶片数、平均叶长和平均叶宽等指标。在种植三个月后，测定混剂土中各营养组分的含量。比较分析后，翠菊在混剂土中的种子发芽率、平均株高、冠径、平均叶长和平均叶宽、叶片数比在普通土质土壤中分别高36.54%、4.43 cm、0.73 cm、1.03 cm、0.22 cm和3片。从翠菊在混剂土及普通土质土壤中的长势对比可知，边坡绿化保水混剂土由于土壤理化指标得到提高，因而有利于促进作物的生长。与普通土质土壤相比，混剂土的有机质含量、全氮、全磷、速效氮、速效磷和速效钾的含量氮均显著提高，而速效磷、速效氮和速效钾是作物生长极需的营养成分，因而混剂土更有利于作物的生长。

采用实施例3所得的边坡绿化保水混剂土与普通土质土壤进行土壤水分蒸发量和水分蒸发率的比较分析，见图1和图2。

结果表明两种土壤的水分蒸发量随干旱胁迫时间的延长呈先上升后下降的变化趋势，在干旱胁迫的前三天，两种土壤的水分蒸发量快速上升，此后，两种土质土壤样品的水分蒸发量均开始呈下降趋势。此期间两种土壤水分蒸发量差异明显，对照的水分蒸发量明显高于经过保水剂处理的土壤水分蒸发量，不添加保水剂的普通土质土壤在15天的蒸发时间里共失去水分44.87g/cm²，而添加保水剂的土壤共失去水分33.642 g/cm²，比对照土样的水分蒸发率共下降14.19%，说明施加保水剂能够有效的抑制土壤水分的蒸发。水分流失量的减少和水分蒸发率的降低，表明边坡绿化保水混剂土具有较普通土质土壤更强的保水能力。

采用实施例3所得的边坡绿化保水混剂土与普通土质土壤进行土壤流失量分析，具体结果见图3。

在坡度为40°的斜坡上覆盖混剂土，制成人工模拟坡地，每次降雨后测定测定土壤流失量，并与普通土质土壤进行比照。结果表明，混剂土的平均土壤流失量降低68.40 g/m²，说明边坡绿化保水混剂土可有效减少水土流失量。