一种盐沼湿地互花米草多功能利用方法

技术领域

本发明属于生态工程技术领域，具体涉及一种盐沼湿地互花米草多功能利用方法。

背景技术

互花米草(Spartina alterniflora)是禾本科、鼠尾粟属多年生草本植物，原产于北美大西洋沿岸，其秆粗壮、根系发达，可沉降和淤积泥沙，1979年互花米草作为保滩护岸、促淤造陆的工程植物被引入我国。由于适应性强、繁殖快、扩散能力高，互花米草在全国海岸线快速蔓延。目前，北至鸭绿江口，南至海南岛，西至广西北仑河口，都有互花米草的分布。2021年互花米草面积达60000公顷，是红树林面积的2.2倍，且面积还在快速增长。互花米草挤占红树林、芦苇、盐地碱蓬、海三棱藨草等乡土植物生长空间，侵占了鸟类栖息地；互花米草侵占滩涂养殖场所，影响滩涂贝类养殖和藻类养殖；互花米草改变入侵地滩涂地貌，严重者甚至阻塞航道。大面积互花米草的入侵，对我国已经实施的众多海岸带生态修复工程、滩涂养殖业、海洋蓝碳产业带来重大威胁。

在公开的中国专利文献中可见诸多治理清除互花米草的技术信息。比如公开号为CN113574999A的专利提供了一种规模化清除互花米草的治理方法，首先调查待治理地区互花米草生长情况和根系深度，然后将互花米草植株地面以上部份切割粉碎，再根据待治理地区互花米草生长情况和根系深度，对割茬后的互花米草根须进行纵向翻耕和横向翻耕两次翻耕，再利用旋耕机进行旋耕作业。该方法采用物理方法治理，适合利用机械大规模作业，但成本较高，没有收益支持难以持续。也有利用生态工程来控制互花米草的，比如公开号为CN1810079A的专利提供一种控制外来种互花米草的方法，该方法用互花米草草丝或青贮互花米草饲喂牛、羊等反刍动物，通过反刍动物消化互花米草实现对互花米草的生物控制，但由于互花米草适口性较差，反刍动物会优先食用其他牧草。由于互花米草防控的难度和成本很大，在互花米草管理中，一方面应积极探索经济有效的控制措施以扼制其扩散速率，将其对生态系统的危害降低到最低；另一方面应转换思维方式，充分利用互花米草生长迅速和抗逆性强等特点，将其作为一种资源加以利用，通过资源化开发达到“化害为利、变废为宝”的目的，防控与利用相结合，收获生态和经济双重效益。因此，迫切需要提供一种提升互花米草生物资源的附加值，使其可持续利用，能在实现生态环境保护的同时，产生良好的环境效益和经济效益的方法来解决互花米草的问题。

发明内容

本发明旨在提供一种盐沼湿地互花米草多功能利用方法，利用互花米草形成多级生态产业链，将互花米草的防控与利用相结合，实现生态和经济双重效益。

按照本发明的技术方案，所述盐沼湿地互花米草多功能利用方法，包括以下步骤，

S1：在互花米草的扬花初期至种子成熟期对互花米草的上部分进行刈割；

S2：对收割的互花米草进行热水浸提，浓缩提取液，得到深棕色的微多浓缩液和互花米草残渣；

S3.1：对所述微多浓缩液进行喷雾干燥，得到饲料添加剂；

S3.2：将部分所述互花米草残渣进行脱盐处理、研磨，得到粉末原料，对所述粉末原料进行炭化，得到生物质炭；

S3.3：将其余所述互花米草残渣作为碳源，与氮源混合，加入耐盐碱的复合微生物菌剂进行堆肥，得到生物肥；

S4：将所述生物质炭与所述生物肥联合施用于盐碱土壤。

进一步的，所述步骤S2中，向收割的互花米草中加入质量15-25倍的热水(95-100℃)，加热保持沸腾1-2h，进行浸提。

进一步的，所述步骤S2中，浓缩提取液至比重1.25-1.35，稀释400倍电导率≥1.0dS/m。

具体的，所述步骤S2的操作可以如下：收割的互花米草通过晒干、切割成2-3cm长，投进反应釜中，加15-25倍热水浸提，浓缩提取液为深棕色液体，并应该达到以下两项指标：比重1.25-1.35，稀释400倍电导率≥1.0dS/m(25～28℃)。经统计，600kg晾干的互花米草可制成60kg左右微多浓缩液。

进一步的，所述步骤S3.1的操作可以如下：取微多浓缩液加入喷雾干燥塔，液体处理量0.2-0.3L/min，出粉后过筛≤200目，然后包装灭菌即成米草饲料添加剂。经统计，2000kg微多浓缩液可制成600kg左右米草饲料添加剂。

在饲用方面，米草精粉在增强机体免疫力测试研究中展现出比传统草药提取物(黄芪多糖体)更高的功效，可在家禽、奶牛养殖中部分替代传统中草药提取物，用于饲料添加剂的应用前景较为广阔。

进一步的，所述步骤S3.2中，炭化的具体操作为：在保护气氛下，先升温指80-120℃预热0.5-2h，再提高温度至400-500℃高温热解炭化1.5-4h。

进一步的，所述保护气氛为氮气、氩气和氦气中的一种或多种，优选为氮气；升温速率为5-15℃/min。

进一步的，通过搅拌振荡浸泡法，用清水对互花米草进行脱盐处理。

具体的，所述步骤S3.2的操作可以如下：提取微多浓缩液后的一部分互花米草残渣进行脱盐处理、烘干、研磨，通过20目筛网后，在氮气的保护下，采用限氧慢速升温法，以5-15℃/min的速率升温至80-120℃预热0.5-2h，使原料受热均匀，再提高温度至400-500℃高温热解炭化1.5-4h，冷却至室温(25±5℃)后收集生物质炭。

进一步的，所述步骤S3.3中，氮源为动物粪便，优选为猪粪和/或鸡粪；碳源和氮源的质量比为0.8-1.2：0.8-1.2。

进一步的，所述步骤S3.3中，堆肥方式为好氧堆肥，初始含水量为65-75％，堆肥时间为42-48天。

具体的，所述步骤S3.3的操作可以如下：一部分互花米草残渣作为主要碳源，与作为主要氮源的动物粪便一起按0.8-1.2：0.8-1.2的比例混合均匀，添加耐盐碱的复合微生物菌剂进行好氧堆肥；通过添加水分调节至堆垛初始含水量为65-75％，并每周两次进行翻堆以确保氧气供应减少堆垛内部的厌氧发酵，发酵42-48天后生物肥即可堆制成功。

进一步的，所述步骤S4中，生物质炭与生物肥的质量比为8.5-9.5：1。

进一步的，所述步骤S4中，施用量为每年每公顷4.8-5.2吨。

本发明的第二方面提供了一种用于盐碱土壤的肥料的制备方法，包括以下步骤，

(1)对互花米草进行热水浸提，去除提取液，得到互花米草残渣；

(2)将部分所述互花米草残渣进行脱盐处理、研磨，得到粉末原料，对所述粉末原料进行炭化，得到生物质炭；

将其余所述互花米草残渣作为碳源，与氮源按质量比0.8-1.2：0.8-1.2混合，加入耐盐碱的复合微生物菌剂进行好氧堆肥，得到生物肥；

(3)将所述生物质炭与所述生物肥按质量比8.5-9.5：1混合，得到所述用于盐碱土壤的肥料。

本发明的第三方面提供了上述制备方法制得的用于盐碱土壤的肥料，施用该肥料可以有效降低土壤酸碱度、电导率和土壤碱化度，并且能提高土壤养分利用率，改善土壤物化性质，改良盐碱地。

本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明在互花米草的扬花初期至种子成熟期对互花米草的上部分进行刈割，可以控制互花米草的有性繁殖，适当控制互花米草的扩张；

利用互花米草产出饲料添加剂、生物有机肥、生物炭等产品，再将生物有机肥与生物炭再应用于盐碱土壤改良，将互花米草的防控与利用相结合，是一项利用正面效应、抑制负面效应的生态工程，具有生态、经济和社会综合效益；

互花米草生物炭与生物肥联合施用，可以降低土壤酸碱度、电导率和土壤碱化度，并且能提高土壤养分利用率，改善土壤物化性质，改良盐碱地。

附图说明

图1为本发明盐沼湿地互花米草多功能利用方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明的盐沼湿地互花米草多功能利用方法，包括以下步骤：

S1：在互花米草的扬花初期至种子成熟期对盐沼湿地的互花米草上部分进行刈割；

S2：收割的互花米草通过晒干、切割成2-3cm长，投进反应釜中，加入15-25倍体积的热水(温度为95-100℃)，加热保持沸腾1-2h，完成浸提，分离(过滤)得到提取液和互花米草残渣，浓缩提取液为深棕色液体，即微多浓缩液；每600kg晾干的互花米草制成60kg微多浓缩液，并达到以下两项指标：比重1.25-1.35，稀释400倍电导率≥1.0dS/m(25～28℃)；

S3.1：取微多浓缩液加入喷雾干燥塔，液体处理量0.2-0.3L/min，出粉后过筛≤200目，然后包装灭菌即成米草饲料添加剂，每2000kg微多浓缩液制成600kg米草饲料添加剂；

S3.2：提取微多浓缩液后的一部分互花米草残渣加入清水中，通过搅拌振荡浸泡法进行脱盐处理，然后烘干、研磨，通过20目筛网后，在氮气的保护下，采用限氧慢速升温法，以5-15℃/min的速率升温至80-120℃预热0.5-2h，使原料受热均匀，再提高温度至400-500℃高温热解炭化1.5-4h，冷却至室温(25±5℃)后收集生物质炭；

S3.3：一部分互花米草残渣作为主要碳源，与作为主要氮源的动物粪便一起按0.8-1.2：0.8-1.2的比例混合均匀，添加耐盐碱的复合微生物菌剂进行好氧堆肥；通过添加水分调节至堆垛初始含水量为65-75％，并每周两次进行翻堆以确保氧气供应减少堆垛内部的厌氧发酵，发酵42-48天后生物肥即可堆制成功；

S4：将所得生物质炭与生物肥按质量比8.5-9.5：1联合施用于盐沼湿地，施用量为每年每公顷4.8-5.2吨。

实施例1盐沼湿地互花米草多功能利用

S1：在互花米草的扬花初期至种子成熟期对盐沼湿地的互花米草上部分进行刈割；

S2：收割的互花米草通过晒干、切割成2-3cm长，投进反应釜中，加入20倍体积的热水(95℃)，加热保持沸腾2h，完成浸提，分离得到提取液和互花米草残渣，浓缩提取液为深棕色液体，即微多浓缩液；每600kg晾干的互花米草制成60kg微多浓缩液，并达到以下两项指标：比重1.3，稀释400倍电导率≥1.0dS/m(25～28℃)；

S3.1：取微多浓缩液加入喷雾干燥塔，液体处理量0.25L/min，出粉后过筛≤200目，然后包装灭菌即成米草饲料添加剂，每2000kg微多浓缩液制成600kg米草饲料添加剂；

S3.2：提取微多浓缩液后的一部分互花米草残渣加入清水中，通过搅拌振荡浸泡法进行脱盐处理，然后烘干、研磨，通过20目筛网后，在氮气的保护下，采用限氧慢速升温法，以10℃/min的速率升温至100℃预热1h，使原料受热均匀，再提高温度至450℃高温热解炭化2h，冷却至室温后收集生物质炭；

S3.3：一部分互花米草残渣作为主要碳源，与作为主要氮源的动物粪便一起按1：1的比例混合均匀，添加耐盐碱的复合微生物菌剂进行好氧堆肥；通过添加水分调节至堆垛初始含水量为70％，并每周两次进行翻堆以确保氧气供应减少堆垛内部的厌氧发酵，发酵45天后生物肥即可堆制成功；

S4：将所得生物质炭与生物肥按质量比9：1联合施用于盐沼湿地，施用量为每年每公顷5吨。

实施例2盐沼湿地互花米草多功能利用

S1：在互花米草的扬花初期至种子成熟期对盐沼湿地的互花米草上部分进行刈割；

S2：收割的互花米草通过晒干、切割成2-3cm长，投进反应釜中，加入20倍体积的热水(95℃)，加热保持沸腾2h，完成浸提，分离得到提取液和互花米草残渣，浓缩提取液为深棕色液体，即微多浓缩液；每600kg晾干的互花米草制成60kg微多浓缩液，并达到以下两项指标：比重1.3，稀释400倍电导率≥1.0dS/m(25～28℃)；

S3.1：取微多浓缩液加入喷雾干燥塔，液体处理量0.2L/min，出粉后过筛≤200目，然后包装灭菌即成米草饲料添加剂，每2000kg微多浓缩液制成600kg米草饲料添加剂；

S3.2：提取微多浓缩液后的一部分互花米草残渣加入清水中，通过搅拌振荡浸泡法进行脱盐处理，然后烘干、研磨，通过20目筛网后，在氮气的保护下，采用限氧慢速升温法，以5℃/min的速率升温至80℃预热2h，使原料受热均匀，再提高温度至400℃高温热解炭化1.5h，冷却至室温后收集生物质炭；

S3.3：一部分互花米草残渣作为主要碳源，与作为主要氮源的动物粪便一起按0.8：1.2的比例混合均匀，添加耐盐碱的复合微生物菌剂进行好氧堆肥；通过添加水分调节至堆垛初始含水量为65％，并每周两次进行翻堆以确保氧气供应减少堆垛内部的厌氧发酵，发酵42天后生物肥即可堆制成功；

S4：将所得生物质炭与生物肥按质量比8.5：1联合施用于盐沼湿地，施用量为每年每公顷4.8吨。

实施例3盐沼湿地互花米草多功能利用

S1：在互花米草的扬花初期至种子成熟期对盐沼湿地的互花米草上部分进行刈割；

S2：收割的互花米草通过晒干、切割成2-3cm长，投进反应釜中，加入25倍体积的热水(95℃)，加热保持沸腾2h，完成浸提，分离得到提取液和互花米草残渣，浓缩提取液为深棕色液体，即微多浓缩液；每600kg晾干的互花米草制成60kg微多浓缩液，并达到以下两项指标：比重1.3，稀释400倍电导率≥1.0dS/m(25～28℃)；

S3.1：取微多浓缩液加入喷雾干燥塔，液体处理量0.3L/min，出粉后过筛≤200目，然后包装灭菌即成米草饲料添加剂，每2000kg微多浓缩液制成600kg米草饲料添加剂；

S3.2：提取微多浓缩液后的一部分互花米草残渣加入清水中，通过搅拌振荡浸泡法进行脱盐处理，然后烘干、研磨，通过20目筛网后，在氮气的保护下，采用限氧慢速升温法，以15℃/min的速率升温至120℃预热0.5h，使原料受热均匀，再提高温度至500℃高温热解炭化1.5h，冷却至室温后收集生物质炭；

S3.3：一部分互花米草残渣作为主要碳源，与作为主要氮源的动物粪便一起按1.2：0.8的比例混合均匀，添加耐盐碱的复合微生物菌剂进行好氧堆肥；通过添加水分调节至堆垛初始含水量为75％，并每周两次进行翻堆以确保氧气供应减少堆垛内部的厌氧发酵，发酵48天后生物肥即可堆制成功；

S4：将所得生物质炭与生物肥按质量比9.5：1联合施用于盐沼湿地，施用量为每年每公顷5.2吨。

结果分析

以普通复合肥(施用量为每年每公顷5吨)为对比，对实施例1-3所得肥料的施用效果进行分析，分析项目包括土壤pH值、电导率、土壤碱化度、土壤有机质含量、HCO

表1

结果显示：相比于普通复合肥，互花米草生物炭与生物肥联合施用，可以降低土壤酸碱度、电导率和土壤碱化度，并且能提高土壤养分利用率，改善土壤物化性质，改良盐碱地。

综上，互花米草具有繁殖能力强，且耐盐耐淹、扎根深、抗风浪的特点，对温度具有广适性，分布纬度跨度大，适宜生长在广阔的潮间带上，且固碳能力能力强，种植技术简单，通过人工干预和综合治理能够有效抑制其生态负面影响，能够轻松实现年固定碳1000t的目标。此外，为了提升互花米草生物资源的附加值和可持续利用为目标，加强植物-炭/肥-土壤改良可持续开发利用模式，所研发的互花米草生物质炭和互花米草渣肥料的工艺流程和技术能在实现生态环境保护的同时，可以产生良好的环境效益和经济效益，能够降低养殖废物处理的成本，减少互花米草植株残体对环境的影响，产品具有产量高、成本低、品质优等特点，是蓝碳安全储存的有效途径，具有广阔的应用前景。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。